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RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO MARIANA MEZA VICTORINO • Resistência ao cisalhamento: máxima tensão de cisalhamento que um solo, sob uma dada tensão, pode resistir antes da ruptura. Introdução SOLOS ROMPEM POR CISALHAMENTO • Função: Atrito entre Grãos Entrosamento Resistência ao cisalhamento Real Aparente Coesão Cimentação do solo Sucção ATRITO N T = N.uAtrito entre Grãos N T u = coeficiente de atrito ATRITO N Existe uma proporcionalidade entre força tangencial T e a normal N: Ø T = N.TANØ ÂNGULO DE ATRITO N T ÂNGULO DE ATRITO Grau de saturação Tamanho das Partículas Forma das partículas ESTADO DE TENSÕES Resistência ao cisalhamento N T = c + N.TanØ Coesão REAL T u = coeficiente de atrito “COLA” Resistência ao cisalhamento Coesão APARENTE Critério de Ruptura São formulações que procuram refletir as condições que ocorre a ruptura dos solos. Critério de CoulombCritério de Coulomb Não há ruptura se a tensão de cisalhamento não ultrapassar um valor dado pela expressão: • Máxima tensão de cisalhamento que um solo, sob uma dada tensão, pode resistir antes da ruptura. • Ensaio: Consiste em aplicar tensões sobre o corpo de prova e medir os valores de tensão até a ruptura do corpo Resistência ao cisalhamento prova e medir os valores de tensão até a ruptura do corpo de prova. Ensaios Ensaio Parâmetro medido Ensaios triaxiais CD (consolidado drenado) CU (consolidado não drenado) UU (não consolidado não drenado) ϕ’ e c’ ϕ, c, ϕ’ e c’ SuUU (não consolidado não drenado) Su Compressão simples Su Cisalhamento direto ϕ’, ϕ’r e c’ Cisalhamento de palheta Su, Sr Torvane Su, Sr Os ensaios podem ser realizados em corpo de prova compactado ou talhado de uma amostra indeformada ou amostra colocada diretamente na caixa de cisalhamento (no caso de areias). ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO Normas • ASTM D3080 - 04 - “Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under Consolidated Drained Conditions”;Conditions”; • BS 1377-7:1990 – “Methods of test for soils for civil engineering purposes. Shear strength tests (total stress)”. Objetivo Diversos problemas de engenharia: • Projetos de fundações, • Paredes de contenção, • Túneis, Ensaio de Cisalhamento Direto • Túneis, • Escavações etc... O valor do ângulo de atrito e da coesão do solo envolvido são necessários para o projeto!!! Ensaio de Cisalhamento Direto é usado para obter rapidamente este parâmetros. Ensaio de cisalhamento direto • O ensaio baseia-se no critério de Coulomb e tem como objetivo obter valores de ângulo de atrito interno do solo e do intercepto coesivo. Este ensaio é geralmente realizado na condição drenada.na condição drenada. • Corpo de prova: moldado em anel metálico ou os solos não coesivos diretamente na caixa de cisalhamento. ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO • Procedimento de ensaio – Inserir amostra na caixa de cisalhamento bipartida – Aplica-se a tensão normal Ensaio de cisalhamento direto – Manter a amostra inundada ->visando a saturação – Adensar até a estabilização (adensamento primário completo) – Cisalhamento – Taxa de deslocamento: calcula-se com base no ensaio de adensamento e em torno de 0,05 mm/min. – Mede-se a carga de cisalhamento, o deslocamento horizontal, a variação de altura do corpo de prova e o tempo decorrido a intervalos regulares de deslocamento horizontal de maneira que sejam obtidos, no mínimo, 20 conjuntos de leituras até a carga máxima. Ensaio de cisalhamento direto – O cisalhamento se encerra após o atingimento do pico de força cisalhante ou até que o deslocamento máximo do aparelho seja atingido; – A amostra é retirada da caixa bipartida, determina-se a umidade bipartida, determina-se a umidade final. A Ti i =τA N =σ Procedimento • Passar vaselina na área interna do anel de moldagem e pesá-lo; • Moldagem da amostra; • Acertar as faces superior e inferior da amostra de maneira que fiquem rentes às bordas do anel de moldagem; • Pesar o anel com solo • Determinar: Procedimento • Montar a caixa de cisalhamento, com a pedra porosa, papel filtro e placa ranhurada na parte inferior. Observar que as ranhuras da placa devem ficar perpendiculares à direção de deslocamento da amostradeslocamento da amostra • Garantir que os parafusos que unem as duas metades da caixa estejam apertados; • Colocar o anel de moldagem sobre a caixa de cisalhamento e a placa ranhurada superior sobre a amostra; Procedimento • Com auxílio dos dedos ou da haste para tirar a amostra do anel, empurrar a amostra de modo a retirá-la completamente do anel, como indicado na Figura. Tomar cuidado para não quebrar ou não amolgar a amostra durante essa operação; • Colocar o papel filtro, a pedra porosa e o cap sobre a amostra. Ensaio de Cisalhamento Direto Preparação de uma amostra de areia Pedra Porosa Preparação de uma amostra de areia Cap Nivelamento do topo da amostra Preparação Completa!!! • 1ª ETAPA – Adensamento • 2ª ETAPA – Cálculo da Velocidade do Ensaio Ensaio de Cisalhamento Direto • 3ª ETAPA – Cisalhamento •OBS: No mínimo 3 tensões devem ser realizadas!! Pedra Cap P • Colocar a caixa de cisalhamento na prensa; • Ajustar o dispositivo de medida do deslocamento vertical; • Aplicar a força vertical requerida para a tensão normal de ensaio; • Inundar a amostra; FASE DE ADENSAMENTO Pedra Porosa Medida da força cisalhante S • Fazer leituras do deslocamento vertical da amostra a 8s, 15s, 30s, 1min, 2min, 4min, 8min, 15min, 30min, 1h, 2h, 4h, 8h e 24h; • Traçar a curva recalque versus raiz do tempo, em minutos; Calcular o tempo para 100% de adensamento primário, pela abcissa da intersecção entre o prolongamento do trecho linear da curva e a assíntota do trecho final; • Calcular o tempo necessário para a ruptura por: EXECUÇÃO • Estimar o deslocamento necessário para mobilizar a resistência de pico. Normalmente esse valor é obtido por experiência, mas a Tabela 1 fornece uma orientação. Caso haja dúvidas, escolher sempre o maior valor; EXECUÇÃO EXECUÇÃO • 2ª ETAPA - Cisalhamento: • Mover a caixa de cisalhamento e prendê-la na reação. Certificar-se de que o dispositivo de medição da força tangencial (horizontal) esteja zerado; • Remover os parafusos que unem as duas metades da caixa de cisalhamento; • Afastar as duas metades da caixa de cisalhamento, na vertical, cerca de 0,5 mm, através do dispositivo adequado;cerca de 0,5 mm, através do dispositivo adequado; • Zerar o dispositivo de leitura do deslocamento horizontal; • Ligar o motor da prensa, regulado para a velocidade de ensaio, e o cronômetro; • Inicialmente, a cada 0,1 mm de deslocamento horizontal, anotar o deslocamento vertical, a força tangencial (horizontal) e o tempo. Caso a força horizontal esteja aumentando rapidamente, fazer leituras a cada 0,05 mm ou menos. Em caso contrário, caso as variações na força horizontal estejam muito lentas o intervalo de leituras pode ser aumentado para 0,5 mm; P Cap S Pedra Porosa FASE DE CISALHAMENTO Etapa 2: Caixa inferior desloca-se horizontalmente a uma taxa constante Medida da força Cisalhante Ensaio de Cisalhamento Direto Caixa de cisalhamento Medida do deslocamento Vertical Aplicação de carga vertical Medida do deslocamento horizontal Medir força cisalhante • 2ª ETAPA – Cisalhamento (cont.): • Cisalhar a amostra até ser observado um pico bem definido na tensão cisalhante. Caso não seja observado pico, continuar o ensaio até o curso máximo dedeslocamento da prensa; • Desligar o motor da prensa; • Remover completamente a água da caixa de cisalhamento; EXECUÇÃO • Voltar a caixa de cisalhamento para a posição inicial de ensaio; • Retirar a caixa de cisalhamento da prensa; • Retirar a amostra da caixa de cisalhamento e determinar sua umidade; • Repetir o ensaio com no mínimo mais duas amostras, com tensões normais diferentes, de maneira a obter a envoltória de resistência; RESULTADO • Como resultado do ensaio, apresentar os seguintes dados: • Ângulo de atrito ( ) e INTERCEPTO COESIVO ( ); • Dimensões da amostra ensaiada; • Características da amostra ensaiada e do método de preparação; • Índices físicos iniciais; • Umidade inicial e final; RESULTADO - RESUMO 'φ 'c • Umidade inicial e final; • Velocidade de deslocamento utilizada no ensaio; • Tabela com dados lidos no ensaio e correspondentes cálculos; • Curvas de tensão cisalhante e variação de altura da amostra em função do deslocamento horizontal; • Envoltória de resistência. • Índices Físicos RESULTADO • Tensões: • Para cada leitura efetuada no ensaio, calcular: RESULTADO • Tensões: • Para cada leitura efetuada no ensaio, calcular: RESULTADO • Envoltória de Resistência • Determinar o valor de tensão cisalhante máxima, , e sua correspondente tensão normal, , para cada amostra ensaiada. Nas amostras em que não há pico de tensão cisalhante, escolher os pares de pontos correspondentes aos deslocamentos máximos. Os deslocamentos máximos devem ser os mesmos para todas as amostras; RESULTADO ser os mesmos para todas as amostras; • Plotar os pontos ( , ) para as amostras ensaiadas; • Traçar a reta que melhor se ajuste aos pontos; • Determinar a inclinação ( ) e o coeficiente linear ( ) da reta. σ máxτ 'φ 'c • A curva t x δhor é obtida plotando-se os pontos (δhor, t) em um diagrama com as tensões tangenciais t no eixo das ordenadas e os deslocamentos horizontais δhor no eixo das abcissas. • Dessa curva obtém-se o valor máximo τMAX da tensão cisalhante. RESULTADO • ENVOLTÓRIA DE RESISTÊNCIA RESULTADO OBRIGADA!!!OBRIGADA!!!
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