Slide 2 - Resistência ao Cisalhamento 2023-1

1 Resistência ao Cisalhamento (Parte 2 – Ensaio Cisalhamento Direto) Mecânica dos Solos II – UERJ Fernando Eduardo Rodrigues Marques Mecânica dos Solos II – UERJ  3.6. Ensaio de Cisalhamento Direto (Ensaio da Caixa de Corte) 3.6.1. Equipamento 3.6.2. Metodologia de ensaio 3.6.3. Análise de resultados 3.6.4. Determinação da envolvente de ruptura (Critério de ruptura de Mohr-Coulomb) 3.6.5. Resultados experimentais 3.6.6. Limitações do ensaio 1 2 2 Mecânica dos Solos II – UERJ \\ Plano de corte Caixa de Corte  3.6.1. Equipamento Mecânica dos Solos II – UERJ  O qual se pode representar esquematicamente da seguinte forma mais simples: T T N n   3.6.1. Equipamento 3 4 3 Mecânica dos Solos II – UERJ Caixa de Corte  3.6.1. Equipamento Mecânica dos Solos II – UERJ Caixa de Corte  3.6.1. Equipamento 5 6 4 Mecânica dos Solos II – UERJ Caixa de Corte  3.6.1. Equipamento Mecânica dos Solos II – UERJ Fases do Ensaio: 1 - Preparação da Amostra 2 - Saturação e Adensamento 3 – Corte (cisalhamento)  3.6.2. Metodologia de ensaio 7 8 5 Mecânica dos Solos II – UERJ Tubos Amostradores  3.6.2. Metodologia de ensaio 1 - Preparação da Amostra Mecânica dos Solos II – UERJ Corte do Tubo  3.6.2. Metodologia de ensaio 1 - Preparação da Amostra 9 10 6 Mecânica dos Solos II – UERJ Remoção da Amostra  3.6.2. Metodologia de ensaio 1 - Preparação da Amostra Mecânica dos Solos II – UERJ Remoção da Amostra  3.6.2. Metodologia de ensaio 1 - Preparação da Amostra 11 12 7 Mecânica dos Solos II – UERJ Corte da Amostra  3.6.2. Metodologia de ensaio 1 - Preparação da Amostra Corte da Amostra  3.6.2. Metodologia de ensaio 1 - Preparação da Amostra Mecânica dos Solos II – UERJ 13 14 8 Corte da Amostra  3.6.2. Metodologia de ensaio 1 - Preparação da Amostra Mecânica dos Solos II – UERJ Amostra Preparada  3.6.2. Metodologia de ensaio 1 - Preparação da Amostra Mecânica dos Solos II - 2016 – UERJ 15 16 9 Colocação da Amostra  3.6.2. Metodologia de ensaio 1 - Preparação da Amostra Mecânica dos Solos II – UERJ Colocação da Amostra  3.6.2. Metodologia de ensaio 1 - Preparação da Amostra Mecânica dos Solos II – UERJ 17 18 10  3.6.2. Metodologia de ensaio 1 - Preparação da Amostra Mecânica dos Solos II – UERJ Reconstituição de Amostras de Areia  A realização de ensaios de caracterização do comportamento tensão-deformação-resistência ao cisalhamento de areias em laboratório obriga à utilização de amostras adequadas, que podem ser obtidas:  - diretamente do campo, por congelação (processo caro e que também afeta as amostras…);  - por reconstituição, replicando a compacidade de campo e se possível o método deposicional in situ.  Técnicas mais comuns utilizadas na reconstituição de amostras de areia em laboratório:  3.6.2. Metodologia de ensaio 1 - Preparação da Amostra Mecânica dos Solos II – UERJ 19 20 11  3.6.2. Metodologia de ensaio 1 - Preparação da Amostra Mecânica dos Solos II – UERJ  De notar que a técnica utilizada na reconstituição das amostras de areia em laboratório pode afetar o seu comportamento.  Em rigor, o comportamento ao cisalhamento de areias não depende apenas da compacidade relativa mas também da estrutura resultante do processo de formação do solo. Saturação  3.6.2. Metodologia de ensaio 2 - Saturação e Consolidação (adensamento) Mecânica dos Solos II – UERJ 21 22 12 Adensamento)  3.6.2. Metodologia de ensaio 2 - Saturação e Adensamento Mecânica dos Solos II – UERJ Aspecto final da amostra  3.6.2. Metodologia de ensaio 3 – Corte (cisalhamento) Mecânica dos Solos II – UERJ 23 24 13 Mecânica dos Solos II – UERJ Velocidade de corte em função da curva de adensamento Solos Finos: ensaio rápido  Du0  tens. efetivas ?? ensaio lento  Du0  tens. efetivas  c’;f’ Solos Granulares: ensaio rápido  Du=0  tens. efetivas  c’;f’  3.6.2. Metodologia de ensaio 3 – Corte (cisalhamento) N T n  Plano de corte CORTE T – força tangencial N – força normal ao plano de corte  3.6.3. Análise de resultados Mecânica dos Solos II – UERJ 25 26 14 N T N T CORTE DL Quais as tensões e deformações aplicadas durante o ensaio ? Lcorr =L0-DL Acorr = BxLcorr = Bx(L0 – DL) Tensão normal corr n A N   Tensão de corte corr A T   Extensão axial o ax L L  D  Extensão volumétrica o o vol H H V V  D  D  L0 DH  3.6.3. Análise de resultados Mecânica dos Solos II – UERJ  ax vol ax nA Tensão normal corr n A N   Tensão de corte corr A T   Extensão axial o ax L L  D  Extensão volumétrica o o vol H H V V  D  D   3.6.3. Análise de resultados Mecânica dos Solos II – UERJ 27 28 15  ax nA  n Tensão normal corr n A N   Tensão de corte corr A T   Extensão axial o ax L L  D  Extensão volumétrica o o vol H H V V  D  D   3.6.3. Análise de resultados Mecânica dos Solos II – UERJ Curva tensão / deformação - Areias  = T / A h = deformações horizontais h   3.6.3. Análise de resultados Mecânica dos Solos II – UERJ 29 30 16 Envolvente de ruptura ( = c’+’.tgf’)  ax  n nA A A nA  3.6.4. Determinação da envolvente de ruptura (Critério de ruptura de Mohr-Coulomb) Mecânica dos Solos II – UERJ Envolvente de ruptura ( = c’+’.tgf’)  ax  n nA A A nA B nB nB B  3.6.4. Determinação da envolvente de ruptura (Critério de ruptura de Mohr-Coulomb) Mecânica dos Solos II – UERJ 31 32 17 Envolvente de ruptura ( = c’+’.tgf’)  ax  n nA A A nA B nB nB B C nC nC C Mecânica dos Solos II – UERJ  3.6.4. Determinação da envolvente de ruptura (Critério de ruptura de Mohr-Coulomb) Envolvente de ruptura ( = c’+’.tgf’)  ax  n nA A A nA B nB nB B C nC nC C  = c’+’.tgf’ c’ f’  3.6.4. Determinação da envolvente de ruptura (Critério de ruptura de Mohr-Coulomb) Mecânica dos Solos II – UERJ PICO 33 34 18 Envolvente residual ( = cr’+’.tgf’r)  ax  n nA A A nA B nB nB B C nC nC C f’r cr’=0  = ’.tgf’r  3.6.4. Determinação da envolvente de ruptura (Critério de ruptura de Mohr-Coulomb) Mecânica dos Solos II – UERJ RESIDUAL Escalão – 110 kPa 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Deslocação Horizontal (mm) Tensão de Corte (kPa) -0,450 -0,400 -0,350 -0,300 -0,250 -0,200 -0,150 -0,100 -0,050 0,000 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 deformação horizontal (mm) deformação vertical (mm)  3.6.5. Resultados experimentais Mecânica dos Solos II – UERJ 35 36 19 Escalão – 220 kPa -0,600 -0,500 -0,400 -0,300 -0,200 -0,100 0,000 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 Def. horizontal(mm) Def. vertical (mm) 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 Deslocação Horizontal (mm) Tensão de Corte (kPa)  3.6.5. Resultados experimentais Mecânica dos Solos II – UERJ 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 110,0 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 Tensão Normal (kPa) Tensão de Corte (kPa) c'= 19 kPa f' = 18º  3.6.5. Resultados experimentais Mecânica dos Solos II – UERJ 37 38 20  Plano de ruptura imposto  Desconhecimento do estado de tensão  Desconhecimento de u e h  Estado de deformação não uniforme  Variação da área de corte  3.6.6. Limitações do ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Mecânica dos Solos II – UERJ  O ensaio não permite definir completamente o estado de tensão na amostra, mas apenas as tensões no plano de ruptura:  3.6.6. Limitações do ensaio 39 40 21 Exemplo de aplicação 1: Amostras indeformadas de um argila siltosa foram ensaiadas numa caixa de cisalhamento direto, com velocidade lenta de modo a permitir a drenagem completa. Obtiveram-se os seguintes resultados: Ensaio C Ensaio B Ensaio A 60,0 40,0 20,0 Tensão normal - (kPa) 38,1 28,0 20,6 Máxima tensão de corte - (kPa) Determine os parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo. Mecânica dos Solos II – UERJ 23 6, º ' ,0 4375 ' 4375 ,0 ' 11 4, ,40 11         f tgf b kPa c a Mecânica dos Solos II – UERJ Exemplo de aplicação 2: A fim de caracterizar a resistência ao cisalhamento de uma areia, foram realizados 3 ensaios na caixa de corte, tendo sido obtidos os seguintes resultados: Tensão de corte medida no ensaio Ensaio Nº. Tensão total vertical (kPa) max (kPa) final (kPa) 1 50 32 29 2 100 66 57 3 200 131 115 41 42