Ensaio de cisalhamento direto

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
	
GCI016 MECÂNICA DOS SOLOS
11ª PRÁTICA DE RELATÓRIO - ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO
Turma: A
Grupo: 2
Alunos: Ana Carolina Alves Vieira 11811ECV046
 Frederico Pereira Marques 11711ECV055
 Geovanne Pereira Gondim dos Santos 11621ECV013
 Guilherme Fernandes Zemella 11511ECV022
 Luiz Henrique Fachinelli Filho 11711ECV054
 Mariana Mendonça de Oliveira 11521ECV034
Uberlândia, dezembro de 2018.
INTRODUÇÃO
A resistiência ao cisalhamento de um solo pode ser definida pela máxima tensão de cisalhamento que um solo pode resistir antes da ruptura, ou a tensão de cisalhamento do solo no plano em que estiver ocorrendo a ruptura. O cisalhamento ocorre devido ao deslizamento entre corpos sólidos ou entre partículas do solo. Os principais fenômenos que permitem menor ou maior deslizamento são o atrito e a coesão. É preciso compreender a natureza de resistência ao cisalhamento para que seja possível analisar os problemas de estabilidade do solo, tais como capacidade de carga, estabilidade de taludes e pressão lateral em estruturas de contenção de terra. (PINTO, 2006; DAS, BRAJA M., 2014).
A resistência por atrito entre as partículas pode ser definida como a força tangencial necessária para ocorrer o deslizamento de um plano em outro paralelamente a este, sendo proporcional à força normal do plano e dependente do coeficiente de atrito. O ângulo formado entre a força normal e a resultante das forças, tangencial e normal, é chamdo de ângulo de atrito , sendo o máximo ângulo que a força cisalhante pode ter com a normal ao plano sem que haja deslizamento.
O ensaio de cisalhamento direto é a forma mais antiga e mais simples de arranjo para o ensaio de cisalhamento e baseia-se no critério de Coulomb. O ensaio se caracteriza pela aplicação de uma tensão normal em um plano e a verificação da tensão cisalhante que provoca a ruptura.
O experimento realizado teve como objtivo, ao utilizar de uma caixa de seção quadrada, obter através de da interpretação de uma envoltória lienar, os valores de ângulo de atrito interno do solo e do intercepto coesivo.
RESULTADOS E ANÁLISES
Dos dados obtidos em laboratório, têm-se as seguintes tabelas:
Tabela 1: Dados do corpo de prova
	Identificação do solo
	Areia média saturada
	
	Massa específica dos sólidos
	2,67
	g/cm³
	Massa de areia seca
	408,94
	g
	Área do molde
	102,83
	cm²
	Altura do corpo de prova
	2,456
	cm
	Volume do corpo de prova
	252,55
	cm³
	Índice de vazios
	0,619
	--
	Umidade de saturação
	24,30
	%
Para obter o índice de vazios, utilizou-se a seguinte fórmula:
Onde é a massa específica dos sólidos e é a massa de areia seca dividida pelo volume do corpo de prova.
Para obter a porcentagem de umidade de saturação , sabe-se que:
Adotou-se 
Logo, a porcentagem de umidade de saturação será:
Sobre os dados do equipamento, segue a tabela 2:
Tabela 2: Dados do equipamento
	Constante do anel dinamométrico
	1730,56
	N/mm
	Velocidade de deslocamento horizontal
	0,275
	mm/min
Os dados da tabela 3 representam os dados obtidos e calculados durante o ensaio ao aplicar uma tensão normal de 50kPa.
A constante do anel dinamométrico, fornecido na tabela anterior, é necessária para multiplicar com o valor lido no deslocamento no anel dinamométrico, obtendo, portanto, a força de cisalhamento em Newtons. Ao dividir essa força pela área do molde, chega-se ao valor da tensão de cisalhamento (kilo.Pascal) naquele instante. 
Tabela 3: Dados do ensaio
	Tempo (min)
	Deslocamento Horizontal (mm)
	Deslocamento Vertical (mm)
	Deslocamento no anel dinamométrico (mm)
	Força de cisalhamento (kgf)
	Tensão de cisalhamento (kPa)
	0
	4,73
	8,46
	0
	0
	0
	0,5
	4,7
	8,45
	0
	0
	0
	1
	5,05
	8,45
	0
	0
	0
	1,5
	5,16
	8,45
	0
	0
	0
	2
	5,17
	8,45
	0,01
	17,3056
	16,50393487
	2,5
	5,17
	8,45
	0,01
	17,3056
	16,50393487
	3
	5,17
	8,45
	0,01
	17,3056
	16,50393487
	3,5
	5,18
	8,45
	0,01
	17,3056
	16,50393487
	4
	5,18
	8,448
	0,01
	17,3056
	16,50393487
	4,5
	5,2
	8,445
	0,02
	34,6112
	33,00786973
	5
	5,33
	8,439
	0,06
	103,8336
	99,0236092
	5,5
	5,44
	8,4
	0,07
	121,1392
	115,5275441
	6
	5,58
	8,38
	0,11
	190,3616
	181,5432835
	6,5
	5,72
	8,34
	0,12
	207,6672
	198,0472184
	7
	5,87
	8,31
	0,16
	276,8896
	264,0629579
	7,5
	6,08
	8,29
	0,19
	328,8064
	313,5747625
	8
	6,15
	8,26
	0,21
	363,4176
	346,5826322
	8,5
	6,3
	8,24
	0,23
	398,0288
	379,5905019
	9
	6,44
	8,22
	0,24
	415,3344
	396,0944368
	9,5
	6,59
	8,21
	0,25
	432,64
	412,5983717
	10
	6,74
	8,19
	0,25
	432,64
	412,5983717
	11
	7,03
	8,16
	0,26
	449,9456
	429,1023065
	12
	7,32
	8,14
	0,26
	449,9456
	429,1023065
	13
	7,62
	8,13
	0,27
	467,2512
	445,6062414
	14
	7,92
	8,1
	0,31
	536,4736
	511,6219809
	15
	8,21
	8,08
	0,34
	588,3904
	561,1337855
	16
	8,5
	8,07
	0,39
	674,9184
	643,6534598
	17
	8,79
	8,06
	0,43
	744,1408
	709,6691993
	18
	9,08
	8,06
	0,47
	813,3632
	775,6849388
	19
	9,37
	8,07
	0,5
	865,28
	825,1967434
	20
	9,68
	8,09
	0,52
	899,8912
	858,2046131
	21
	9,96
	8,11
	0,54
	934,5024
	891,2124828
	22
	10,26
	8,14
	0,55
	951,808
	907,7164177
	23
	10,56
	8,17
	0,55
	951,808
	907,7164177
	24
	10,86
	8,2
	0,55
	951,808
	907,7164177
	25
	11,14
	8,22
	0,55
	951,808
	907,7164177
	26
	11,45
	8,25
	0,55
	951,808
	907,7164177
	27
	11,75
	8,27
	0,54
	934,5024
	891,2124828
	28
	12,04
	8,29
	0,54
	934,5024
	891,2124828
	29
	12,34
	8,3
	0,54
	934,5024
	891,2124828
	30
	12,64
	8,31
	0,53
	917,1968
	874,708548
	31
	12,93
	8,32
	0,53
	917,1968
	874,708548
	32
	13,23
	8,33
	0,53
	917,1968
	874,708548
	33
	13,53
	8,34
	0,52
	899,8912
	858,2046131
	34
	13,82
	8,34
	0,52
	899,8912
	858,2046131
	35
	14,1
	8,35
	0,52
	899,8912
	858,2046131
	36
	14,4
	8,35
	0,52
	899,8912
	858,2046131
Com estes dados, fez-se os seguintes gráficos:
Gráfico 1: Tensão de cisalhamento em função do deslocamento horizontal
Gráfico 2: Deslocamento vertical em função do deslocamento horizontal
Sabendo que a tensão normal aplicada foi de 50kPa, que a maior tensão cisalhante calculada foi de 907,7164177kPa, pode-se calcular , pois:
Como , , têm-se que , assim, a partir desta reta, é possível plotar a resistência do solo e o círculo de Mohr correspondente à condição de ruptura, com auxílio do AutoCad.
Figura 1: Envoltória de Ruptura e Círculo de Mohr
Fonte: Autores
Onde o eixo das abscissas corresponde à tensão cisalhanete e o eixo das ordenadas à tensão normal.
Por meio do gráfico, têm-se que , logo, a direção do ângulo de ruptura corresponde à 58º no sentido anti-horário ao plano principal maior.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Por meio do ensaio realizado, foi possível analisar o deslocamento vertical e horizontal do solo, e assim, chegar à sua resistência e seu plano de ruptura, fatores importantes a serem analisados quando pretende-se evitar a ruptura do solo em campo. Também, foi possível analisar o tipo de areia estudada por meio do gráfico 1 e do gráfico 2. Ao analisar o primeiro gráfico, percebe-se que se trata de uma areia fofa, pois não há um pico de tensão cisalhante com valores discrepantemente menores em seguida, ao contrário, ao atingir a tensão cisalhante máxima, os seguintes valores ainda são próximos, caracterizando uma leve continuidade, típico de areia fofa.
Comprova-se isso com o gráfico 2, em que se analisa o deslocamentovertical em função do deslocamento horizontal. No gráfico obtido, o volume do solo diminui após aplicada a tensão, o que significa que o volume de vazios diminui à medida que as partículas da areia se rearranjam ocupando tal espaço. Caso fosse areia compactada, haveria a expansão do solo. 
Apesar das quebras da linearidade do primeiro gráfico, possivelmente, devido à uma falha do equipamento que parou de funcionar o motor por pequenos instantes, a análise e os resultados não são prejudicados consideravelmente, pois, muitos dados foram coletados durante o ensaio, chegando à análise que durante este trecho, apesar de não representarem o verdadeiro valor da tensão cisalhante em função do deslocamento, sabe-se que o solo ainda não havia chegado à tensão cisalhante máxima, não interferindo, portanto, na análise final do resultado.
Trata-se, portanto, de um ensaio simples e útil ao estudar o comportamento do solo em situações críticas, pois é preciso compreender a natureza da resistência ao cisalhamento para que seja possível analisar os problemas de estabilidade do solo, tais como capacidade de carga, estabilidade de taludes e pressão lateral em estruturas de contenção de terra.
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA
DAS, B. M.; SOBHAN, K. Fundamentos de Engenharia Geotécnica: 8. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2014.
PINTO, C. S. Curso Básico de Mecânica dos Solos: 3. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2006.
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