RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS

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Faculdade de Engenharia – NuGeo/Núcleo de Geotecnia Prof. M. Marangon 
Mecânica dos Solos II 
 
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS 
 
 
 
 
Unidade 5 – RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS 
 
 
 
Como visto na unidade 04, um carregamento externo aplicado na superfície, ou a 
própria geometria da superfície da massa de solo, contribui para o desenvolvimento de 
tensões tangenciais ou de cisalhamento, que podem chegar a valores próximos a máxima 
tensão cisalhante que o solo suporte sem haver ruptura do material. Esta é a tensão 
cisalhante de resistência do solo, a ser estudada nesta unidade do curso. 
 
 A figura abaixo ilustra o aspecto da distribuição de tensões e a intensidade destas 
tensões, como exemplo, seja a componente vertical, seja a cisalhante máxima que ocorrem 
no subsolo de um terreno (mostrada a meia seção), que tem aplicado na superfície um 
carregamento externo de 100kPa. Observa-se que os maiores valores ocorrem nas 
proximidades do carregamento, região em que se tem as maiores deformações e que há a 
possibilidade de haver ruptura, dependendo da resistência ao cisalhamento do solo 
 
3 m Footing
100 kPa
 7
 
 1
4 
 
 2
1 
 28
 
 3
5 
 42
 
0 2 4 6 8 10 12
El
ev
at
io
n 
(m
et
re
s)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
 
Distribuição de tensões verticais devidas ao 
peso próprio e ao carregamento externo 
 E = 5000 kPa 
3 m Footing
100 kPa
 2
 
 4
 
 6
 
 1
0 
 1
4 
 2
4 
 30 
 32 
 32 
0 2 4 6 8 10 12
El
ev
at
io
n 
(m
et
re
s)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
 
Distribuição das máximas tensões cisalhantes 
 
ν = 0,334 
Fig. 5. 01 - Aspecto das tensões que ocorrem no subsolo de um terreno carregado 
 101 
 
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 Como visto, as tensões principais nos interessam particularmente para o estudo 
de resistência ao cisalhamento dos solos, uma vez que obtidos estes valores poderemos 
calcular as máximas tensões cisalhantes que irão atuar no projeto em estudo. 
 
Para ilustrar, é mostrada na figura 5. 02, o estado de tensões atuantes em um ponto 
no interior da massa de solo, e também os valores e a direção em que atuam as tensões 
principais maior e menor, como estudado. Neste exemplo ilustrativo foi usado um software 
de análise de tensões, desenvolvido aplicando a técnica numérica do “Método dos 
Elementos Finitos” (M. E. F.). O ponto destacado (de no 760) situa-se à 2,0m de 
profundidade (cota 18) e à 1,5m de distância do eixo da carga de 6,0m aplicada, ou seja, o 
meio da faixa de 3,0m apresentada. 
 
547548549550551552553554555556557558559560561562563
578 579 580 581 582 583 584 585 586
589590591592593594595596597598599600601602603604605
620 621 622 623 624 625 626 627 628
631632633634635636637638639640641642643644645646647
662 663 664 665 666 667 668 669 670
673674675676677678679680681682683684685686687688689
704 705 706 707 708 709 710 711 712
715716717718719720721722723724725726727728729730731
746 747 748 749 750 751 752 753 754
757758759760761762763764765766767768769770771772773
788 789 790 791 792 793 794 795 796
799800801802803804805806807808809810811812813814815
830 831 832 833 834 835 836 837 838
841842843844845846847848849850851852853854855856857
3 m Footing
100 kPa
14
16
18
20
 
 
Effective Stress at Node 760
Normal
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Sh
ea
r
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
sx
14.318
-14.811
10.805
76.756
 
sy
73.242
Figura 5. 02 - Estado de tensões atuantes em um ponto no interior da massa de solo, 
e valores e direção em que atuam as tensões principais maior e menor. 
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Como pode ser observado no traçado do círculo de Mohr, assim como se verifica o 
valor na figura 5. 01, a máxima tensão de cisalhamento atuante no ponto é da ordem de 32 
kPa, correspondente a um σ1 de 76,76 kPa e σ3 de 10, 81 kPa. A questão que se coloca 
nesta análise é: Este nível de tensão de cisalhamento está aquém do valor correspondente à 
da resistência do material ? Este último valor, a ser obtido a partir do traçado da sua 
envoltória de resistência é que será estudado nesta unidade. 
 
O problema da determinação da resistência aos esforços cortantes nos solos 
constitui um dos pontos fundamentais de toda a mecânica dos solos. Uma avaliação correta 
deste conceito é um passo indispensável para qualquer análise da estabilidade das obras 
civis. 
 
5.1 – Considerações preliminares s
 
A capacidade dos solos 
cisalhamento, isto é, da tensão 
haja ruptura. 
τ r
 
Terzaghi (conhecido como 
essa resistência como conseqüên
correspondente a pressão grão
considerava-se a pressão total 
desenvolvimento de resistência 
constatada, conclui-se que somen
cisalhamento, (por atrito de contato
 
τ cr ='
 Hvorslev, ao analisar argi
(representada na equação por “c”) é
 
Logo temos para a máxim
simplesmente por τr) : 
 
 
 
Em outras palavras, a expr
parâmetros c e ϕ não são car
essencialmente, das condições de o
de utilização são variáveis, partiu-s
de criar as situações de ocorrência/
sido retirada do todo e, logicam
comportamento ao natural. 
 
Da expressão matemática te
 
obre resistência ao cisalhamento 
em suportar cargas, depende de sua resistência ao 
que é a máxima tensão que pode atuar no solo sem que 
o “pai” da Mecânica dos Solos) conseguiu conceituar 
cia imediata da pressão normal ao plano de rutura 
 a grão ou pressão efetiva. Isto é, anteriormente 
o que não correspondia ao real fenômeno de 
interna, mas, na nova conceituação, amplamente 
te as pressões efetivas mobilizam resistência ao 
 grão a grão) donde escrevemos: 
( ) ϕσϕσ tguctg −+=+ , 
 
las saturadas, concluiu que nessa situação a coesão 
 função essencial do teor de umidade donde se escreve: ( )c f h= 
a tensão de cisalhamento (poderá ser representado 
( ) ( ) ϕστ tguhfr −+=' 
essão acima traduz a situação já afirmada de que os 
acterísticas simples dos materiais, mas, dependem, 
corrência/utilização dos materiais. Como as condições 
e para se sofisticar os ensaios de laboratório na tentativa 
utilização, procurando considerar o fato da amostra ter 
ente perdendo algumas características originais de 
mos: 
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( )c f h tgi= = σ ϕ tensão interna de resistência por atrito fictício ou proveniente do 
entrosamento de suas partículas traduzida pela força de coesão (que 
pode ser verdadeira e/ou aparente - em areias). Depende da ocorrência 
de água nos vazios e suas condições de arrumação estrutural. Em 
engenharia, só consideramos válida a coesão verdadeira. ( ) ϕσ tgu− tensão interna de resistência por atrito de contato grão a grão. 
Dependente da arrumação estrutural (maior ou menor contato grão a 
grão) e da ocorrência da pressão neutra que refletirá diretamente no 
valor de . σ ,
 
Os parâmetros c e ϕ, definidores da resistência interna ao cisalhamento dos solos 
terão que ser determinados, na maioria dos casos, em laboratório nas condições mais 
desfavoráveis previstas para o período de utilização de cada projeto específico. Os 
ensaios buscarão representar o rompimento de uma seção em relação a uma outracontígua, 
medindo as tensões de rutura capazes de identificar, nas condições do projeto, sua 
resistência ao corte. 
 
 
5.2 - Ensaios de resistência ao cisalhamento 
 
 
5.2.1 - Ensaios de Campo 
 
Como a retirada de amostras indeformadas implica, apesar de todos os cuidados e 
expedientes sofisticados, numa possível deformação da amostra, procura-se, mais 
modernamente, executar ensaios “in situ” capazes de traduzir as reais características de 
resistências das camadas. Dentre os ensaios “in situ” mais empregados no Brasil para 
determinação de parâmetros de resistência ao cisalhamento e de deformabilidade no campo 
destacam-se: 
 
• Ensaio de palheta ou "Vane Shear Test"; 
• Ensaio de penetração estática do cone (CPT) ou "Deepsoundering"; 
• Ensaio pressiométrico (câmara de pressão no furo de sondagem). 
 
Além desses, no caso de fundações são executadas para provas de carga que, 
traduzirão, especificamente, as resistências do solo frente às características do elemento 
estrutural na transmissão de carga. 
O ensaio de CPT e “Vane test” têm por objetivo a determinação da resistência ao 
cisalhamento do solo, enquanto o ensaio pressiométrico visa estabelecer uma espécie de 
curva de tensão-deformação para o solo investigado, conforme pode ser visto na tabela a 
seguir. A seguir será detalhado cada um desses ensaios. 
 
Ensaio de penetração estática do cone – CPT. 
 
O ensaio de penetração estática do cone, também conhecido como deepsounding, 
foi desenvolvido na Holanda com o propósito de simular a cravação de estacas e está 
normalizado pela ABNT através da norma NBR 3406. 
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Ensaios Disponíveis x Parâmetros obtidos 
 
Tipo de Ensaio Tipo de Solo Principais características 
 Melhor 
Aplicável 
Não 
Aplicável 
que podem ser determinadas 
 
 
1 - Ensaio Padronizado 
de Penetração (SPT)* 
 
 
Granulares 
 Avaliação qualitativa do estado de 
compacidade ou consistência. 
Comparação qualitativa da estratigrafia 
do subsolo. 
2 - Ensaio de 
Penetração Estática do 
Cone (CPT) 
 
 
Granulares 
 Avaliação contínua da compacidade e 
resistência de solos granulares. 
Avaliação contínua de resistência não 
drenada de solos argilosos. 
3 - Ensaio de Palheta Coesivos Granulares Resistência não drenada de solos 
argilosos. 
4 - Ensaio 
Pressiométrico 
 
Granulares 
 Coeficiente de empuxo no repouso; 
compressibilidade e resistência ao 
cisalhamento. 
* Sem interesse direto na determinação dos parâmetros de resistência 
 
O ensaio de CPT permite medidas quase contínuas da resistência de ponta e lateral 
devido à cravação de um penetrômetro no solo, as quais por relações, permitem identificar 
o tipo de solo, destacando a uniformidade e continuidade das camadas. Permite, também, 
determinar os parâmetros de resistência ao cisalhamento e a capacidade de carga dos 
materiais investigados. É um ensaio de custo relativamente baixo, rápido de ser executado, 
sendo portanto, indicado para a prospecção de grandes áreas. Apresenta como 
desvantagens a não obtenção de amostras para inspeção visual, a não penetração em 
camadas muito densas e com a presença de pedregulhos e matacões, as quais podem tornar 
os resultados extremamente variáveis e causar problemas operacionais como deflexão das 
hastes e estragos na ponteira. 
O equipamento para execução do ensaio CPT consta de um cone de aço, móvel, 
com um ângulo no vértice de 600 e área transversal de 10 cm2. 
O ensaio consiste em cravar o cone solidário a uma haste e medir o esforço 
necessário à penetração. São feitas medidas de resistência de ponta e total. 
Os dados permitem obter, ainda, boas indicações das propriedades do solo, ângulo 
de atrito interno de areias, e coesão e consistência das argilas. 
 
Ensaio de palheta – “Vane test”. 
 
O “Vane test” foi desenvolvido na Suécia, com o objetivo de medir a resistência ao 
cisalhamento não drenada de solos coesivos moles saturados. Hoje o ensaio é normalizado 
no Brasil pela ABNT (NBR 10905). 
O equipamento para realização do ensaio é constituído de uma palheta de aço, 
formada por quatro aletas finas retangulares, hastes, tubos de revestimentos, mesa, 
dispositivo de aplicação do momento torçor e acessórios para medida do momento e das 
deformações. O equipamento está apresentado na figura 5. 04. O diâmetro e a altura da 
palheta devem manter uma relação constante 1:2 e, sendo os diâmetros mais usuais de 55, 
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65, e 88mm. A medida do momento é feito através de anéis dinamométricos e vários tipos 
de instrumentos com molas, capazes de registrar o momento máximo aplicado. 
 
 
Figura 5. 03 – Resultado de um ensaio de penetração contínua – CPT. 
 
O ensaio consiste em cravar a palheta e em medir o torque necessário para cisalhar 
o solo, segundo uma superfície cilíndrica de ruptura, que se desenvolve no entorno da 
palheta, quando se aplica ao aparelho um movimento de rotação. A instalação da palheta 
na cota de ensaio pode ser feita ou por cravação estática ou utilizando furos abertos a trado 
e/ou por circulação de água. No caso de cravação estática, é necessário que não haja 
camadas resistentes sobrejacentes à argila a ser ensaiada a que a palheta seja munida de 
uma sapata de proteção durante a cravação. Tanto o processo de cravação da sapata, quanto 
o de perfuração devem ser paralisados a 50cm acima da cota de ensaio, a fim de evitar o 
amolgamento do terreno a ser ensaiado. A partir daí, desce apenas a palheta de realização 
do ensaio. Com a palheta na posição desejada, deve-se girar a manivela a uma velocidade 
constante de 6º/min, fazendo-se as leituras da deformação no anel dinamométrico de meio 
em meio minuto, até rapidamente, com um mínimo de 10 rotações a fim de amolgar a 
argila e com isto, determinar a sensibilidade da argila (resistência da argila indeformada/ 
resistência da argila amolgada). 
Para o cálculo da resistência não drenada da argila deve-se adotar as seguintes 
hipóteses: 
 
• Drenagem impedida: ensaio rápido; 
• Ausência de amolgamento do solo, em virtude do processo de cravação da 
palheta; 
• Coincidência de superfície de ruptura com a geratriz do cilindro, formado pela 
rotação da palheta; 
• Uniformidade da distribuição de tensões, ao longo de toda a superfície de 
ruptura, quando o torque atingir o seu valor máximo; 
• Solo isotrópico. 
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Figura 5. 04 – Equipamento para ensaio de palheta – vane test, de campo e em 
tamanho reduzido para laboratório – este do LaEsp – Laboratório de Ensaios Especiais em 
Mecânica dos Solos da UFJF. 
 
No instante da ruptura o torque máximo (T) aplicado se iguala à resistência ao 
cisalhamento da argila, representadas pelos momentos resistentes do topo e da base do 
cilindro de ruptura e pelo momento resistente desenvolvido, ao longo de sua superfície 
lateral, dado pela expressão: 
T = ML + 2MB 
 Onde: T = torque máximo aplicado à palheta; ML=momento resistente 
desenvolvido ao longo da superfície lateral de ruptura; MB=momento resistente 
desenvolvido no topo e na base do cilindro de ruptura, dados por: 
uL cHDM ..2
1 2π= 
uB cDM
3
12
π= 
 Onde: D = diâmetro do cilindro de ruptura; H = altura do cilindro de ruptura; Cu = 
resistência não drenada da argila.Substituindo as duas últimas equações na anterior e 
fazendo-se H = 2D, tem-se o valor da coesão não drenada da argila, expresso pela fórmula: 
 
3
.
7
6
D
Tcu π= 
 
Ensaio pressiométrico 
 
Este ensaio é usado para determinação “in situ” principalmente do módulo de 
elasticidade (e da resistência ao cisalhamento de solos e rochas), sendo desenvolvido na 
França por Menard. 
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O ensaio pressiométrico consiste em efetuar uma prova de carga horizontal no 
terreno, graças a uma sonda que se introduz por um furo de sondagem de mesmo diâmetro 
e realizado previamente com grande cuidado para não modificar-se as características do 
solo. 
O equipamento destinado a execução do ensaio, chamado pressiométrico, é 
constituído por três partes: sonda, unidade de controle de medida pressão-volume e 
tubulações de conexão. A sonda pressiométrica é constituída por uma célula central ou de 
medida e duas células extremas, chamadas de células guardas, cuja finalidade é estabelecer 
um campo de tensões radiais em torno da célula de medida. 
Após a instalação da sonda na posição de ensaio, as células guardas são infladas 
com gás carbônico, a uma pressão igual a da célula central. Na célula central é injetada 
água sob pressão, com o objetivo de produzir uma pressão radial nas paredes do furo. Em 
seguida, são feitas medidas de variação de volume em tempos padronizados, 15, 30 e 60 
segundos após a aplicação da pressão do estágio. O ensaio é finalizado quando o volume 
de água injetada atingir 700 a 750 cm³. 
Com as interpretações dos resultados de pares de valores (pressão x ∆ volume) 
obtidos no ensaio, se determina o módulo pressiométrico entre outros valores de pressão. 
 
 
5.2.2 - Ensaios de laboratório 
 
São diversos os tipos de ensaios de laboratório que buscam, com maior grau de 
sofisticação, representar as condições, com fidelidade e exatidão, possíveis de ocorrências, 
dentre as principais temos: 
 
• Ensaio de Compressão Simples; 
• Ensaio de Cisalhamento Direto; 
• Ensaio de Compressão Triaxial; 
 
Dependendo da importância da obra a realizar, das características dos solos e das 
condições de ocorrência justifica a realização de ensaios com a finalidade específica de 
obter os parâmetros de resistência ao cisalhamento ( c e ) ϕ
 
Faremos nos itens seguintes (itens 5. 4, 5.5 e 5. 6) uma descrição conceitual dos 
ensaios, e uma análise referente a determinação de c e ϕ, deixando o detalhamento dos 
mesmos para as aulas práticas específicas. As descrições serão genéricas e sucintas. 
 
 
5.3 – Ensaio de compressão simples 
 
Este ensaio consiste em se ensaiar os corpos de provas em uma prensa aberta em 
que só se tem condição de aplicar a pressão axial , uma vez que, sendo a prensa aberta 
não há condição de aplicar pressões laterais, isto é, 0. Tem-se assim um só círculo e 
=0. Logo só é aplicável a solos puramente coesivos. 
σ1
σ3 =
ϕ
Os valores desses ensaios são extremamente limitados na sua interpretação e 
utilização prática em geotecnia.aplicados para identificar as consistências das argilas e, 
 108 
 
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quando ensaiadas em amostras naturais e amolgadas nos dão condição de determinar a 
sensibilidade das argilas. 
 
A foto da figura 5.5 abaixo ilustra o ensaio após sua execução, onde se vê a prensa 
de compressão simples em que temos um corpo de prova que mesmo após o cisalhamento 
(quando resultou em tensão cisalhante máxima) foi levado a uma deformação excessiva. 
 
Como no ensaio não se tem condição de aplicar σ3, o gráfico resultante será: 
 
 
 
P = Carga na ruptura medida na prensa; 
Figura 5.5 – Foto da prensa utilizada nos ensaio de compressão simples e gráfico resultante 
no ensaio de compressão simples 
 
Análise do ensaio de compressão simples com o corpo de prova rompido 
Como no ensaio temos um só círculo, precisamos, de uma direção para traçar a 
linha de rutura. Logo, conclui-se que a condição exigível é que se tenha a direção 
horizontal, isto é, o ensaio só é aplicável em solos puramente coesivos, onde . ϕ = 0
 
Os dados da interpretação do gráfico finais podem s r visto na figura 5.6: 
 
 
Figura 5.6 – Interpretação do gráfico final do ensaio
 109 
e
 
 
 
 
 
 
 
A = Área do corpo de prova (conhecida); 
A velocidade de aplicação da carga é controlada e 
padronizada. 
 
A
P=1σ 
ϕ = 0, temos: σ σ1 12 2= ∴ = =c c r 
 
 de compressão simples 
 
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Em função de seus resultados temos uma classificação v
ocorrência de estrutura de argila (ligante) onde o valor Rc é dado
compressão simples. 
 
 Tabela 5.1 – Dados de resistência à compressão sim
Argilas Faixa valor Rc Obs: 
Muito mole Rc < 2,5 t/m2 1 kPa = 1
Mole 2,5 < Rc < 5,0 t/m2 1 t/m2 = 
Média 5,0 < Rc < 10,0 t/m2 1 kg/cm2
Rija 10,0 < Rc < 20,0 t/m2 1 kg/cm2
Muito rija 20,0 < Rc < 40,0 t/m2 1 t/m2 = 
Dura Rc > 40,0 t/m2 
 
Face a limitação deste ensaio temos dois tipos de ensai
empregados para a determinação da resistência ao cisalhamento do
cisalhamento direto e o ensaio de compressão triaxial 
 
 
5.4 – Ensaio de cisalhamento direto 
 
O ensaio de cisalhamento direto é o mais antigo procedimento
da resistência ao cisalhamento e se baseia diretamente no critério
Aplica-se uma tensão normal num plano e verifica-se a tensão cisal
ruptura. 
Para o ensaio, um corpo de prova do solo é colocado parcialm
cisalhamento, ficando com sua metade superior dentro de um an
esquematicamente na figura 5. 7a, publicada por PINTO (2000). 
 
Aplica-se inicialmente uma força vertical N.
Uma força tangencial T é aplicada ao anel que contém a
parte superior do corpo de prova, provocando seu
deslocamento, ou um deslocamento é provocado,
medindo-se a força suportada pelo solo. As forças T e
N, divididas pela área da seção transversal do corpo
de prova, indicam as tensões σ e τ que nele estão
ocorrendo. A tensão τ pode ser representada em função
do deslocamento no sentido do cisalhamento, como se
mostra na Figura 5. 7b, onde se identificam a tensão de
ruptura, τmax, e a tensão residual, que o corpo de prova
ainda sustenta, após ultrapassada a situação de ruptura,
τres. O deslocamento vertical durante o ensaio também e
registrado, indicando se houve diminuição ou aumento
de volume durante o cisalhamento. 
 
Realizando-se ensaios com diversas tensões 
normais, obtém-se a envoltória de resistência, como 
apresentado na Unidade 04. 
 110 
álida para qualquer 
 como resistência à 
ples 
 kN/m2 
10 kPa (kN/m2) 
 = 10 t/m2 
 = 100 kPa 
0,1 kg/cm2 
os costumeiramente 
s solos: o ensaio de 
 para a determinação 
 de Mohr-Coulomb. 
hante que provoca a 
ente numa caixa de 
el, como se mostra 
 
Figura 5. 7
 
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O ensaio é muito prático, porém o ensaio não permite a determinação de 
parâmetros de deformabilidade do solo e o controle de condições de drenagem é difícil, 
pois não há como impedi-la, assim não permite a obtenção dos valores da pressão neutra. 
 
Ensaios em areias são feitos sempre de forma a que as pressões neutras se dissipem, 
e os resultados são considerados em termos de tensões efetivas.No caso de argilas, pode-se 
realizar ensaios drenados, que são lentos, ou não drenados. Neste caso, os carregamentos 
devem ser muito rápidos, para impossibilitar a saída de água. 
 
Pelas restrições acima, o ensaio de cisalhamento direto é considerado menos 
interessante que o ensaio de compressão triaxial. Entretanto, pela sua simplicidade, ele é 
muito útil quando se deseja medir simplesmente a resistência, e, principalmente, quando se 
deseja conhecer a resistência residual. 
 
O sentido do deslocamento da parte superior do corpo de prova pode se inverter até 
que a tensão cisalhante se estabilize num valor aproximadamente constante (residual). 
Neste ensaio consegue-se provocar um deslocamento relativo de uma parte do solo sobre a 
outra muito maior do que se pode atingir em ensaios de compressão triaxial. 
 
Durante muitos anos o ensaio de cisalhamento direto foi, praticamente o único para 
determinação da resistência dos solos devido a sua simplicidade. A necessidade de maiores 
sofisticações para representar as ocorrências de campo, tem sido, em muitos casos, 
substituídos pelos ensaios de compressão triaxial. 
 
O ensaio de cisalhamento direto 
 
Como abordado, o ensaio consiste, em uma caixa bi-partida onde colocamos a 
amostra, fixamos a parte inferior e movimentamos a superior no sentido de se fazer o 
corte da amostra, medindo o esforço necessário para tal. A tampa da parte superior é 
falsa, isto é, sobre ela pode-se aplicar a carga vertical P distribuída em sua área A. 
Na Figura 5. 8 vemos o esquema completo com a amostra em condição de ensaio, 
onde se nota que pode-se executa-lo com drenagem, pelas pedras porosas, ou sem 
drenagem (com a ressalva de que é impossível impermeabilizar totalmente o sistema). As 
saídas de drenagens são para melhorar o processo da garantia desse expediente e não para 
medir a pressão neutra, pois, isso não será possível. 
 
 
Figura 5.8 – Esquema do ensaio de cisalhamento direto 
 111 
 
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RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS 
 
 As fotos abaixo mostram a moldagem de um CP (corpo de prova - seção quadrada) 
para ser ensaiado no equipamento de cisalhamento direto, como o do LaEsp - Laboratório 
de Ensaios Especiais em Mecânica dos Solos abaixo. 
 
 
 
 
 
 
Foto 1 – Detalhe de um CP sendo talhado em um bloco de amostra indeformado 
Foto 2 – Aspecto do equipamento durante a realização de um ensaio 
Foto 3 – Detalhe da caixa de cisalhamento com o extensômetro para medição da 
deformação vertical do CP durante o ensaio. 
 
 
Figura 5. 9 – Aspecto das curvas 
tensão x deformação 
Curvas tensão x deformação 
 
As curvas de ruptura (tensão x deformação)
obtidas nos ensaios de resistência têm uma das
formas mostrada na Figura 5. 9. Na rutura frágil
depois de atingir a τR, a resistência cai
acentuadamente ao se aumentar a deformação. Na
rutura plástica o esforço máximo é mantido com
a continuidade da deformação. Pode-se obter assim
a chamada resistência “residual”. 
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RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS 
 
A ruptura “Frágil” é típica de ocorrência em argilas rijas e duras ou areias 
compactas enquanto que a ruptura “Plástica” é típica de ocorrência em argilas moles ou 
médias ou areias fofas ou pouco compactas. 
 
114
42
17
27
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15
T
en
sã
o 
ci
sa
lh
an
te
 - 
τ (
kP
a)
σv (kPa)
27
114
17
42
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
0 5 10 15
Deslocamento horizontal (mm)
D
es
lo
ca
m
en
to
 v
er
tic
al
 
(m
m
)
σv (kPa)
Figura 5. 11 – Curvas tensão x deformação 
 
A figura 5. 10 ao lado, apresenta,
como exemplo, as curvas de um ensaio
de cisalhamento direto (parte da planilha
de ensaio do CP01, abaixo). Observa-se
que se trata de uma amostra de argila, e
de baixa consistência (mole ou média)
tendo em vista o aspecto das curvas
apresentadas. Nota-se que o valor da
resistência (valor máximo) não é
pronunciada. 
 
Os dados obtidos a partir dos
gráficos da figura 5. 10, por exemplo,
correspondentes às tensões no plano de
rutura, que somados a várias outras
amostras ensaiadas da mesma estrutura,
nos darão vários outros pares de tensão
que, possibilitam o traçado da envoltória
de resistência do solo e a obtenção dos
parâmetros c e ϕ (figura 5.11). 
Planilha de Resultados Folha: 01 de 03
Leitura Leitura Anel de Desloc. Desloc. Área Força Tensão Tensão Índice 
Extens. Extens. Carga Horiz. Vert. Corrig. Cisalh. Fcis/Fn Cisalh. Vert. de
Horiz. Vert. (mm) (mm) (cm²) (N) (kPa) (kPa) Vazios
0 1208,0 100,0 0,000 0,000 103,23 31,01 0,000 0,0 17,2 1,463
8 1207,8 114,0 0,175 0,000 103,05 66,83 0,376 6,5 17,2 1,463
10 1207,5 115,0 0,224 0,001 103,00 69,38 0,391 6,7 17,2 1,463
20 1204,2 118,0 0,472 0,008 102,75 77,06 0,434 7,5 17,3 1,463
 
 
Figura 5. 12 – Interpolação dos pontos de ruptura para obtenção da reta de Mohr-Coulomb 
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RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS 
 
O ensaio de cisalhamento direto só dá valores confiáveis para o caso de rutura 
plástica, pois, no outro caso a curva estará defasada do real. No caso da rutura plástica os 
esforços são iguais em toda seção de rompimento, enquanto na outra há diferenciação entre 
a periferia e o centro da amostra). 
Observa-se que nesse ensaio a área da seção crítica varia durante a aplicação do 
esforço tangencial. Portanto, para sua real determinação deveríamos ter um processo 
continuado de correção. 
 
 Os ensaios de Cisalhamento Direto poderão ser referidos como: 
 
Teste rápido: Executado sem as pedras porosas que seriam substituídas por placas 
metálicas. Nota-se que todos os ensaios compreendem a aplicação de σ no 
plano de rutura e a medição de τ na rutura (nesse mesmo plano). Nesse tipo 
de ensaio, a resistência ao cisalhamento é medida imediatamente após a 
aplicação da tensão normal, não havendo tempo para consolidação do solo 
e nem dissipação da pressão neutra (u) que ocorrerá na amostra. A força de 
cisalhamento é aplicada rapidamente até romper a amostra e a água não 
terá condição de ser drenada. Como desenvolverá pressão neutra, a tensão 
efetiva será a menor possível. O tempo do ensaio é de ± 5 minutos. 
 
Teste com 
consolidação 
rápida: 
Executado com as pedras porosas e as válvulas abertas na aplicação de σ e 
fechadas na obtenção de τ. O ensaio é similar ao anterior, mas permitindo a 
drenagem durante a aplicação da tensão normal ao plano de cisalhamento. 
A resistência ao cisalhamento τr, é medida após a aplicação de σ nas 
condições consideradas. O tempo do ensaio é de ± 3 minutos (sendo 
variável em função da permeabilidade da amostra). 
 
Teste com 
consolidação 
lenta: 
Executado com as pedras porosas e as válvulas abertas. A consolidação se 
dará lentamente, anulando-se a pressão neutra completamente, isto é, 
permitindo a dissipação da poro-pressão tanto na aplicação de σ, que é feita 
por partes, quanto na obtenção de τ que vai sendo executado em estágios 
sucessivos até o rompimento do corpo de prova. O tempo requerido para 
que haja toda a drenagem e não ocorra pressão neutra dependerá da 
permeabilidade da amostra e pode levar de 4 a 6 semanas. 
 
Esse ensaio caracteriza claramente que a resistência ao cisalhamento dos solos é a 
propriedade que os solos possuem de resistirem ao deslizamento de uma seção em relação 
à outra contígua. 
 
Observações sobre pré-adensamento 
 
Como visto, adensamentoé a diminuição de volume do solo sob ação de uma 
pressão. Sua ocorrência é maior nos solos argilosos, pois são compressíveis, e em menor 
escala nos solos arenosos quando fofos. A condição de pré-adensamento é a situação em 
que a camada compressível tenha, em épocas geológicas anteriores, sofrido pressões muito 
maiores do que as que suportam atualmente, isto é, a natureza adensou a camada. 
 
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RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS 
 
Uma estrutura de solo pré-adensado, implica em problemas na determinação de sua 
resistência, pois, quando em processo de cisalhamento, este solo tende a se expandir e, 
assim, está sujeita a absorção de água que estará gerando uma pressão neutra (u), e 
logicamente, diminuindo a pressão efetiva (σ’) e o valor da determinação de τr. Se, por 
acaso não houver possibilidade de absorção de água quando solicitada ao cisalhamento, 
sua tendência de expandir acarretará aumento da resistência do solo. Assim, nas argilas 
pré-adensadas, havendo possibilidade de drenagem, sua resistência será maior do que na 
situação em que não seja possível esse expediente. 
 
Nas argilas normalmente adensadas, passa-se exatamente o contrário, ou seja: 
Diminuem o volume quando solicitadas ao cisalhamento; 
Apresentam pressão neutra positiva. 
Teremos, como decorrência, aumento de (pressão efetiva) quando drenada, uma 
vez que ocorrerá a dissipação da pressão neutra u . 
σ ,
 
Fatores que influenciam os resultados dos ensaios 
 
• Areias – Compacidade, forma das partículas e distribuição granulométrica, 
(ocorrência da pressão neutra). 
• Argilas – Estado de adensamento do solo, sensibilidade de sua estrutura, condições 
de drenagem e velocidade de aplicação das cargas e a ocorrência de pressão neutra. 
Em função desses fatores e também das solicitações de campo, temos vários tipos 
de ensaios que buscam essas representações (solicitações previstas na obra). 
 
Tensões principais 
 
A análise do estado de tensões durante o carregamento, entretanto, é bastante 
complexa. O plano horizontal, antes da aplicação das tensões cisalhantes, é o plano 
principal maior. Com a aplicação das forças T, ocorre rotação dos planos principais. 
 
Uma das desvantagens do ensaio de cisalhamento direto é a impossibilidade de se 
conhecer os esforços que atuam em planos diferentes daquele de rutura, com um único 
ensaio. Somente depois de traçada a envoltória será possível determinar o círculo de Morh 
referente á condição de equilíbrio incipiente e determinar as tensões principais associada, 
uma vez que o círculo tangencia a linha de rutura nesse ponto determinado, cujos valores 
das tensões principais obtém-se pelo processo abaixo, conforme exemplo da figura 5. 14. 
 
Processo: 
• Ressalta-se o ponto T na envoltória (σ e τ), referente a um corpo de prova; 
• Tira-se uma perpendicular a envoltória de rutura); 
• Por T determina-se r e traça-se o círculo (pelo ponto O’); 
• Traçado o círculo pelo ponto T tiramos uma paralela ao plano em que atuam os 
espaços, no caso horizontal e determinamos o ponto P sobre o círculo; 
• Unindo-se P a A e B temos as direções dos planos principais que estão detalhados 
na seção desenhada abaixo do gráfico do ensaio; 
Tendo-se o círculo traçado podemos tirar, também, os valores de σ1 e σ3 (para o 
exemplo da figura 5. 14, têm-se respectivamente, 8,1 t/m2 e 1,7 t/m2). 
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