11._Resistencia_ao_cisalhamento_dos_solos

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AULA 5A. Resistência ao
Cisalhamento dos solos
1. Introdução
2. Mecanismos de resistência ao cisalhamento dos 
solos 
3. Critérios de ruptura
4. Resistência ao cisalhamento dos solos
5. Medidas de resistência dos solos em ensaios de 
laboratório
6. Medidas de resistência dos solos em campo
1. Introdução
• Importância do estudo da resistência ao
cisalhamento dos solos no contexto da
Engenharia Ambiental:
– Estudo da estabilidade e colapso de obras tais
como Aterros Sanitários, Barragens de Rejeito, 
Estação de Tratamento de Esgoto e de Águas
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A resistência ao cisalhamento entre dois corpos, devido ao
atrito, é proporcional à força normal atuante e independente
das dimensões do corpo.
 = T = tg 
N
Ângulo de atrito
2.1. Mecanismos de atrito
T = N tg 
T = força necessária para
fazer o corpo deslizar
2. Mecanismos de resistência ao cisalhamento
dos solos
Faixas de valores de ’ para alguns solos
c’ e ’: variam em função do tipo de solo, mas também em função
da tensão de sobreadensamento de argilas e densidade das areias
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2.2. Intercepto de Coesão
Faixa de tensão de 
interesse para obra
Valores 
medidos
Tensão Normal
R
es
ist
ên
ci
a 
ao
 C
isa
lh
am
en
to
c = intercepto de coesão
3.1. Ruptura de um solo
Aumentando-se a tensão aplicada, o material pode se “partir”,
ou seja, romper sob uma deformação de ruptura (F).
P = deformação plástica
e = deformação elástica
F = ruptura
F = deformação na
ruptura
F
RUPTURA
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Não há ruptura para tensões cisalhantes () abaixo do 
valor c + tg, onde c e  são constantes do material e 
é a tensão normal. Ou seja: a envoltória de ruptura de 
Coulomb é definida por uma reta.
3.2. Critério de ruptura de Coulomb
 = c +  sen
5. Medidas de resistência de solos em ensaios de 
laboratório
5.1. Ensaio de cisalhamento direto
Movimento
deslocamento
reação
Superfície de 
deslizamento
Corpo de prova
Força
aplicada Comprimento
L
Superfície de 
ruptura
A força normal aplicada é
conhecida (calcula-se ) e 
mede-se a reação com um 
anel dinamométrico
(calcula-se ). Os 
deslocamentos horizontais e 
verticais são medidos.
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Exemplo de resultado
de um ensaio de 
cisalhamento direto
No ensaio são fixos:
• N 
• velocidade de 
deslocamento
o ensaio é rápido e simples e a preparação de amostras 
é simples;
Vantagens do ensaio de cisalhamento direto
Ex: concreto Superfície de 
deslizamento
Corpo de prova
de solo
ensaio pode ser executado em 
solos de granulometria grossa, 
a exemplo de brita. O atrito 
entre rochas e o ângulo de 
atrito entre solos e outros 
materiais de engenharia pode 
ser medido;
O equipamento pode ser 
utilizado para estimativa da 
resistência ao cisalhamento 
residual, com inversão do 
sentido do deslocamento da 
parte superior do corpo de 
prova várias vezes. 
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AULA 5B. Resistência ao
cisalhamento de areias
1. Introdução
2. Compacidade inicial
3. Fatores que influenciam o ângulo de atrito
medido
4. Comentários finais
1. Introdução
• A resistência ao cisalhamento das areias é, 
em geral, definida em termos de tensões 
efetivas, já que a permeabilidade das areias é
elevada e os carregamentos, em geral, são 
drenados. Exceção: casos de liquefação 
devido a terremotos.
• A resistência ao cisalhamento das areias é
função de : compacidade inicial, tensão 
confinante, tipos de carregamento, 
composição da areia
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Ensaios de cisalhamento direto em areias fofas e 
compactas
Diferença
entre as 
tensões
cisalhantes
máximas (E) : 
movimento
vertical 
devido à
dilatância
Variação
de volume
aumenta
diminui
D = compacta
L = fofa
Deslocamento horizontal
pico
Tensão
cisalhante
Rearranjo inicial dos grãos
Dilatância
Comportamento
friável
Comportamento
dúctil
Resultados típicos de ensaios triaxiais drenados executados
em areias fofas e compactas
Souza Pinto, 2000
fofas compactas
Deformação volumétrica: 
areias compactas expandem
e areias fofas se comprimem. 
Para baixos níveis de tensão
areias apresentam
comportamento dilatante dilatância
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3. Principais fatores que influenciam o valor do 
ângulo de atrito medido
Compacidade
Tensão confinante
Distribuição granulométrica
Formato e tamanho e composição mineralógica dos 
grãos
Presença de água
3.1 Compacidade inicial
(a)areia fofa  apresentam maiores
deformações e menor resistência
(b) Areia compacta  menores
recalques e maior resistência
(c) areia no estado mais compacto
- idealizada
Quanto mais bem graduada é a 
areia – melhor é a compactação.
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Quanto melhor graduada é a areia, maior é o ângulo
de atrito.
3.3. Distribuição Granulométrica
Areias com grão irregulares apresentarão maior ângulo
de atrito. O tamanho dos grãos ou sua composição
mineralógica são menos relevantes.
3.4. Formato e tamanho e composição
mineralógica dos grãos
Ângulo de atrito de areia saturada é aprox. igual ao de 
areia seca. 
O ângulo de atrito de areia não saturada (0<S<100) é
maior devido a fenômenos capilares discutidos
anteriormente.
3.5. Presença de água
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4. Comentários Finais
É difícil a amostragem de areias, de forma a manter a 
estrutura e índice de vazios de campo.
Em geral tenta-se reproduzir em laboratório por pluviação
o estado in situ (índice de vazios). Entretanto, com este
processo não há como reproduzir a estrutura.
Em função disto a avaliação de risco de liquefação, por
exemplo, pode ser feita in situ, através de ensaios com 
dinamite (ciclos de carga induzidos) e através de 
verificação dos valores de SPT.
Exercícios Propostos
Capítulo 13
13.3, 13.5, 13.6, 13.7, 13.10 e 13.12
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AULA 5. Resistência não drenada
(Su) de argilas saturadas
1. Introdução
2. Determinação do valor de Su
3. Comentários finais
1. Introdução
• A resistência não drenada (Su) é a resistência
do solo quando este é submetido a um 
carregamento sem que haja tempo de haver
drenagem;
• Para argilas, que têm a permeabilidade
baixa, a resistência não drenada é mais
relevante que nas areias. 
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2. Determinação do valor de Su
2.1. Ensaio UU
e
Tensões principais
Tensão cisalhante
Tensões
efetivas
Tensões
totais
Su
Ensaio UU- Não importa o valor da tensão confinante do 
ensaio pois como não ocorre acréscimo de tensões efetivas 
durante todo o ensaio, só há um círculo efetivo. e
2.2. Ensaio de Palheta NBR10905
H
D/2
Hipóteses: ensaio não drenado, 
superfície de ruptura é um 
cilindro de mesmas dimensões da
palheta, solo isotrópico e 
distribuição uniforme de tensões, 
desprezado o amolgamento no 
entorno da palheta.
Su = 0,86 T
D3
13
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 5 10 15 20
Su (kPa)
Pr
of
un
di
da
de
 (m
)
Su intacto
Su amolgado
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 10 20 30 40 50
Ângulo de rotação da palheta (graus)
S u
 in
ta
ct
o 
(k
Pa
)
2,0m
2,5m
3,0m
3,5m
4,5m
5,0m
8,0m
Argila muito mole do Recreio, RJ
Exemplo de resultado de ensaios de palheta em várias
profundidades
3. Comentários Finais
O comportamento de argilas é em geral não
drenado, caracterizado pela resistência não drenada
Su medida em ensaios UU em laboratório e em
ensaios de palheta em campo.
Argilas saturadas quando submetidas a ensaios
drenados exibem ângulo de atrito ´ ≠ 0 e c´ ≈ 0 
(para níveis de tensões elevados).
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Exercícios Propostos
Capítulos 14 e 15
14.10, 15.2, 15.3 e 15.8