Aula 9B Ensaio de Cisalhamento Direto

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS 
UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
ENGENHARIA CIVIL 
ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO 
Aula 9 
 
RENATO CABRAL GUIMARÃES 
MECÂNICA DOS SOLOS II 
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1. Introdução 
• Os parâmetros de resistência ao cisalhamento de solos, coesão e 
ângulo de atrito, são determinados na maioria dos casos em 
laboratório. 
• No entanto em alguns casos não é possível retirar amostras 
indeformadas e consequentemente realizar ensaios em 
laboratório, neste caso são realizados ensaio no campo (ensaios 
in situ). 
• No Brasil o ensaio in situ mais empregados para determinar a 
resistência dos solos é o Standard Penetration Test (SPT), 
utilizado na elaboração de projetos de fundações. 
• Além do SPT são utilizadas com uma frequência bem menor as 
provas de carga. 
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1. Introdução 
• Em alguns projetos, dependendo das características, podem ser 
utilizados outros ensaios de campo, podendo-se destacar: 
a) Ensaio de Palheta ou "Vane Test"; 
b) Ensaio de Penetração Estática do Cone (CPT); 
c) Ensaio Pressiométrico; 
d) Ensaio Dilatométrico (DMT). 
• No laboratório, a resistência ao cisalhamento de um solo é 
usualmente determinada por um dos seguintes métodos: 
• a) ensaio de cisalhamento direto; 
• b) ensaio de compressão triaxial; 
• c) ensaio de compressão não-cofinada. 
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2. Histórico 
• A primeira tentativa de determinar a resistência ao cisalhamento 
de um solo foi feita na França, pelo engenheiro Alexandre Collin 
em 1846. 
 
• Na Inglaterra as primeiras medições foram feitas por Bell em 1915. 
Em 1934 um modelo de equipamento foi desenvolvido no Building 
Research Station e apresentado por Cooling and Smith em 1935 
(equipamento de carregamento controlado). 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto 
• O ensaio de cisalhamento direto é o mais antigo procedimento 
para a determinação da resistência ao cisalhamento; 
• Baseia-se no critério de Coulomb para determinar a resistência ao 
cisalhamento de um solo. 
• De forma resumida, uma tensão normal é aplicada num plano, em 
seguida é verificada a tensão cisalhante que provoca a ruptura. 
• Duas caixas, sejam elas circulares ou quadradas, deslocam-se, 
uma em relação a outra, em um plano horizontal, onde, dentro do 
espaço formado pelas duas caixas existe uma amostra para a qual 
deseja-se conhecer suas características de resistência. 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto 
• O deslocamento das caixas pode ser realizado de duas formas, 
com a tensão ou com a deformação controlada: 
a) Tensão controlada: a força de cisalhamento é aplicada em incrementos iguais 
até que o corpo-de-prova sofra ruptura, que ocorre ao longo do plano de divisão da 
caixa de cisalhamento. Após a aplicação de cada incremento de carga, o 
deslocamento de cisalhamento da metade superior da caixa é medido por um 
extensômetro horizontal. A variação na altura do corpo-de-prova durante o ensaio 
pode ser obtida das leituras do extensômetro que mede o movimento vertical da 
placa de carregamento superior; 
b) Deformação controlada: uma taxa constante de deslocamento cisalhante é 
aplicada a uma metade da caixa por um motor que atua por meio de engrenagens. 
A taxa constante de deslocamento cisalhante é medida por um extensômetro 
horizontal. A força resistente de cisalhamento do solo pode ser medida 
correspondente a qualquer deslocamento cisalhante por um anel dinamométrico 
horizontal ou célula de carga. A variação do volume do corpo-de-prova durante o 
ensaio é obtida de maneira similar àquela dos ensaios de tensão controlada. O 
ensaio é finalizado quando ocorre a ruptura do solo, ou até um determinado nível 
de deslocamento horizontal entre as partes da amostra. 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto 
• Com a leitura do extensômetro horizontal (deformação horizontal 
ou cisalhante) e do anel dinamométrico ou célula de carga 
horizontal constrói se a curva tensão x deformação. 
• Com os dados obtidos a partir das curvas tensão x deformação, 
correspondentes às tensões no plano de ruptura, que somados a 
várias outras amostras da mesma estrutura, normalmente varia de 
3 a 4 amostras (corpo-de-prova), é possível o traçado da 
envoltória de resistência do solo e a obtenção dos parâmetros de 
resistência (c’ e f’). 
• É possível obter também a curva deformação horizontal x 
deformação vertical . 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto 
Vantagens Desvantagens 
Ensaio rápido e simples de executar. 
Amostra é forçada a romper ao longo de um 
determinado plano de cisalhamento. 
Princípio básico é fácil de entender. 
Distribuição de tensões na superfície não é 
uniforme. Facilidade na utilização de amostras compactadas 
em laboratório. 
Princípio pode ser estendido a solos 
pedregulhosos e outros materiais contendo 
partículas grandes, que seriam mais caros de 
ensaiar por outros meios. 
Não permite o controle da drenagem, exceto 
variando a taxa de deslocamento no cisalhamento. 
Permite determinar os parâmetros de resistência 
entre rochas e em outras interfaces ou planos 
definidos. 
Não permite a determinação da poro pressão. 
Permite a determinação da tensão residual por 
meio de processos de reversão. 
Deformação que pode ser aplicada ao solo é 
limitada pelo máximo movimento do equipamento. 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Os resultados do ensaio de cisalhamento direto se aplicam a 
condições de campo em que já ocorreu completa consolidação do 
maciço e a ruptura é atingida lenta o suficiente para dissipação da 
pressão neutra. 
• O ensaio é aplicado também na determinação da resistência ao 
cisalhamento ao longo de reconhecidos planos de fraqueza no 
interior do maciço. 
• A amostra utilizada para este ensaio pode ser indeformada ou 
deformada (compactada). 
• O diâmetro da maior partícula deverá ser no máximo 1/5 da altura 
do corpo-de-prova. 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Equipamentos: 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Equipamentos: 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Equipamentos: 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Moldagem: 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Moldagem: 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Moldagem: 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Moldagem: 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Montagem: 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Montagem: 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Montagem: 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Montagem: 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Montagem: 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Montagem: 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Adensamento: 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Adensamento: 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Adensamento: 
CONSOLIDAÇÃO
-3,50
-3,00
-2,50
-2,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Tempo1/2 (min)
R
e
c
a
lq
u
e
(m
m
)
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Ruptura: 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Ruptura: 
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Ruptura: 
0
50
100
150
200
250
300
350
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Deformação horizontal (mm)
Te
ns
ão
 d
o 
Ci
salh
am
en
to
 (k
Pa
) 600 kPa
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Ruptura: 
0
50
100
150
200
250
300
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Deformação horizontal (mm)
Te
ns
ão
 d
o 
Ci
sa
lh
am
en
to
 (k
Pa
) 600 kPa
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Ruptura: 
0
50
100
150
200
250
300
350
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Deformação horizontal (mm)
Te
ns
ão
 d
o 
Ci
sa
lh
am
en
to
 (k
Pa
)
50 kPa 100 kPa
300 kPa 600 kPa
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Ruptura: 
y = 0,532x + 6,5016
R2 = 0,9999
0
50
100
150
200
250
300
350
0 100 200 300 400 500 600 700
Tensão Normal (kPa)
Re
sis
tên
cia
 ao
 C
isa
lha
me
nto
 (k
Pa
)
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3. Ensaio de Cisalhamento Direto - Procedimento 
• Cálculos: