Trabalho_Geologia_Estrutural_Gabriel_Santos

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TRABALHO DE GEOLOGIA ESTRUTURAL 
 TENSÃO E RUPTURA 
 
Aluno: Gabriel Santos Pinto – 2021072023 
 
1) Consiste na determinação dos parâmetros de resistência ao cisalhamento dos solos que é 
utilizado principalmente para cálculos de fundações e pavimentos em estradas e rodovias. 
A principal vantagem de se utilizar o ensaio triaxial se deve ao fato de ser o método que 
mais se aproxima as condições reais do solo, pois é possível simular as cargas axiais e 
radiais que o solo está submetido. Os principais tipos de ensaio de compressão triaxial 
estático são: Ensaio de compressão não confinada, Ensaio não consolidado não drenado, 
Ensaio consolidado não drenado, e Ensaio consolidado drenado. O ensaio triaxial serve para 
determinar as propriedades mecânicas dos solos ou rochas: resistência ao cisalhamento ou 
resistência ao corte e comportamento tensões-deformações, de tal modo que realiza a 
medição das tensões aplicadas em um corpo de prova em 3 direções distintas. Seus 
principais elementos são: Prensa eletromecânica, Sistema de pressurização, Célula triaxial, 
Célula de carga, e LVDT. 
 
 
 
Representa a configuração de carregamento padrão 
em triaxial plataformas. A carga axial 𝜎𝑎 e a pressão 
confinante 𝑃𝑐 são controladas de forma independente. 
 
 
 
 
 
Representa a configuração onde uma torção é 
adicionada à compressão axial e à pressão de 
confinamento. Essa configuração permite que grandes 
deformações de cisalhamento se acumulem. 
 
 
 
2) Haja vista que uma deformação se dá pela alteração das rochas pela ação de forças de tensão 
exercidas sobre o material rochoso, temos que as taxas de deformação, quando elevadas 
(por exemplo, durante um terremoto), as rochas que se comportariam ductilmente sob 
condições normais podem se fraturar. Inversamente, se a taxa de deformação é lenta as 
rochas podem se deformar plasticamente sob a aplicação de esforços relativamente 
modestos a relação entre a taxa de deformação e a tensão de cisalhamento não é constante. 
A deformação é a razão de dois comprimentos, portanto é uma quantidade sem dimensão 
(um número que não depende da escolha das unidades de medida). Assim, a taxa de 
deformação está em unidades de tempo inverso (𝑠−1). 
 
 
3) Tratando-se de um período de 365 dias, é considerada a lógica: 
365 dias*24 horas*60 minutos*60segundos = 31,5 ∙ 106𝑠 
 
 
4) O Círculo de Mohr é uma forma gráfica de resolver um estado de tensões. É uma 
representação gráfica de estresse e tensão em diferentes planos para um corpo estressado 
em um espaço bidimensional. O conceito do círculo de Mohr é usado em Mecânica de Solo 
e Força de Materiais para encontrar o estresse e as cepas em diferentes planos. Para 
descobrir a tensão normal e a tensão de cisalhamento em um plano com a ajuda deste 
método, poucos termos são usados. Estes termos são os seguintes. 
 
Tensão principal: É a tensão normal máxima ou mínima agindo no plano em que a tensão de 
cisalhamento é zero. A tensão normal máxima é conhecida como a tensão principal e a tensão 
normal mínima é conhecida como a tensão principal menor e estes são representados como σ1 e 
σ2, respectivamente. 
 
Tensão máxima de cisalhamento: É a tensão máxima de cisalhamento agindo no plano do 
corpo tensionado 2-D geral. É representado por τmax e é igual ao raio do Círculo de Mohr. No 
plano de tensão máxima de cisalhamento, a tensão normal não é zero. 
 
5) Tendo em vista os conceitos que regem os testes de tensão triaxial, sabe-se que são usados 
para traçar os círculos de Mohr e incluem o ângulo do plano da tensão principal máxima 
em que a amostra de rocha falhou. As tensões normais e de cisalhamento nesse plano no 
instante da falha podem ser calculadas e plotadas como um ponto no círculo de Mohr. 
Assim, a envoltória de Mohr pode ser representada por uma linha de melhor ajuste 
conectando os valores de falha de tensão normal e de cisalhamento para vários círculos de 
Mohr. Se dá pelo lugar geométrico de todas as tensões normais e de cisalhamento na ruptura 
para um determinado material rochoso. A envoltória da falha de Mohr delineia estados de 
tensão estáveis e instáveis para um determinado material rochoso. 
 
 
6) Esta teoria se desenvolveu para análise das forças internas de resistência nos maciços 
pulverulentos (granulares). “Na superfície de contato entre o plano inclinado e o corpo de 
peso P temos o desenvolvimento da força de atrito de contato Fa de mesma direção e sentido 
contrário a T”, como mostra a seguinte figura. O plano pode se movimentar fazendo-se 
variar o ângulo: 
 
Forças geradas em um plano inclinado, sob um corpo de peso P. 
 
No momento em que o ângulo deixa de ser zero o peso do corpo P deixa de agir integralmente 
sobre o plano horizontal, passando a agir duas componentes: 
 N = tensão normal principal maior, agindo em valor absoluto sobre o plano principal maior, 
no caso o horizontal; 
 T = componente tangencial no plano, que tende a fazer o corpo deslizar, sobre o plano, por 
anteposição a força Fa; 
 𝐹𝑎 = Força de atrito. Quanto mais ásperas forem a superfícies de contato, maior será (Fa) e 
quando mais lisa e/ou lubrificada menor será. 
No caso de maciços pulverulentos, em que se considera uma quantidade granular (agregado, 
como exemplo, areia seca), a única força de resistência interna será o atrito de contato grão a 
grão. Portanto, só haverá força interna de atrito. Logo, o fenômeno será idêntico à análise da 
física feita no plano inclinado. 
No caso de maciços de solos que possuam também ligantes (fração fina, como por exemplo, 
argila) com desenvolvimento de coesão (ligação dos grãos por atração físicoquímica, 
contribuindo na de resistência ao cisalhamento) haverá um aumento de tensão interna de 
resistência ao cisalhamento do material, devido a esse acréscimo de resistência interna, tensão 
de tração, que será representada por “c”, assim a nova equação ficará:  = c +  tg  , tal 
que: 
 = componente tangencial no plano; 
 = componente normal ao plano; 
tg = coeficiente de atrito interno do material (coeficiente angular da reta). 
 
 
7) Explicada na questão 5. 
 
 
 
8) Pode-se abordar os seguintes ensaios para determinação da resistência ao cisalhamento do 
solos: 
 
• Ensaio de cisalhamento direto: onde é executado em uma caixa metálica bipartida, 
deslizando-se a metade superior do corpo de prova em relação à inferior. O corpo de 
prova é inicialmente comprimido pela forca normal “N”, seguindo-se a aplicação da 
forca cisalhante “T”. Esta força impõe um deslocamento horizontal (∆l) à amostra até 
a ruptura do corpo de prova (que ocorre ao longo do plano XX). Para cada tensão 
normal aplicada (σ = N/A), obtém-se um valor de tensão cisalhante de ruptura (τ = 
Tcis/A), permitindo o traçado da envoltória de resistência. Assim, podemos 
representar pelos seguintes esquemas: 
 
As curvas tensão cisalhante por deformação, variação de volume por deformação e a 
envoltória de resistência estão representadas pelos itens a, b e c, respectivamente. 
 
 
• Ensaio Triaxial: O ensaio triaxial é o mais comum e versátil ensaio para a determinação 
da resistência ao cisalhamento do solo. O equipamento consiste basicamente de uma câmara 
cilíndrica transparente e resistente assentada sobre uma base de aluminio, no interior da qual 
e colocado um corpo de prova cilíndrico revestido por uma membrana de borracha 
impermeável sob um pedestal, do qual há uma ligação com a base da célula. Entre o pedestal 
e amostra utiliza-se uma pedra porosa para facilitar a drenagem. A câmara é preenchida 
com água, cuja finalidade e transmitir pressão à amostra. Assim, podemos representar pelos 
seguintes esquemas: 
 
O ensaio triaxial é executado em duas etapas distintas: (a) aplicação da tensão confinante (σc), 
e (b) aplicação da tensão desviadora (σd). 
 
 
• Ensaio de compressão simples: É utilizado para determinar a resistência não drenadade 
solos argilosos (Su ou Cu). A tensão confinante é nula, e o valor da tensão que provoca a 
ruptura do corpo de prova é denominado de resistência à compressão simples (RCS). 
 
curva obtida de tensão cisalhante (carga / área da amostra) por deformação axial (εa) 
 
 
Em solos puramente coesivos a coesão (Su) é igual a metade da resistência à compressão 
simples obtida do diagrama de Mohr, tendo assim: 
 
 
Diagrama de Mohr aplicado ao ensaio de compressão simples. 
 
 
 
 
 
 
• Ensaio de palheta ou vane test: É determinada a resistência ao cisalhamento não drenada 
(Su ou Cu) de argilas "in situ". O ensaio consiste na cravação de uma palheta, e em 
medir o torque necessário para cisalhar o solo, segundo uma superfície cilíndrica de 
ruptura, que se desenvolve ao redor da palheta, quando se aplica ao aparelho uma 
velocidade constante e igual a 6 graus por minuto. O momento resistente máximo 
gerado, se deve a área lateral e as áreas da base, como se apresenta a seguir: 
 
 
9) A ruptura é um estado de tensões arbitrário, o qual é escolhido na curva tensão x 
deformação, dependendo do critério de ruptura escolhido. Independente do critério de 
ruptura, em geral trabalha-se com o conceito de Envoltória de ruptura (ou de resistência) a 
qual define o lugar geométrico dos estados de tensão na ruptura. Assim sendo, estados de 
tensão inferiores aos da envoltória correspondem a situações de estabilidade. A região 
acima da envoltória corresponde a estados de tensão impossíveis de ocorrer. Assim, 
considera-se os seguintes critérios de ruptur: 
• Critério de Rankine: a ruptura ocorre quando a tensão de tração se iguala à tensão 
normal máxima (max) observada em ensaio de tração; 
• Critério de Tresca: a ruptura ocorre quando a tensão de cisalhamento se iguala à tensão 
de cisalhamento máxima (max) observada em ensaio de tração; 
• Critério de Mohr: a ruptura ocorre quando no plano de ruptura a combinação das 
tensões normais e cisalhantes (,) é tal que a tensão de cisalhamento é máxima; isto é 
f = f(). Esta combinação de tensões, avaliada através do círculo de Mohr, resulta numa 
em uma Envoltória curva que circunscreve os círculos correspondentes à ruptura. 
• Critério de Mohr-Coulomb: este critério é assume que a Envoltória de Mohr é definida 
por uma linha reta, definida pela equação:  = c +  tg  (explicada na questão 6) 
 
É importante observar que para um determinado solo, a Envoltória de Ruptura varia em 
função do tipo de ensaio; isto é, c´e  variam com: 
I) condições de drenagem 
II) velocidade de ensaio (argilas) 
III) direção do ensaio (solo anisotropico) 
IV) trajetória de tensões (variação de 2) 
V) compacidade da amostra 
 
10) A diferença entre ambos os valores é muito importante no estudo do comportamento de 
alguns tipos de rochas. Em rochas frágeis os valores que indicam a tensão máxima que um 
material pode suportar antes de romper estão muito próximos e coincidem, o que não ocorre 
no caso de rochas com comportamento dúctil. Dessa forma, aumentando-se gradativamente 
a força externa que atua em um determinado corpo, ocorrerá, finalmente, a destruição ou 
ruptura do mesmo. 
 
 
11) Um exemplo de transformação de Pa a Bar, pode ser representado da seguinte maneira: 
 
15000 𝑃𝑎 ∙ (
1,0 𝐵𝑎𝑟
100000𝑃𝑎
) = 0,15 𝐵𝑎𝑟 
 
 
14) Haveria o deslizamento. Para compreender esse conceito, considera-se o Teste de 
Markland, onde é possível identificar a situação de escorregamento dum bloco ao longo de 
um dos planos descolando do outro. Assim, temos que: durante o deslizamento duma cunha 
o contacto for mantido ao longo dos planos de duas descontinuidades da base, então o 
movimento dar-se-á obrigatoriamente na direcção da linha de intersecção daqueles planos, 
devendo esta linha intersectar a face do talude. Por outras palavras, para haver deslizamento 
do bloco, o pendor da linha de intersecção das descontinuidades deve ser menor que o 
pendor (ou mergulho) aparente do plano da face do talude, medido este na direcção da linha 
de intersecção.