1 Resistência ao cisalhamento do solo
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26/08/2011
Construções Rurais (Módulo II) 1
Universidade Federal Rural de Pernambuco
1. RESITÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS
Universidade Federal Rural de Pernambuco
INTRODUÇÃO
� Solos → resistem bem às tensões de compressão, mas tem resistência
limitada a tração e ao cisalhamento.
� Nos solos → ruptura caracterizada por deslocamentos relativos entre
partículas (cisalhamento).
� Planos onde as tensões cisalhantes superam a resistência ao
cisalhamento ⇒ planos de ruptura.
Deslizamento de solo no Rio de Janeiro, 2011.
� Estudo da resistência ao cisalhamento dos solos ⇒ análise do estado de
tensões que provoca a ruptura;
� Uma das propriedades fundamentais de comportamento dos solos ⇒ suporte
para solução de problemas práticos em Engenharia.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Estabilidade de encostas naturais e taludes de corte e aterro
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
26/08/2011
Construções Rurais (Módulo II) 2
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Estabilidade de barragens
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Estabilidade de aterros sobre solos moles
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Capacidade de carga de fundações
RUPTURA POR CISALHAMENTO (CASO REAL)
Ruptura de um talude na Av. AntônioCarlos Magalhães – Salvador/BA
Parte de uma superfície deruptura.
Estudo das tensões e deformações dos materiais estruturais em engenharia:
� Resistência dos Materiais (materiais sólidos) + Mecânica dos Fluídos (fluídos)
= Mecânica do meio contínuo;
� Em Mecânica dos Solos, os solos são considerados materiais contínuos
deformáveis, na maioria dos casos homogêneos e isotrópicos;
� Esforços devido ao peso próprio + forças externas aplicadas → geram tensões
em pontos no interior do maciço de solo.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
solo
água
Componentes de tensões:
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
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Construções Rurais (Módulo II) 3
RUPTURA POR CISALHAMENTO
Superfície de ruptura
Os grão de solo escorregam
uns sobre os outros ao longo
da superfície de ruptura.
Tensões Normais: A somatória das componentes normais ao plano, dividida pela área total que abrange as partículas em que estes contatos ocorrem.
Tensões Cisalhantes: A somatória das forças tangenciais, dividas pela área.
área
NΣ=σ
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
área
TΣ=τ
Tensões principais
� Planos principais de tensões → planos ortogonais entre si onde as
tensões cisalhantes são nulas.
� Tensões principais → tensões normais atuantes nos planos principais.
σ1 → tensão principal maior
σ2 → tensão principal intermediária
σ3 → tensão principal menor
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Estado plano de tensões
� Hipótese simplificadora → a tensão e as deformações ortogonais ao plano
considerado é considerada nula.
� A maioria dos problemas em
Engenharia Geotécnica permitem
soluções a partir do estado plano de
tensões.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
No estado plano de tensões → conhecidos os planos e as tensões principais
(σ1 e σ3) num ponto ⇒ pode-se determinar as tensões normais e de
cisalhamento em qualquer plano passando por este ponto (σθ e .(θح
Equilíbrio nas direções normal e tangencial ao plano considerado
Convenção em Mecânica dos Solos:
(+) tensões normais de compressão
(+) tensões cisalhantes no sentido anti-horário
θσσσσ
σθ 2cos2
31
2
31⋅
−+
+=
θσσ
τθ 22
31sen⋅
−=
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Normal
Cisalhante
� Tensão cisalhante máxima que este solo pode suportar sem sofrer ruptura ou
tensão cisalhante no plano de ruptura no momento da ruptura.
� Ruptura em solos → excessivo movimento relativo de partículas. O solo não
mais suporta acréscimo de carga.
� No caso do solo não apresentar ponto de ruptura definido → a ruptura é definida
a partir de um máximo de deformação admissível.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS
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Construções Rurais (Módulo II) 4
COESÃO E ÂNGULO DE ATRITO DOS SOLOS
A resistência ao cisalhamento é função de dois componentes:
embricamento e resistência entre partículas.
MECANISMO DE RESISTÊNCIA DOS SOLOS
Mecanismos de resistência
Atrito
Coesão
Embricamento
“interlocking”
Resistencia entre
partículas
Resistência ao
cisalhamento
RESISTÊNCIA POR “ATRITO”
A resistência entre partículas pode ser vista por analogia à lei de Coulomb que define
resistência ao deslizamento de um corpo rígido sobre uma superfície plana.
Onde: ϕ é denominado ângulo de atrito, função do tipo de solo, compacidade, etc.
Esquema resistência entre partículas
Atrito interno do solo inclui:
a) o atrito físico entre aspartículas;
b) o atrito fictício devido aoentrosamento de suaspartículas.
φ⋅= tanWTmáx
φ⋅σ=τ tan
DETERMINAÇÃO DO ÂNGULO DE “ATRITO”
Estimativa do ângulo de atrito diretamente do NSPT:
Propostas de Godoy (1983)
Propostas de Teixeira (1996)
SPTN⋅+°= 4,028'φ
°+⋅= 1520' SPTNφ
Ensaios de cisalhamento e Circulo de Mohr
ENSAIO “SPT”
• No caso dos solos coesivos (argilo minerais), a presença de uma ligação entre
partículas faz com que o esforço necessário para movimentação relativa do bloco seja
aumentado de uma parcela que independe da tensão normal;
• Neste caso a equação engloba os dois mecanismos (c; ϕ), fica escrita como:
RESISTÊNCIA POR “COESÃO”
Coesão entre partículas
φ⋅σ+=τ tanc
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Solo denso (Dense):
• Existe um trabalho adicional para superar o embricamento entre partículas, causando uma
expansão volumétrica durante o cisalhamento (dilatância).
EMBRICAMENTO OU “INTERLOCKING”
Embricamento (interlocking)
Solo fofo (Loose):
• Grãos movimentam-se horizontalmente, sendo mobilizada a resistência entre grãos;
O embricamento é definido como trabalho necessário para movimentar a partícula
ascendentemente.
COESÃO APARENTE - “TENSÕES SUPERFICIAIS”
• Coesão aparente → parcela de coesão atribuída ao efeito da sucção matricial (força de
atração entre partículas pelas tensões capilares). É função do grau de saturação do solo
e desaparece com a saturação;
• Coesão verdadeira → proveniente das forças eletroquímicas de atração das partículas de
argila.
Solo não saturado
Solosaturado
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Comportamento (tensão x deformação) esperado para solos com e sem o efeito do embricamento.
Influência da compacidade no comportamento σ x ح
TENSÃO x DEFORMAÇÃO
Observação:
Areia fofa: diminui de volume
durante o cisalhamento;
Areia compacta: diminui no início,
mas depois aumenta de volume
(dilatação). Esse aumento é devido
ao rolamento de uma sobre as
outras durante o ensaio.
EQUAÇÃO DE “COULOMB”
ح = resistência ao cisalhamento;σ = tensão normal ao plano;c = coesão...............................................(parâmetro de resistência do solo)
ϕ = ângulo de atrito..................................(parâmetro de resistência do solo)
Representação gráfica:
• solos coesivos → solos com c ≠ 0
⇒ solos argilosos;
• solos não coesivos → solos com c = 0
⇒ solos arenosos.
ENSAIOS DE CISALHAMENTO
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ENSAIOS PARA AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Ensaios de laboratório costumeiramente empregados para determinação da
resistência ao cisalhamento:
Ensaio de cisalhamento direto Ensaio de compressão triaxial Ensaio de compressão simples
ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO
� O ensaio de cisalhamento direto é o ensaio mais comum de determinação da
resistência ao cisalhamento de solos;
� O ensaio consiste na imposição de um plano de ruptura em uma amostra,
podendo representar a condição de campo, como mostrada na figura abaixo.
ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO
Plano de ruptura.
a) No ensaio, a amostra é colocada em uma caixa bipartida, onde se aplica a
força normal (N), constante, aumentando-se progressivamente a força
tangencial (T) e provocando-se o deslocamento de uma das partes da caixa
em relação à outra, até a ruptura.
b) Durante o ensaio a área correspondente ao plano de ruptura vai sendo
reduzida. Com isso as tensões normal e cisalhante vão sendo alteradas
durante o ensaio; isto é:
A
N=σ
A
T=τ
onde (A) é a área corrigida da seção transversal da amostra.
ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO
Para cada esforço normal (N), determina-se o
esforço tangencial necessário para romper a
amostra ao longo do plano horizontal (Tmáx).
Tensão normal (σ):
Tensão cisalhante máxima (τmáx):
O deslocamento vertical é também medido,
indicando a variação volumétrica durante o
cisalhamento.
A
N=σ
A
Tmáx =τ
ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO
� 1- amostra
� 2 - pedras porosas
� 3 - caixa metálica
� 4 e 5 - deflectômetros
ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO
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Célula de Cisalhamento Direto.
Detalhe do Ensaio de Cisalhamento Direto.
Ensaio de Cisalhamento Direto.
ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO
Corpos de prova após ruptura.
Célula de ensaio após montagem.
Deflectômetros para medição dos deslocamentos vertical da célula, horizontal da caixa e do anel.
ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO
� Em geral, o ensaio é realizado sob deformação horizontal controlada → velocidade
constante.
� Como não há controle ou medida das poropressões → o ensaio é realizado sob condições
drenadas.
Ensaios com diversas tensões normais → obtenção da envoltória de resistência:
ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO
Vantagens:
1) baixo custo / simplicidade / praticidade;
2) facilidade na moldagem de amostras de areia;
3) rapidez → solos permeáveis;
4) possibilita condição inundada;
5) planos preferenciais de ruptura.
ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO
Desvantagens:
1) não permite a obtenção de parâmetros de deformabilidade;
2) o ensaio força que o plano de ruptura aconteça em uma direção
que não sabemos se esta é a direção crítica que ocorre no campo;
3) existem forças nas vizinhanças da amostra que levam a condições
de não uniformidade da aplicação das tensões na amostra;
4) comumente não se medem nem são controladas as pressões
neutras;
5) muito lento → solos de baixa permeabilidade.
ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO
ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL
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ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL
i. Consiste inicialmente na aplicação de uma pressão confinante (estado
hidrostático de tensões). Posteriormente, é aplicado à amostra, uma
pressão axial;
ii. O ensaio triaxial é o mais comum e versátil para a determinação das
propriedades de tensão-deformação e resistência dos solos em
laboratório.
ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL
Célula e prensa Triaxial
No ensaio triaxial, o corpo de prova é cilíndrico,
com relação altura/diâmetro da ordem de 2.
CP DO ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL
• Estado hidrostático → obtido com a colocação do corpo de prova (CP) envolto por uma
membrana de borracha em uma câmara de ensaio para evitar contato com água e variação
de umidade durante o ensaio;
• A câmara é cheia com água através da qual é aplicada a tensão confinante (σc). A tensão
confinante atua em todas as direções (estado hidrostático de tensões).
Detalhe do corpo de prova
CP DO ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL
Carregamento axial ���� Pela aplicação de um esforço axial controlado através de
um pistão de carga que penetra na câmara ou pelo movimento ascendente da
câmara reagindo contra um pistão estático. Neste último a carga é medida por um
anel dinamométrico ou célula de carga intercalada no pistão.
ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL
Célula Triaxial
Compressão axial: → plano horizontal ⇒ plano principal maior (PPM) - σ1→ plano vertical ⇒ plano principal menor (PPm) - σ3
A tensão devido ao carregamento axial → acréscimo de tensão axial (σ1 - σ3)ou tensão desviadora σd
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1ª ETAPA: aplica-se uma tensão confinante isotrópica (σc);
2ª ETAPA: fase de cisalhamento, mantém-se constante o valor de (σc) e aumenta-se o valor da
tensão axial, σ1 através da aplicação da tensão desviadora (σd ou ∆σ1) (σd = σ1 - σ3).
EATAPAS DO ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL
• O valor das tensões desviadoras máximas (σdmáx) para cada valor de tensão confinante são
obtido dos valores de ruptura nas curvas (tensão desviadora x deformação específica);
• Com diferentes valores para tensão confinante e respectiva tensão desviadora de ruptura é
possível definir círculos de Mohr de ruptura, cuja envoltória é a envoltória de resistência.
TENSÃO DESVIADORA
Envoltória de resistência
Ensaio triaxial não adensado não drenado.
Corpo de prova ao final de ensaio.
ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL
a) Modelo Real;
b) Modelo Físico;
c) Carga Aplicada coma Válvula Fechada (t=0);
d) Após Abertura da Válvula (t=0+);
e) Situação Finalde Equilíbrio .
ANALOGIA HIDROMECÂNICA
TIPOS DE ENSAIOS TRIAXIAIS
1. Ensaio adensado drenado
(CD - consolidated drained ou S - slow)
2. Ensaio adensado não drenado
(CU - consolidated undrained ou R - rapid)
3. Ensaio não adensado não drenado
(UU - unconsolidated undrained ou Q -quick)
TIPOS DE ENSAIOS TRIAXIAIS
Ensaio adensado drenado (CD)
a) Ensaio onde a drenagem é permitida em ambas etapas.
b) Aplica-se σc permitindo a drenagem até total dissipação da pressão neutra
(adensamento) e após σd lentamente para que não sejam gerados novos
excessos de pressão neutra.
c) São obtidos parâmetros de resistência em termos de tensões efetivas.
d) Emprego: análise da resistência ao cisalhamento de solos permeáveis.
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Construção lenta
3) Barragem de terra com rede de fluxoestabelecida. Resistência ao cisalhamentodo núcleo de argila.
APLICAÇÃO DO ENSAIO “CD”
2) Escavação ou talude natural de argila.
1) Barragem construída lentamente, emcamadas, sobre um depósito de argila mole.
TIPOS DE ENSAIOS TRIAXIAIS
Ensaio adensado não drenado (CU)
a) A drenagem é permitida apenas na primeira etapa.
b) Aplica-se σc permitindo o adensamento e após σd sem drenagem. Na 2ª etapa
as pressões neutras podem ser medidas.
c) Podem ser obtidos parâmetros de resistência em termos de tensões totais e
efetivas.
d) Emprego: análise a curto e a longo prazo da resistência ao cisalhamento de
solos de baixa permeabilidade consolidados.
APLICAÇÃO DO ENSAIO “CU”
1) Ampliação de barragens.
3) Barragem sujeita a esvaziamento rápido.
2) Construção rápida de um aterroem um talude natural.
Ensaio não adensado não drenado (UU)
a) A drenagem não é permitida em ambas etapas.
b) O teor de umidade da amostra mantém-se constante. As pressões neutras
geradas podem ser medidas.
c) Os parâmetros de resistência são obtidos em termos de tensões totais.
d) Emprego: análise a curto prazo da resistência ao cisalhamento de solos de baixa
permeabilidade não consolidados.
TIPOS DE ENSAIOS TRIAXIAIS
APLICAÇÃO DO ENSAIO “UU”
1) Barragem em final de construção(rápida) em cima de um depósito deargila mole.
2) Barragem em final de construção(rápida) sem variação do teor deumidade do núcleo argiloso.
3) Fundações construídas rapidamente em depósito de argila
Pressões neutras elevadas
ENSAIO DE COMPRESSÃO AXIAL (SIMPLES)
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ENSAIO DE COMPRESSÃO SIMPLES
Corresponde a um ensaio de compressão axial sem confinamento (σc = 0).
Esquema do ensaio:
ENSAIO DE COMPRESSÃO SIMPLES
� identificado pela redução na tensão para umamesma velocidade de deformação;
Ensaio sob tensão controlada → medidas as deformações para acréscimos
estabelecidos de carga;
Ensaio sob deformação controlada → medida a carga para acréscimos
estabelecidos de deformação (a velocidade constante).
Ruptura � valor de tensão de ruptura (σrup):
ENSAIO DE COMPRESSÃO SIMPLES
Por este ensaio é obtido o valor de “σ1”de ruptura para σ3 = 0:
ENSAIO DE COMPRESSÃO SIMPLES
RESISTÊNCIA AO
CISALHAMENTO DAS AREIAS
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DAS AREIAS
1) O comportamento resistente de areias puras e aquelas com teor muito pequeno
de finos (< 12%) → resistência ao cisalhamento dada pelo contato entre os
grãos minerais.
2) As areias constituem materiais permeáveis, onde não são geradas pressões
neutras nas solicitações → análise sempre em condições drenadas ⇒ em
termos de tensões efetivas.
Para os solos granulares com “coesão = 0”
φ⋅σ+=τ tan'c
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Comparação entre resultados obtidos em
triaxiais CD com areia com índices de
vazios diferentes configurando estados
extremos de compacidade.
COMPORTAMENTO NOS ENSAIOS
i. O pico de resistência e a dilatância de areias compactas são explicados peloentrosamento das partículas;
ii. O entrosamento (embricamento) dos grãos representa uma componente adicional deresistência (associada tão somente ao atrito);
iii. Para que ocorra o cisalhamento é necessário o desencaixe dos grãos → determinante doaumento de volume da areia ⇒ dilatância.
DIFERENÇA DE COMPORTAMENTO
VALORES TÍPICOS PARA ÂNGULOS DE ATRITO DAS AREIAS
FOFA COMPACTA
AREIAS BEM GRADUADAS
De grãos angulares 37° 47°
De grãos arredondados 30° 40°
AREIAS MAL GRADUADAS
De grãos angulares 35° 43°
De grãos arredondados 28° 35°
OBSERVAÇÃO:
A alta permeabilidade desses solos permite a completa drenagem durante o
ensaio e o excesso de pressão neutra é zero , sendo: σ = σ’
RESISTÊNCIA AO
CISALHAMENTO DAS ARGILAS
Fatores que influenciam:
� estado de adensamento do solo;
� sensibilidade da sua estrutura;
� condições de estrutura;
� condições de drenagem;
� velocidade de aplicação das cargas.
Pode ser calculada pela fórmula:
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DAS ARGILAS
φστ tan'⋅+= c
Fator que governa a resistência das argilas → pré-adensamento
� A amostra PA mostra nítido pico de resistência e maior rigidez em relação a amostra NA.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DAS ARGILAS
tensão - deformação deformação - variação volumétrica
� A amostra muito PA mostra aumento de volume durante a ruptura, enquanto que aamostra NA apresenta redução de volume.
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Envoltória de tensões totais (ETT)...............
Envoltória de tensões efetivas (ETE)........... φστ tan'⋅+= c
φστ tan⋅+= c
CP2σ3 CP2σ1CP1σ3 CP1σ1
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DAS ARGILAS
Envoltória de tensões totais (ETT)...............
Envoltória de tensões efetivas (ETE)........... φστ tan'⋅+= c
φστ tan⋅+= c
CP2σ’3 CP2σ’1CP1σ’3 CP1σ’1
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DAS ARGILAS
CÍRCULO DE MOHR
� Critério de ruptura → expressa matematicamente a envoltória de ruptura de um
material;
� Envoltória de ruptura → separa a zona de estados de tensões possíveis da zona
de estados tensões impossíveis de se obter para o solo;
� Para cada material deve se utilizar de um critério de ruptura que melhor se adapte
ao seu comportamento. Solos → critério de ruptura de Mohr-Coulomb;
� Os pontos correspondentes às tensões nos planos de ruptura em cada círculo de
Mohr estão sobre a chamada envoltória de resistência.
CRITÉRIO DE RUPTURA DE “MOHR-COULOMB”
� A adequação de uma reta ao critério de ruptura foi proposta por Coulomb → Reta de
Coulomb, cuja equação é:
c = intercepto coesivo;
ϕ = inclinação da reta de Coulomb.φστ tan⋅+= c
ENVOLTÓRIA DE RUPTURA OU ENVOLTÓRIA DE MOHR CRITÉRIO DE RUPTURA
1. Quando o círculo de Mohr tangencia a envoltória → situação de ruptura iminente;
2. Para que um estado de tensões seja possível em um determinado ponto no solo
→ o círculo de Mohr tem de estar contido na envoltória de resistência;
3. O ponto de tangencia define o plano de ruptura e as tensões sobre ele. A
resistência ao cisalhamento do solo será igual a tensão cisalhante no ponto;
4. O plano de ruptura faz um ângulo (αr ou θr) com o plano principal maior e a
tangente a envoltória no ponto de contato faz um ângulo ϕ com o eixo das
abcissas.
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CÍRCULO DE MOHR
1
23
44
TRAÇADO DO CÍRCULO DE MOHR
É possível calcular a tensão normal (σα) e a tensão cisalhante (αح) em qualquer
plano (θ) quando se conhece as tensões principais (σ1 e σ3) através de:
1. Processo analítico - Utilizando-se as fórmulas;
2. Processo gráfico - Diagrama de Mohr: baseado no ponto “polo” ou origem
dos planos.
Em termos de tensões principais tem-se:
θσσσσ
σθ 2cos2
31
2
31_ ⋅
−+
+==normaltensão
θσσ
τθ 22
31_ sencisalhantetensão ⋅
−==
2
31 σσ −== rraio
2
31 σσ +== ccentro
TRAÇADO DO CÍRCULO DE MOHR
Pólo, ponto do circulo de Mohr que
correlaciona estado de tensões (σ, (ح com
a inclinação do plano correspondente.
Por exemplo, a reta horizontal que passa
pelo Pólo indica que as tensões σf, f ح
atuam no plano horizontal; σ1 e 3 ح atuam
em planos inclinados.
Para definir a posição do Pólo, basta
conhecer um estado de tensões e em que
plano atua.
MAGNITUDE E DIREÇÃO DAS TENSÕES PRINCIPAIS NA RUPTURA
EXEMPLO:
5010
Pólo45°
30
20
ح (KPa)
σ (KPa)
Dados:
σ1 = 50 (KPa);
σ3 = 10 (KPa);
Sem rotação;
Plano inclinado, α = 45°.
Centro
Raio
Resultados:
σf = 30 KPa;
fح = 20 KPa;
C = 30 KPa;
R = 20 KPa;
PPM
Ppm
CRITÉRIO DE RUPTURA
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CRITÉRIO DE RUPTURA
Estados de tensões frente ao critério de ruptura
CRITÉRIO DE RUPTURA
ESTADO I - Solo sob estado de tensões isotrópico (حθ = 0)
Estados de tensões frente ao critério de ruptura
CRITÉRIO DE RUPTURA
ESTADO II - A tensão cisalhante em qualquer plano é menor que a resistência ao
cisalhamento.
Estados de tensões frente ao critério de ruptura
CRITÉRIO DE RUPTURA
ESTADO III - O círculo de Mohr tangencia a envoltória → θح = ح ⇒ ruptura em um
plano inclinado de θr com o plano onde atua σ1.
Estados de tensões frente ao critério de ruptura
CRITÉRIO DE RUPTURA
ESTADO IV - O solo não consegue atingir este estado de tensões
CÍRCULO DE MOHR E ENVOLTÓRIA DE RUPTURA
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Construções Rurais (Módulo II) 16
PLANO TEÓRICO DE RUPTURA
φ
245902
φαφα +°=⇒+°=
φα2α
+
−=⇒
+
−=
ff
ff
ff
ffarcsensen
31
31
31
31
''
''
''
''
σσ
σσφ
σσ
σσφ
PRINCÍPIOS DAS TENSÕES EFETIVAS
Equação da envoltória de resistência em termos efetivos
φστ tan'⋅+= c
( ) 'tan' φστ ⋅−+= uc
ح ............ resistência ao cisalhamento;σ ............ tensão normal;σ' ........... tensão efetiva;c ............ coesão;ϕ ........... ângulo de atrito;c’e ϕ’ ..... parâmetros de resistência em termos efetivos;u ............ pressão neutra.
u+= 'σσ
u−= σσ '
'σσ −=u
Exercício:
Um terreno constituído de uma camada de areia fofa, com γ = 1.800 kg/m³, com 3
m de espessura, acima de uma camada de areia grossa compacta, com γ = 2.000
kg/m³ e espessura de 3 m, apoiada sobre um solo rijo. O nível d’água se encontra a
1 m de profundidade. Calcule as tensões verticais totais e efetivas no contato entre
a areia compacta e o solo rijo. Caso ocorra uma elevação do nível d’água até a
superfície do terreno quais seriam as tensões no mesmo contato? Esboce o
esquema dos perfis nas duas situações e comente os resultados.
CÍRCULO DE MOHR EM TERMOS DE σ E σ’
3σ=
1σ= 1'σ=
3'σ=
EXEMPLO:
1) Em um ensaio triaxial adensado não drenado “CU” rompeu-se um “CP” com confinante de 50KPa, a
tensão na ruptura foi de 100 KPa e a pressão neutra 25 KPa.
a) Calcular a envoltória de tensão total (ETT);
b) Calcular a envoltória de tensão efetiva (ETE).
c) Calcular as tensões no plano de ruptura.
σ1 = 100 KPa;
σc = σ3 = 50 KPa;
u = 25 KPa.
Assim:
σ1' = σ1 – u = 100 – 25 = 75 KPa
σ3‘ = σ3 – u = 50 – 25 = 25 KPa
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Construções Rurais (Módulo II) 17
ح (KPa)
σ (KPa)σ1=100σ3=50 σ1'=75σ3'=25
α=54,8°
Φ=30° Φ=19,5°
α=60°
σr=67σr=37
r=23حr=21ح
ETTETE
u=25
EXEMPLO:
Resposta:
a) Calcular a envoltória de tensão total (ETT);
α = 54,8°
ϕ = 19,5°
b) Calcular a envoltória de tensão efetiva (ETE).
α = 60°
ϕ = 30°
c) Calcular as tensões no plano de ruptura.
ETT � σr = 67 KPa; rح = 23 KPa
ETE � σr = 37 KPa; rح = 21 KPa
EXEMPLO:
ح (KPa)
σ (KPa)σ1=100σ3=50 σ1'=75σ3'=25
Φ=? Φ=?
ETTETE
u=25
EXEMPLO (2): coesão = 10 KPa
c=10
ATÉ A PRÓXIMA AULA...