Mecanica dos Solos - Granulometria e Limites de Consistencia UFMA

Mecânica dos solos UFMA Capitulo III Granulometria e Limites de Consistência Prof George Fernandes Azevedo DSc UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO ENGENHARIA CIVIL São Luís MA Mecânica dos solos UFMA SOLO ACUMULAÇÃO DE PARTÍCULAS FASE SÓLIDA FORMANDO ESPAÇOS VAZIOS ENTRE SI POROS OU INTERSTÍCIOS PREENCHIDOS COM ÁGUA FASE LÍQUIDA EOU AR FASE GASOSA SISTEMA TRIFÁSICO Fase Sólida Fase Líquida Fase Gasosa AR ÁGUA PARTÍCULAS SÓLIDAS PARTÍCULAS FORMAS TAMANHOS INTEMPERISMO AGENTES DE TRANSPORTES FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS FRAÇÕES DO SOLO classes de tamanho PEDREGULHO AREIA SILTE e ARGILA estabelecidas arbitrariamente a determinadas faixas ou intervalos de tamanho Mecânica dos solos UFMA ESCALA GRANULOMÉTRICA Caracterização em função das diferentes faixas de tamanhos correspondentes às frações de partículas constituintes do solo 0005 0074 0420 2000 mm ARGILA SILTE AREIA FINA AREIA GROSSA AREIA MÉDIA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Matacões ø 300 mm Pedras 300 mm ø 75 mm Siltes e Argilas ø 0074 mm Cascalho 75 mm ø 475 mm Areias 475 mm ø 0074 mm Sistema Unificado de Classificação dos Solos Mecânica dos solos UFMA Fração Limites de tamanho ABNT NBR 65022022 Matacão Pedra Pedregulho Areia Grossa Areia Média Areia Fina Silte Argila 20 cm a 1 m 60 mm a 20 cm 20 mm a 60 mm 06 mm a 20 mm 02 mm a 06 mm 006 mm a 02 mm 0002 mm a 006 mm Inferior a 0002 mm Limites de tamanho AASHTO 48 mm a 60 mm 20 mm a 48 mm 042 mm a 20 mm 0074 mm a 042 mm 0005 mm a 0074 mm 0001mm a 0005 mm TAMANHO DAS PARTÍCULAS FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Associação Americana de Transporte Rodoviário Denominações específicas são empregadas para diversas faixas de tamanho de grãos Os limites variam de acordo com o sistema de classificação Mecânica dos solos UFMA GRANULOMETRIA Caracterização do tamanho dos grãos do solos Tamanho dos grãos classificação dos solos Métodos de determinação Peneiramento Sedimentação densímetro peneira Distribuição granulométrica dos solos Granulometria conjunta FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Categorização das partículas do solo segundo seus diâmetros equivalentes considerando os limites do sistema de classificação frações granulométricas Mecânica dos solos UFMA 20 0074 0074 FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Aparelho de dispersão solo defloculante Amostra seca Medidas no densímetro Estufa Estufa Destorroar Série de peneiras Série de peneiras Pesagem do material acumulado Peneiramento Grosso Sedimentação e peneiramento fino material que passa em 2 mm Nº 10 Proveta Mecânica dos solos UFMA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS PENEIRAMENTO NBR 71812016 Operações preliminares 1 Determinar com as resoluções da tabela abaixo a massa da amostra seca ao ar massa da amostra determinada pela NBR 6457 Amostras de solo preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização Tabela 1 Balança para a determinação do peso da amostra seca ao ar Dimensão dos maiores grãos contidos na amostra mm Balança a ser utilizada Capacidade Nominal kg Resolução g 25 8 kg 10 1 5 a 25 4 kg 5 05 5 1 kg 15 01 Mecânica dos solos UFMA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS PENEIRAMENTO Passar o material na peneira de 2 mm N 10 desmanchandose todos os torrões ainda existentes Operações preliminares Assegurar a retenção na peneira somente dos grãos maiores que a abertura da malha 20 Lavar a parte retida para eliminar o material fino aderente e secar em estufa até constância de massa material para peneiramento grosso Almofariz Mão de gral Mecânica dos solos UFMA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS As peneiras são colocadas em ordem crescente de baixo para cima Na base há um fundo fechado para coleta do material mais fino No topo tampase o conjunto para evitar perda do material mais fino PENEIRAMENTO Mecânica dos solos UFMA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS PENEIRAMENTO Pesar o material retido na peneira de 20 mm e anotar Ms material que foi seco antes do peneiramento Peneiramento grosso Utilizandose o agitador mecânico passase esse material nas peneiras indicadas A soma de todas essas massas retidas ou o retido acumulado na peneira de 20 mm será anotada com Mg massa do material graúdo Mecânica dos solos UFMA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS PENEIRAMENTO Peneiramento fino Do material passado na peneira de 20 mm tomar cerca de 120 g Recomendase usar junto uma peneira intermediária como a de 025 mm para não sobrecarregar e evitar transbordamento com perda de solo Lavar este material na peneira de 0074 mm nº200 vertendose água potável à baixa pressão Mecânica dos solos UFMA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS PENEIRAMENTO Peneiramento fino Secar este material em estufa 105C a 110C até a constância de massa anotandose a massa ms e utilizar o agitador mecânico para as peneiras destacadas Anotar as massas retidas acumuladas em cada peneira Mecânica dos solos UFMA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Sedimentação Quando há interesse na porção mais fina do solo empregase a técnica de sedimentação Quando uma amostra de solo é dispersada em água as partículas decantam em velocidades diferentes Forma das partículas Tamanho das partículas Peso das partículas Viscosidade da água Assumese que todas as partículas do solo são esferas cuja velocidade é dada pela Lei de Stokes Partículas cairão com velocidades proporcionais ao quadrado dos seus diâmetros v velocidade ρs massa específica das partículas do solo ρw massa específica da água η viscosidade da água D diâmetro das partículas de solo Mecânica dos solos UFMA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Sedimentação Do material passado na peneira de 200 mm tomar 120 g para solos arenosos 70 g para solos siltosos e argilosos Na situação natural é frequente que as partículas estejam agregadas ou floculadas predomina as forças de atração Se estas aglomerações não forem destruídas os diâmetros dos flocos serão determinados e não aqueles das partículas isoladas Uso de defloculante Transferir o material para um béquer de 250 cm3 e juntar com auxílio de proveta como defloculante 125 cm3 de solução de hexametafosfato de sódio com a concentração de 457 g do sal por 1 000 cm3 de solução Deixar em repouso no mínimo 12 horas 250 cm3 Mecânica dos solos UFMA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Sedimentação Estado natural Partículas finas de argila macroagregadas ação cimentante de óxidos de ferro comportamento de silte e areia fina Com uso do defloculante classificação muda Domínio Aglomerado Agregado Mecânica dos solos UFMA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Sedimentação Verter no copo de dispersão removendose com água destilada o material aderido no béquer Adicionar água destilada até que a hélice fique imersa e ligar por quinze minutos Mecânica dos solos UFMA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Sedimentação Transferir a dispersão para uma proveta e encher até 1000 cm3 Tampando a boca com uma das mãos executar movimentos enérgicos de rotação durante 1 minuto de forma que a boca da proveta passe de cima para baixo e viceversa Mecânica dos solos UFMA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Sedimentação Colocar sobre uma mesa e mergulhar cuidadosamente o densímetro na dispersão Efetuar as leituras do densímetro nos tempos t de 05 1 e 2 minutos lendose o valor da temperatura viscosidade da água Fazer as leituras de 4 8 15 e 30 minutos 1 2 4 8 e 24 horas lendose a temperatura Densímetro mede a quantidade de solo que ainda está em suspensão Mecânica dos solos UFMA Início suspensão uniforme densidade igual em toda profundidade FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Sedimentação Em certo tempo partículas maiores caem densidade na parte superior do frasco diminui Qual a maior partícula em suspensão em um dado tempo 𝑫 𝟏𝟖 𝝆𝒔 𝝆𝒘 𝜼 𝒗 Profundidade e tempo quaisquer relação entre densidade existente e a densidade inicial de grãos com diâmetro inferior aqueles pela lei de Stokes que estão em suspensão Mecânica dos solos UFMA GRANULOMETRIA Cálculos Porcentagem passante em cada peneira Peneiramento grosso Peneiramento fino 100 M M M Q s i s g Qg material passante em cada peneira Ms massa total da amostra seca Mi massa material seco retido acumulado em cada peneira Qf material passante em cada peneira ms massa da amostra seca submetida ao peneiramento fino mi massa material seco retido acumulado em cada peneira N material que passa na 10 100 100 N m m m Q s i s f FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Mecânica dos solos UFMA GRANULOMETRIA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Peneira mm Massa Retidag Massa Retida Acumuladag Massa que passa g Porcentagem Passa 508 381 254 191 95 48 20 00 00 1209 1256 1436 962 1653 00 00 1209 2465 3901 4863 6516 19238 19238 18029 16773 15337 14375 12722 1000 1000 937 872 797 747 661 Massa Total SECA 19238 g Massa Parcial SECA 9619 g Usada no peneiramento fino Peneiramento grosso 100 M M M Q s i s g Qg material passante em cada peneira Ms massa total da amostra seca Mi massa material seco retido acumulado em cada peneira Mecânica dos solos UFMA GRANULOMETRIA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Peneira mm Massa Retidag Massa Retida Acumuladag Massa que passa g Porcentagem Passa 20 119 042 025 015 0075 1653 6516 1282 1344 710 960 439 1282 2626 3336 4296 4735 12722 8337 6993 6283 5323 4884 661 573 4805 4317 3657 3359 Massa Total SECA 19238 g Massa Parcial SECA 9619 g Usada no peneiramento fino Peneiramento fino Qf material passante em cada peneira ms massa total da amostra seca submetida ao peneiramento fino mi massa material seco retido acumulado em cada peneira N material que passa na 10 100 100 N m m m Q s i s f Mecânica dos solos UFMA GRANULOMETRIA Cálculo Sedimentação Diâmetro das partículas do solo em suspensão t a D w s 1800 FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS D Diâmetro efetivo das partículas em mm Coeficiente de viscosidade do meio dispersor à temperatura do ensaio g x scm² tabela a Altura de queda das partículas em resolução de 01 cm correspondente leitura do densímetro em cm t Tempo de sedimentação em s ρs Massa específica dos grãos do solo em gcm³ ρw Massa específica do meio dispersor a temperatura do ensaio em gcm³ 𝑣 𝜌𝑠 𝜌𝑤 18 𝜂 𝐷² Mecânica dos solos UFMA GRANULOMETRIA Cálculo Sedimentação FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS a a altura de queda a L1 L22 L1 distância ao longo da haste do densímetro a partir do topo do bulbo até a marca para uma leitura do densímetro L2 comprimento do bulbo do densímetro L1 L2 Densímetro mede a quantidade de partículas em suspensão em uma dada profundidade Mecânica dos solos UFMA GRANULOMETRIA Cálculo Sedimentação FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Cálculo de L1 Rmin L1max Rmax L1min L1 R L1 max Rmin Leitura no densímetro L1 min Rmax L1 qualquer R qualquer 𝑳𝟏𝒎𝒂𝒙 𝑳𝟏𝒎𝒊𝒏 𝑹𝒎𝒊𝒏 𝑹𝒎𝒂𝒙 𝑳𝟏 𝐦𝐚𝐱 𝑳𝟏 𝑹𝒎𝒊𝒏 𝑹 𝑳𝟏 𝑳𝟏𝒎𝒂𝒙 𝑳𝟏𝒎𝒂𝒙 𝑳𝟏𝒎𝒊𝒏 𝑹𝒎𝒊𝒏 𝑹𝒎𝒂𝒙 𝑹𝒎𝒊𝒏 𝑹 Mecânica dos solos UFMA GRANULOMETRIA Cálculo Sedimentação Porcentagem do material em suspensão FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Qs do solo em suspensão no instante da leitura N do material que passa na 20mm ρs Massa específica dos grãos do solo em gcm³ ρd Massa específica do meio dispersor em gcm³ ρc Massa específica da água à temperatura de calibração do densímetro 20ºC em gcm³ V Volume da suspensão em cm³ 1 000 cm³ L Leitura do densímetro na suspensão Ld Leitura do densímetro no meio dispersor Função da Temperatura Ph Massa do material úmido submetido à sedimentação em g h Umidade higroscópica da amostra secagem por exposição ao ar 𝑄𝑠 𝑁𝑥 𝜌𝑠 𝜌𝑠 𝜌𝑑 𝑥 𝑉 𝜌𝑐 𝐿 𝐿𝑑 𝑃ℎ 100 ℎ 𝑥100 Mecânica dos solos UFMA GRANULOMETRIA Cálculo Sedimentação CALIBRAÇÃO DO DENSÍMETRO Construir uma curva de variação das leituras do densímetro no meio dispersor Ld em função da temperatura FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS 1 Diluir em proveta de um litro 125 cm3 da solução de hexametafosfato de sódio em 875 cm3 de água destilada 2 Com a proveta imersa em um recipiente com água provido de dispositivo para controle de temperatura variase a temperatura do meio dispersor e obtémse diversas leituras da densidade em uma faixa compreendida entre 10 C e 35 C pares de valores de Ld e Temperatura Mecânica dos solos UFMA GRANULOMETRIA Cálculo Sedimentação CALIBRAÇÃO DO DENSÍMETRO Com os valores obtidos construir uma curva de temperatura vs Ld FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Mecânica dos solos UFMA Curva granulométrica GRANULOMETRIA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS No eixo das abscissas são marcados os logaritmos das dimensões das partículas e sobre o eixo das ordenadas as porcentagens em peso do material que passa na peneira Mecânica dos solos UFMA GRANULOMETRIA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS CONCEITOS IMPORTANTES DA CURVA GRANULOMÉTRICA Coeficiente de não uniformidade 10 60 u D D C D60 é o diâmetro que corresponde à porcentagem que passa igual a 60 do material D10 é o diâmetro que corresponde à porcentagem que passa igual a 10 do material Quanto maior o coeficiente de não uniformidade mais bem graduada é a areia Areias com Cu menores que 2 são chamadas areias uniformes Indica a amplitude do tamanho dos grãos Mecânica dos solos UFMA GRANULOMETRIA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS CONCEITOS IMPORTANTES DA CURVA GRANULOMÉTRICA D10 diâmetro efetivo dos grãos Coeficiente de curvatura 10 60 2 30 c D D D C D30 é o diâmetro equivalente para o qual passa 30 do material Detecta melhor o formato da curva granulométrica permitindo identificar eventuais descontinuidades ou concentração muito elevada de grãos mais grossos no conjunto 1 CC 3 𝐾 100 𝐷𝑒𝑓𝑒𝑡 2 Mecânica dos solos UFMA GRANULOMETRIA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS CONCEITOS IMPORTANTES DA CURVA GRANULOMÉTRICA Coeficiente de não uniformidade Uniformidade Valores de Cu Muito Uniforme Cu 5 Uniformidade Média 5 Cu 15 Não uniforme Cu 15 Característica da Curva Valores de Cc Descontínua Cc 1 Suave 1 Cc 3 Muito uniforme na parte central Cc 3 Coeficiente de curvatura Quanto maior Cu mais bem graduado o solo 10 60 u D D C 10 60 2 30 c D D D C Mecânica dos solos UFMA GRANULOMETRIA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS D60 09 mm D10 015 mm D30 025 mm Quando CC é menor que 1 a curva tende a ser descontínua há falta de grãos de um certo diâmetro Mecânica dos solos UFMA GRANULOMETRIA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS D60 09 mm D10 015 mm D30 077 mm Quando CC é maior que três a curva tende a ser muito uniforme na sua parte central Mecânica dos solos UFMA GRANULOMETRIA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS D60 09 mm D10 015 mm D30 04 mm Curva se desenvolve suavemente 1 CC 3 Granulometria Contínua Mecânica dos solos UFMA Tipos de Curvas Granulométricas Curva A GRANULOMETRIA CONTÍNUA ABERTA material apresenta certa uniformidade nas frações Curva B GRANULOMETRIA DESCONTÍNUA não existe uniformidade nas diversas frações Curva C GRANULOMETRIA UNIFORME evidente predominância de uma determinada fração identificada pela verticalidade da curva Curva D GRANULOMETRIA CONTÍNUA DENSA material apresenta boas proporções entre as diversas frações FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Mecânica dos solos UFMA CURVA GRANULOMÉTRICA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Mecânica dos solos UFMA Exercício FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS A seguir encontramse os resultados de um ensaio granulométrico Peneira mm Massa Retidag 475 200 085 0425 025 015 0075 00 216 495 1026 891 956 604 Cuba 312 a Determine a porcentagem que passa em cada peneira e trace a curva de distribuição granulométrica b Determine D10 D30 e D60 a partir da curva de distribuição granulométrica c Calcule os coeficientes de não uniformidade e de curvatura Mecânica dos solos UFMA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Calculase inicialmente a massa total e a massa retida acumulada acima de cada peneira Peneira mm Massa Retidag 475 200 085 0425 025 015 0075 00 216 495 1026 891 956 604 Cuba 312 Massa Retida acumuladag Exercício 𝑴𝒂𝒔𝒔𝒂 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝑴 00 216 711 1737 2628 3584 4188 450 ΣM 𝑴𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒓𝒆𝒕𝒊𝒅𝒂 𝒂𝒄𝒖𝒎𝒖𝒍𝒂𝒅𝒂 𝚺𝑴𝒊 Para uma dada peneira somase a massa desta peneira às massas das peneiras acima daquela considerada Mecânica dos solos UFMA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Efetuase o cálculo da porcentagem que passa em cada peneira Peneira mm Massa Retidag 475 200 085 0425 025 015 0075 00 216 495 1026 891 956 604 Cuba 312 Massa Retida acumuladag Exercício 00 216 711 1737 2628 3584 4188 450 ΣM 𝑷𝒐𝒓𝒄𝒆𝒏𝒕𝒂𝒈𝒆𝒎 𝒒𝒖𝒆 𝒑𝒂𝒔𝒔𝒂 𝚺𝑴𝑴𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒂𝒄𝒖𝒎𝒖𝒍𝒂𝒅𝒂 Σ𝑴 100 𝟒𝟓𝟎𝑴𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒂𝒄𝒖𝒎𝒖𝒍𝒂𝒅𝒂 𝟒𝟓𝟎 100 Porcentagem que passa 100 952 842 614 416 204 69 Mecânica dos solos UFMA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Com os dados das aberturas das peneiras e da porcentagem que passa podese determinar a curva granulométrica Peneira mm 475 200 085 0425 025 015 0075 Exercício Porcentagem que passa 100 952 842 614 416 204 69 0 20 40 60 80 100 120 001 01 1 10 que passa Diâmetro das partículas mm escala logarítmica Mecânica dos solos UFMA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Cálculo de D10 D30 e D60 a partir da curva granulométrica Exercício 0 20 40 60 80 100 120 001 01 1 10 que passa Diâmetro das partículas mm escala logarítmica D60 D10 0085 mm D30 0185 mm D60 041 mm D30 30 10 D10 Mecânica dos solos UFMA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Cálculo do coeficiente de não uniformidade Cu e do coeficiente de curvatura CC Exercício 0 20 40 60 80 100 120 001 01 1 10 que passa Diâmetro das partículas mm escala logarítmica D60 D10 0085 mm D30 0185 mm D60 041 mm D30 30 10 D10 𝐶𝑢 𝐷60 𝐷10 041 0085 482 𝐶𝐶 𝐷30 ² 𝐷60𝐷10 𝐶𝐶 0185 ² 0410085 098 Mecânica dos solos UFMA Consistência dos Solos FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Só a distribuição granulométrica não caracteriza bem o comportamento dos solos sob o ponto de vista da engenharia A fração fina dos solos tem uma importância muito grande neste comportamento Quanto menores as partículas maior a superfície específica 1 partícula 384 cm²512 cm³ 64 partículas 1536 cm²512 cm³ O comportamento de partículas com superfícies específicas tão distintas perante a água é muito diferenciado Granulares meniscos capilares Finas forças eletroquímicas dupla camada difusa 2 cm Mecânica dos solos UFMA Consistência dos Solos Para uma mesma fração de argila o solo pode ter comportamento muito diferente dependendo das características dos minerais presentes FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Além disso as partículas minerais de argila diferem muito em relação a estrutura mineralógica e aos cátions adsorvidos CAULINITA ILITA MONTMORILONITA Solos com características expansivas presença de montmorilonita Mecânica dos solos UFMA Consistência dos Solos FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS A identificação da influência das partículas argilosas de forma prática baseia se no comportamento do solo na presença de água Quando minerais de argila estão presentes em um solo com granulação fina este pode ser remoldado na presença de alguma umidade sem esfarelar Essa natureza coesiva é causada pela água adsorvida que circunda as partículas de argila dupla camada difusa Atterberg Método para descrever a consistência de solos com grãos finos e teor de umidade variável Engenheiro químico sueco Mecânica dos solos UFMA Plasticidade dos Solos PLASTICIDADE SOLOS FINOS EM CONDIÇÕES ESPECÍFICAS DE UMIDADE DEFORMAÇÕES MUDANÇAS NAS DIMENSÕES CONTÍNUAS SEM VARIAÇÕES APRECIÁVEIS DE VOLUME E SEM FISSURAMENTO OU RUPTURA PLASTICIDADE Propriedade típica dos solos finos em função da forma da partícula superfície específica e da estrutura cristalina do argilomineral que se manifesta em determinadas condições de umidade e que permite que o solo seja moldado deformações contínuas sem fissuramento ruptura ESTADO PLÁSTICO DOS SOLOS FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Mecânica dos solos UFMA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS PLASTICIDADE DOS SOLOS As propriedades de determinados tipos de solo finos dependem do seu teor de umidade e assim apenas a granulometria não era suficiente A PLASTICIDADE é normalmente definida como uma propriedade dos solos que consiste na MAIOR ou MENOR capacidade de serem moldados sob certas condições de umidade ESTADOS DE CONSISTÊNCIA Dependem da umidade LL LP LC ESTADO LÍQUIDO ESTADO PLÁSTICO ESTADO SEMI SÓLIDO ESTADO SÓLIDO w Limites de Atterberg Mecânica dos solos UFMA Estados de Consistência Diferentes estados físicos que o solo pode se encontrar em função dos diferentes teores de umidade ESTADO LÍQUIDO solo se comporta como uma suspensão não apresenta nenhuma resistência ao cisalhamento ESTADO PLÁSTICO solo apresenta a propriedade de plasticidade possibilidade de ser moldado sem rupturas FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Mecânica dos solos UFMA ESTADO SEMISÓLIDO solo apresentase quebradiço sofre variação de volume durante a secagem ESTADO SÓLIDO solo apresentase rígido não sofre mais variação de volume durante a secagem fronteiras estabelecidas entre os diversos ESTADOS DE CONSISTÊNCIA variam com o tipo de solo LIMITES DE CONSISTÊNCIA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Mecânica dos solos UFMA LIMITES DE ATTERBERG LIMITE DE LIQUIDEZ LL Teor de umidade limite entre o ESTADO LÍQUIDO e o ESTADO PLÁSTICO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS NBR 6459 Aparelhagem Aparelho de Casagrande Consiste em uma concha de latão e uma base de borracha rígida A concha pode ser golpeada sobre a base por um excêntrico operado por uma manivela Mecânica dos solos UFMA LIMITES DE ATTERBERG LIMITE DE LIQUIDEZ LL Teor de umidade limite entre o ESTADO LÍQUIDO e o ESTADO PLÁSTICO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Colocase uma amostra na cápsula de porcelana e adicionase água destilada em pequenos incrementos obtendose uma pasta homogênea Colocase a pasta de solo na concha moldandoa de forma que na parte central a espessura seja na ordem de 10 mm Mecânica dos solos UFMA LIMITES DE ATTERBERG LIMITE DE LIQUIDEZ LL Teor de umidade limite entre o ESTADO LÍQUIDO e o ESTADO PLÁSTICO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Com o emprego do cinzel divide se a massa do solo em duas partes iguais abrindose um sulco no centro Mecânica dos solos UFMA LIMITES DE ATTERBERG LIMITE DE LIQUIDEZ LL Teor de umidade limite entre o ESTADO LÍQUIDO e o ESTADO PLÁSTICO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Com o uso do excêntrico operado pela manivela devese golpear a concha contra a base deixandoa cair em queda livre de uma altura de 10 mm razão de duas voltas por segundo Anotar o número de golpes necessários para que as bordas da ranhura se fechem a uma distância de 13 mm de comprimento Mecânica dos solos UFMA LIMITES DE ATTERBERG LIMITE DE LIQUIDEZ LL Teor de umidade limite entre o ESTADO LÍQUIDO e o ESTADO PLÁSTICO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Utilizase uma pequena quantidade de material retirada junto às bordas que se uniram para se determinar a umidade do material Repetir os passos anteriores obtendose 5 pontos com a adição de água na amostra diferentes teores de umidade Nº de golpes e umidade Execução do ensaio Pasta homogênea Mecânica dos solos UFMA LIMITES DE ATTERBERG LIMITE DE LIQUIDEZ LL Plotase os pontos de teor de umidade do solo em função dos respectivos números de golpes N em escala logarítmica FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Relação entre umidade e log N é aproximada por uma reta Curva de Fluidez O teor de umidade correspondente a 25 golpes determinado a partir da curva de fluidez fornece o limite de liquidez do solo Melhor reta que ajusta os pontos Mecânica dos solos UFMA LIMITES DE ATTERBERG LIMITE DE LIQUIDEZ LL Plotase os pontos de teor de umidade do solo em função dos respectivos números de golpes N em escala logarítmica FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS A inclinação da linha de fluidez é denominada como índice de fluidez w1 w2 log N1 log N2 Valores de umidade invertidos para fornecer um valor positivo Equação da Curva de Fluidez Mecânica dos solos UFMA LIMITES DE ATTERBERG LIMITE DE LIQUIDEZ Teor de umidade limite entre o ESTADO LÍQUIDO e o ESTADO PLÁSTICO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Exemplo Em um ensaio de determinação de limite de liquidez foram obtidos os seguintes valores N de golpes 33 30 27 23 19 Umidade 4598 50 5294 5514 6026 Encontre o valor do limite de liquidez para o solo Mecânica dos solos UFMA LIMITES DE ATTERBERG LIMITE DE LIQUIDEZ Teor de umidade limite entre o ESTADO LÍQUIDO e o ESTADO PLÁSTICO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Exemplo Umidade N de golpes 33 30 27 23 19 Umidade 4598 50 5294 5514 6026 Plotase os pontos correspondentes e traça se a reta que ajusta estes pontos Verificase o teor de umidade para 25 golpes LL 54 40 45 50 55 60 65 10 Número de golpes 54 20 25 Mecânica dos solos UFMA LIMITES DE ATTERBERG LIMITE DE LIQUIDEZ Teor de umidade limite entre o ESTADO LÍQUIDO e o ESTADO PLÁSTICO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Mecânica dos solos UFMA LIMITE DE PLASTICIDADE Teor de umidade limite entre o ESTADO PLÁSTICO e SEMISÓLIDO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS É determinado pelo cálculo da umidade para qual o solo começa a se fraturar quando se tenta moldar um cilindro de 3 mm de diâmetro e 10 cm de comprimento NBR 7180 Preparase a amostra colocandoa em um certo teor de umidade pela adição de água destilada em pequenos incrementos Colocase a amostra numa placa de acrílico e realizase o amassamento iniciando se o ensaio com uma esfera Mecânica dos solos UFMA LIMITE DE PLASTICIDADE Teor de umidade limite entre o ESTADO PLÁSTICO e SEMISÓLIDO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS A esfera deve ser rolada com a palma da mão com pressão suficiente para lhe dar a forma de cilindro Se a amostra se fragmentar antes de atingir 3 mm de diâmetro devese acrescentar água destilada e homogeneizar o material Já no caso do cilindro atingir ϕ 3 mm e não se fragmentar amassase o material para perder água e repetese o processo Mecânica dos solos UFMA LIMITE DE PLASTICIDADE Teor de umidade limite entre o ESTADO PLÁSTICO e SEMISÓLIDO LP média dos teores de umidade obtidos para cada cilindro FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Ao se fragmentar o cilindro com diâmetro de 3 mm e comprimento de 100 mm devese utilizar partes do mesmo para a determinação do teor de umidade Tomar como base um bastão cilíndrico Fazer no mínimo 5 amostras e tirar a média dos valores Não pode haver diferença maior que 5 da média entre cada valor de umidade obtido e a média Se houver o valor deve ser descartado Mecânica dos solos UFMA LIMITE DE PLASTICIDADE Teor de umidade limite entre o ESTADO PLÁSTICO e SEMISÓLIDO LP média dos teores de umidade obtidos para cada cilindro FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Mecânica dos solos UFMA LIMITE DE CONTRAÇÃO Teor de umidade limite entre o ESTADO SEMISÓLIDO e SÓLIDO NBR 7183 FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Um estágio de equilíbrio é atingido no qual mais perda de umidade não resultará mais em perda de volume A medida que a umidade é gradualmente perdida o solo se contrai Perda de umidade e diminuição de volume Limite de contração teor de umidade para o qual não há mais mudança do volume do solo Mecânica dos solos UFMA LIMITE DE CONTRAÇÃO Teor de umidade limite entre o ESTADO SEMISÓLIDO e SÓLIDO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS 1 Misturase a amostra de solo cuidadosamente com água até se obter uma massa fluida homogênea e livre de inclusões de ar ENSAIO NBR 718382 Cuba de vidro Placa de vidro Proveta 25 cm3 Cápsula de porcelana Cápsula de contração 2 Lubrificase as paredes da cápsula de contração para impedir a aderência da amostra de solo 3 Preenchese totalmente a cápsula de contração com a amostra de solo anteriormente preparada Retirase o excesso de material com uma régua de aço de forma que a superfície fique plana NBR 7183 ABNT 1982 Mecânica dos solos UFMA LIMITE DE CONTRAÇÃO Teor de umidade limite entre o ESTADO SEMISÓLIDO e SÓLIDO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS 4 Colocar a cápsula de contração em estufa secando o solo a temperatura 105C110C até a constância de peso 5 Determinase a massa do solo seco contido na cápsula de contração Ps com aproximação de 01 g ENSAIO NBR 718382 NBR 7183 ABNT 1982 Mecânica dos solos UFMA LIMITE DE CONTRAÇÃO Teor de umidade limite entre o ESTADO SEMISÓLIDO e SÓLIDO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS 8 O volume de mercúrio deslocado pela pastilha é medido na proveta e anotado como volume de solo seco Vs 6 Na cápsula de porcelana colocase a cápsula de vidro cheia de mercúrio 7 Retirase a pastilha de solo da cápsula de contração e a coloca sobre o mercúrio que enche a cuba de vidro ENSAIO NBR 718382 NBR 7183 ABNT 1982 Mecânica dos solos UFMA LIMITE DE CONTRAÇÃO Teor de umidade limite entre o ESTADO SEMISÓLIDO e SÓLIDO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS RESULTADOS O Limite de Contração LC é calculado pela fórmula Relação de contração Vs volume do solo seco ρw massa específica da água Ps massa do solo seco δ massa específica relativa dos grãos de solo G NBR 7183 ABNT 1982 LC 𝑽𝑺 𝑷𝒔 𝝆𝒘 𝟏 𝜹 𝐱𝟏𝟎𝟎 Mecânica dos solos UFMA LIMITE DE CONTRAÇÃO Teor de umidade limite entre o ESTADO SEMISÓLIDO e SÓLIDO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS 1 Determinar o volume da cápsula de contração Vi 2 Após o preenchimento da cápsula de contração com a amostra úmida saturada determinase a massa do solo M1 3 A amostra de solo na cápsula é seca em estufa e sua massa é registrada M2 4 O volume da amostra de solo seco é determinado pelo deslocamento de mercúrio Vf Ensaio da ASTM Sociedade Americana de ensaios e materiais Mecânica dos solos UFMA LIMITE DE CONTRAÇÃO Teor de umidade limite entre o ESTADO SEMISÓLIDO e SÓLIDO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Δw diferença do teor de umidade entre o teor de umidade inicial e o teor de umidade do limite de contração wi teor de umidade inicial quando o solo é colocado na cápsula de limite de contração Mecânica dos solos UFMA LIMITE DE CONTRAÇÃO Teor de umidade limite entre o ESTADO SEMISÓLIDO e SÓLIDO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS NBR 7183 ABNT 1982 Teor de umidade inicial pode ser dado por M1 massa da amostra de solo úmido na cápsula no começo no ensaio g M2 massa da amostra de solo seco g Mecânica dos solos UFMA LIMITE DE CONTRAÇÃO Teor de umidade limite entre o ESTADO SEMISÓLIDO e SÓLIDO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Vi volume da amostra inicial de solo úmido cm³ Vf volume da amostra de solo seco em estufa cm³ ρw massa específica da água gcm³ Diferença do teor de umidade wi wLC Δ𝑤 𝑊𝑤𝑖 𝑊𝑤𝐿𝐶 𝑊𝑠 100 𝑉𝑤𝑖 𝑉𝑤𝐿𝐶 𝜌𝑤𝑔 𝑀2𝑔 100 𝑉𝑖 𝑉𝑓 𝜌𝑤 𝑀2 100 𝑊𝑤 𝛾𝑤𝑉𝑤 𝜌𝑤𝑔𝑉𝑤 Mecânica dos solos UFMA LIMITE DE CONTRAÇÃO Teor de umidade limite entre o ESTADO SEMISÓLIDO e SÓLIDO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Volume de solo Vi Massa de solo M1 Volume de Solo Vf Massa do solo M2 100 100 2 2 2 1 w f i i M V V M M M w w LC teor de umidade no qual o solo não mais varia de volume ao secar quantidade de água que ocuparia os vazios sem mais contrair durante a secagem Mecânica dos solos UFMA LIMITE DE CONTRAÇÃO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Exemplo A seguir são mostrados os resultados de um ensaio de limite de contração Volume inicial do solo em estado saturado 162 cm³ Volume final do solo em estado seco 108 cm³ Massa inicial em estado saturado 446 g Massa final em estado seco 328 g Determine o limite de contração do solo Solução LC é dado por Mecânica dos solos UFMA LIMITE DE CONTRAÇÃO FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Exemplo Dados M1 446 g Vi 162 cm³ ρw 1gcm³ M2 328 g Vf 108 cm³ Mecânica dos solos UFMA ÍNDICE DE PLASTICIDADE LP LL IP FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Baixa plasticidade 1 IP 7 Média plasticidade 7 IP 15 Alta plasticidade IP 15 É a zona de umidade em que o terreno se encontra no estado plástico fornecendo um critério para se verificar o caráter argiloso do solo Uma pequena porcentagem de matéria orgânica eleva o valor de LP sem elevar o LL reduzindo IP LP Teor de umidade w LL Estado semisólido Estado plástico Estado líquido Mecânica dos solos UFMA GRÁFICO DE PLASTICIDADE FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS Casagrande 1932 estudou a relação entre índice de plasticidade e o limite de liquidez para vários solos naturais Com base nestes dados foi proposto um Gráfico de Plasticidade Linha A empírica IP 073 LL20 Importante para a classificação de solos finos Mecânica dos solos UFMA ÍNDICE DE LIQUIDEZ LP LL LP w IL w teor de umidade do solo no estado natural FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS LP Teor de umidade w LL IL0 IL1 Representa a consistência relativa de um solo coesivo no estado natural in situ Estado semisólido Estado plástico Estado líquido Umidade in situ para uma argila sensível perde resistência com amolgamento pode ser maior que o limite de liquidez IL 1 Solos muito préadensados podem ter umidade natural menor que o limite de plasticidade IL 0 Mecânica dos solos UFMA ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA LP LL w LL IC IC 0 Argilas muito moles w LL 0 IC 05 Argilas moles 05 IC 075 Argilas médias 075 IC 10 Argilas rijas IC 10 Argilas muito rijas w LP ÍNDICE DE ATIVIDADE p IP IA p porcentagem em peso de partícula inferiores a 0002 mm ATIVIDADE NORMAL 075 IA 125 Maior ou menor influência exercida pelas propriedades físicoquímicas dos minerais argilosos no comportamento geotécnico dos solos w teor de umidade do solo no estado natural FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS INATIVA IA 075 ATIVA IA 125 Mecânica dos solos UFMA FUNDAMENTOS DA MECÂNICA DOS SOLOS VALORES TÍPICOS DOS LIMITES DE ATTERBERG Mineral Limite de liquidez Limite de plasticidade Atividade Caulinita 35100 2040 0305 Ilita 60120 3560 0512 Montmorilonita 100900 50100 1570