Mecânica dos Solos Aplicada -Prof Alice de Albuquerque - 3ª webconferência - Mod B (1)

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Mecânica dos Solos Aplicada
Webconferência III
Professor(a):Alice de Albuquerque
Definição de ruptura em solos
Ocorrências práticas de ruptura de solo
Desequilíbrio geral entre tensões cisalhantes atuantes e resistência ao cisalhamento do material
Definição de ruptura em solos
Aplicações
Definição de ruptura em solos
Aplicações
Definição de ruptura em solos
Resistência dos solos
Definição de resistência ao cisalhamento no solo: A ruptura de um solo significa excessivo movimento relativo de partículas, quando isto ocorre, o solo não suporta o acréscimo de carga e então ocorre um deslizamento entre partículas
ATRITO
COESÃO
Definição de ruptura em solos
Atrito: O coeficiente de atrito estático depende da rugosidade do contato e a resistência ao deslizamento do bloco depende também do peso do bloco (N)
Definição de ruptura em solos
Atrito
A força necessária para quebrar o atrito
Resistência ao cisalhamento
Definição de ruptura em solos
Coesão: contribui para a resistência ao cisalhamento de um solo. Esta independe das tensões normais aplicadas.
A origem desta contribuição de resistência ao cisalhamento pode ser fornecida pelas seguintes condições
Atração química entre partículas argilosas
Cimentação entre partículas
Tensões superficiais geradas pelos meniscos capilares
Tensões residuais da rocha de origem
Definição de ruptura em solos
Equação de Coulomb: 			
ATRITO e COESÃO
Definição de ruptura em solos
Exemplo: Considere um plano horizontal de solo submetido a 25kPa de tensão normal. Se o material possui coesão de 10kPa e ângulo de atrito de 30°, qual a resistência ao cisalhamento do material nesta condição?
Definição de ruptura em solos
Solução:
			
Tipos de estruturas de arrimo
Estruturas de arrimo/estruturas de contenção: são elementos estruturais capazes de suportar os esforços causados por pressões ou movimentos potenciais de massa.
Conter uma escavação
Conter encosta natural
Queda de blocos
Fluxo de detritos
UTILIZADAS PARA :
Tipos de estruturas de arrimo
As contenções em estruturas são separadas em: 
Estruturas de GRAVIDADE/PESO 
Estruturas de FLEXÃO
Tipos de estruturas de arrimo
Muros de gravidade
Funcionamento:
A estrutura sustenta os empuxos laterais através de seu peso próprio.
Muro de gabiões
Muro de pedra arrumada
Tipos de estruturas de arrimo
Muros de Flexão
Funcionamento:
São estruturas esbeltas que precisam ser armadas, pois suportam momentos fletores elevados, especialmente na sua base.
Muro de concreto armado
Tipos de estruturas de arrimo
Muros de Flexão
Muro de contrafortes
Tipos de estruturas de arrimo
Cortinas
Funcionamento:
Quando a estrutura não recebe vínculo, e fica dependente dos empuxos passivos. São estruturas muito esbeltas.
Cortina em pranchas metálicas
Tipos de estruturas de arrimo
Cortinas
Cortina atirantadas
Tipos de estruturas de arrimo
Mecanismos de instabilidade nos muros: A instabilidade externa de um muro de gravidade é governada por quatro verificações, que nada mais são que modos potenciais de ruptura.
Estabilidade ao deslizamento
Estabilidade ao tombamento
Estabilidade à ruptura das fundações
Estabilidade à ruptura global
Tipos de estruturas de arrimo
Verificação ao deslizamento: é a superfície da base do muro que sofrerá este potencial de deslizamento
Necessário saber:
Magnitude dos empuxos laterais
Geometria do muro
Peso total do muro
Tipos de estruturas de arrimo
O fator de segurança (Fsd) corresponde ao nível de segurança do muro projetado e é representado pela seguinte razão:
Tipos de estruturas de arrimo
A força resistente é definida como a parcela de resistência ao cisalhamento na base adicionando o empuxo passivo
Tipos de estruturas de arrimo
A resistência ao cisalhamento no contato muro-solo é definida segundo a equação fundamental de Coulomb
Tipos de estruturas de arrimo
As forças instabilizantes são definidas como:
Importante:
Lembrar sempre da presença de empuxo de água, deve ser adicionado a parcela de forças instabilizantes
Tipos de estruturas de arrimo
Fazer a verificação
O fator de segurança é uma atribuição do projetista, a NBR 11682/09 estabelece o valor mínimo para o fator de segurança é
Tipos de estruturas de arrimo
Verificação ao tombamento: a segurança ao tombamento é comandada pela potencial rotação num ponto (“o”), que fica no pé do muro de contenção.
Necessário saber:
Magnitude das forças atuantes e sua posição
Tipos de estruturas de arrimo
O fator de segurança (Fst) corresponde ao nível de segurança do muro projetado e é representado pela seguinte razão:
Tipos de estruturas de arrimo
O momento resistente é definido como:
Os momentos instabilizantes são definidos como:
Tipos de estruturas de arrimo
Por fim deve ser realizado a verificação:
O fator de segurança é uma atribuição do projetista, a NBR 11682/09 estabelece o valor mínimo para o fator de segurança é 
Resistência ao cisalhamento e a teoria de Mohr-Coulomb
Critérios de ruptura: são formulações que procuram refletir as condições em que ocorrem a ruptura dos materiais. Um critério é satisfatório na medida em que reflete o comportamento do material em consideração. A análise do estado de tensões que provoca a ruptura é o estudo da resistência ao cisalhamento dos solos. Os critérios de ruptura que melhor representam o comportamento dos solos são os critérios de Mohr Coulomb
Resistência ao cisalhamento e a teoria de Mohr-Coulomb
Critério de Mohr: Não há ruptura enquanto o círculo representativo do estado de tensões se encontrar no interior de uma curva, que é a envoltória dos círculos relativos a estados de ruptura
Resistência ao cisalhamento e a teoria de Mohr-Coulomb
Resistência ao cisalhamento e a teoria de Mohr-Coulomb
Estado I: solo sob estado de tensões isotrópico As tensões em qualquer direção são idênticas
Estado II: a tensão cisalhante em qualquer plano é menor que a resistência ao cisalhamento
Estado III: o círculo de Mohr tangencia a envoltória. Representa a ruptura em um plano inclinado
Estado IV: estado fisicamente impossível pois ultrapassa o círculo de Mohr
Ensaios para avaliação da resistência ao cisalhamento
Em campo:
Ensaio de cisalhamento direto de campo
Vane test
Pressiômetro
Dilatômetro
Em Laboratório:
Ensaio de cisalhamento direto
Ensaio triaxial
Ensaios para avaliação da resistência ao cisalhamento
Ensaio de cisalhamento direto (CD):
Baseado no critério de Coulomb 
 Aplica-se uma tensão normal em um plano e verifica-se a tensão cisalhante que causa a ruptura 
Medem-se os deslocamentos horizontais e verticais ao longo do ensaio
Ensaios para avaliação da resistência ao cisalhamento
Ensaios para avaliação da resistência ao cisalhamento
Ensaio de cisalhamento direto
Vantagens 
 Simples, prático, baixo custo 
 Permite determinar a resistência residual
Desvantagens
 Plano de ruptura pré-determinado 
 Não permite controle poropressões 
Estado de tensões completo não é conhecido
Ensaios para avaliação da resistência ao cisalhamento
Ensaio triaxial
→ Aplica-se uma tensão confinante seguida de acréscimos de tensão desviadora 
→ Ensaio é feito para várias tensões confinantes
Ensaios para avaliação da resistência ao cisalhamento
Ensaio triaxial
Consiste num corpo de prova cilíndrico ( altura de 2 a 2,5 vezes o diâmetro, diâmetros de 5 e 3,2 cm) envolvido por uma membrana impermeável e que é colocado dentro de uma câmara 
Preenche-se a câmara com água e aplica-se uma pressão na água (s3) que atuara em todo o corpo de prova 
O ensaio é realizado acrescendo à tensão vertical o que induz a tensão de cisalhamento no solo, até que ocorra ruptura ou deformações excessivas.
Ensaios para avaliação da resistência ao cisalhamento
Na compressão triaxial, os planos horizontais e verticais são planos principais. Assim, tem-se que:
O plano horizontal corresponde ao plano principal maior (σ1)
O plano vertical corresponde ao plano principal menor (σ3)
A tensãodo carregamento axial (σ1- σ3) corresponde a chamada tensão desviadora (σd)
Ensaios para avaliação da resistência ao cisalhamento
Ensaios adensado drenado (CID)
Tensões σ1 e σ3 são aplicados lentamente e a válvula é aberta, permitindo a saída de água (uw = 0) 
São ensaios em que há permanente drenagem do corpo de prova
 São obtidos parâmetros de resistência em termos de tensões efetivas
Ensaios para avaliação da resistência ao cisalhamento
Ensaio adensado não drenado (CIU)
Características: Na fase inicial ( nesta fase se permite a drenagem), quando se aplica a tensão confinante não há desenvolvimento de pressão neutra.
Por consequência há o adensamento da amostra 
Simula a construção de um aterro em duas ou mais etapas, sendo que a última executada rapidamente.
σ3 é aplicado lentamente e σ1 rapidamente, não permitindo saída de água (uw ≠ 0)
Ensaios para avaliação da resistência ao cisalhamento
Ensaio não adensado não drenado (UU)
Tensões σ1 e σ3 são aplicados rapidamente e com as válvula fechadas, não permitindo a saída de água
Simula carregamentos rápidos no campo, construção rápida de um aterro sobre solo mole. 
A não drenagem permite que não haja variação da pressão efetiva durante o ensaio uma vez que todo o acréscimo de pressão será transferido para a água
Ensaios para avaliação da resistência ao cisalhamento
Ensaio triaxial
Vantagens 
 Estado de tensões conhecido 
 Permite controle de poropressões
 Versátil
Desvantagens
Complexo 
Custo mais alto
Interpretação dos ensaios de resistência
Interpretação dos ensaios de resistência
Busca-se traçar a envoltória de ruptura para aproximar o resultado à uma reta.
O intercepto da reta com o eixo das resistências ao cisalhamento corresponde ao valor do intercepto coesivo (c’), e o ângulo da reta com a horizontal corresponde ao ângulo de atrito efetivo
Interpretação dos ensaios de resistência
Resistência ao cisalhamento de areias
→ AREIAS 
 Solo não coesivo
Alta permeabilidade
Geralmente não há desenvolvimento de pressão neutra. O ensaio mais utilizado é o de cisalhamento direto
Interpretação dos ensaios de resistência
Resistência ao cisalhamento de argilas
A interpolação da resistência ao cisalhamento das argilas é complexo, devido a interação físico química entre as partículas
A resistência depende: 
 a) estado de adensamento 
b) sensibilidade da estrutura 
c) condições de carregamento (lento/rápido) 
d) condições de drenagem 
e) saturação da amostra (saturadas/não saturadas)