RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO Geotecnia II Prof. : João Guilherme Rassi Almeida Disciplina:...

RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO

Geote

cnia

II

Prof. : João Guilherme Rassi Almeida

Disciplina: Geotecnia 2

Pontifícia Universidade Católica de Goiás

ESTADOS DE TENSÕES E CRITÉRIOS DE RUPTURA

SOLOS Resistem bem às tensões de compressão, porém apresentam resistência limitada a tração e ao cisalhamento

CISALHAMENTO Ruptura por deslocamentos relativos entre partículas

PLANOS DE RUPTURA Tensões cisalhantes > Resistência ao cisalhamento

2

Geote

cnia

II

ESTADOS DE TENSÕES E CRITÉRIOS DE RUPTURA

Tensões Principais σv e σh

Tensão Normal ou vertical (σv) constituição do solo e histórico de tensões

Tensão Horizontal (σh) Difícil mensuração f(σv)

3

Geote

cnia

II

Ko coeficiente de empuxo em repousoAreias: 0,4 e 0,5Argilas: 0,5 a 0,7Proporcional ao IP do solo

↑Ko RSA (Razão de Sobreadensamento ou Pré-adensamento); se RSA > 4 Ko > 1 (RSA = σ_máx / σ_atual)

COEFICIENTE DE EMPUXO EM REPOUSO (Ko)

4

Geote

cnia

II

φ’ ângulo de atrito Ko e φ‘ dependentes do atrito entre as partículas

Ko Fase de carregamento Constante Ko Fase de descarregamento atrito age para impedir o alívio de

tensões.

Tensão atuante não é necessariamente normal ao plano Decomposta em Tensão Normal (σ) e Tensão Cisalhante (τ)

σ (+) compressão; σ (-) tração τ (+) sentido anti-horário; τ (-)

sentido horário

Existem TRÊS planos em que tensão atuante é NORMAL ao próprio plano Tensão Cisalhante = ZERO

Planos Principais: σ1 (maior intensidade); σ2 (intermediária); e σ3 (menor intensidade)

TENSÕES NUM PLANO GENÉRICO

5

Geote

cnia

II

RESISTÊNCIA DOS SOLOS

6

Geote

cnia

II

Atrito


7

Geote

cnia

II

Atrito (continuação...)

Areias Forças expulsam a água da superfície, logo os contatos ocorrem entre os grãos;

Argila Partículas de diâmetros menores, com numero de partículas bem maiores Forças transmitidas reduzidas;

Argila Envolvidas por moléculas de água (responsável pelo adensamento secundário) dependentes da velocidade de carregamento


8

Geote

cnia

II

COESÃO REAL parcela da resistência ao cisalhamento de solos devido a atração iônica + cimentação + tensões residuais influenciam bastante nos solos pedologicamente evoluídos

COESÃO APARENTE tensões capilares (menisco água-ar); com a saturação do solo, torna-se nula.

Coesão

α ângulo que forma o Plano Considerado e o Plano Principal maior (σ1)

CÍRCULO DE MOHR

9

Geote

cnia

II

É possível determinar as Tensões em qualquer plano; desde que se conheças as duas Tensões Principais (σv e σh) ou as Tensões Normais e de Cisalhamento em dois planos quaisquer

Coordenadas do Centro

Raio Máx. τ α = 45º

CÍRCULO DE MOHR – Trajetória de Tensões

10

Geote

cnia

II

Curva III: confinante decrescente e axial crescente com iguais valoresabsolutos.Curva IV: confinante eaxial crescentes numa razãoconstante.Curva V: confinante eaxial variáveis em razões diversas.

Curva I: confinante constante e axial crescente.Curva II: confinante decrescente e axial constante.

ESTADO DE TENSÕES

11

Geote

cnia

II

Pressão neutra atua hidrostaticamente, reduzindo, em igual valor, as tensões normais em todos os planos

No caso de capilaridade u(-) deslocamento inverso Tensões de cisalhamento são independentes da pressão neutra

CRITÉRIOS DE RUPTURA MOHR-COULOMB

12

Geote

cnia

II


13

Geote

cnia

II


14

Geote

cnia

II

CÍRCULO DE MOHR

15

Geote

cnia

II

ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS

16

Geote

cnia

II

ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO Aplica-se uma tensão normal ao

plano horizontal e verifica-se a tensão cisalhante que provoca a ruptura ao longo deste plano

Para cada esforço normal (N), determina-se o esforço tangencial necessário para romper a amostra ao longo do plano horizontal (Tmáx)

O deslocamento vertical é também medido, indicando a variação volumétrica durante o cisalhamento

Velocidade cte e baixas (para ñ gerar pressões neutras)


17

Geote

cnia

II

ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL Estado hidrostático de tensões

(atua em todas as direções) e de um carregamento axial sobre um CP cilíndrico

1º CP envolto por uma membrana de borracha em uma câmara de ensaio cheia de água. Aplica-se a tensão confinante (σc).

Carregamento axial por pistão de carga (ensaio com carga controlada) ou pelo movimento ascendente da câmara (deformação controlada). Neste último a carga é medida por um anel dinamométrico ou célula de carga intercalada no pistão.

Tensão desviadora: σd = σ1 - σ3


18

Geote

cnia

II

ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL

Cada etapa solicitação drenada ou não drenada

Solicitações drenadas adensamento do CP; mede-se a variação volumétrica.

Solicitações não drenadas possível medir as pressões neutras geradas

Corpo de Prova Rompido


19

Geote

cnia

II

ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL Ensaio adensado drenado (CD) drenagem permitida em ambas

etapas. Parâmetros: resistência em termos de tensões efetivas; Emprego: análise da resistência ao cisalhamento de solos permeáveis.

Ensaio adensado não drenado (CU) drenagem permitida apenas na primeira etapa. Parâmetros: resistência em termos de tensões totais e efetivas; Emprego: análise a curto e a longo prazo da resistência ao cisalhamento de solos de baixa permeabilidade consolidados.

Ensaio não adensado não drenado (UU) drenagem não permitida em ambas etapas. Parâmetros: resistência obtida em termos de tensões totais; Emprego: análise a curto prazo da resistência ao cisalhamento de solos de baixa permeabilidade não consolidados.

Obs: ensaios com medida de pressão neutra barra sobre sigla. Ex: CU

RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS

20

Geote

cnia

II

RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DAS AREIAS

Resistência de areias puras ou com teor muito pequeno de finos (< 12%) resistência ao cisalhamento devido contato entre os grãos minerais.

Materiais permeáveis (não são geradas pressões neutras nas solicitações) condições drenadas termos de tensões efetivas

Areias puras (sem presença de finos ou agentes cimentantes) inexiste coesão real.

Pode ocorrer coesão aparente em areias não saturadas (castelo de areia).


21

Geote

cnia

II

Ensaio Triaxial CD Areia fofa↑σd ↑ε; até σd(max)Redução Volumétrica

Areia compactaTrês trechos:– inicial ↑σd (rapidamente) com a ε(σd x ε íngreme); ↓Volume – próximo ao pico ↑σd (max); Volume da amostra tende a aumentar (dilatância)– final curva σd x ε aproxima-se da areia no estado fofo; Peq. variação volumétrica.

Pico

Residual


22

Geote

cnia

II

ÍNDICE DE VAZIOS CRÍTICO DAS AREIAS Índice de vazios no qual a areia não sofre variação de volume

(redução ou expansão) com o cisalhamento ecrit. Inicialmente redução de

volume; seguido de aumento de volume; instante de ruptura (D v = 0)

Após Ruptura todas as amostras tendem ao ecrit


23

Geote

cnia

II

ÍNDICE DE VAZIOS CRÍTICO DAS AREIAS

Carregamentos sem possibilidade de drenagem (principalmente areia fina) Terremotos ou queda de avião nas proximidades

(Ganho de Resistência)


24

Geote

cnia

II

FATORES DE INFLUÊNCIA NO ÂNGULO DE ATRITO

a) Compacidade relativa

b) Tamanho dos grãos Pouco influencia (indiretamente: distribuição granulométrica e compacidade)

c) Forma dos grãos

d) Distribuição granulométrica


25

Geote

cnia

II

FATORES DE INFLUÊNCIA NO ÂNGULO DE ATRITO

e) Rugosidade dos grãos (maior atrito maior resistência)

f) Resistência dos grãos f(composição mineralógica, nível de tensões e forma e tamanho do grão)A resistência dos grãos interfere na resistência da areia embora a ruptura seja concebida como um processo de deslizamento e rolagem dos grãos.

g) Presença de águaAreias saturadas muito pequenaAreia não saturadas ganho de resistência - coesãoaparente


26

Geote

cnia

II

RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS

27

Geote

cnia

II

Curvas tensão x deformação:

AREIAS independentes para cada (e0) carregamentos não resultam em elevadas

reduções do (e) compactação por meio de vibrações


28

Geote

cnia

II

Curvas tensão x deformação:

ARGILAS Formam-se com elevados (e) (e) baixos f (tensão de pré-adensamento) (e0) f(tensões no solo)


29

Geote

cnia

II

Resistência das Argilas Baixa permeabilidade (carregamento drenado ou não drenado)

Carregamento Drenado (CD) ( D volume ≠ 0 e D u = 0)

Carregamento não drenado (CU) (D volume = 0 e D u ≠ 0)


30

RESISTÊNCIA DAS ARGILAS TENSÕES EFETIVAS

Ensaios triaxiais drenados (CD)

Resistência acima das tensões de Pré Adensamento (reta virgem)

Resistência abaixo das Tensões de Pré Adensamento


31

ENVOLTÓRIAS DE RESISTÊNCIA

Até a tensão de PA comportamento curvo; ganho de resistência transformação em reta pelo (c’)

Após tensão de PA comportamento reto (prolongamento passa pela origem)

c‘ intercepto de coesão efetiva

(σPA) elevado (c‘) elevado


32

Valores típicos de resistência das Argilas

Ângulo de atrito f(constituição) inverso ao teor de argila

c‘ situa-se entre 05 a 50 kPa

33

COMPARAÇÃOComportamento entre AREIA e ARGILAS

Argilas NA Areias FOFAS Lento acréscimo de tensão axial com a

deformação Diminuição de volume no carregamento

Argilas CONFINADAS Areias COMPACTAS Acréscimos mais rápidos de tensão axial Resistência de pico para pequenas deformações Queda de resistência após atingir valor máx. Aumento de volume no processo de cisalhamento

(σ < σPA)

Razão de Pré Adensamento e_crítico Variação de volume = zero (na ruptura)


34

RESISTÊNCIA DAS ARGILAS TENSÕES TOTAIS

Ensaios triaxiais (CU)

Resistência acima das tensões de Pré Adensamento (reta virgem)

Resistência abaixo das Tensões de Pré Adensamento


35

ARGILAS NORMALMENTE ADENSADAS

ARGILAS PRÉ ADENSADAS

RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO Geotecnia II Prof. : João Guilherme Rassi Almeida Disciplina:...

Documents

Transcript of RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO Geotecnia II Prof. : João Guilherme Rassi Almeida Disciplina:...