Solos Aulas 12 e 13 Cisalhamento

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Mecânica dos Solos – Aulas 12 e 13 – Cisalhamento.
O que é a ruptura do solo?
Como o solo resiste as tensões cisalhantes?
Como obtemos os parâmetros de resistência?
 
Resistência ao cisalhamento
Define-se como resistência ao cisalhamento do solo como a máxima pressão de cisalhamento que o solo pode suportar sem sofrer ruptura, ou a tensão de cisalhamento do solo no plano em que a ruptura ocorre no momento da ruptura. Em Mecânica dos Solos, a resistência ao cisalhamento envolve duas componentes: atrito e coesão.
Atrito
O atrito é função da interação entre duas superfícies na região de contato. A parcela da resistência devido ao atrito pode ser simplificadamente demonstrada pela analogia com o problema de deslizamento de um corpo sobre uma superfície plana horizontal
Atrito
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A resistência ao deslizamento (τ) é proporcional à força normal aplicada (N), segundo a relação:
T = N . f 
onde “f” é o coeficiente de atrito entre os dois materiais. Para solos, esta relação é escrita na forma:
τ = σ . tg φ
onde “φ” é o ângulo de atrito interno do solo, “σ” é a tensão normal e “τ” a tensão de cisalhamento.
Nos materiais granulares – deslizamento e rolamento
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Coesão
A resistência ao cisalhamento do solos é essencialmente devido ao atrito. Entretanto, a atração química entre partículas (potencial atrativo de natureza molecular e coloidal), principalmente, no caso de estruturas floculadas, e a cimentação de partículas (cimento natural, óxidos, hidróxidos e argilas) podem provocar a existência de uma coesão real. Segundo Vargas (1977), de uma forma intuitiva, a coesão é aquela resistência que a fração argilosa empresta ao solo, pelo qual ele se torna capaz de se manter coeso em forma de torrões ou blocos, ou pode ser cortado em formas diversas e manter esta forma. Os solos que têm essa propriedade chamam-se coesivos. Os solos não-coesivos, que são areias puras e pedregulhos, esborroam-se facilmente ao serem cortados ou escavados.
Coesão – típicos de solos finos 
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 Nos solos estão presentes os fenômenos de atrito e coesão, portanto, determina-se a resistência ao cisalhamento dos solos (τ), segundo a expressso:
 τ = c + σ . tg φ ou S = c + σ . tg φ
onde “τ” é a resistência ao cisalhamento do solo, "c" a coesão ou intercepto de coesão, "σ" a tensão normal vertical e "φ" o ângulo de atrito interno do solo. 
Resistência de Solos
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Ensaios para obtenção de parâmetros.
Ensaios de laboratório.
Ensaio de Cisalhamento direto
Ensaio Triaxial
Ensaios de Campo.
Palheta.
CPTU.
SPT.
Veremos em Fundações
 
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Ensaio de cisalhamento direto
9
 
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11
Vantagens do Ensaio de Cisalhamento Direto
 Simplicidade 
 Facilidade de moldagem das amostras 
- Custo
- Facilidade para realização de ensaios em areias
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Resistência ao Cisalhamento Residual
Ring Shear
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Exemplo de ensaio de cisalhamento direto:
Determinar o ângulo de atrito e a coesão para o solo cujos resultados do ensaio de cisalhamento direto é mostrado abaixo:
Tensão confinante (kPa)
Tensão cisalhante (kPa)
100
100
200
200
300
300
Exemplo de ensaio de cisalhamento direto:
Etapa 1.
Lançar os pontos no plano tensão cisalhante x tensão confinante.
Exemplo de ensaio de cisalhamento direto:
Etapa 2.
Obter a coesão trançando a linha do comportamento.
c´=0
Exemplo de ensaio de cisalhamento direto:
Etapa 3.
Obter o ângulo de atrito.
ϕ´=45°
Ensaio Triaxial
Ensaio Triaxial
Ensaio Triaxial – Corpo de prova.
Amostra Deformada
Compactar 
e adicionar
água para
O Y desejado
Amostra indeformada
Tipos de ensaio triaxial para solos
 CU 
 CD
 UU		
Solos argilosos saturados
’, c’
Solos arenosos saturados
’, c’
Solos argilosos saturados
Su
Cu - Consolidado não drenado
Cd – Consolidado drenado
UU – Não consolidado não drenado
Ensaio Triaxial - ETAPAS
Etapas:
 Percolação de água (Cu, CD, UU)
 Saturação (Cu, CD, UU)
 Consolidação ou adensamento (Cu, Cd)
 Cisalhamento
 	No Cd é permitida a drenagem, no Cu e UU não.
Exemplo CD
Determinar o ângulo de atrito interno e a coesão a partir do resultado do ensaio triaxial consolidado drenado abaixo.
Exemplo CD
Etapa 1.
Calcular σ’1, σ’3 e o centro do círculo.
Exemplo CD
Etapa 2.
Lançar os pontos no plano tensão cisalhante x tensão confinante.
Exemplo CD
Etapa 3.
Traçar os círculos de Mohr e a Envoltória de ruptura.
Exemplo CD
Etapa 4.
Obter a coesão.
c´=30kPa
Exemplo CD
Etapa 4.
Obter o ângulo de atrito.
A
B
ϕ´=25,70°
Exemplo CU
Determinar o ângulo de atrito interno e a coesão a partir do resultado do ensaio triaxial consolidado NÃO drenado abaixo.
Exemplo CU
Etapa 1.
Calcular σ’1, σ’3 e o centro do círculo.
Exemplo CU
Etapa 2.
Lançar os pontos no plano tensão cisalhante x tensão confinante.
Seguir mesmos passos do CD.
Exemplo UU
Determinar o ângulo de atrito interno e a coesão a partir do resultado do ensaio triaxial NÃO consolidado NÃO drenado abaixo.
Exemplo UU
Etapa 1.
Calcular σ’1, σ’3 e o centro do círculo.
Exemplo UU
Etapa 2.
Lançar os pontos no plano tensão cisalhante x tensão confinante.
Exemplo UU
Etapa 3.
Traçar os círculos de Mohr e a Envoltória de ruptura.
c´=86kPa
ϕ´=0°
Comportamento das areias.
Comportamento das areias.
Coesão = 0
Valores típicos do ângulo de atrito interno.
Comportamento das argilas.
Resistência Drenada.
Resistência Não drenada.
Comportamento das argilas – Resistência Drenada.
Comportamento das argilas – Resistência Drenada.
Valores típicos do ângulo de atrito interno.
Local
f' (°)
Referência
Ceasa, POA, RS
18,3 a 27,9
Soares (1997)
Rio Grande, RS
23 a 29
Dias & Bastos (1994)
Vale do Rio Quilombo, SP
19,5 a 31,6
Árabe (1995)
Vale do Rio Moji, SP
18 a 28
Árabe (1995)
Sarapuí, RJ
23 a 26
Costa F° e outros (1977)
Recife, PE
23 a 26
Coutinho e outros (1993)
Comportamento das argilas – Resistência NÃO Drenada.