Ensaios de Laboratório de Mecânica dos Solos – Limites de Consistência_____________________________________________________________________________________________

1

LIMITES DE CONSISTÊNCIA

1- INTRODUÇÃO

A finalidade da determinação dos limites de consistência é caracterizar um solo fino (ou fração finade um solo grosso) quanto ao seu comportamento em relação a variações do teor de umidade. Estes limitessão fronteiras (arbitrárias ou convencionais) entre os diferentes estados de consistência que um solo podeadquirir quando seu teor de umidade é aumentado ou diminuído. Assim, o limite de liquidez é o teor deumidade limite (fronteira) entre o estado de consistência líquido e o plástico, o limite de plasticidade separa oestado plástico do semi-sólido, e finalmente, o limite de contração separa o estado semi-sólido do sólido.

2- APARELHAGEM

a) Aparelho e Cinzel de Casagrande.b) Peneira com abertura de 0,42mm (#40).c) Placa de vidro esmerilhada.d) Balança com capacidade para 200g e precisão de 0,01g.e) Estufa com termostato regulador que permita manter a temperatura entre 60 e 65ºC e entre 105 e

110ºC.f) Cápsulas de porcelana com aproximadamente 120mm de diâmetro.g) Espátula metálica flexível com aproximadamente 80mm de comprimento e 20mm de largura.h) Esfera de aço com diâmetro de 8mmi) Gabarito para verificar a altura de queda da concha.j) Recipientes adequados tais como pares de vidros de relógio com grampo, que evitem a perda de

umidade da amostra.k) Placa de vidro de superfície esmerilhada com cerca de 30cm de lado.l) Gabarito cilíndrico comparador com diâmetro de 3mm e cerca de 100mm de comprimento.m) Água destilada.

Figura 01: aparelhagem mínima necessária para execuçãodos ensaios.

3- LIMITE DE LIQUIDEZ (LL) – NBR 6459/84

3.1- PROCEDIMENTO

3.1.1- Antes de começar o ensaio, verificar a calibração do aparelho de Casagrande:3.1.1.1- Verificar primeiramente o estado geral de conservação do aparelho: presença ou não de

desgastes visíveis, deformações, corrosões, etc.3.1.1.2- A esfera metálica deve ser submetida à queda livre de uma altura de 250mm a partir da

superfície da base do aparelho, verificando-se a altura de retorno da esfera que deveráestar entre 185 e 230mm.

3.1.1.3- Verificar a massa do conjunto concha + guia do excêntrico que deve estarcompreendido no intervalo 200 ± 20g.

3.1.1.4- A altura de queda da concha, que deve ser 10mm (verificada com o uso do gabarito).

Ensaios de Laboratório de Mecânica dos Solos – Limites de Consistência_____________________________________________________________________________________________

2

3.1.1.5- A adequação das dimensões do cinzel com relação à padronização.3.1.2- O material a ser ensaiado deverá ser seco à sombra (se este estiver com umidade muito elevada),

porém é preferível utilizar a umidade natural da amostra.3.1.3- O ensaio deverá ser realizado com o material que passa na malha #40 (abertura de 0,42mm),

tomando-se os devidos cuidados para que não passem as partículas maiores que a abertura dapeneira (torrões). Para isso pode-se usar um almofariz com mão de borracha a fim de evitar atrituração das partículas do solo.

Figura 02: almofariz com mão de borracha –destorroamento do solo.

Figura 03: peneiramento na malha #40 (0,42mm).

3.1.4- A amostra preparada deverá ser transferida para a placa de vidro esmerilhada e em seguidahomogeneizada (com o auxílio da espátula) quanto ao teor de umidade necessário para aprimeira determinação. Para isso deve-se adicionar água destilada suficiente para formar umapasta homogênea, com consistência tal que sejam necessários 35 golpes para o fechamento daranhura. O tempo de homogeneização deve estar compreendido entre 15 e 30min, sendo o limitesuperior do intervalo correspondente ao tempo necessário para homogeneização de solosargilosos.

Figura 04: adição de água destilada à massa de solo –formação da pasta de solo.

Ensaios de Laboratório de Mecânica dos Solos – Limites de Consistência_____________________________________________________________________________________________

3

Figura 05: homogeneização da amostra de solo com o uso da espátula metálica.

3.1.5- Uma parte da amostra deverá ser colocada sobre a concha do aparelho de Casagrande edistribuída de forma uniforme com o auxílio de uma espátula metálica flexível, resultando emuma superfície lisa. A espessura da camada de solo na concha deverá ser de 10mm.

3.1.6- Com o cinzel de Casagrande, abrir uma ranhura ao longo do plano normal ao sistema defixação, de forma que as partes divididas tenham massas aproximadamente iguais. Durante oprocedimento de confecção da ranhura, o cinzel deve estar sempre na posição normal àsuperfície da concha, a qual deve estar preferencialmente sobre a mão do operador.

Figura 06: confecção da ranhura da pasta de solo sobre aconcha do Aparelho de Casagrande – utilização correta do

cinzel.

Figura 07: detalhe da ranhura na pasta de solo feita com ocinzel de Casagrande.

3.1.7- Com a concha cuidadosamente fixada à base do aparelho, girar a manivela a razão de 2 (duas)voltas por segundo contando-se o número de golpes necessários para que as bordas inferiores dosolo se encontrem em um comprimento de aproximadamente 13mm.

Ensaios de Laboratório de Mecânica dos Solos – Limites de Consistência_____________________________________________________________________________________________

4

Figura 08: concha com a pasta de solo já fixada ao Aparelhode Casagrande – início do ensaio.

Figura 09: detalhe da ranhura da pasta de solo após a uniãodas bordas inferiores - término do ensaio.

3.1.8- Retirar da concha (especificamente do local onde as bordas se uniram) uma pequena quantidadedo material e coloca-lo em um recipiente adequado para determinação do teor de umidadeconforme a NBR 6457.

Figura 10: retirada de solo da concha para determinação doteor de umidade imediatamente após o término do ensaio.

3.1.9- O solo restante na concha deverá ser transferido para a cápsula de porcelana e misturado com oque lá estava para a homogeneização da amostra.

3.1.10- A homogeneização será realizada com adição de água destilada durante pelo menos 3 minutos,amassando e revolvendo vigorosamente e continuamente com o auxílio da espátula.

3.1.11- A concha deverá então ser limpa e seca antes da próxima determinação.3.1.12- Repetir as operações descritas nos itens 3.1.5, 3.1.6, 3.1.7, 3.1.8 e 3.1.9 obtendo-se assim pelo

menos mais três, de modo a cobrir o intervalo de 35 a 15 golpes.3.1.13- Plotar os pontos representativos dos pares de valores obtidos (nº de golpes, teor de umidade)

em um papel semi-logarítmo e traçar visualmente ou pelo método dos mínimos quadrados, areta que melhor se ajustar aos pontos. O limite de liquidez (LL) é o teor de umidade

Ensaios de Laboratório de Mecânica dos Solos – Limites de Consistência_____________________________________________________________________________________________

5

correspondente a 25 golpes no gráfico e o resultado obtido deve ser arredondado para o númerointeiro mais próximo (dado em porcentagem).

3.1.14- EXEMPLO:

Determinar o limite de liquidez de um solo dados os seguintes valores:

Determinação nº - 1 2 3 4Cápsula nº g P-16 P-30 P-09 P-81Solo + Tara + Água g 14,63 14,68 15,34 13,89Solo + Tara g 12,99 13,03 13,30 11,68Tara g 10,17 10,29 10,04 8,27Agua g 1,64 1,65 2,04 2,21Solo g 2,82 2,74 3,86 3,41Umidade % 58,16 60,22 62,58 64,81Número de Golpes - 35 29 21 16a) Determinação do teor de umidade (w):

(Solo + Tara + Água) – (Solo + Tara) = Massa de Água

(Solo + Tara) – Tara = Massa de Solo Seco

100×=SecoSolodeMassa

ÁguadeMassaw

b) Primeira Determinação:

14,63 – 12,99 = 1,64g (Massa da Água)

12,99 – 10,17 = 2,82g (Massa do Solo Seco)

%16,5810082,264,1

=×=w (Teor de Umidade)

Figura 11: Gráfico do Número de Golpes pelo Teor de Umidade (%)

Assim, a umidade correspondente a 25 golpes é igual a 61%, sendo que esta é a umidadecorrespondente ao limite de liquidez (LL), ou seja, LL = 61%.

Ensaios de Laboratório de Mecânica dos Solos – Limites de Consistência_____________________________________________________________________________________________

6

4- LIMITE DE PLASTICIDADE (LP) – NBR 7180/84

4.1- PROCEDIMENTO

4.1.1- O material a ser ensaiado deverá ser seco à sombra (se este estiver com umidade muito elevada),porém é preferível utilizar a umidade natural da amostra.

4.1.2- O ensaio deverá ser realizado com o material que passa na malha #40 (abertura de 0,42mm),tomando-se os devidos cuidados para que não passem as partículas maiores que a abertura dapeneira (torrões). Para isso pode-se usar um almofariz com mão de borracha a fim de evitar atrituração das partículas do solo.

Figura 12: almofariz com mão de borracha –destorroamento do solo.

Figura 13: solo após passagem pela peneira de malha #40.

4.1.3- Colocar a amostra sobre a placa de vidro esmerilhada, adicionar água destilada em pequenosincrementos, amassando e revolvendo vigorosa e continuamente com o auxílio da espátula, deforma a obter uma pasta homogênea de consistência plástica. O tempo total de homogeneizaçãodeve estar compreendido no intervalo de 15 e 30min, sendo o limite superior do intervalocorrespondente ao tempo necessário para homogeneização de solos argilosos.

4.1.4- Com cerca de 10g da amostra, fazer uma pequena bola que deve ser rolada sobre a placa de vidrocom pressão suficiente da palma da mão para lhe dar a forma cilíndrica.

Ensaios de Laboratório de Mecânica dos Solos – Limites de Consistência_____________________________________________________________________________________________

7

Figura 14: homogeneização da amostra de solo com o uso da espátula metálica.

Figura 15: formação do cilindro de solo sobre a placa devidro esmerilhada com uso da palma da mão – início do

ensaio.

4.1.5- Se a amostra se fragmentar antes de atingir o diâmetro de 3mm (solo muito arenoso) ou se estaatingir o diâmetro de 3mm sem se fragmentar (solo muito argiloso), retorná-la à cápsula deporcelana, adicionar água destilada, homogeneizar durante pelo menos 3min amassando erevolvendo vigorosa e continuamente com o auxílio da espátula metálica e repetir o procedimentodescrito em 4.1.4.

Porém, ao se fragmentar o cilindro ao atingir o diâmetro de 3mm e comprimento da ordem de100mm (verificado com o gabarito comparador), transferir imediatamente as partes do mesmopara um recipiente adequado, para determinação da umidade conforme NBR 6457/86.

Figura 16: detalhe do cilindro de solo já fissurado ao lado do gabarito comparador – término do ensaio.\

4.1.6- Repetir os procedimentos descritos nos itens 4.1.4 e 4.1.5 de modo a obter -se pelo menos trêsvalores de umidade.

4.1.7- Considerar satisfatórios os valores de umidade obtidos quando, de pelo menos três, nenhum delesse afastar da respectiva média mais que 5% dessa média.

4.1.8- O resultado final, média de pelo menos três valores de umidade considerados satisfatóriosconforme o item 4.1.7, deve ser expresso em porcentagem, arredondado para o valor inteiro maispróximo.

Ensaios de Laboratório de Mecânica dos Solos – Limites de Consistência_____________________________________________________________________________________________

8

Observações:a) Deve ser indicado o processo de preparação da amostra (com ou sem secagem prévia).b) Na impossibilidade de se obter cilindros com 3mm de diâmetro, considerar a amostra

como não apresentando limite de plasticidade (não plástico, NP).c) O ensaio deve ser executado em condições ambientais que minimizem a perda de

umidade do material por evaporação, preferencialmente em recintos climatizados.

4.1.9- EXEMPLO:

Determinar o limite de plasticidade de um solo dados os seguintes valores:

Determinação nº - 1 2 3 4 5Cápsula nº g P-05 P-68 P-75 P-79 P-86Solo + Tara + Água g 10,88 9,33 9,64 10,69 10,53Solo + Tara g 10,40 9,05 9,31 10,11 10,06Tara g 9,31 8,39 8,52 8,78 8,97Agua g 0,48 0,28 0,33 0,58 0,47Solo g 1,09 0,66 0,79 1,33 1,09Umidade % 44,04 42,42 41,77 43,61 43,12

99,425

12,4361,4377,4142,4204,44=

++++=médiow

Como: médiomédio www ×≤≤× 05,195,0 para todos os valores de umidade encontrados, pode-

se dizer que o resultado é satisfatório, ou seja, LP = 43%.

5- ÍNDICE DE PLASTICIDADE (IP)

5.1- O índice de plasticidade dos solos deve ser obtido utilizando-se a expressão:

IP = LL – LPOnde:

IP: índice de plasticidadeLL: limite de liquidez (NBR 6459)LP: limite de plasticidade (NBR 7180)

5.2- O resultado final deve ser expresso em porcentagem.5.3- Quando não for possível determinar o limite de liquidez ou o limite de plasticidade, anotar o índice de

plasticidade como não plástico (NP).

6- BIBLIOGRAFIA

NOGUEIRA, J. B. – Mecânica dos solos (Ensaios de Laboratório), São Carlos / EESC (USP) – 2001.STANCATI, G. ; NOGUEIRA, J. B. ;VILAR, O. M. – Ensaios de Laboratório em Mecânica dos Solos, SãoCarlos / EESC (USP) – 1981.Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) – Determinação do Limite de Liquidez de Solos – NBR6459, Rio de Janeiro – 1984Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) – Determinação do Limite de Plasticidade de Solos –NBR 7180, Rio de Janeiro – 1984.Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) – Preparação de amostras de solo para ensaio decompactação e ensaios de caracterização (método de ensaio) – NBR 6457, Rio de Janeiro – 1986.

Ensaios de Laboratório de Mecânica dos Solos – Limites de Consistência_____________________________________________________________________________________________

9

7- AUTORES DESSA APOSTILA

ANDREY MONTEIRO MACIEL, monitorMARIO LUIZ DE OLIVEIRA MEDRANO, monitorSERGIO ANTONIO RÖHM, professorSIDNEI MUZETI, técnicoTERESINHA BONUCCELLI, professor