Profa. Dra. Lizandra Nogami

Transcrição

1 Universidade de Cuiabá Campus Barão Curso de Engenharia Civil Profa. Dra. Lizandra Nogami Agradecimentos: Prof. Dr. Jefferson Lins Profa. Msc. Rafaela Faciola

2 Teoria do Livro: PINTO, Carlos de Sousa. Curso básico de mecânica dos solos em 16 aulas, 3.ed. São Paulo: Oficina de Textos, Capítulo 12 pag 253 e 256

3 Resistência ao Cisalhamento ENSAIOS PARA A DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DE SOLOS Ensaio de compressão simples Ensaio de cisalhamento direto Ring Shear Ensaio de Vane Ensaio de compressão triaxial

4 Compressão Simples - Corresponde a um ensaio de compressão axial sem confinamento (σ c =0). Compressão Simples Deformação vertical

5 Compressão Simples

6 Compressão Simples

7 Compressão Simples - Ensaio sob tensão controlada medidas as deformações para acréscimos estabelecidos de carga. - Ensaio sob deformação controlada medida a carga para acréscimos estabelecidos de deformação (a velocidade constante).

8 Compressão Simples - São obtidos valores de σ 1 de ruptura para σ 3 = 0.

9 Compressão Simples

10 Ensaio - Cisalhamento Direto O CP é confinado em uma caixa metálica (caixa de cisalhamento) de seção transversal quadrada ou circular. Essa caixa é partida horizontalmente à sua meiaaltura, sendo mantida uma pequena folga entre as duas partes da caixa. São colocadas placas porosas acima e abaixo do CP se ele estiver parcialmente ou completamente saturado para permitir a livre drenagem. Se o CP estiver seco, podem ser colocadas placas de metal.

11 Ensaio - Cisalhamento Direto A parte superior é fixa e a parte inferior é livre para mover-se e aplicar tensões cisalhantes à amostra. Pedras porosas v Força normal Força cisalhante Transdutor de força Rolamentos Plano de ruptura

12 Ensaio - Cisalhamento Direto Sobre o corpo de prova é aplicada uma tensão normal, que permanece constante até o final do ensaio. Pedras porosas v Força normal Força cisalhante Transdutor de força Rolamentos Plano de ruptura

13 Ensaio - Cisalhamento Direto O corpo de prova pode ser rompido aplicando-se tensões controladas ou deformações controladas. Pedras porosas v Força normal Força cisalhante Transdutor de força Rolamentos Plano de ruptura

14 Ensaio - Cisalhamento Direto

15 Pedras porosas v Força normal Força cisalhante Transdutor de força Rolamentos Plano de ruptura

16 Ensaio - Cisalhamento Direto São tomadas três leituras durante o ensaio: deslocamento vertical ( v ) Força cisalhante (T) deslocamento horizontal ( h ) Pedras porosas v Força normal Força cisalhante Transdutor de força Rolamentos Plano de ruptura 16

17 Ensaio - Cisalhamento Direto Com as leituras tomadas, são calculados então: Tensão normal: = N/A Tensão de cisalhamento: t = T/A Deformação volumétrica: v = h/h o (As deformações volumétricas são calculadas à partir da altura inicial do CP) A = área da seção transversal do corpo de prova h o = altura inicial do corpo de prova

18 Ensaio - Cisalhamento Direto Vários corpos de prova são ensaiados, cada um deles com uma força vertical diferente. Os valores de cisalhamento na ruptura são plotados em relação à tensão normal de cada ensaio. Os parâmetros de resistência são obtidos, então, à partir da linha que melhor se ajusta aos pontos plotados. 18

19 t Ensaio - Cisalhamento Direto Com os valores calculados, são traçados os gráficos: areia compacta areia fofa 0 h expansão V/V areia compacta compressão 0 areia fofa h 19

20 Ensaio - Cisalhamento Direto Desvantagens - A drenagem não pode ser controlada. Portanto, a pressão de água nos poros (poropressão) não pode ser medida, apenas a tensão total pode ser determinada, embora ela seja igual à tensão efetiva (se a poropressão for nula). - Neste caso, é produzida apenas uma situação aproximada daquela de estado de cisalhamento puro no CP. - A tensão de cisalhamento no plano de ruptura não é uniforme, ocorrendo a ruptura progressivamente a partir das bordas em direção ao centro do CP. 20

21 Ensaio - Cisalhamento Direto Desvantagens - A área sob a carga de cisalhamento e a carga vertical não permanece constante durante o ensaio. - Simplicidade - Areias: fáceis de moldar o CP. Vantagens 21

22 Ensaio - Cisalhamento Direto Resistência e Ruptura Conceito de resistência é intuitivo Conceito de resistência do solo não é simples. Dificuldade em definir ruptura do solo; Conceito de ruptura do solo é complexo; Envolve: ruptura propriamente dita ou deformação excessiva. 22

23 Ensaio - Cisalhamento Direto Resistência e Ruptura t Ruptura frágil Resistência de pico Resistência residual Na ruptura frágil, a tensão atinge uma valor máximo bem definido, com pequenas deformações. Na ruptura plástica, a tensão é crescente até um determinado valor, permanecendo constante a partir daí. Ruptura plástica t areia compacta areia fofa h

24 Ensaio - Cisalhamento Direto Resistência e Ruptura t areia compacta t t areia fofa estado fofo compressão no cisalhamento h v/v expansão areia compacta h t estado compacto t expansão no cisalhamento compressão areia fofa 24

25 Ensaio de Compressão Triaxial - É o ensaio mais versátil e completo para a determinação da resistência ao cisalhamento dos solos. - Aplica-se um estado de tensões hidrostático e um carregamento axial sobre um corpo de prova cilíndrico de solo. Triaxial P Câmara com água

26 Ensaio de Compressão Triaxial ESTADO HIDROSTÁTICO Obtido com a colocação do CP envolto por uma membrana de borracha em uma câmara de ensaio. A câmara é cheia com água através da qual é aplicada uma tensão confinante (σc). Essa tensão confinante atua em todas as direções estado hidrostático de tensões. CARREGAMENTO AXIAL pela aplicação de um esforço axial controlado através de um pistão de carga que penetra na câmara (Ensaio com carga controlada) ou pelo movimento ascendente da câmara reagindo contra um pistão estático (Ensaio de deformação controlada). Neste último, a carga é medida por um anel dinamométrico ou célula de carga intercalada no pistão.

27 Ensaio de Compressão Triaxial

28 Ensaio de Compressão Triaxial

29 Ensaio de Compressão Triaxial

30 Ensaio de Compressão Triaxial - Os planos horizontais e verticais são planos principais não existem tensões de cisalhamento nestes planos. COMPRESSÃO AXIAL: Plano horizontal = plano principal maior (σ1) Plano vertical = plano principal menor (σ3) - A tensão devido ao carregamento axial acréscimo de tensão axial (σ 1 σ 3 ), ou tensão desviadora, σ d.

31 Fases do ensaio: Ensaio de Compressão Triaxial Fase 1 aplicação da pressão confinante (não ocorre cisalhamento).

32 Ensaio de Compressão Triaxial Fases do ensaio: Fase 2 aplicação da diferença de tensões principais (tensão desviadora) gradativamente até ocorrer cisalhamento. Tensão Desviadora

33 Ensaio de Compressão Triaxial - O valor das tensões desviadoras máximas (σ dmax ) para cada valor de tensão confinante são obtidos dos valores de ruptura observados em curvas tensão desviadora x deformação específica. - O círculo de Mohr de ruptura é obtido à partir de valores para tensão confinante e respectiva tensão desviadora de ruptura.

34 Ensaio de Compressão Triaxial Apresentação dos Resultados de Ensaios Triaxiais

35 Ensaio de Compressão Triaxial Drenagem do CP - Cada uma das etapas do ensaio pode ser realizada com a permissão ou não da drenagem do CP (solicitação drenada ou não drenada). - A etapa inicial de compressão isotrópica com drenagem corresponde ao adensamento do CP. - No caso de solicitações não drenadas é possível medir as pressões neutras geradas sistema de medição instalado no canal de drenagem (transdutores de pressão). - No caso de solicitações drenadas é possível medir a variação volumétrica de CPs saturados através da água que sai (ou entra) pelo canal de drenagem buretas graduadas.. - No caso de solos secos ou não saturados, a variação volumétrica é obtida somente através de sensores de deslocamento axial e radial instalados no CP.

36 Tipos de Ensaio Triaxial Ensaio Adensado Drenado (CD Consolidated Drained, ou S, Slow) - A drenagem é permitida em ambas as etapas. - Aplica-se σ c permitindo a drenagem até a total dissipação da pressão neutra (adensamento), e após σ d lentamente para que não sejam gerados novos excessos de pressão neutra. - São obtidos parâmetros de resistência em termos de tensões efetivas. APLICAÇÃO: Análise da Resistência ao Cisalhamento de Solos Permeáveis.

37 Tipos de Ensaio Triaxial Ensaio Adensado Não Drenado (CU Consolidated Undrained, ou R, Rapid) - A drenagem é permitida em apenas uma das etapas. - Aplica-se σ c permitindo a drenagem até a total dissipação da pressão neutra (adensamento), e após σ d sem drenagem. Na segunda etapa as pressões neutras podem ser medidas. - Podem ser obtidos parâmetros de resistência em termos de tensões totais e efetivas. APLICAÇÃO: Análise a curto e à longo prazo da resistência ao cisalhamento de solos de baixa permeabilidade consolidados.

38 Tipos de Ensaio Triaxial Ensaio Não Adensado Não Drenado (UU Unconsolidated Undrained, ou Q, Quick) - A drenagem não é permitida em ambas as etapas. - O teor de umidade da amostra mantém-se constante. As pressões neutras geradas podem ser medidas. - Os parâmetros de resistência são obtidos em termos de tensões totais. APLICAÇÃO: Análise a curto e à longo prazo da resistência ao cisalhamento de solos de baixa permeabilidade não consolidados.

39 Tipos de Ensaio Triaxial Rápido (UU) Não adensado, não drenado Medidas da pressão-neutra (u) Adensado rápido (CU) Adensado (1a. fase) Não drenado (2a. fase) Medidas de variação de volume ( V) na primeira fase Medidas da pressão-neutra (u) na segunda fase Lento (CD) Adensado, drenado Medidas de variação de volume ( V) u = 0

40 Ensaio de Compressão Triaxial Envoltória de Mohr-Coulomb Em geral c > c, >

41 Ensaio de Compressão Triaxial

42 Ensaio de Compressão Triaxial Aplicação Prática dos Resultados

43 Ensaio de Compressão Triaxial Aplicação Prática Ensaio CD Adensado Drenado Aterro construído lentamente, em camadas sobre depósito de argila mole. t t - resistência drenada

44 Ensaio de Compressão Triaxial Aplicação Prática Ensaio CD Adensado Drenado Barragem de terra com fluxo estabelecido N.A. t t - resistência drenada do núcleo

45 Ensaio de Compressão Triaxial Aplicação Prática Ensaio CD Adensado Drenado Escavação ou talude natural em argila t - resistência drenada in situ t N.A. t t

46 Ensaio de Compressão Triaxial Aplicação Prática Ensaio CU Adensado Não Drenado Parte (2) do aterro, construída subsequentemente ao adensamento da parte (1). 2 1 t - resistência não drenada após o adensamento da parte (1)

47 Ensaio de Compressão Triaxial Aplicação Prática Ensaio CU Adensado Não Drenado Rebaixamento rápido do nível (1) para o nível (2) na barragem de terra. Sem drenagem do núcleo. N.A. 1 t r N.A. 2

48 Ensaio de Compressão Triaxial Aplicação Prática Ensaio CU Adensado Não Drenado Construção rápida de aterro sobre talude natural. t r

49 Ensaio de Compressão Triaxial Aplicação Prática Ensaio UU Não Adensado Não Drenado Aterro construído rapidamente sobre depósito de argila mole. t r t r = resistência não drenada

50 Ensaio de Compressão Triaxial Aplicação Prática Ensaio UU Não Adensado Não Drenado Grande barragem de terra construída rapidamente sem mudança do teor de umidade no núcleo argiloso. t r

51 Ensaio de Compressão Triaxial Aplicação Prática Ensaio UU Não Adensado Não Drenado Sapata construída rapidamente sobre depósito argiloso. q t r q = capacidade de carga em função de t