Resistência ao Cisalhamento do Solo

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27/05/2019
MINISTÉRIO DE EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE RECURSOS HÍDRICOS, 
GEOTECNIA E SANEAMENTO AMBIENTAL
Resistência ao cisalhamento
RUPTURAS DOS SOLOS POR CISALHAMENTO
27/05/2019
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DO SOLO
Define-se como resistência ao cisalhamento do solo como a
máxima tensão de cisalhamento que o solo pode suportar sem
sofrer ruptura, ou a tensão de cisalhamento do solo no plano em
que a ruptura estiver ocorrendo.
A resistência ao cisalhamento dos solos envolve duas
componentes: atrito e coesão.
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DO SOLO
ATRITO
Analogia com o problema de deslizamento de um corpo sobre
uma superfície plana horizontal
S1
'

Fat
N
T
Na iminência do movimento:
T = Fat  = S1
T = N.m = N.tan(q)  = ’.b = ’.tan(f’)
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RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DO SOLO
COESÃO
Parcela de resistência ao cisalhamento de um solo que independe
das tensões normais aplicadas.
Na iminência do movimento:
T = A  = S2
 = c’
A
T
N = 0 ' = 0
S2
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DO SOLO
COESÃO
Coesão verdadeira (Real): devida a ligações químicas (agentes
cimentantes) e físicas (elétricas e adesão) entre partículas.
 Solos granulares: c’≈ 0
 Solos finos ou com presença de finos: c’ > 0
Coesão aparente: devida a uma pressão negativa (sucção)
presente nos solos não saturados, devida à tensão entre grãos
resultante da tensão capilar.
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RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DO SOLO
COESÃO
COESÃO APARENTE
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DO SOLO
RESISTÊNCIA TOTAL
 = S1 + S2
 = c’ + ’.tan(f’)
Onde:
c’: coesão efetiva
f’: ângulo de atrito interno
do solo
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RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DO SOLO
c' e f' são os parâmetros da resistência
ao cisalhamento de qualquer solo.
Altos valores dos parâmetros significam
alta resistência ao cisalhamento.
CRITÉRIO DE RUPTURA
CRITÉRIO DE COULOMB
“Não há ruptura se a tensão de cisalhamento não ultrapassar um
valor dado pela expressão c + f.σ , sendo c e f constantes do
material e σ a tensão normal existente no plano cisalhante”.
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CRITÉRIO DE RUPTURA
CRITÉRIO DE MOHR
“Não há ruptura enquanto o circulo representativo do estado de
tensões se encontrar no interior de uma curva, que é a envoltória
dos círculos relativos a estados de ruptura, observados
experimentalmente para o material”
CRITÉRIO DE RUPTURA
CRITÉRIO DE MOHR-COULOMB
Ao se fazer uma reta como a envoltória de Mohr, seu critério de
resistência fica análogo ao de Coulomb, justificando a expressão
critério de Mohr-Coulomb.
Solos argilosos
 = c’ + ’tan(f’)
Solos puramente arenosos
 = ’tan(f’)
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CRITÉRIO DE RUPTURA
CRITÉRIO DE MOHR-COULOMB
Amostra A: Ruptura
Amostra B: Estável (Estabilidade)
A
B
CRITÉRIO DE RUPTURA
CRITÉRIO DE MOHR-COULOMB
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CRITÉRIO DE RUPTURA
CRITÉRIO DE MOHR-COULOMB
CRITÉRIO DE RUPTURA
 Círculo de Mohr tangenciando a envoltória de resistência:
situação de ruptura iminente;
 Um estado de tensões é possível em um determinado ponto no
solo quando o círculo de Mohr estiver contido na envoltória de
resistência;
 Não é fisicamente concebível um estado de tensões
representado por um círculo de Mohr acima da envoltória;
 O ponto de tangencia define o plano de ruptura e as tensões
sobre ele. A resistência ao cisalhamento do solo será igual a
tensão cisalhante no ponto;
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DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA AO 
CISALHAMENTO DO SOLO
Principais tipos de ensaios de laboratório para determinação da
resistência ao cisalhamento do solo
 Ensaio de cisalhamento direto
 Ensaio de compressão triaxial
Tipos de amostras (reproduzir as condições da obra)
 Indeformadas
 Compactadas
ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO
Mais antigo procedimento para determinação da resistência ao
cisalhamento.
O ensaio é baseado diretamente no critério de Coulomb.
Caixa de cisalhamento (metálica e bipartida) onde um corpo de
prova (CP) é colocado.
Força de cisalhamento é aplicada movendo-se uma metade da
caixa provocando a ruptura do CP de solo.
Mede-se a reação, com um anel dinamométrico, os deslocamentos
horizontais e verticais, com extensômetros.
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ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO
ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO
CP: 10x10x4 cm
CP na prensa de cisalhamento direto
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ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO
ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO
VANTAGENS DO ENSAIO
Simplicidade / Praticidade
Facilidade na moldagem de amostras de areia
Rapidez Solo permeáveis
Possibilita condição inundada
Possibilita grandes deformações por reversões na caixa de
cisalhamento  Resistência residual
Baixo custo
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ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO
DESVANTAGENS DO ENSAIO
Não permite a obtenção de parâmetros de deformabilidade
O plano de ruptura é imposto, pode não ser o de maior fraqueza
Comumente não se medem nem são controladas as poropressões
(difícil controle)
Muito lento  solos de baixa permeabilidade
Concentração de tensões nas bordas da amostra
ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL
É o mais versátil ensaio para determinação da resistência ao
cisalhamento dos solos.
Consiste na aplicação de um estado hidrostático de tensões e de um
carregamento axial sobre um corpo de prova cilíndrico do solo.
Estado hidrostático: obtido com a colocação do CP envolto por uma
membrana de borracha em uma câmara de ensaio. A câmara é cheia
com água através da qual é aplicada a tensão confinante (c). A
tensão confinante atua em todas as direções (estado hidrostático de
tensões)
Carregamento axial: aplicação de um esforço axial controlado
através de um pistão de carga que penetra na câmara (ensaio com
carga controlada) ou pelo movimento ascendente da câmara
reagindo contra um pistão estático (ensaio de deformação
controlada).
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ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL
ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL
27/05/2019
ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL
Moldagem dos corpos de
prova no torno de
moldagem, diâmetro de 5
cm e 10 cm de altura,
amostra indeformada.
Moldagem dos corpos de
prova no torno de
moldagem, diâmetro de 3,5
cm e 7 cm de altura,
amostra indeformada.
ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL
Corpo de prova montado na
base da célula triaxial
Cisalhamento do corpo de prova na
prensa de compressão triaxial.
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Existem três formas clássicas de se realizar o ensaio triaxial:
a) Ensaio adensado e drenado (CD) – Lento (S)
ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL
Drenagem permitida em ambas etapas.
Emprego: análise da resistência ao cisalhamento de solos que
facilmente permitem drenagem.
b) Ensaio adensado e não drenado (CU) – Rápido pré-adensado (R)
ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL
Drenagem permitida apenas na primeira etapa.
Emprego: análise a curto e a longo prazo da resistência ao
cisalhamento de solos de baixa permeabilidade.
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c) Ensaio não adensado e não drenado (UU) – Rápido (R)
ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL
A drenagem não é permitida em ambas etapas.
Emprego: análise a curto prazo da resistência ao cisalhamento de
solos de baixa permeabilidade não adensado.
VANTAGENS DO ENSAIO
Pode-se impor o estado de tensão que se desejar
Controle completo da drenagem
Pode-se medir poro-pressões
Pode-se medir variações de volume
ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL
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DESVANTAGENS DO ENSAIO
Mais caro e em geral a duração do ensaio é maior
Requer um operador mais qualificado (equipamento complexo)
Há influência da membrana de borracha
ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL