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ENSAIO Resistencia ao cisalhamento

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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!!!