Aula 3 Cisalhamento dos Solos

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CISALHAMENTO DOS 
SOLOS
CONCEITOS
• Devido à sua natureza atritiva, a resistência dos solos é caracterizada pela resistência ao
cisalhamento. Isso ocorre porque os movimentos relativos entre as partículas do solo, no
interior de um maciço, são decorrentes da ação das forças cisalhantes.
• Quando essas forças e a tensão normal atuantes atingem um valor crítico, em determinados
planos, diz-se que ocorre a ruptura do solo. Esses planos são chamados de planos de
ruptura.
• Simplificadamente, pode-se dizer que a resistência ao cisalhamento do solo corresponde à
máxima tensão de cisalhamento que o solo pode suportar sem sofrer ruptura ou a tensão
cisalhante no plano em que a ruptura estiver ocorrendo.
• No entanto, o conceito de ruptura não é tão simples quando se trata dos solos, pois envolve
ruptura propriamente dita e deformação excessiva. As curvas de tensão versus deformação
para os solos apresentam características diferenciadas.
• Certos tipos de solos podem apresentar curvas com valores crescentes de tensão até um
valor característico (tensão de cedência) e, em seguida, apresentarem deformações
crescentes sem acréscimo de carga. Esse tipo de ruptura é denominada de ruptura plástica
(por deformação excessiva) e pode ser caracterizada pela tensão de cedência uma vez que
quando esta for atingida, as deformações aumentam sem cessar podendo inviabilizar
qualquer tipo de obra que utilize esse solo.
• Outro tipo de comportamento dos solos fica caracterizado pelo surgimento de uma tensão
de pico que em seguida decresce até atingir um valor constante (resistência residual). Nesse
caso, a ruptura pode ser representada tanto pelo valor de pico (mais comum) quanto pelo
valor residual (casos específicos).
CRITÉRIO DE MOHR- COULOMB
• A resistência dos solos é avaliada por intermédio de critérios de ruptura. Esses critérios
expressam matematicamente uma envoltória de ruptura que delimita os estados de tensão
possíveis para um solo.
• No âmbito da Mecânica dos Solos, constata-se que o critério de ruptura de Mohr-Coulomb
consegue reproduzir com boa fidelidade o comportamento resistente dos solos. O critério
de Mohr admite a resistência (t) como sendo função da tensão normal (s), ou seja, t = f(s ).
A ruptura irá ocorrer para uma combinação crítica da tensão cisalhante e normal num plano
qualquer.
• Os estados de tensão são representados por círculos denominados círculos de Mohr.
Quando um corpo de prova (cp) é ensaiado, este será solicitado até que aconteça a ruptura
do mesmo. Nesse instante, o estado de tensão é determinado por um círculo máximo.
Alterando-se as condições de solicitação, para o mesmo material, outros círculos podem ser
obtidos. Dessa forma, traçando-se uma tangente aos círculos, obtém-se uma curva
denominada de envoltória de resistência do solo. O ponto de tangência da envoltória nos
círculos representa os pontos de ruptura dos mesmos. O critério de Coulomb admite que
essa curva envolvente é uma reta.
Assim, o critério de Mohr-Coulomb permite obter a envoltória de resistência do solo conforme a
seguinte equação: t = r1 +sr2
s = resistência do solo; r1 e r2 = parâmetros de resistência e s = tensão normal
Comumente, r1 é denominado de intercepto de coesão do solo (c) e r2 de coeficiente de atrito
do solo (tgf). A equação pode ser então reescrita: t= c +s.tgf
• O estado de tensão é determinado pelas tensões principais maior (s1) e menor (s3).
• O plano de ruptura é determinado pela inclinação entre o Plano Principal Maior (PPM) e a
origem dos planos, o Pólo (P).
• Essa inclinação é chamada de ângulo crítico de ruptura (qcr).
• Podem ocorrer situações particulares para a equação da resistência de Mohr-Coulomb.
• Essas situações ocorrem para os solos puramente coesivos (s = c) e puramente atritivos ou
arenosos (s = s.tgf).
Estado Plano de Tensões: Círculo de Mohr
Estado Plano de Tensões: Círculo de Mohr
ENSAIOS PARA DETERMINAÇÃO DE 
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
• Ensaio de Cisalhamento Direto
O ensaio apesar de sua praticidade apresenta certas deficiências. O plano de ruptura já está
definido a priori e pode não ser o mais fraco. Não se leva em conta nos cálculos a diminuição da
área do corpo de prova ao longo do ensaio. Não há como controlar a drenagem. Os ensaios são
feitos nas areias considerando-se que a drenagem ocorra e, portanto, o problema é tratado em
termos de tensões efetivas. No caso das argilas, o ensaio poderá ser realizado de forma lenta
(condição drenada) e de forma rápida com carregamentos rápidos para impedir a saída de água
(condição não drernada). Devido a essas dificuldades, o ensaio de cisalhamento direto tem sido
utilizado apenas para a determinação da resistência dos solos, principalmente das areias.
• Ensaio de Compressão Triaxial
ENSAIOS PARA DETERMINAÇÃO DE 
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Basicamente, existem três maneiras
de se conduzir um ensaio triaxial
convencional:
• ensaio lento (CD ou S),
• ensaio adensado rápido (CU ou R)
• ensaio rápido (UU ou Q)
• Preenchendo-se a câmara com água, é possível aplicar-se pressão na água que atuará em
todo o corpo de prova. Essa pressão é denominada pressão confinante (s3). Nessa etapa, o
corpo de prova poderá ser adensado ou não, ou seja, dissipar ou não as pressões neutras.
• Finda essa etapa de confinamento e mantendo-se a tensão confinante constante, procede-se
então ao carregamento axial do cp. Esse carregamento é feito pela aplicação de forças no
pistão que penetra na câmara triaxial. Essa é a fase de cisalhamento.
• Ensaio de Compressão Simples
ENSAIOS PARA DETERMINAÇÃO DE 
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
• Esse tipo de ensaio constitui uma particularidade do ensaio triaxial. Na compressão simples,
a pressão confinante é a atmosférica, logo, s3 = 0. Isso faz com que a resistência à
compressão (Rc) na ruptura se torne igual a s1.
• O ensaio pode fornecer uma estimativa da resistência não-drenada em ensaios do tipo UU.
Para tanto, o solo deve estar saturado, sem fissuras e o cisalhamento deve ocorrer num
tempo relativamente pequeno (inferior a 15 minutos) para que as pressões neutras não
sejam dissipadas. O ensaio só é possível em solos coesivos devido às condições de
moldagem.
ATRITO INTERNO SOBRE AS PARTÍCULAS
• O fenômeno do atrito nos solos ocorre pelo deslizamento ou rolamento das partículas
sólidas umas sobre as outras. Portanto, quanto maiores e mais rugosas as partículas,
maiores serão os ângulos de atrito obtidos.
• Terzaghi considera em sua teoria (Teoria Adesiva do Atrito) que a superfície de contato real
entre dois corpos é apenas uma parcela da superfície aparente de contato, pois em níveis
microscópicos, estas são efetivamente rugosas.
• O contato entre as partículas ocorre apenas nas protuberâncias mais salientes resultando na
plastificação do material na área dos contatos entre as partículas. Isso deve-se ao elevado
valor das tensões transmitidas nos contatos entre as partículas de solo.
• Assim, as áreas de contato entre as partículas (zona plastificada), tendem a aumentar
proporcionalmente ao acréscimo de carregamento, resultando em uma maior resistência
por atrito do solo.
• Nas partículas grossas, a altura das protuberâncias é muito menor do que o diâmetro das
partículas. Isso faz com que cada contato aparente englobe minúsculos contatos reais,
donde se deve esperar altas tensões nesses pontos de contato.
• O mesmo não ocorre com as partículas finas. Os contatos devem se dar,
predominantemente, através das quinas das partículas e cada contato deve ocorrer através
de uma única protuberância, resultando um esquema resistente semelhante ao que ocorre
nas partículas grossas.
COESÃO
• A coesão real pode ser entendida como a resistência do solo quando sobre este não atua
nenhuma força externa. Sua origem está ligada à cimentação entre partículas proporcionada
por carbonatos,sílica, óxidos de ferro, dentre outras substâncias.
• Nos solos residuais, a cimentação empresta resistências elevadas ao solo. Pode ser
decorrente também da ligação entre os grãos exercida pelo potencial atrativo de natureza
molecular ou coloidal que pode agir também na água intersticial. Essa ação na água
intersticial forma uma camada de água adsorvida que envolve os grãos contribuindo para a
ligação entre os mesmos.
• O aumento da coesão está diretamente ligado à quantidade de argila presente e atividade
coloidal, à razão de sobre-adensamento (RSA) e à diminuição da umidade.
• Importante mencionar que a coesão real não consiste no valor obtido pela envoltória de
resistência do solo (r1). O valor de r1 é obtido como coeficiente linear de uma equação
dentro de uma faixa de tensões e não corresponde ao valor de coesão sem efeito de forças
externas.
• Na determinação da resistência ao cisalhamento, os valores de “c” e de “f” podem variar
para um mesmo solo. Isso ocorre em função da faixa de carregamento aplicada, do tipo de
ensaio e do valor da RSA. Portanto, cada situação será específica e determinará parâmetros
de resistência específicos para o solo.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DAS AREIAS
• A resistência das areias é atribuída a duas fontes: ao atrito propriamente dito (deslizamento
e rolamento das partículas, umas por sobre as outras) e a uma parcela de resistência
estrutural representada pelo arranjo das partículas.
• As principais características que interferem na resistência das areias são:
• Compacidade: Areias mais compactas apresentam maior resistência que as areias fofas.
• Tamanho: tem-se observado que as areias grossas apresentam maiores ângulos de atrito do
que as areias finas.
• Forma: areias compostas de grãos angulares evidenciam maiores ângulos de atrito do que
areias de grãos mais regulares.
• Rugosidade: partículas mais rugosas mostram também maiores ângulos de atrito do que
partículas mais lisas.
• Granulometria: Um solo bem graduado oferece melhores oportunidades de entrosamento,
podendo propiciar um solo mais compacto e, consequentemente, mais resistente que um
solo mal graduado.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DAS ARGILAS
• No caso das argilas, verifica-se que sua resistência depende de seu índice de vazios inicial
que é resultado de seu histórico de tensões e de sua estrutura.
• Quando o cisalhamento ocorre, uma argila pré-adensada irá experimentar expansões
volumétricas assemelhando-se ao comportamento tensão-deformação das areias compactas
drenadas.
• As argilas normalmente ou levemente pré-adensadas (RSA<4) assemelham-se às areias fofas
e experimentam, portanto, reduções de volume quando cisalhadas.
• Como os solos argilosos apresentam baixas permeabilidades, ocorrerá dissipação lenta das
pressões neutras frente às solicitações. Daí, a necessidade de se conhecer essas condições
de dissipação para cada caso específico de carregamento.
1995 2005
Salvador-BA