Aulas 11 e 12: Resistência ao Cisalhamento em Mecânica dos Solos II

Gissele Rocha 1 AULAS 11 e 12 RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO MECÂNICA DOS SOLOS II 1 1 ESCOLA DE ENGENHARIA DE MINAS GERAIS MECÂNICA DOS SOLOS II 2 ENSAIO DE COMPRESSÃO NÃO CONFINADA Preparação da amostra 3 ENSAIO DE COMPRESSÃO NÃO CONFINADA Harvard miniature 4 ENSAIO DE COMPRESSÃO NÃO CONFINADA 5 ENSAIO DE COMPRESSÃO NÃO CONFINADA Resultado do ensaio de compressão não confinada 6 ENSAIO DE COMPRESSÃO NÃO CONFINADA Prensa de compressão não confinada Ruptura por cisalhamento Ruptura por abaulamento 7 ENSAIO DE COMPRESSÃO NÃO CONFINADA 8 ENSAIO DE COMPRESSÃO NÃO CONFINADA A construção induzirá poropressões na argila tal que ao término da construção não terão se dissipado Após a construção temse a situação mais crítica com todas as poropressões atuando 9 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL É o ensaio mais versátil para a determinação da resistência ao cisalhamento dos solos Com ele é possível avaliar rupturas em condições drenadas e não drenadas adensadas e não adensadas obtendo valores de ângulo de atrito intercepto de coesão avaliação de desenvolvimento de poropressão variação volumétrica e curvas de tensãodeformação O corpo de prova cilíndrico é submetido a uma tensão confinante σ3 que atua em toda a superfície Aplicase a seguir um acréscimo de tensão axial σ1 até a ruptura do corpo de prova Características o plano de ruptura ocorre em qualquer posição ensaio com drenagem controlada determinação de parâmetros de resistência totais e efetivos É o ensaio que oferece o maior número de opções para a determinação da resistência do solo manômetro válvula carga axial pistão água corpo de prova pedra porosa membrana pedra porosa drenagem ou medida de pressões neutras pressão na câmara δv manômetro válvula carga axial pistão água corpo de prova pedra porosa membrana pedra porosa drenagem ou medida de pressões neutras pressão na câmara δv δv 11 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL As diversas conexões da câmara com o exterior permitem medir ou dissipar as poropressões u e medir variações de volume V manômetro válvula carga axial pistão água corpo de prova pedra porosa membrana pedra porosa drenagem ou medida de pressões neutras pressão na câmara δv manômetro válvula carga axial pistão água corpo de prova pedra porosa membrana pedra porosa drenagem ou medida de pressões neutras pressão na câmara δv δv σd 12 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL Esquema do ensaio Tensões σ1 e σ3 no ensaio manômetro válvula carga axial pistão água corpo de prova pedra porosa membrana pedra porosa drenagem ou medida de pressões neutras pressão na câmara σ3 σ3 σ3 σ3 σd σd σ1 σd σ3 13 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL A tensão devida ao carregamento axial é denominada acréscimo de tensão axial σ1 σ3 ou tensão desviadora 14 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL Como não existem tensões de cisalhamento nas bases e nas geratrizes do corpo de prova os planos horizontais e verticais são os planos principais Se o ensaio é de carregamento o plano horizontal é o plano principal maior No plano vertical o plano principal menor atua a pressão confinante Fases do ensaio Fase 1 aplicação da pressão confinante σ3 não ocorre cisalhamento Fase 2 aplicação da diferença de tensões principais σd σ1σ3 ocorre cisalhamento manômetro válvula carga axial pistão água corpo de prova pedra porosa membrana pedra porosa drenagem ou medida de pressões neutras pressão na câmara σ3 σ3 σ1 σ σ axial 3 σ3 σ3 σaxial σaxial Σaxial σd 16 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL Resultados de ensaios triaxiais σ1 σ1 u σ1 σ3 σ1 σ3 σ3 σ3 u σ σ 1 3 σ σ 1 3 r εa εa σ σ 1 3 σ σ 1 3 r 17 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL manômetro válvula carga axial pistão água corpo de prova pedra porosa membrana pedra porosa drenagem ou medida de pressões neutras pressão na câmara Triaxial Consolidado Drenado CD Consolidado drenado Medidas de variação de volume V u 0 Fase de adensamento Fase de ruptura 18 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL Modalidades Triaxial Consolidado Drenado CD a Fase de consolidação gráfico de variação volumétrica em função do tempo b Fase de cisalhamento tensão desviadora versus deformação axial areia fofa e argila normalmente adensada c Fase de cisalhamento tensão desviadora versus deformação axial areia densa e argila sobreadensada d Fase de cisalhamento variação volumétrica versus deformação axial areia fofa e argila normalmente adensada e Fase de cisalhamento variação volumétrica versus deformação axial areia densa e argila sobreadensada 19 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL Modalidades Apresentação dos resultados Consolidado drenado CD σ1 σ1 u σ3 σ3 u Como u 0 ensaio drenado então σ1 σ1 σ3 σ3 σ σ 1 3 σ σ 1 3 r εa εa σ σ 1 3 σ σ 1 3 r Logo c c φ φ 20 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL Modalidades Ensaios triaxiais Consolidado drenado CD Envoltórias de tensões totais e de tensões efetivas σ σ τ τ c c φ φ 21 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL Modalidades σ3 σ3 σ1 σ1 Ensaios triaxiais Consolidado drenado CD Envoltória de ruptura para areias secas ou saturadas e argilas saturadas normalmente adensadas c 0 kPa 22 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL Modalidades Ensaios triaxiais Consolidado drenado CD Envoltória de ruptura para argilas saturadas sobreadensadas 23 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL Modalidades manômetro válvula carga axial pistão água corpo de prova pedra porosa membrana pedra porosa drenagem ou medida de pressões neutras pressão na câmara Consolidado 1a Fase consolidação Não drenado 2a Fase ruptura Medidas de variação de volume V na primeira fase consolidação Medidas da poropressão u na segunda fase ruptura Não há variação volumétrica na fase de ruptura pois a drenagem é impedida V0 25 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL Modalidades Consolidado não drenado ou consolidado rápido CU Consolidado não Drenado CU a Estado de tensões na fase de consolidação b Fase de consolidação gráfico de variação volumétrica em função do tempo c Estado de tensões na fase de cisalhamento d Fase de cisalhamento tensão desviadora versus deformação axial areia fofa e argila normalmente adensada e Fase de cisalhamento tensão desviadora versus deformação axial areia densa e argila sobreadensada f Fase de cisalhamento variação da poropressão versus deformação axial areia fofa e argila normalmente adensada g Fase de cisalhamento variação da poropressão versus deformação axial areia densa e argila sobreadensada 26 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL Modalidades Resultados Consolidado não drenado CU σ1 σ1 u σ3 σ3 u Como u 0 ensaio não drenado então σ1 σ1 σ3 σ3 σ σ 1 3 σ σ 1 3 r εa εa σ σ 1 3 σ σ 1 3 r Logo c c φ φ 27 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL Modalidades Consolidado não drenado CU φ σ σ σ3r σ1r σ3r σ1r τ τ φ c c Envoltórias de tensões totais e de tensões efetivas Em geral c c φ φ 28 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL Modalidades manômetro válvula carga axial pistão água corpo de prova pedra porosa membrana pedra porosa drenagem ou medida de pressões neutras pressão na câmara Drenagem impedida durante fase de aplicação da tensão confinante Ruptura do solo sob condição não drenada e sob ação da tensão desviadora Não há variação volumétrica em nenhuma fase do ensaio confinamento e ruptura pois a drenagem é impedida V 0 Medidas da poropressão u nas fases do ensaio confinamento e ruptura Para uma mesma tensão efetiva inicial antes do ensaio o solo será rompido para uma mesma tensão desviadora qualquer que seja a tensão confinante total aplicada 30 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL Modalidades Não consolidado e não drenado UU Ensaio de compressão triaxial UU 31 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL Modalidades Qualquer aumento da pressão de confinamento é equilibrado por um aumento igual na pressão neutra Assim a tensão efetiva não se altera e não há aumento de resistência 32 ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL UU RESISTÊNCIA DAS ARGILAS 33 COMPORTAMENTO σ X ε RESISTÊNCIA Em argilas a situação mais crítica pode ser drenada ou não drenada dependendo história e trajetória de tensões grau de préadensamento OCR e tipo de solicitação carregamento x descarregamento RESISTÊNCIA DAS ARGILAS CONDIÇÃO DRENADA 34 2 Gráfico normalizado OCR Ensaio CD carregamento RESISTÊNCIA DAS ARGILAS CONDIÇÃO DRENADA 35 A definição dos parâmetros de resistência irá depender da faixa de tensões de interesse para o projeto Obs quando não se tem a faixa de interesse fazse melhor ajuste segundo CM Envoltória curva Envoltória reta RESISTÊNCIA DAS ARGILAS CONDIÇÃO DRENADA 36 COMPARAÇÃO ENTRE AREIAS E ARGILAS COMPORTAMENTO DRENADO RESISTÊNCIA DAS ARGILAS CONDIÇÃO NÃO DRENADA 37 Gráfico normalizado OCR Ensaio CU carregamento RESISTÊNCIA DAS ARGILAS CONDIÇÃO NÃO DRENADA 38 Tensões Efetivas ou Totais RESISTÊNCIA DAS ARGILAS COMPARAÇÃO CD e CU 39 RESISTÊNCIA DAS ARGILAS COMPARAÇÃO CD e CU 40 NA PA OCR4 CPs adensados sob a mesma tensão confinante Exemplo 05 Os resultados de dois ensaios triaxiais consolidados drenados CD realizados sobre amostras de argila saturada estão apresentados na tabela abaixo Traçar os círculos de Mohr representativos dos dois ensaios e determinar a envoltória de resistência ao cisalhamento desse solo e seus parâmetros de resistência Ensaio σ3 kPa Tensão desviadora σd na ruptura kPa 1 689 1703 2 1034 2310 41 EXERCÍCIO 1 1034 τ kPa 3344 σ kPa 689 2392 148 279 Solução gráfica 42 EXERCÍCIO 1 Solução