RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO

INTRODUÇÃO

Solos com vários outros materiais em engenharia , 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) desprezadas as deformações das partículas e dos fluídos dos vazios , resistência dos solos resistência ao cisalhamento dos solos.•Planos onde as tensões cisalhantes superam a resistência ao cisalhamento

CONCEITO DE SOLICITAÇÃO DRENADA E NÃO DRENADA

v válvula

mola água

t = ‘ + U

onde:

t = tensão total aplicada;

‘ = tensão efetiva (tensão existente nos contatos entre os grãos);

U = pressão neutra (tensão existente na água).

PRINCÍPIO DA TENSÃO EFETIVA

APLICAÇÃO EM SOLOS

MOLA ~ GRÃOSÁGUA ~ AGUA NOS VAZIOSVÁLVULA ~ PERMEABILIDADE

Resistência ao Cisalhamento: CONCEITOS• Resistência ao cisalhamento: “Tensão de cisalhamento sobre o

plano de ruptura, na ruptura” Leonards.

• Propriedade mecânica mais importante dos Solos.

• Aplicação de esforços de compressão ao solo geram no interior do maciço tensões de compressão e Cisalhantes.

• Ruptura ocorre por cisalhamento (dependendo do nível de tensões e da resistência ao cisalhamento oferecida pelo solo).

• Tensões cisalhantes podem também surgir quando da realização de escavações ou cortes no terreno.

Aterro

Atrito

• Conceito de Atrito ligado ao movimento, surge quando se verifica tendência ao movimento.

• Força resistente P’f opondo-se à força que promove o deslocamento

Pn

Pr

P't

R

P'f

Pn

Pr

R

Pf

max

Pt

max

Pn

Pr

Não há Atrito 0 Atrito Parcia l

Pn

P't= tan

Deslizamento Atrito Totalmax

Atrito

• No caso de solos, o atrito se dá nos contatos entre os grãos cujas superfícies são rugosas.

• Neste caso, não só ocorre deslizamento (escorregamento), mas também rolamento e galgamento das partículas, isto devido ao entrosamento ou embricamento das Partículas.

= × tan

Equação de Coulomb

Rolamento Puro

Entrosagem

( Misto)

Escorregamento

Puro

i

Movimento ocorre quando i > i crítico

COEFICIENTE DE ATRITO

O coeficiente de atrito interno do solo (denominado ) pode ser dividido:

(a) atrito grão a grão - é função apenas do tipo de mineral que compõe o grão;

(b) entrosamento entre grãos (“interlocking”) - depende de como os grãos estão encaixados, logo é função da compacidade do material. É responsável pelo aumento do volume durante o cisalhamento.

COESÃOParcela da resistência do solo, que existe independente de

quaisquer esforço normal aplicado.

Decorrente de: Cimentação entre partículas (ex. óxido de ferro

intemperização) – COESÃO VERDADEIRA

Efeito de tensões negativas capilares. Ocorre apenas em solos parcialmente saturados, pode ser eliminada se ocorrer a saturação do solo – COESÃO APARENTE.

A coesão aumenta com os seguintes fatores:Quantidade de argila e atividade coloidal.Razão de pré-adensamento.Diminuição da umidade.

Critério de Ruptura

• Há ruptura num determinado ponto, quando ao longo de uma superfície passando por esse ponto, a tensão de cisalhamento iguala à resistência intrínseca de cisalhamento do material, a qual é função da pressão normal atuante, no ponto sobre o plano em questão.

r

Q r

P

ESTADO PLANO DE DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES

Ruptura Generalizada

r

CRITÉRIO DE RUPTURA DE MOHR-COULOMB

Quando a tensão cisalhante em determinado ponto do CP se iguala a resistência ao

cisalhamento, ocorre a ruptura.

A tensão principal menor ou tensão de confinamento no triaxial é denominada 3 e a tensão principal maior ou tensão axial do triaxial é denominada 1. O acréscimo na tensão principal que leva o CP a ruptura () é denominada tensão desviadora.

DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA

— Ensaios de Laboratório

Ensaio Cisalhamento Direto Ensaio Triaxial Ensaio de Compressão Simples Ensaios Especiais

— Ensaios de Campo

Ensaio de Palheta (Vane Test) Sondagem à Percussão Ensaios de Cone Cisalhamento Direto In-situ

ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO

Campos (2004)

Laboratório - Cisalhamento Direto

• Determinar sob uma tensão normal, a tensão de cisalhamento r, capaz de provocar a ruptura da amostra de solo ensaiada.(c e )

• Tensão Controlada e deformação Controlada.

a

v

v de Compressão Positiva

Areia compactaAreia fofa

CISALHAMENTO DIRETO - RESULTADOS

CISALHAMENTO DIRETO - RESULTADOS

Laboratório - Cisalhamento Direto

Vantagens Desvantagens equipamento simples e de fácil operação

ruptura em um plano determinado

controle de velocidade do ensaio

conhecer o estado de tensão em apenas um plano a priori (o horizontal)

custo relativamente baixo tensões não uniformes no plano de ruptura (efeito da ruptura progressiva)

não é possível a medição das pressões neutras

não é possível o controle de drenagem

ENSAIO TRIAXIAL

Ensaio triaxial

ENSAIO TRIAXIAL

TRIAXIAL - RESULTADOS

• Para cada estágio de tensão de confinamento

TRIAXIAL - RESULTADOS

Laboratório - Ensaio de Compressão Triaxial

Vantagens Desvantagens várias trajetórias de tensões

custo relativamente elevado

controle de drenagem

ensaio axi-simétrico (considera dois planos com mesmo estado de tensões)

conhecimento do estado de tensão em qualquer plano

o plano de ruptura não é predeterminado

obtenção da pressão neutra em qualquer estágio do ensaio

Características dos Solos Submetidos à Ruptura

Resistência das Areias:

Tensões elevadas devido a Pontos de contato reduzido, provocando contatos diretos.

Resistência resulta exclusivamente do atrito entre partículas Situação drenada representa melhor a resistência das areias (permeabilidade

elevada)

= ’× tan ’ Resistência das areias é atribuída a:

– Atrito devido ao deslizamento e ao rolamento das partículas

– Resistência estrutural arranjo das partículas.

Características que interferem na resistência das areias são a compacidade, presença de água, tamanho, forma e rugosidade dos grãos e a granulometria.

– Variação de volume antes de atingir a ruptura.Areia Fofa Diminuição de Volume (u +)Areia Densa Aumento de volume (u -)Estado de Compacidade intermediário no qual não há variação de Volume, é definido pelo índice de vazios crítico.

– Solicitações extremamente rápidas em areias saturadas (p. ex. Sismos) pode provocar liquefação. (’= 0)

– Índice de Vazios Crítico: Limite entre os dois estados de compacidade das areias

Deformação Axial (%)

Índ

ice

de

Vaz

ios

)

0,90

0,80

0,60

0,70

5 10 15 20 25 300

e o = 0,605

e o = 0,834-20

-15

-10

-5

0

+5Deformação Axial (%)V

aria

çã

o d

eV

olu

me

(%

)

e o = 0,605

e o = 0,834

e o = 0,605

e o = 0,834

5 10 15 20 25 300

400

800

1200

Deformação Axial (%)

Dif

erê

nç

a

de

Ten

sõ

es

(k

Pa

)

0

Ângulo de atrito das AreiasAreias úmidas Capilaridade -u > ’Agentes cimentantes Óxido de ferro, Cimentos Calcáreos

Valores Típicos de Ângulo de Atrito Para diversos Tipos de Solos Grossos (Terzaghi, 1967 e Leonards, 1962)

Solo Compacidade

Grãos Arredondados, Granulometria

Uniforme.

Grãos AngularesSolos bem Graduados.

Muito Fofa 28-30 32-34

Compacidade média 32-34 36-40 Areia Média:

Muito Compacta 35-38 44-46

Pedregulhos Arenosos:

Fofo --- 39 G(65%) S(35%)

Compacidade média 37 41

Fofo 34 --- G(80%) S(20%)

Compacto --- 45

Fragmentos de Rocha 40-55

Fofa 33 Areia Siltosa*

Compacta 34

Fofo 30 Silte Inorgânico

Compacto 35

Resistência das Areias em Função de suas Características

• Compacidade: dependente de e Dr (%)

• Tamanho dos Grãos: Observa-se que grãos de areia limpa de pequeno diâmetro apresentam maior resistência do que grãos de cascalho limpo (Interlooking)

• Distribuição Granulométrica: Solo mais bem graduado apresenta maior resistência. Quanto maior o diâmetro das partículas <

• Formato dos Grãos: Maior angularidade maior resistência (maior entrosamento)

Resistência das Argilas:

• Estudo Mais complexo do que para solos arenosos. (dissipação de poro-pressões)

• Histórico de Tensões Pré- adensamento.> Pré- adensamento > Resistência.

• Comportamento Tensão × Deformação.Argila normalmente adensada ou levemente pré-adensada (OCR<4), similar Areia fofa.

Argila pré-adensada, similar Areia densa.

• Estrutura (Amolgamento, solos sensitivos )

a

v

v de Compressão Positiva

Argila Pré-AdensadaArgila Normalmente Adensada