Faculdade de Engenharia – NuGeo/Núcleo de Geotecnia Mecânica dos Solos II RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOSProf. M. Marangon Unidade 5 – RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS Como visto na unidade 04, um carregamento externo aplicado na superfície, ou a própria geometria da superfície da massa de solo, contribui para o desenvolvimento de tensões tangenciais ou de cisalhamento, que podem chegar a valores próximos a máxima tensão cisalhante que o solo suporte sem haver ruptura do material. Esta é a tensão cisalhante de resistência do solo, a ser estudada nesta unidade do curso. A figura abaixo ilustra o aspecto da distribuição de tensões e a intensidade destas tensões, como exemplo, seja a componente vertical, seja a cisalhante máxima que ocorrem no subsolo de um terreno (mostrada a meia seção), que tem aplicado na superfície um carregamento externo de 100kPa. Observa-se que os maiores valores ocorrem nas proximidades do carregamento, região em que se tem as maiores deformações e que há a possibilidade de haver ruptura, dependendo da resistência ao cisalhamento do solo 3m Footing 100 kPa 3m Footing 100 kPa 20 18 16 42 35 21 20 18 16 30 32 32 24 14 Elevation (metres) Elevation (metres) 14 28 14 12 10 8 6 4 2 0 14 12 10 6 10 8 6 4 2 0 0 2 4 6 8 10 12 2 4 0 2 4 6 7 8 10 12 Distribuição das máximas tensões cisalhantes Distribuição de tensões verticais devidas ao peso próprio e ao carregamento externo E = 5000 kPa ν = 0,334 Fig. 5. 01 - Aspecto das tensões que ocorrem no subsolo de um terreno carregado 101 242 -14. o meio da faixa de 3. ou seja.). 02.811 14. desenvolvido aplicando a técnica numérica do “Método dos Elementos Finitos” (M. F. é mostrada na figura 5.Estado de tensões atuantes em um ponto no interior da massa de solo. e valores e direção em que atuam as tensões principais maior e menor. O ponto destacado (de no 760) situa-se à 2. 102 .756 -10 -20 -30 -40 0 10 20 30 40 50 60 70 80 sy 10.0m aplicada. M. E.5m de distância do eixo da carga de 6. Para ilustrar.0m apresentada.318 sx Shear 0 76.0m de profundidade (cota 18) e à 1. uma vez que obtidos estes valores poderemos calcular as máximas tensões cisalhantes que irão atuar no projeto em estudo. 3m Footing 100 kPa 833 791 749 707 665 623 581 834 792 750 708 666 624 582 835 793 751 709 667 625 583 836 794 752 710 668 626 584 837 795 753 711 669 627 585 838 796 754 712 670 628 586 20 18 16 14 841842 843844845 846847848 849850851 852853854 855856857 830 788 746 704 662 620 578 831 789 747 705 663 621 579 832 790 748 706 664 622 580 799800 801802803 804805806 807808809 810811812 813814815 757758 759760761 762763764 765766767 768769770 771772773 715716 717718719 720721722 723724725 726727728 729730731 673674 675676677 678679680 681682683 684685686 687688689 631632 633634635 636637638 639640641 642643644 645646647 589590 591592593 594595596 597598599 600601602 603604605 547548 549550551 552553554 555556557 558559560 561562563 40 30 20 10 Effective Stress at Node 760 73. como estudado. 02 . Marangon Como visto. Neste exemplo ilustrativo foi usado um software de análise de tensões. as tensões principais nos interessam particularmente para o estudo de resistência ao cisalhamento dos solos. o estado de tensões atuantes em um ponto no interior da massa de solo. e também os valores e a direção em que atuam as tensões principais maior e menor.Faculdade de Engenharia – NuGeo/Núcleo de Geotecnia Mecânica dos Solos II RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS Prof.805 Normal Figura 5. mas. concluiu que nessa situação a coesão (representada na equação por “c”) é função essencial do teor de umidade donde se escreve: c = f ( h) Logo temos para a máxima tensão de cisalhamento (poderá ser representado simplesmente por τr) : τ 'r = f (h ) + (σ − u )tgϕ Em outras palavras. mas. ao analisar argilas saturadas. A questão que se coloca nesta análise é: Este nível de tensão de cisalhamento está aquém do valor correspondente à da resistência do material ? Este último valor. Marangon Como pode ser observado no traçado do círculo de Mohr. essencialmente. Terzaghi (conhecido como o “pai” da Mecânica dos Solos) conseguiu conceituar essa resistência como conseqüência imediata da pressão normal ao plano de rutura correspondente a pressão grão a grão ou pressão efetiva. 01. partiu-se para se sofisticar os ensaios de laboratório na tentativa de criar as situações de ocorrência/utilização. correspondente a um σ1 de 76. das condições de ocorrência/utilização dos materiais.76 kPa e σ3 de 10. depende de sua resistência ao cisalhamento. dependem. a ser obtido a partir do traçado da sua envoltória de resistência é que será estudado nesta unidade. assim como se verifica o valor na figura 5.Faculdade de Engenharia – NuGeo/Núcleo de Geotecnia Mecânica dos Solos II RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS Prof. 81 kPa. (por atrito de contato grão a grão) donde escrevemos: τ 'r = c + σ . 5. anteriormente considerava-se a pressão total o que não correspondia ao real fenômeno de desenvolvimento de resistência interna. amplamente constatada. procurando considerar o fato da amostra ter sido retirada do todo e. Como as condições de utilização são variáveis. Uma avaliação correta deste conceito é um passo indispensável para qualquer análise da estabilidade das obras civis. a máxima tensão de cisalhamento atuante no ponto é da ordem de 32 kPa. isto é. conclui-se que somente as pressões efetivas mobilizam resistência ao cisalhamento. Isto é. a expressão acima traduz a situação já afirmada de que os parâmetros c e ϕ não são características simples dos materiais. na nova conceituação. Da expressão matemática temos: 103 . da tensão τ r que é a máxima tensão que pode atuar no solo sem que haja ruptura. logicamente perdendo algumas características originais de comportamento ao natural. O problema da determinação da resistência aos esforços cortantes nos solos constitui um dos pontos fundamentais de toda a mecânica dos solos.tgϕ = c + (σ − u )tgϕ Hvorslev. M.1 – Considerações preliminares sobre resistência ao cisalhamento A capacidade dos solos em suportar cargas. Além desses. 5. . Depende da ocorrência de água nos vazios e suas condições de arrumação estrutural.Ensaios de resistência ao cisalhamento 5. definidores da resistência interna ao cisalhamento dos solos terão que ser determinados. na maioria dos casos. Ensaio de penetração estática do cone – CPT. mais modernamente. também conhecido como deepsounding. enquanto o ensaio pressiométrico visa estabelecer uma espécie de curva de tensão-deformação para o solo investigado. 104 . só consideramos válida a coesão verdadeira. nas condições do projeto. Ensaio pressiométrico (câmara de pressão no furo de sondagem). foi desenvolvido na Holanda com o propósito de simular a cravação de estacas e está normalizado pela ABNT através da norma NBR 3406. conforme pode ser visto na tabela a seguir. (σ − u ) tgϕ tensão interna de resistência por atrito de contato grão a grão. Marangon c = f ( h) = σ i tgϕ tensão interna de resistência por atrito fictício ou proveniente do entrosamento de suas partículas traduzida pela força de coesão (que pode ser verdadeira e/ou aparente . apesar de todos os cuidados e expedientes sofisticados.2.2 . sua resistência ao corte. em laboratório nas condições mais desfavoráveis previstas para o período de utilização de cada projeto específico. O ensaio de penetração estática do cone. traduzirão.Faculdade de Engenharia – NuGeo/Núcleo de Geotecnia Mecânica dos Solos II RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS Prof. Dentre os ensaios “in situ” mais empregados no Brasil para determinação de parâmetros de resistência ao cisalhamento e de deformabilidade no campo destacam-se: • • • Ensaio de palheta ou "Vane Shear Test". numa possível deformação da amostra. procura-se. especificamente. Dependente da arrumação estrutural (maior ou menor contato grão a grão) e da ocorrência da pressão neutra que refletirá diretamente no valor de σ . Os ensaios buscarão representar o rompimento de uma seção em relação a uma outra contígua. O ensaio de CPT e “Vane test” têm por objetivo a determinação da resistência ao cisalhamento do solo. Ensaio de penetração estática do cone (CPT) ou "Deepsoundering". medindo as tensões de rutura capazes de identificar. no caso de fundações são executadas para provas de carga que.1 . executar ensaios “in situ” capazes de traduzir as reais características de resistências das camadas. as resistências do solo frente às características do elemento estrutural na transmissão de carga.em areias). A seguir será detalhado cada um desses ensaios. M. Os parâmetros c e ϕ. Em engenharia.Ensaios de Campo Como a retirada de amostras indeformadas implica. Pressiométrico Granulares compressibilidade e resistência ao cisalhamento. É um ensaio de custo relativamente baixo. Ensaio de palheta – “Vane test”. 4 .Faculdade de Engenharia – NuGeo/Núcleo de Geotecnia Mecânica dos Solos II RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS Prof. dispositivo de aplicação do momento torçor e acessórios para medida do momento e das deformações. ainda. destacando a uniformidade e continuidade das camadas. indicado para a prospecção de grandes áreas.Ensaio de resistência de solos granulares. hastes. Penetração Estática do Avaliação contínua de resistência não Granulares Cone (CPT) drenada de solos argilosos. Avaliação contínua da compacidade e 2 . permitem identificar o tipo de solo. e coesão e consistência das argilas. M. * Sem interesse direto na determinação dos parâmetros de resistência O ensaio de CPT permite medidas quase contínuas da resistência de ponta e lateral devido à cravação de um penetrômetro no solo. boas indicações das propriedades do solo. Apresenta como desvantagens a não obtenção de amostras para inspeção visual. 3 . sendo portanto. sendo os diâmetros mais usuais de 55. tubos de revestimentos. Os dados permitem obter. O ensaio consiste em cravar o cone solidário a uma haste e medir o esforço necessário à penetração. as quais podem tornar os resultados extremamente variáveis e causar problemas operacionais como deflexão das hastes e estragos na ponteira. São feitas medidas de resistência de ponta e total. formada por quatro aletas finas retangulares. móvel. também. Hoje o ensaio é normalizado no Brasil pela ABNT (NBR 10905). a não penetração em camadas muito densas e com a presença de pedregulhos e matacões. 1 .Ensaio Coeficiente de empuxo no repouso. O equipamento está apresentado na figura 5. Marangon Ensaios Disponíveis x Parâmetros obtidos Tipo de Ensaio Tipo de Solo Melhor Não Aplicável Aplicável Principais características que podem ser determinadas Avaliação qualitativa do estado de compacidade ou consistência. ângulo de atrito interno de areias. O equipamento para realização do ensaio é constituído de uma palheta de aço. O diâmetro e a altura da palheta devem manter uma relação constante 1:2 e. Permite.Ensaio Padronizado Comparação qualitativa da estratigrafia de Penetração (SPT)* Granulares do subsolo. mesa. rápido de ser executado. com o objetivo de medir a resistência ao cisalhamento não drenada de solos coesivos moles saturados. 04.Ensaio de Palheta Coesivos Granulares Resistência não drenada de solos argilosos. O equipamento para execução do ensaio CPT consta de um cone de aço. com um ângulo no vértice de 600 e área transversal de 10 cm2. as quais por relações. determinar os parâmetros de resistência ao cisalhamento e a capacidade de carga dos materiais investigados. 105 . O “Vane test” foi desenvolvido na Suécia. capazes de registrar o momento máximo aplicado. M. em virtude do processo de cravação da palheta. fazendo-se as leituras da deformação no anel dinamométrico de meio em meio minuto. determinar a sensibilidade da argila (resistência da argila indeformada/ resistência da argila amolgada). Coincidência de superfície de ruptura com a geratriz do cilindro. Figura 5. Para o cálculo da resistência não drenada da argila deve-se adotar as seguintes hipóteses: • • • • • Drenagem impedida: ensaio rápido. quando se aplica ao aparelho um movimento de rotação. quando o torque atingir o seu valor máximo. O ensaio consiste em cravar a palheta e em medir o torque necessário para cisalhar o solo. com um mínimo de 10 rotações a fim de amolgar a argila e com isto. A medida do momento é feito através de anéis dinamométricos e vários tipos de instrumentos com molas. 106 .Faculdade de Engenharia – NuGeo/Núcleo de Geotecnia Mecânica dos Solos II RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS Prof. deve-se girar a manivela a uma velocidade constante de 6º/min. desce apenas a palheta de realização do ensaio. até rapidamente. No caso de cravação estática. a fim de evitar o amolgamento do terreno a ser ensaiado. Marangon 65. Com a palheta na posição desejada. e 88mm. A instalação da palheta na cota de ensaio pode ser feita ou por cravação estática ou utilizando furos abertos a trado e/ou por circulação de água. Ausência de amolgamento do solo. ao longo de toda a superfície de ruptura. que se desenvolve no entorno da palheta. formado pela rotação da palheta. A partir daí. Tanto o processo de cravação da sapata. quanto o de perfuração devem ser paralisados a 50cm acima da cota de ensaio. 03 – Resultado de um ensaio de penetração contínua – CPT. Solo isotrópico. segundo uma superfície cilíndrica de ruptura. Uniformidade da distribuição de tensões. é necessário que não haja camadas resistentes sobrejacentes à argila a ser ensaiada a que a palheta seja munida de uma sapata de proteção durante a cravação. ao longo de sua superfície lateral. sendo desenvolvido na França por Menard. tem-se o valor da coesão não drenada da argila. de campo e em tamanho reduzido para laboratório – este do LaEsp – Laboratório de Ensaios Especiais em Mecânica dos Solos da UFJF. H = altura do cilindro de ruptura. M. Marangon Figura 5. dado pela expressão: T = ML + 2MB Onde: T = torque máximo aplicado à palheta. MB=momento resistente desenvolvido no topo e na base do cilindro de ruptura.Faculdade de Engenharia – NuGeo/Núcleo de Geotecnia Mecânica dos Solos II RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS Prof. expresso pela fórmula: cu = 6 T . dados por: 1 M L = πD 2 . 107 .H . representadas pelos momentos resistentes do topo e da base do cilindro de ruptura e pelo momento resistente desenvolvido. Cu = resistência não drenada da argila. Substituindo as duas últimas equações na anterior e fazendo-se H = 2D. ML=momento resistente desenvolvido ao longo da superfície lateral de ruptura. 7 πD 3 Ensaio pressiométrico Este ensaio é usado para determinação “in situ” principalmente do módulo de elasticidade (e da resistência ao cisalhamento de solos e rochas). No instante da ruptura o torque máximo (T) aplicado se iguala à resistência ao cisalhamento da argila. 04 – Equipamento para ensaio de palheta – vane test.c u 2 π 3 MB = D cu 12 Onde: D = diâmetro do cilindro de ruptura. é constituído por três partes: sonda.5 e 5. graças a uma sonda que se introduz por um furo de sondagem de mesmo diâmetro e realizado previamente com grande cuidado para não modificar-se as características do solo.2 . 108 . M. 15. 4. com o objetivo de produzir uma pressão radial nas paredes do furo. Dependendo da importância da obra a realizar. Com as interpretações dos resultados de pares de valores (pressão x ∆ volume) obtidos no ensaio. cuja finalidade é estabelecer um campo de tensões radiais em torno da célula de medida. chamado pressiométrico. chamadas de células guardas. uma vez que.Faculdade de Engenharia – NuGeo/Núcleo de Geotecnia Mecânica dos Solos II RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS Prof. e uma análise referente a determinação de c e ϕ. O ensaio é finalizado quando o volume de água injetada atingir 700 a 750 cm³. 6) uma descrição conceitual dos ensaios.2. Na célula central é injetada água sob pressão. Os valores desses ensaios são extremamente limitados na sua interpretação e utilização prática em geotecnia. 5. Logo só é aplicável a solos puramente coesivos. σ 3 = 0. com maior grau de sofisticação. 30 e 60 segundos após a aplicação da pressão do estágio. com fidelidade e exatidão. 5. O equipamento destinado a execução do ensaio. Após a instalação da sonda na posição de ensaio. as células guardas são infladas com gás carbônico. possíveis de ocorrências. unidade de controle de medida pressão-volume e tubulações de conexão. Ensaio de Cisalhamento Direto. Em seguida. Marangon O ensaio pressiométrico consiste em efetuar uma prova de carga horizontal no terreno. a uma pressão igual a da célula central. Ensaio de Compressão Triaxial. dentre as principais temos: • • • Ensaio de Compressão Simples.3 – Ensaio de compressão simples Este ensaio consiste em se ensaiar os corpos de provas em uma prensa aberta em que só se tem condição de aplicar a pressão axial σ1 . Tem-se assim um só círculo e ϕ =0. isto é. se determina o módulo pressiométrico entre outros valores de pressão. das características dos solos e das condições de ocorrência justifica a realização de ensaios com a finalidade específica de obter os parâmetros de resistência ao cisalhamento ( c e ϕ ) Faremos nos itens seguintes (itens 5. 5. são feitas medidas de variação de volume em tempos padronizados. representar as condições. A sonda pressiométrica é constituída por uma célula central ou de medida e duas células extremas. deixando o detalhamento dos mesmos para as aulas práticas específicas. As descrições serão genéricas e sucintas.aplicados para identificar as consistências das argilas e.Ensaios de laboratório São diversos os tipos de ensaios de laboratório que buscam. sendo a prensa aberta não há condição de aplicar pressões laterais. precisamos. conclui-se que a condição exigível é que se tenha a direção horizontal. Marangon quando ensaiadas em amostras naturais e amolgadas nos dão condição de determinar a sensibilidade das argilas.5 – Foto da prensa utilizada nos ensaio de compressão simples e gráfico resultante no ensaio de compressão simples Análise do ensaio de compressão simples com o corpo de prova rompido Como no ensaio temos um só círculo. A = Área do corpo de prova (conhecida).6: P A Figura 5. isto é. σ1 = σ ϕ = 0. M. onde ϕ = 0 . A velocidade de aplicação da carga é controlada e padronizada.5 abaixo ilustra o ensaio após sua execução. onde se vê a prensa de compressão simples em que temos um corpo de prova que mesmo após o cisalhamento (quando resultou em tensão cisalhante máxima) foi levado a uma deformação excessiva.6 – Interpretação do gráfico final do ensaio de compressão simples 109 . o gráfico resultante será: P = Carga na ruptura medida na prensa. o ensaio só é aplicável em solos puramente coesivos. A foto da figura 5. Os dados da interpretação do gráfico finais podem ser visto na figura 5.Faculdade de Engenharia – NuGeo/Núcleo de Geotecnia Mecânica dos Solos II RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS Prof. temos: σ1 = 2c ∴ c = 1 = r 2 Figura 5. de uma direção para traçar a linha de rutura. Como no ensaio não se tem condição de aplicar σ3. Logo. 5 t/m 1 kPa = 1 kN/m2 2 Mole 2. 7 110 . Aplica-se inicialmente uma força vertical N. indicam as tensões σ e τ que nele estão ocorrendo. como se mostra na Figura 5. Uma força tangencial T é aplicada ao anel que contém a parte superior do corpo de prova. provocando seu deslocamento. Aplica-se uma tensão normal num plano e verifica-se a tensão cisalhante que provoca a ruptura. um corpo de prova do solo é colocado parcialmente numa caixa de cisalhamento. Realizando-se ensaios com diversas tensões normais.0 < Rc < 10. como apresentado na Unidade 04. e a tensão residual.0 t/m2 Face a limitação deste ensaio temos dois tipos de ensaios costumeiramente empregados para a determinação da resistência ao cisalhamento dos solos: o ensaio de cisalhamento direto e o ensaio de compressão triaxial 5. Marangon Em função de seus resultados temos uma classificação válida para qualquer ocorrência de estrutura de argila (ligante) onde o valor Rc é dado como resistência à compressão simples.1 – Dados de resistência à compressão simples Obs: Argilas Faixa valor Rc 2 Muito mole Rc < 2.0 t/m 1 kg/cm2 = 100 kPa Muito rija 20. 7a.0 t/m2 1 t/m2 = 0. As forças T e N. ficando com sua metade superior dentro de um anel.Faculdade de Engenharia – NuGeo/Núcleo de Geotecnia Mecânica dos Solos II RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS Prof. τres. O deslocamento vertical durante o ensaio também e registrado. M. após ultrapassada a situação de ruptura. onde se identificam a tensão de ruptura. 7b.1 kg/cm2 Dura Rc > 40. que o corpo de prova ainda sustenta. Figura 5. ou um deslocamento é provocado. τmax. Tabela 5. publicada por PINTO (2000).5 < Rc < 5. obtém-se a envoltória de resistência. como se mostra esquematicamente na figura 5. medindo-se a força suportada pelo solo.0 < Rc < 40.0 t/m2 1 kg/cm2 = 10 t/m2 2 Rija 10. Para o ensaio.0 t/m 1 t/m2 = 10 kPa (kN/m2) Média 5.4 – Ensaio de cisalhamento direto O ensaio de cisalhamento direto é o mais antigo procedimento para a determinação da resistência ao cisalhamento e se baseia diretamente no critério de Mohr-Coulomb. indicando se houve diminuição ou aumento de volume durante o cisalhamento. divididas pela área da seção transversal do corpo de prova.0 < Rc < 20. A tensão τ pode ser representada em função do deslocamento no sentido do cisalhamento. Ensaios em areias são feitos sempre de forma a que as pressões neutras se dissipem. medindo o esforço necessário para tal. M. Na Figura 5. substituídos pelos ensaios de compressão triaxial. ele é muito útil quando se deseja medir simplesmente a resistência. ou sem drenagem (com a ressalva de que é impossível impermeabilizar totalmente o sistema). porém o ensaio não permite a determinação de parâmetros de deformabilidade do solo e o controle de condições de drenagem é difícil. o ensaio consiste. principalmente. o ensaio de cisalhamento direto é considerado menos interessante que o ensaio de compressão triaxial. em muitos casos. que são lentos. onde se nota que pode-se executa-lo com drenagem. O ensaio de cisalhamento direto Como abordado. pela sua simplicidade. os carregamentos devem ser muito rápidos.Faculdade de Engenharia – NuGeo/Núcleo de Geotecnia Mecânica dos Solos II RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS Prof. Neste ensaio consegue-se provocar um deslocamento relativo de uma parte do solo sobre a outra muito maior do que se pode atingir em ensaios de compressão triaxial. Figura 5. fixamos a parte inferior e movimentamos a superior no sentido de se fazer o corte da amostra. praticamente o único para determinação da resistência dos solos devido a sua simplicidade. Entretanto. pois. para impossibilitar a saída de água. assim não permite a obtenção dos valores da pressão neutra. Pelas restrições acima. As saídas de drenagens são para melhorar o processo da garantia desse expediente e não para medir a pressão neutra. O sentido do deslocamento da parte superior do corpo de prova pode se inverter até que a tensão cisalhante se estabilize num valor aproximadamente constante (residual).8 – Esquema do ensaio de cisalhamento direto 111 . Durante muitos anos o ensaio de cisalhamento direto foi. No caso de argilas. 8 vemos o esquema completo com a amostra em condição de ensaio. quando se deseja conhecer a resistência residual. pois não há como impedi-la. Neste caso. isso não será possível. sobre ela pode-se aplicar a carga vertical P distribuída em sua área A. e. A tampa da parte superior é falsa. A necessidade de maiores sofisticações para representar as ocorrências de campo. pode-se realizar ensaios drenados. tem sido. Marangon O ensaio é muito prático. e os resultados são considerados em termos de tensões efetivas. pelas pedras porosas. ou não drenados. isto é. em uma caixa bi-partida onde colocamos a amostra. 112 Figura 5. a resistência cai acentuadamente ao se aumentar a deformação.Laboratório de Ensaios Especiais em Mecânica dos Solos abaixo. 9.seção quadrada) para ser ensaiado no equipamento de cisalhamento direto. M. Pode-se obter assim a chamada resistência “residual”. Marangon As fotos abaixo mostram a moldagem de um CP (corpo de prova . 9 – Aspecto das curvas tensão x deformação . Foto 1 – Detalhe de um CP sendo talhado em um bloco de amostra indeformado Foto 2 – Aspecto do equipamento durante a realização de um ensaio Foto 3 – Detalhe da caixa de cisalhamento com o extensômetro para medição da deformação vertical do CP durante o ensaio. como o do LaEsp . Na rutura plástica o esforço máximo é mantido com a continuidade da deformação.Faculdade de Engenharia – NuGeo/Núcleo de Geotecnia Mecânica dos Solos II RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS Prof. Na rutura frágil depois de atingir a τR. Curvas tensão x deformação As curvas de ruptura (tensão x deformação) obtidas nos ensaios de resistência têm uma das formas mostrada na Figura 5. 38 77.0 114.224 0. Nota-se que o valor da resistência (valor máximo) não é pronunciada.5 1204. Os dados obtidos a partir dos gráficos da figura 5.6 0.0 Horiz. que somados a várias outras amostras ensaiadas da mesma estrutura.4 0. nos darão vários outros pares de tensão que.376 0.2 0. abaixo).0 0 5 17 10 15 42 5 σv (kPa) 27 114 10 15 42 σv (kPa) 114 27 Deslocamento horizontal (mm) Figura 5.000 0. Vert.11).001 0.000 0.75 Cisalh.01 66. (kPa) 0. 11 – Curvas tensão x deformação Folha: 01 de 03 Área Força Corrig.23 103. M. (mm) 0. Extens.05 103. Marangon A ruptura “Frágil” é típica de ocorrência em argilas rijas e duras ou areias compactas enquanto que a ruptura “Plástica” é típica de ocorrência em argilas moles ou médias ou areias fofas ou pouco compactas.0 6.000 0. 10. como exemplo. 12 – Interpolação dos pontos de ruptura para obtenção da reta de Mohr-Coulomb 113 .0 115. 0 8 10 20 1208. apresenta. Extens.3 Índice de Vazios 1.2 17. A figura 5. as curvas de um ensaio de cisalhamento direto (parte da planilha de ensaio do CP01.000 0.8 1207.463 Figura 5.2 17. possibilitam o traçado da envoltória de resistência do solo e a obtenção dos parâmetros c e ϕ (figura 5.175 0.391 0.0 1207.τ (kPa) 70 60 50 40 30 20 17 10 0 Deslocamento vertical (mm) 0 0.472 Desloc.434 Planilha de Resultados Leitura Leitura Anel de Desloc.83 69.2 Carga 100. (N) 31.0 118. 10 ao lado.06 Fcis/Fn 0. (cm²) 103. 100 90 80 Tensão cisalhante .008 Tensão Cisalh.5 Tensão Vert.Faculdade de Engenharia – NuGeo/Núcleo de Geotecnia Mecânica dos Solos II RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS Prof.00 102. (kPa) 17.2 17.5 6. por exemplo. e de baixa consistência (mole ou média) tendo em vista o aspecto das curvas apresentadas. Vert. (mm) 0.8 0. Observa-se que se trata de uma amostra de argila.463 1.7 7.463 1. Horiz. correspondentes às tensões no plano de rutura.463 1. no outro caso a curva estará defasada do real. isto é. não havendo tempo para consolidação do solo e nem dissipação da pressão neutra (u) que ocorrerá na amostra. a resistência ao cisalhamento é medida imediatamente após a aplicação da tensão normal. adensamento é a diminuição de volume do solo sob ação de uma pressão. a tensão efetiva será a menor possível. Observa-se que nesse ensaio a área da seção crítica varia durante a aplicação do esforço tangencial. Nesse tipo de ensaio. O tempo do ensaio é de ± 5 minutos. isto é. em épocas geológicas anteriores. Sua ocorrência é maior nos solos argilosos. 114 . Nota-se que todos os ensaios compreendem a aplicação de σ no plano de rutura e a medição de τ na rutura (nesse mesmo plano). pois. enquanto na outra há diferenciação entre a periferia e o centro da amostra). Observações sobre pré-adensamento Como visto. que é feita por partes. pois são compressíveis. Teste com Executado com as pedras porosas e as válvulas abertas na aplicação de σ e consolidação fechadas na obtenção de τ. a natureza adensou a camada. M. Esse ensaio caracteriza claramente que a resistência ao cisalhamento dos solos é a propriedade que os solos possuem de resistirem ao deslizamento de uma seção em relação à outra contígua. Portanto. lenta: permitindo a dissipação da poro-pressão tanto na aplicação de σ. A consolidação se Teste com consolidação dará lentamente. mas permitindo a rápida: drenagem durante a aplicação da tensão normal ao plano de cisalhamento. A resistência ao cisalhamento τr. é medida após a aplicação de σ nas condições consideradas.Faculdade de Engenharia – NuGeo/Núcleo de Geotecnia Mecânica dos Solos II RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS Prof. A condição de pré-adensamento é a situação em que a camada compressível tenha. quanto na obtenção de τ que vai sendo executado em estágios sucessivos até o rompimento do corpo de prova. Como desenvolverá pressão neutra. Executado com as pedras porosas e as válvulas abertas. Marangon O ensaio de cisalhamento direto só dá valores confiáveis para o caso de rutura plástica. Os ensaios de Cisalhamento Direto poderão ser referidos como: Teste rápido: Executado sem as pedras porosas que seriam substituídas por placas metálicas. O tempo requerido para que haja toda a drenagem e não ocorra pressão neutra dependerá da permeabilidade da amostra e pode levar de 4 a 6 semanas. O ensaio é similar ao anterior. A força de cisalhamento é aplicada rapidamente até romper a amostra e a água não terá condição de ser drenada. para sua real determinação deveríamos ter um processo continuado de correção. sofrido pressões muito maiores do que as que suportam atualmente. O tempo do ensaio é de ± 3 minutos (sendo variável em função da permeabilidade da amostra). anulando-se a pressão neutra completamente. No caso da rutura plástica os esforços são iguais em toda seção de rompimento. e em menor escala nos solos arenosos quando fofos. 1 t/m2 e 1. condições • de drenagem e velocidade de aplicação das cargas e a ocorrência de pressão neutra. sua resistência será maior do que na situação em que não seja possível esse expediente. com um único ensaio. • Por T determina-se r e traça-se o círculo (pelo ponto O’). referente a um corpo de prova. entretanto. 14. os valores de σ1 e σ3 (para o exemplo da figura 5. ocorre rotação dos planos principais. antes da aplicação das tensões cisalhantes. Fatores que influenciam os resultados dos ensaios Areias – Compacidade. Apresentam pressão neutra positiva. Processo: • Ressalta-se o ponto T na envoltória (σ e τ). Marangon Uma estrutura de solo pré-adensado. Assim. Somente depois de traçada a envoltória será possível determinar o círculo de Morh referente á condição de equilíbrio incipiente e determinar as tensões principais associada. é o plano principal maior. Se. nas argilas pré-adensadas. como decorrência. (pressão efetiva) quando drenada. forma das partículas e distribuição granulométrica. este solo tende a se expandir e. Com a aplicação das forças T. Tendo-se o círculo traçado podemos tirar. sua tendência de expandir acarretará aumento da resistência do solo. cujos valores das tensões principais obtém-se pelo processo abaixo. Teremos.7 t/m2). sensibilidade de sua estrutura. Argilas – Estado de adensamento do solo. 14. havendo possibilidade de drenagem. implica em problemas na determinação de sua resistência. ou seja: Diminuem o volume quando solicitadas ao cisalhamento.Faculdade de Engenharia – NuGeo/Núcleo de Geotecnia Mecânica dos Solos II RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS Prof. temos vários tipos de ensaios que buscam essas representações (solicitações previstas na obra). e logicamente. é bastante complexa. (ocorrência da pressão neutra). passa-se exatamente o contrário. também. Em função desses fatores e também das solicitações de campo. aumento de σ . está sujeita a absorção de água que estará gerando uma pressão neutra (u). Unindo-se P a A e B temos as direções dos planos principais que estão detalhados • na seção desenhada abaixo do gráfico do ensaio. diminuindo a pressão efetiva (σ’) e o valor da determinação de τr. assim. conforme exemplo da figura 5. quando em processo de cisalhamento. uma vez que o círculo tangencia a linha de rutura nesse ponto determinado. 8. 115 . M. Tira-se uma perpendicular a envoltória de rutura). O plano horizontal. uma vez que ocorrerá a dissipação da pressão neutra u . • Traçado o círculo pelo ponto T tiramos uma paralela ao plano em que atuam os • espaços. Nas argilas normalmente adensadas. • Tensões principais A análise do estado de tensões durante o carregamento. por acaso não houver possibilidade de absorção de água quando solicitada ao cisalhamento. Uma das desvantagens do ensaio de cisalhamento direto é a impossibilidade de se conhecer os esforços que atuam em planos diferentes daquele de rutura. no caso horizontal e determinamos o ponto P sobre o círculo. têm-se respectivamente. pois.