(Aula 02 - Resistência ao cisalhamento dos solos.ppt [Modo de Compatibilidade])

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SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-
ÁRIDO
Departamento Ciências Ambientais e Tecnológica
Disciplina – Mecânica dos Solos II.
Professor: Francisco Alves da Silva JúniorProfessor: Francisco Alves da Silva Júnior
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Mossoró, 29 de Agosto de 2011
1 Introdução
Solos como outros materiais possuem boa capacidade de resistirem a
esforços de compressão, mas tem limitada resistência a tração e ao cisalhamento.
Nos solos a ruptura é caracterizada por deslocamentos relativos entre
partículas (cisalhamento – corte) – desprezadas as deformações referentes aos
grãos e aos fluidos nos vazios.
A ruptura dos solos é quase sempre um fenômeno de cisalhamento,
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
A ruptura dos solos é quase sempre um fenômeno de cisalhamento,
quando uma sapata de fundação é carregada até a ruptura ou quando ocorre o
escorregamento de um talude. Apenas em casos muito especiais é que ocorre
ruptura por tensões de tração.
Resistência dos solos Resistência ao cisalhamento dos 
solos
1 Introdução
Uma das propriedades fundamentais de comportamento dos solos,
relacionada com o suporte de soluções de problemas de Engenharia geotécnica:
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Resistência ao cisalhamento dos solos
Estabilidade de 
taludes (naturais, 
cortes e aterros)
Estabilidade de 
aterros sobre solos 
moles
Estabilidade de barragens Capacidade de carga dos solos sob 
fundações
2 Tensões no solo
Solos material trifásico meio descontínuo.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Para a mecânica dos solos, por simplificação, os solos são considerados
materiais contínuos deformáveis, na maioria das vezes homogêneos e isotrópicos.
Aplicação da teoria da elasticidade e plasticidade.
Esforços devido ao peso próprio +
sobrecargas geram tensões em pontossobrecargas geram tensões em pontos
no interior do maciço de solo
Tensões normais (σσσσ) – perpendicular
ao plano;
Tensões cisalhantes (ττττ) – paralela ao
plano
2.1 Tensões principais
Planos principais planos ortogonais entre si onde as tensões
cisalhantes são nulas.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
σσσσ1 tensão principal maior;
σσσσ2 tensão principal intermediária;
Tensões principais tensões normais atuantes nos planos principais.
2
σσσσ3 tensão principal menor.
Para perfis de solos com superfície horizontal o plano principal maior é
a horizontal
2.2 Estado plano de tensões
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
No estado plano de tensões – conhecidos os planos e
as tensões principais (σ e σ ) num ponto, pode-se
Reporta o estado de tensões para um plano. A
tensão principal intermediária pode ser
desconsiderada, pois pouco influi nos resultados.
as tensões principais (σ1 e σ3) num ponto, pode-se
determinar as tensões normais e cisalhantes em
qualquer plano passando por este ponto (σθ e τθ)
Convenção:
tensões normais de compressão;
tensões cisalhantes no sentido anti-horário.
+
+
θθθθ - inclinação que o plano faz com o plano principal maior.
2.2 Estado plano de tensões
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Conhecidas as tensões em dois planos ortogonais quaisquer, pode-se
Equilíbrio das forças:
Conhecidas as tensões em dois planos ortogonais quaisquer, pode-se
calcular as tensões em qualquer outro plano
As tensões cisalhantes em dois planos ortogonais
são iguais em módulo mas com sinais trocados.
2.3 Círculo de Mohr
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
As equações que representam o estado de tensões em todos os planos
passando por um ponto em um sistema de coordenadas σσσσ x ττττ, constituem
uma equação para métrica de um círculo circulo ou diagrama de
O estado de tensões atuantes em todos os planos passando por um ponto pode
ser representado graficamente num sistema de coordenadas em que as
abscissas são as tensões normais e as ordenadas as tensões cisalhantes.
uma equação para métrica de um círculo circulo ou diagrama de
Mohr.
O circulo de Mohr é facilmente
construído quando se conhece as
tensões principais maior e menor,
assim como, as tensões normal e de
cisalhamento em dois planos
quaisquer.
2.3 Círculo de Mohr
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
• Marca-se os valores das tensões principal maior e menor, ou as coordenadas
de dois planos ortogonais quaisquer conhecidos;
•Traça-se o círculo,
que possui raio R=
• As coordenadas do
centro do círculo são:
Se o plano onde atuam σθ e τθ forma um ângulo θ com o plano principal maior,
este ponto (σθ,τθ) determina a interseção da reta que passa pelo centro e forma
um ângulo de 2θ com o eixo das abscissas.
2.3 Círculo de Mohr
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Tensões principais a partir das tensões em dois planos ortogonais:
Ex: Planos ortogonais onde em um plano atuam um tensão normal de 400 kPa e
cisalhante de 80 kPa e no outro uma tensão normal de 200 kPa.
τ
σ
τ
(400;80)
(200;80)
Com os valores das tensões destes planos ortogonais pode-se traças facilmente o
círculo de determinar as tensões principais no próprio círculo.
(428;0)(172;0)
σ1σ3
Observações
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
• A máxima tensão de cisalhamento ocorre em planos ortogonais entre si,
formando ângulos de 45°°°° com os planos principais:
• As tensões de cisalhamento em planos perpendiculares são iguais em
módulo, mas apresentam sinal contrário;
• Em dois planos formando o mesmo ângulo com o plano principal maior,
mas com sentido contrário, tem-se que as tensões normais são iguais e as
tensões cisalhantes são iguais em módulo, mas com sinais opostos;tensões cisalhantes são iguais em módulo, mas com sinais opostos;
• O círculo de Mohr é válido para representar tanto tensões totais como
efetivas;
• As tensões de cisalhamento independem da pressão neutra, ou seja, o
fluido intersticial não transmite tensões tangenciais;
• Para que haja tensões cisalhantes deve haver diferença entre as tensões
principais;
• Existe um ponto pelo qual passando uma paralela ao plano, a reta corta o
círculo nas coordenadas (σσσσθθθθ,ττττθθθθ) do referido plano. Este ponto é chamado
de POLO.
Teoria do POLO
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
O polo é o ponto de interseção ao círculo de uma reta paralela a
um determinado plano passando pelas referidas coordenadas (σθ,τθ). É o
encontro no círculo entre as retas paralelas aos planos principais maior e
menor, partindo respectivamente de cada tensão maior e menor).
Ao traçar pelo polo (P)uma reta paralela ao plano onde se deseja saber
as tensões atuantes, tal reta intercepta o círculo de Mohr no ponto cujas
coordenadas correspondem as tensões normais e de cisalhamento desejadas.
2.4 Diagrama p x q – trajetória de tensões
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
O diagrama representa-se cada círculo de Mohr por apenas um ponto de
coordenadas (p, q), permitindo representar mais claramente diferentes estados
de tensões do solo durante um carregamento.
Traça-se uma reta unindo os pontos de tensões cisalhantes máximas
(q) e suas tensões normais correspondentes (p). No eixo das abscissas tem-se
“p” e nas ordenadas “q”. A curva que une os pontos é denominada de trajetória“p” e nas ordenadas “q”. A curva que une os pontos é denominada de trajetória
de tensões.
Ex: 
σ3 constante e 
σ1 crescente 
2.4 Diagrama p x q – trajetória de tensões
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
I -σ3 constante e σ1 crescente;
II -σ3 crescente e σ1 constante;
III -σ3 e σ1 crescente de valores iguais;
IV - σ3 e σ1 crescente em uma razão constante.
3 Resistência ao cisalhamento dos solos
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
A resistência ao cisalhamento de um solo pode ser definida como a
máxima tensão de cisalhamento que o solo pode suportar sem sofrer ruptura,
ou a tensão de cisalhamento do solo no plano de ruptura.
Ruptura em solos excessivo movimento relativo
de partículas. O solo não mais suportaacréscimos de carga.
No caso do solo não apresentar ponto de ruptura definido, a ruptura é
definida a partir de uma deformação máxima admissível. A resistência aodefinida a partir de uma deformação máxima admissível. A resistência ao
cisalhamento é definida como a tensão do solo para um nível suficientemente
grande de deformação que permite caracterizar condição de ruptura
Os parâmetros do solo relacionados com a resistência ao
cisalhamento do solo são:
• Atrito;
• Coesão.
3.1 Atrito
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Resistência por atrito entre partículas de solo analogia com
problemas de deslizamento de um corpo sólido sobre uma superfície plana
Desenvolve-se forças devido ao contato (ângulo de atrito+peso ---
Tmax). Tem-se movimento quando T ultrapassa esta força (Tmax).
Para os solos, com o aumento no esforço ou tensão normal, existe
um aumento na área de contato entre partículas
3.1 Atrito
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Pela teoria do atrito adesivo de Terzaghi na realidade, os
esforços resistentes entre os corpos não se distribuem uniformemente em toda a
seção, quando é analisada ao microscópico. Como as superfícies são rugosas, os
corpos tocam-se em pontos isolados de contato cuja área (ac) é uma função do
esforço normal (N) e da tensão necessária para provocar escoamento plástico do
material (qu)
Com o esforço normal atuando em áreas reduzidas, são necessárias
elevadas tensões para que cause escoamento do material, com isto, leva a
formação de ligações entre partículas.
A resistência ao cisalhamento por atrito = tensão necessária para
romper estas ligações. Sendo o atrito entre os grãos um problema complexo
de deslizamento envolvendo o encaixe (acomodação entre partículas) e o
rolamento entre estas.
3.1 Atrito
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
A resistência ao cisalhamento dos solos é sensivelmente devido ao
atrito entre as partículas, que está relacionado a tensão normal aplicada. O
deslocamento nos solos se faz envolvendo um grande número de grãos,
podendo eles deslizarem entre si ou rolarem uns sobre os outros, acomodando-
se em vazios.
Existe uma diferença entre as forças transmitidas nos contatos entre
grãos de areia e entre grãos de argila.
Nas areias, geralmente as forças transmitidas são suficientemente
grandes para expulsar a água da superfície, de tal forma que os contatosgrandes para expulsar a água da superfície, de tal forma que os contatos
ocorrem realmente entre os grãos.
Para as argilas, o número de partículas é muitíssimo maior, sendo a
força transmitida em um único contato, extremamente reduzida. Somado a isto,
as argilas possuem uma camada dupla (água adsorvida). As forças de contato
não são suficientes para remover esta camada, e é esta a responsável pela
transmissão das forças, pelo adensamento secundário das argilas e causa a
dependência da resistência das argilas à velocidade de carregamento.
Logo, o atrito é mais pronunciado nas areias do que nas argilas.
3.2 Coesão
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
É a atração química entre as partículas. Esta atração pode provocar
um acréscimo de resistência independente da tensão normal atuante no plano.
A parcela de coesão para solos sedimentares, em geral, é muito
reduzida, perante a parcela de resistência devido ao atrito entre os grãos.
Entretanto, existem solos cimentados naturalmente por agentes diversos em
que a coesão real possui valor significativo.
A coesão real deve ser diferenciada da coesão aparente. Esta é uma
parcela da resistência ao cisalhamento de solos úmidos, não saturados, devida
à uma parcela de tensão resultante do efeito capilar. O nome aparente se dáà uma parcela de tensão resultante do efeito capilar. O nome aparente se dá
devido ao fato de não existir quando o solo se encontra no estado saturado ou
seco. Embora mais visível nas areias, onde se pode moldar objetos com areias
úmidas de praias, que se desmancham ao secar o ao ser saturadas, é nos solos
argilosos que a coesão aparente adquire maiores valores.
O fenômeno físico da coesão também não pode ser confundido com a
coesão correspondente a uma equação de resistência ao cisalhamento, que
indica o coeficiente linear de uma equação válida para uma faixa de tensões
mais elevada e não para tensão normal nula ou próxima de zero.
3.2 Coesão
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Origem:
• Atração química entre as partículas argilosas (atração iônica -
pelas cargas presentes na superfície dos argilominerais);
• Cimentação entre partículas;
• Tensões superficiais geradas pelos meniscos capilares (coesão
aparente);
• Tensões residuais da rocha mãe;
3.2 Coesão
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Cimentação entre partículas – proporcionada por carbonatos, sílica e óxidos
presentes no contato entre as partículas, gerando um adicional resistência ao
cisalhamento dos solos cimentados.
Origem: - Processos pedogenéticos (p ex. formação e acumulação de óxidos de
Fe e Al – solos lateríticos;
- Depósitos de elementos cimentantes (como acumulação de- Depósitos de elementos cimentantes (como acumulação de
carbonatos);
- cimentação herdada da rocha mãe (ex: solos saprolíticos oriundos de
rochas sedimentares cimentadas - arenitos);
3.2 Coesão
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Tensões superficiais (coesão aparente) – ação dos meniscos capilares no
contato entre partículas de solos úmidos não saturados.
Tensões residual da rocha – tensões internas das rochas que ainda se
apresentam parcialmente nos materiais de alteração (saprolíticos). Decresce
com o avanço da intemperização do solo.
3.2 Coesão
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
No modelo do corpo sobre uma superfície, a coesão ≅ cola que induz
resistência ao cisalhamento independente da tensão normal.
Coesão rela – atração iônica + cimentação + tensões residuais.
Classificação dos solos segundo a coesão real:
• Solos coesivos – solos com c ≠ 0 (solos argilosos, solos cimentados e
solos saprolíticos pouco intemperizados);
• Solos não coesivos – solos com c = 0 (solos arenosos não cimentados).
3.3 Equação de Coulomb
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
A equação de Coulomb corresponde a composição da parcela de atrito e
coesão do solo:
τ - Resistência ao cisalhamento do solo;
σ - Tensão normal ao plano;
c – Coesão; Parâmetros de resistência dos solos.C φφφφφ - Ângulo de atrito.
Parâmetros de resistência dos solos.φφφφ
Representação gráfica
3.4 Critérios de ruptura
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Os critérios de ruptura são formulações que procuram refletir as
condições em que ocorre a ruptura dos materiais. Existem critérios que
estabelecem a máxima tensão de compressão, tração, cisalhamento ou
as deformações máximas. Para os solos, a análise do estado de
tensões que provoca ruptura é o estado da resistência ao cisalhamento
dos solos.
Os critérios que melhor representam o comportamento dos solos
são:
Critério de Coulomb;
Critério de Mohr;
Critério de Mohr-Coulomb.
3.4.1 O critério de Coulomb
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Pode ser expresso como: “não há ruptura se a tensão de cisalhamento não
ultrapassar um valor dado pela expressão: , sendo c e φ
constantes do material e σ a tensão normal existente no plano de
cisalhamento”.
O atrito interno do solo inclui: - o atrito físico entre as partículas e o atrito fictício
devido ao entrosamento de suas partículas. Já a coesão divide-se em: - coesãodevido ao entrosamento de suas partículas. Já a coesão divide-se em: - coesão
aparente, resultante das pressões capilares da água contida nos solos e coesão
verdadeira proveniente das forças eletroquímicas de atração das partículas de
argila.
Em solos saturados, a tensão à que a parte sólida do solo está submetida é
a tensão efetiva:
3.4.1 O critério de Coulomb
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Os resultados das solicitações são plotados em um gráfico onde o eixo das
abscissas estão astensões normais e no eixo das ordenadas as respectivas
tensões de cisalhamento na ruptura, para diversas solicitações, como mostra a
figura. No gráfico ‘c’ corresponde a coesão, ou seja, parcela de resistência ao
cisalhamento mesmo com tensão normal nula. Já o ângulo de atrito ‘φ’ é a
corresponde a inclinação da curva.corresponde a inclinação da curva.
Para se traçar este gráfico, o solo é
ensaiado para diversas variações de
tensões normais e suas respectivas
resistências ao cisalhamento, obtendo-se
uma envoltória representativa do material
que obedece a expressa
3.4.2 O critério de Mohr
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Pode ser expresso como: “não há ruptura enquanto o circulo representativo
do estado de tensões se encontrar no interior de uma curva, que é a
envoltória dos círculos relativos a estados de ruptura, observados
experimentalmente para o material sob diversas solicitações de tensões
(cisalhantes e normais).
O estado de tensões atuantes em todos os planos passando por um ponto podeO estado de tensões atuantes em todos os planos passando por um ponto pode
ser representado graficamente circulo de Mohr.
Com os resultados de varas
solicitações, até a ruptura,
traçando-se os vários círculos
de Mohr em um único gráfico,
é possível determinar a
envoltória de ruptura de Mohr.
3.4.2 O critério de Mohr
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
• Círculos abaixo desta envoltória são características de solicitações onde não há
ruptura;
• Círculos tangentes a envoltória, são indicativos de um estado de tensões de
ruptura;
• Círculos acima da envoltória são situações não atingidas para o solo
característico.
Não há ruptura 
Ruptura Situações não 
atingidas
3.4.3 O critério de Mohr-Coulomb
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Envoltórias curvas são de difícil aplicação. Por esta razão as envoltórias de Mohr
são frequentimente substituídas por retas que melhor se ajustam a envoltória.
Este traçado deve respeitar as condições de solicitações de projeto. Neste caso o
coeficiente linear ‘c’ não tem mais sentido de coesão, passando a ser considerado
apenas como um intercepto de coesão.
Fazendo-se um reta
como a envoltória de
Mohr, seu critério fica
análogo ao de
Coulomb, justificando
a expressão ‘critério
de Mohr-Coulomb’,
muito empregado na
mecânica dos solos.
3.4.3 O critério de Mohr-Coulomb
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Estes critérios não consideram a tensão principal intermediária (σ2). Ainda assim
refletem bem o comportamento dos solos, pois a experiência tem mostrado que a
tensão principal intermediária tem pequena influência na resistência dos solos.
Os critérios apontam a importância da tensão normal no plano de ruptura. A
ruptura ocorre no plano em que estiver atingindo a envoltória de Mohr-Coulomb, onde as
coordenadas apontam as tensões normais e cisalhantes na ruptura. Comumente, a tensão
cisalhante de ruptura é inferior a tensão máxima de cisalhamento.
No plano de máxima tensão cisalhante, a
tensão normal proporciona uma resistência
maior do que a tensão cisalhante atuante.
Para o caso de ensaios de cisalhamento não
adensado e não drenado (argilas saturadas), a
tensão máxima de cisalhamento é a mesma
da ruptura.
Máxima tensão 
cisalhante
Tensão cisalhante 
na ruptura
3.4.3 O critério de Mohr-Coulomb
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Pelo critério de ruptura:
• Quando o círculo de
Mohr tangencia a
envoltória – situação de
ruptura iminente;
• Para que um estado de
tensões seja possível em
um determinado ponto no
solo, o círculo tem que
estar contido sob aestar contido sob a
envoltória de resistência;
• O ponto de tangente
define o plano de ruptura
e as tensões sobre o
mesmo. A resistência ao
cisalhamento do solo
será igual a tensão
cisalhante no ponto;
• O plano de ruptura faz um ângulo θr com o plano principal maior e a tangente a envoltória no
ponto de contato faz um ângulo φ com o eixo das abscissas.
3.4.3 O critério de Mohr-Coulomb
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
A ruptura se dá quando a tensão cisalhante no plano de ruptura alcança o valor da tensão
cisalhante de ruptura do material, função da tensão normal neste plano e independente da
tensão principal intermediária (estado plano de tensões). Este fato é semelhante ao
representado por Mohr.
O plano de
ruptura forma o ângulo θ
com o plano principal
Relação entre σ1 e σ3 na ruptura
Tensão cisalhante 
na ruptura
com o plano principal
maior. Se do centro do
círculo de Mohr, traça-se
uma paralela a envoltória
de resistência, constata-
se que o ângulo 2θ é
igual ao ângulo φ + 90o,
logo: θθθθ = 45o+φφφφ/2
A – Critério em termos do diagrama p x q.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
tgα = senφ
Relação entre o ângulo da
linha kf e o ângulo de atrito
Relação entre o
intercepto da ‘a’
linha kf e o
intercepto de
coesão ‘c’
a = c·cosφ
B – Estados de tensões frente ao critério de ruptura
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
I – solo sob estado de tensões 
isotrópicos
II – a tensão cisalhante em qualquer plano é 
menor que a resistência ao cisalhamento
III – O círculo de Mohr tangencia a envoltória. Ruptura em um plano inclinado de θr
com o plano onde atua σ1.
IV – O não consegue atingir este estágio de tensões.
C – Aplicação do princípio das tensões efetivas
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Equação da envoltória de resistência em termos efetivos:
c’ e φφφφ’ Parâmetros de resistência em termos efetivos
• O círculo de tensões efetivas está deslocado
para a esquerda em relação ao círculo de
tensões totais de um valor igual a pressão
neutra.
Este fato decorre do fato de aEste fato decorre do fato de a
pressão neutra atuar de forma
hidrostaticamente, reduzindo, em
igual valor, as tensões normais em
todos os planos. No caso de
pressões neutras negativas o
deslocamento é para a direita.
• As tensões de cisalhamento em qualquer plano são independentes da
pressão neutra, pois a água não transmitem esforços de cisalhamento. As
tensões de cisalhamento devem-se à diferenças entre as tensões principais, a
qual é a mesma, tanto no estado de tensões totais como efetivo.
3.5 Ensaios para avaliação da resistência ao cisalhamento
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Os principais ensaios empregados para este fim são:
• O ensaio de cisalhamento direto;
• O ensaio de compressão triaxial.
3.5.1 Ensaios de cisalhamento direto
Consiste em determinar, sob uma força normal (N), o esforço tangencial
(T) capaz de provocar a ruptura sob um plano horizontal.
1- amostra;
2 - pedras porosas;
3 - caixa metálica;
4 e 5 – deflectômetros.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Baseado no critério de Coulomb. Este é conseguido por meio de uma
caixa de cisalhamento, onde metade do corpo de prova fica em uma parte fixa e a
superior em uma parte móvel da caixa. As tensões são calculadas pela relação
entre as forças aplicadas (P e T) e a área da seção transversal da amostra de solo
(A).
3.5.1 Ensaios de cisalhamento direto
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
3.5.1 Ensaios de cisalhamento direto
Neste ensaio são feitos medições no
deflectômetros (deslocamento no
sentido do cisalhamento) a medida que
se varia T (τ), na qual se identificam a
tensão de ruptura e a tensão residual
que o solo sustenta, após ultrapassadoque o solo sustenta, após ultrapassado
o estado de ruptura.
O deslocamento vertical (∆h)
também é registrado, indicando se
houve se houve diminuição ou
aumento de volume durante o
cisalhamento.
DiminuiçãoExpansão
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
3.5.1 Ensaios de cisalhamento direto
Em geral, o ensaio é realizado sob deformação horizontal controlada (velocidade
constante).
Como não há controle ou medidas de poropressão, o ensaio é realizado
sob condições drenadas velocidade de cisalhamento tal que não sejam
geradas pressões neutras (f(Cv) + pequena relação altura/diâmetro).
Realizando-se ensaiospara diversas tensões normais, obtém-se a envoltóriaRealizando-se ensaios para diversas tensões normais, obtém-se a envoltória
de resistência, conforme figura.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
3.5.1 Ensaios de cisalhamento direto
O ensaio é muito prático. A análise do estado de tensões durante o carregamento,
entretanto, á bastante complexa. O plano horizontal, antes da aplicação da força de
cisalhamento, é o plano principal maior. Com a aplicação das forças de
cisalhamento, ocorre rotação dos planos principais.
As tensões só são conhecidas num plano. Por outro lado, ainda que se
imponha que a ruptura ocorra no plano horizontal, este cisalhamento pode ser
precedido de rupturas internas em outras direções.
Este ensaio não permite a determinação de deformabilidade do solo,
nem do módulo de cisalhamento, pois não se sabe a distorção. O controle das
condições de drenagem é difícil. Nas areias são feitos de forma a possibilitar a
dissipação das pressões neutras, sendo os resultados em termos de tensões
efetivas. Nas argilas, pode-se realizar ensaios drenados (lentos) e não
drenados (rápidos para impossibilitar a saida da água dos vazios).
É um ensaio menos interessante, comparado ao triaxial. Entretanto,
pela sua simplicidade, é muito útil quando se deseja medir simplesmente a
resistência do solo, obtendo-se também sua resistência residual.,
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
3.5.1.1 Vantagens x Desvantagens
Vantagens:
1 – O ensaio não é caro e simples, especialmente para solos granulares;
2 – Facilidade na moldagem de amostras de areia;
3 – Rapidez em solos permeáveis;
4 – Possibilidade de condição inundada;
5 – Mede-se a resistência residual e planos preferenciais de ruptura.5 – Mede-se a resistência residual e planos preferenciais de ruptura.
Desvantagens:
1 - Problemas com o controle da drenagem, especialmente para solos finos (lento);
2 - O ensaio força que o plano de ruptura aconteça em uma direção que não
sabemos se esta é a direção crítica que ocorre no campo;
3 - Existem forças nas vizinhanças da amostra que levam a condições de não
uniformidade da aplicação das tensões na amostra;
4 - A rotação dos planos principais, entre o início de aplicação das tensões e a
ruptura, não é controlada.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
3.5.2 Ensaios de compressão triaxial
É baseado no critério de Mohr. É o mais versátil dos ensaios para determinação
da resistência ao cisalhamento dos solos.
Consiste na
aplicação de um
estado hidrostático
de tensões e um
σσσσd
de tensões e um
posterior
carregamento axial
sobe um corpo de
prova cilíndrico de
solo.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
3.5.2 Ensaios de compressão triaxial
Aplicação da tensão confinante (σσσσ3) - O corpo de prova é colocado em uma
câmara envolto por uma membrana impermeável. A câmara é cheia de água, a qual
se aplica uma tenssão, que é chamada de tensão confinante (σσσσc =σσσσ3). Esta atua
em todas as direções, inclusive na vertical, gerando um estado hidrostático de
tensões.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
3.5.2 Ensaios de compressão triaxial
O carregamento axial é feito (σσσσd). Pela aplicação de um esforço axial controlado
através de um pistão de carga que penetra na câmara (ensaio com carga
controlada) ou pelo movimento ascendente da câmara reagindo contra um pistão
estático (ensaio de deformação controlada). Neste último a carga é medida por
um anel dinamométrico ou célula de carga intercalada no pistão. Como não
existem tensões de cisalhamento nas bases e nas geratrizes do corpo de prova, os
planos horizontais e verticais são os planos principais, maior e menor,
respectivamente.
σσσσ1 = σσσσ3 +σσσσd
Como não existem tensões cisalhantes no planos
horizontais e verticais, estes são planos principais.
A tensão de confinamento é a tensão principal menor
(σσσσ3). A tensão principal maior (σσσσ1) será a soma entre esta
tensão de confinamento (σσσσ3) e o acréscimo de tensão
axial ou tensão desviadora.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
3.5.2 Ensaios de compressão triaxial
Durante o carregamento, mede-se, a diversos intervalos de tempo, o
acréscimo de tensão axial e a deformação vertical do corpo de prova. Esta
deformação vertical é dividida pela altura inicial do corpo de prova, dando origem a
deformação vertical específica, em função da qual se expressam as tensões
desviadoras, bem como as variações de volume ou de pressão neutra.
O valor das tensões
desviadores máximas (σσσσdmax) para cada
valor de tensão confinante são obtidos
dos valores de ruptura observados em
curvas tensão desviadora x deformação
específica.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
3.5.2 Ensaios de compressão triaxial
Fazendo-se ensaios com outros corpos de prova, com o mesmo solo,
variando o estado de carregamento, pode-se traçar a envoltória de resistência
segundo o critério de Mohr.
Envoltória de resistência Envoltória de resistência 
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
3.5.2 Ensaios de compressão triaxial
Na base e no topo do corpo de prova são colocadas pedras porosas a fim de
permitir a drenagem no ensaio, que pode ser controlada por meio de registros apropriados.
Se a drenagem for permitida e o corpo de prova estiver saturado, a variação de volume do
corpo de prova pode ser medida pela quantidade de água que sai ou entra, por meio de
buretas graduadas nas saídas da câmara. Para solos secos, a variação de volumes é
conseguida com a colocação de sensores acoplados ao corpo de prova, sendo mais
precisos. Todavia, o seu emprego não é muito comum.precisos. Todavia, o seu emprego não é muito comum.
Vantagens:
- É possível controlar a drenagem da amostra e não existe rotação de σ1 e σ3;
- A concentração de tensão ainda existe, mas bem menor do que no ensaio
direto;
- O plano de ruptura pode ocorrer em qualquer lugar.
O ensaio de compressão simples é uma particularidade de compressão
onde a tensão de confinamento é nula.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Drenagem do CP
Cada etapa do ensaio pode ser realizada com ou sem permitir a
drenagem do CP (solicitação drenada ou não drenada).
A etapa inicial de compressão isotrópica com drenagem corresponde ao
adensamento do CP.
No caso de solicitações não drenadas é possível medir as pressões
neutras geradas com sistemas instalados no canal de drenagem.
No caso de solicitações drenadas é possível medir a variação
volumétrica do CP saturados através da água que sai ou entra pelo canal de
drenagem. No caso de solos não saturados ou secos a variação volumétrica é
obtida somente através de sensores de deslocamento axial e radial instalados
no CP.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Tipos de ensaios triaxiais
Ensaio adensado drenado (CD) – ensaio lento. Existe permanente drenagem.
Aplica-se a pressão confinante e espera-se que o corpo de prova adense, ou
seja, que a pressão neutra se dissipe. A seguir, a tensão axial é aumentada
lentamente, para que a água sob pressão possa sair. Desta forma, não são
gerados novos excessos de pressão neutra durante o carregamento, e as
tensões totais indicam as tensões efetivas.tensões totais indicam as tensões efetivas.
São obtidos parâmetros em termos de tensões efetivas.
É empregado na análise de resistência de solos permeáveis;
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Ensaio adensado não drenado (CU) – ensaio rápido pré-adensado. Neste
ensaio a drenagem é permitida apenas na primeira etapa, ou seja, aplicação da
tensão de confinamento (adensamento – dissipação da pressão neutra). Em
seguida carrega-se axialmente sem drenagem. Nesta etapa as pressões neutra
podem ser medidas e os resultados podem ser reportados em termos de
tensões efetivas e totais. É empregado para análise a curto e a longo prazo da
resistência ao cisalhamento de solos de baixa permeabilidade consolidados;resistência ao cisalhamento de solos de baixa permeabilidade consolidados;
Ensaio não adensado não drenado (UU)– ensaio rápido. O corpo de prova é
submetido a tensão de confinamento e em seguida ao acréscimo de tensão, sem
se permitir qualquer tipo de drenagem. O teor de umidade permanece constante,
e, se o corpo de prova estiver saturado, não haverá variação de volume. O
ensaio geralmente é interpretado em termos de tensões totais. É empregado
para análise a curto prazo de resistência ao cisalhamento de solos de baixa
permeabilidade e não consolidados.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
3.5.3 Ensaios de compressão simples