UNIDADE III - PLASTICIDADE DOS SOLOS

1. UNIDADE III - PLASTICIDADE DOS SOLOS
3.1 - INTRODUÇÃO
O traçado da curva granulométrica permite uma perfeita caracterização e identificação
dos solos arenosos e pedregulhosos, uma vez que materiais com curvas iguais comportam-se na
prática de maneira semelhante.
Entretanto, ao se referir para os chamados solos finos ou argilosos, a mesma não se
aplica. Considera-se neste caso, solos finos como sendo aqueles que apresentam a maioria dos
grãos com diâmetro inferior a 0,1 mm.
Portanto, apenas o conhecimento da curva granulométrica destes solos não é suficiente
para prever o seu comportamento na prática. Ou seja, podem existir siltes, argilas e solos
argilosos de mesma curva granulométrica, cujos comportamentos não são semelhantes.
Para uma melhor caracterização destes solos necessita-se do estudo das suas
propriedades plásticas, as quais dependem de alguns fatores tais como: o teor de umidade,
forma das partículas e da composição química e mineralógica do solo.
Para fins da mecânica dos solos, defini-se plasticidade como sendo uma propriedade
dos solos, que consiste na maior ou menor capacidade de serem moldados, sob certas condições
de umidade, sem variação de volume. Trata-se de uma das mais importantes propriedades das
argilas.
A sua aplicação prática imediata é verificada em uma melhor caracterização e
classificação do solo, bem como fornecer parâmetros iniciais para realização de projetos
geotécnicos de caráter empírico.
3.2 - LIMITES DE CONSISTÊNCIA
Estes limites em geral estão relacionados diretamente com o teor de umidade do solo. Se
a umidade de um solo for muito elevada, o mesmo se apresenta como fluído denso,
caracterizando o que chamamos de estado líquido. À medida que o teor de umidade vai
diminuindo, o solo tende a endurecer, para um certo h = LL (limite de liquidez), perdendo assim
a sua capacidade de fluir, porém podendo ser moldado facilmente e conservando a sua forma,
passando então para o estado plástico. Ao continuar perdendo umidade, o solo tende a sair do
seu estado plástico, até que h = LP (Limite de plasticidade), desmanchando-se ao ser
trabalhado, atingindo assim o estado sólido. Continuando-se a secagem, ocorre a passagem
gradual para o estado sólido. O limite entre os dois estados é um teor de umidade h = LC
(Limite de contração).
Na figura 3.1 é mostrado uma representação esquemática dos estados físicos, chamados
estados de consistência, e suas fronteiras, ou seja, os limites de consistência.

2. Estado
Líquido
Estado
Plástico
Estado
Semi-sólido
Estado
Sólido
% (decrescendo)
LL LP LC
Figura 3.1 - Representação esquemática dos limites de consistência
Apesar desses limites serem baseados na realização de um elevado número de
investigações experimentais, as suas definições são consideradas convencionais. Mesmo assim
ainda constituem uma das maneiras mais simples e rápidas de se obter informações bastante
claras do tipo de solo e suas propriedades, passando a serem consideradas como determinações
rotineiras nos laboratórios de mecânica dos solos.
3.2.1 - LIMITE DE LIQUIDEZ
O limite de liquidez (LL), corresponde ao teor de umidade no ponto de transição de um
solo argilosos do seu estado liquido para o estado plástico, no qual passa a adquirir uma certa
resistência ao cisalhamento.
Através do equipamento denominado Aparelho de Casgrandre faz-se a determinação
em laboratório do valor do limite de liquidez em um solo argiloso. Este aparelho consiste de um
recipiente de cobre, em concha, sobre uma base padronizada de ebonite, ligado por um suporte
com manivela.
Na figura 3.2 são mostrados o aparelho de Casagrande, juntamente com os cinzéis
correspondentes a cada tipo de solo.
Aparelho de Casa-grande
CINZEL PARA SOLOS ARGILOSOS
CINZEL PARA SOLOS ARENOSOS

3. Figura 3.2 - Aparelho de Casagrande e cinzéis para solos argilosos e arenosos
Utilizando-se o cinzel adequado para cada tipo de solo, faz-se uma ranhura na amostra
colocada na concha, e através de um excêntrico imprime-se ao prato, repetidas quedas de altura
de 1 cm, com intensidade constante.
O esforço do choque do prato na base corresponde a um esforço de
cizalhamento, fazendo com que os dois lados da amostra se unam, fechando a ranhura.
Antes do
ensaio
Depois do
ensaio
Figura 3.3 - Apresentação da amostra na concha do aparelho de Casagrande
A técnica de execução do ensaio será melhor apresentada durante a realização
das aulas práticas no laboratório.
Em seguida anota-se o número de golpes necessários para fechar a ranhura e
plota-se em um gráfico semilogaritmico o número de golpes na abcissa e na ordenada o teor de
umidade em porcentagem, verificando-se que os pontos correspondentes disporem-se em linha
reta, chamada de linha de escoamento do material.
Umidade
h
%
LL
25 N . de golpes
(exc. log.)
Figura 3.4 - Gráfico semilogaritmico do LL
Segundo estudos realizados pela Federal Highway Administration, o LL pode também
ser determinado através de um único ponto, pela seguinte expressão:

4. LL
n
=
h
1,419 - 0,3log
(1)
sendo h a umidade, em porcentagem, correspondente a n golpes.
Através da correlação estatística entre a inclinação da reta e o limite de liquidez, obtém-se
o que chamamos de índice de fluxo, sendo expressado por:
If = 0,3 . LL
(2)
3.2.2 - LIMITE DE PLASTICIDADE
Defini-se Limite de Plasticidade (LP), figura 3.5, como sendo a menor porcentagem de
umidade para a qual o solo começa a fraturar quando se tenta moldar um cilindro de
aproximadamente 3 mm de diâmetro com 10 cm de comprimento.
Figura 3.5 - Determinação do LP
Apesar do certo grau de empirismo ao qual este ensaio esta relacionado, ainda não foi
possível constatar-se um outro método que pudesse reproduzir resultados tão satisfatórios e
ainda, assim, com uma razoável simplicidade na execução do ensaio.
3.2.3 - LIMITE DE CONTRAÇÃO
O Limite de Contração (LC), representa o menor teor de umidade abaixo do qual o solo
argiloso não irá mais reduzir o seu volume, isto é, o solo não mais se contrai, mesmo que ainda
continue perdendo peso.

5. 45
0
LC
VOLUME
PESO
Figura 3.6 - Definição de LC
Este limite é definido pela seguinte expressão, levando-se em consideração
, a e s:
LC = (a/s - 1/) 100
(4)
Através da figura 3.7, pode-se obter o LC através da própria definição do teor de
umidade:
LC h
V V
Ps
a
 

1 2
 (5)
(V o l. c á p s u la )
(V o l. p a s tilh a )
V
V
P
P
P s P
1
V
2
1
Figura 3.7 - Gráfico para determinação do LC
O ensaio consiste em moldar-se uma amostra de solo com um elevado teor de umidade,
sendo em seguida levada à estufa para secagem, determinando-se assim a umidade da amostra
contraída.
O volume da pastilha correspondente ao solo seco, V2, é obtido pelo deslocamento do
mercúrio medido em uma proveta graduada, como mostrado na figura 3.8.

6. SOLO
Hg
Figura 3.8 - Volume deslocado pela pastilha
3.3 - ÍNDICE DE PLASTICIDADE
Defini-se índice de plasticidade como sendo a diferença entre os limites de
liquidez (LL) e plasticidade (LP) :
IP = LL - LP (6)
Este índice quantifica de um certo modo o caráter argiloso do solo, estabelecendo
uma faixa em que o material se encontra no seu estado plástico, podendo ser máximo para as
argilas, e mínimo, ou ainda, nulo para as areias, sendo que neste caso escreve-se IP = NP (não
plástico).
Já a presença de uma pequena porcentagem de matéria orgânica aumenta o valor
do LP, porém o resultado do LL permanece praticamente inalterado, apresentando o solo assim
baixos valores de IP.
De acordo com o IP os solos podem ser classificados em:
fracamente plásticos ........................... 1 < IP < 7
medianamente plásticos....................... 7 < IP < 15
altamente plásticos .............................. IP > 15
3.4 - ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA
Este índice refere-se sempre aos solos argilosos, sendo definido como a maior ou menor
dureza em que um argila se encontra no seu estado natural.
O índice de consistência é definido pela expressão:
IC
LL h
IP
nat


(7)
De acordo com esse índice, as argilas são classificadas da seguinte maneira:
muito moles (vaza).............IC < 0
moles............................0 < IC < 0,50
médias.....................0,50 < IC < 0,75
rijas..........................0,75 < IC < 1,00

7. duras....................................IC > 1,00
3.5 - GRAU DE CONTRAÇÃO
É a razão da diferença entre os volumes inicial (Vi) e final (Vf) após a secagem da
amostra, para o volume inicial (Vi), expressa em porcentagem:
C
V V
V
x
i f
i


100 (8)
O aumento da “compressibilidade” de um solo com o grau de contração de um certo
modo, pode estabelecer um critério inicial para a qualidade do solo. Desse maneira tem-se:
solos bons : C < 5%
solos regulares : 5% < C 10%
solos sofríveis : 10% < C < 15%
solos péssimos : C > 15%
3.6 - OUTROS ÍNDICES
Apesar de pouco utilizados, os seguintes índices são apresentados:
a) Umidade Equivalente Centrífuga - teor de umidade final de uma massa de solo,
previamente saturada, após submetida a uma aceleração 100 vezes a aceleração da gravidade.
b) Umidade Equivalente de Campo - teor de umidade o qual o solo não absorve uma
gota de água, em 30 seg., quando colocada na sua superfície previamente alisada.
3.7 - GRÁFICO DE PLASTICIDADE
Visando classificar o solo através das suas propriedades físicas mais importantes, A.
Casagrandre idealizou o gráfico de Plasticidade, sendo cada solo definido por um ponto em
coordenada correspondentes aos seus valores de LL e LP. Ou seja, a região onde o ponto é
plotado, classifica e defini a plasticidade do solo analisado.
Deste modo este gráfico é dividido em 6 regiões e 8 grupos, de acordo com as linhas A,
B e C, mostradas na figura 3.9.
Em função das regiões definidas neste gráfico os solos finos podem ser classificados em 8
grupos de acordo com a sua plasticidade em : argilas inorgânicas de alta, média e baixa
plasticidade, solos siltosos inorgânicos de alta, média e baixa plasticidade, solos siltosos

8. inorgânicos de alta, média e baixa compressibilidade, argilas orgânicas e siltes orgânicos.
Acima da linha A encontra-se a faixa definida como região das argilas inorgânicas.
Observa-se que na mesma região em que se encontra os siltes inorgânicos de alta
compressibilidade e mediana compressibilidade, situam-se também as argilas e siltes orgânicos
respectivamente, sendo distinguidos através do odor e das cores escuras característicos que os
solos orgânicos apresentam.
A classificação geral através do gráfico de Casagrande é mostrada na figura 3.9 abaixo.
10
50
40
30
20
10
0
0 20
80
70
60
30 40 50 60 70 80 90 100
LILIMITE DE LIQUIDEZ (%)
ÍNDICE
DE
PLASTICIDADE
(%)
Argilas inorgâncias de
baixa plasticidade
Argilas inorgâncias de
mediana plasticidade
7
4
Argilas inorgâncias de
alta plasticidade
LINHA
"A" (IP
= 0,73(LL-20)
Silte inorgâncio
de mediana
compressibilidade
e siltes orgânicos
Silte inorgâncio de alta
compressibilidade
LINHA
"B"
LL
=
30
%
LINHA
"B"
LL
=
50
%
Argila inorgânica de baixa plasticidade e
silte inorgânico de baixa plasticidade
Argila inorgânica de baixa plasticidade
Figura 3.9 - Gráfico de Plasticidade
3.8 - Minerais Argílicos
A fração de argila é constituída por um ou mais argilominarais, sílica coloidal, cristais de
quartzo, óxidos de ferro e matéria orgânica, com tamanho de diâmetro dos grãos de argila inferior
a 0,075 mm.
Os argilominarais são minerais secundários, cristalinos, constituídos de silicatos hidratados
de alumínio, representando o principal grupo de minerais encontrados na composição química da

9. fração argila. Em função deste aspecto, torna-se necessário um estudo maior sobre o
comportamento e principais propriedades dos argilominerais.
Os argilominerais possuem utilização prática na fabricação de telhas, materiais cerâmicos,
sondagens, fundações profundas e vedação de barragens. Recebem o nome comercial de caolim
e bentonita, provenientes do grupo caolinita e esmectita sódica, também conhecida como
montmorilonita, respectivamente.
As principais propriedades transmitidas por estes argilominerais, de uma forma geral são:
plasticidade, coesão expansão e tixotropia.
A estrutura dos argilominerais é formada em folhas de tetraedros de silício (Si) e octaedro
de alumínio (Al) em arranjo hexagonal. As folhas se unem uma as outras por meio de oxigênio
como mostrado na figura 3.10. A representação simbólica de cada unidade é feita através de
figuras em forma de trapézio (tetraedro) e retângulos (octaedro).
Unidade de Tetraedro de silício
Unidade de Octaedro de silício
Representação simbólica equivalente
Representação simbólica equivalente
Al
Si
Si
Al
Figura 3.10 - Argilominerais - tetraedro de silício e octaedro de alumínio
Os principais grupos de argilominerais são : as caolinitas, as ilitas e as
montmorilonitas.
Da uma forma como foram apresentados estes três grupos, crescem respectivamente a
plasticidade e a coesão, sendo as caolinitas as argilas com menores plasticidade e coesão e as
montmorilonitas as maiores.
As caolinitas apresentam a seguinte forma estrutural : Al2O3 . 2SiO2 . 2 H2O , sendo
formadas por folhas de silício e alumínio (2:1:1), unidas alternadamente, e que resulta em uma
estrutura rígida. Deste modo, pode-se dizer que as argilas caolinitas são relativamente estáveis em
presença da água.

10. Al
Si
Al
Si
Al
Si
Al
Si
Argilomineral : caolinita
Figura 3.11 - Caolinitas
As montmorilonitas, com forma estrutural igual a (OH)4 Si8 Al4 O20 n H2O, e
constituídas por uma unidade de alumínio entre duas de silício, são aquelas que necessitam de um
maior cuidado por parte do engenheiro geotécnico, haja visto a sua propriedade de expandir-se
em presença da água, e portanto, consideradas instáveis. Porém, estas argilas não são totalmente
impróprias para a engenharia civil, uma vez que devido a sua presença na composição química
das bentonitas, permite que estas sejam utilizadas em vedações de barragens e estabilidade de
paredes de furos de sondagem.
Si
Al
Si
Si
Al
Si
Si
Al
Si
Al
Si
Argilomineral :
montmorilonita
Figura 3.12 - Montmorilonitas
O grupo das ilitas, apesar de serm estruturalmente análogas as montmorilonitas, são
menos expansivas, portanto mais estáveis, devido a um menor espaçamento entre as ligações das
folhas de silício e alumínio.

11. Si
Al
Si
Si
Al
Si
Si
Al
Si
Argilomineral : ilita
Figura 3.13 - Ilitas
Com base em todas as informações acima apresentadas, a evolução da argila pode ser
representada da seguinte forma:
Feldspato  Montmorilonita  Ilita  Caolinita 
óxido
(Rocha de Basalto)
3.9 - Densidade relativa dos solos granulares
O estado de compacidade (consistência) de um solo granular natural (areia e
pedregulho) é comumente expressado pela sua densidade relativa Dr, definida como:
` D
e e
e e
x
r
max
max min



( ) 100 (9)
ou
D x
r
dmax
d
d dmin
dmax dmin





 
 
(10)
onde: emax = índice de vazios do solo no estado mais solto (fofo);
emin = índice de vazios do solo no estado mais denso (compacto);
e = índice de vazios de um depósito de solo na estado natural;
dmax = peso específico seco do solo no estado mais denso;
dmim = peso específico seco do solo no estado mais solto;
d = peso espesífico seco de um depósito de solo na estado natural;
Na determinação dos valores de índices de vazios, confronta-se com o problema da
determinação dos volumes de sólidos (e = Vv/Vs). Diante desta dificuldade, a segunda expressão

12. é muito mais aplicada na prática, uma vez que a obtenção dos valores de peso específico é muito
mais rápida e tranqüila. Os procedimentos para determinação dos pesos específicos estão
detalhados nas normas da ABNT, tanto para dmax e dmim como d. De uma maneira geral
dmim é obtido colocando-se uma quantidade de areia seco específica em um molde no estado
mais solto. dmax é determinado por vibração de uma amostra submetida a uma sobrecarga. d
pode ser obtido por qualquer um dos métodos aprovados pela ABNT (p.ex.: frasco de areia).
A densidade relativa é comumente usada como medida de densidade de aterros
compactados (ex., parte das especificações requeridas pelo projeto), ou como uma indicação do
estado de compacidade do solo “in situ”. Indiretamente, reflete sobre a estabilidade de uma
camada de solo. Por exemplo, um solo granular fofo (pequena Dr), especialmente submetido a
cargas dinâmicas; a vibração proveniente da aplicação destas cargas iriam comprimir o material,
tornando-o mais denso, portanto mais estável, porém antes de atingir tal condição, este teria
sofrido uma variação volumétrica e consequentemente uma deformação, o que poderia ocasionar
em danos na edificação acima desta camada, caso houvesse.
O estado de compacidade e a densidade relativa estão relacionados a valores empíricos.
Ou seja, no caso de uma areia muito fofa, Dr é muito pequeno; para areia muito densa, Dr é muito
alto. Os valores de Dr mais comumente usados na prática, associados ao estado de compacidade
das areias são mostrados na tabela 3.01. A realização de uma sondagem do tipo SPT (Standart
Penetration Test) é um método utilizado, na prática, para caracterizar a densidade natural do
solo.
Denominação Dr(%)
Areia muito fofa 0-15
Areia fofa 15-35
Areia medianamente densa 35-70
Areia densa 70-85
Areia muito densa 85-100
Tabela 3. 01 - Valores de densidade relativa para solos granulares comumente usados emprojetos geotécnicos