RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO

Apresentação em tema: "RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO"— Transcrição da apresentação:

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

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 Geotecnia II

3 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) - Se carregarmos uma área com uma camada de solo, a TENSÃO VERTICAL aumentará proporcionalmente ao Y (peso específico) x H (altura); porém devido aos atritos entre as partículas, as TENSÕES HORIZONTAIS não aumentam com a mesma intensidade. 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)
φ’ (argila) < φ’ (areia) Equações válidas apenas para solos SEDIMENTARES Para solos RESIDUAIS ou solos que sofreram TRANSFORMAÇÕES PEDOLÓGICAS  dependerá das tensões internas originais da rocha ou dos processos de evolução (DIFÍCIL MENSURAÇÃO) 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 TENSÕES NUM PLANO GENÉRICO
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) Tensão Cisalhante atua tangencialmente; Geotecnia II

6 RESISTÊNCIA DOS SOLOS Atrito
Atingido esse ângulo, a componente tangencial é maior do que a resistência ao deslizamento, que depende da componente normal. Geotecnia II

7 RESISTÊNCIA DOS SOLOS Atrito (continuação...)
Geotecnia II 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 Coesão
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. Geotecnia II

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

10 CÍRCULO DE MOHR – Trajetória de Tensões
Crescente e decrescente apresentam comportamentos semelhantes. Caso III – não ocorre ruptura 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 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
As envoltórias são curvas (difícil aplicação), logo são ajustadas a retas; Geotecnia II

13 CRITÉRIOS DE RUPTURA MOHR-COULOMB
Geotecnia II

14 CRITÉRIOS DE RUPTURA MOHR-COULOMB
Geotecnia II

15 CÍRCULO DE MOHR Solução através das EQUAÇÕES ou mesmo GRAFICAMENTE
Plano principal maior  perpendicular ao carregamento a) σ = 205 kPa; τ = 60,62 kPa b) Coord. do Centro = (170; 0); 2alfa = 32,31º; τ = 63,24 kPa OU Equação do σ  descobre-se 2alfa c) Geotecnia II

16 ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS
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) Residual  tensão em que o corpo de prova ainda sustenta após a ruptura. d = deformação Geotecnia II

17 ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS
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. Geotecnia II Tensão desviadora: σd = σ1 - σ3

18 ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS
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 CD  consolidated drained CU  consolidated undrained UU  unconsolidated undrained Geotecnia II Corpo de Prova Rompido

19 ENSAIOS – RESISTÊNCIA DOS SOLOS
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 CD  consolidated drained CU  consolidated undrained UU  unconsolidated undrained Geotecnia II

20 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS
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). Geotecnia II

21 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS
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. Ensaio Triaxial CD E  deformação axial O processo de cisalhamento das areias fofas provoca uma reacomodação das partículas, que se dá com a redução do volume; Cisalhamento das areias compactas exige um aumento de volume; Geotecnia II Pico Residual

22 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS
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 Areia FOFA  tende a compactar Areia COMPACTA  tende a dilatar Acidentes geotécnicos = TERREMOTOS Geotecnia II

23 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS
ÍNDICE DE VAZIOS CRÍTICO DAS AREIAS Carregamentos sem possibilidade de drenagem (principalmente areia fina) Terremotos ou queda de avião nas proximidades Fundações de usinas nucleares devem ser levadas em conta tremores FOFA  ÁGUA TENDE A SAIR DE UMA VEZ COMPACTA  ÁGUA TENDE A ENTRAR NOS VAZIOS DE UMA VEZ Geotecnia II (Ganho de Resistência)

24 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS
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 e) rugoso  maior atrito dos grãos Geotecnia II

25 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS
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 e) rugoso  maior atrito dos grãos Geotecnia II

26 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - AREIAS
Geotecnia II

27 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS
Curvas tensão x deformação: AREIAS independentes para cada (e0) carregamentos não resultam em elevadas reduções do (e) compactação por meio de vibrações Geotecnia II

28 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS
Curvas tensão x deformação: ARGILAS Formam-se com elevados (e) (e) baixos  f (tensão de pré-adensamento) (e0)  f(tensões no solo) Geotecnia II

29 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS
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) Geotecnia II

30 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS
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 NA  tensões atuantes ACIMA das tensões de PA (a)  curva tracejada  (e0) caso o solo não tivesse sido PA; 04 a 08 (trecho NA) (b)  Carregamentos axiais  tensões desviadoras crescem lentamente com as deformações verticais (c) e (g)  corpos de prova com redução de volume (tensões confinantes maiores do que tensões de PA) OCORRE DIMINUIÇÃO DA RESISTÊNCIA  DEVIDO A PRESSÕES POSSITIVAS

31 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS 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
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 Comportamento entre AREIA e ARGILAS
COMPARAÇÃO Comportamento entre AREIA e ARGILAS Argilas NA  Areias FOFAS Lento acréscimo de tensão axial com a deformação Diminuição de volume no carregamento (σ < σPA) 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 Razão de Pré Adensamento  e_crítico Variação de volume = zero (na ruptura)

34 RESISTÊNCIA DOS SOLOS - ARGILAS
RESISTÊNCIA DAS ARGILAS  TENSÕES TOTAIS Ensaios triaxiais (CU) Resistência acima das tensões de Pré Adensamento (reta virgem) Resistência abaixo das Tensões de Pré Adensamento - NÃO HÁ VARIAÇÃO DE VOLUME; SOMENTE DE U

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