9 Resistencia ao cisalhamento

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Resistência ao Cisalhamento 
 
 Introdução 
 
 Os problemas de ruptura, em mecânica dos solos, envolvem equilíbrio de forças atuantes 
sobre o maciço terroso ( peso próprio ou forças externas ) e as forças resistentes do solo. São 
problemas típicos do estudo de ruptura: Empuxo ativo e passivo sobre uma estrutura de arrimo, 
placas de ancoragens, estabilidade de taludes, capacidade de carga de sapatas ou fundações de um 
modo geral. 
 
Empuxo Ativo 
 
 
 
 
 
 
 Empuxo Passivo e Ancoragem 
 
 
 
 
 
 Estabilidade de Talude 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fundação 
 
 
 
 
 
 
 
 Qualquer problema de ruptura em Mecânica dos Solos envolve portanto uma superfície de 
ruptura a qual em geral é definida como aquela onde, em todos seus pontos a tensão cisalhante 
atinge o valor limite da resistência do solo. Nos problemas de ruptura não estão necessariamente 
envolvido com deformações. 
 
 
 
 
 
 1
 Tensões num Ponto 
 
 Um ponto qualquer no interior de uma massa está solicitado por esforços externo ao ponto 
(peso próprio do solo, forças externas ) a oposição a estes esforços chama-se de tensões. 
 
 As tensões em um plano passando por um ponto do solo podem ser decompostas em tensões 
paralelas no plano chamadas de tensões cisalhantes ( τ ) e em tensões normais ao plano ( σ ). 
 
 
 
 
 Num ponto do solo as tensões normais ( σ ) e de cisalhamento ( τ ), variam conforme o 
plano considerado. Existem sempre três planos em que não ocorrem tensões de cisalhamento ( τ ), 
estes planos são chamados de principais e são ortogonais. As tensões normais recebem o nome de 
tensões principais, maior, menor e intermediária. 
 
 Em Mecânica dos Solos se considera de maneira geral o estado de tensões num plano que 
contém as tensões principais maior e menor, desprezando-se o efeito da tensão intermediária. A 
tensão intermediária embora embora reconhecida não foi ainda devidamente estudada. 
 
 Em um estado duplo de tensões, conhecendo-se os planos principais num ponto, pode-se 
sempre determinar as tensões normais ( σ ) e de cisalhamento em qualquer plano passando por este 
ponto. 
 
 σθ = σ1.cos2θ + σ3.sen2θ 
 τθ = σ1.senθ.cosθ - σ3.senθ.cosθ 
 σθ = ( σ1 + σ3 )/2 + ( σ1 - σ3 )/2.cosθ 
 τθ = ( σ1 - σ3 ).sen2θ /2 
 
 
 
 Em um estado duplo de tensões conhecendo-se as tensões normais e tangenciais atuantes em 
planos quaisquer perpendiculares, pode-se determinar os planos principais e as tensões. 
 
 2
 
 
 σ1 = (σx + σy) /2 + 1 / 2 
 σ3 = (σx - σy) /2 – 1 / 2 
 sen2θ = 2.τxy / (σ1 - σ3) 
 
 
 
 Círculo de Mohr 
 
 O estado de tensões em todos os planos passando por um ponto podem ser representado 
graficamente num sistema de coordenadas em que as abcissas são as tensões normais e as ordenadas 
são as tensões cisalhantes. Neste sistema, as equações σθ e τθ podem ser representadas num círculo; 
e este círculo de tensões é conhecido como círculo de Mohr. 
 Construção do Círculo de Mohr 
 
 Convenções: Tensões Normais - compressão ( + ) 
 tração ( - ) 
Tensões Cisalhantes- Adota-se um ponto qualquer à faceta e vemos qual a 
rotação que a tensão tangencial induz em torno deste ponto. 
 Horário: j( + ) ↓⎥ 
 Anti-Horário: k( - ) ↑⎮ 
 Conhecendo-se os planos principais: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Conhecendo-se tensões normais e tangenciais em planos ortogonais: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Analisando o círculo de Mohr, diversas conclusões podem ser obtidas, como as seguintes: 
 
1) A máxima tensão de cisalhamento ocorre em planos que formam ângulos de 45° com os 
planos principais. 
 
2) A máxima tensão de cisalhamento é igual a (σ1 - σ3)/2. 
 
 3) As tensões de cisalhamento em planos perpendiculares são numericamente iguais e de 
sinais opostos. 
 
 
 
 
 
 
 3
 Caminhos de Tensões 
 
 Diagrama PxQ: Em muitos problemas deseja-se representar em um único diagrama diversos 
estados de tensões para uma dada amostra. Em outros problemas, estados de tensões para diversas 
amostras são representadas em um único diagrama. Nestes casos torna-se confuso plotar círculos 
de Mohr e então plota-se os estados de tensões através de pontos cujas coordenados são: 
 
 
P = ( σ1 + σ3 )/2 e Q = ± ( σ1 - σ3 )/2 
 
 
 Freqüentemente deseja-se computar os sucessivos estados de tensões que existem em uma 
amostra durante o seu carregamento. Um modo de se fazer isto é desenhar uma série de círculos de 
Mohr. Porém para um grande número de ensaios este método pode se tornar bastante confuso. Um 
arranjo satisfatório é a plotagem de uma série de pontos de tensão ( P Q ) e ligar estes pontos com 
uma linha ou curva, esta linha ou curva é chamada de “caminho de tensões”. 
 
 Assim: O caminho de tensões é a curva que define os estados de tensões de uma amostra do 
estado inicial até a ruptura. 
 
 
 
 
 
tgα = senφ = ( σ1 - σ3 )/( σ1 + σ3 ) = tg2(45 + φ/2) 
c = a / cosφ 
α ⇒ tgα = senφ 
a ⇒ a = c.cosφ 
 Trajetórias de Tensões ( para diversos casos de carregamento) 
 
curva I- σ3 cresce e σ1 cresce 
curva II- σ3 decresce e σ1 cresce 
curva III- σ3 decresce e σ1 cresce 
iguais valores absolutos de σ1
curva IV- σ3 e σ1 crescem numa razão 
constante 
 
 
 Trajetórias de Pressões Efetivas, e Pressões Neutras no Carregamento 
 4
 
 
 
 
 
 
 
 Analise do Caminho de Tensão em um Ensaio 
 
 AB- A pressão axial aumenta sem haver 
desenvolvimento de pressão neutra. 
 BC- Desenvolvimento de pressão neutra positiva 
crescente. 
 CD- O acréscimo de pressão neutra é superior ao 
acréscimo da pressão axial. 
 DE- O acréscimo da pressão neutra continua crescendo mas, inferior ao acréscimo da 
pressão axial. 
 EF- A pressão neutra decresce com o carregamento. No ponto F a pressão neutra é nula. 
 FG- A pressão neutra é negativa. 
 
 Mecanismo de Ruptura 
 
 A resistência ao cisalhamento de um solo é a máxima tensão de cisalhamento que o solo 
pode suportar sem sofrer ruptura, ou seja a tensão de cisalhamento do solo no plano em que a 
ruptura ocorre. 
 
 Em geral a resistência ao cisalhamento do solo pode ser atribuída a uma combinação de 
fatores físicos e fatores físicos-químicos. 
 
 
 
1) Fatores físicos contribuindo para a resistência ao cisalhamento 
 
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1) Resistência de atrito- Resistência ao carregamento de uma superfície sobre a outra. 
2) Entrosamento entre os grãos: 
a) Entrosamento em grande escala entre os grãos que impõe apreciável movimento entre os 
grãos, normal aos planos de cisalhamento, acompanhado de um aumento de volume para 
que a ruptura possa ocorrer. 
b) Entrosamento de pequena escala devido à superfície não lisa dos grãos impondo somente 
pequenos movimentos normal ao plano de cisalhamento para que a ruptura possa 
ocorrer. 
 
 Estes fatores físicos são proporcionais as tensões normais no plano de ruptura e são mais 
importante para as partículas granulares que para as partículas de tamanho de argila. 
 
 Sejam dois grãos ( tamanho de areia ou silte ) pressionados juntos sobre pressão efetiva, 
como suas superfícies não são perfeitamente lisas, eles primeiramente entram em contato em um 
ponto, depois se deformam elasticamente dando lugar a uma área de contato proporcional à pressão 
aplicada. A aproximação, muito grande, nas duas superfície, dá lugar a forças adesivas de Van der 
Waols. É portanto necessário superar esta aderência para fazer escorregar um grão em relação ao 
outro, isto é, desenvolve-se então uma resistência ao cisalhamento, que é proporcional à aderência. 
 
 Removida a tensão σ, os grãos retornam elasticamente a forma primitiva e τ = 0. 
τ = α.σ = tgφ.σ
 
2) Fatores físico-químicos contribuintes da resistência ao cisalhamentoSão de maior importância para os solos de textura fina, argila. Coesão é uma ligação de 
partículas dentro de uma massa de solo por mecanismos físico-químicos de natureza 
interatômica, intermolecular e intergranular. A coesão presente em um solo pode ser 
atribuída a forças atrativas intergranulares. 
 
 
 
 
 Exemplo de elos de união: 
 
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a) Floculação de sal: quando há bastante eletrólito na suspensão água mais solo para 
provocar a aproximação dos grãos e eles aderem devido a força 
de Van der Waals. 
 
b) Floculação base-topo: Resulta da atração eletrostática entre os terminais carregados 
positivamente de uma partícula de argila e a face carregada 
negativa de outra partícula. 
c) Por trocas de íons entre cristais de argila: Ligação entre duas estruturas cristalinas 
de argila, se dar por este elo comum. 
 
d) Cementação: Em partículas adjacentes de solo. Principais cimentos: carbonatos, 
óxidos de ferro, silicatos, aluminatos, matéria orgânica. 
 
 É uma idéia errada pensar que a resistência ao cisalhamento depende unicamente da coesão 
sob o ponto de vista macroscópico, a resistência ao cisalhamento é bastante semelhante a das areias 
( função linear da pressão efetiva no plano de ruptura ). 
 
 Estudo Combinado de Vários Fatores que Atuam nesta Ligação entre Duas 
Partículas 
 
σ - Pressão externa média aplicada que é 
transmitida as partículas adjacentes através de 
seu contato. 
a – Área efetiva coberta pelas partículas. 
A’ – Força atrativa elétrica entre as partículas. 
R’ – Força de repulsão entre as partículas fora da zona de contato. 
U – Pressão neutra na água. 
c’ – Força de contato entre as partículas. 
 
 
 σ.a + A’ = R’ + U.a + c’ ÷ a 
 σ + A’/a = R’/a + U + c’/a Sendo A, R, c por unidade de área. 
 c = σ - U + A’ – R Pressão intergranular transmitida através da placa XX. 
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 8
 
 l = f(θ) 
 d = distância entre as partículas d = f(c, l, t) 
 Sc = f[(σ - U + A + R), θ, t] como A e R é função de d e θ 
 Sc – resistência 
 Sc = f(σ, d, θ, t) Sc = f(σ, erut, d, t) 
 Portanto Sc da pressão efetiva, índice de ruptura, espaço das partículas e o tempo que 
mantém a pressão efetiva. 
 
 Em um solo coesivo contendo partículas granulares e partículas de argila, a resistência total 
será a soma das contribuições de cada tipo de componente. 
 τ = atrito + coesão = σ.tgφ + f(σ, erut, d, t) 
 
 Critério de Ruptura 
 
 De todos os critérios de ruptura; o critério de Mohr, é quase que exclusivamente o emprego 
na mecânica dos solos. Neste critério admite-se que a resistência ao cisalhamento é função da 
pressão normal atuante no plano de cisalhamento e é independente da pressão principal 
intermediária. 
 
 A teoria de Mohr admite que ocorre a ruptura de um determinado material quando a tensão 
cisalhante, τ atuante em um plano qualquer, atinge um certo limite, S, sendo S, função da tensão 
normal atuante no plano de ruptura e das características dos materiais. 
 
 Para se determinar a resistência ao cisalhamento de um solo, pode-se realizar ensaios com 
diferentes valores deσ3, elevando-se de σ1 até a ruptura, representando-se os círculos de Mohr em 
cada ensaio como na figura ao lado. A envoltória a estes círculos expressa a variação da resistência 
ao cisalhamento como a pressão normal, razão pela qual esta variação é corretamente chamada de 
resistência ou envoltória de Mohr. 
 A envoltória de Mohr é geralmente curva. O critério de ruptura de Mohr-Coulomb é um 
caso particular da hipótese de Mohr, onde a tensão cisalhante na ruptura é definida, por τ = c + 
σ.tgφ, onde c e φ são características do material. 
 
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 Em aplicações de mecânica dos solos a equação é rescrita na forma abaixo, válida para 
materiais cujos vazios são preenchidos por um único fluido. 
 τ = c’ + σ’.tgφ’ = c’ + (σ - U).tgφ’ 
 
 Ensaio de Cisalhamento Direto 
 
 Nos ensaios de cisalhamento direto, as amostras de solo são submetidas ao cisalhamento 
segundo uma superfície pré-determinada e se conhece a carga que atua diretamente sobre essa 
superfície. Existem vários tipos de ensaios. 
 
 Ensaio de cisalhamento: Simples 
 Duplo 
 Anel de torção 
 
 Ensaio de Cisalhamento Direto Simples 
 
 Em linhas gerais, consiste no seguinte: a amostra de solo é colocada dentro de uma “caixa” 
composta de duas seções (superior e inferior) destacáveis e deslocáveis; O contato de amostras com 
os fundos da caixa, se faz através de placas denteadas, porosas (permeáveis) ou não, dependendo 
das condições de drenagem que se pretenda impor durante o ensaio. Encima desta pedra porosa, é 
aplicada uma força normal Pn que é mantida constante no decorrer do ensaio, enquanto as forças 
tangenciais (cisalhamento) Pt são aumentadas gradativamente, até se produzir a ruptura (por 
cisalhamento) ao longo do plano AB (plano do contato entre as duas seções da caixa). 
 
 Nos ensaios de cisalhamento direto as amostras de solo são submetidas ao cisalhamento 
segundo uma superfície pré-determinada e se conhece a carga que atua diretamente sobre essa 
superfície. 
 
 De acordo com o processo com que se aplica o cisalhamento a máquina empregada pode se 
classificar em: 
 
- Máquina de deformação controlada: Quando se imprime deslocamentos controlados 
(conhecidos) à seção da caixa que se movimenta, medindo-se as forças resistentes correspondentes. 
Permite melhor conhecer a tensão cisallhante máxima, facilita análise da influência da velocidade 
do carregamento, e permite a escolha adequada dessa velocidade. 
 
- Máquina de tensão controlada: Quando se aplica tensões cisalhantes controladas (conhecidas) e 
se mede as deformações conseqüentes. Sendo melhor uso para estudo de problemas de creep, 
relaxação de tensões, equipamento mais simples e econômico. 
 
Os pontos a seguir apresentam um resumo dos procedimentos básicos dos ensaios (pontos 
mais importantes). 
 
 Procedimento de Ensaio em Solos não Coesivos 
 
 Preparação de Amostras: 
 
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Preparar 3 à 4 corpos de prova com mesma umidade e densidade, com o auxílio da caixa com 
volume e peso conhecidos. Obter propriedades, índices iniciais. 
 
 Verificações: 
 
Parafusos, tamanho dos corpos de prova 
 
 Tensão Normal: 
 
Escolha: A tensão máxima deve ser de 2 à 2,5 da tensão de trabalho. A tensão por corpo de prova 
deve ser de 1/3 à ¼ da tensão máxima. 
 
Aplicação: Aplica-se a tensão e acompanha o adensamento, quase que imediato, por um 
extensômetro vertical, onde se faz a leitura em tempos determinados pela norma. 
 
Ensaio saturado coloca-se água na caixa antes tensão normal e espera-se o tempo suficiente para 
saturar. 
 
 Ruptura: 
 
Velocidade: 0,5 à 2mm/min 
 
Tempo de ruptura: 3 à 5 min 
 
Leituras do extensômetro: vertical, horizontal e do anel 
 
Ensaio rápido = Adensado rápido 
 
 Desmontar: 
 
Obter propriedades, índices finais. 
 
 
 Procedimento de Ensaio em Solos Coesivos 
 
 Preparação de Amostras: 
 
Moldar, do bloco, do shelby, ou caixas de moldagem, 3 à 4 corpos de prova nas dimensões da caixa 
de cisalhamento. Obter índices físicos iniciais. 
 
 Verificações: 
 
Parafusos e tamanho dos corpos de prova. 
 Tensão Normal: 
 
Escolha: A tensão máxima deve ser de 2 à 2,5 da tensão de trabalho. A tensão por corpo de prova 
deve ser de 1/3 à ¼ da tensão máxima. 
 
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Aplicação: Em solos “não drenados” aplica-se a tensão, e imediatamente rompe-se, já em solos 
“drenados” aplica-se a tensão e acompanha a deformação para obter t50 ou t90. 
 
Em caso de saturação, coloca-se água na caixa e espera o tempo suficiente de para saturar. 
 
 Ruptura: 
 
Ensaio rápido: Tempo de ruptura é de 5 à 10min. 
 
Ensaio adensado rápido: Tempo de ruptura é de 50t50 ou 35t60 ou 12t90. 
 
 Desmontar: 
 
Obter propriedades, índicesfinais. 
 
 Roteiro de Cálculo 
 
 ΔL Æ Leitura do deslocamento horizontal 
 
 V1 Æ Leitura do deslocamento vertical 
 
εh Æ Deformação horizontal 
 
 εv Æ Deformação volumétrica 
 
 εh=(ΔL/L).100 ΔV=L.ΔL.ΔV1 σ=P/A0
 
 εv=(ΔV/V).100 A¨=A0-ΔL.L τ=F/A¨ 
 
 Ensaio de Cisalhamento Direto Duplo 
 
 É executado num aparelho (Direct Double-Shear Ring Apparants), este Apresenta um 
inconveniente, de que parte da força Pn é absorvida por atrito com as paredes do tubo e, portanto, 
não se conhece exatamente o esforço normal. 
 
 Ensaio de Cisalhamento com Anel de Torção 
 
 Apresenta um inconveniente, a distribuição das tensões cisalhantes não são uniformes. 
Neste aparelho só pode ser usadas amostras amolgadas, logo é muito utilizado em trabalhos 
especiais de pesquisa. 
 
 
 Comentários sobre Ensaios de Cisalhamento Direto 
 
 - Existe uma perturbação da amostra nos cantos da caixa de cisalhamento, o que provoca a 
desuniformidade de tensões; portanto só temos τ uniforme na zona central da caixa. 
 
 - O plano de ruptura é pré-determinado (no caso das areias, este fato não tem grande 
importância, porém o tem para outros tipos de solos). 
 
 - A drenagem não é controlada, e nem a pressão neutra é medida. 
 
 - Existe uma rotação da tensão principal, que tem influência sobre o ângulo de atrito, e que 
ocorre na maior parte dos casos na prática. No início do ensaio só temos a força normal (σn = σ1); 
a medida que se aplica τm ocorre uma rotação em σ1. 
 
 
Inicial: σv = σ1 Final: σv ≠ σ1
 σn = σ3 σn ≠ σ3
 
 
 - Não pode-se obter o caminho de tensões exatamente; visto que é só conhecido as tensões 
em um plano horizontal. 
 
 Ensaios Triaxiais 
 
 Introdução: 
 
 Os ensaios triaxiais constituem um valioso elemento na solução dos problemas da Mecânica 
dos Solos, tornando possível simular, em laboratório, variadas condições de drenagem e estados de 
tensões correspondentes a situações de campo. Esta flexibilidade do ensaio permite a obtenção de 
parâmetros de resistência e deformabilidade adequados a cada situação em particular. 
 
 Primeiro Caso 
 
 Solos não drenados: 
 
 a) Construção de um aterro sobre solo mole. 
 
 
 
 
 
 
 b) Final de construção de uma barragem. 
 
 
 
 
 
 c) Uma sapata corrida sob depósito de argila 
 qu = 5,75u + γtd
 
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 d) Uma escavação 
 
 
 
 
 
 
 Segundo Caso 
 
 Solos drenados: 
 
 a) Construção de aterro por etapa, permitindo assim, a drenagem do solo de fundação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 b) Barragem com tempo de percolação a longo tempo. 
 
 
 
 
 
 
 
 c)Uma sapata corrida com tempo de percolação a longo tempo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Terceiro Caso 
 
 Solos drenados e não drenados: 
 
 a) Construção do aterro em duas etapas. 
 
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 b) Esvaziamento rápido do reservatório de uma barragem. 
 
 
 
 
 
 
 
 c)Construção de um aterro sobre um talude natural. 
 
 
 
 
 
 
 
 Classificação dos Ensaios 
 
 De acordo com as condições de drenagem em cada estágio dos ensaios, estes se classificam 
em: 
 
a) Ensaios não drenados (UU ou Q): 
 
 Não se permite drenagem em nenhuma fase do ensaio. 
 
 b) Ensaio consolidado drenado (CD ou S): 
 
 A drenagem é permitida durante todo o ensaio. 
 
 c) Ensaio consolidado não drenado (CU, Qc, R): 
 
 A drenagem é permitida durante um estágio de adensamento, não sendo permitida durante o 
estágio que haverá à ruptura do corpo de prova. O estágio de adensamento pode ser isotrópico ou 
anisotrópico. 
 
 De acordo com as condições de aplicação de tensões, na ruptura, os ensaios triaxiais 
classificam-se em: 
 
 1) Ensaio de compressão: 
 
a) Carregamento: A ruptura é obtida através da variação da tensão vertical que é maior que 
a variação da tensão horizontal (Δσv > Δσh). 
 
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b) Descarregamento: Atinge-se a ruptura reduzindo-se as tensões horizontais, de forma que 
a variação da tensão horizontal é maior do que a variação de tensão vertical (Δσh > Δσv). 
 
 2) Ensaio de extensão: 
 
 a) Carregamento: A ruptura é obtida através da variação da tensão horizontal que são 
maiores que a variação da tensão vertical (Δσh > Δσv). 
 
 b) Descarregamento: Atinge-se a ruptura através da redução de tensão vertical de modo que 
a variação da tensão vertical é maior do que a variação da tensão horizontal (Δσv > Δσh). 
 
 Os ensaios consolidados não drenados podem ser classificados da seguinte forma: 
 
 CIU-C(L ou U): 
 
 São ensaios triaxiais adensados isotropicamente, não drenados, de compressão, de 
carregamento ou descarregamento. A barra ( - ) indica medida de pressão neutra. 
 
 CAU-C(L ou U): 
 
 São ensaios adensados anisotropicamente, não drenados, de extensão, de carregamento ou 
descarregamento. 
 
 CIU-E(L ou U): 
 
 São ensaios adensados isotropicamente, não drenados, de extensão, de carregamento ou 
descarregamento. 
 
 CAU-E(L ou U): 
 
 São ensaios adensados anisotropicamente, não drenados, de extensão, de carregamento ou 
descarregamento. 
 
 Equipamentos e Técnicas dos Ensaios Triaxiais 
 
 O equipamento utilizado em ensaios triaxiais é constituído, basicamente, da uma câmara 
cilíndrica(célula triaxial) na qual se coloca o corpo de prova, e de sistemas de medição de pressões 
neutras, variação volumétrica e deformações laterais e axiais. 
 
 
 As pressões confinantes no interior da célula triaxial, são aplicadas através de um fluido 
utilizando-se uma fonte geradora de pressão, tais como, compressores de ar, potes de óleo, e 
sistemas auto compressores de potes de mercúrio(Bishop e Henkel, 1962). 
 A aplicação das tensões verticais, durante a ruptura ou na fase de adensamento anisotrópico 
pode ser feita utilizando-se prensas, pendurais ou sistemas mais complexos tais como os descritos 
por Andresen Simons, (1960). 
 
 As medidas de pressões neutras dos corpos de prova, são feitas de forma mais rápida e exata 
utlizando-se transdutores de pressão (Burn, 1963). 
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 As medidas das variações volumétricas sofridas pelo corpo de prova, durante os estágios de 
adensamento e ruptura drenados, são feitas geralmente através de buretas graduadas (Bishop e 
Henkel, 1962). 
 
 As deformações verticais podem ser determinados através de extensômetros mecânicos que 
medem o deslocamento relativo entre o pistão e a célula, ou diretamente sobre o corpo de prova; 
utilizando-se aparelhos mais sofisticados, como por exemplo, o LVDT (Linear Variable 
Differencial Transduce. 
 
 Técnicas dos Ensaios 
 
 Ensaio não drenado UU: 
 
 Preparação do corpo de prova : 
 
 1) Saturação completa da base da célula triaxial com água desaerada. 
 
 2) Dimensões do corpo de prova de 2 < H/D < 2,5. 
 
 3) Coloca-se acrílico na base do pedestal ou uma pedra de alta pressão de borbulhamento. 
 
 4) Coloca-se membranas de borrachas na base da célula. Apoia-se o corpo de prova na base 
e estica-se a membrana sobre o corpo de prova. 
 
 5) Coloca-se a placa de topo e prende-se a membrana no topo. Aplica-se anteriormente uma 
pequena sucção para fixar o corpo de prova no pendural. 
 
 6) Coloca-se a camisa da célula, esta camisa é presa à base através de parafusos, tendo o 
cuidado de assentar o pistão levemente no encaixe da placa de topo fixando, em seguida, a presilha. 
 
 7) Enchimento da célula com água desaerada. 
 
 8) Colocação de uma camada de óleo no interior da célula, de aproximadamente de 2cm de 
espessura para diminuir o vazamento do fluido na célula e também, para lubrificar o pistão. 
 
 9) Retirada das bolhas de ar no interior da célula. Isto é feito manualmente, inclinando-se a 
célula, retirando ar e introduzindo água. 
 
 
 
 
 
 Saturação: 
 
 Não existe saturação. 
 
 Adensamento: 
 
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 Aplica-se a tensão confinante, porém , não permite drenagem. 
 
 Cisalhamento:1) A célula de carga não pode estar submetida a nenhum esforço, tendo que ajustar o 
indicador de leitura ao valor zero. A torneira de drenagem permanece fechada. 
 
 2) Monta-se a célula triaxial na prensa, colocando-se o extensômetro preso numa das barras 
laterais da prensa e ligado a uma haste metálica em contato com o pistão. 
 
 3) Pressiona-se o pistão levemente até tocar a face superior da placa de topo, lendo-se no 
extensômetro, o valor da redução da altura do corpo de prova. 
 
 4) Ajusta-se a célula de carga sem alterar a leitura inicial. 
 
 5) Retirar a presilha do pistão e fazer a leitura do valor correspondente ao empuxo. Em 
seguida, ajusta-se novamente a leitura do extensômetro. 
 
 6) No início do estágio de cisalhamento: 
 Velocidade = 0,25 à 2%/min; sendo mais freqüente, 0,5 à 1%/min (Lambe); 0,5 à 
1,25mm/min (Bowles). 
 
 7) Anotação das leituras nos extensômetros, correspondentes à célula de carga ,em 
intervalos convenientes. 
 
 8) A medida em que são feitas as leituras, calculam-se os valores da deformação axial 
específica, a tensão desvio, plotando-se as curvas ε versus σd, para se ter um controle do ensaio. 
 
 Ensaio drenado CD: 
 
 Preparação do corpo de prova: 
 1) Saturação completa da base da célula triaxial com água desaerada. 
 
 2) Dimensões do corpo de prova de 2 < H/D < 2,5. 
 
 3) Liga-se a bureta à base da célula, tendo que fazer percolação através da bureta para evitar 
presença de bolhas de ar, satura-se o transdutor. 
 
 4) Coloca-se pedra porosa na base do pedestal. As pedras porosas devem ser fervidas e 
colocadas em um recipiente com água desaerada, para esfriar, antes de cada ensaio. 
 
 5) Cobre-se a pedra porosa com um disco de papel filtro e, apoia-se o corpo de prova. Tanto 
o papel filtro utilizado na base quanto o empregado em volta do corpo de prova, são completamente 
saturados. Antes de apoiar o corpo de prova, prende-se as membranas na base. 
 
 6) Coloca-se a placa de topo e envolve o corpo de prova por papel filtro para aceleração da 
drenagem e facilitar a equalização das pressões neutras. 
 
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 7) Envolvimento do corpo de prova pelas membranas (1) então faz-se percolar uma peque 
quantidade de água entre a membrana (1) e o corpo de prova para eliminar as bolhas de ar entre os 
dois. Aplica-se uma pequena sucção para fixar na base o corpo de prova e envolve-se o corpo de 
prova com a outra membrana. 
 
 8) Coloca-se a camisa da célula, esta camisa é presa à base através de parafusos, tendo o 
cuidado de assentar o pistão levemente no encaixe da placa de topo fixando, em seguida, a presilha. 
 
 9) Enchimento da célula com água desaerada. 
 
 10) Colocação de uma camada de óleo no interior da célula, de aproximadamente de 2cm de 
espessura para diminuir o vazamento do fluido na célula e também, para lubrificar o pistão. 
 
 11) Retirada das bolhas de ar no interior da célula. Isto é feito manualmente, inclinando-se 
a célula, retirando ar e introduzindo água. 
 
 12) Anotação das leituras da bureta, zera-se o transdutor de pressão e também, zera-se a 
célula de carga nos ensaios de extensão. 
 
 Saturação: 
 
 Por circulação de água: No momento da moldagem do ensaio, faz-se circular água por cima 
do corpo de prova e retira, pela base do corpo de prova. 
 
 Por contra pressão: Quando o solo não está saturado, aplica-se simultaneamente uma contra 
pressão e uma pressão confinante igual a 0,5 Kg/cm2 em tempo de cerca de 6 à 24 horas. Mede-se 
o B=Δu/Δσ, se der aproximadamente 1 (0,98 à 1), se não, eleva-se o valor da contra pressão para 1 
Kg/cm2 e repete-se o processo. 
 
 Adensamento: 
 
 Aplica-se a tensão confinante e deixa-se a drenagem aberta e acompanha-se na bureta as 
variações volumétricas. Desta forma obtém-se as curvas log. t versus εv, podendo-se calcular t50 e 
t90. Quando a tensão confinante é elevada ela deve ser aplicada em estágios com ΔP/P = 1. 
 
 Cisalhamento: 
 
 1) A célula de carga não pode estar submetida a nenhum esforço, tendo que ajustar o 
indicador de leitura ao valor zero. A torneira de drenagem permanece aberta na bureta, onde se faz 
a leitura inicial. 
 
 2) Monta-se a célula triaxial na prensa, colocando-se o extensômetro preso numa das barras 
laterais da prensa e ligado a uma haste metálica em contato com o pistão. 
 
 3) Pressiona-se o pistão levemente até tocar a face superior da placa de topo, lendo-se no 
extensômetro, o valor da redução da altura do corpo de prova. A redução do corpo de prova é 
devido ao adensamento. 
 
 4) Ajusta-se a célula de carga sem alterar a leitura inicial. 
 19
 
 5) Retirar a presilha do pistão e fazer a leitura do valor correspondente ao empuxo. Em 
seguida, ajusta-se novamente a leitura do extensômetro. 
 
 6) No início do estágio de cisalhamento: 
 Velocidade = 0,006%/hora (Bolwes) e a velocidade menor do que 0,0025mm/min (Lambe). 
 
 7) Anotação das leituras nos extensômetros, correspondentes à célula de carga ,em 
intervalos convenientes. Adicionando-se a leitura na bureta. 
 
 8) A medida em que são feitas as leituras, calculam-se os valores da deformação axial 
específica, a tensão desvio, plotando-se as curvas ε versus σd, para se ter um controle do ensaio. 
Adicionando a curva εv versus εa . 
 
 Ensaio consolidado não drenado CU: 
 
 Preparação do corpo de prova: 
 
1) Saturação completa da base da célula triaxial com água desaerada. 
 
 2) Dimensões do corpo de prova de 2 < H/D < 2,5. 
 
 3) Liga-se a bureta à base da célula, tendo que fazer percolação através da bureta para evitar 
presença de bolhas de ar, satura-se o transdutor. 
 
 4) Coloca-se pedra porosa na base do pedestal. As pedras porosas devem ser fervidas e 
colocadas em um recipiente com água desaerada, para esfriar, antes de cada ensaio. 
 
 5) Cobre-se a pedra porosa com um disco de papel filtro e, apoia-se o corpo de prova. Tanto 
o papel filtro utilizado na base quanto o empregado em volta do corpo de prova, são completamente 
saturados. Antes de apoiar o corpo de prova, prende-se as membranas na base. 
 
 6) Coloca-se a placa de topo e envolve o corpo de prova por papel filtro para aceleração da 
drenagem e facilitar a equalização das pressões neutras. 
 
 7) Envolvimento do corpo de prova pelas membranas (1) então faz-se percolar uma peque 
quantidade de água entre a membrana (1) e o corpo de prova para eliminar as bolhas de ar entre os 
dois. Aplica-se uma pequena sucção para fixar na base o corpo de prova e envolve-se o corpo de 
prova com a outra membrana. 
 
 8) Coloca-se a camisa da célula, esta camisa é presa à base, através de parafusos, tendo o 
cuidado de assentar o pistão levemente no encaixe da placa de topo fixando, em seguida, a presilha. 
 
 9) Enchimento da célula com água desaerada. 
 
 10) Colocação de uma camada de óleo no interior da célula, de aproximadamente de 2cm de 
espessura para diminuir o vazamento do fluido na célula e também, para lubrificar o pistão. 
 
 20
 11) Retirada das bolhas de ar no interior da célula. Isto é feito manualmente, inclinando-se 
a célula, retirando ar e introduzindo água. 
 
 12) Anotação das leituras da bureta, zera-se o transdutor de pressão e também, zera-se a 
célula de carga nos ensaios de extensão. 
 
 Saturação: 
 
Por circulação de água: No momento da moldagem do ensaio, faz-se circular água por cima 
do corpo de prova e retira, pela base do corpo de prova. 
 
 Por contra pressão: Quando o solo não está saturado, aplica-se simultaneamente uma contra 
pressão e uma pressão confinante igual a 0,5 Kg/cm2 em tempo de cerca de 6 à 24 horas. Mede-se 
o B=Δu/Δσ, se der aproximadamente 1 (0,98 à 1), se não, eleva-se o valor da contra pressão para 1 
Kg/cm2 e repete-se o processo. 
 
 Adensamento: 
 
Aplica-se a tensão confinante e deixa-se a drenagem aberta e acompanha-se na bureta as 
variações volumétricas. Desta formaobtém-se as curvas log. t versus εv, podendo-se calcular t50 e 
t90. Quando a tensão confinante é elevada ela deve ser aplicada em estágios com ΔP/P = 1. 
 
 Cisalhamento: 
 
 1) A célula de carga não pode estar submetida a nenhum esforço, tendo que ajustar o 
indicador de leitura ao valor zero. A torneira de drenagem permanece aberta na bureta, onde se faz 
a leitura inicial. 
 
 2) Monta-se a célula triaxial na prensa, colocando-se o extensômetro preso numa das barras 
laterais da prensa e ligado a uma haste metálica em contato com o pistão. 
 
 3) Pressiona-se o pistão levemente até tocar a face superior da placa de topo, lendo-se no 
extensômetro, o valor da redução da altura do corpo de prova. A redução do corpo de prova é 
devido ao adensamento. 
 
 4) Ajusta-se a célula de carga sem alterar a leitura inicial. 
 5) Retirar a presilha do pistão e fazer a leitura do valor correspondente ao empuxo. Em 
seguida, ajusta-se também o transdutor de pressão. 
 
 6) No início do estágio de cisalhamento: 
 Velocidade = 3 à 5%.H/trup 
 trup. = 7 à 8.t50
 
7) Anotação das leituras nos extensômetros, correspondentes à célula de carga ,em 
intervalos convenientes. Adicionando-se a leitura no transdutor. 
 
 8) A medida em que são feitas as leituras, calculam-se os valores da deformação axial 
específica, a tensão desvio, plotando-se as curvas ε versus σd, para se ter um controle do ensaio. 
Adicionando a curva εv versus εa .adicionando-se a curva Δu versus εa . 
 
 Considerações sobre os Ensaios 
 
 Amostragens: 
 
 Não existe amostra indeformada, entretanto, este termo será usado para descrever amostras 
cuja a extração e manuseio são cercados de todos os cuidados possíveis, no sentido de reduzir ao 
máximo possível as deformações na estrutura. O ato de manusear a amostra tem duas 
conseqüências indesejáveis: 
 
 a) Distorção estrutural da estrutura. 
 
 b) Modificação do estado de tensões efetivas: 
 
 - Alívio de tensões. 
 - Efeito de migração do solo para o anel amolgado. 
 - Evaporação. 
 - Variação de temperatura. 
 
 Conseqüência do Efeito de Amostragem nos Resultados dos Ensaios 
 
 Ensaio não drenado UU, Q ou composto simples 
 
 A resistência nos ensaios Q ou compostos simples, de amostra amolgada, é menor que 
amostra indeformada, logo, em campo a resistência deve ser maior que a resistência da melhor 
amostra de solo que possa ser obtida em ensaio de laboratório. 
 
 Ensaio adensado rápido CU, R 
 
 O amolgamento torna o solo mais compressível e 
para a mesma pressão efetiva o índice de vazios é menor 
para o solo amolgado do que para o solo indeformado. 
Quando uma amostra é retirada de campo e depois 
adensada sobre a mesma pressão que agia sobre ela, seu 
índices de vazios e sua umidade são menores do que o 
correspondente no terreno, por esta razão, ao se fazer o 
carregamento axial no ensaio R, as pressões neutras que se 
desenvolvem são menores e as tensões efetivas são 
maiores, consequentemente, a resistência em ensaios R, de 
amostras amolgada, são maiores do que a resistência de amostras indeformadas. 
 Velocidade de carregamento 
 
 A velocidade apta a resistência do solo tanto em campo como nos ensaios de laboratório, 
pode ser observados tanto em termos de tensão efetiva, como no desenvolvimento de pressões 
neutras, e portanto, na resistência de ensaios não drenados. Não existe ainda uma síntese sobre o 
assunto, em vias de investigação. 
 
 a) Areias: 
 
 A resistência é pouco afetada pela velocidade de carregamento(Whitman e Healy, 1963). 
 
 b) Argilas: 
 
 21
 Argila normalmente adensada: Ensaio drenado segundo Gibsom e Henkel, 1964; existe 
redução da resistência com a redação da velocidade devido a viscosidade da água adsorvidas as 
partículas de argila. Segundo Casagrande e Rivard(1956), encontraram um ligeiro aumento de 
resistência com redução de velocidade de carregamento, devido o aumento da resistência a 
justificativa seria devido a maior diminuição do índice de vazios em virtude do adensamento 
secundário. 
 
 Situação atual: O efeito do carregamento na resistência de solos normalmente saturados é 
pequeno, devendo variar de solo para solo. 
 
 Pré-adensada: Os resultados indicam, sistematicamente, menores a medida que a 
velocidade de carregamento diminui. 
 
 
 
 
 
 
 Ensaio não drenado: Os resultados de diversas investigações indicam sistematicamente, 
que a resistência diminui quando a velocidade diminui (Casagrande,1951). 
 
 Tempo de adensamento 
 
 Nos ensaios R quanto maior o tempo de adensamento maior é a resistência, a justificativa é 
que quanto maior o tempo, menor o índice de vazios e maior o adensamento secundário. 
 
 Atrito nas bases 
 
 O atrito entre as extremidades do corpo de prova e a base e o cabeçote nos quais ele se apoia 
e através dos quais as cargas axiais são transmitidas, restringe a deformação lateral do corpo de 
prova nas tensões e deformações que se consideram uniforme no corpo de prova ao se analisar o seu 
comportamento. 
 
 
 
 
 Exemplos: 
 
 Ensaio drenado 
 
 A tensão confinante provoca uma diminuição de volume, portanto, de diâmetro do corpo de 
prova. O atrito impede. 
 
 No carregamento axial o diâmetro tende aumentar, tendência novamente e resistência, se dá 
pelo o atrito na base. 
 
 Em ensaios realizados por Duncam e Dunlop (1968) sobre amostras de argila, mostraram 
que o atrito na base pode provocar um aumento de resistência a compressão da ordem de 5%. 
 
 22
 Ensaio não drenado 
 23
 
 A deformação irregular do corpo de prova devido ao atrito nas bases, faz com que as 
pressões neutras não se desenvolvam igualmente ao longo da altura do corpo de prova. Como nos 
ensaios UU é realizado rapidamente a medida de pressão neutra na base é bem diferente que no 
plano de ruptura, como as medidas geralmente são tomadas na base são portanto, afetada. Pode-se 
reduzir o efeito com base lubrificada, confere, Rowe e Barden(1964). 
 
 Efeito de membrana, papel filtro 
 
 A existência de drenos de papel filtro, membrana, e a existência do atrito no pistão em 
ensaios triaxiais induzidos nas medições das tensões aplicadas e consequentemente em diversos 
parâmetros. 
 
 A influência percentual das correções é inversamente proporcional as pressões de 
confinamentos aplicadas. A importância destas correções é mais acentuada em solos que possuem 
baixa resistência principalmente argilas moles saturadas ensaiadas sob pequenas pressões de 
adensamento. 
 
 Ladd (1971), considera uma correção global única, devido a membrana e papel filtro de Δσa 
= 0,100Kg/cm2. 
 
 Comparação dos Resultados dos Ensaios de Cisalhamento Direto e Triaxial 
Convencional 
 
 1) Φc.dir. - Φtrix. ≤ 3ο 
 
 2) Cisalhamento direto: Há perturbação da amostra nos cantos da caixa de cisalhamento o 
que provoca a desuniformidade de tensões; portanto só temos, τ-uniforme na zona central da caixa. 
 
 Triaxial: Há atrito entre o corpo de prova e as bases, e há aumento de σ3 devido à reação 
ao esticamento da membrana (para reduzir atrito H/D > 2). 
 
 3) Ensaio de cisalhamento direto: é um ensaio mais simples do que um triaxial. 
 
 4) Cisalhamento direto: O plano de ruptura é pré-determinado (no caso de areias, este fato 
não tem grande influência, porém o tem para outros tipos de solo. 
 
 Tiaxial: O plano de ruptura é comandado pelos defeitos naturais do solo. 
 
 5) Cisalhamento direto: A drenagem não é controlada facilmente. 
 
 Triaxial: Facilmente controlada. 
 
 6) Cisalhamento direto: Há rotação da tensão principal que tem influência sobre o ângulo Φ 
e que ocorre na maioria dos casos práticos. No início tem-se σn = σ1 a medida que se aplica τn 
ocorre rotação de σ1. 
 
 Triaxial: Não rotações de tensões principais. 
 24
 
 7) Em ambos os ensaios há condições de medir a variação volumétrica.Areias Drenadas 
 
 Comportamento em ensaios triaxiais: 
 
 Como as areias são bastante permeáveis, de regra geral não existem problemas de pressão 
neutra nas solicitações dos maciços arenosos, logo investiga-se com ensaio S, e normalmente 
saturada porque permitem medir variação de volume. 
 
 As areias compactas apresentam φc > φf . 
 φc depende da resistência ao deslizamento das partículas e do entrosamento entre elas. 
 φf só depende da resistência ao deslizamento das partículas. 
 
 Resistência Residual 
 
 Embora para grandes deformações o comportamento das areias compactas sejam um 
fenômeno de deslizamento semelhante ao estado fofo a resistência residual das areias compactas é 
sistematicamente superior a resistência a compressão as areias fofas. 
 
 Ruptura Progressiva 
 
O cisalhamento das areias ocorrem num determinado plano, dentre dos inúmeros planos 
com iguais tensões, em virtude de inevitável heterogeneidade num sistema descontínuo como é o 
solo, é compreensível que neste plano a ruptura se inicie num ponto qualquer antes de ocorrer nos 
demais. Isto em uma areia compacta, dá origem a uma ruptura progressiva, o mesmo não se 
verifica nas areias fofas, para as quais a resistência basicamente não se altera após ter atingido seu 
valor máximo. 
 
 
 
 
 
 
 Variação de Volume 
 
 Areias Fofas 
 
 Nas areias fofas há uma redução de volume na ruptura devido a um acréscimo das tensões 
confinantes e das deformações de cisalhamento que conduzem a um estado de arranjo mais 
compacto. 
 
 Areias Compactas 
 
 Nas areias compactas há um aumento de volume na ruptura devido ao rolamento de uma 
partícula sobre a outra provocada pela tensão cisalhante. 
 
 25
 Existe um índice de vazios para o qual o solo na ruptura não varia de volume e por isso é 
denominado de índice de vazios crítico. 
 
 Envoltória de Resistência 
 
 A envoltória das areias fofa é praticamente uma reta passando pela origem, sendo τ = σ tgφ. 
A medida que a areia é mais compacta, a envoltória se torna cada vez mais curva. Na prática a 
envoltória curva costuma-se ser substituída por uma envoltória retilínea passando pela origem com 
um ângulo de atrito médio no intervalos de pressões envolvidas no problema prático. A envoltória 
ser curva é justificado pelo fato de aumentar a pressão confinante, e a parcela de entrosamento na 
resistência ao cisalhamento se torna menor. 
 
 Resistência em Função das Características das Areias 
 
 a) Compacidade: Em média o ângulo de atrito interno no estado mais compacto é cerca de 
7 à 10 maior do que o ângulo de atrito interno da mesma areia no estado mais fofo. 
 
 b) Tamanho dos Grãos: Ao contrário do que se julga comumente, o tamanho das 
partículas, sendo constante as outras características, pouca influência tem na resistência da areia. A 
comparação acima foi feita para demais compacidade relativas. As areias grossas em geral 
apresentam maiores ângulos de atrito nos seus estados naturais. As areias grossas apresentam em 
geral maior compacidade relativa que as areias finas. 
 
c) Distribuição Granulométrica: Quando mais bem distribuídas granulometricamente as 
areias, melhor o entrosamento existente e consequentemente, maior o ângulo de atrito da areia. 
 
 d) Forma dos Grãos: As areias constituídas de partículas esféricas e arredondadas tem 
ângulos de atrito sensivelmente menores do que as areias constituídas de grãos angulosos. 
 
 e) Resistência do Grão: Quanto mais resistente for o grão maior a resistência ao 
cisalhamento e menor a influência na curvatura da envoltória. 
 
 f) Presença de Água: De uma maneira geral, se considera que o ângulo de atrito interno de 
uma areia saturada é aproximadamente igual ao da mesma areia seca, Terzagui indica que o ângulo 
de atrito da areia saturada seja de primeiro à segundo do que a da mesma areia, nas mesmas 
condições no estado seco. A umidade nas areias cria uma coesão aparente entre as partículas, por 
capilaridade e esta coesão não só é aparente como tem pequeno valor e pouca influência na 
resistência. 
 
 Ângulo de Atrito dos diversos solos: 
 
 .Superfície seca, polida, limpa de quartzo ou feldspato ⎪ 24° 
 .Superfície saturada ⎪ 24° 
 .Mica em pó seca em estufa ⎪ 27° 
 .Mica em pó seca ao ar ⎪ 25° 
 .Mica em pó saturada ⎪ 16° 
 
 26
 Para as areias de quartzo a água funciona como antilubrificante portanto a água não 
influencia no ângulo de atrito, já na mica a água age como lubrificante influenciando no ângulo de 
atrito. 
 
 g) Composição Mineralógica: A composição mineralógica influencia indiretamente na 
resistência dos grãos(quanto ↑ a presença de mica, ↓ entrosamento e↓ φ). 
 
 h) Estrutura da Areia: Estruturas mais estáveis tem maior resistência. 
 
 Ângulos de atrito internos típicos: 
 
Compacidade Solo 
Fofa Compacta 
Areia bem graduada, grãos angulares. 37° 47° 
Grãos arredondados 30° 40° 
Areia mal graduada, grãos angulares 35° 43° 
Grãos Arredondados 28° 35° 
 
 Areia Saturada 
 
 Conclusões sobre o efeito das tensões confinantes: 
 
 1) Reduz a característica de material frágil. 
 
 2) Aumenta a deformação específica na ruptura. 
 
 3) Reduz drasticamente a tendência a dilatar. 
 
 4) Até 10Kg/cm2 a envoltória de Mohr é uma reta a inflexão da curva, a partir de 10Kg/cm2 
deve-se principalmente ao esmagamento dos grãos. 
 
 Segundo estudos realizados por Powe (1962) a resistência ao cisalhamento pode ser 
destinguidas por três parcelas: 
 
 1) A parcela devida a energia desprendida no atrito ao deslizamento, e que depende do 
material. No caso do quartzo é cerca de 26°, aumentando ligeiramente quando diminui o diâmetro 
das partículas. 
 2) A parcela devida a energia desprendida no remoldamento, rolagem dos grãos se 
acomodando em novos espaços antes de atingir a máxima tensão. Esta parcela é tanto menor 
quanto mais compacta for a areia. 
 
 3) A parcela devida a energia desprendida na dilatação crescente com a compacidade da 
areia. 
 
 Argilas Drenadas 
 
 Será estudada a resistência das argilas saturadas, sob condições de carregamento e drenagem 
tais que toda a tensão neutra provocada pelo carregamento seja dissipada pela percolação ( Ensaio 
Adensado Drenado CD, S ). 
 27
 
 Argila Normalmente Adensada 
 
 Considerando dois corpos de prova com uma argila com umidade próxima ao LL. 
 
 Dois corpos: 1- adensado sobre p = 2Kg/cm2
 2- adensado sobre p = 4Kg/cm2
 
 Mantendo-se as pressões confinantes de 2 e 4Kg/cm2 aplica-se carregamento axial, 
lentamente até a ruptura do corpo de prova. 
 
 Os resultados típicos são: 
 
 Envoltória de Resistência 
 
 Os acréscimos de pressão axial no corpo de prova (2) é o dobro do corpo de prova (1) para 
qualquer valor de deformação específica inclusive na ruptura. Desta forma a envoltória de 
resistência é uma reta passando pela origem τ = σ.tgφ’ 
 
 Variação de Volume 
 
 Há uma variação de volume quando carregada axialmente. 
 
 Observando os dois corpos de provas anteriores observa-se que: 
 
 Os corpos de prova estavam sobre diferentes pressões confinantes. Embora o corpo de 
prova (2) tenha apresentado uma variação de volume até a ruptura ligeiramente superior a do corpo 
de prova (1). 
 
 Pode-se considerar que a perda de umidade durante o carregamento tenha sido igual para os 
dois corpos de prova. Como Pr = σ1+σ3/2 é proporcional às pressões confinantes do ensaio. Se na 
figura anterior representarmos a situação dos corpos de prova na ruptura vemos valores de h r 
(umidade na ruptura) e Pr, logo, estes dois corpos de provas (1) e (2) se deslocam no mesmo sentido 
e de igual distancia, pois as variações de umidade foram praticamente iguais e as umidades estão 
em escalas lineares, e as variações das medidas de pressões confinantes e as pressões estão em 
escalas logarítmicas. Desta forma (1’) e (2’) determinamretas paralelas a (1) e (2). 
 
 Da mesma forma é possível representar na figura anterior a relação entre as umidades na 
ruptura e o parâmetro q r = (σ1-σ3) /2. A relação h r X q r é uma reta paralela as anteriores. 
 
 Ao se fazer isto, está adotando a hipótese de que a envoltória de resistência para argilas 
normalmente adensadas é independente do processo de carregamento, hipótese comumente aceita 
(Lambe, 1969; Ladd, 1963). 
 
 Valores Típicos 
 
 O ângulo de atrito interno efetivo dos solos são bastante variáveis, não existindo ainda ainda 
uma correlação do seu valor com as características do solos. Entretanto o ângulo de atrito tende a 
ser tanto menor quanto mais plástico for o solo. 
 28
 
 Argila Pré-Adensada 
 
 Considerando dois corpos de prova de um solo moldado próximo ao LL. 
 
 Dois corpos de prova: 1- adensado sobre p = 2Kg/cm2
2- adensado sobre p = 20Kg/cm2 e depois reduzido para a 
pressão de 2Kg/cm2. 
 
 Todos em condições drenadas. 
 
 Embora submetidos a mesma pressão confinante as condições de umidade e índice de vazios 
são diferentes , portanto comportamentos diferentes. Observar figura. 
 
 a) O valor máximo de (σ1 - σ3) no solo normalmente adensado se dá para grandes 
deformações cerca de 20%. No solo pré-adensado atinge um máximo para deformações menores. 
 
 b) A máxima tensão (σ1 - σ3) no solo pré-adensado é maior que no solo normalmente 
adensado. 
 
 c) A máxima tensão (σ1 - σ3) é bem distinta no solo pré-adensado havendo sensível redução 
de (σ1 - σ3) para maiores deformações. 
 
 d) Enquanto o solo normalmente adensado diminui de volume e portanto de umidade ao ser 
carregado axialmente o solo pré-adensado apresenta uma ligeira diminuição no início do 
carregamento seguido de um aumento de volume e portanto de umidade. 
 
 Envoltória de Resistência 
 
 Considerando diversos corpos de prova adensados sobre uma pressão confinante elevada e 
depois ensaiadas sob uma pressão confinante menor, sempre com possibilidade de drenagem. 
 
 A medida que RPA é maior, maior é a diferença do solo pré-adensado para o solo 
normalmente adensado sobre a mesma pressão confinante. Assim a envoltória do solo normalmente 
adensado é uma reta e a do solo pré-adensado é uma curva. 
 
 As envoltórias das argilas normalmente adensadas são semelhantes as da areia fofa e as da 
argila pré-adensada são semelhantes as das areias compactas. Na prática considera-se a envoltória 
da argila pré-adensada como sendo τ = c’+ σ.tgφ’seja σ v m a pressão de pré-adensamento de uma 
argila, então σA = σ v m (1 + senφ’), isto teoricamente. Ponto (A) é a transição do trecho reto 
,entretanto: Hisfeld (1953) σA = σ vm
 Ladd (1964) σA = 0.75. σ vm
 Lamb (1969) σA = 0.50. σ vm
 
 Variação de Volume 
 
 Na figura está representando a variação das tensões e umidades do solo pré-adensado. 
Como nos solos pré-adensados a variação de umidade depende da RPA as relações Pr x h r e q r x h r 
não são mais lineares. 
 29
 
 Valores Típicos 
 
 A envoltória da resistência de solos pré-adensados depende da pressão de pré-adensamento 
σ vm que ele foi submetido. Por outro lado quando a envoltória é substituída por uma reta os 
parâmetros desta reta (c’ e φ’) depende dos valores de pressão normal para os quais são ajustados. 
 
 Para pressões normais reduzidas c’ é baixo e φ’ é elevado, enquanto que para pressões 
normais elevadas φ’ é muito próximo ao ângulo de atrito interno do solo normalmente adensado, 
enquanto c’ tem valor apreciável o valor de c’ se situa entre 0.05 e 0.25Kg/cm2. 
 
 Princípio da Tensão Efetiva 
 
 As duas mais simples implicações do princípio de tensões efetivas são: 
 
 1- A mudança de volume e deformação em solos não depende da tensão total aplicada 
porém da diferença entre a tensão total e a pressão neutra existente no fluido dos poros, ou seja, σ’ 
= σ - U 
 
 2- A resistência ao cisalhamento depende, não da tensão normal total sobre o plano 
considerado, porém da tensão efetiva. Pode-se ser expressa por: τ = c’ + σ’tgφ’. 
 
 A mais clara ilustração prática, do aspecto mudança de volume, do princípio de tensão 
efetiva, é o recalque contínuo de uma fundação sobre carga constante devido a gradual dissipação 
do excesso de pressão neutra. 
 
 O aspecto da resistência ao cisalhamento, do princípio da tensão efetiva, é entendido mais 
facilmente pela comparação dos resultados dos ensaios não drenado de um solo saturado com 
aqueles de um ensaio drenado. No ensaio não drenado nenhum aumento na resistência ocorrerá 
devido o aumento da tensão total, pois a tensão total aplicada será toda pressão neutra. No ensaio 
drenado esta pressão neutra será sempre nula, e portanto, toda efetiva, isto resultará num 
correspondente aumento da resistência ao cisalhamento. 
 
 
 
 
 Parâmetros de Pressão Neutra 
 
 A avaliação das pressões neutras é extremamente importante para se determinar os 
parâmetros de resistência efetivos. Assim em 1954 Skemptom introduziu o conceito de parâmetros 
de pressão neutra. Ele sugeriu que as variações nas variações de pressões neutras devido às 
variações nas tensões principais totais podem ser expressas pela equação: 
 
 Δμ = B.[Δσ3 + A (Δσ1 - Δσ3)] σ1→tensão principal maior 
 σ3→tensão principal menor 
A e B→ parâmetros de pressão neutra 
 
 Parâmetro B 
 
 B é função da compressibilidade dos fluidos dos poros e do esqueleto do solo e correlaciona 
basicamente a variação da pressão das tensões confinantes. 
 
 Cc = (ΔV/V)/σ3 coeficiente de compressão do esqueleto do solo 
 
 Cv = (ΔV/Vv) μ coeficiente de compressão do fluido dos poros 
 
 σ3 = σ3 - U acréscimo de variação hidrostática 
 
 ΔV = Cc.V. σ3 = Cc.V.(σ3 - U) 
 ΔV = Cv.n.V.μ 
 
 Cc.V.(σ3 - U) = Cv.n.V.μ 
 Cc.V.σ3 = Cv.n.V.μ + Cc.V.U 
 
 B = μ / σ3 = Cc / Cc + n Cv = 1 / (1 + n.Cr/Cc) 
 
 solo saturado B≈1 pois Cv/Cc é ≈ 0. 
 solo seco B≈ 0 pois Cv/Cc tende a ∞ 0<B<1 
 
 Parâmetro A 
 
 A é do tipo de solo ,na proximidade em que o solo se encontra de ruptura, sistemas de 
tensões atuantes no cisalhamento e do histórico de tensões. Correlaciona o acréscimo de pressão 
neutra às variações das tensões desviatórias. 
 
 Δσ1 = Δσ1 - Δμ Δσ3 = -Δμ 
 
 ΔV = Cc.V.1/3.(Δσ1 + 2Δσ3) teoria da elasticidade 
 ΔVv = Cv.n.V.ΔU 
 
 Δμ = 1/3.Δσ1.Cc / (Cc + n.Cv) = B.1/3.Δσ1
 
 Como o solo não tem um comportamento elástico perfeito ele sugere: 
 Δμ = B A Δσ1
 Para o solo saturado: A = (ΔU - Δσ3)/(Δσ1- Δσ3) 
 
 A pode ser negativo e maior do que 1 
 
 Areias fofas A>1 
 Argila Normalmente Adensada 0,5<A≤1 
 Areia Compacta e Argila Pré-Adensada A<0 Δμ é negativo 
 
 Henkel(1960) propôs a seguinte expressão, para as variações das pressões neutras em 
ensaios triaxiais em amostras saturadas. 
 
 Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ ΔU a= + + + − + − + −σ σ σ σ σ σ σ σ σ1 2 3 1 2 2 2 3 2 3 1 23 . ( ) ( ) ( ) 
 30
 
 Sendo Δσ1, Δσ2, Δσ3 as variações das pressões principais; ‘a’⇒parâmetro que mede a 
influência das tensões cisalhantes nas variações de pressões neutras. 
 
 Ensaios triaxiais convencionais: 
 
 Δ Δσ σ2 = 3 ou Δ Δσ σ1 2= 
 Δ Δ Δ Δ Δ ΔU a= + + + −σ σ σ σ σ1 2 3 1 3 23 2. .( ) 
 
 Ensaios triaxiais, sob tensões confinantes constantes 
 
 Δ Δσ σ2 3 0= = e Δσ σ σ1 1 3= −( ) 
 ΔU a= + −( . ).(1
3
2 1 3σ σ ) 
 
Em ensaios de extensão de descarregamento sob tensão confinante constante 
 
 Δ Δσ σ1 2 0= = e Δσ σ σ3 1 3= − −( ) 
 ΔU a= − −( . ).( )2 1
3 1 3
σ σ 
 
 Solos Adensados Não-Drenados 
 
 Argila normalmente adensada 
 
 Considerando dois corpos de prova, um adensado σ3 = x e o outro adensado sobre σ3 = 2x. 
 
 São carregados axialmente sem drenagem, e observa-se: 
 
 1- Os acréscimos de pressão axial são proporcionais as pressões de adensamento. 
 
 2- As pressões neutras desenvolvidas durante o carregamento são praticamente 
proporcionais as pressões de adensamento.As duas observações indicam que os resultados destes 
ensaios, se representados num gráfico normalizado, apresentam as mesmas curvas. 
 
 Envoltória de Resistência 
 
 São retas que passam pela origem tanto em termos de tensão total quanto em termos de 
tensão efetiva. 
 
 Trajetória de Tensões 
 
 1- As trajetórias tem o mesmo aspecto, qualquer que seja a pressão de confinamento de 
ensaio. 
 
 2- Os acréscimos de pressão neutras se tornam tanto maiores quanto mais próximo o 
carregamento axial se aproxima da ruptura. 
 31
 A⎨ 0.3 à 0.5, no início do carregamento indicando um comportamento do solo próximo do 
elástico A = 0.33. 
 A⎨ 0.5 à 1.0, na ruptura. 
 
 Valores Típicos 
 
 Nos ensaios R não há variação de volume no carregamento axial do gráfico obtido do ensaio 
S. Se pode obter as tensões principais na ruptura como se mostra na figura. 
 
 O valor do ângulo de atrito interno total é função do ângulo de atrito interno efetivo e do 
parâmetro A. 
 
 total⎨ senφ = (σ1 - σ3)/(σ1 + σ3) (1) 
 
 efetivo⎨ senφ’ = (σ1 - σ3)/(σ1 + σ3) = (σ1 - σ3)/(σ1 + σ3 - 2μ) (2) 
 
 U = A (σ1 - σ3) (3) 
 
 Substituindo (3) em (2) 
 
).(.2
sen
3131
31
σσσσ
σσφ −−+
−=′
A
 (4) 
 
 De (1) σ σ σ σ φ1 3 1 3− = +( ).sen (5) 
 
 Substituindo (5) em (4) 
 
)sen..21).((
sen).(
sen
31
31
φσσ
φσσφ
A−+
+=′ 
 
 φ
φφ
sen..21
sensen
A−=′ 
 
 φφ
φφ
sen'.sen.2
sensen −′=A 
 
 Argila pré-adensada 
 
 As argilas pré-adensadas, ensaiadas com drenagem, apresentam após pequena redução de 
volume, uma dilatação ou seja, absorção de água. Num carregamento sem drenagem é de se esperar 
que surjam pressões neutras menores do que na argila normalmente adensada, sendo elevada a RPA 
pode surgir pressões neutras negativas. 
 
 No início do carregamento axial, a pressão neutra aumenta em virtude do corpo de prova 
tender a diminuir de volume. O acréscimo de pressão neutra nas argilas pré-adensada no início do 
carregamento é menor do que nas argilas normalmente adensadas, por serem menos compressíveis. 
Para elevados valores de pressão confinante o solo pré-adensado tende a se expandir a medida que 
as partículas deslizam, a pressão neutra tende a diminuir e pode ser negativa. 
 
 32
 33
 Envoltória de Resistência 
 
 A envoltória de resistência em termos de pressão efetiva obtidas nos ensaios CU, é 
praticamente igual a obtida nos ensaios S. A coesão efetiva é menor do que a coesão total. O 
ângulo de atrito efetivo é maio do que o do atrito total 
 
 Trajetória de Tensão 
 
 A figura mostra o efeito do no pré-adensamento no desenvolvimentos de pressões neutras. 
 
 A última curva a direita, corresponde a pressão de pré-adensamento, e é semelhante a dos 
ensaios sobre argilas normalmente adensadas como seriam as trajetórias de tensões efetivas de 
ensaios R com maiores pressões de confinamento. 
 
 Verifica-se que a medida que o RPA aumenta, o parâmetro A diminui tornando-se negativo 
para elevadas razões de pré-adensamento. Para cada solo existe uma razão de pré-adensamento ou 
uma pressão confinante em que A = 0. Neste caso é nula a pressão neutra na ruptura, como nula 
seria a variação total de volume do corpo de prova em ensaios com drenagem sobre esta pressão 
confinante. Esta situação é semelhante à das areias com seu índices de vazios críticos, pois é 
função da pressão confinante. 
 
 Solos não drenados-Areia 
 
 O comportamento das areias saturadas quando ensaiadas, sem possibilidade de drenagem, é 
bastante semelhante ao das argilas. As areias fofas que nos ensaios drenados apresentam redução 
de volume, nos ensaios sem drenagem apresentam pressões neutras positivas. As areias compactas 
que nos ensaios com drenagem apresentam aumento de volume, nos ensaios sem drenagem 
apresentam pressões neutras negativas. 
 
 Maior diferença, entre as areias a as argilas, reside no fato de que nas argilas a água pode 
apresentar-se com pressões neutras negativas várias vezes superior, em valor absoluto, a pressão 
atmosférica, devido as pressões capilares. Nas areias isto não pode ocorrer. Se a pressão absoluta 
na água se torna nula (μ = -1Kg/cm2), ocorre cavitação, ou seja, formam-se espaços no interior da 
água preenchidos com vapor de água. 
 Areia fofa 
 
 Ensaio UU: As pressões nutras devido ao confinamento são praticamente iguais as pressões 
de confinamento Bishop e Aladim (1950-1953). Desta forma, um aumento de pressão confinante 
não modifica as tensões efetivas, consequentemente,φ = 0. 
 
 Ensaio CU: As pressões neutras é positiva e as envoltórias de resistência, tanto em termos 
de pressões totais, como em termo de pressões efetivas são obtidas normalmente. 
 
 Areias Compactas 
 
 Ensaio UU: Parâmetro B≈1, porém depende da pressão confinante. 
 
 Pressões confinantes elevadas: A pressão neutra inicialmente elevada, e com o 
carregamento axial esta diminui de valor mas se mantém sempre superior a -1Kg/cm2. Neste caso as 
 34
pressões efetivas são independentes da pressão de confinamento e a envoltória em termos de 
pressão total é uma reta horizontal, φ = 0. 
 
 Pressões confinantes reduzidas: A pressão neutra inicial é reduzida e com o carregamento 
axial diminuirá podendo fazer com que chegue ao valor de -1Kg/cm2, onde ocorre cavitação. 
A pressão neutra continua valendo -1Kg/cm2, mas o corpo de prova passa a se expandir, com 
aumento do volume das bolhas de vapor de água. A pressão que continuaria a se elevar a pressão se 
a pressão neutra continuasse a diminuir, pois a pressão efetiva de confinamento estaria aumentando. 
E o corpo de prova rompe com pressão axial menor. A figura abaixo mostra o efeito da cavitação. 
 
 Exemplo de uma série de ensaios Q (UU) 
 
 Solo não Saturado 
 
 No estudo dos solos saturados, os fluidos existentes nos vazios do solo foram considerados 
praticamente incompressíveis, em virtude da maior compressibilidade da estrutura do solo em 
confronto com a água. No caso dos solos parcialmente saturado, entretanto, a variação de volume 
do ar deve ser considerada, pois tem muita importância no comportamento do solo. 
 
 Pressões no ar e na água 
 
 Terzaghi introduziu que nos solos saturados a pressão efetiva é igual a diferença entre total e 
neutra σ = σ - μ. No caso dos solos parcialmente saturados este conceito deve ser revisto, pois a 
pressão existente na água dos poros é diferente da pressão existente no ar. 
 P = π.r2.hc.γa
 F = 2.π.r.Tc.cosα 
 2.π.r.Tc.cosα = π.r2.hc.γa
 hc = 2.Tc.cosα / r.γa
 
 
 
 onde: P⎨ peso da água no tubo capilar 
 F⎨ força vertical 
 Tc⎨ tensão capilar 
 ponto: A⎨ pressão igual a atmosférica 
 C = B⎨pressão igual a atmosférica a atmosfera + γ.a d
 D⎨ pressão igual a atmosférica 
 E⎨ pressão atmosférica- hc.γa
 
 Observação: Para Hinf uma saturação >25%, os grãos sólidos estão completamente 
envolvido por uma película de água havendo formação de meniscos capilares nos contatos. 
 
 Considerando uma bolha de ar em equilíbrio com a água que a circundada. A água na 
superfície da bolha está sob tensão capilar. Analisando o equilíbrio de forças na bolha em seção 
diametral. 
 
 Resultante normal da pressão de água⎭ π.r2.μ 
 Resultante normal da pressão da água⎭ π.r2.μ a r
 35
 Componente da tensão Superficial⎭ 2.π.r.Tc
 
 Somando as forças: 
 π.r2.μ + 2.π.r.Tc - π.r2.μ a r = 0 
 μ a r = μ + 2.Tc/r 
 
 A pressão no ar é maior que na água, um exemplo disso, é que em aterros compactados μ a r - 
μ, podendo este resultado chegar a 3Kg/cm2. 
 
 Distribuição do ar num solo parcialmente saturado 
 
 1- Em forma de bolhas circundadas por água. 
 
 2- Em forma de vazios de ar, circundados em parte por partículas sólidas e em parte por 
água. 
 
 3- Em forma de vazios interligados 
 
 Ocorrência de bolhas de ar no solo 
 
 1- Rebaixamento dolençol de água. 
 
 2- Em aterros compactados (barragem) onde μ a r - μ pode chegar até 3Kg/cm2. 
 
 O fato do ar nos solos parcialmente saturados estar em contato com as partículas sólidas e 
sob uma pressão diferente da pressão na água sugere uma revisão do conceito de pressão efetiva. A 
diferença entre pressão total e pressão efetiva deve ser um valor intermediário entre a pressão no ar 
e a pressão na água. 
 
 
 
 Bishop(1955) sugere: 
 σ = σ - μar + x.(μar - μa) 
 x⎪ f(s) 
 
 Na realidade a relação não é linear e sim curva função do IP. 
 
 As Medidas de Pressões na Água Durante um Ensaio de Compressão Triaxial 
 
 Ocorre que nos solos parcialmente saturados, da mesma forma que nos ensaios Q, 
apresentam inicialmente uma pressão neutra negativa e, quando colocados pedras porosas comuns 
saturados, pode sugar água da pedra porosa. Isto ocorre de duas maneiras: 
 
 1-Se a pressão neutra for menor do que -1atm, ocorre cavitação da água na tubulação do 
sistema de medida, com o que a água passa para o corpo de prova. 
 
 2- Uma parte da água da pedra porosa pode passar para o corpo de prova, tendo seu volume 
ocupado por ar, que para ela imigre do corpo de prova. 
 
 Para evitar este fenômeno, as pedras porosas comuns são substituídas por pedras porosas 
cerâmicas, que apresentam altas pressões de borbulhamento. Bishop sugere pedra porosa de 
cerâmica Kadim sintetizada. 
 
 Aspectos práticos: 
 
 1- O ar no interior do corpo de prova se difunde através da membrana em direção a água da 
célula e vice-versa. Nota ensaios com mais de oito horas de duração, por exemplo, estes podem ter 
a saturação elevada. 
 
 Ensaio PH 
 
 Solo as saturado⎪acréscimo de Δσnat confinante⎪Δμ = Δσ. 
 Sem drenagem ⎪ΔPe = 0. 
 
 Solo parcialmente saturado ⎪Δμ < Δσ. 
 Sem drenagem ⎪ΔPe > 0. 
 
 Procedimento(Casagrande 1960) 
 
 Eleva-se as pressões confinantes e vai medindo as pressões neutras. 
 
 A figura abaixo mostra um resultado típico de um ensaio PH. A pressão neutra cresce com 
o aumento da pressão confinante até um certo ponto (A). Na figura ao lado (A’) apatir do qual há 
um incremento da pressão hidrostática de confinamento produz um igual incremento da pressão 
neutra. A variação do parâmetro (B) com a pressão confinante, obtida no ensaio PH, é devida a 
dissolução do ar do corpo de prova na água. 
 
 
 
 O ensaio PH pode ser previsto teoricamente. 
 
 Ensaio não drenado 
 
 μar μ’ar
 
Var
Vag
Vs 
V'ar
Vag
Vs 
 1ºfase 2ºfase 
 
 Apoio: 
 
 (1) Lei de Boyle Mariotte P.V = P’.V’ 
 
 (2) Lei de Henry (solubilidade do ar na água) V ar = H.V ag.
 H = coeficiente de solubilidade do ar na água ≅ 2% 
 V ar = volume de ar 
 V ag = volume de água 
 
 36
 (3) 
ag
ar
agar
ag
V
ag
V
V
SVV
V
V
V
S +=∴+== 1
1 
 
 Como um aumento na pressão efetiva provoca a compressão do corpo de prova, podemos 
tomar que: 
S
eSeeSeS ′=′∴′′=
... 
 
 Aplicando (1) 
 )..()..( agararagarar VHVVHV +′′=+ μμ 
 
 )11.()11.( H
S
H
S arar
+−′=+− μμ 
 
 )
.1
.1.(
.
HSS
HSS
S
Sar
ar ′+′−
+−′=′ μμ 
 
 A pressão μ′ar para saturar um corpo de prova será para S′ = 100% = 1 
 
 ).1.(
.
HSS
HS
ar
ar +−=′ μμ 
 
 )..().1.(. HSSeHSSee
ar
ar −++−′=′ μ
μ
 
 
 e′ = f(μar) isto só é válido até a condição de saturação 
 
 
 Solo parcialmente saturado 
 
 Rápido UU-Q 
 
 Imediatamente antes do carregamento axial, pressões neutras variam conforme um ensaio de 
PH. 
 BC⎪pressão neutra devido a OB 
 CD⎪pressão efetiva resultante 
 
 Observa-se que a pressão efetiva aumenta com o aumento da tensão confinante 
consequentemente a resistência. A partir de (A) a pressão efetiva não mais varia. Assim a 
envoltória não é horizontal inicialmente, mais só a partir da saturação. 
 
 Em termos de pressões efetivas a envoltória só é determinada para pequeno intervalo de 
pressões normais. 
 
 Adensado-rápido CU-R 
 
 37
 38
 Um corpo de prova parcialmente saturado, quando adensado, continua apresentando vazios 
com ar ao se carregar, estes vazios de ar diminuirão de volume se o corpo de prova tender a 
diminuir de volume, ou aumentarão de volume, se o corpo de prova tender a dilatar. 
 
 No carregamento sem drenagem, no caso do solo parcialmente saturado, há variação de 
volume. 
 
 Se o solo tende a se contrair a pressão neutra resultante é menor portanto, maior a 
resistência. Se o solo tende a se dilatar a pressão neutra é maior portanto, menor a resistência. 
 
 As trajetórias de tensões efetivas no ensaio R dos solos parcialmente saturados, são mais 
próximas da linha base(trajetória tensões totais) que os solos saturados. 
 
 Lento-Drenado-CD-S 
 
 O corpo de prova de solo parcialmente saturado pode apresentar vazios com ar durante todo 
ensaio S. Se o grau de saturação é elevado, e os vazios existentes isolados, os ensaios apresentam 
resultados semelhantes aos solos saturados, há menos influência dos meniscos existentes no 
interior. 
 
 Resistência de Solos Compactados 
 
 Solo compactado apresenta: 
 
 1- Certa quantidade de ar nos vazios. 
 2- É um solo pré-adensado pelo mecanismo de compactação 
 
 As pr5opriedades de um solo compactado, em linhas gerais é de um solo pré-adensado 
parcialmente saturado. 
 
 
 
 Fatores que influencia na resistência de um solo compactado: 
 
 1- Umidade do solo -índice de vazios 
 2- Energia de Compactação 
 3- Processo de Aplicação da Compactação 
 4- Grau de saturação do solo 
 5- Estruturas do solo 
 
 Estruturas - dois casos limites 
 
 Estrutura Flocular: No caso das partículas se disporem em posição bastante inclinadas em 
relação as adjacentes. O contato é de face com aresta. Como as faces das argilas geralmente 
apresentam cargas negativas e as arestas cargas negativas. Na estrutura flocular as forças entre as 
partículas são de atração. 
 
 Estrutura Dispersa: As partículas se dispõem em posição relativamente paralelas. O contato 
neste caso é da face com face e as forças entre as partículas são de dispersão. 
 39
 
 Lambe(1958), apresenta o esquema a baixo para mostrar a variação da estrutura com as 
condições de compactação. 
 
 Ponto A: Quando o solo é compactado com baixo teor de umidade as forças entre as 
partículas são predominantemente de atração de tal forma que a estrutura que se forma é floculada. 
 
 Ponto B: O aumento do teor da umidade tende a aumentar a repulsão entre as partículas e a 
reduzir, como conseqüência a tendência a flocular. Em B, há um menor grau de floculação e isto 
permite um maior arranjo entre as partículas. 
 
 Ponto C: Com um maior teor de umidade há uma maior redução de forças de atração entre 
as partículas. A estrutura formada é dispersa, mas a densidade é mais baixa porque a quantidade de 
água adicionada diminui a quantidade de partículas por volume. 
 
 Ponto D: Com a aplicação de uma maior energia de compactação há uma maior tendência de 
se dispor as partículas em paralelos se o teor de umidade for baixa isto provoca um aumento de 
densidade. 
 
 Ponto E: O aumento de energia para teores de umidades mais elevados não consegue 
eliminar o ar existente nos vazios do solo e a densidade pouco se altera, embora provoque maior 
paralelismo entre as partículas. 
 
 O efeito da estrutura é muito mais pronunciado no desenvolvimento das tensões com as 
deformações do que na resistência final do solo. Na figura ao lado a curva “A” representa o 
resultado de um solo com estrutura floculada, enquanto a curva “B” é típica de um solo com 
estrutura dispersa. 
 A estrutura do solo no plano de ruptura, após a ruptura dispersa. 
 
 Estrutiura Dispersa: As tensões crescem paulatinamente até a ruptura. As pressões neutras 
são bem maiores na estrutura dispersa que na flocular.Estrutura Flocular: As tensões resistentes para pequenas deformações são elevadas, pois a 
orientação floculada das partículas oferece resistência a deformação até que ela seja destruída pelas 
forças atuantes. 
 
 Compactação de Laboratório 
 
 Processos: 
 
1- Aplicação de uma carga estaticamente destruída sobre toda área da seção do corpo de 
prova. 
2-Por pisoteamento, que consiste na aplicação de cargas estáticas em áreas parciais da seção 
do corpo de prova. 
3- Por meio de impactos de um soquete, com seção menor do que a do molde que contém o 
solo, como no Ensaio Normal de Compactação. 
4- Por meio de vibração. 
 
 40
 Investigações mostraram que as de formações de cisalhamento produzidas no solo pela 
compactação tem um papel importante na orientação das partículas. Grandes deformações de 
cisalhamneto tendem a desmanchar o floculo, aumentando o grau de dispersão. 
 
 Compactação: 
 
 Carga Estática: Imprime pequenas deformações. Pode apresentar estrutura mais floculada. 
 
 Pisoteamento: Imprime grandes deformações. Pode apresentar estrutura mais dispersa, para 
mesma densidade. 
 
 Observações importantes de Seed e Chang(1956): 
 
 Para teores de umidade abaixo da ótima, nenhum dos métodos produzem apreciáveis 
deformações de cisalhamento. Todos os corpos de prova tem estrutura floculada bastante 
semelhante. O processo de compactação não, tem efeito sensível na resistência. 
 
 Para amostras compactadas com teor de umidade superior ao teor ótima de umidade: 
 
 1- Compactação Estática: Causa pequenas deformações de cisalhamento, estrutura flocular. 
Num carregamento axial e para pequenas deformações específicas, as pressões neutras são mais 
reduzidas e as resistências mais elevada do que qualquer processo de compactação. 
 
 2-Por Pisoteamento: Causam as maiores deformações no cisalhamento. Um maior grau de 
dispersão, num carregamento axial e para pequenas deformações específicas, as maiores pressões 
neutras e as resistências menores. 
 
 3- Por Impacto com Soquete: Causam deformações de cisalhemento ligeiramente menores 
do que as causadas pelo pisoteamento, e o grau de dispersão não é tão elevada nem a resistência tão 
baixa. 
 
 4- Por Vibração: Em todo corpo de prova, não deveria provocar deformações de 
cisalhamento consideráveis, entretanto, os resultados dos ensaios indicam que a vibração deve 
provocar uma reorientação das partículas de forma que o corpo de prova ficam com estrutura mais 
dispersa de que quando compactado estaticamente. 
 
 Deve ser frisado que a diferença de compactação dos corpos de prova compactados pelos 
diversos processos com umidade acima da ótima só ocorre para pequenas deformações específicas. 
As resistências correspondentes a grandes deformações específicas, da ordem de 20% à 25% são 
praticamente independentes do processo de compactação. 
 
 Compactação de Campo 
 
 Em campo o solo também pode ser compactado por vários processos, sendo os mais 
empregados são: Rolos pé-de-carneiro, rolos pneumáticos e rolos. É de grande interesse saber se a 
resistência de um solo compactado no campo é comparável com a de corpos de prova moldados em 
laboratório na fase de projeto. 
 
 Solos Compactados 
 41
 
 Exemplos: 
 
 Holtz e Ellis(1963): Apresenta s resultados de ensaios realizados em corpos de provas 
moldados de blocos indeformados e compactados em laboratórios para 3 barragens construídas pelo 
Beru of Reclamatiom. 
 Campo: Rolo pé-de-carneiro 
 Laboratório: Impacto e Pisoteamento 
 Conclusão: Os parâmetros de resistência obtidos de amostras 
indeformadas(bloco)serão iguais ou ligeiramente maiores do que ao obtidos em laboratório. 
 
 Hirshfeld e Poulos(1963): Barragem Canyon- Compactação por pisoteamento. 
 Ensaio Q: A resistência dos blocos indeformados foram cerca 
de 30% superiores ao de laboratório. 
 Ensaio R: A resistência dos blocos indeformado foram 
ligeiramente inferiores aos de laboratório. 
 
 Pinto, Nakao e Hori(1970): Barragem Ilha Solteira. 
 Ensaio R: Amostra compactada na ótima- compactação por 
pisoteamento. Tanto em amostras tipo bloco quanto em laboratório apresentaram os mesmos 
resultados. 
 
 Ainda não se tem uma conclusão definitiva sobre as variações dos parâmetros, mas tudo 
leva a considerar que não há diferença nos parâmetros de resistência para os métodos de 
compactação em laboratório e dos de campo. 
 
 Comportamento de Solos Compactados na Condição não confinada UU,CU e 
CD. 
 
 Compressão Simples: Amostra compactado abaixo da ótima apresentou um comportamento 
friável e uma resistência maior que as amostras compactadas no ramo úmido. 
 
 Ensaio UU: Amostras compactadas abaixo da ótima apresenta uma resistência superior as 
compactadas no ramo úmido sem, no entanto um comportamento friável. 
 
 Ensaio CU: As curvas tensões deformação do material não apresentaram um 
comportamento friável, a forma das curvas foram semelhantes e a resistência também.