Pontifcia Universidade Catlica de Gois Geotecnia II RESISTNCIA

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

ESTADOS DE TENSÕES E CRITÉRIOS DE RUPTURA ü SOLOS Resistem bem às tensões de compressão, porém apresentam resistência limitada a tração e ao cisalhamento Geotecnia II ü CISALHAMENTO Ruptura por deslocamentos relativos entre partículas ü PLANOS DE RUPTURA Tensões cisalhantes > Resistência ao cisalhamento 2

ESTADOS DE TENSÕES E CRITÉRIOS DE RUPTURA Geotecnia II ü Tensões Principais σv e σh ü Tensão Normal ou vertical (σv) constituição do solo e histórico de tensões ü Tensão Horizontal (σh) Difícil mensuração f(σv) 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) 3

COEFICIENTE DE EMPUXO EM REPOUSO (Ko) Geotecnia II φ’ ângulo de atrito Ko e φ‘ dependentes do atrito entre as partículas ü Ko Fase de carregamento Constante ü Ko Fase de descarregamento atrito age para impedir o alívio de tensões. 4

TENSÕES NUM PLANO GENÉRICO Geotecnia II ü Tensão atuante não é necessariamente normal ao plano Decomposta em Tensão Normal (σ) e Tensão Cisalhante (τ) ü σ (+) compressão; σ (-) tração ü τ (+) sentido anti-horário; τ (-) sentido horário ü Existem TRÊS planos em que tensão atuante é NORMAL ao próprio plano Tensão Cisalhante = ZERO ü Planos Principais: σ1 (maior intensidade); σ2 (intermediária); e σ3 (menor intensidade) 5

RESISTÊNCIA DOS SOLOS Geotecnia II Atrito 6

Geotecnia II RESISTÊNCIA DOS SOLOS Atrito (continuação. . . ) ü Areias Forças expulsam a água da superfície, logo os contatos ocorrem entre os grãos; ü 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 7

RESISTÊNCIA DOS SOLOS Coesão ü COESÃO REAL parcela da resistência ao cisalhamento de solos devido a atração iônica + cimentação + tensões residuais influenciam bastante nos solos pedologicamente evoluídos Geotecnia II ü COESÃO APARENTE tensões capilares (menisco água-ar); com a saturação do solo, torna-se nula. 8

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 Geotecnia II Coordenadas do Centro α ângulo que forma o Plano Considerado e o Plano Principal maior (σ1) 9

CÍRCULO DE MOHR – Trajetória de Tensões Geotecnia II Curva I: confinante constante e axial crescente. Curva II: confinante decrescente e axial constante. 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. 10

Geotecnia II ESTADO DE TENSÕES ü Pressão neutra atua hidrostaticamente, reduzindo, em igual valor, as tensões normais em todos os planos ü No caso de capilaridade u(-) deslocamento inverso ü Tensões de cisalhamento são independentes da pressão neutra 11

Geotecnia II CRITÉRIOS DE RUPTURA MOHR-COULOMB 12

Geotecnia II CRITÉRIOS DE RUPTURA MOHR-COULOMB 13

Geotecnia II CRITÉRIOS DE RUPTURA MOHR-COULOMB 14

Geotecnia II CÍRCULO DE MOHR 15

ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS Geotecnia II ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO ü Aplica-se uma tensão normal ao plano horizontal e verifica-se a tensão cisalhante que provoca a ruptura ao longo deste plano ü Para cada esforço normal (N), determina-se o esforço tangencial necessário para romper a amostra ao longo do plano horizontal (Tmáx) ü O deslocamento vertical é também medido, indicando a variação volumétrica durante o cisalhamento ü Velocidade cte e baixas (para ñ gerar pressões neutras) 16

ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS Geotecnia II ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL ü Estado hidrostático de tensões (atua em todas as direções) e de um carregamento axial sobre um CP cilíndrico ü 1º CP envolto por uma membrana de borracha em uma câmara de ensaio cheia de água. Aplica-se a tensão confinante (σc). ü 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. ü Tensão desviadora: σd = σ1 - σ3 17

ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL ü Cada etapa solicitação drenada ou não drenada ü Solicitações drenadas adensamento do CP; mede-se a variação volumétrica. Geotecnia II ü Solicitações não drenadas possível medir as pressões neutras geradas Corpo de Prova Rompido 18

ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS Geotecnia II ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL ü 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. ü 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. ü 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. ü Obs: ensaios com medida de pressão neutra barra sobre sigla. Ex: CU 19

RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DAS AREIAS ü Resistência de areias puras ou com teor muito pequeno de finos (< 12%) resistência ao cisalhamento devido contato entre os grãos minerais. Geotecnia II ü Materiais permeáveis (não são geradas pressões neutras nas solicitações) condições drenadas termos de tensões efetivas ü Areias puras (sem presença de finos ou agentes cimentantes) inexiste coesão real. ü Pode ocorrer coesão aparente em areias não saturadas (castelo de areia). 20

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

RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS Geotecnia II ÍNDICE DE VAZIOS CRÍTICO DAS AREIAS ü Índice de vazios no qual a areia não sofre variação de volume (redução ou expansão) com o cisalhamento ü ecrit. Inicialmente redução de volume; seguido de aumento de volume; instante de ruptura (D v = 0) ü Após Ruptura todas as amostras tendem ao ecrit 22

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

RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS FATORES DE INFLUÊNCIA NO NGULO DE ATRITO a) Compacidade relativa b) Tamanho dos grãos Pouco influencia (indiretamente: distribuição granulométrica e compacidade) c) Forma dos grãos Geotecnia II d) Distribuição granulométrica 24

RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS FATORES DE INFLUÊNCIA NO NGULO DE ATRITO e) Rugosidade dos grãos (maior atrito maior resistência) Geotecnia II 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 25

Geotecnia II RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS 26

RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS Curvas tensão x deformação: elevadas Geotecnia II ü AREIAS ü independentes para cada (e 0) ü carregamentos não resultam em reduções do (e) ü compactação por meio de vibrações 27

RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS Curvas tensão x deformação: Geotecnia II ü ARGILAS ü Formam-se com elevados (e) ü (e) baixos f (tensão de pré-adensamento) ü (e 0) f(tensões no solo) 28

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

RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS RESISTÊNCIA DAS ARGILAS TENSÕES EFETIVAS ü Ensaios (CD) triaxiais drenados ü Resistência acima das tensões de Pré Adensamento (reta virgem) ü Resistência abaixo Tensões de Adensamento das Pré 30

RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS ENVOLTÓRIAS DE RESISTÊNCIA ü Até a tensão de PA comportamento curvo; ganho de resistência transformação em reta pelo (c’) ü Após tensão de PA comportamento (prolongamento passa pela origem) reto c‘ intercepto de coesão efetiva (σPA) elevado (c‘) elevado 31

RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS Valores típicos de resistência das Argilas ngulo de atrito f(constituição) inverso ao teor de argila c‘ situa-se entre 05 a 50 k. Pa 32

COMPARAÇÃO Comportamento entre AREIA e ARGILAS Argilas NA Areias FOFAS ü Lento acréscimo de tensão axial com a deformação ü Diminuição de volume no carregamento (σ < σPA) Argilas CONFINADAS Areias COMPACTAS ü Acréscimos mais rápidos de tensão axial ü Resistência de pico para pequenas deformações ü Queda de resistência após atingir valor máx. ü Aumento de volume no processo de cisalhamento Razão de Pré Adensamento e_crítico ü Variação de volume = zero (na ruptura) 33

RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS RESISTÊNCIA DAS ARGILAS TENSÕES TOTAIS ü Ensaios triaxiais (CU) ü Resistência acima das tensões de Pré Adensamento (reta virgem) ü Resistência abaixo Tensões de Adensamento das Pré 34

RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS NORMALMENTE ADENSADAS ARGILAS PRÉ ADENSADAS 35