Solo-limite Liquidez e Plasticidade

8/6/2019 Solo-limite Liquidez e Plasticidade

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Notas de Aula - Mecnica dos Solos 38

UNIDADE 4 - PLASTICIDADE E CONSISTNCIA DOS SOLOS

4.1 IntroduoOs solos que apresentam certa porcentagem da frao fina (silte e argila), no podem seradequadamente caracterizados pelo ensaio de granulometria. So necessrios outros parmetros tais

como: forma das partculas, a composio mineralgica e qumica e as propriedades plsticas, queesto intimamente relacionados com o teor de umidade.

Define-se plasticidade como sendo a propriedade dos solos finos que consiste na maior oumenor capacidade de serem moldados sob certas condies de umidade. Segundo a ABNT/NBR7250/82, a plasticidade a propriedade de solos finos, entre largos limites de umidade, de sesubmeterem a grandes deformaes permanentes, sem sofrer ruptura, fissuramento ou variao devolume aprecivel.

As partculas que apresentam plasticidade so, principalmente, os argilo-minerais. Osminerais como o quartzo e o feldspato no desenvolvem misturas plsticas, mesmo que suas

partculas tenham dimetros menores do que 0,002mm.A influncia do teor de umidade nos solos finos pode ser facilmente avaliada pela anlise da

estrutura destes tipos de solos. As ligaes entre as partculas ou grupo de partculas so fortementedependentes da distncia. Portanto, as propriedades de resistncia e compressibilidade soinfluenciadas por variaes no arranjo geomtrico das partculas. Quanto maior o teor de umidadeimplica em menor resistncia.

4.2 Composio mineralgica das argilasA argila a frao do solo, cujas partculas apresentam um dimetro inferior a 0,002mm

(NBR 7250) e que, em contato com a gua, adquire plasticidade. A frao argila, no entanto, no constituda s de partculas que apresentam plasticidade. constituda de diversos tipos de

partculas, que podem ser classificadas de acordo com a Tabela 4.1.

Tabela 4.1 Classificao em funo do tipo de partcula (Lambe e Whittman, 1972).

Argilo minerais

Substncias inorgnicasMinerais no arglicos

Hidrxidos de Fe e AlQuartzoMicas

FeldspatosCalcita e dolomita

Substncias orgnicasVegetal (hmus)Animal (microorganismos)

A plasticidade de um solo devida aos argilo-minerais, s micas e ao hmus existentes. Oteor de argilo-minerais na frao argila dos solos , quase sempre, muito superior aos de mica e dehmus e, portanto, o estudo dos argilo-minerais deve merecer destaque.

4.2.1 Argilo-minerais

Os argilo-minerais so, fundamentalmente, silicatos hidratados de alumnio, que apresentam plasticidade, permuta catinica, dimenses geralmente inferiores a 2 mcron e forma lamelar ealongada.


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Os argilo-minerais compreendem uma grande famlia de minerais, que podem serclassificados em diversos grupos, conforme a estrutura cristalina e as propriedades semelhantes. Os

principais grupos de argilo-minerais so os das caulinitas, ilitas e montmorilonitas.

4.2.2 Estrutura dos argilo-minerais

A estrutura dos argilo-minerais constituda, em sua essncia, de camadas de slica e camadasde gibsita (hidrxido de alumnio). A unidade cristalina da slica um tetraedro, cujos vrtices soocupados por oxignio e em cujo centro h um silcio.

A camada de slica formada pelos tetraedros de slica, ligados de modo a constiturem umarede de malha hexagonal. Os ns desta rede so ocupados pelo silcio dos tetraedros de slica. As

bases dos tetraedros esto num plano e os vrtices, apontados para a mesma direo. A camada detetraedros de slica pode ser assim esquematizada, Figura 4.1.

Oxignio Silcio

Tetraedros de Slica (SiO4) Folha em arranjo hexagonal de tetraedros

Figura 4.1 Unidade cristalina dos tetraedros de slica

A unidade cristalina da gibsita um octaedro. Os vrtices so ocupados por hidroxilas e ocentro pelo alumnio. Convm lembrar, que o alumnio possui nmero de coordenao 6, isto ,cada tomo de alumnio pode ligar-se a 6 hidroxilas (Figura 4.2).

Hidrxidos Alumnio

Octaedros de Gibsita Al2 (OH)6 Folha em arranjo hexagonal de octaedros

Figura 4.2 - Unidade cristalina dos octaedros de gibsita.

A unidade estrutural bsica das caulinitas constituda de uma camada de tetraedros de slicae de uma camada de octaedros de gibsita, onde as hidroxilas desta so parcialmente substitudas

pelos oxignios dos vrtices dos tetraedros da camada de slica. Logo, o plano comum das duascamadas constitudo por tomos de oxignio e hidroxilas, sendo a ligao entre elas inica.

A unidade estrutural das caulinitas, sob o ponto de vista inico, neutra e esta representada na

Figura 4.3.a.A estrutura das caulinitas formada pelo empilhamento destas unidades, sendo a unio entre

o plano de hidroxilas de uma unidade com o plano de oxignio de outra unidade feita por ligaes


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de hidrognio. Freqentemente, as caulinitas so constitudas de 6 unidades estruturais, que podemser vistas na Figura 4.3.b.

(a) (b)

Figura 4.3 - Unidade estrutural das caulinitas.

As ligaes de hidrognio so fracas, mas suficientemente fortes para evitarem a penetraoda gua entre as unidades estruturais. Por esta razo, as caulinitas apresentam pequena expanso,difcil disperso na gua e baixa plasticidade.

Como as valncias livres esto apenas nas extremidades, s capacidades de adsoro de guae de permuta catinica pequena.

As caulinitas so as argilas de maiores dimenses. O comprimento varia entre 0,3 e 4 mcronse a espessura, entre 0,05 e 2 mcrons.

A unidade estrutural bsica das montmorilonitas formada de uma camada de octaedros degibsita entre duas camadas de tetraedros de slica, conforme Figura 4.4.a.

As montmorilonitas caracterizam-se por apresentarem, sempre, o alumnio das camadas deoctaedros substitudo parcialmente ou totalmente por magnsio e ferro, principalmente. Estasubstituio origina um excesso de valncias negativas na camada interna, que no podem sersatisfeitas por ctions, devido s camadas de tetraedros limtrofes. A estrutura das montmorilonitascaracteriza-se por apresentar molculas de gua entre as unidades estruturais, conforme esquema daFigura 4.4.b.

(a) (b)

Figura 4.4 - Unidade estrutural da montmorilonita.

Oxignio SilcioHidroxila Alumnio

Al (OH)3

7,2

SiO2

Argilas 1 : 1


n H2O

n H2O

SiO2

Al+++por Mg++ ou

Fe++

9,6 a21,4

Argilas 2 : 1


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Como a gua penetra com grande facilidade entre as camadas estruturais, as montmorilonitasso de fcil disperso na gua, grande expanso e alta plasticidade.

Possuem grande capacidade de adsoro de gua e de permuta catinica, porque, alm deapresentarem ligaes quebradas nas extremidades, possuem cargas negativas nas superfcies dasunidades estruturais. As montmorilonitas so as argilas de menores dimenses.

A unidade estrutural bsica das ilitas a mesma das montmorilonitas (Figura 4.5). Apenas,nas ilitas, os tomos de silcio das camadas de slica so substitudos parcialmente por alumnio.H, portanto, valncias livres nas camadas limtrofes das unidades estruturais, que so neutralizadas

por ctions de K, dispostos entre as unidades superpostas.O esquema estrutural das ilitas esta representado na Figura 4.5.b. O ction K o que melhor

se adapta s malhas hexagonais dos planos de oxignio das camadas de tetraedros de slica e no deslocado por outros ctions.

(a) (b)

Figura 4.5 - Unidade estrutural da ilita.

A capacidade de adsoro de gua e de permuta catinica devida, apenas, s ligaesquebradas das extremidades das camadas e, portanto, pequena. O dimetro mdio das ilitas variaentre 0,1 e 0,3 mcron.

Quando, nas ilitas, a substituio do silcio das camadas de tetraedros por alumnio for pequena, as ligaes entre as unidades estruturais proporcionadas pelos ctions K podem serdeficientes e permitiro a entrada de gua. Quando isso ocorre, as propriedades das ilitas seaproximam das propriedades das montmorilonitas.

4.3 Estados de consistncia No inicio do sculo XX, um qumico sueco Albert Atterberg, realizou pesquisas sobre as

propriedades dos solos finos (consistncia). Segundo ele, os solos finos apresentam variaes deestado de consistncia em funo do teor de umidade. Isto , os solos apresentam caractersticas deconsistncia diferentes conforme os teores de umidade que possuem. H teores de umidade limiteque foram definidos como limites de consistncia ou limites de Atterberg.

O termo consistncia refere-se primariamente ao grau de resistncia e plasticidade do solo quedependem das ligaes internas entre as partculas do solo. Os solos ditos coesivos possuem uma

consistncia plstica entre certos teores limites de umidade. Abaixo destes teores eles apresentamuma consistncia slida e acima uma consistncia liquida. Pode-se ainda distinguir entre os estadosde consistncia plstica e slida, uma consistncia semi-slida.


K+ K+ K+

Si

+++

porAl

+++

K+ K+ K+

10

_

_

_

_

_

_

Argilas 2 : 1


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Uma massa de solo argiloso no estado lquido (por exemplo, lama) no possui forma prpria etem resistncia ao cisalhamento nula. Retirando-se gua aos poucos, por secamento da amostra, a

partir de um teor de umidade esta massa de solo torna-se plstica, quando para um teor de umidadeconstante poder ter sua forma alterada, sem apresentar uma variao sensvel do volume, rupturaou fissuramento. Continuando o secamento da amostra, atinge-se um teor de umidade no qual o solo

deixa de ser plstico e adquire a aparncia de slido, mas ainda apresentando uma variao devolume para teores de umidade decrescentes, porm mantendo-se saturado, se encontrando noestado semi-slido. Finalmente, a partir de um teor de umidade, amostra comear a secar, mas avolume constante, at o secamento total, tendo atingido o estado slido. A Figura 4.6 mostra odescrito anteriormente, lembrando que V = Vo Vf igual ao volume de gua da amostra,

perdido por secamento, para se passar do estado lquido ao slido.Os teores de umidade correspondentes aos limites de consistncia entre slido e semi-slido;

semi-slido e plstico; e plstico e lquido so definidos como limite de contrao, limite deplasticidade e limite de liquidez.

Figura 4.6 - Estados e limites de consistncia.

A plasticidade de um solo argiloso est relacionada forma de suas partculas, e que caracterstica do argilo-mineral existente no solo. Diversos autores vm procurando correlacionar oslimites de consistncia com os aspectos mineralgicos das argilas. A Tabela 4.2 mostra os valoresdos limites de consistncia de alguns argilo-minerais.

Tabela 4.2 - Limites de consistncia (Mitchell, 1976).

Argilo-minerais Limite de LiquidezLL (%)

Limite de PlasticidadeLP (%)

Limite de ContraoLC (%)

Montmorilonita 100 - 900 50 - 100 8,5 - 15Ilita 60 - 120 35 - 60 15 - 17Caulinita 30 - 110 25 - 40 25 - 29

Variaodevolume(V)

Estadolquido

Estadoplstico

Estadosemi-slidoEstado

slido

Vf

V0

LC LP LL

Teor de umidade (w%)

0

Vi

Sr < 100% Sr = 100%


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4.4 Determinao experimental dos limites de consistnciaAinda que, os limites de liquidez e de plasticidade possam ser obtidos atravs de ensaios

bastante simples, a interpretao fsica e o relacionamento quantitativo dos seus valores, com osfatores de composio do solo, tipo e quantidade dos minerais, tipo de ction adsorvido, forma e

tamanho das partculas, composio da gua difcil e complexo.

4.4.1 Limite de liquidez (LL)

No ensaio de limite de liquidez mede-se, indiretamente, a resistncia ao cisalhamento do solo para um dado teor de umidade, atravs do nmero de golpes necessrios ao deslizamento dostaludes da amostra; para um teor de umidade igual ao limite de liquidez foram encontrados valoresiguais a 2,5 kPa, valores estes muito baixos, indicando a proximidade do estado lquido e sendo amaior parte desta resistncia devida s foras atrativas entre as partculas que por sua vez estorelacionadas a atividade superficial dos argilo-minerais.

O limite de liquidez de um solo o teor de umidade que separa o estado de consistncialquido do plstico e para o qual o solo apresenta uma pequena resistncia ao cisalhamento. Oensaio utiliza o aparelho de Casagrande, onde tanto o equipamento quanto o procedimento sonormalizados (ABNT/NBR 6459/82).

O aparelho de Casagrande, mostrado na Figura 4.7 formado por uma base dura (ebonite),uma concha de lato, um sistema de fixao da concha base e um parafuso excntrico ligado auma manivela que movimentada a uma velocidade constante, de duas rotaes por segundo, elevara concha a uma altura padronizada para a seguir deix-la cair sobre a base. Um cinzel (gabarito),com as dimenses mostradas na mesma figura completa o aparelho. O solo utilizado no ensaio afrao que passa na peneira de 0,42mm (# 40) de abertura e uma pasta homognea dever ser

preparada e colocada na concha; utilizando o cinzel, dever ser aberta uma ranhura, conformemostrado na Figura 4.8. Conforme a concha vai batendo na base, os taludes tendem a escorregar e aabertura na base da ranhura comea a se fechar. O ensaio continua at que os dois lados se juntem,longitudinalmente, por um comprimento igual a 10,0 mm, interrompendo-se o ensaio nesse instantee anotando-se o nmero de golpes necessrios para o fechamento da ranhura.

Figura 4.7 - Aparelho de Casagrande.

Retirando-se uma amostra do local onde o solo se uniu determina-se o teor de umidade,obtendo-se assim um par de valores, teor de umidade x nmero de golpes, que definir um ponto


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no grfico de fluncia. A repetio deste procedimento para teores de umidade diversos, permitirconstruir o grfico apresentado na Figura 4.9. Convencionou-se, que no ensaio de Casagrande, oteor de umidade correspondente a 25 golpes, necessrios para fechar a ranhura, o limite deliquidez.

Figura 4.8 - Ensaio de limite de liquidez.

Grfico - Limite de Liquidez

10

100

25 26 27 28 29 30 31Umidade (%)

NmerodeGolpes

25

Figura 4.9 Grfico de limite de liquidez

4.4.2 Limite de plasticidade (LP)

Uma explicao para o limite de plasticidade no to simples, como a do limite de liquidez,podendo-se citar, entre outras, a que sugere que o limite de plasticidade corresponde a um teor deumidade do solo que para valores menores do que ele, as propriedades fsicas da gua no mais seigualam s da gua livre ou de que o limite de plasticidade o teor de umidade mnimo, no qual acoeso pequena para permitir deformao, porm, suficientemente alta para garantir a manutenoda forma adquirida. Independentemente, das explicaes sugeridas, o limite de plasticidade oextremo inferior do intervalo de variao do teor de umidade no qual o solo apresentacomportamento plstico.

O equipamento necessrio realizao do ensaio muito simples tendo-se, apenas, uma placade vidro com uma face esmerilhada e um cilindro padro com 3mm de dimetro, conforme esta


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representado na Figura 4.10. O ensaio inicia-se rolando, sobre a face esmerilhada da placa, umaamostra de solo com um teor de umidade inicial prximo do limite de liquidez, at que, duascondies sejam, simultaneamente, alcanadas: o rolinho tenha um dimetro igual ao do cilindro

padro e o aparecimento de fissuras (inicio da fragmentao). O teor de umidade do rolinho, nestacondio, representa o limite de plasticidade do solo. O ensaio normalizado pela NBR 7180/82.

Figura 4.10 - Determinao do limite de plasticidade.

4.4.3 Limite de contrao (LC)

O limite de contrao o teor de umidade que separa o estado semi-slido do slido. Umaargila, inicialmente saturada e com um teor de umidade prximo do limite de liquidez, ao perdergua sofrer uma diminuio do seu volume igual ao volume de gua evaporada, at atingir um teorde umidade igual ao limite de contrao. A partir deste valor a amostra secar a volume constante.A Figura 4.11 mostra o descrito, onde no esquema central esto indicados os valores das faseslquida e slida que possibilita calcular o limite de contrao. O esquema esquerda indica ascondies iniciais da amostra e direita as condies, aps a secagem.

(a) (b) (c)Figura 4.11 - Limite de contrao

O limite de contrao igual a:

LC = Ww/Ws

quando se conhece o peso especfico dos slidos, o peso de gua, poder ser calculada por:

Ww = (Vf- Ws/s) .w

que so grandezas facilmente determinveis em laboratrio, resultando:

LC =w . (Vf/Ws - 1/s)

Slidos

V0

gua

W0

Slidos

Vw gua Ww

VS WS Slidos

Vf

Ar

WS


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Se o peso especfico dos slidos no conhecido, o limite de contrao pode ser determinadopela expresso:

LC = w0 - w . (V0 - Vf)/Ws

onde w0 o teor de umidade de moldagem do corpo de prova.

A determinao do limite de contrao, em laboratrio, segue os esquemas da Figura 4.11utilizando-se do equipamento mostrado na Figura 4.12. Inicialmente dever ser preparada uma

pasta, com teor de umidade prximo do limite de liquidez e que ser colocada em recipiente prprioe extrado o ar contido na amostra. A seguir esta deixada secar, no inicio ao ar e depois em estufa.O volume da pastilha seca obtido imergindo-a em mercrio e determinando o peso do mercrioextravasado,

Vf = Whg/hg

Figura 4.12 - Ensaio de contrao (ABNT/NBR 7183/82)

No final desta unidade so apresentados dois exemplos de determinaes dos limites fsicos.

4.5 ndice de plasticidade (IP)Dos diversos ndices, relacionando os limites de liquidez, de plasticidade e s vezes o teor de

umidade do solo, o mais utilizado atualmente o ndice de plasticidade. Fisicamente representaria aquantidade de gua que seria necessrio a acrescentar a um solo, para que ele passasse do estado

plstico ao lquido. Sendo definido como a diferena entre o limite de liquidez e o limite deplasticidade, portanto, temos:

IP = LL LP


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Este ndice determina o carter de plasticidade de um solo, assim, quando maior o IP, tantomais plstico ser o solo.

Sabe-se, ainda, que as argilas so tanto mais compressveis quando maior for o IP.Segundo Jenkins, os solos podero ser classificados em:

- fracamente plsticos 1 < IP 7- medianamente plsticos 7 < IP 15- altamente plsticos IP > 15

4.6 ndice de consistncia (IC)Segundo a norma ABNT/NBR 6502/80 quanto consistncia os solos finos podem ser

subdivididos em muito moles (vazas), moles, mdias, rijas e duras. Busca situar o teor de umidadedo solo no intervalo de interesse para a utilizao na prtica, ou seja, entre o limite de liquidez e ode plasticidade. As argilas moles, mdias e rijas situam-se no estado plstico; as muito moles no

estado lquido e as duras no estado semi-slido.Quantitativamente, cada um dos tipos pode ser identificado quando se tratar de argilas

saturadas, pelo seu ndice de consistncia, IC = (LL - w)/IP, do seguinte modo:

- muito moles IC < 0- moles 0 < IC < 0,50- mdias 0,50 < IC < 0,75- rijas 0,75 < IC < 1,00- duras IC > 1,00

O ndice de consistncia a relao entre a diferena do limite de liquidez para umidadenatural e o ndice de plasticidade.

Qualitativamente, cada um dos tipos pode ser identificado do seguinte modo:

-muito moles: as argilas que escorrem com facilidade entre os dedos, se apertadas nas mos;-moles: as que so facilmente moldadas pelos dedos;-mdias: as que podem ser moldadas pelos dedos;- rijas: as que requerem grande esforo para serem moldadas pelos dedos;-duras: as que no podem ser moldadas pelos dedos e que, ao serem submetidas o grande

esforo, desagregam-se ou perdem sua estrutura original.

Segundo a ABNT/NBR 7250/82, a consistncia das argilas e siltes argilosos correlacionadacom o ndice de resistncia penetrao obtido no ensaio de SPT, como mostra a Tabela 4.3.

Tabela 4.3 Correlao entre SPT e a consistncia das argilas e siltes argilosos

ndice de resistncia penetraoN (SPT)

Designao

2 muito mole R< 0,5 Kg/cm23 a 5 mole6 a 10 mdia (o)

11 a 19 rija (o)

> 19 dura (o)

R > 4,0 Kg/cm

2


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4.7 ndice de liquidez(IL)Esse ndice unitrio para solos com teor de umidade natural igual ao limite de liquidez, e

zero para solos que tem umidade natural igual ao limite de plasticidade.O ndice de liquidez indicativo das tenses vividas pelo solo ao longo de sua histria

geolgica. Argilas normalmente adensadas (ver Unidade 8) tm ndices de liquidez prximos daunidade ao passo que argilas pr-adensadas tm ndices prximos de zero. Valores intermedirios para o ndice de liquidez so freqentemente encontrados. Excepcionalmente pode exceder aunidade, como no caso das argilas extra-sensveis ou pode ser negativo, como no caso das argilasexcessivamente pr-adensadas.

O ndice de liquidez de um solo, IL, expresso por:

LPLL

LPwIL

=

onde,

w = umidade naturalLL = limite de liquidezLP = limite de plasticidade

4.8 Atividade coloidal (Ac) a relao entre o ndice de plasticidade e a porcentagem da frao argilosa menor que 2

microns (0,002mm).

Ac = IP / (% frao de partculas < 2)

A atividade coloidal serve como indicao da maior ou menor influncia das propriedadesmineralgicas e qumico-coloidal, da frao argila, nas propriedades geotcnicas de um soloargiloso.

Segundo Skempton, os solos finos podero ser classificados em:

- argilas de atividade baixa Ac < 0,75- argilas de atividade normal 0,75 < Ac < 1,25- argilas de atividade alta Ac > 1,25

4.9 Grau de contrao (C) a razo da diferena entre os volumes inicial (Vo) e final (Vf) aps a secagem da amostra,

para o volume inicial (Vo), expressa em porcentagem:

C = (Vo - Vf)/ Vo

Segundo Scheidig, a compressibilidade de um solo cresce com o grau de contrao, tem-se:

- solos bons C < 5%- solos regulares 5% < C < 10%- solos sofrveis 10% < C < 15%- solos pssimos C > 15%


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4.10 Grfico de plasticidadeResultados de pesquisas realizados por Arthur Casagrande permitiram a elaborao de um

grfico (Figura 4.13), que serve para a classificao de um solo segundo as suas propriedadesplsticas.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

LIMITE DE LIQUIDEZ - LL %

NDICEDEPLASTICIDADE-IP%

LINHA A

IP = 0,73 (LL 20)

Argilas inorgnicasde alta plasticidade

Argilasinorgnicasde medianaplasticidade

Argilas inorgnicasde baixa plasticidade

Solos semcoeso

Siltes inorgnicos debaixa compressibilidade

Siltes inorgnicos demediana compressibilidadee siltes orgnicos

Siltes inorgnicos dealta compressibilidade

e argilas orgnicas

LL=30

LL=50

Figura 4.13 - Grfico de plasticidade.

A partir do grfico de plasticidade, obtm-se indicaes de algumas caractersticas dos solosconforme a Tabela 4.4 e a Figura 4.14.

Tabela 4.4 - Caractersticas dos solos em funo da razo de variao dos limites de Atterberg.

CaractersticasLL = constanteIP = crescente

LL = crescenteIP = constante

Compressibilidade praticamente nula cresce

Permeabilidade decresce cresce

Plasticidade cresce decresce

Resistncia no estado seco cresce decresce

Os limites de Atterberg e os ndices associados so empregados na identificao eclassificao dos solos. Freqentemente os limites so utilizados para controlar os solos e em

mtodos semi-empricos de projeto.Os limites no fornecem caractersticas referentes a estrutura do solo, pois esta destruda nopreparo da amostra para a determinao destes valores.


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O grfico de plasticidade de Casagrande foi proposto a partir de um grande nmero de ensaiosem solos pertencentes, na sua maioria, a regies no tropicais. Portanto para solos residuais etropicais o grfico muitas vezes inadequado.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100LL (%)

IP (%)

LINHA AIP = 0,73 (LL 20)

COMPRESSIBILIDADE

LINHA B

RESISTNCIA EMESTADO SECO

PERMEABILIDADE

TENACIDADE

Figura 4.14 - Direo da variao de permeabilidade, compressibilidade, tenacidade (plasticidade) eresistncia no estado seco dos solos no grfico de plasticidade.

4.11 Estrutura dos solosEstrutura de um solo o termo que designa a situao do arranjo das partculas no interior da

massa de solo. Variando-se o arranjo, varia a estrutura do solo, a qual depende fundamentalmentedo tamanho e da forma dos gros, bem como dos minerais constituintes dos gros.

Segundo Terzaghi, os principais tipos de estrutura so: granular simples, alveolar ou em favo

e floculenta; posteriormente, agregou-se a elas uma estrutura denominada esqueleto (Figura 4.15).

(a) granular simples (b) alveolar (c) floculenta

Figura 4.15 - Tipos de estruturas, segundo Terzaghi.


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4.11.1 Estrutura granular simples

Quando os gros de areia com dimetro maior que 0,02mm, em suspenso em gua, entramem processo de deposio, a sedimentao avana lentamente.

Suponhamos que j se tinha processado parte da sedimentao e que, sobre uma superfcie

muito irregular do sedimento de fundo assente uma partcula recm chegada. Seu movimento, atento vertical, perturbado, ao tocar no gro j sedimentado, por duas novas foras: a resistncia dosedimento penetrao e o atrito inicial que age no ponto de contato entre as partculas e osedimento. Se os gros so de areia, o atrito inicial desprezvel, comparado com o peso do gro.O peso e a reao formam um binrio que rola a partcula at ela encontrar, numa depressoadjacente, o seu equilbrio, o seu repouso. Forma-se, ento, um sedimento com estrutura granularsimples (Figura 4.15.a) na qual cada gro toca em diversos gros vizinhos.

Nas condies indicadas, forma-se uma estrutura fofa; por um processo posterior, de vibrao,por exemplo, estas estruturas podem tornar-se compactas. A estrutura granular fofa ou compacta prpria das areias e pedregulhos.

4.11.2 Estrutura alveolar ou em favo de abelha

Se as partculas que sedimentam so suficientemente pequenas, com dimetros menores que0,02 mm, o atrito inicial da mesma ordem de grandeza ou menor que o peso prprio, o que podeimpedir as partculas de rolarem; assim, elas permanecero na posio do primeiro contato e osedimento tornar-se- esponjoso, como mostrado na Figura 4.15.b. Esta estrutura em que cadalamela toca em poucas lamelas dos gros vizinhos denominada de alveolar ou em favo de abelha.Trata-se de estrutura estvel, caracterstica das argilas.

4.11.3 Estrutura floculenta

Suponhamos que as partculas sejam de tamanho coloidal. Sabe-se que essas partculas socarregadas de eletricidade, quase sempre negativa, o que impede a aglutinao das mesmas no seioda suspenso, devido repulso mtua. Em virtude do seu reduzido tamanho estas partculastenderiam a permanecer indefinidamente em suspenso, como caracterstico dos colides, sendodotadas de um estado de agitao permanente denominado de movimento browniano.

Se esta suspenso entra em contato com um eletrlito, o que pode acontecer quando as guasde um rio atingem as guas salgadas do mar os ctions de eletrlito neutralizam as cargas negativasdas partculas. Como o movimento browniano das partculas continua, no havendo mais repulso,

as partculas passam a colidir; entra em ao o atrito inicial e elas passam a depositar-se juntas.Comeam a depositarem-se, no mais partculas isoladas, mas flculos esponjosos que se agregamdurante o processo de sedimentao. Formam-se, assim, sedimentos esponjosos semelhantes aos daestrutura alveolar, porm com flculos em lugar das lamelas ou gros; portanto, uma estrutura aindamais porosa que a alveolar. Esta estrutura denominada estrutura floculenta (Figura 4.15.c).

4.11.4 Estrutura esqueleto

A estrutura floculenta raramente encontrada nos solos naturais, pois sendo gradualmentecarregada pelo material que se deposita em cima dela, tende a desagregar, transformando-se numa

estrutura alveolar. Esta estrutura, por sua vez, devido aos mesmos fatores de carregamento, tenderiaa se transformar em estrutura simplesmente granular. Entretanto, como as fraes mais finas dossolos esto sempre associadas com pores de partculas mais grossas, estas ltimas formam oarcabouo ou esqueleto que suporta a maior parte das cargas, provocando, ento maior


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concentrao de presses em determinados pontos. Isto torna possvel que as pores mais finasretenham permanentemente sua estrutura alveolar. O conjunto forma, ento, o que se denominaestrutura esqueleto (Figura 4.16).

Figura 4.16 - Estrutura esqueleto.

4.12

AmolgamentoAmolgamento a operao de destruio da estrutura original do solo, com a conseqente

perda de sua resistncia, mantido seu teor de umidade original. A influncia da estrutura do solo emsuas propriedades pesquisada atravs de ensaios realizados com amostras indeformadas.

As estruturas, quando mais complexas, menos estveis so e, uma vez destrudas, no poderomais ser recompostas. Por exemplo, a argila da cidade do Mxico, que formada a partir de umafina cinza vulcnica que lentamente se depositou em um lago de gua doce, apesar de suacomplicada estrutura que lhe permite ter 400% de umidade (cerca de 90% do volume total ocupado por gua), mesmo assim, no seu estado natural apresenta uma relativa resistncia;amassada, no entanto, na mo, perde ela toda a sua resistncia e transforma-se em nada mais do que

num pouco de gua suja.A maior ou menor perda de resistncia das argilas com estrutura chama-se sensitividade e medida pela relao entre o resultado de um ensaio de compresso simples (Unidade 9) queapresentou resistncia Rs para a amostra ensaiada antes da remoldagem e Rs aps a remoldagem.

O efeito do amolgamento o de destruir qualquer aglutinao nos pontos de contato dos grose, portanto, a estrutura, de forma a transformar o solo numa massa de gros dispersos. Uma srie deefeitos eletroqumicos, envolvendo a atrao entre os gros, d lugar, ento, a uma reduo dacoeso aparente. A Figura 4.17 mostra as curvas, tenso-deformao, obtidas no ensaio decompresso simples numa mesma amostra de solo antes e depois de remoldado. O ndice desensitividade, como definido por Skempton, o seguinte:

St = Is = Rs/Rs

Para Is = 1, as argilas so ditas insensitivas, para Is entre 2 e 4, so de pequena a mdiasensibilidade, para Is entre 4 e 8, so consideradas extra-sensveis.


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Quando maior o ndice de sensibilidade mais sofrem as argilas o efeito da remoldagem, poisresulta disso uma reduo da coeso e aumento da compressibilidade e diminuio da

permeabilidade.

Figura 4.17 - Curvas tenso-deformao obtidas no ensaio de compresso simples.

Figura 4.18 Esquema do ensaio de compresso simples

4.13 TixotropiaO termo tixotropia usado, na prtica da Mecnica dos Solos, para descrever o

restabelecimento da resistncia num solo remoldado, embora em fsico-qumica coloidal ele tenhaum sentido pouco diferente. Essa recuperao s muito raramente atinge 100% do valor primitivo.

A explicao do fenmeno seria possvel admitindo-se que a remoldagem, diminui asdistncias entre as partculas, desequilibra o campo atrativo entre elas, levando-o a um estado queno estvel; quando o solo deixado em repouso, ou sobre ele atuam presses de adensamento outrocam-se as condies coloidais do meio, distncia entre as partculas tende a um nvel de energiade repouso que ser maior que o anterior.

Essa propriedade muito importante nas lamas de perfurao que devem ser as mais lquidaspossveis durante a perfurao e o mais consistente possvel quando no se est perfurando, a fim deevitar blow-up.

Rs

Rs

Efeito da estrutura -

Indeformado

Amolgado


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4.14 Exemplos de limites de consistnciaExemplo 1: Uma amostra de 200,0 g de solos, passante na peneira de 0,42 mm (# 40) foi preparada

para os ensaios de limites de consistncia. A planilha a seguir mostra os resultados obtidos:

Interessado: Certificado N:Amostra: Data: 09 de setembro de 2001

Cpsula N 6 7 8 9 10

Cp + S + A (g): 16,40 18,04 19,51 19,19 20,63Cp + Solo (g): 14,05 15,27 16,30 15,90 17,06Cpsula (g): 5,10 4,97 4,97 4,49 5,03Umidade (%): 26,26 26,89 28,33 28,83 29,68N de Golpes: 47 36 29 24 19

Cpsula N 11 12 13 14 15 Contrao: 17Cp + S + A (g): 6,57 7,22 6,66 6,89 6,90 Plasticidade: 16Cp + Solo (g): 6,33 6,96 6,39 6,65 6,59 Liquidez: 29Cpsula (g): 4,75 5,21 4,72 5,02 4,80 nd. de Plast.: 13Umidade (%): 15,19 14,86 16,17 14,72 17,32

Limite de Contrao

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIACENTRO DE TECNOLOGIA

LABORATRIO DE MATERIAIS DE CONSTRUO CIVIL

Limites de Consistncia

Cermica Pallotti13 A7 - Vrzea do Arroio Cadena

Peso final (g):Volume final (ml):

2,73327,6314,9

Peso Espec. (g/cm):

Limite de liquidez

Limite de Plasticidade Limites Fsicos


10

100

25 26 27 28 29 30 31Umidade (%)

NmerodeGolpes

25


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Clculo do teor de umidade para cada cpsula:

Idem ao procedimento do item 2.4.3 Unidade 2

Cpsula N 6:

- Peso da cpsula + solo mido: (Wc + W) = 16,40g- Peso da cspula + solo seco: (Wc + Ws) = 14,05g- Peso da cpsula: (Wc) = 5,10g

- teor de umidade - w (%):( ) ( )

( )( )%.100

+

++=

WcWsWc

WsWcWWcw

( )%.10010,505,1405,1440,16

=w w = 26,26 %

Determinao do limite de liquidez:

Uma vez calculado todos os teores de umidades, traa-se o grfico Teor de umidade x n degolpes, e a seguir determina-se o teor de umidade para 25 golpes.

LL = 29,0 %.

Determinao do limite de plasticidade:

Faz-se a mdia aritmtica dos teores de umidade encontrados para cada rolinho moldado.

LP = wi / n (n = nmero de rolinhos moldados)LP = (15,19 + 14,86 + 16,17 + 14,72 + 17,32) / 5 = 15,65 % LP = 16 %

Determinao do limite de contrao:

- peso especfico da guaw = 1 g/cm3

- o volume final (seco) da pastilha moldada Vf= 14,9- peso da pastilha (peso de solo seco) Ws = 27,63 g

LC =w . (Vf/Ws - 1/s) . 100 %LC = 1,0 . (14,9 / 27,63 1 / 2,733) . 100 % = 17,33 % LC = 16 %

Determinao do ndice de plasticidade:

Faz-se a diferena entre o limite de liquidez e o limite de plasticidade

IP = LL LP = 29 16 = 13 % (solo medianamente plstico)

A seguir apresentam-se os resultados dos ensaios de limites fsicos do solo residual das Minas

de calcreo Caapava do Sul, apresentado como exemplo na Unidade 3. Este solo com teores nafrao areia de 52 % e silte de 46 %, apresenta-se como um material no plstico, como pode serobservado na planilha.


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Exemplo 2: Resultado dos ensaios de limites de consistncia do solo residual das minas de calcreode Caapava do Sul.

Interessado: Certificado N:Amostra: Data:

Cpsula N 21 22 23 24 25Cp + S + A (g): 18,86 18,35 19,30 20,45 20,45Cp + Solo (g): 15,00 14,66 15,56 16,65 16,65Cpsula (g): 5,06 4,79 4,87 4,90 4,90Umidade (%): 38,83 37,39 34,99 32,34 32,34N de Golpes: 20 27 35 55 55

Cpsula N 26 27 28 29 30 Contrao: 30Cp + S + A (g): Plasticidade: NPCp + Solo (g): Liquidez: 38Cpsula (g): nd. de Plast.: NPUmidade (%):

Limite de liquidez

Limite de Plasticidade Limites Fsicos

NO PLSTICO

Peso final (g):Volume final (ml):

2,78524,6316,3

Peso Espec. (g/cm):

Limite de Contrao

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIACENTRO DE TECNOLOGIA

LABORATRIO DE MATERIAIS DE CONSTRUO CIVIL

Limites de Consistncia

Cermica Desconsi1 A7 - Minas de Calcreo - Caapava do Sul


10

100

31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

Umidade (%)

NmerodeGolpes

25

Documents

Solo-limite Liquidez e Plasticidade