slides aula conceito de plasticidade

10/04/2016

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ – UFPRSETOR DE TECNOLOGIADEPARTAMENTO DE CONSTRUÇÃO CIVILCURSO DE ENGENHARIA CIVIL

LABORATÓRIO de MECÂNICA dos SOLOS- Conceito de Plasticidade

- Ensaios LL, LP, LC

Christiane Wagner Mainardes Krainer

SUMÁRIO1. Introdução

2. Plasticidade do Solo2.1 Conceito2.2 Plasticidade e Umidade2.3 Coeficiente de Permeabilidade2.4 Composição Mineral das Argilas2.5 Argilo-Minerais

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SUMÁRIO3. Estados de Consistência3.1 Limites de Atterberg3.2 Limites de Consistência3.3 Limite de Liquidez3.4 Limite de Plasticidade3.5 Gráfico de Plasticidade3.6 Limite de Contração3.7 Grau de Contração3.8 Índice de Fluidez3.9 Índice de Consistência

Os solos finos (silte e argila), não são caracterizadosadequadamente pelo ensaio de granulometria.

Necessita-se outros parâmetros:– forma das partículas– a composição mineralógica e química– e as propriedades plásticas (relacionados com o teor de umidade)

1. INTRODUÇÃO

Prof. Fabio Tonin

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Experiências realizadas por Atterberg, Terzaghi e

Goldschmidt mostraram que a plasticidade dos

solos é devida às cargas elétricas existentes nas

partículas laminares de argila, que influenciam na

sua estrutura.

1. INTRODUÇÃO

http://www.civilnet.com.br/Files/MecSolos2/MEC.SOLOS.I.2011/CAP5.pdf

Para que a plasticidade possa manifestar-se em um

solo é necessário que a forma de suas partículas

finas permita que elas deslizem, umas por sobre

outras, desde que haja quantidade suficiente de

água para atuar como lubrificante.

1. INTRODUÇÃO


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Existem entre os extremos, onde a argila se

apresenta seca ou com consistência de lama, existe

um intervalo de umidade para o qual a argila se

comporta plasticamente.

1. INTRODUÇÃO


O termo plasticidade é entendido, na Mecânica dos

Solos, como sendo a propriedade que um material

apresenta de suportar deformações rápidas, sem

variação volumétrica apreciável e sem haver fissuração.

2. PLASTICIDADE DO SOLO


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Propriedade dos solos finos que consiste namaior ou menor capacidade de seremmoldados sob certas condições de umidade.

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2. PLASTICIDADE DO SOLO

2.1 CONCEITO DE PLASTICIDADE

ABNT - NBR 7250/82:

“É a propriedade de solos finos, entre largos

limites de umidade, de se submeterem a grandes

deformações permanentes, sem sofrer ruptura,

fissuramento ou variação de volume apreciável.”

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• argilo-minerais (solos finos)– partículas que favorecem a plasticidade

• quartzo e o feldspato (solos arenosos)– não desenvolvem misturas plásticas

2.1 CONCEITO DE PLASTICIDADE

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Quantomaior teor de umidade

implica emmenor resistência.

2.2 PLASTICIDADE E UMIDADE

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2.3 COEFICIENTE DEPERMEABILIDADE

• pode ser determinado através de:

– ensaios de laboratório (amostras indeformadas)

– ensaios “in situ”

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2.4 COMPOSIÇÃO MINERAL DASARGILAS

• Argila

– partículas Ø < 0,002 mm (NBR 7250)

– em contato com a água adquire plasticidade

– não é constituída só de partículas que apresentam

plasticidade.

– é constituída de diversos tipos de partículas (tabela)

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Tabela – classificação em função do tipo de partícula.

A plasticidade de um solo é devida aos argilo-minerais, àsmicas e ao húmus existentes.


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• Os argilo-minerais merecem destaque, pois:

teor argilo-minerais > teor mica e húmus


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2.5 ARGILO-MINERAIS

• São silicatos hidratados de alumínio, que apresentam:

– Plasticidade– Permuta catiônica– Dimensões < 2 mícron– Forma lamelar e alongada.

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• Podem ser classificados em diversos grupos, conforme:– estrutura cristalina– e propriedades semelhantes

• Principais grupos de argilo-minerais:– Caulinitas– Ilitas– Montmorilonitas

2.5 ARGILO-MINERAIS

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Argila tipo 1:1 = Caulinitas

As ligações de hidrogênio são fracas, mas suficientementefortes para evitarem a penetração da água entre asunidades estruturais.

As caulinitas são as argilas de maiores dimensões.

2.5 ARGILO-MINERAIS

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Argila tipo 1:1 = Caulinitas

Por esta razão, as caulinitas apresentam:– pequena expansão– difícil dispersão na água– baixa plasticidade

2.5 ARGILO-MINERAIS

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Argila tipo 2:1 = Montmorilonitas

Possuem grande capacidade de adsorção de água e depermuta catiônica, pois possuem ligações quebradas ecargas negativas nas superfícies das unidades estruturais.

As montmorilonitas são as argilas de menores dimensões.

2.5 ARGILO-MINERAIS

Prof. Fabio Tonin

Argila tipo 2:1 = Montmorilonitas

Como a água penetra com grande facilidade entre ascamadas estruturais, as montmorilonitas possuem:

– fácil dispersão na água– grande expansão– alta plasticidade

2.5 ARGILO-MINERAIS

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3. ESTADOS DE CONSISTÊNCIA

Os limites de consistência são baseados no conceito de

que um solo constituído por partículas de pequeno

tamanho pode se situar em qualquer dos 4 estados:

sólido, semi - sólido, plástico e líquido, dependendo da

sua umidade.


Um solo se apresenta no estado líquido quando tem a

aparência fluida, ou de lama.

No estado plástico, ele se apresenta com característica

moldável.

No estado semi–sólido, já com características sólidas, o

solo ainda apresenta retração ao secamento.

No estado sólido ele não sofre mais variação volumétrica.



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As respectivas umidades que definem a passagem de

um estado de consistência para outro, são chamadas

de limite de consistência.



Consistência

Grau de resistência e plasticidade do solo quedependem das ligações internas entre as partículasdo solo.


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Solos coesivos possuem:– uma consistência plástica entre certos teores

limites de umidade– abaixo destes teores eles apresentam uma

consistência sólida– acima uma consistência líquida– e ainda, uma consistência semi-sólida (entre

plástica e sólida)


Prof. Fabio Tonin

Albert Atterberg Os solos finos apresentam variações de estado

de consistência em função do teor de umidade.

Limites de Atterberg (limites de consistência) “teores de umidade limite para tipos de solos”


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*

3.1 LIMITES DE ATTERBERGA presença de água nos solos finos pode afetar significativamente o

comportamento de engenharia, portanto, são necessários índices de referênciaque evidenciem esses efeitos.

(Holtz and Kovacs, 1981)https://docs.google.com/presentation/d/11Pa6XBVYWV65zQ9zUp3WAfRQkbV5zEh5zXxrY_Ainyw/htmlpresent

*

Limite de Liquidez,LL

Estado Líquido

Limite dePlasticidade, LP

Estado Plástico

Limit de Contração, LC

Estado Semi-sólido

EstadoSólidoSolo

seco

Mistura fluidasolo-água

Teor de umidade

crescente

https://docs.google.com/presentation/d/11Pa6XBVYWV65zQ9zUp3WAfRQkbV5zEh5zXxrY_Ainyw/htmlpresent

3.1 LIMITES DE ATTERBERG

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3.2 LIMITES DE CONSISTÊNCIA

Os teores de umidade correspondentes aoslimites de consistência entre:

sólido e semi-sólido;semi-sólido e plástico;

e plástico e líquido........são definidos como:

• Limite de Contração (LC)• Limite de Plasticidade (LP)• Limite de Liquidez (LL)

Prof. Fabio Tonin


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Estado líquido – o solo apresenta aparência fluida

Estado plástico – solo se apresenta com característica moldável

Estado semi-sólido – o solo ainda apresenta retração ao secamento

Estado sólido – o solo não sofre mais variação volumétrica



Atterberg definiu o limite de liquidez em termos de uma técnica

de laboratório que consiste em colocar o solos misturado com

água em uma concha, fazendo no solo uma ranhura.

Em seguida, a concha é golpeada contra uma superfície dura até

fechar a ranhura num determinado comprimento.

O solo tem a umidade correspondente ao limite quando as

bordas inferiores da ranhura se tocam, num determinado

comprimento, após um certo números de golpes.


3.3 LIMITE DE LIQUIDEZ (LL)

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A necessidade de normalizar o processo para a determinação

do limite de liquidez levou Casagrande a elaborar um aparelho

que pudesse ser utilizado em todos os laboratórios, de uma

maneira padronizada, minimizando a influência do operador

sobre o resultado obtido, este aparelho leva o nome de

“APARELHO DE CASAGRANDE”.



Este aparelho consiste de uma calota de latão que

conterá o material e que cairá sobre uma base sólida

(ebonite), queda provocada por um excêntrico ligado a

uma manivela, à qual se dá um movimento de rotação.



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*N=25 golpes

Abertura da ranhura =12,7mm (0.5 in)

(Holtz and Kovacs, 1981)

O Limite de Liquidez é o teor de umidade para o qual a ranhura de solo se fecha com25 golpes, no aparelho de Casagrande.



Prof. Dr. Celso Augusto Guimarães Santos


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“Aparelho de Casagrande”




“Aparelho de Casagrande”


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São colocados 70g de solo, que passa na peneira com abertura igual a

0.42 mm, homogeneizada com água até formar uma pasta, na calota do

aparelho.

Com o cinzel abrira-se uma ranhura no centro da calota. Gira-se a

alavanca na velocidade de 2 revoluções por segundo, conta-se o

números de golpes da calota, necessários para obter-se o fechamento

da ranhura em 1 cm entre as paredes inferiores.

Convém na 1ª determinação com a pasta que sejam necessárias mais de

25 golpes para o fechamento da ranhura.



Acrescentando-se água ao solo repete-se o processo anterior pelo

menor 3 vezes.

Dessa maneira resulta 4 pares de valores umidade x n.º de golpes que,

colocadas no gráfico semi logarítmico com o n.º de golpes no eixo

logarítmico, se alinham numa reta.

O limite de liquidez é então obtido como sendo a umidade

correspondente a 25 golpes.



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Sequência do ensaio (LL)




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Método deCasagrande


LL = w / (1,419 – 0,3 log n)Prof. Dr. Celso Augusto Guimarães Santos


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Índice de Liquidez (IL)O índice de liquidez é indicativo das tensõesvividas pelo solo ao longo de sua históriageológica.

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

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O limite de plasticidade (LP) é determinado pelo cálculo da

porcentagem da umidade para a qual o solo começa a se

fratura quando se tentar moldar, com ele, um cilindro de 3

mm de diâmetro e cerca de 10 cm de comprimento.


3.4 LIMITE DE PLASTICIDADE (LP)

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Para determinação do LP são usados 50,0g de material passando na

peneira com abertura igual a 0.42 mm.

Desse material homogeneizando com água até adquirir

característica plástica, toma-se cerca de 15,0g e sobre uma placa de

vidro, procura-se fazer pequenos cilindros de solo com 3 mm de

diâmetro e cerca de 10 centímetros de comprimento, rolando o

solo entre a mão e a placa de vidro até que o cilindro apresente as

primeiras fissuras.


A umidade desse material é definida com limite de plasticidade

do solo ensaiado. Repete-se pelo menos 2 vezes o processo

para obter-se o valor médio.

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*

O limite de plasticidade, LP, é o teor de umidade no qual um cilindro de

solo com 3,2 mm de diâmetro começa a trincar quando moldado.

ASTM D4318-95a, BS1377: Part 2:1990:5.3

(Holtz and Kovacs, 1981)



APARELHAGEMA aparelhagem necessária é a seguinte:

a) Cápsula de porcelana com capacidade de 500 ml;

APARELHAGEMA aparelhagem necessária é a seguinte:

a) Cápsula de porcelana com capacidade de 500 ml;

Universidade Federal da Paraíba - Departamento de Engenharia Civil


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b) espátula com lâmina flexível de cerca de 8 cm de comprimento e2 cm de largura;

b) espátula com lâmina flexível de cerca de 8 cm de comprimento e2 cm de largura;

8 cm8 cm2 cm2 cm



c) placa de vidro de superfície esmerilhada;c) placa de vidro de superfície esmerilhada;



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d) cilindro de comparação de 3 mm de diâmetro e cerca de 10 cm decomprimento;

d) cilindro de comparação de 3 mm de diâmetro e cerca de 10 cm decomprimento;

3 mm3 mm

10 cm10 cm



e) recipiente que permita guardar amostras sem perda de umidadeantes de sua pesagem;

e) recipiente que permita guardar amostras sem perda de umidadeantes de sua pesagem;



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f) balança com capacidade de 200 g, sensível a 0,01 g;f) balança com capacidade de 200 g, sensível a 0,01 g;



g) estufa capaz de manter a temperatura entre 1050 e 1100 C.g) estufa capaz de manter a temperatura entre 1050 e 1100 C.



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ENSAIO

a) Coloca-se a amostra na cápsula e junta-se água destilada em quantidadesuficiente para se obter massa plástica. Deve-se adicionar a água aospoucos, misturando-se continuamente com a espátula até a completahomogeneização da massa;

ENSAIO

a) Coloca-se a amostra na cápsula e junta-se água destilada em quantidadesuficiente para se obter massa plástica. Deve-se adicionar a água aospoucos, misturando-se continuamente com a espátula até a completahomogeneização da massa;



b) separam-se cerca de 20 g da massa obtida como descrito na alínea a,modelando-a na forma elipsoidal. Rola-se esta massa entre os dedos e aface esmerilhada da placa de vidro, com pressão suficiente, a fim de moldá-la na forma de um cilindro de diâmetro uniforme. O número de rolagensdeverá estar compreendido entre 80 e 90 por minuto, considerando-se umarolagem como o movimento da mão para a frente e para trás, retornandoao ponto de partida.

b) separam-se cerca de 20 g da massa obtida como descrito na alínea a,modelando-a na forma elipsoidal. Rola-se esta massa entre os dedos e aface esmerilhada da placa de vidro, com pressão suficiente, a fim de moldá-la na forma de um cilindro de diâmetro uniforme. O número de rolagensdeverá estar compreendido entre 80 e 90 por minuto, considerando-se umarolagem como o movimento da mão para a frente e para trás, retornandoao ponto de partida.



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b.1) Quando o diâmetro do cilindro de solo atingir 3 mm, quebra em seis ou oito

pedaços; amassa-se, a seguir, com os dedos, os referidos pedaços até se obter

uma massa de forma elipsoidal. Procede-se novamente à rolagem até formar um

cilindro de 3 mm de diâmetro, juntando, amassando e rolando, respectivamente,

até que o cilindro de solo desagregue sob a pressão requerida para a rolagem e

não seja mais possível formar um novo cilindro com o solo. A desagregação pode

ocorrer quando o cilindro de solo apresentar um diâmetro maior do que 3 mm.

Este deve ser considerado um estágio final satisfatório, tendo em vista que o solo

foi antes rolado até atingir a forma de um cilindro de 3 mm de diâmetro.

b.1) Quando o diâmetro do cilindro de solo atingir 3 mm, quebra em seis ou oito

pedaços; amassa-se, a seguir, com os dedos, os referidos pedaços até se obter

uma massa de forma elipsoidal. Procede-se novamente à rolagem até formar um

cilindro de 3 mm de diâmetro, juntando, amassando e rolando, respectivamente,

até que o cilindro de solo desagregue sob a pressão requerida para a rolagem e

não seja mais possível formar um novo cilindro com o solo. A desagregação pode

ocorrer quando o cilindro de solo apresentar um diâmetro maior do que 3 mm.

Este deve ser considerado um estágio final satisfatório, tendo em vista que o solo

foi antes rolado até atingir a forma de um cilindro de 3 mm de diâmetro.





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Sequência do ensaio (LP)



OBSERVAÇÃO:

A desagregação se manifesta diferentemente, conforme o tipo do solo. Alguns

solos se desagregarão em numerosos pequenos aglomerados de partículas.

Outros, poderão formar uma camada externa, tubular, que começa a

desagregar em ambas as pontas, progredindo em direção ao meio e,

finalmente, o cilindro rompe em vários pedaços pequenos.

Solos muito argilosos requerem mais pressão da mão para a deformação do

cilindro, particularmente quando se aproxima do Limite de Plasticidade,

quando, então, o cilindro parte-se em uma série de segmentos, com a forma de

tubo, cada um com cerca de 6 a 10 mm de comprimento.

OBSERVAÇÃO:

A desagregação se manifesta diferentemente, conforme o tipo do solo. Alguns

solos se desagregarão em numerosos pequenos aglomerados de partículas.

Outros, poderão formar uma camada externa, tubular, que começa a

desagregar em ambas as pontas, progredindo em direção ao meio e,

finalmente, o cilindro rompe em vários pedaços pequenos.

Solos muito argilosos requerem mais pressão da mão para a deformação do

cilindro, particularmente quando se aproxima do Limite de Plasticidade,

quando, então, o cilindro parte-se em uma série de segmentos, com a forma de

tubo, cada um com cerca de 6 a 10 mm de comprimento.



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OBSERVAÇÃO:

Dificilmente o operador poderá produzir a desagregação do cilindro exatamente

com 3 mm de diâmetro, a não ser reduzindo o número de rolagens, a pressão da

mão, ou ambos e continuando a operação, sem deformação posterior, até que o

cilindro se desagregue.

É permitido, entretanto, reduzir a quantidade total de deformações no caso de

solos pouco plásticos fazendo com que o diâmetro inicial da massa de solo de

forma elipsoidal se aproxime dos requeridos 3 mm de diâmetro final;

OBSERVAÇÃO:

Dificilmente o operador poderá produzir a desagregação do cilindro exatamente

com 3 mm de diâmetro, a não ser reduzindo o número de rolagens, a pressão da

mão, ou ambos e continuando a operação, sem deformação posterior, até que o

cilindro se desagregue.

É permitido, entretanto, reduzir a quantidade total de deformações no caso de

solos pouco plásticos fazendo com que o diâmetro inicial da massa de solo de

forma elipsoidal se aproxime dos requeridos 3 mm de diâmetro final;



c) Ao se fragmentar o cilindro, transferem-se imediatamente os seus pedaços para orecipiente e determina-se a umidade pela fórmula:

em que:h - teor de umidade, em porcentagem;Ph- peso do material úmido;Ps- peso do material seco em estufa a 1050 - 1100 C, até constância de peso

d) Repetem-se as operações anteriores até que se obtenham 3 valores que nãodifiram da respectiva média de mais de 5%.

c) Ao se fragmentar o cilindro, transferem-se imediatamente os seus pedaços para orecipiente e determina-se a umidade pela fórmula:

em que:h - teor de umidade, em porcentagem;Ph- peso do material úmido;Ps- peso do material seco em estufa a 1050 - 1100 C, até constância de peso

d) Repetem-se as operações anteriores até que se obtenham 3 valores que nãodifiram da respectiva média de mais de 5%.

100xPs

PsPhh 100x

PsPsPhh



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RESULTADO:O Limite de Plasticidade - LP é expresso pela média dos teores de umidade

obtidos como foi indicado.

RESULTADO:O Limite de Plasticidade - LP é expresso pela média dos teores de umidade

obtidos como foi indicado.



Índice de Plasticidade (IP)Fisicamente representaria a quantidade de água

que seria necessário a acrescentar a um solo,

para que ele passasse do estado plástico ao

líquido.

IP = LL – LP

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Índice de Plasticidade (IP)• IP:

– determina o caráter de plasticidade de um solo– quando maior mais plástico será o solo

• Classificação (Jenkins):Fracamente plásticos 1 < IP ≤ 7

Medianamente plásticos 7 < IP ≤ 15

Altamente plásticos IP > 15

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3.5 GRÁFICO DE PLASTICIDADE


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3.6 LIMITE DE CONTRAÇÃO

LC = (γa/γs) – (1/δ)

A determinação de LC, teor de umidade a partir do qual o solo não

mais se contrai, não obstante continue perdendo peso, é feita

tendo em vista que o índice de vazios da amostra é o mesmo, quer

quando saturada (no momento que cessa a contração), quer

estando completamente seca.


LC = h – (V1 – V2)γa/Ps

Um outro modo de calcular LC:

3.6 LIMITE DE CONTRAÇÃO

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3.7 GRAU DE CONTRAÇÃO (C)

É a razão da diferença entre os volumes inicial (Vo) e final

(Vf) após a secagem da amostra, para o volume inicial

(Vo), expressa em porcentagem:

C = (Vo - Vf)/ Vo

solos bons C < 5%

solos regulares 5% < C < 10%

solos sofríveis 10% < C < 15%

solos péssimos C > 15%

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IF = h10 – h100

3.8 ÍNDICE DE FLUIDEZ

h10

h100

log10 log100

IF

log N


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3.9 ÍNDICE DE CONSISTÊNCIA (IC)

Busca situar o teor de umidade do solo no

intervalo de interesse para a utilização na

prática, ou seja, entre o limite de liquidez e o

de plasticidade.

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Quantitativamente, cada um dos tipos pode ser

identificado quando se tratar de argilas saturadas,

pelo seu índice de consistênciaIC = (LL - w)/IP

do seguinte modo:muito moles IC < 0

moles 0 < IC < 0,50

médias 0,50 < IC < 0,75

rijas 0,75 < IC < 1,00

duras IC > 1,00

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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

mãos;• Moles

– as que são facilmente moldadas pelos dedos;• Médias

– as que podem ser moldadas pelos dedos;• Rijas

– as que requerem grande esforço para serem moldadas pelos dedos;• Duras

– as que não podem ser moldadas pelos dedos e que, ao serem submetidaso grande esforço, desagregam-se ou perdem sua estrutura original.

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