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

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

2 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 2 Geotecnia II

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

4 COEFICIENTE DE EMPUXO EM REPOUSO (Ko) 4 Geotecnia II 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.

5 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 5 Geotecnia II

6 RESISTÊNCIA DOS SOLOS 6 Geotecnia II Atrito

7 RESISTÊNCIA DOS SOLOS 7 Geotecnia II 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

8 RESISTÊNCIA DOS SOLOS 8 Geotecnia II 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

9 α ângulo que forma o Plano Considerado e o Plano Principal maior (σ1) CÍRCULO DE MOHR 9 Geotecnia II É possível determinar as Tensões em qualquer plano; desde que se conheças as duas Tensões Principais (σ v e σ h ) ou as Tensões Normais e de Cisalhamento em dois planos quaisquer Coordenadas do Centro Raio Máx. τ α = 45º

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

11 ESTADO DE TENSÕES 11 Geotecnia II 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

12 CRITÉRIOS DE RUPTURA MOHR-COULOMB 12 Geotecnia II

13 CRITÉRIOS DE RUPTURA MOHR-COULOMB 13 Geotecnia II

14 CRITÉRIOS DE RUPTURA MOHR-COULOMB 14 Geotecnia II

15 CÍRCULO DE MOHR 15 Geotecnia II

16 ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS 16 Geotecnia II 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)

17 ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS 17 Geotecnia II 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

18 ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS 18 Geotecnia II 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

19 ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS 19 Geotecnia II 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

20 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS 20 Geotecnia II 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).

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

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

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

24 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS 24 Geotecnia II 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

25 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS 25 Geotecnia II 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 água Areias saturadas muito pequena Areia não saturadas ganho de resistência - coesão aparente

26 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS 26 Geotecnia II

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

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

29 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS 29 Geotecnia II 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)

30 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS 30 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

31 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS 31 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

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

33 33 COMPARAÇÃO Comportamento 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)

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

35 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS 35 ARGILAS NORMALMENTE ADENSADAS ARGILAS PRÉ ADENSADAS


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