Limites De Atterberg - Murilo Tarozzo s6k2a

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO

RELATÓRIO 3 DETERMINAÇÃO DOS LIMITES DE ATTERBERG DE UMA AMOSTRA DE SOLO

Murilo Heryaldo Pinheiro Tarozzo Prof. Dr. Paulo José Rocha de Albuquerque IC – 535 – Ensaios Laboratoriais de Mecânica dos Solos

Campinas 2018

SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO E OBJETIVOS..............................................................

3

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA..................................................................

3

2.1 Limite de Liquidez ............................................................

4

2.2 Limite de Plasticidade ......................................................

4

2.3 Limite de Contração .........................................................

5

2.4 Índices de Liquidez e Consistência ..................................

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2.5 Atividade ..........................................................................

6

2.6 Gráfico de Plasticidade ....................................................

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3. PROCEDIMENTOS...............................................................................

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3.1 Limite de Plasticidade ......................................................

8

3.2 Limite de Liquidez ............................................................

9

3.3 Limite de Contração .........................................................

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4. RESULTADOS......................................................................................

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4.1 Limite de Contração .........................................................

12

4.2 Limite de Plasticidade ......................................................

13

4.3 Limite de Liquidez ............................................................

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5. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS....................................

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6. CONCLUSÃO........................................................................................

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7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................

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1. INTRODUÇÃO E OBJETIVOS Os solos mais grossos, como as areias tem grande parte das suas características relacionadas a sua granulometria. Já os solos finos são influenciados, também, pelo comportamento em presença de água. A variação do teor de umidade de um solo altera sua plasticidade e so solo a por diversos estados de consistências diferentes. Tais estados de consistências foram estudados por Atterberg, que desenvolveu métodos para determiná-los. Este trabalho tem o objetivo de aplicar estes métodos desenvolvidos em uma amostra de solo fino, proveniente da região do Ouro Verde, em Campinas, e, assim, determinar os chamados Limites de Atterberg.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O Teor de umidade da transição entre os estados sólido e semi-sólido é definido Limite de Contração. A transição entre os estados semi-sólido e e plástico é definida pelo Limite de Plasticidade. Por fim, do estado plástico para o estado líquido, Limite de Liquidez.

Fig. 1. Visualização esquemática dos Limites de Consistência.

. No estado líquido, o solo não apresenta resistência, tendo a aparência de um fluido. Já no estado plástico, o solo é moldável e no estado semi-sólido, 3

o solo apresenta fissuras quando moldado, começando a se tornar rígido. Por fim, no estado sólido, o solo já não se contrai mais ao perder umidade.

2.1.

Limite de Liquidez

O limite de liquidez de um solo é determinado através de um experimento com o aparelho de casagrande. Neste ensaio, a pasta de uma amostra de solo é colocada sobre uma concha de latão, abrindo-se uma ranhura na pasta e, através de uma manivela, a concha é golpeada até que cerca de 1 cm longitudinal da ranhura seja fechada. Conta-se o número de golpes, e mede-se o teor de umidade da amostra. Repete-se o ensaio, com teores de umidade diferentes, e será obtido um gráfico semilogarítmico de w (teor de umidade) por log N (logaritmo do número de golpes). Aplicando-se o método dos mínimos quadrados aos pontos, será obtida uma reta ótima que aproxima os pontos. O Limite de Liquidez é o teor de umidade que corresponde a N = 25 golpes.

2.2.

Limite de Plasticidade

Deve-se rolar uma amostra até se obter um cilindro de cerca de 3,2 mm. O limite de plasticidade é o teor de umidade da amostra que, quando moldada em um cilindro de 3,2 mm de diâmetro, apresenta fissuras. O índice de plasticidade é a diferença entre o limite de liquidez e o limite de plasticidade: 𝐼𝑃 = 𝐿𝐿 − 𝐿𝑃

(a)

Em 1949, Burmister classificou o Índice de Plasticidade da seguinte forma:

4

IP

Descrição

0

Sem Plasticidade

1a5

Plasticidade leve

5 a 10

Plasticidade baixa

10 a 20

Plasticidade média

20 a 40

Plasticidade alta

Maior que 40

Plasticidade muito alta

Tabela 1. Descrição da plasticidade do solo

2.3.

Limite de Contração

Com a diminuição de umidade, o solo se contrai. No entanto, ao se atingir um estado de equilíbrio, a perda de umidade já não acarreta mais em diminuição de volume do solo. Este teor de umidade é, então, definido como o Limite de Contração. No ensaio de contração, a amostra de solo úmida é colocada em estufa e, após a secagem, mergulhada em uma cápsula contendo mercúrio. O volume de mercúrio extravasado é a diferença de volume da amostra do solo antes e depois da secagem. O Limite de contração é calculado da seguinte forma: 𝑀1 – 𝑀2 𝑉𝑖 − 𝑉𝑓 𝐿𝐶 = 100 [ ( )−( ) 𝜌𝑤] 𝑀2 𝑀2

(b)

Em que: M1 = massa da amostra de solo úmido na cápsula no início do ensaio (g). M2 = massa de amostra de solo seco (g). Vi = Volume inicial da amostra de solo úmido (cm3). Vf = Volume final da amostra de solo seca em estufa (cm3). ρw = massa específica da água (g/cm3).

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Segundo Nogueira (1995), o Limite de Contração calculado deve ser arredondado para o valor inteiro mais próximo.

2.4.

Índices de Liquidez e Consistência

A consistência de um solo coesivo natural é definida pelo chamado índice de liquidez:

𝐼𝐿 =

𝑤 − 𝐿𝑃 𝐿𝐿 − 𝐿𝑃

(c)

Em casos de IL > 1, tem-se uma argila sensível, cujo teor de umidade é maior que o Limite de Liquidez. Já para IL < 0, temos solos altamente adensados, cujos teores de umidade podem ser menores que o Limite de Plasticidade. Também podemos calculas o índice de consistência da seguinte forma:

𝐼𝐶 =

𝐿𝐿 − 𝑤 𝐿𝐿 − 𝐼𝑃

(d)

Para casos em que w é igual ao limite de liquidez, IC é zero. Se w = IP, então IC = 1.

2.5.

Atividade

A plasticidade de um solo é causada pela água adsorvida que envolve as partículas de argila. Portanto, o tipo de argilomineral e suas quantidades presentes em um solo afetam diretamente os limites de liquidez e plasticidade. Foi determinado que o índice de plasticidade de um solo aumenta com a porcentagem da fração de argila presente. Define-se como atividade de uma argila:

𝐴=

𝐼𝑃 % 𝑒𝑚 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐷 ≤ 0,002 𝑚𝑚

(e)

6

A atividade é um índice para identificação do potencial de expansão dos argilominerais.

2.6.

Gráfico de Plasticidade

Em 1932, Casagrande estudou a relação entre o índice de Plasticidade e o limite de Liquidez, através de uma variedade de amostras. Através dos resultados das amostras, ele propôs um gráfico de plasticidade, conforme figura 2.

Gráfico de Plasticidade 70 60 50 IP

40

Linha A

30

Linha U

20

LL30

10

LL50

0 0

20

40

60

80

100

120

LL Fig. 2. Gráfico de Plasticidade

As linhas A, U, LL30 e LL50 são dadas, respectivamente, pelas seguintes equações empíricas, determinadas por Casagrande: 𝐼𝑃 = 0,73𝐿𝐿 − 14,6

(f)

𝐼𝑃 = 0,9𝐿𝐿 − 7,2

(g)

𝐿𝐿 = 30

(h)

𝐿𝐿 = 50

(i)

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Segundo Casagrande, a região acima da linha U, representa os solos não coesivos. A região abaixo da linha U e acima da linha A, representa as argilas, podendo ser Argila de baixa plasticidade (antes da linha LL30), Argila de média plasticidade (entre as linhas LL30 e LL50) e Argila de alta plasticidade (depois da linha LL50). Já a região abaixo da linha A representa os Siltes, podendo ser subdivididos em siltes de baixa compressibilidade (antes de LL30), Siltes de compressibilidade média e siltes orgânicos (entre LL30 e LL50), e Siltes de alta compressibilidade e argilas orgânicas (depois de LL50).

3. PROCEDIMENTOS No laboratório de mecânica dos solos, foram realizados os ensaios de limite de plasticidade, de liquidez e de contração.

3.1.

Limite de Plasticidade

Para o ensaio de limite de plasticidade utilizam-se os seguintes materiais:

- Placa de vidro fosco e face esmerilhada - Cilindro de latão com 3 mm de diâmetro - Balança de precisão - Estufa com temperatura de 105 °C - Cápsula de alumínio - Recipiente de porcelana - Espátula metálica - Água - Seringa de borracha

Primeiramente, coloca-se a amostra de solo em um recipiente de porcelana e, com a seringa de borracha, foi colocada água na amostra.

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Mistura-se a amostra com uma espátula até formar uma pasta de solo homeogênea. Extrai-se uma pequena quantidade desta pasta, formando uma bola, colocando-a sobre a placa de vidro. Com os dedos, ou com a palma da mão, a amostra é rolada sobre a placa, gentilmente, sem aplicação de pressão. Comparando com o cilindro de latão (gabarito), a amostra rolada eventualmente atinge o mesmo diâmetro e apresenta fissuras neste ponto. A rolagem é, então, paralisada e a amostra de solo, recolhida em uma cápsula. A cápsula é colocada na estufa para secagem e, após 24h, retirada, pesada e seu teor de umidade é calculado. Repete-se o ensaio 3 vezes, e para se obter uma média dos teores de umidade encontrados. Este teor de umidade é determinado como o Limite de Plasticidade.

Fig. 3. Ensaio de Limite de Plasticidade

3.2.

Limite de Liquidez

Em seguida, inicia-se a realização do ensaio de Limite de Liquidez. Para este ensaio, os seguintes materiais são utilizados:

- Aparelho de Casagrande, com cinzel. 9

- Balança de precisão - Estufa, com temperatura de 105 °C - Recipiente de porcelana - Cápsula de alumínio - Espátula metálica - Água destilada - Seringa de borracha

Após formar uma pasta de solo, com o uso de água destilada e a espátula, uma parte da amostra de solo é colocada na concha do aparelho de Casagrande e distribuída uniformemente. Em seguida, com o cinzel, abre-se uma ranhura no meio da amostra. Em seguida, inicia-se o ensaio, girando a manivela do aparelho com 2 voltas por segundo, e contando as batidas da concha. Ao se observar um fechamento de cerca de 1 cm da ranhura, o ensaio é encerrado, anotando-se a contagem de batidas. Extrai-se uma quantidade da amostra da concha do aparelho, colocando-a em uma cápsula metálica. Em seguida, a cápsula é levada a estufa para secagem e, após 24h, seu teor de umidade é determinado. Repete-se o ensaio por 5 vezes com diferentes partes da amostra de solo, colocando o conjunto de resultados (Número de golpes e teor de umidade) em um gráfico semi-logarítmo. Uma reta é obtida destes pontos, e o ponto correspondente a N = 25 golpes é determinado como o Limite de Liquidez.

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Fig. 4. Ensaio com o Aparelho de Casagrande

3.3.

Limite de Contração

Por fim, é realizado o ensaio de Limite de Contração. Os seguinte materiais são utilizados:

- Cápsula para moldagem da pastilha - Placa de vidro com pinos - Recipientes de vidro para imersão da pastilha - Balança de precisão - Estufa, com temperatura de 105 °C - Cápsula de alumínio - Espátula metálica - Água destilada - Seringa de borracha - Mercúrio

Coloca-se uma pouco de pasta de solo em uma cápsula metálica previamente untada. Bate-se a cápsula sobre superfície dura, a fim de eliminar o ar contido na amostra, espalhando-a. Repete-se esse processo até que toda a cápsula fique preenchida com a pasta de solo.

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Em seguida, pesa-se a cápsula e a coloca em estufa, a fim de secar a amostra, para determinar seu teor de umidade e observar a contração da amostra. Após 24 horas, a cásula é retirada da estufa, pesada e a amostra contraída (pastilha) é retirada de dentro da cápsula. Em um recipiente de vidro, é colocado mercúrio até o limite. Em seguida, a pastilha é colocada sobre o mercúrio e, com a placa de vidro com pinos sobre ela, mergulhada no mercúrio. O mercúrio extravasado nesta imersão é coletado em um segundo recipiente de vidro, maior e posicionado abaixo do primeiro. Este é pesado, determinando-se a massa de mercúrio extravasado e, portanto, seu volume, que é igual ao volume da pastilha de solo. Com os dados obtidos, calcula-se então o Limite de Contração.

4. RESULTADOS Foram realizados ensaios em 9 amostras. O ensaio de Limite de Contração foi realizado em 1 amostra. O ensaio de Limite de Plasticidade foi realizado em 3 amostras. E o ensaio de Limite de Liquidez foi realizado em 5 amostras. 4.1.

Limite de Contração

Na realização do ensaio, obteve-se os seguintes resultados: Limite de Contração Cápsula Tara (g) PBU (g) PBS (g) Volume Inicial (cm3) Volume final (cm3) L contração %

2 10,86 31,4 24,42 13,47 7,59 8,12

Tabela 2. Resultados obtidos do ensaio de limite de contração

Como se vê, aplicando-se a equação (b), determinou-se um LC = 8,12 %. No entanto, devemos arredondar para o número inteiro mais próximo, conforme orienta a seção 2.3. Portanto: 12

LC = 8,00 %

4.2.

Limite de Plasticidade

Na execução do ensaio, foram obtidos os seguintes resultados: Limite de Plasticidade Cápsula Tara (g) PBU (g) PBS (g) Teor de Umidade (%)

115 11,95 14,16 13,65 30,00

109 12,83 14,53 14,1 33,86

108 12,47 15,23 14,56 32,06

Tabela 3. Resultados obtidos do ensaio de limite de plasticidade

Considera-se o Limite de plasticidade, como a média entre os valores encontrados: 𝐿𝑃 =

4.3.

30 + 33,86 + 32,06 = 31,97 % 3

Limite de Liquidez

Na execução do ensaio de limite de liquidez, foram obtidos os seguintes resultados: Limite de Liquidez Cápsula Tara (g) PBU (g) PBS (g) Teor de Umidade (%) Nº DE GOLPES (casagrande)

53 87 101 102 106 12,15 11,69 12,85 11,38 12,42 15,80 14,77 17,27 13,78 15,62 14,77 13,82 15,83 12,94 14,44 39,3 44,6 48,3 53,8 58,4 57 30 24 18 12

Tabela 4. Resultados obtidos do ensaio de limite de liquidez

Os pontos foram então colocados em um gráfico semi-logarítmico:

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W (%)

70,0 60,0 50,0 40,0 30,0

y = -12,71ln(x) + 89,563 R² = 0,9723

20,0 10,0 0,0 10

100 Número de golpes (Casagrande)

Fig. 3. Gráfico de Teor de umidade por Número de golpes

O gráfico mostrado na figura 3 mostra os pontos obtidos do ensaio de limite de liquidez. Aplicando o método dos mínimos quadrados a estes pontos, obtem-se a reta que melhor se aproxima dos pontos:

𝑦 = −12,71 ln(𝑥) + 89,563

(j)

Em que x é o valor de Número de golpes de casagrande, e y é o valor de teor de umidade (w) correspondente. Aplicandos x = 25 golpes, obtemos y = 48,7. O que significa que o Limite de Liquidez da Amostra é 48,70 %.

5. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Com base no que foi visto na seção 4, temos os seguintes resultados: LIMITES LC (%) 8,00 LP (%) 31,97 LL (%) 48,70 Tabela 5. Limites de consistência

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Com os limites de consistência encontrados, podemos determinar a plasticidade da amostra. Aplicando a equação (a):

IP = 48,70 – 31,97 = 16,73 %

De acordo com a tabela 1, pode-se descrever a amostra como um solo de Plasticidade média. Com o Limite de Liquidez igual a 48,70% e o índice de Plasticidade igual a 16,73%, colocamos estes valores no gráfico de plasticidade de Casagrande, conforme indica a seção 2.6 deste relatório.

Gráfico de Plasticidade 70 60 50 IP

Linha A

40

Linha U 30

LL30

20

LL50

16,73

10

Amostra

0 0

20

40

60

80

100

120

LL Fig. 4. Gráfico de plasticidade de Casagrande, e ponto da amostra ensaiada

Podemos ver que a amostra se encaixa na região dos siltes de média compressibilidade, de acordo com Casagrande.

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De acordo com o que foi visto na aula de análise tátil visual, da disciplina de Ensaios Laboratoriais de Mecânica dos Solos, da Faculdade de Engenharia Civil da Unicamp, e com o relatório obtido do experimento realizado nesta aula, foi concluído que a amostra ensaiada (Amostra 4, Ouro Verde, Campinas) era um Silte Arenoso. Como se sabe que este experimento de determinação dos limites de Atterberg foi realizado com a mesma amostra mencionada, conclui-se, então, que o resultado apresentado pelo gráfico de Casagrande mostrou razoável precisão na caracterização do solo ensaiado, embora ainda necessite de maiores ensaios para uma caracterização correta.

6. CONCLUSÃO

Neste trabalho foram aplicado os diversos ensaios dos limites de Atterberg em uma amostra de solo, a fim de se determinar seus limites de consistência. Esta análise é, de certa forma, fácil e prática, uma vez que fornece informações importantes sobre um solo do ponto de vista da geotecnia e engenharia. No ensaio de limite de liquidez, é exigido que as batidas sejam realizadas numa cadência de 2 revoluções por segundo. Embora seja fácil o experimentador calibrar sua própria movimentação, também é muito fácil que haja variações neste ritmo, por distração, ou falta de referência externa. Além disso, pode ocorrer também a perda da contagem durante o experimento. Outro fator, que também altera os resultados no aparelho de casagrande, é a colocação da pasta de solo na concha do aparelho. Deve-se colocar a amostra com a espátula, sem muita pressão, pois isto poderá dar uma aderência maior da pasta na concha, alterando os resultados nas batidas. No caso do ensaio de limite de plasticidade, o critério de encerramento é muito abstrato. O experimentador deve obter, simultaneamente, um cilindro 16

de dimensões específicas, e o aparecimento o fissuras no cilindro. Mesmo um olhar atento pode permitir que sejam obtidas as duas condições, mas não simultaneamente, por falta de experiência. No caso do ensaio de contração, o maior cuidado a se tomar é na imersão da pastilha de solo seco dentro do mercúrio. Deve-se garantir que nenhum ório esteja molhado, e que todo o mercúrio extravasado seja coletado. Conclui-se então que, apesar dos ensaios serem relativamente fáceis, rápidos e práticos na determinação dos limites, a confiabilidade dos resultados está muito atribuída a experiência do experimentador. Quanto mais experiente este for, menos erros serão cometidos na caracterização dos limites.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS DAS, B. M.; SOBHAN K.; Fundamentos de Engenharia Geotécnica. 8. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2014. NOGUEIRA, J. B.; Mecânica dos Solos – Ensaios de Laboratório. São Carlos: EESC-USP, 1995. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS; NBR 6457 – Amostras de solo — Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização. Rio de Janeiro, p. 08. 2016. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS; NBR 6459 – Solo — Determinação do Limite de Liquidez. Rio de Janeiro, p. 05. 2017. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS; NBR 6459 – Solo — Determinação do Limite de Plasticidade. Rio de Janeiro, p. 03. 2016. TAROZZO, M. H. P.; Relatório 2 – Análise Tátil e Visual de amostras de solo. Campinas: FEC-UNICAMP, 2018.

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