Slide 4a - Resistência ao Cisalhamento 2023-1

1 Resistência ao Cisalhamento (Parte 4A) Mecânica dos Solos II – UERJ Fernando Eduardo Rodrigues Marques  3.11. Ensaio triaxial / comportamento de argilas Mecânica dos Solos II – UERJ 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 dos parâmetros de resistência ao cisalhamento 3.11.3.2. Determinação dos 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 1 2 2 Ensaio Triaxial 1. Equipamento 2. Descrição do Ensaio 3. Resultados e sua análise 4. Limitações  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Câmara ou Célula Triaxial  3.11.1. Metodologia de ensaio Equipamento Mecânica dos Solos II – UERJ 3 4 3 ATERRO Simulação de… s’vo s’ho Ds Fase A – Reposição do estado de tensão efetivo “in-situ” Fase B – Aplicação do acréscimo de tensão vertical devido ao aterro  3.11.1. Metodologia de ensaio Equipamento Mecânica dos Solos II – UERJ Câmara ou Célula Triaxial Equipamento  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ 5 6 4 Câmara ou Célula Triaxial Equipamento  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Esquema Geral Equipamento  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ 7 8 5 Aspecto Geral Equipamento  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Fases do Ensaio: 1. Preparação da Amostra 2. Saturação 3. Adensamento 4. Cisalhamento (Corte) Descrição do ensaio  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ 9 10 6 Tubos Amostradores Preparação da amostra  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Descrição do ensaio Corte do Tubo  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Preparação da amostra Descrição do ensaio 11 12 7 Remoção da Amostra  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Preparação da amostra Descrição do ensaio Corte da Amostra  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Preparação da amostra Descrição do ensaio 13 14 8 Corte da Amostra  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Preparação da amostra Descrição do ensaio Corte da Amostra  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Preparação da amostra Descrição do ensaio 15 16 9 Corte da Amostra  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Preparação da amostra Descrição do ensaio Corte da Amostra  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Preparação da amostra Descrição do ensaio 17 18 10 Amostra Preparada  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Preparação da amostra Descrição do ensaio Pesagem da Amostra  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Preparação da amostra Descrição do ensaio 19 20 11 Colocação da Membrana  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Preparação da amostra Descrição do ensaio Colocação da Membrana  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Preparação da amostra Descrição do ensaio 21 22 12 Instalação do topo superior e ligação do tubo de medição das pressões intersticiais  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Preparação da amostra Descrição do ensaio Verificação do estado de saturação 1 - Aplicação de um incremento da pressão na câmara - Dscâmara Dscâmara 2 – Medição do correspondente acréscimo da pressão intersticial - Du Du Amostra saturada Du = Dscâmara  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Saturação Descrição do ensaio 23 24 13 Amostra saturada Du = Dscâmara B = Du/Dscâmara = 1 B > 0,95 B > 0,95 Solo saturado Na prática Verificação do estado de saturação  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Saturação Descrição do ensaio Como se satura um provete ? Fase A – Percolação ascendente de água u = 20–30 kPa Drenagem  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Saturação Descrição do ensaio 25 26 14 Como se satura um provete ? Fase A – Percolação ascendente de água Fase B – Aplicação de contrapressão (Back Pressure - uback) uback scâmara s’câmara = scâmara – uback = 20-30 kPa  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Saturação Descrição do ensaio Adensamento aplicação de s’vc e s’hc  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Adensamento Descrição do ensaio 27 28 15 Tipos de adensamento Isotrópico (s’vc = s’hc) Anisotrópico (s’vc = s’hc) ANISOTRÓPICO, dado num caso real s’v > s’h (para K0 < 1) Qual o tipo de adensamento mais adequado para simular o estado de tensão de um solo natural (isotrópico ou anisotrópico)?  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Adensamento Descrição do ensaio Tipos de adensamento Isotrópico (s’vc = s’hc) Anisotrópico (s’vc = s’hc) C/ contrapressão S/ contrapressão Permite manter o provete saturado durante o ensaio Qual o interesse de se aplicar uma contrapressão (uback) ao provete? Permite o registo das leituras da pressão intersticial em provetes em que se verifique decréscimos do seu valor.  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Adensamento Descrição do ensaio 29 30 16 Sem contra-pressão: scâmara Drenagem livre s’vc = s’hc = scâmara Adensamento Isotrópico  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Adensamento Descrição do ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Sem contra-pressão: scâmara Drenagem livre s’vc = s’hc = scâmara Com contra-pressão: scâmara s’vc = s’hc = (scâmara - uback) uback Se s’ = const. o comportamento é o mesmo  3.11.1. Metodologia de ensaio Adensamento Isotrópico Adensamento Descrição do ensaio 31 32 17 Sem contra-pressão: Drenagem livre s’hc = sh = scâmara s’vc = sv shor = scâmara svert = shor Adensamento Anisotrópico  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Adensamento Descrição do ensaio Sem contra-pressão: Drenagem livre s’hc = sh = scâmara s’vc = sv shor = scâmara svert = shor Com contra-pressão: s’hc = (scâmara - uback) s’vc = (svert - uback) shor = scâmara svert = shor uback  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Adensamento Anisotrópico Adensamento Descrição do ensaio 33 34 18 Aplicação de uma tensão distorcional q = Ds1 = s1-s3 Cisalhamento (corte)  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Descrição do ensaio Características da fase de corte: A – Tipo de drenagem s/ medição de u c/ medição de u Drenado Não Drenado Solos arenosos Solos argilosos Permite calcular as tensões efetivas s’ = s - u  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Cisalhamento (corte) Descrição do ensaio 35 36 19 Características da fase de cisalhamento: A – Tipo de drenagem s/ medição de u c/ medição de u Drenado Não Drenado B – Tipo de trajetória de tensões Compressão Extensão Solos arenosos Solos argilosos  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Cisalhamento (corte) Descrição do ensaio Cisalhamento com trajetória de tensões em compressão Adensamento scâmara uback s’vc = s’hc = (scâm - uback) Cisalhamento scâmara uf =uback + Du Dsver t Com aumento da tensão média  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ s’hf = (scâmara - uf) = s’3 s’vf = (svert - uf) = s’1 Cisalhamento (corte) Descrição do ensaio 37 38 20 Corte com trajetória de tensões em compressão Adensamento scâmara uback s’vc = s’hc = (scâm - uback) Cisalhamento s’hf = (shor - uf) = s’3 s’vf = (svert - uf) = s’1 Com diminuição da tensão média uf =uback + Du -DsHOR scâmara  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Cisalhamento (corte) Descrição do ensaio Trajetória de tensões - RESUMO Compressão s’C Ds’v ou s’C -Ds’h s’hf = s’3 s’vf = s’1  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Cisalhamento (corte) Descrição do ensaio 39 40 21 Trajetória de tensões - RESUMO Compressão s’C Ds’v ou s’C -Ds’h s’hf = s’3 s’vf = s’1 Extensão s’C ou s’C Ds’h s’hf = s’1 s’vf = s’3 -Ds’v  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Cisalhamento (corte) Descrição do ensaio Importância das trajetórias de tensões  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Cisalhamento (corte) Descrição do ensaio 41 42 22 Mecânica dos Solos II – UERJ Importância das trajetórias de tensões tA tD tP tA tD tP tA > tD > tP  3.11.1. Metodologia de ensaio Cisalhamento (corte) Descrição do ensaio t s Linha “Ko” Env. ruptura Placa de ancoragem Dsh T Fundação superficial Dsh Dsv Escavação não suportada Dsh Trajet. de compressão Trajet. de extensão Túnel Dsh Dsv Com aumento da tensão média Com diminuição da tensão média Trajetórias de tensões totais  3.11.1. Metodologia de ensaio 43 44 23 Amostras na rotura Compressão Extensão       3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Cisalhamento (corte) Descrição do ensaio Interpretação da superfície de corte t s’ f’ c’ s’vf s’hf Na ruptura em que posição, relativamente à envolvente de ruptura, estará o círculo de Mohr ? Tangente à envolvente  3.11.1. Metodologia de ensaio Resultados e sua análise Descrição do ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ 45 46 24 t s’ f’ c’ s’vf s’hf Qual a inclinação da superfície de rotura ?  ? s’vf s’hf  2 2 = 90º + f’  = 45º + f’/2 Interpretação da superfície de corte  3.11.1. Metodologia de ensaio Resultados e sua análise Descrição do ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ t s’ f’ c’ s’vf s’hf s’n t Quais as tensões aplicadas na superfície de rotura ? s’vf s’hf s’n t Resultados e sua análise Descrição do ensaio  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ 47 48 25 - Complexidade do equipamento e execução - Estado de tensão axissimétrico Limitações Descrição do ensaio  3.11.1. Metodologia de ensaio Mecânica dos Solos II – UERJ Designação dos ensaios triaxiais correntes Adens. Isotrópico Não drenado Compressão CIU / CIUTC Extensão CIUTE Adens. K0 Não drenado Compressão CK0U / CK0UTC Extensão CKoUTE Adensamento Drenagem Trajectória Designação Fase de Fase de Corte Não adensado Não drenado ------- UU Drenado Compressão CID / CIDTC Extensão CIDTE Drenado Compressão CK0D / CK0DTC Extensão CK0DTE  3.11.2. Tipos de ensaios Mecânica dos Solos II – UERJ 49 50 26 Curva tensão / deformação (Compressão) Variação de t, Du e s'1/s'3 com a extensão axial 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0 26,0 28,0 30,0 extensão axial (%) t, Du (kPa) 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 s'1 / s'3 t Du s'1/s'3 Identificação da ruptura - umax - (s’1/s’3)max - tmax ou qmax  3.11.2. Tipos de ensaios Mecânica dos Solos II – UERJ Determinação dos parâmetros de resistência ao cisalhamento Determinação dos parâmetros de deformabilidade c’, f’ ou cu (Su) E’, n’ ou Eu  3.11.3. Análise de resultados Resistência não drenada Mecânica dos Solos II – UERJ 51 52 27 Parâmetros de um solo argiloso - Condições não drenadas (Curto prazo) cu fu = 0 (se saturado) Análise em tensões totais - Condições drenadas (Longo prazo) c’ f’ Análise em tensões efetivas Parâmetros de um solo arenoso - Condições drenadas (Longo prazo) c’= 0 f’ Análise em tensões efetivas Variável com s’ Independente do Estado de tensão  3.11.3. Análise de resultados Mecânica dos Solos II – UERJ Ensaio CID (CIDTC) Fase A – Consolidação Isotrópica Fase B – Corte Drenado Trajetória em Compressão  3.11.3. Análise de resultados Mecânica dos Solos II – UERJ Parâmetros de resistência ao cisalhamento 53 54 28 s’c =s’hc =s’vc= (scam- uback) shor = scâmara svert=scâmara uback Fase A - Adensamento Ensaio CID (CIDTC) t s, s’ s’hf = (scam - uback) = s’c s’vf = (svert - uback) svert =scam svf = s’hf s’vf uback B B Tensões efectivas Tensões totais scam scam uback Fase B – Corte drenado Dsv Du =0 sc A s’c A Parâmetros de resistência ao cisalhamento  3.11.3. Análise de resultados Mecânica dos Solos II – UERJ Ensaio CID (CIDTC) t s’ s’h1 = s’c1 s’v1 Provete 1 s’c1 s’v1 Provete 2 s’c2 s’v2 Provete 3 s’c3 s’v3 Parâmetros de resistência ao cisalhamento  3.11.3. Análise de resultados Mecânica dos Solos II – UERJ 55 56 29 Ensaio CID (CIDTC) Provete 1 s’c1 s’v1 Provete 2 s’c2 s’v2 Provete 3 s’c3 s’v3 t s’ s’h1 = s’c1 s’v1 t Tensões efectivas f’ c’ Parâmetros de resistência ao cisalhamento  3.11.3. Análise de resultados Mecânica dos Solos II – UERJ Mecânica dos Solos II – UERJ Ensaio CID (CIDTC) t,t’ s’, s Representação no diagrama s´-t 45º s’c =s’hc =s’vc= (scam- uback) shor = scâmara svert=scâmara uback Fase A - Adensamento s’hf = (scam - uback) = s’c s’vf = (svert - uback) svert scam scam uback Fase B – Corte drenado Dsv Du =0 45º s’o uback so Tensões efetivas Tensões totais uback 2 t h v - s s = 2 ' ' 't h v - s s = t = t’ 2 s h v  s s = 2 ' ' 's h v  s s = s = s’ + u  3.11.3. Análise de resultados 57 58 30 Ensaio CID (CIDTC) t s’ Provete 1 s’c1 s’v1 Provete 2 s’c2 s’v2 Provete 3 s’c3 s’v3 Representação no diagrama s´-t 45º Parâmetros de resistência ao cisalhamento  3.11.3. Análise de resultados Mecânica dos Solos II – UERJ Provete 1 s’c1 s’v1 Provete 2 s’c2 s’v2 Provete 3 s’c3 s’v3 Ensaio CID (CIDTC) t s’, s Representação no diagrama s´-t 45º a a Parâmetros de resistência c’ = a/cosf’ f’ = arcsen(tga) Parâmetros de resistência ao cisalhamento  3.11.3. Análise de resultados TE TT TT TT TE TE uback uback uback Mecânica dos Solos II – UERJ 59 60 31 Exercício de aplicação: Foram efetuados 3 ensaios CID, tendo-se obtido os seguintes resultados: Provete A B C Adensamento – s’cons (kPa) 100 200 400 Cisalhamento – Dsv (kPa) 520 1000 1800 Determine os parâmetros de resistência ao cisalhamento em termos de tensões efectivas (c’, f’).  3.11.3. Análise de resultados Mecânica dos Solos II – UERJ Exercício 3 A Figura 3 (a e b) mostra alguns resultados de ensaios de compressão triaxial realizados sobre 3 amostras indeformadas de um solo residual do granito. As amostras foram inicialmente adensadas isotropicamente (s3c = 100, 200 e 400 kPa) e depois levadas à ruptura em condições drenadas, aumentando a tensão axial e mantendo constante a tensão radial. a) Determine os parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo (pico e última). Comente os resultados obtidos. b) Admitindo para o solo um comportamento elástico linear até 50% da tensão de ruptura, determine, para a tensão de confinamento de 400 kPa, os parâmetros elásticos. Mecânica dos Solos II – UERJ 61 62 32 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 2 4 6 8 10 12 14 Extensão Axial (%) (s1 - s3) kPa s3 = 200 kPa s3 = 100 kPa s3 = 400 kPa Exercício 3 Mecânica dos Solos II – UERJ -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 0 2 4 6 8 10 12 14 Extensão Axial (%) dV / V (%) s3 = 400 kPa Exercício 3 Mecânica dos Solos II – UERJ 63 64