RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO

1. Pontifícia Universidade Católica de Goiás RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO Geotecnia II Disciplina: Geotecnia 2 Prof. : João Guilherme Rassi Almeida

2. ESTADOS DE TENSÕES E CRITÉRIOS DE RUPTURA • SOLOS  Resistembem 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 Geotecnia II

3. 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) Geotecnia II Ko  coeficiente de empuxo em repouso Areias: 0,4 e 0,5 Argilas: 0,5 a 0,7 Proporcional ao IP do solo ↑Ko  RSA (Razão de Sobreadensamento ou Pré-adensamento); se RSA > 4  Ko > 1 (RSA = σ_máx / σ_atual)

4. COEFICIENTE DE EMPUXO EM REPOUSO (Ko) Geotecnia 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.

5. TENSÕES NUM PLANO GENÉRICO • 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) Geotecnia II

6. RESISTÊNCIA DOS SOLOS Atrito Geotecnia II

7. RESISTÊNCIA DOS SOLOS Atrito (continuação...) Geotecnia II • 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. RESISTÊNCIA DOS SOLOS Coesão • 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. Geotecnia II

9. CÍRCULO DE MOHR 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 Raio  Máx. τ  α = 45º Coordenadas do Centro Geotecnia II α  ângulo que forma o Plano Considerado e o Plano Principal maior (σ1)

10. CÍRCULO DE MOHR – Trajetória de Tensões Curva III: confinante decrescente e axial crescente com iguais valores absolutos. Curva IV: confinante e axial crescentes numa razão constante. Curva V: confinante e axial variáveis em razões diversas. Geotecnia II Curva I: confinante constante e axial crescente. Curva II: confinante decrescente e axial constante.

11. ESTADO DE TENSÕES Geotecnia 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

12. CRITÉRIOS DE RUPTURA MOHR-COULOMB Geotecnia II

13. CRITÉRIOS DE RUPTURA MOHR-COULOMB Geotecnia II

14. CRITÉRIOS DE RUPTURA MOHR-COULOMB Geotecnia II

15. CÍRCULO DE MOHR Geotecnia II

16. ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS 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 rompera 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) Geotecnia II

17. ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS 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. Geotecnia II • Tensão desviadora: σd = σ1- σ3

18. ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS 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 Geotecnia II Corpo de Prova Rompido

19. ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS 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 Geotecnia II

20. RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS • RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DAS AREIAS • Resistênciade areias puras ou com teor muito pequeno de finos (< 12%)  resistência ao cisalhamento devidocontato 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). Geotecnia II

21. RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS Areia fofa ↑σd ↑ε; até σd(max) Redução Volumétrica Areia compacta Três 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. Ensaio Triaxial CD Geotecnia II Pico Residual

22. RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS • 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 (Dv = 0) • Após Ruptura  todas as amostras tendem ao ecrit Geotecnia II

23. RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS • ÍNDICE DE VAZIOS CRÍTICO DAS AREIAS • Carregamentos sem possibilidade de drenagem (principalmente areia fina) Terremotos ou queda de avião nas proximidades Geotecnia II (Ganho de Resistência)

24. RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS 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 Geotecnia II

25. RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS 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 água Areias saturadas  muito pequena Areia não saturadas ganho de resistência - coesão aparente Geotecnia II

26. RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS Geotecnia II

27. RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS • Curvas tensão x deformação: • AREIAS • independentes para cada (e0) • carregamentos não resultam em elevadas reduções do (e) • compactação por meio de vibrações Geotecnia II

28. RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS • Curvas tensão x deformação: • ARGILAS • Formam-se com elevados (e) • (e) baixos  f (tensão de pré-adensamento) • (e0)  f(tensões no solo) Geotecnia II

29. RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS Resistência das Argilas  Baixa permeabilidade (carregamento drenado ou não drenado) Carregamento Drenado (CD) ( D volume ≠ 0 e Du= 0) Carregamento não drenado (CU) (Dvolume = 0 e Du ≠ 0) Geotecnia II

30. RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS • 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. RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS 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. RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS 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. COMPARAÇÃO Comportamento entre AREIA e ARGILAS • Argilas NA  Areias FOFAS • Lento acréscimo de tensão axial com a deformação • Diminuição de volume no carregamento (σ < σPA) • 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 • Razão de Pré Adensamento  e_crítico • Variação de volume = zero (na ruptura)

34. RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS • 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. RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS ARGILAS NORMALMENTE ADENSADAS ARGILAS PRÉ ADENSADAS