Relatório - limites de liquidez e plasticidade

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Universidade Federal de Campina Grande – UFCG
Centro de Ciências e Tecnologia Agroalimentar – CCTA
Unidade Acadêmica de Ciências e Tecnologia Ambiental – UACTA
Curso: Engenharia Civil
Área: Geotecnia
Relatório – II: Determinação dos Limites de Liquidez e Plasticidade do Solo
Professor: Pós-D.Sc Saul Barbosa Guedes;
Aluno: Vinícius Nunes Wanderley Monteiro; Matricula: 915210323
Disciplina: Mecânica dos Solos Experimental;
Pombal / Paraíba
08 de junho de 2018
Apresentação
Neste relatório será apresentado o processo de realização dos ensaios de limite de liquidez e limite de plasticidade, realizados no dia 24 de maio de 2018, os ensaios correspondem às seguintes normas: NBR 6459 para o limite de liquidez e NBR 7180 para o limite de plasticidade. Verificando assim com qual teor de água o solo passa do estado sólido para o estado plástico e do estado plástico para o estado líquido. Ensaios estes realizados, na central de laboratórios 2, no laboratório de resíduos sólidos da Universidade Federal de Campina Grande, Campus Pombal, sob supervisão e auxílio do professor da disciplina de Mecânica dos Solos Experimental, professor Pós-D.Sc Saul Barbosa Guedes, no período letivo 2018.1.
Sumário
1.0 – Introdução	4
2.1 – Índices de Consistência	5
2.2 – Limite de Liquidez	5
2.3 – Limite de Plasticidade	6
3.0 – Objetivos	7
3.1 – Objetivo Geral	7
3.2 – Objetivos Específicos	7
4.0 – Procedimentos Metodológicos Adotados Para Realização do Ensaio	8
4.1 – Materiais Utilizados no Ensaio	9
4.2 – Execução do Ensaio	10
4.2.1 Execução do Ensaio de Limite de Liquidez	10
4.2.2 Execução do Ensaio do Limite de Plasticidade	12
5.0 – Resultados Obtidos	14
5.1 Ensaio do Limite de Plasticidade	14
5.2 – Ensaio do Limite de Liquidez	14
6.0 – Conclusão	17
7.0 – Referências Bibliográficas Consultadas	18
1.0 – Introdução
Inevitavelmente, as cargas de uma construção são transmitidas ao solo, esperando que dele advenha um comportamento compatível às cargas solicitantes (Silva & Costa, 2010). Sendo assim o estudo deste material é de suma importância para o engenheiro civil, que utiliza por meio de estudos técnicos para conhecer as características do solo de uma região.
A realização dos ensaios, que serão detalhados posteriormente, nos fornece o teor de água no solo necessário para que este mude de fase, consequentemente mudando suas características de reação à esforços que venham a ser submetidos nele.
O solo em questão utilizado para a realização dos ensaios foi retirado de uma amostra deformada de solo, coletada no dia 26 de abril de 2018, no “Loteamento Santo Amaro” em Pombal-PB, identificado como sendo do poço de número 40.
2.0 – Revisão Teórica
2.1 – Índices de Consistência
Segundo Caputo (1988), sendo a umidade de um solo muito elevada, ele se apresenta como um fluido denso e se diz no estado liquido. À medida que evapora a água, ele se endurece e perde sua capacidade de fluir, porém pode ser moldado facilmente e conservar sua forma, o solo encontra-se agora no estado plástico, para a transição entre esses dois estados, determina-se tal teor de umidade como sendo o “limite de liquidez” (LL). A continuar a perda de umidade o estado plástico desaparece, até que o solo se desmancha ao ser trabalhado, atingindo assim o estado semissólido, o limite de umidade no solo que marca essa transição é chamado de “limite de plasticidade” (LP). Continuando a secagem, ocorre a passagem gradual para o estado sólido, o limite entre esses dois estados dar-se o nome de “limite de contração” (LC).
	Para Caputo (1988), a determinação desses limites permite de uma maneira simples e rápida, dar uma ideia bastante clara do tipo de solo e suas propriedades. Por isso mesmo constituem hoje determinações rotineiras nos laboratórios de Mecânica dos Solos.
	Podemos ver melhor na figura a seguir a variação dos estados do solo de acordo com o aumento do teor de umidade (que cresce da esquerda para a direita), mostrando também os limites que marcam as transições de estado.
Estado Sólido Estado Semissólido Estado Plástico Estado LíquidoUmidade Crescente
		LC			 LP LL	
Figura 1 – estado do solo por aumento de umidade.
2.2 – Limite de Liquidez
A determinação do limite de liquidez consiste na quantidade de umidade do solo, no qual este muda do seu estado líquido para o estado plástico. Este teor de umidade é descoberto através da execução do aparelho de Casagrande, que possui um prato em forma de concha, feito de latão, sobre um suporte de ebonite, onde este prato sofre quedas a uma altura de 1cm com intensidade constante. Este ensaio será descrito com maior detalhamento posteriormente.
	Após a execução do ensaio, são obtidos os números de golpes necessárias para que uma ranhura, feita com um cinzel na amostra, seja fechada, tais golpes podem variar de 6 a 35, segundo a norma NBR 6459. Este ensaio é repetido, por recomendação da norma NBR 6459, no mínimo cinco vezes, para que possamos ter os valores dos golpes em 5 pontos diferentes de teor de umidade no solo, e possamos assim, num gráfico, traçar uma reta, achando com qual teor de umidade o ensaio seria executado causando apenas 25 quedas na concha do aparelho.
De acordo com estudos feitos pela Federal Highway Administration, pode-se determinar o limite de liquidez tendo apenas um ponto do gráfico, ou seja, apenas com um único ensaio, a quantidade de golpes dada e o teor de umidade naquela amostra, basta pegarmos estes valores e aplicarmos na fórmula a seguir:
Onde “h” é a porcentagem de água na amostra usada no ensaio e “n” é o número de golpes que se foi dado.
2.3 – Limite de Plasticidade
Segundo Caputo (1988), plasticidade é a propriedade dos solos, que consiste na maior ou menor capacidade de serem eles moldados, sob certas condições de umidade sem variação de volume 
O limite de plasticidade se dá pelo cálculo do teor de umidade para qual o solo começa a se fraturar quando se é tentado moldar um cilindro de 3mm de diâmetro e aproximadamente 10cm de comprimento. Este ensaio está presente na norma NBR 7180 e será descrito mais detalhadamente posteriormente.
De acordo com Gurgel (2015), estudos dessa magnitude são importantes para a construção civil, pois é a partir dos dados obtidos acerca dos solos de uma determinada localidade que o projeto estrutural de fundações é elaborado. A avaliação prévia dos solos acarreta em benefícios a curto e longo prazo, para as construções, uma vez que diminuem os riscos provocados pela má distribuição de carga ao longo do terreno.
3.0 – Objetivos
3.1 – Objetivo Geral
Este trabalho tem por objetivo geral determinar os limites de liquidez e plasticidade das amostras deformadas de solo do poço de número 40, localizado no loteamento Santo Amaro em Pombal-PB.
3.2 – Objetivos Específicos
	a) Descrever o processo de execução do ensaio de limite de liquidez, previsto na norma NBR 6459.
b) Descrever o processo de execução o ensaio de limite de plasticidade, previsto na norma NBR 7180.
c) Análise dos resultados obtidos pelo ensaio descrevendo o teor de umidade presente no solo para que este atinja os limites de Atterberg.
4.0 – Procedimentos Metodológicos Adotados Para Realização do Ensaio
	Para realização do estudo, primordialmente foi feita a coleta de uma amostra deformada de solo no dia 26 de abril de 2018, coletou-se 20kg deste solo, identificado como do poço 40 do loteamento Santo Amaro, na cidade de Pombal, no interior da Paraíba.
Os ensaios necessários para identificação do teor de umidade dos limites de Atterberg foram realizados no laboratório de resíduos sólidos da UFCG (Universidade Federal de Campina Grande), na central de laboratórios 2, no dia 24 de maio. Tais ensaios foram realizados pelos alunos do curso de graduação de Engenharia Civil da UFCG, campus Pombal, Cícero Jefferson, Danilo Roberto, Danylo de Andrade, Marcelo Laédson e Vinícius Nunes, sob orientação do professor da disciplina de Mecânica dos Solos Experimental, professor Pós-D.Sc Saul Barbosa Guedes.
	No laboratório, parte daamostra total de 20kg de solo coletado, depois destorroado, afim de se desfazer dos torrões, e posteriormente passado na peneira de número 40 (0,42mm de abertura). O peso final retirado da amostra de solo destorroado e peneirado para a realização dos ensaios de limite de liquidez e limite de plasticidade foi de 200g.
Imagem 1 – Peneiramento e destorroamento do solo. Fonte: Autor.
	Com a amostra destorroada e peneirada, esta foi preparada com a adição consecutiva de água, adicionou-se inicialmente 20ml, posteriormente mais 20ml, depois mais 10ml e por último mais 5ml de água. Com o auxílio da espátula, homogeneizamos a amostra todas as vezes entre as adições de água, até que esta virasse uma pasta. Foi retirado 48g de solo umedecido para o ensaio de limite de plasticidade e o restante foi utilizado no ensaio de limite de liquidez.
Imagem 2 – Solo peneirado e destorroado, e o mesmo sendo homogeneizado. Fonte: Autor.
A norma do ensaio de limite de liquidez, NBR 5459, pede que o teor de água adicionado faça com que a amostra receba uma quantidade de 35 golpes para que a ranhura seja fechada, nossa primeira operação precisou de apenas 16 golpes, o que demonstrou que a amostra estava muito umedecida.
Conforme previsto na norma NBR 6459, do ensaio de determinação do limite de liquidez no aparelho de Casagrande, esta pede que haja uma adição de água ao solo entre uma operação e a sua posterior, para que o número de golpes para fechamento da ranhura do solo na operação posterior seja menor que a da sua anterior, assim a quantidade de golpes entre as operações acontece de forma decrescente, por exemplo, na primeira operação haja 35 golpes, na segunda, 29 golpes, e assim sucessivamente. 
O que ocorreu no ensaio que será relatado foi o inverso, como nosso solo foi umedecido além do desejado, a primeira operação possuiu uma quantidade de golpes relativamente baixa, para obter todos os cinco pontos necessários entre 6 e 35 golpes não se poderia adicionar água conforme previsto na norma, pois obteríamos pontos abaixo de 16 golpes, e nos interessava agora achar pontos acima de 16 golpes para a confecção do gráfico, então, o que se foi feito foi a secagem do solo, e não a adição de água como prevista na norma, para que a operação sucessora à anterior fosse realizado com mais golpes, assim obtendo a quantidade de pontos abaixo, e acima, de 25 golpes exigidos pela norma, assim a quantidade de golpes em cada operação ocorreu de forma crescente, por exemplo, na primeira operação foram executados 16 golpes, na segunda, 21 golpes, e assim sucessivamente.
4.1 – Materiais Utilizados no Ensaio
Os materiais utilizados na realização dos ensaios de determinação dos limites de liuidez e plasticidade, foram:
· Água (a norma pede destilada, mas foi usada água da torneira);
· Peneira de nº 40 (0,42mm de abertura);
· Cápsulas de alumínio;
· Almofariz de porcelana;
· Mão de grau de porcelana;
· Proveta graduada;
· Estufa capaz de manter a temperatura de 60 a 65ºC e 105 a 110ºC;
· Espátula de lâmina flexível;
· Aparelho de Casagrande e cinzel com gabarito para verificar a altura de queda da concha;
· Balança que permite pesar nominalmente 200g com resolução de 0,01 gramas e sensibilidade compatível;
· Gabarito cilíndrico para comparação com 3 mm de diâmetro e cerca de 100 mm de comprimento (foi utilizado como gabarito o tubo onde a tinta da caneta fica contida);
Placa de vidro de superfície esmerilhada.
4.2 – Execução do Ensaio
Existem procedimentos os quais foram em comum para os dois ensaios, primeiramente a amostra de solo foi destorroada, depois passada na peneira de nº40 (0,42mm), em seguida, 200g desta amostra destorroada e peneirada foi umedecida e homogeneizada, amassando e revolvendo continuamente com o auxílio da espátula, até se atingir um estado em que o solo se tornou moldável, após isso, foi separada uma amostra de 48g de solo destinada ao ensaio de limite de plasticidade, e o restante destinado ao ensaio de limite de liquidez, os quais suas execuções serão explicadas a seguir. Os ensaios foram realizados em ambiente climatizado, minimizando assim a perda de umidade do material por evaporação.
4.2.1 Execução do Ensaio de Limite de Liquidez
A aparelhagem específica necessária para a realização desse ensaio é o aparelho de Casagrande, um gabarito com 10mm de altura para poder regular o aparelho, uma espátula de lâmina flexível para poder moldar a amostra sob a concha, que é de latão, e um cinzel para fazer a ranhura no meio da amostra, este cinzel é padronizado. 
O ensaio iniciou-se com a regulagem do aparelho, de modo que este ficou a uma altura de 10mm, em relação à base, no ponto mais alto de seu curso. Pegamos a amostra destorroada, peneirada e umedecida e a moldamos na concha com a espátula, de forma a não deixar bolhas de ar no interior da mistura, a espátula foi passada com sua ponta no ponto de três quartos da concha a fim de se retirar o excesso de solo, onde este foi colocado de volta no recipiente de onde a amostra estava. Na concha, a massa de solo foi dividida ao meio com o auxílio do cinzel que foi deslocado perpendicularmente à superfície da concha, conforme manda a NBR 6459, e foi verificado se a altura de massa colocada na concha correspondia a 1cm para que o ensaio prosseguisse. Após a verificação, realizou-se o processo de queda livre da concha, girando a manivela com frequência de duas voltas por segundos até as duas partes de solo divididas se unirem ao longo de 13mm de comprimento aproximadamente, e foi anotado o número de golpes para que tal ato se realizasse, números estes que estarão presentes posteriormente nos resultados deste relatório, esta fração da massa de solo, em que as partes se uniram, foi retirada da concha, colocada em uma cápsula, e levada à estufa para posteriormente se determinar a sua umidade. Transferiu-se a massa de solo restante na concha de volta para o recipiente onde a amostra homogeneizada estava inicialmente, limpou-se a concha do aparelho de Casagrande e o cinzel, para que a operação fosse realizada novamente, e este processo se repetiu por mais quatro vezes, obtendo assim 5 dados de quantidade de golpes. 
Houve um certo intervalo entre as operações pois, como já comentado, teve-se que esperar o solo secar por estar muito umedecido já na primeira operação. O solo foi perdendo umidade através da sua colocação em uma estufa, bem como por mantimento ao ar livre.
Todas as amostras retiradas da junção das duas partes da massa de solo foram pesadas em cápsulas e levadas à estufa, de onde saíram após 24h e foram novamente pesadas.
Imagem 3 – Regulagem do aparelho de Casagrande. Fonte Autor.
Imagem 4 – Modelagem e ranhura da massa de solo na concha do aparelho. Fonte: Autor.
4.2.2 Execução do Ensaio do Limite de Plasticidade
A amostra de 48g retirada da massa de solo umedecido e homogeneizado foi colocada em um recipiente, retirou-se uma amostra com cerca de 10g e moldou-se uma bola com esta, que foi rolada manualmente sob a placa de vidro com pressão suficiente para lhe dar um formato cilíndrico, toda as vezes que a amostra se fragmentava antes de atingir um diâmetro de 3mm ela era retornada ao recipiente, juntada com a massa de solo, adicionado água e homogeneizado a massa total, quando a amostra atingia os 3mm de diâmetro e não apresentava fissura todo o procedimento de confecção do cilindro era refeito. Quando o cilindro se fragmentou, possuindo cerca de 3mm de diâmetro e 100mm de comprimento, a amostra moldada foi repartida em três amostras e colocadas em cápsulas diferentes e levadas à estufa para posteriormente se determinar a umidade dessas amostras. Foram confeccionados três cilindros com aproximadamente 3mm de diâmetro e 100mm de comprimento que possuíam fissuras, gerando assim 9 amostras, 3 por cada cilindro, essas amostras foram pesadas em suas devidas cápsulas e levadas à estufa, de onde saíram após 24 para outra pesagem.
Imagem 5 – Amostra homogeneizada destinada ao ensaio de limite de plasticidade e execução do ensaio. Fonte: Autor
Imagem 6 – Cilindro de13mm de diâmetro e 10cm de comprimento confeccionado apresentando fissuras e este sendo separado em três amostras. Fonte: Autor.
Figura 7 – Separação e pesagem das capsulas com as amostras retiradas de todos os ensaios. Fonte: Autor.
5.0 – Resultados Obtidos
5.1 Ensaio do Limite de Plasticidade
Após a execução do ensaio de limite de plasticidade, ao obtermos as nove amostras da confecção dos três cilindros que fissuraram ao atingir 3mm de diâmetro e 10cm de comprimento, com o auxílio da balança pesamos as amostras em suas respectivas cápsulas e usamos a estufa para faze-las perderem a umidade que possuíam no momento em que fissuraram. Ao pesarmos essas amostras em suas cápsulas, sendo que desta vez estando secas, e ao aplicarmos na fórmula de teor de umidade, obtivemos com qual porcentagem de água o solo precisa estar para atingir o seu estado plástico, ao fazermos a média do teor de umidade de todas as amostras.
Para a determinação da média recomenda-se que se faça a média dos teores de umidade das amostras, e elimine os teores que não se enquadram no intervalo da porcentagem da média ± 5%, e faça-se uma nova média com os valores enquadrados, e isso é feito consecutivamente até todos os teores estarem dentro desse intervalo, afim de se obter maior precisão nos resultados deste ensaio.
Segue abaixo os dados obtidos de teor de umidade em cada uma das cápsulas que possuíam suas respectivas amostras:
Tabela 1 - Teor de umidade dos solos aptos no ensaio de limite de plasticidade.
	Limite de Plasticidade
	Cápsulas
	3
	4
	7
	12
	14
	15
	16
	61
	L10
	Peso Bruto Úmido (g)
	41,78
	41,58
	24,15
	32,51
	30,39
	32,31
	42,38
	24,87
	35,05
	Peso Bruto Seco (g)
	41,72
	41,54
	24,08
	32,45
	30,34
	32,28
	42,33
	24,80
	35,01
	Peso da Cápsula (g)
	41,36
	41,29
	23,70
	32,13
	30,03
	32,12
	42,03
	24,37
	34,77
	Peso da Água (g)
	0,06
	0,04
	0,07
	0,06
	0,06
	0,03
	0,05
	0,07
	0,04
	Peso Solo Seco (g)
	0,36
	0,25
	0,39
	0,32
	0,30
	0,16
	0,30
	0,43
	0,24
	Umidade (%)
	17,40%
	14,81%
	17,63%
	18,92%
	18,27%
	16,07%
	16,39%
	17,11%
	15,29%
	Limite de Plasticidade (%)
	16,88%
5.2 – Ensaio do Limite de Liquidez
Após a execução do ensaio do limite de liquidez, as amostras que se uniram após que continham a junção das duas massas de solo que se uniram após os golpes dados pelo aparelho de Casagrande, que foram separadas pelo cinzel que foram separadas anteriormente, foram pesadas já contidas nas cápsulas e levadas à estufa, de onde saíram após 24h, e foram pesadas novamente, agora secas, e com estes dois pesos, úmido e seco, calculamos o teor de umidade de cada amostra em porcentagem. Confeccionamos um gráfico em que relaciona o número de golpes e o teor de umidade com o qual a massa de solo se fechou. Assim com esses pontos do gráfico em que o número de golpes está em uma escala logarítmica, podemos traçar uma reta e localizar com qual teor de umidade o solo atinge o seu limite de liquidez, que é o teor correspondente à 25 golpes sofridos para o corte do cinzel se fechar.
Segue abaixo a tabela com o teor de umidade em cada amostra identificada pela cápsula, e o gráfico que relaciona o teor de umidade com a quantidade de golpes necessários para o fechamento da ranhura, contendo também a equação da linha de tendência que relaciona os pontos encontrados no gráfico que foi calculada pelo software Excel:
Tabela 2 – Teor de umidade das amostras do ensaio de limite de liquidez.
	Limite de Liquidez
	Cápsulas
	11
	13
	L5
	L8
	L4
	Peso Bruto Úmido (g)
	31,961
	39,571
	28,935
	27,521
	28,312
	Peso Bruto Seco (g)
	30,8942
	38,6113
	27,9995
	26,6765
	27,3697
	Peso da Cápsula (g)
	26,93
	34,863
	24,296
	23,29
	23,539
	Peso da Água (g)
	1,07
	0,96
	0,94
	0,84
	0,94
	Peso Solo Seco (g)
	3,96
	3,75
	3,70
	3,39
	3,83
	Umidade (%)
	26,91%
	25,60%
	25,26%
	24,94%
	24,60%
	Número de Golpes
	16
	18
	21
	29
	34
Imagem - Gráfico do limite de liquidez (umidade x número de golpes)
Assim podemos concluir pelo gráfico, que se dando uma quantidade de 25 golpes no solo, o teor de umidade deste, aproximado para o número inteiro mais próximo conforme manda na norma NBR 6459, é de 25%.
	Também conseguimos comprovar que a fórmula da Federal Highway Administration também é bastante confiável, pois se substituirmos por exemplo os valores de teor de umidade para o número de 16 golpes teremos: 
6.0 – Conclusão
	Através dos resultados obtidos pelos ensaios para a determinação dos limites de liquidez e plasticidade, podemos identificar com qual teor de umidade o solo transita entre seus estados semissólido, plástico e liquido. Com os resultados do limite de plasticidade observamos que o solo estudado necessita em média de um teor de umidade de 16,88% para que passe do seu estado semissólido e atinja seu estado plástico, onde este se torna moldável. E com os ensaios de limite de liquidez, percebemos que o teor de umidade necessário neste solo é de 25% para que este transite do estado plástico para o líquido, pois sua ranhura no aparelho de Casagrande só se fecha com 25 golpes se este tiver uma umidade aproximada deste valor, conforme foi comprovado, tanto pelo gráfico gerado pelos pontos obtidos do ensaio, quanto pela formula da Federal Highway Administration.
	Estes ensaios demandam bastante precisão por parte do operador, pois são ensaios extremamente manuais, por isso estão sujeitos a erros humanos, porém os resultados se mostraram satisfatórios.
7.0 – Referências Bibliográficas Consultadas
ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (Brasil) (Org.). NBR 6459 –Solo – Determinação do Limite de Liquidez. ABNT, 1984.
ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (Brasil) (Org.). NBR 7180 –Solo – Determinação do Limite de Plasticidade. ABNT, 1984.
CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos Solos e Suas Aplicações. Rio de. Janeiro: LTC, 6ª edição, 1996. 
SANTOS, J. N.; GURGEL, M. T.; SOARES, S. R. F.; COSTA, L. R.; LIMA, J. M. Análise do limite de liquides dos solos de Mossoró-RN para fins da engenharia civil. Mossoró, RN. 2015.
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