Slide - Resistência das Areias Argilas e Solos Diversos - Mecânica dos Solos 2 2022-2

Solução 125 250 200 150 kPa 100 5 7,5 15 22,5 (a) 0,75 crit. 0,88 0,96 RESISTÊNCIA DE SOLO SILTO-ARENOSO c 17 kPa φ = 33,6° 200 - 17 = 283 - σ3 275 - 0 275 φ' = 3 CAPÍTULO 5 Resistência das Argilas • Informações gerais • Ensaio CD • Ensaio CU • Ensaio UU • Resistência não drenada das argilas 4 CAPÍTULO 5 Resistência de Solos Diversos • Resistência dos solos cimentados • Resistência dos solos residuais • Resistência dos solos não saturados 5 RESISTÊNCIA DAS AREIAS • Maioria dos Casos: condição drenada → parâmetros efetivos 𝑵𝒂 𝒓𝒖𝒑𝒕𝒖𝒓𝒂: 𝝈𝟏 = 𝝈′𝟏 = 𝝈𝟑 + d • Principais fatores influentes - Compacidade (CR) - Nível de Tensões (confinamento) - Tipologia das areias (granulometria e forma dos grãos) 6  Índice de Vazios  Ei Es  f  ’ • Influência da Compacidade RESISTÊNCIA DAS AREIAS 7 RESISTÊNCIA DAS AREIAS Figura anterior corrigida Areia Fofa Areia Densa 8 Ex.: Um ensaio triaxial CD realizado em uma areia com duas compacidades diferentes, sob tensão de confinamento de 400 kPa, forneceu o resultado abaixo. Determine: (i) o ângulo de atrito na ruptura; (ii) a parcela do atrito devida à dilatância da areia no estado denso Areia → c = c’ = 0 𝑵∅ = 𝒕𝒈𝟐 𝟒𝟓𝒐 + ∅′ 𝟐 eo = 0,605 eo = 0,834 950 kPa 550 kPa 1 2 9 Fonte: Sousa Pinto (2001) RESISTÊNCIA DAS AREIAS • Índice de vazios crítico (ecrit) (-) e1 > e2 > e3 > e4 Fofo → Compacto Fofo Compacto (+) ecrit Fofo Compacto Estado Crítico 10 Ex.: Uma areia foi submetida a uma série de ensaios triaxiais drenados, com diferentes graus de compacidade. Os resultados na ruptura estão apresentados no quadro abaixo. Determine: (i) o índice de vazios crítico para esta areia e (ii) a tensão desviadora máxima estimada para este índice de vazios. σ1- σ3 (kPa) εl (%) εv (%) e 250 200 125 100 5,00 7,50 15,00 22,50 - 2,00 - 1,00 + 2,00 + 3,00 0,68 0,72 0,88 0,96 12 12 • Influência das tensões confinantes (geostáticas)  c e crit (ñ depende da areia) RESISTÊNCIA DAS AREIAS Fonte: Sousa Pinto (2001) e 13 RESISTÊNCIA DAS AREIAS • Influência das tensões confinantes (geostáticas) Fonte: Casagrande (1936) Condições drenadas 14 14 RESISTÊNCIA DAS AREIAS - Ensaios CD - Areia Fofa (a, b, c) - Areia Compacta (d, e, f) - Parâmetros efetivos - c’ = 0 Fonte: Sousa Pinto (2001) • Nível de Confinamento Fofa (e > ecrit) Densa (e < ecrit) (-) (+) 15 Fatores Influentes (relações não necessariamente lineares) •  Angularidade dos grãos  ’ •  Graduação  ’ •  Idade  ’ RESISTÊNCIA DAS AREIAS • Tipologia das Areias 16 RESISTÊNCIA DAS AREIAS ’ • Tipologia das Areias: valores de ’ 17 RESISTÊNCIA DAS AREIAS – Ensaio CU Condição Não Drenada: Tensões totais 17 Areia Fofa Areia Densa Fonte: Das (2007) 𝝈𝟏 − 𝝈𝟑 = 𝝈′𝟏 − 𝝈′𝟑 = ∆𝝈𝒅 18 • Perda súbita de resistência em função do acréscimo de poropressão positiva em areias finas e siltes inorgânicos saturados ou próximos à saturação, em estado contrátil, sob tensões de cisalhamento e condições não drenadas (Casagrande, 1936). 𝝉 = 𝝈′𝒗𝒕𝒈∅′ = 𝝈𝒗 − 𝒖𝒐 + 𝒖 𝒕𝒈∅′ = 𝟎 LIQUEFAÇÃO DAS AREIAS FINAS E SILTES 19 • e < ecrit → dilatação (sem liquefação) (-u) • e > ecrit → compressão → liquefação, quando não há tempo para a dissipação do excesso de poropressão (u +) gerado por carregamento estático ou dinâmico ou elevação do nível d’agua. Se dá em deformações maiores que a resistência de pico (estado permanente de deformação) LIQUEFAÇÃO DAS AREIAS FINAS E SILTES 20 20 Fonte: Castro e Poulos (1977) • Liquefação e tipos de carregamento LIQUEFAÇÃO DAS AREIAS FINAS E SILTES Ensaios não drenados 21 21 Liquefação dinâmica em areias - Terremoto Nigata - Japão (1964) LIQUEFAÇÃO DAS AREIAS FINAS E SILTES 22 Liquefação dinâmica em areias - Terremoto Christchurch – Nova Zelândia (2011) LIQUEFAÇÃO DAS AREIAS FINAS E SILTES 23 Liquefação estática em areias/siltes – Barragem B1 (Vale), Brumadinho 25/01/2019 LIQUEFAÇÃO DAS AREIAS FINAS E SILTES 24 Barragem B1 – Brumadinho (Fonte: Pirete, 2010) 25 Barragem B1 – Brumadinho (Fonte: Pirete, 2010) 26 Barragem B1 – Brumadinho (Fonte: Pirete, 2010) 27 AREIAS NÃO SATURADAS • Efeito da Coesão Aparente por Sucção Matricial 1 = 80 kPa 3 = 0 kPa uw = -50 kPa ’1 = 130 kPa ’3 = 50 kPa d ruptura = 150 kPa c aparente = 40 kPa Tensões Efetivas Tensões Totais com círculo de Mohr de ruptura deslocado para 3 = 0 Fonte: Sousa Pinto (2001) Ruptura 𝑠𝑢𝑐çã𝑜 = 𝑢𝑎𝑟 − 𝑢𝑤 Sem Ruptura Ruptura 28 RESISTÊNCIA DE SOLO SILTO-ARENOSO • Ensaio CU • Amostra: Pedr. 5% ; Areia 38% ; Silte 40% e Argila 17% (ML-MH) ; • LL = 50%; LP = NP ; IP = NP POROPRESSÃO 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 0% 10% 20% 30% Deformação axial Acréscimo de Poropressão (kPa) 100 kPa 200 kPa 400 kPa +u 29 TENSÃO 0 100 200 300 400 500 600 700 0% 10% 20% 30% Deformação axial Tensão Desviadora (kPa) 100 kPa 200 kPa 400 kPa RESISTÊNCIA DE SOLO SILTO-ARENOSO 30 CP u d (kPa) 3 (kPa) 1 (kPa) ’3 (kPa) ’1 (kPa) ’1/’3 p’ (kPa) q , q’ (kPa) 1 34,24 100,0 300,5 65,76 266,29 4,05 166,27 100,25 2 87,06 200,0 502,44 112,94 415,38 3,68 264,16 151,22 3 190,45 400,0 981,56 209,55 791,11 3,78 500,33 290,78 • Envoltória de ruptura das tensões efetivas de pico c' = 17 kPa ’ = 33,6o  = 61,8o • Analiticamente Para ’ = 33,6o → c’ = 16,6 kPa RESISTÊNCIA DE SOLO SILTO-ARENOSO 32 32 RESISTÊNCIA DAS ARGILAS Pontos importantes • Relação entre o histórico das tensões locais e c (3) do ensaio: RSA (OCR) • Dificuldade da simulação da drenabilidade de campo : CU < real < ’CD • Argilas sobreadensadas: para tensões menores que ’p há  da resistência devido à coesão aparente (expansão, sem absorção de água) 𝑂𝐶𝑅 = 𝜎′𝑝 𝜎𝑣𝑜′ 33 RESISTÊNCIA DAS ARGILAS Adensamento de Areias x Argilas Areias – curvas independentes e baixo adensamento com  de carga Argilas – adensamento oedométrico Fonte: Sousa Pinto (2001) 34 RESISTÊNCIA DAS ARGILAS: ENSAIO CD Tensões confinantes > ’p 𝝈′𝒗𝟎 = 𝝈′𝒑 = 𝝈′𝟑 = 𝟑 Fonte: Sousa Pinto (2001) (+) d max p/a de 15 a 20% Argila NA 35 RESISTÊNCIA DAS ARGILAS: ENSAIO CD Tensões confinantes < ’p d max p/ a de 5 a 10% ’p = 3 Fonte: Sousa Pinto (2001) (-) 36 RESISTÊNCIA DAS ARGILAS: ENSAIO CD x CU Ensaio CD ∅𝑺𝒖 < ∅′ ’ ’ ’ Su > c’ Envoltória de TT Ensaio CU Envoltória de TE 37 37 Exercício: Argila NA – Ensaio CD (c = 0 → envoltória passa pela origem ) Dados: • ’vo = ’p = 3 = ’3 = c = 276 kPa • d = 276 kPa (ruptura) • ’1 = d + ’3 = 552 kPa Determinar: a) ’ b)  c) Tensões no plano de ruptura 𝒔𝒆𝒏∅′ = 𝝈′𝟏 − 𝝈′𝟑 𝝈′𝟏 + 𝝈′𝟑 = 𝟎, 𝟑𝟑𝟑 → ∅′ = 𝟏𝟗, 𝟒𝟓𝒐 (a) (b) 𝜽 = 𝟒𝟓 + ൗ ∅′ 𝟐 = 𝟒𝟓 + ൗ 𝟏𝟗, 𝟒𝟓 𝟐 = 𝟓𝟒, 𝟕𝒐 (c) ’54,7 o = 368,03 kPa 54,7 o = 130,12 kPa Fonte: Das (2007) 38 Exercício: Argila NA – Ensaio CD (c = 0 → envoltória passa pela origem ) Fonte: Das (2007) • ’vo = ’p = 3 = ’3 = c = 276 kPa 39 RESISTÊNCIA DAS ARGILAS: ENSAIO CD • Variação de ’ (> ’p) com IP : Fonte: Sousa Pinto (2001) Fonte: Das (2007)  IP ’ 40 RESISTÊNCIA DAS ARGILAS: ENSAIO CU Fonte: Sousa Pinto (2001) TT Acima de ’p → Normalização das tensões → tensões axiais e poropressões na ruptura são proporcionais às tensões confinantes Argila NA - Tensões confinantes  ’p 41 RESISTÊNCIA DAS ARGILAS: ENSAIO CU x CD - TT Efeito do excesso de poropressão (+u) Geração de excesso de poropressão (+u) em CU após o adensamento e d Fonte: Sousa Pinto (2001) (+u) (+) 𝝈′𝒅 = 𝝈𝒅 − ∆𝒖 𝝈′𝒅 = 𝝈𝒅 Argila NA - Tensões confinantes  ’p 42 Argilas SA RESISTÊNCIA DAS ARGILAS: ENSAIO CU Fonte: Sousa Pinto (2001) (-) ’p = 3 Efeito da dilatação (-u) 43 RESISTÊNCIA DAS ARGILAS: ENSAIO CU x CD (TT) Efeito do excesso de poropressão negativa (-u) nas tensões totais (inversão de comportamento) (+) (-u) Fonte: Sousa Pinto (2001) (-) Argilas SA em tensões confinantes < ’p (baixas tensões confinantes) Dilatação (-u) 44 RESISTÊNCIA DAS ARGILAS: ENSAIO CU • Variação Āf x OCR (RSA) 45 45 CP σ1 (kPa) σ 3 (kPa) u (kPa) p (kPa) q (kPa) p’ (kPa) 1 260 100 80 180 80 100 2 440 200 120 320 120 200 3 620 300 160 460 160 300 d 28,6 kPa d' 40,0 kPa tan 0,29 tan' 0,40 c 29,9 kPa c' 43,6 kPa  16,9o ' 23,6o Af 0,5 RESISTÊNCIA DAS ARGILAS: ENSAIO CU p' ETE ETT p 46 46 • Solução: • ∅ = 𝒂𝒓𝒄𝒔𝒆𝒏 𝟎, 𝟐𝟗 = 𝟏𝟔, 𝟗𝒐 • ∅′ = 𝒂𝒓𝒄𝒔𝒆𝒏 𝟎, 𝟒𝟎 = 𝟐𝟑, 𝟔𝒐 • 𝐜 = 𝟐𝟖,𝟔 𝒄𝒐𝒔𝟏𝟔,𝟗 = 𝟐𝟗, 𝟗 𝒌𝑷𝒂 • 𝐜′ = 𝟒𝟎 𝒄𝒐𝒔𝟐𝟑,𝟔 = 𝟒𝟑, 𝟔 𝒌𝑷𝒂 • Ā𝒇 = ∆𝒖 𝟐∆𝒒 = 𝟏𝟔𝟎 𝟐𝒙𝟏𝟔𝟎 = 𝟎, 𝟓 (𝑪𝑷𝟑) 𝒔𝒆𝒏∅ = 𝒕𝒈𝜷 𝒄 = 𝒅 𝒄𝒐𝒔∅ 47 RESISTÊNCIA DAS ARGILAS: ENSAIO UU • Carregamento rápido em argila: mobilização da resistência não drenada (Su) Aterro em argila mole Fonte: Sousa Pinto (2001) Mobilização das tensões normal e cisalhante na superfície de ruptura • Solo Saturado: (1) c uc (2) d ud 48 RESISTÊNCIA DAS ARGILAS: ENSAIO UU • Redução das tensões efetivas em amostras indeformadas (desconfinamento) • Tensões Isotrópicas (tensões totais) 𝟖𝟎 + 𝟐 × 𝟔𝟐 /𝟑 = 𝟔𝟖𝒌𝑷𝒂 • Tensões Isotrópicas (tensões efetivas) 𝟓𝟎 + 𝟐 × 𝟑𝟐 /𝟑 = 𝟑𝟖𝒌𝑷𝒂 𝝈′𝒗 = 𝝈𝒗 − 𝒖 = 𝟎 − −𝟑𝟖 = 𝟑𝟖𝒌𝑷𝒂 Fonte: Sousa Pinto (2001) Descarregamento de 68 kPa na poropressão: u = 30-68 = -38 kPa 49 RESISTÊNCIA DAS ARGILAS: ENSAIO UU • As tensões principais maiores e menores na ruptura (f) são: • Argilas e Siltes NA (B = 1 𝒆 𝑨 = 𝟏→ ∆𝝈 = ∆𝒖) em tensões isotrópicas e Sr = 100% : 𝜎′3 = 𝜎3 + ∆𝜎3 − ∆𝑢𝑐 + ∆𝑢𝑑𝑓 = 𝜎3 − ∆𝑢𝑑𝑓 ← (∆𝜎3 = ∆𝑢𝑐) 𝜎′𝑣 = 𝜎𝑣 + ∆𝑢 − 𝑢 + ∆𝑢 𝜎′1 = 𝜎3 + ∆𝜎3 + ∆𝜎𝑑𝑓 − ∆𝑢𝑐 + ∆𝑢𝑑𝑓 = 𝜎1 − ∆𝑢𝑑𝑓 • Solo anterior 𝜎3 = 100 𝑘𝑃𝑎 → ∆𝑢𝑐 = 100𝑘𝑃𝑎 → 𝑢 + ∆𝑢𝑐 = −38 + 100 = 62𝑘𝑃𝑎 → 𝜎′3 = 100 − 62 = 38𝑘𝑃𝑎 𝜎3 = 150 𝑘𝑃𝑎 → ∆𝑢𝑐 = 150𝑘𝑃𝑎 → 𝑢 + ∆𝑢𝑐 = −38 + 150 = 112𝑘𝑃𝑎 → 𝜎′3 = 150 − 112 = 38𝑘𝑃𝑎 c ou d → As tensões principais efetivas na ruptura são sempre as mesmas 𝜎1 − 𝜎3 = 𝜎′1 − 𝜎′3 50 RESISTÊNCIA DAS ARGILAS: ENSAIO UU • Envoltória de ruptura de tensões totais (+u) 51 RESISTÊNCIA NÃO DRENADA DAS ARGILAS • Em princípio Su diminui devido à geração de +u, para depois aumentar devido ao adensamento (’v e) FontFonte: Sousa Pinto (2001) (+u) ’v  (+u) • Influência do tempo de solicitação 52 52 RESISTÊNCIA DAS ARGILAS Pior condição durante o alteamento:  (+u) 53 RESISTÊNCIA NÃO DRENADA DAS ARGILAS Fonte: Sousa Pinto (2001) • Ensaio CU • Mais indicado para obtenção de Su = cu é o CU, pois imita o confinamento (’vo) 𝑹𝑹𝑵𝑨 = 𝑺𝒖 𝝈′𝒗𝒐 • Razão de Resistência (RRNA) Confinamento 54 54 RESISTÊNCIA NÃO DRENADA DAS ARGILAS 𝑺𝒖 𝝈′𝒗𝒐 𝑺𝑨 = 𝑺𝒖 𝝈′𝒗𝒐 𝑵𝑨 𝑶𝑪𝑹 𝟎,𝟖 Correlações gerais: • Ladd et al. (1977)  argilas levemente sobreadensadas (m  0,8) • Skempton (1957)  argilas NA 𝑺𝒖 𝝈′𝒗𝒐 = 𝟎, 𝟏𝟏 + 𝟎, 𝟎𝟎𝟑𝟕𝑰𝑷(%) 𝑺𝒖 = 𝝈′𝒗𝒐(𝟎, 𝟏𝟏 + 𝟎, 𝟎𝟎𝟑𝟕𝑰𝑷%) 𝑺𝒖 = 𝑺𝒖 𝝈′𝒗𝒐 𝑵𝑨 𝝈′𝒗𝒐 𝟎,𝟐 𝝈′𝒑 𝟎,𝟖 𝑺𝒖 = 𝑹𝑹𝑵𝑨 𝝈′𝒗𝒐 𝟎,𝟐 𝝈′𝒑 𝟎,𝟖 55 RESISTÊNCIA NÃO DRENADA DAS ARGILAS Fonte: Das (2007) • Jamiolkowiski et al. (1985) ; Ladd et al (1977) – Argilas Sobreadensadas 𝑺𝒖 = 𝟎, 𝟐𝟑𝝈′𝒗𝒐 𝑶𝑪𝑹 𝟎,𝟖 Correlações Gerais: 56 RESISTÊNCIA DE SOLOS CIMENTADOS • Tensão de Cedência: tensão suficiente para romper a cimentação entre os grãos (queda brusca no índice de vazios pela ruptura da cimentação) Fonte: Sousa Pinto (2001) 3: C > B > A Tensão de cedência (TC) C > TC (quebra do cimento no confinamento) A e B < TC 57 RESISTÊNCIA DE SOLOS RESIDUAIS • Característica geral: heterogeneidade e anisotropia herdadas da rocha parental, diminuindo a representatividade das amostras em ensaios de laboratório • Residual Jovem (Saprolito):  heterogeneidade  anisotropia • Residual Maduro (Solo Eluvial):  heterogeneidade  anisotropia  cimentação • Maior parte da resistência mobilizada é de solos não saturados devido ao NA profundo → compressão (’v) na superfície sem drenagem de água (compressão da fase gasosa) 58 Fonte: Futai (2002) RESISTÊNCIA DE SOLOS RESIDUAIS • Cimentação devido à laterização • Argilas menos plásticas 59 Fonte: Futai (2002) RESISTÊNCIA DE SOLOS RESIDUAIS 60 SUCÇÃO DE SOLOS NÃO SATURADOS 𝑠𝑢𝑐çã𝑜 = 𝑢𝑎𝑟 − 𝑢á𝑔𝑢𝑎 umidecimento Sr = 100% 61 RESISTÊNCIA DE SOLOS NÃO SATURADOS • No início há compressão da fase gasosa: ’3  Su Fonte: Sousa Pinto (2001) • Ensaio UU ∆𝜎3 > ∆𝑢𝑐 Dissolução do ar na água Sr = 100% 3 ∆𝜎3 = ∆𝑢𝑐 Adensamento Saturação  = 0  > 0 62 Fonte: Sousa Pinto (2001) RESISTÊNCIA DE SOLOS NÃO SATURADOS • Ensaio de Compressão Simples 3 = 0 𝑺𝒖 = ∆ 𝝈𝒅 𝒇 𝟐 perda da sucção e resistência Ruptura 63 RESISTÊNCIA DE SOLOS NÃO SATURADOS • Ensaio CD  Sr  ’ 0 64 RESISTÊNCIA DE SOLOS NÃO SATURADOS • Ensaio CU 3 > ’p u menor (compressão do ar) ETE