A determinação correcta da plasticidade dos solos finos é determinante para prever o comportamento mecânico de fundações, aterros e camadas de pavimentos. Erros sistemáticos na preparação da amostra ou na manipulação do aparelho de Casagrande alteram a classificação HRB/USCS e comprometem a libertação de frentes de obra. Este artigo analisa os procedimentos normalizados, as fontes frequentes de desvio experimental e o protocolo de garantia de qualidade laboratorial.
1. O que é o ensaio e que problema resolve?
Os Limites de Atterberg definem as fronteiras de humidade que delimitam os estados de consistência de um solo de grão fino: líquido, plástico, semi-sólido e sólido. A transição entre estes estados depende do teor de água presente na fracção que passa no peneiro de 0,425 mm (N.º 40).
Na prática geotécnica, solos com elevada plasticidade apresentam grande variação volumétrica (retracção e expansão) na presença de água, além de menor capacidade de carga quando saturados. A determinação do Limite de Liquidez (LL) e do Limite de Plasticidade (LP) resolve o problema de caracterização e selecção de materiais para terraplenagens, permitindo rejeitar solos expansivos ou desadequados antes da sua aplicação na obra.
2. Para que serve e quando deve ser utilizado?
A determinação do LL e LP é obrigatória nas seguintes fases e aplicações:
• Classificação geotécnica de solos pelos sistemas AASHTO/HRB e USCS (ASTM D2487).
• Avaliação da aptidão de solos para a construção de aterros, zonas de coroamento e sub-bases rodoviárias.
• Verificação do Índice de Plasticidade (IP = LL - LP) e do Índice de Consistência (IC) para estudo de estabilidade de taludes e fundações.
• Controlo de qualidade na recepção de empréstimos e jazidas de solos finos.
• Monitorização de alterações mineralógicas ou de contaminação ao longo de um traçado rodoviário.
3. Normas de referência
A execução do ensaio deve obedecer rigorosamente às especificações técnicas vigentes no projecto. As principais normas de referência são:
• NP 143: Solos - Determinação dos limites de consistência (Limite de liquidez e limite de plasticidade).
• ASTM D4318: Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils.
• EN ISO 17892-12: Geotechnical investigation and testing - Laboratory testing of soil - Part 12: Determination of Liquid and Plastic Limits.
• LNEC E 198: Solos - Determinação do limite de liquidez pelo aparelho de Casagrande.
• DNIT 122/2010 - ME: Solos - Determinação do limite de plasticidade.
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4. Preparação da amostra
A preparação adequada da amostra é crucial para garantir a reprodutibilidade dos ensaios. O procedimento padrão envolve:
- Secagem prévia da amostra ao ar ou em estufa a temperatura controlada (não superior a 60 °C para evitar alteração da estrutura mineralógica das argilas organicamente activas).
- Desagregação cuidadosa dos torrões com moinho de gral ou almofariz de borracha, sem fracturar os grãos minerais individuais.
- Peneiração da fracção representativa através do peneiro ASTM N.º 40 (0,425 mm), recolhendo o passado integralmente.
- Humedecimento inicial do solo com água destilada ou desmineralizada e homogeneização com espátula até obter uma massa uniforme.
- Cura da pasta de solo em recipiente hermético por um período mínimo de 12 a 24 horas (curas prolongadas são exigidas para argilas montmoriloníticas ou de elevada plasticidade), permitindo a hidratação completa das partículas minerais.
5. Equipamentos e materiais
O equipamento deve estar devidamente calibrado e em bom estado de conservação:
• Aparelho de Casagrande acionado manualmente ou por motor elétrico (frequência de 2 golpes por segundo).
• Concha de bronze de massa normalizada (120 g a 130 g) e base de borracha dura com resiliência calibrada.
• Riscador padrão tipo ASTM (curvo) ou tipo Casagrande (recto), em metal endurecido ou plástico calibrado.
• Placa de vidro despolido ou mármore para moldagem dos rolos de plasticidade.
• Espátula flexível em aço inoxidável com lâmina de aproximadamente 75 mm a 100 mm.
• Pesafiltros ou recipientes metálicos herméticos com tampa para determinação da humidade.
• Estufa de secagem com circulação de ar forçada, mantida a 110 °C ± 5 °C.
• Balança analítica ou semi-analítica com precisão de 0,01 g.
• Frasco lavador com água destilada.
6. Procedimento passo a passo
A determinação experimental deve seguir a sequência técnica descrita:
Determinação do Limite de Liquidez (LL):
- Colocar uma porção do solo preparado na concha do aparelho de Casagrande, nivelando a superfície com a espátula paralelamente à base até uma espessura máxima de 10 mm no ponto de maior profundidade.
- Abrir uma ranhura no centro da amostra ao longo do eixo de simetria da concha, utilizando o riscador calibrado mantido estritamente perpendicular à superfície interna da concha.
- Girar a manivela do aparelho à razão constante de 2 golpes por segundo até que as duas meias-luas de solo se unam numa extensão contínua de 13 mm (aproximadamente 1/2 polegada) no fundo da ranhura.
- Registar o número de golpes (N) necessário para o fecho da ranhura. O ensaio é válido apenas se o fecho ocorrer entre 15 e 35 golpes.
- Retirar uma alíquota de solo da zona onde ocorreu a união, colocar em pesafiltro identificado e determinar a humidade (w) por secagem em estufa a 110 °C ± 5 °C durante no mínimo 16 horas.
- Repetir o procedimento para pelo menos quatro pontos com teores de água crescentes/decrescentes distribuídos entre 15-25, 20-30 e 25-35 golpes.
Determinação do Limite de Plasticidade (LP):
- Moldar uma pequena porção do solo humedecido sob a forma de uma esfera e rolá-la manualmente sobre a placa de vidro despolido com a palma da mão.
- Exercer pressão suficiente para formar um cilindro (rolo) de diâmetro uniforme.
- Continuar a moldagem até que o rolo atinja o diâmetro de 3,0 mm (utilizando a vara de comparação como referência) e comece a fissurar, esfarelar ou fragmentar-se longitudinalmente e transversalmente.
- Recolher imediatamente os fragmentos do rolo fissurado, colocar em pesafiltro com tampa e determinar o teor de água por secagem em estufa.
- Executar o procedimento até obter pelo menos três determinações válidas cujo teor de humidade não difira em mais de 1,0% a 1,5% entre si.
7. Cálculos e tratamento dos resultados
O tratamento matemático dos dados laboratoriais cumpre as seguintes etapas:
1. Cálculo do Teor de Humidade (w):
w = ((M1 - M2) / (M2 - M3)) * 100 (%)
Onde M1 é a massa do pesafiltro com solo húmido (g), M2 é a massa do pesafiltro com solo seco (g) e M3 é a massa do pesafiltro vazio (g).
2. Obtenção do Limite de Liquidez (LL):
Representar graficamente os pontos num diagrama semilogarítmico (eixo horizontal logarítmico: número de golpes N; eixo vertical linear: teor de humidade w em %). Ajustar a recta de escoamento aos pontos experimentais. O Limite de Liquidez (LL) é o teor de humidade correspondente à intersecção da recta com a linha dos 25 golpes, expresso em número inteiro (arredondado sem casas decimais).
Alternativamente, quando aplicável pela norma e para ensaio de ponto único:
LL = w * (N / 25)^0.121 (para N entre 20 e 30 golpes).
3. Obtenção do Limite de Plasticidade (LP):
O LP é a média aritmética das humidades dos rolos de 3 mm que fissuraram, expressa em número inteiro.
4. Cálculo do Índice de Plasticidade (IP):
IP = LL - LP (%)
Se o LP for maior ou igual ao LL, ou se não for possível moldar os rolos de 3 mm com qualquer teor de humidade, o solo é classificado como Não Plástico (NP).
8. Interpretação dos resultados
A combinação entre LL e IP permite enquadrar o solo na Carta de Plasticidade de Casagrande e determinar o seu comportamento geotécnico:
• Solos abaixo da Linha A (IP = 0,73 * (LL - 20)): Predominância de siltes orgânicos ou inorgânicos de média a elevada compressibilidade.
• Solos acima da Linha A: Predominância de argilas inorgânicas de baixa plasticidade (CL) ou elevada plasticidade (CH).
• Região hachurada (IP entre 4 e 7 e LL entre 12 e 25): Solos limítrofes com dupla classificação (CL-ML).
• IP < 7: Solo de baixa plasticidade, pouco coesivo, susceptível à erosão rápida e com comportamento predominantemente granular.
• 7 <= IP <= 15: Plasticidade média, adequado para aterros e sub-bases desde que compactado na humidade óptima.
• IP > 15: Solo de elevada plasticidade, altamente expansivo e susceptível a grandes variações de volume com a alteração do teor de água.
9. Erros comuns e como evitá-los
Na prática diária de laboratório, destacam-se os seguintes erros operacionais:
• Altura de queda da concha descalibrada: Se a altura de queda for diferente de 10,0 mm ± 0,2 mm, a energia transmitida altera o fecho da ranhura. Solução: Verificar diariamente com o calibrador do riscador antes do ensaio.
• Desgaste da base de borracha ou da concha: Cavidades formadas no ponto de impacto alteram a resiliência. Solução: Inspecionar e substituir componentes desgastados.
• Ranhura mal executada: Usar riscadores gastos ou inclinados cria uma folga irregular no fundo. Solução: Manter o riscador estritamente perpendicular e substituí-lo quando a dimensão do bisel perder a tolerância.
• Tempo insuficiente de cura da pasta: Argilas secas adicionadas de água sem tempo de repouso fornecem um LL falsamente inferior. Solução: Respeitar a cura mínima de 12 horas em câmara húmida.