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30/04/2012
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Controle de Obras
Mecânica dos solos
Prof. Ilço Ribeiro Jr
• Resistência ao cisalhamento das areias
e argilas
2 Prof. Ilço Ribeiro Jr
Solicitações Drenadas
Areias
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O objetivo do ensaio de laboratório é estudar o
comportamento do solo em condições similares
aquelas encontradas no campo e obter parâmetros que
possam descrever este comportamento.
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Como as areias são materiais muito permeáveis, o
excesso de poro-pressão (Δu) gerado por um
carregamento é facilmente dissipado. Por este
motivo, a resistência ao cisalhamento das areias é
geralmente investigada por meio de ensaios
adensados drenados (CD). Exceto no caso de
carregamentos transientes ou cíclicos, como os
terremotos, em que pode haver acréscimos de pressão
neutra ou poro-pressão e liquefação de areias finas e
fofas.
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Para o estudo com areias, utilizam-se dois corpos
de prova com diferentes índices de vazios, sendo
um no estado fofo e outro no estado compacto.No
estado fofo, para ocorrer o deslizamento entre
partículas deve-se vencer apenas o atrito entre os
grãos. No estado compacto, o entrosamento entre
as partículas levará a um esforço adicional para
provocar um deslizamento, sendo necessário um
aumento de volume para que este possa ocorrer.
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Para o estudo com areias, utilizam-se dois corpos
de prova com diferentes índices de vazios, sendo
um no estado fofo e outro no estado compacto.No
estado fofo, para ocorrer o deslizamento entre
partículas deve-se vencer apenas o atrito entre os
grãos. No estado compacto, o entrosamento entre
as partículas levará a um esforço adicional para
provocar um deslizamento, sendo necessário um
aumento de volume para que este possa ocorrer.
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Para a areia fofa, a tensão desviadora cresce com a
deformação axial, e a amostra apresenta contínua
diminuição de volume. A areia compacta atinge um valor
máximo de tensão desviadora, chamada de tensão de pico,
para menores valores de deformação axial. Deformando-se
o corpo de prova após a ruptura, a curva atinge um valor
constante de tensão, denominado tensão residual. Neste
grau de compacidade, devido ao entrosamento entre
partículas, o cisalhamento ocorre com aumento de volume
do corpo de prova. Este comportamento é chamado de
dilatância, e também pode ser representada pela variação
do índice de vazios com a deformação axial.
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Nestes ensaios, o índice de vazios aumenta ou diminui
conforme a compacidade da areia. Para grandes
deformações, entretanto, o índice de vazios da areia no
estado fofo e no estado compacto tende a um mesmo
valor, denominado de índice de vazios crítico (ecrít).
Cisalhando-se uma amostra com o índice de vazios
igual ao crítico, não há variação de volume
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O índice de vazios crítico é obtido por ensaios triaxiais
com a tensão confinante (σc) constante sobre corpos de
prova com diferentes índices de vazios iniciais,
medindo-se as variações de volume no carregamento
axial (tensão desvio - Δσd). Colocando-se em gráfico
as variações de volume, obtém-se por interpolação o
índice de vazios crítico, que é aquele para o qual não
houve variação de volume total.
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Solicitações Drenadas - Areias A experiência tem
demonstrado que a
envoltória de resistência de
areias fofas é praticamente
uma reta passando pela
origem.
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Para areias compactas, a envoltória é curva, mas,
para fins práticos, é possível substituí-la por uma
reta, adotando-se o ângulo de atrito médio para o
nível de tensões envolvido em um problema
prático.
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O fator que mais influencia no valor de “φ” é a
compacidade do solo. O entrosamento entre os grãos pode
ser caracterizado pela compacidade ou pelo índice de
vazios inicial (e0) da amostra, que se for fofa apresentará
maior valor de “e0” que o de uma areia compacta ou densa.
As parcelas de atrito devidas ao deslizamento e ao
rolamento dependem da forma e rugosidade das partículas
que são propriedades intrínsecas do material ensaiado. A
dilatância, ao contrário, depende da compacidade, que é
função do estado em que o material está no momento - fofo
ou denso.
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Na prática busca-se correlacionar os resultados do
numero de golpes obtidos nos ensaio de penetração
estática “SPT” com a compacidade em solos granulares
(areias), sugerida por Meyerhof (1956).
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Outros fatores influenciam na resistência das areias,
como o tamanho das partículas (areias grossas
possuem um ângulo de atrito maior que areias
finas), a forma dos grãos (areias com grãos
angulares apresentam maior resistência que aquelas
que possuem grãos de forma regular), distribuição
granulométrica (quanto mais bem distribuídas
granulometricamente as areias melhor o
entrosamento existente e conseqüentemente maior
o ângulo de atrito).
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Em geral a água tem pouca influência. Areias saturadas
apresentam ângulo de atrito inferiores as areias secas
em aproximadamente 1 a 2º.
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Argilas
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Veremos agora a resistência ao cisalhamento das
argilas solicitadas sob condições drenadas. Isto
significa que todo o excesso de poro-pressão
gerado por um carregamento é dissipado pelo livre
movimento de água nos vazios do solo. O ensaio
CD (consolidado drenado) representa este tipo de
solicitação.
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Inicialmente aplica-se a tensão confinante, provocando um
acréscimo de poro-pressão Δu na amostra. Com a válvula
de drenagem aberta permite-se a consolidação e a
dissipação de Δu. Na maioria dos casos, a duração desta
fase é tipicamente de 24 a 48 horas. Ao final da
consolidação o volume da amostra terá variado e as poro-
pressões serão nulas. Mantendo-se as válvulas de
drenagem abertas, inicia-se a aplicação da tensão desvio
(σ1 - σ3) de forma controlada para que as poro-pressões
também sejam nulas. Sendo as argilas normalmente pouco
permeáveis, a água percola lentamente pelos vazios do
solo, e o ensaio é muito demorado.
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Os ensaios CD em argilas simulam problemas de
engenharia analisados a longo prazo, como
fundações, escavações, aterros, etc. Em análises a
longo prazo, os parâmetros de resistência serão
função das tensões efetivas finais obtidas após a
completa dissipação do excesso de poro-pressão
gerado pelo carregamento.
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Um dos fatores que governa as características de
resistência de argilas saturadas é a história de
tensões da argila. Se a tensão efetiva atual (σ'vo) é
a máxima tensão a que o solo já esteve submetido,
este solo é chamado normalmente adensado
(NA).
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Se, a tensão efetiva em algum momento do passado
(σ'vm) foi maior que a tensão efetiva atual, a argila é
chamada de pré-adensada (PA). O máximo valor de
tensão efetiva passada dividida pelo valor de tensão
efetiva presente é definido como razão de pré-
adensamento - em inglês "over consolidation ratio”
(OCR = σ'vm / σ'v0). Sendo assim, uma argila
normalmente adensada possue OCR = 1; e uma argila
préadensada possui um valor de OCR superior à
unidade.
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O resultado de ensaios para dois corpos de prova
adensados para a mesma tensão confinante, sendo
um normalmente adensado e outro pré-adensado,
está apresentado no slide seguinte.
Analisando-se as curvas tensão por deformação,
verifica-se que o pré-adensamento aumenta a
resistência ao cisalhamento dos solos e diminui sua
compressibilidade.
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As curvas de variação volumétrica indicam que o solo
normalmente adensado diminui de volume na fase de
cisalhamento, portanto de umidade. O solo pré-
adensado apresenta uma ligeira diminuição de volume
no início do carregamento, seguindo de uma aumento
de volume, e portanto de umidade. O comportamento
tensão-deformação, variação volumétrica das argilas
normalmente adensadas e pré-adensadas, apenas para
fixação dos conceitos, é semelhante ao comportamento
das areias fofas e densas respectivamente.
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Solicitações Drenadas - Argilas
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O solo do gráfico anterior foi adensado na natureza
sob uma tensão σ'v0, sendo ensaiado a tensões
confinantes maiores e menores que σ'v0. A
resistência ao cisalhamento deve ser calculada
segundo as formulações usadas para solos pré-
adensados ou normalmente adensados, dependendo
do nível de tensões em que se esteja trabalhando.
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Em argilas normalmente adensadas (NA) o ângulo
de atrito efetivo é muito variável, não existindo
boas correlações, mas verifica-se que o ângulo de
atrito tende a ser menor quanto mais plástico e o
solo.
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