Teoria: Limites de Atterberg
O que são os limites de liquidez, de plasticidade e de contração, como se determinam no aparelho de Casagrande, rolando o solo até 3 mm e secando uma pastilha, e o que os índices de plasticidade, consistência e liquidez dizem sobre o solo.
Limites de Atterberg
Um solo fino muda de comportamento com a umidade: muito seco, é sólido e quebradiço; com mais água, fica plástico e pode ser moldado; com ainda mais, escoa como um líquido viscoso. Atterberg propôs, em 1911, as umidades que separam esses estados, e Casagrande padronizou os ensaios na década de 1930.
O limite de liquidez (LL) separa o estado plástico do líquido; o de plasticidade (LP), o semissólido do plástico; o de contração (LC), o sólido do semissólido. Todos se determinam no solo passado na peneira de 0,42 mm (nº 40).
Limite de liquidez
O solo, misturado com água até uma pasta homogênea, é espalhado na concha do aparelho de Casagrande. Abre-se nele uma ranhura com o cinzel padrão, e a concha cai de 10 mm sobre a base, duas vezes por segundo, até a ranhura se fechar em cerca de 13 mm. Anota-se o número de golpes e determina-se a umidade de uma porção do solo junto à ranhura. Repete-se com umidades diferentes, para que os golpes se distribuam entre 15 e 35.
Num gráfico de umidade contra o logaritmo do número de golpes, as determinações caem praticamente sobre uma reta, a reta de escoamento. O limite de liquidez é, por definição, a umidade dela a 25 golpes.
A ASTM D4318 (método B) também aceita estimar o limite com uma só determinação entre 20 e 30 golpes, por LL = w (N / 25)^0,121. A NBR 6459 não prevê esse método; esta página usa sempre a reta.
Limite de plasticidade
Uma porção do solo úmido é rolada com a palma da mão sobre uma placa de vidro esmerilhado até formar um cilindro. Quando ele se fragmenta ao atingir 3 mm de diâmetro e cerca de 100 mm de comprimento, a umidade dos fragmentos é a de uma determinação. Se o cilindro chega a 3 mm sem se partir, o solo é reamassado e rolado de novo, perdendo umidade até se fragmentar.
A NBR 7180 pede pelo menos três determinações e as aceita quando nenhuma se afasta da média mais que 5% dela; o limite de plasticidade é essa média.
Limite de contração
Ao secar, o solo perde volume junto com a água até a umidade do limite de contração; abaixo dela, o ar entra nos vazios e o volume quase não muda. O ensaio molda uma pastilha de solo úmido numa cápsula de volume conhecido, seca-a em estufa e mede o volume da pastilha seca — a NBR 7183 por deslocamento de mercúrio, a ASTM D4943 revestindo-a de parafina e pesando-a submersa.
O índice de contração, LP − LC, é a faixa de umidades do estado semissólido. Um LC baixo, com grande variação de volume, indica solo expansivo.
Casagrande observou que, prolongadas, as linhas A e U da carta de plasticidade se cruzam perto de (LL, IP) = (−43,5; −46,4), e que a reta desse ponto até o do solo corta o eixo do LL perto do seu limite de contração. É só uma estimativa, que esta página mostra quando falta a pastilha:
Índices
Quando não é possível determinar um dos limites, ou quando LP ≥ LL, o solo é não plástico, e se anota IP = NP.
O índice de consistência situa a umidade natural entre os limites: vale 1 no limite de plasticidade e 0 no de liquidez. A razão IP / IF, o índice de tenacidade, cresce com a resistência do solo no limite de plasticidade.
Plasticidade e consistência
| Plasticidade (Jenkins) | IP (%) |
|---|---|
| Não plástico | NP |
| Fracamente plástico | até 7 |
| Medianamente plástico | 7 a 15 |
| Altamente plástico | acima de 15 |
| Consistência | IC |
|---|---|
| Muito mole | abaixo de 0 |
| Mole | 0 a 0,50 |
| Média | 0,50 a 0,75 |
| Rija | 0,75 a 1,00 |
| Dura | acima de 1,00 |
Carta de plasticidade
Na carta de Casagrande, o IP contra o LL, a linha A (IP = 0,73 (LL − 20)) separa as argilas, acima, dos siltes e solos orgânicos, abaixo, e LL = 50% separa a baixa da alta compressibilidade. Nenhum solo conhecido cai acima da linha U (IP = 0,9 (LL − 8)): um ponto ali indica erro nos dados. A região do solo na carta dá o símbolo dos solos finos na classificação SUCS.
Limitações
- Os resultados dependem do aparelho (dureza da base, altura de queda, desgaste do cinzel), da pressão da mão e do operador; diferenças de alguns pontos entre laboratórios são comuns.
- Fora de 15 a 35 golpes a reta deixa de ser confiável, e extrapolar até 25 golpes é pouco seguro.
- Solos arenosos ou siltosos podem escorregar na concha ou não formar o cilindro; nesse caso o solo é não plástico.
- Secar o solo antes do ensaio pode baixar os limites de solos orgânicos e de alguns solos tropicais.
- As faixas de consistência pelo IC valem para argilas; não se aplicam a solos com estrutura cimentada ou sensível.
Referências
- ABNT. NBR 6459: Solo — Determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro, 2016.
- ABNT. NBR 7180: Solo — Determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro, 2016.
- ABNT. NBR 7183: Determinação do limite e relação de contração de solos. Rio de Janeiro, 1982.
- ASTM. D4943: Standard Test Method for Shrinkage Factors of Cohesive Soils by the Water Submersion Method. West Conshohocken, 2018.
- Holtz, R. D.; Kovacs, W. D. An Introduction to Geotechnical Engineering. Englewood Cliffs: Prentice-Hall, 1981.
- ASTM. D4318: Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils. West Conshohocken, 2017.
- Casagrande, A. Research on the Atterberg limits of soils. Public Roads, v. 13, n. 8, 1932.
- Caputo, H. P. Mecânica dos Solos e suas Aplicações. v. 1, 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1988.
- Pinto, C. S. Curso Básico de Mecânica dos Solos. 3. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2006.