Slide 1 - Resistência ao Cisalhamento 2023-1

1 Resistência ao Cisalhamento (Parte 1) Mecânica dos Solos II – UERJ Fernando Eduardo Rodrigues Marques 3. RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO 3.1. Princípio da tensão efetiva / estado de tensão 3.2. Representação do estado de tensão no plano de Mohr 3.3. Critério de ruptura de Mohr-Coulomb 3.4. Comportamento típico de um solo submetido ao cisalhamento (corte) 3.5. Influência das deformações na resistência ao cisalhamento 3.6. Ensaio de cisalhamento direto (corte direto) (laboratório) 3.6.1. Equipamento 3.6.2. Metodologia de ensaio 3.6.3. Determinação da envolvente de ruptura 3.6.4. Critério de ruptura de Mohr-Coulomb 3.6.5. Resultados experimentais 3.6.6. Limitações do ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ 1 2 2 3.7. Comportamento tensão – deformação de areias 3.8. Representação da envolvente de ruptura no plano s’-t 3.9. Liquefação 3.10. Resistência residual de argilas / ensaio de cisalhamento anelar rotativo 3.10.1. Fenomenologia da resistência residual 3.10.2. Interesse prático e ensaios laboratoriais adequados 3.10.3. Metodologia de ensaio 3.10.4. Resultados experimentais 3. RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO Mecânica dos Solos II - 2016 – UERJ 3. RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO 3.11. Ensaio triaxial / comportamento de argilas 3.11.1. Metodologia de ensaio 3.11.2. Tipos de ensaios (CIU, CID, CK0U, etc.) 3.11.3. Análise de resultados 3.11.3.1. Determinação de parâmetros de resistência ao cisalhamento 3.11.3.2. Determinação de parâmetros de deformabilidade 3.11.4. Resistência não drenada 3.11.5. Comportamento drenado de argilas 3.11.6. Comportamento não drenado de argilas 3.11.7. Parâmetros de Skempton da pressão neutra Mecânica dos Solos II – UERJ 3 4 3 Mecânica dos Solos II – UERJ  3.1. Princípio da tensão efetiva / estado de tensão Princípio da Tensão Efetiva u - '    Pressão intersticial (neutra) (pressão no líquido intersticial) Tensão total TENSÃO EFETIVA Controla o comportamento do solo (resistência e compressibilidade) (tensão no esqueleto sólido) Mecânica dos Solos II – UERJ A B 2,0 m 1,0 m 3,0 m N.F. gd = 18 kN/m3 gsat = 20 kN/m3 K0 = 0,5 A resistência do solo nos pontos A e B é a mesma ? g’ = gsat – gw = 20 – 10 = 10 kN/m3 Ko. ' 23 kPa ' 46 kPa 1. ' . 2 ' vA hA d vA            g g  A Ko. ' 38 kPa ' 76 kPa 4. ' . 2 ' vB hB sat d vB            g g  B Maior resistência  3.1. Princípio da tensão efetiva / estado de tensão 5 6 4 Mecânica dos Solos II – UERJ  3.1. Princípio da tensão efetiva / estado de tensão Variáveis que influenciam a resistência Resistência depende de: Solos grosseiros Solos finos Forma das partículas Arranjo das partículas Tipo de mineral argiloso Teor em água TENSÃO EFETIVA Mecânica dos Solos II – UERJ  3.2. Representação do estado de tensão no plano de Mohr A B ’v0 ’h0 ’v0 ’h0 z ’v0 = g’ . z ’h0 = K0 . ’vo Coeficiente de empuxo em repouso (não existe movimento do solo) 7 8 5 Ponto A ’ t Ponto B ’ t Mecânica dos Solos II – UERJ A B ’v0 ’h0 ’v0 ’h0 z ’v0 ’h0 ’v0 ’h0  3.2. Representação do estado de tensão no plano de Mohr Mecânica dos Solos II – UERJ Ponto A ’ t Ponto B ’ t ’v0 ’ho ’v0 ’h0 A B ’v0 ’h0 ’v0 ’h0 D’v D’h ’1f ’3f D’v D’h ’hf ’vf z Rotação de tensões hf 1 ' '   f  vf 3f ' '    D’v > D’h D’v < D’h D t > 0 vf f1 ' '    hf 3f ' '    t Tensões de corte  3.2. Representação do estado de tensão no plano de Mohr Construção de uma fundação 9 10 6 Mecânica dos Solos II – UERJ  3.2. Representação do estado de tensão no plano de Mohr Ponto A ’ t Ponto B ’ t ’v0 ’ho ’v0 ’h0 ’1f ’3f ’hf ’vf Rotação de tensões hf 1 ' '   f  vf 3f ' '    D’v > D’h D’v < D’h D t > 0 vf f1 ' '    hf 3f ' '    Será que o círculo de Mohr pode crescer indefinidamente ? O limite é estabelecido pelo critério de ruptura do solo Mecânica dos Solos II – UERJ  3.3. Critério de ruptura de Mohr-Coulomb ’n t Aumento da Tensão induzida Estados possíveis Estados impossíveis Critério de ruptura de Mohr Coulomb 11 12 7 Mecânica dos Solos II – UERJ ’n t c’ f’ Critério de ruptura de Mohr - Coulomb c' ' .tg ' n f   t  Tensões efetivas Coesão Ângulo de resistência ao cisalhamento (ou atrito) Aumento da Tensão induzida  3.3. Critério de ruptura de Mohr-Coulomb Mecânica dos Solos II – UERJ Critério de ruptura de Mohr - Coulomb c' ' .tg ' n f   t  Tensões efetivas Coesão Ângulo de resistência ao cisalhamento (ou atrito) Varia com o tipo de partículas e com a forma como estão arranjadas Depende das ligações existentes entre as partículas c’ = 0 - areias não cimentadas c’ > 0 - solos cimentados - algumas argilas (sobreadensadas) f’(argila) < f’(areia) < f’(brita) f’(areia solta) < f’(areia densa) Influência da tensão efetiva  3.3. Critério de ruptura de Mohr-Coulomb 13 14 8 Mecânica dos Solos II – UERJ f'pico (º) f‘residual (º) Tipo de solo Compacta Medianamente compacta 30 28 26 Siltes (não plásticos) 32 a 36 30 a 34 26 a 30 Areias finas a médias mal graduadas 38 a 46 34 a 40 30 a 34 Areias bem graduadas 40 a 48 36 a 42 32 a 36 Areias e seixos Valores típicos para f’ Arranjo das partículas Tipo de partículas  3.3. Critério de ruptura de Mohr-Coulomb Mecânica dos Solos II – UERJ  3.3. Critério de ruptura de Mohr-Coulomb Significado físico de f’ Solos granulares f’ O ângulo de resistência ao cisalhamento representa a inclinação do talude de material granular após deposição por queda livre. 15 16 9 Mecânica dos Solos II – UERJ  3.4. Comportamento típico de um solo submetido ao cisalhamento (corte) Ensaio laboratorial desta amostra n t dhoriz n t dhoriz Plano de corte CORTE t dh A Pico = ruptura Residual Mecânica dos Solos II – UERJ  3.4. Comportamento típico de um solo submetido ao cisalhamento (corte) Curva tensão-deformação típica t dh Ciclo carga-descarga sem deformações Plásticas (permanentes) n t dhoriz Zona A – Comp. elástico 17 18 10 t dh A Pico = ruptura Residual Mecânica dos Solos II – UERJ  3.4. Comportamento típico de um solo submetido ao cisalhamento (corte) Curva tensão-deformação típica t dh Ciclo carga-descarga sem deformações Plásticas (permanentes) n t dhoriz Zona A – Comp. elástico t dh Def. plásticas B Zona B – Comp. elástoplástico t dh A Pico = ruptura Residual Mecânica dos Solos II - 2016 – UERJ  3.4. Comportamento típico de um solo submetido ao cisalhamento (corte) Curva tensão-deformação típica t dh Ciclo carga-descarga sem deformações Plásticas (permanentes) n t dhoriz Zona A – Comp. elástico t dh Def. plásticas B Zona B – Comp. elástoplástico Zona C – Amolecimento C 19 20 11 Mecânica dos Solos II – UERJ  3.4. Comportamento típico de um solo submetido ao cisalhamento (corte) dh t Pico = ruptura Residual Ensaios laboratoriais mais adequados Ensaio de cisalhamento direto (corte direto) Ensaio triaxial Grandes deslocamentos Ensaio de cisalhamento direto (corte direto) Ensaio de corte anelar rotativo Com diversos ciclos de reinversão do deslocamento Mecânica dos Solos II – UERJ  3.5. Influência das deformações na resistência ao cisalhamento As deformações ao longo da superfície de escorregamento são iguais? Não, variam de ponto para ponto A resistência ao cisalhamento é a mesma ao longo da superfície de escorregamento? Não, varia com o nível de deformação 21 22 12 Mecânica dos Solos II – UERJ  3.5. Influência das deformações na resistência ao cisalhamento t dh t dh t dh tA dhA tB dhB tC dhC dhC > dhB > dhA tC = tB = tA A resistência difere de ponto para ponto em função do deslocamento Mecânica dos Solos II – UERJ  3.5. Influência das deformações na resistência ao cisalhamento dhC > dhB > dhA tC = tB = tA A ruptura começa nuns pontos, progredindo para os adjacentes. A ruptura do talude só acontece quando todos os pontos ao longo da superfície de escorregamento estiverem em ruptura. RUPTURA PROGRESSIVA 23 24 13 t dh t dh t dh Mecânica dos Solos II – UERJ  3.5. Influência das deformações na resistência ao cisalhamento tA dhA tB dhB tC dhC Condições referentes à ruptura do talude Será que a resistência a considerar na análise da estabilidade deste talude é a de pico ? Será inferior, dado alguns pontos já a terem ultrapassado dh Mecânica dos Solos II – UERJ  3.5. Influência das deformações na resistência ao cisalhamento Solicitação de uma fundação superficial Ruptura pontual (localizada) Nestas condições pode-se afirmar que a fundação entra em colapso (ruptura) ? NÃO, só alguns pontos é que estão em ruptura, só existe colapso (ruptura geral) quando todo o domínio entrar em ruptura. 25 26 14 Mecânica dos Solos II – UERJ  3.5. Influência das deformações na resistência ao cisalhamento Ruptura pontual (localizada) Solicitação de uma fundação superficial Progressão da ruptura Ruptura quase generalizada Aumento de carga Situação que antecede o colapso da fundação 27