UNIDADE 11 - RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DE SOLOS

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MECÂNICA DOS SOLOS I 
Aula 11 – Unidade 05: Resistência ao 
Cisalhamento de Solos 
Professora Msc. Helena Paula Nierwinski 
 
Resistência ao Cisalhamento 
Os solos resistem bem às tensões de compressão, mas tem 
resistência limitada a tração e ao cisalhamento. 
 
A resistência ao cisalhamento de um solo em qualquer direção é a 
tensão de cisalhamento máxima que pode ser aplicada à estrutura 
do solo naquela direção. Quando este máximo é atingido, diz-se que 
o solo rompeu, tendo sido totalmente mobilizada a resistência do 
solo. 
 
Planos onde as tensões cisalhantes superam a resistência ao 
cisalhamento são chamados de planos de ruptura. 
 
A resistência ao cisalhamento constitui uma das propriedades 
fundamentais dos solos, dado suporte a resolução de problemas 
práticos: estabilidade de taludes e capacidade de carga de 
fundações. 
 
 
 
Resistência ao Cisalhamento 
A resistência ao cisalhamento está relacionada ao atrito e coesão 
existentes no solo. 
 Atrito: 
A resistência por atrito entre partículas pode ser demonstrada 
através do deslizamento de um corpo sobre uma superfície. O 
ângulo de atrito é o ângulo máximo que a força transmitida pelo 
corpo à superfície pode fazer com a normal ao plano de contato 
sem que ocorra deslizamento. 
 
 
 
Resistência ao Cisalhamento 
Coesão 
 Parcela de resistência ao cisalhamento de um solo que independe 
das tensões normais aplicadas, originando-se 
- Pela atração química entre partículas argilosas (atração iônica); 
- Cimentação entre partículas; 
- Tensões superficiais geradas pelos meniscos capilares; 
- Tensões residuais da rocha de origem. 
 
 
 
Critérios de Ruptura 
Critério de ruptura – Equação de Coulomb 
O critério de ruptura expressa matematicamente a envoltória de 
ruptura de um material; 
A envoltória de ruptura separa a zona de estado de tensões 
possíveis da zona de estado de tensões impossíves de se obter 
para um solo; 
Para cada material deve-se utilizar o critério de ruptura que melhor 
se adapte ao seu comportamento. Solos  Critério de ruptura de 
Mohr-Coulomb 
 
CRITÉRIO DE MOHR-COULOMB (Mohr, 1900) – A ruptura se dá 
quando a tensão cisalhante no plano de ruptura alcança o valor da 
tensão cisalhante do material. 
 
 
 
Critérios de Ruptura 
Critério de ruptura – Equação de Coulomb 
A equação de Coulomb considera a parcela de resistência ao 
cisalhamento referente ao atrito e à coesão: 
 
 
 
Ensaios para determinação da 
resistência de solos 
Determinação da resistência ao cisalhamento 
Ensaio de cisalhamento direto – Amostra indeformada de solo 
O ensaio de cisalhamento direto é o mais antigo procedimento para 
a determinação da resistência ao cisalhamento e se baseia 
diretamente no critério de Mohr-Coulomb. Aplica-se uma tensão 
normal num plano e verifica-se a tensão cisalhante que provoca a 
ruptura. 
 
 
Para cada esforço normal 
(N) , determina-se o 
esforço tangencial 
necessário para romper a 
amostra ao longo do 
plano horizontal. 
 
Ensaios para determinação da 
resistência de solos 
Ensaio de cisalhamento direto 
Para o ensaio, um corpo de prova do solo é colocado parcialmente 
numa caixa de cisalhamento, ficando com sua metade superior 
dentro de um anel que será deslizado sobre a parte inferior. O 
corpo de prova é inicialmente comprimido pela força normal, em 
seguida aplica-se a força cisalhante `T`. 
 
 
 
Ensaios para determinação da 
resistência de solos 
Ensaio de cisalhamento direto 
As forças T e N divididas pela área da seção transversal do corpo 
de prova, indicam as tensões σ e τ que nele estão atuando. A 
tensão pode ser representada em função do deslocamento no 
sentido do cisalhamento. O deslocamento vertical do ensaio 
também pode ser registrado. 
 
 
 
Ensaios para determinação da 
resistência de solos 
Ensaio de cisalhamento direto 
Realizando-se o ensaio com diversas tensões normais é possível 
obter a envoltória de resistência do material. 
 
 
c 
ф 
 
Ensaios para determinação da 
resistência de solos 
Ensaio de compressão triaxial 
O ensaio de compressão triaxial consiste na aplicação de um estado 
hidrostático de tensões e de um carregamento axial sobre um corpo 
de prova cilíndrico de solo. O corpo de prova é colocado dentro de 
uma câmara envolto em um membrana de borracha. A câmara é 
enchida com água à qual se aplica uma pressão chamada de 
pressão confinante ou pressão de confinamento. 
 
Neste tipo de ensaio o corpo de 
prova fica sob um estado 
hidrostático de tensões. O 
carregamento axial é feito por 
meio de aplicações de força 
através do pistão ou elevação da 
câmara contra o pistão. 
 
Ensaios para determinação da 
resistência de solos 
Ensaio de compressão triaxial 
A ruptura do corpo de prova pelo acréscimo de tensão axial (ação 
da tensão desviadora) (σ1-σ3) 
 
 
Ensaios para determinação da 
resistência de solos 
Ensaio de compressão triaxial 
Diferentes valores de tensão desviadora são obtidos através de 
diferentes tensões confinantes, as quais originam diferentes valores 
de tensões máximas de ruptura. A partir destes valores pode-se 
definir círculos de Mohr de ruptura, cuja envoltória é a envoltória de 
resistência. 
 
 
Ensaios para determinação da 
resistência de solos 
Ensaio de compressão triaxial 
- Tipos de ensaios triaxiais: 
A) Ensaio Adensado drenado (CD – Consolidated Drained ou S - 
Slow): Ensaio onde há drenagem permanente do corpo de prova. 
Aplica-se a tensão confinante e espera-se que o corpo de prova 
adense, ou seja, que a pressão neutra dissipe. A tensão axial é 
então aumentada lentamente para que a água sob pressão possa 
sair. São obtidos parâmetros de resistência em termos de tensões 
efetivas. Emprego: Análise da resistência de solos permeáveis. 
 
 
Ensaios para determinação da 
resistência de solos 
Ensaio de compressão triaxial 
- Tipos de ensaios triaxiais: 
B) Ensaio Adensado não-drenado (CU – Consolidated undrained ou 
R - Rapid): A drenagem é permitida apenas durante a etapa de 
aplicação da pressão de confinamento. A seguir o corpo de prova é 
carregado axialmente sem drenagem. Podem ser obtidos 
parâmetros em termos de tensões totais e efetivas. 
Emprego: análise a curto e a longo prazo da resistência ao 
cisalhamento de solos de baixa premeabilidade consolidados. 
 
 
 
Ensaios para determinação da 
resistência de solos 
Ensaio de compressão triaxial 
- Tipos de ensaios triaxiais: 
C) Ensaio não-adensado não-drenado (UU – unconsolidated 
undrained ou Q - quick): A drenagem não é permitida em nenhuma 
das etapas do ensaio. O teor de umidade da amostra se mantem 
constante. As pressões neutras geradas podem ser medidas. Os 
parâmetros de resistência são obtidos em termos de tensões totais. 
Emprego: Análise a curto prazo da resistência ao cisalhamento de 
solos de baixa permeabilidade não consolidados. 
 
 
Resistência ao cisalhamento de areias 
Será analisado o comportamento de areias puras ou com reduzido 
percentual de finos (< 12%) que não interferem significativamente 
no comportamento do conjunto. 
As areias são permeáveis e não geram pressões neutras, desta 
forma a análise é realizada sob condições drenadas em termos 
de tensões efetivas. 
 
As areias puras não apresentam coesão, apenas intercepto 
coesivo: 
 
 
 
 Comportamento distinto de resistência: 
Areias fofas 
Areias Compactas 
 
 
 
 
Resistência ao cisalhamento de areias 
Comparação Areias Fofas e Areias Compactas – ensaio triaxial CD 
 
 
 
 
Areias Fofas – Oacréscimo de tensão (σ1-
σ3) aumenta continuamente com a 
deformação até atingir (σ1-σ3)max ocorre 
redução volumétrica com o cisalhamento. 
Resistência definida pelo ângulo de atrito 
interno efetivo. 
 
Areias Compactas – Observa-se 3 trechos 
distintos. Inicial onde o acréscimo da tensão 
axial cresce rapidamente com a deformação 
e há decréscimo da deformação. Ocorre o 
valor máximo da tensão axial (σ1-σ3)max 
onde ocorre aumento de volume da amostra 
(dilatância). Por último as tensões axiais 
atingem um valor constante pequena 
variação das deformações. 
 
Resistência ao cisalhamento de areias 
Comparação Areias Fofas e Areias Compactas 
O pico de resistência e a dilatância das areias compactas ocorre em 
função do entrosamento dos grãos. O entrosamento (encaixe ou 
embricamento) representa uma componente adicional de resistência 
que se manifesta pelo valor de pico superior a resistência residual 
(associada somente ao atrito). Para que ocorra o cisalhamento de 
areias compactas deve ocorrer o desencaixe dos grãos  aumento do 
volume (dilatância) 
 
 
 
Resistência ao cisalhamento de areias 
Areias Fofas e Areias Compactas – índice de vazios crítico 
O índice de vazios crítico indica o índice de vazios da areia onde não 
há diminuição nem aumento de volume com o cisalhamento, ou seja, a 
areia sofre deformação sem variação de volume, correspondendo à 
densidade na qual a areia tende a ser rompida, independente do índice 
de vazios inicial. 
 
 
Resistência ao cisalhamento de areias 
Areias Fofas e Areias Compactas – índice de vazios crítico 
O índice de vazios crítico depende da tensão confinante que uma areia 
está submetida. 
 
 
Resistência ao cisalhamento de areias 
Areias Fofas e Areias Compactas – variação do ângulo de atrito 
com a pressão confinante 
A envoltória de resistência retilínea passando pela origem é uma 
aplicação na prática, fruto em parte da dispersão dos resultados 
obtidos com cps diferentes para cada valor de tensão confinante. 
 
Curvatura da envoltória 
cresce com a compacidade e 
resistência dos grãos. Na 
prática são ajustadas retas 
no intervalo de tensão de 
interesse. 
 
Resistência ao cisalhamento de areias 
Areias Fofas e Areias Compactas – variação do ângulo de atrito 
 
a) Compacidade relativa 
 
b) Forma dos grãos 
 
c) Distribuição granulométrica 
 
d) Rugosidade dos grãos 
 
e) Composição mineralógica (solos micáceos diminuem o ângulo de atrito) 
 
f) Presença de água (pouca influência - drenagem) 
 
g) Envelhecimento da areia (aumento da rigidez com o tempo) 
 
 
 
Resistência ao cisalhamento de areias 
Areias Fofas e Areias Compactas – variação do ângulo de atrito 
 
 
 
 
Resistência ao cisalhamento de argilas 
Influência do pré-adensamento na resistência das argilas 
O comportamento das argilas difere do comportamento das areias, 
sendo que as argilas dependem do histórico de tensões (normalmente 
adensadas ou pré-adensadas). 
 
 
As argilas apresentam 
comportamento tensão-
deformação convergente 
após superada a tensão 
de pré-adensamento 
 
Resistência ao cisalhamento de argilas 
Argilas sob condições drenadas 
Ensaios drenados em argilas são lentos e os parâmetros de resistência 
são obtidos em termos de tensões efetivas. Resistência governada 
pelo pré-adensamento. 
Argila Normalmente Adensada (NA) – não há pico de resistência e 
há redução de volume; 
Argila pré-adensada (PA) – existe um pico de resistência e aumento 
de volume 
 
 
Resistência ao cisalhamento de argilas 
Argilas sob condições drenadas – envoltória de resistência 
 
PA 
NA 
 
Resistência ao cisalhamento de argilas 
Argilas sob condições não-drenadas 
Neste tipo de ensaio são gerados excessos de poropressões na fase 
de confinamento e compressão axial (ensaio UU) ou somente na fase 
de compressão axial (ensaio CU). Nas fases não drenadas não há 
variação do volume do CP. 
 
O ensaio CU permite que se obtenha parâmetros tanto em tensões 
totais quanto em tensões efetivas. 
 
Resistência ao cisalhamento de argilas 
Argilas sob condições não-drenadas 
Ensaio CU – argila Normalmente Adensada (NA) 
 
Resistência ao cisalhamento de argilas 
Argilas sob condições não-drenadas 
Ensaio CU – argila Pré-Adensada (PA) 
 
Resistência ao cisalhamento de argilas 
Argilas sob condições não-drenadas 
Ensaio UU – é impedida a drenagem tanto na aplicação da tensão 
confinante como no carregamento axial, sendo que as tensões efetivas 
do cp não se alteram. A resistência ao cisalhamento do solo medida no 
ensaio UU independe da tensão confinante, desta forma o diâmetro 
dos círculos de Mohr não se alteram e a envoltória de ruptura é uma 
linha horizontal: τ = Su (resistência não drenada) 
As tensões obtidas 
neste ensaio 
corresponde ao 
estado de tensões 
efetivas de campo.