Resistência de Solos e Rochas - Mecânica dos Solos e das Rochas

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RESISTÊNCIA DOS MACIÇOS ROCHOSOS 
Os de solos resduais exibem
feições mineralógicas ou
litológicas preservadas no solo
residual (veio granítico que
corta os gnaisses (leptinitos),
nos taludes do Parque Darke
de Mattos, em Paquetá, podem
representar , eventualmente,
zonas de contraste de
permeabilidade nestes perfis.
Zonas ricas em mica,
nos gnaisses ricos em
biotita, no talude a
montante do
Rebouças, foram um
condicionante da
ruptura em 2007.
Feições estruturais
preservadas no solo
residual, como os
diques FALHADOS! de
diabásio nos taludes
marginais do Paraíba
do Sul, em Itaocara
(rJ), significam que as
falhas são
neotectônicas.
Perfis de Intemperismo muito 
heterogêneos
RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS GEOLÓGICOS - ROCHAS / SOLOS 
Zonas mais ricas em
minerais de maior tamanho
(quartzo), como no
Condomínio Jardim
Califórnia, em Nova
Friburgo, impõem contraste
de resistência à erosão e
mecânica.
Os de solos transportados são naturalmente
heterogêneos, mormente quando observados
verticalmente, e isto pode explicar a existência
de contrastes de permeabilidade e resistência
ao longo do perfil, como nestes cortes de
estrada no recôncavo Baiano - (a), com
textura arenosa na base e argilosa no topo; e
na Cidade de Deus – (b), com um solo
chamado rudáceo, típico de um clima árido
(de período geológico anterior), composto por
seixos facetados, transportados por chuvas
episódicas e muito fortes.
Nos ambientes sedimentares
“mais recentes”, de baixadas
topográficas, os contrastes de
permeabilidade e resistência
nos perfis de solo estão
relacionados à ação da água
(hidromorfismo). Este é o caso
de um trincheira aberta pelo
nosso Mestre Franklin no
Conjunto Habitacional Jardim
Maravilha, em Guaratiba, na
zona oeste do rio de Janeiro,
com textura arenosa “limpa” na
base – porque os grãos de
argila foram deslocados para
maiores profundidades - e mais
fina no topo, onde se acumula a
matéria orgânica.
Perfil de alteração proposto por Deere e Patton (1971)
Perfil de solo proposto para a região das bordas da bacia de Curitiba
RESISTÊNCIA DOS MATErIAIS GEOLÓGICOS - ROCHAS / SOLOS 
vitor
Manuscrito
RESISTÊNCIA DOS MATErIAIS GEOLÓGICOS - ROCHAS / SOLOS 
RESISTÊNCIA DOS MATErIAIS GEOLÓGICOS - ROCHAS / SOLOS 
(1) respeitar a heterogeneidade, a anisotropia e as
descontinuidades dos materiais geológicos, e atentar
para a variação das condições de contorno, com
destaque para o tipo de solicitação. A resposta de
resistência à compressão, à tração e ao
cisalhamento, em especial desta última, deve se
basear na observação da Natureza
RESISTÊNCIA DOS MATErIAIS GEOLÓGICOS - ROCHAS / SOLOS 
vitor
Manuscrito
O comportamento mecânico dos Materiais Geológicos, com propriedades diferentes em pontos e direções
diferentes, submetidos a diferentes ações mecânicas ao longo de milhares de anos, é ditado pela sua
Resistência a um determinado estado de tensão imposto, cujo ponto máximo corresponde a sua ruptura local ou
total. Isto é traduzido pelos critérios de ruptura (equações que separam as condições aceitáveis das condições
inadmissíveis).
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RESISTÊNCIA – Ensaio de compressão simples
• Trajetória de tensão - Compressão Simples
O tipo mais comum é o A. Devido ao contato da amostra com as placas
“confinantes”, as tensões radiais não são permitidas. Nas regiões 1 e 2 se
desenvolvem tensões de compressão; já nas regiões 3 e quatro existem tensões
de tração.
Se o atrito no contato amostra-placa for eliminado (o que não pode ser realmente
alcançado), então as fraturas “idealizadas” serão naturalmente de tração, e o
espécime terá a tendência de split axialmente, como mostra B.
No entanto, se o atrito for eliminado numa certa extensão, a partir da cobertura da
placa do contato com um lubrificante, então, uma combinação de tensões de tração
e cisalhamento pode se impor, tal como em C.
Figura: Típicos modos de ruptura em testemunhos cilíndricos de rocha submetidos
à compressão uniaxial.
O ponto máximo de resistência à ruptura depende da orientação das feições
estruturais na amostra, em relação à direção de carregamento. Logo, o valor
mínimo de rCU vai ser alcançado se o testemunho ensaiado tiver estas feições
coincidindo com as direções de ruptura por cisalhamento.
Isto não diminui a importância do ensaio de laboratório, muito pelo contrário; ele 
serve para definir a influência de uma gama de parâmetros sobre o comportamento 
mecânico das rochas, inclusive da fluência. Ademais, em profundidade as fraturas 
vão se fechando, logo, a deformabilidade tende a ser a indicada na rocha. 
Material qu (MPa) qu/To
Arenito 214,0 26,3
Basalto 148,0 11,3
Calcário 51,0 32,2
Dolomito 90,3 29,8
Folhelho 75,2 36,3
Gnaisse 74,1 ND
Granito 141,1 12,1
Mármore 66,9 37,4
Quartzito 320,0 29,1
Siltito 122,7 41,5
Valores típicos de resistência à compressão uniaxial (qu) e relação
entre a resistência à compressão uniaxial e a resistência à tração
indireta (qu/To). (FONTE: Goodman, 1989).
vitor
Manuscrito
RESISTÊNCIA – Ensaio de Tração
ENSAIO DE TRAÇÃO DIRETA: ensaio que apresenta dificuldades em sua realização,
principalmente ligadas ao acoplamento da garra e à manutenção da “axialidade” do
carregamento. Devido às dificuldades de execução é utilizado com menor frequência do que o
ensaio de tração indireta.
vitor
Manuscrito
ENSAIO DE TRAÇÃO INDIRETA / COMPRESSÃO DIAMETRAL
Chamado de ensaio brasileiro, o procedimento é executado em um disco e consiste
basicamente na aplicação de carregamento compressivo ao longo de sua geratriz. A ruptura
produzida por tensões de tração, teoricamente uniformes, atuantes na região central do
diâmetro carregado. É interessante ressaltar que, além de o plano de ruptura da amostra ser
imposto pelas condições do ensaio, a ruptura é produzida por um estado de tensão mais
acentuadamente biaxial do que uniaxial. Apesar desses inconvenientes, ensaio brasileiro é uma
boa alternativa para se estimar a resistência à tração das rochas, devido a sua facilidade de
execução, de preparação dos corpos-de-prova, de adaptação em máquinas de ensaio de
compressão e ao custo reduzido em relação aos ensaios de tração direta.
vitor
Manuscrito
CISALHAMENTO DIRETO
ENSAIO DE CISALHAMENTO DIVETO EM OCHA
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320
Tensão normal (KPa)
T
en
sã
o
 c
is
a
lh
a
n
te
 (
k
P
a
)
"Rotina 1"
"Rotina 2"
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 50 100 150 200 250 300 350
Tensão normal (kPa)
T
en
sã
o
 c
is
a
lh
a
n
te
 (
k
P
a
)
c' = 0 kPa
°
RESISTÊNCIA – ENSAIO TRIAXIAL
O ensaio consiste na compressão axial do cilindro de rocha
com aplicação simultânea de pressão confinante. Na ruptura o
estado de tensões é dado por: σ1 –> carga axial aplicada na
amostra; σ3 –> pressão confinante aplicada na amostra; Δσ=
σ1- σ3 –> tensão desviadora aplicada na amostra.
O efeito de confinamento, em ensaios triaxiais de rochas, é
obtido por meio da aplicação de óleo sob pressão na câmara
triaxial, onde é colocada a amostra de rocha envolvida por uma
membrana impermeável. Quanto maior a pressão confinante,
maior a resistência. Algumas células triaxiais podem permitir
que a variação da poropressão e da permeabilidade seja
determinada.
Trajetória de tensão UU
Trajetória de tensão CD
Trajetória de tensão CU
As argilas diferenciam-se das areias pela sua baixa permeabilidade, razão pela
qual é importante o conhecimento de sua resistência tanto em termos de
carregamento drenado como não drenado. Por outro lado, o comportamento
tensão-deformação das argilas, quando submetidas a um carregamento típico
de adensamento, é bem distinto do comportamento das areias, que apresentam
curvas tensão-deformação independentes para cada índice de vazios, já que
este reflete as condições de sua disposição na natureza. Carregamentos
posteriores, quenão criem tensões desviadoras elevadas, não produzem
grandes reduções de índices de vazios.
Argilas formam-se sempre com elevados índices de vazios. Quando as
mesmas apresentam índices de vazios baixos, estes correspondem a um
pré-adensamento, logo, carregamentos posteriores que não criem
tensões desviadoras elevadas, não produzirão reduções significativas dos
índices de vazios. Por conta disto, é possível que diversas amostras de
argila, com diferentes índices de vazios iniciais, apresentem curvas
tensão-deformação semelhantes, já que após se atingir a pressão de pré-
adensamento, todas se fundem numa única reta virgem.
vitor
Manuscrito