Resistência ao cisalhamento de solos
•
1 gostou•1,390 visualizações
O documento discute conceitos fundamentais de resistência ao cisalhamento de solos, incluindo: 1) As componentes de resistência ao cisalhamento são a coesão e o ângulo de atrito interno. 2) Existem diferentes tipos de ensaios de cisalhamento para medir a resistência ao cisalhamento drenada e não drenada. 3) O critério de ruptura de Mohr-Coulomb relaciona a resistência ao cisalhamento com a tensão normal e os parâmetros de solo.
Recomendados
Mais conteúdo relacionado
Mais procurados
Mais procurados (20)
Destaque
Destaque (12)
Semelhante a Resistência ao cisalhamento de solos
Semelhante a Resistência ao cisalhamento de solos (20)
Resistência ao cisalhamento de solos
- 1. 1 RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DE SOLOSRESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DE SOLOS UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL LABORATÓRIO DE GEOTECNIA E PAVIMENTAÇÃO CONCEITOS Estudo da resistência ao cisalhamento dos solos: é análise do estado de tensões que provoca a ruptura de um solo. Objetivos: Determinar a resistência ao cisalhamento dos solos Entender as diferenças entre as resistências ao cisalhamento drenada e não drenada Determinar o tipo de ensaio de cisalhamento que melhor simula as condições de campo Interpretar resultados de ensaios de laboratório e campo para obter parâmetros de resistência ao cisalhamento de solos Conhecimentos básicos: • Tensões, deformações, círculo de Möhr de tensões e deformações • Conceitos de atrito entre corpos rígidos
- 3. 3 CONCEITOS (representada pela coesão do solo) (representado pelo ângulo de atrito interno do solo) Portanto, as componentes de resistência ao cisalhamento dos solos são: O coeficiente de atrito entre o corpo e a superfície (µ) definirá a ocorrência do deslizamento do bloco sobre o plano. O mesmo acontece com os solos.
- 4. 4 CONCEITOS Resistência ao cisalhamento de um solo (τ): é a máxima tensão cisalhante interna que o solo pode suportar sem romper. Ângulo de atrito interno efetivo (φ’): é uma medida de resistência ao cisalhamento dos solos decorrente do atrito entre as partículas. Coesão (c): é uma medida de resistência decorrente da ação de forças cimentantes presentes entre as partículas dos solos. Resistência ao cisalhamento não drenada (Su): é a resistência ao cisalhamento de um solo quando este é cisalhado a volume constante (sem drenagem). Resistência ao cisalhamento drenada (τ’): é a resistência ao cisalhamento de um solo quando este é cisalhado com variação de volume (com drenagem).
- 6. 6 τ = σ’ tg φ’ Solos puramente friccionais τ = c’+ σ’tg φ’ Solos argilosos CRITÉRIO DE RUPTURA DE MOHR-COULOMB CRITÉRIOS DE RUPTURA CRITÉRIO DE MOHR – COULOMB: Definida uma reta, para um certo nível de tensões, a resistência ao cisalhamento do solo pode ser expresso por duas parcelas: i) uma decorrente do parâmetro c e ii) a outra, devido ao atrito entre partículas (φ). Pelo fato do parâmetro c, neste caso, ser apenas um coeficiente da equação da reta, expressando a resistência em função da tensão normal, ele é chamado intercepto de coesão ou intercepto coesivo. Pois, de fato, a coesão depende apenas das forças eletroquímicas existentes entre as partículas, e não da tensão normal aplicada.
- 7. 7 CRITÉRIO DE RUPTURA DE MOHR-COULOMB CRITÉRIOS DE RUPTURA DE MOHR-COULOMB θr – ângulo que o plano de ruptura faz com a horizontal
- 8. 8 Resistência ao cisalhamento dos solos EQUAÇÃO FUNDAMENTAL proposta pelo engenheiro francês Coulomb, em 1776: φστ tgc ⋅+= OBS.: 1. Para argilas puras: 1. Para areias puras: Portanto, a coesão é igual à resistência ao cisalhamento para tensão normal nula no plano de ruptura 0=φ φστ tg⋅= c=⇒τ ⇒= 0c τ σ c φ Portanto, c e φφφφ são as medidas da resistência ao cisalhamento dos solos... Quanto maiores os valores, maior a resistência ao cisalhamento do solo? Isso mesmo, pois: φστ tgc ⋅+=
- 9. 9 Fatores que influenciam na resistência ao cisalhamento dos solos 1. A história de tensões OCR, tensão de pré-adensamento, etc... 2. O estado de tensão inicial (saturado ou não saturado) 3. As características de permeabilidade do solo 4. As condições de drenagem impostas durante o ensaio RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DE SOLOS Estabilidade de taludes ONDE SE APLICA? Aplicações típicas de análises de resistência em solos. Estruturas de fundações Estruturas de contenções Estruturas de pavimentosObras de túneis
- 10. 10 RUPTURA POR CISALHAMENTO Os solos geralmente rompem por cisalhamento Sapata corrida Aterro/corte Na ruptura, as tensões cisalhantes ao longo da superfície de ruptura atingem a resistência ao cisalhamento do solo. Sup de ruptura Resistência ao cisalhamento mobilizada Ruptura por cisalhamento (caso real) Ruptura de um talude na Av. Antônio Carlos Magalhães – Salvador/BA Parte de uma superfície de ruptura viva
- 11. 11 ENSAIOS DE CISALHAMENTO ENSAIOS DE CISALHAMENTO NO LABORATÓRIO • CISALHAMENTO DIRETO • ENSAIO DE COMPRESSÃO NÃO CONFINADA (Simples) • ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL EM CAMPO • ENSAIO DE PALHETA (VANE TEST)
- 12. 12 ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO (1) ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO Força normal Força horizontal Amostra Força normal
- 13. 13 ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO (caixa de cisalhamento) (Máquina de ensaio) ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO A N =σ Tensão NormalTensão Cisalhante A T =τ h∆ Deslocamento horizontal Plano cisalhante imposto
- 14. 14 RESULTADO TÍPICO DE UM ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO A T =τ A N =σ h∆ RESULTADOS DO ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO VARIAÇÃO DE ALTURA DO CP DESL. HORIZ x TENSÃO CISALHANTE
- 15. 15 CURVA DO ENSAIO COM UM CP DESL. HORIZ x TENSÃO CISALHANTE (para 1 CP) Cisalhamento 0 50 100 150 200 250 300 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Desl horizontal (mm) Tensãocisalhante(kPa) de picoτ ENVOLTÓRIA DE RESISTÊNCIA 11,τσ 22 ,τσ 123 σσσ >> 33,τσ 123 τττ >> CP 1 50 ?? 2 100 ?? 3 200 ?? σ τ Exemplo de resultados de ensaios de cisalhamento direto, com 3 CPs
- 16. 16 ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO Com um mínimo de 3 CPs se obtém a envoltória de resistência do solo CPb CPc CPa φ c Deslocamento horizontal (mm) (kPa) ENVOLTÓRIA DE RESISTÊNCIA DE ARGILAS Cisalhamento direto drenado e não drenado em argila
- 17. 17 ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO Vantagens: • simplicidade e facilidade na moldagem • simplicidade e praticidade na execução do ensaio • rapidez, principalmeente com solos permeáveis • pode ser realizado na condição inundada • permite grandes deformações por reversão na caixa cisalhante Desvantagens: • o plano de ruptura é imposto (horizontal) • estado de tensões é complexo: há rotação das tensões durante o cisalhamento • torna-se muito lento em solos de baixa permeabilidade • em geral não se controlam nem se medem as poropressões LARGE SHEAR TEST Para solos heterogêneos é desejável se ampliar a escala da amostra. Neste caso, desde que seja disponível o equipamento, faz-se o ensaio de cisalhamento direto em grandes dimensões, com aproximadamente 1m de largura.
- 18. 18 ENSAIO DE COMPRESSÃO SIMPLES (compressão não confinada) (2) ENSAIO DE COMPRESSÃO SIMPLES É um ensaio de compressão uniaxial, sem qualquer confinamento do corpo de prova, ou seja, aplica-se apenas uma tensão vertical crescente sobre a amostra até atingir-se a ruptura. compressão
- 19. 19 ENSAIO DE COMPRESSÃO SIMPLES Corpo de Prova Carga vertical A F =σ CP (antes) CP (depois) ENSAIO DE COMPRESSÃO SIMPLES 2 rup c σ τ ==
- 20. 20 COMPRESSÃO NÃO CONFINADA (SIMPLES) CP ANTES E APÓS A RUPTURA Círculo de Mohr de tensões, na ruptura 2 u uU q CouS = uu SC ==τ Planos cisalhante Na rupturaInício do ensaio (kPa)τ (kPa)σ c uCr = rupuq 1σ= COMPRESSÃO NÃO CONFINADA 2 u UU q sc ==
- 21. 21 Ensaio de Compressão Triaxial Ensaio Triaxial Pedras porosas Membrana impermeável pistão (para aplicar tensão desviatória) O-ring pedestal Célula triaxial Pressão na célula Contra- pressão Poro-pressão ou variação de volume água Amostra de solo na ruptura Plano de ruptura Corpo de prova
- 22. 22 CÉLULA DO APARELHO TRIAXIAL Pedras porosas ETAPAS DO ENSAIO TRIAXIAL 31 σσσ −=d 31 σσσ += d ou seja:
- 23. 23 CÍRCULO DE MOHR DE TENSÕES τ Convenção de sinais Cisalhamento: (−) τ (+) τ Tensão normal: (−) σ tração (+) σ compressão CÍRCULO DE MOHR DE TENSÕES
- 24. 24 CÍRCULO DE MOHR DE TENSÕES τ DETERMINAÇÕES DASTENSÕES A PARTIR DO PÓLO Algumas vezes é mais prático trabalhar o ângulo que o plano considerado faz com a horizontal, ao invés de se determinar o estado de tensões a partir do ângulo que o plano considerado faz com o Plano Principal Maior. Para isso, é necessário se localizar o Pólo do Círculo de Mohr. As tensões indicadas na Figura 12.6 atuam em dois planos que não coincidem com os planos horizontal e vertical. Se pelos pontos indicativos dos estados de tensões nos planos α e β (pontos A e B) se passar retas paralelas às respectivas direções dos planos, essas retas interceptam o círculo de Mohr no ponto P (o pólo).
- 25. 25 RESULTADOS DO ENSAIO TRIAXIAL EQUIPAMENTO TRIAXIAL DO GEOPAV/UFS
- 26. 26 Tipos de Ensaios Triaxiais Tipos de Ensaios Triaxiais Pressão sobre toda a amostra, σσσσc Cisalhamento (carregamento) Válvula de drenagem aberta? Válvula de drenagem aberta? Tensão desviatória (σσσσd) sim não sim não Consolidated Amostra Unconsolidated Amostra Drained carregamento Undrained carregamento Confinamento
- 27. 27 ENSAIO DE CISALHAMENTO TRIAXIAL VARIANTES DO ENSAIO a. TRIAXIAL UU (NÃO CONSOLIDADO E NÃO DRENADO) a. TRIAXIAL CU (CONSOLIDADO E NÃO DRENADO) a. TRIAXIAL CD (CONSOLIDADO E DRENADO) Três etapas importantes: 1) Saturação do CP (atenção na verificação do parâmetro B) 2) Consolidação (o CP adensa sob a tensão confinante do ensaio) 3) Cisalhamento (Aumenta-se a tensão axial até à ruptura) SEQÜÊNCIA COMUM DO ENSAIO TRIAXIAL Verificação da aparelhagem Preparação do corpo de prova Colocação do corpo de prova na célula Saturação (CU ou CD) Adensamento (CU ou CD) Cisalhamento Análise e Cálculos Apresentação dos resultados
- 28. 28 Procedimentos do ensaio triaxial Relação de σ1 com σ3 na ruptura X Elemento de solo na ruptura σ3 σ1 X σ3 σ1 ) 2 45tan(2) 2 45(tan2 31 φφ σσ +++= c ) 2 45tan(2) 2 45(tan2 13 φφ σσ −−−= c
- 29. 29 Tensões num ponto q p τ σσh σv (σv-σh)/2 (σv+σh)/2 Tensão num ponto Tensão num ponto 2 hv p σσ + = 2 hv q σσ − = X σv σh Trajetória de Tensões q p Trajetória de tensão é o local da tensão num ponto Trajetória de tensões Trajetória de tensão é uma maneira conveniente de representar o carregamento da amostra e sua relação com a envoltória de ruptura Durante carregamento… τ σ
- 30. 30 Envoltórias de Ruptura τ σ q p c φ c cos φ tan-1 (sin φ) ruptura Durante carregamento (cisalhamento)…. Trajetória de tensões O efeito da poropressão na resistência A geração de poropressão faz desolocar o círculo de Mohr para a direita.
- 31. 31 Parâmetros de Poro-pressão (A e B) Y ∆σ1 ∆σ3 ∆u = ? Uma maneira simples de estimar a variação da poro-pressão durante um carregamento não drenado, em termos de variação de tensão total ~ após Skempton (1954), é: [ ])( 313 σσσ ∆−∆+∆=∆ ABu Parâmetros A e B de poro- pressão de Skempton Parâmetros de Poro-pressão Para solos saturados, B ≈ 1. Parâmetro A na ruptura (Af) Para argilas normalmente adensadas Af ≈ 1. Parâmetro B B = f (saturação,..) Af = f(OCR) Para argilas fortemente pré-adensadas Af is negativo. Só lembrando: ´ ´ vo a OCR σ σ =
- 32. 32 3σ∆ ∆ = au B ENSAIO TRIAXIAL DETERMINAÇÕES EXPERIMENTAIS DE “A” e “B” Parâmetro “B” Aplicando-se um acréscimo de tensão confinante num corpo de prova sem permitir drenagem e medindo-se a poro-pressão gerada. Se o corpo de prova estiver saturado ⇒⇒⇒⇒ B = 1. Parâmetro “A” ⇒ ∆−∆ ∆ = )( . 31 1 σσ u B A Aplica-se um acréscimo de tensão desvio no corpo de prova (saturado) e mede-se a poro-pressão gerada. SE B = 1 ( CP SATURADO) DETERMINAÇÕES EXPERIMENTAIS DE “A” e “B”
- 33. 33 INTERPRETANDO O ENSAIO TRIAXIAL = σσσσd σσσσd = tensão desviadora ENSAIO DE CISALHAMENTO TRIAXIAL ( ) ( )φ σσ τ φ σσσσ σ +× − = +× − + + = 90 2 90cos 22 31 3131 sencr cr Tensões na ruptura σcr τcr Plano de ruptura Amostra de solo na ruptura Plano de ruptura
- 34. 34 ENSAIO DE CISALHAMENTO TRIAXIAL Envoltória de resistência Curvas εεεε x σσσσd σσσσ´c = σσσσ´3 CP1 σσσσ1 σσσσ3 CP2 ´´ ´´ CP3 ´´ ´´ σσσσ3 = ENSAIO TRIAXIAL CD Tensão desviadora x deformação axial (a) e Tensão desviadora x variação de volume (b) 31 σσσ ∆−∆=∆ d Tensão desviadora A ruptura é convencional Areia fofa ou argila normalmente adensada
- 35. 35 ENSAIO TRIAXIAL CD Tensão desviadora x deformação axial (c) e Tensão desviadora x variação de volume (e) para Resistência de pico (ruptura) Resistência residual Aumento de V (dilatância) Areia compacta ou argila pré-adensada ENSAIO TRIAXIAL CD Envoltória de tensões efetivas de ensaio CD com areias e argilas normalmente adensadas Envoltória de tensões efetivas de ensaio triaxial CD com argila pré-adensada Pré-adensada Norm. adensada
- 36. 36 ENSAIO TRIAXIAL CD EM ARGILAS NA ENSAIO TRIAXIAL CD EM ARGILAS PA
- 37. 37 ENSAIO TRIAXIAL CD EM ARGILAS PA ENSAIO TRIAXIAL CU (Consolidado e não Drenado) Variação de volume do CP durante compressão isotrópica (a; b) na câmara triaxial Aplicação da pressão confinante
- 38. 38 ENSAIO TRIAXIAL CU (Consolidado e não Drenado) Tensão desviadora x deformação axial (d) e variação da poropressão x deformação axial (f) para areia fofa ou argila normalmente adensada Aplicação da tensão desviadora ENSAIO TRIAXIAL CU (Consolidado e não Drenado) Tensão desviadora x deformação axial (e), variação da poropressão x deformação axial (g) para areia compacta ou argila pré-adensada (g) Acréscimo da poropressão
- 39. 39 ENSAIO TRIAXIAL CU Envoltórias de ruptura em termos de tensões totais e efetivas de ensaios triaxiais CU com amostras de argila normalmente adensada ENSAIO TRIAXIAL CU Envoltória de ruptura em termos de tensões totais obtida de ensaios triaxiais CU com amostras de argila pré-adensada
- 40. 40 ENSAIOS TRIAXIAIS CD e CU ENSAIOS TRIAXIAIS EM AREIAS
- 41. 41 ENSAIO TRIAXIAL UU ENSAIO TRIAXIAL UU Círculos de Mohr e envoltória de ruptura em termos de tensão total de ensaios triaxiais UU Círculos de Mohr em termos de tensões totais na ruptura (NÃO HÁ VARIAÇÃO DE VOLUME DO CP)
- 42. 42 ENSAIO TRIAXIAL UU ENSAIO TRIAXIAL UU COMPARAÇÃO ENTRE OS ENSAIOS COMPRESSÃO SIMPLES E UU Envoltórias de ruptura de ensaios triaxiais CU e UU com amostras de argila saturada Círculo 1: ensaio de COMPRESSÃO SIMPLES Círculos 2 e 3: ensaios UU
- 43. 43 ENSAIO DE PALHETA (vane test) DETERMINAÇÃO DE Su (Cu) EM CAMPO ENSAIO DE PALHETA (vane test) DETERMINAÇÃO DE Su (Cu) EM CAMPO k T CuSu == +⋅= 62 2 DH Dk π H D 3 D TT π S πD S uu 86,0 7 6 3 ===onde D = 65mm H = 130mm H/D = 2
- 44. 44 ÍNDICE DE SENSITIVIDADE DAS ARGILAS Define o quanto uma argila perde resistência após o amolgamento. É a relação entre a resistência da argila na condição indeformada e na condição amolgada. FIM!