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RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Geote
cnia
II
Prof. : João Guilherme Rassi Almeida
Disciplina: Geotecnia 2
Pontifícia Universidade Católica de Goiás
ESTADOS DE TENSÕES E CRITÉRIOS DE RUPTURA
SOLOS Resistem bem 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
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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)
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Ko coeficiente de empuxo em repousoAreias: 0,4 e 0,5Argilas: 0,5 a 0,7Proporcional ao IP do solo
↑Ko RSA (Razão de Sobreadensamento ou Pré-adensamento); se RSA > 4 Ko > 1 (RSA = σ_máx / σ_atual)
COEFICIENTE DE EMPUXO EM REPOUSO (Ko)
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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.
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)
TENSÕES NUM PLANO GENÉRICO
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RESISTÊNCIA DOS SOLOS
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Atrito
RESISTÊNCIA DOS SOLOS
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Atrito (continuação...)
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
RESISTÊNCIA DOS SOLOS
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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.
Coesão
α ângulo que forma o Plano Considerado e o Plano Principal maior (σ1)
CÍRCULO DE MOHR
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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
Coordenadas do Centro
Raio Máx. τ α = 45º
CÍRCULO DE MOHR – Trajetória de Tensões
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Curva III: confinante decrescente e axial crescente com iguais valoresabsolutos.Curva IV: confinante eaxial crescentes numa razãoconstante.Curva V: confinante eaxial variáveis em razões diversas.
Curva I: confinante constante e axial crescente.Curva II: confinante decrescente e axial constante.
ESTADO DE TENSÕES
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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
CRITÉRIOS DE RUPTURA MOHR-COULOMB
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CRITÉRIOS DE RUPTURA MOHR-COULOMB
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CRITÉRIOS DE RUPTURA MOHR-COULOMB
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CÍRCULO DE MOHR
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ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS
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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 romper a 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)
ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS
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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.
Tensão desviadora: σd = σ1 - σ3
ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS
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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
Corpo de Prova Rompido
ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS
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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
RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS
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RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DAS AREIAS
Resistência de areias puras ou com teor muito pequeno de finos (< 12%) resistência ao cisalhamento devido contato 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).
RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS
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Ensaio Triaxial CD Areia fofa↑σd ↑ε; até σd(max)Redução Volumétrica
Areia compactaTrês 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.
Pico
Residual
RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS
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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 (D v = 0)
Após Ruptura todas as amostras tendem ao ecrit
RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS
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ÍNDICE DE VAZIOS CRÍTICO DAS AREIAS
Carregamentos sem possibilidade de drenagem (principalmente areia fina) Terremotos ou queda de avião nas proximidades
(Ganho de Resistência)
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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
RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS
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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 águaAreias saturadas muito pequenaAreia não saturadas ganho de resistência - coesãoaparente
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RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS
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Curvas tensão x deformação:
AREIAS independentes para cada (e0) carregamentos não resultam em elevadas
reduções do (e) compactação por meio de vibrações
RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS
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Curvas tensão x deformação:
ARGILAS Formam-se com elevados (e) (e) baixos f (tensão de pré-adensamento) (e0) f(tensões no solo)
RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS
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Resistência das Argilas Baixa permeabilidade (carregamento drenado ou não drenado)
Carregamento Drenado (CD) ( D volume ≠ 0 e D u = 0)
Carregamento não drenado (CU) (D volume = 0 e D u ≠ 0)
RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS
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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
RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS
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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
RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS
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Valores típicos de resistência das Argilas
Ângulo de atrito f(constituição) inverso ao teor de argila
c‘ situa-se entre 05 a 50 kPa
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COMPARAÇÃOComportamento entre AREIA e ARGILAS
Argilas NA Areias FOFAS Lento acréscimo de tensão axial com a
deformação Diminuição de volume no carregamento
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
(σ < σPA)
Razão de Pré Adensamento e_crítico Variação de volume = zero (na ruptura)
RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS
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RESISTÊNCIA DAS ARGILAS TENSÕES TOTAIS
Ensaios triaxiais (CU)
Resistência acima das tensões de Pré Adensamento (reta virgem)
Resistência abaixo das Tensões de Pré Adensamento
RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS
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ARGILAS NORMALMENTE ADENSADAS
ARGILAS PRÉ ADENSADAS