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Vários materiais sólidos empregados em construção
normalmente resistem bem as tensões de compressão,
porém têm uma capacidade bastante limitada de suportar
tensões de tração e de cisalhamento.
Geralmente são considerados apenas os casos de solicitação
por cisalhamento, pois as deformações em um maciço de
terra são devidas a deslocamentos relativos entre as
partículas constituintes do maciço.
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Para análise e solução dos problemas mais importantes de
engenharia de solos é necessário o conhecimento das
características de resistência ao cisalhamento dos solos.
Exemplos típicos são os problemas de estabilidade de
aterros e de cortes, empuxos sobre muros de arrimo,
capacidade de carga de sapatas e de estacas.
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RUPTURA:
a) Forma brusca : material se desintegra quando atingida certa tensão ou deformação
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RUPTURA:
b) Forma Plástica : vai se deformando indefinidamente sob uma tensão constante.
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O solo tem comportamento elástico quando a curva de descarregamento coincide com a de carregamento.
Quando essa curva é uma reta, o comportamento do solo é elástico linear.
Na maioria das vezes o solo tem comportamento elástico plástico, ou seja, se comporta de forma elástica até um certo valor da tensão, a partir do qual toda deformação não elástica permanece.
Certos casos assume-se que o solo tem comportamento totalmente plástico, ou seja, em qualquer nível de tensão resulta deformações permanentes.
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ATRITO ENTRE SOLIDOS:
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N é constante e T cresce gradativamente até provocar o
deslizamento.
O sólido iniciará um deslizamento sobre o plano, quando T
alcançar o valor tal que seja igual a um certo ângulo ,
denominado ângulo de atrito ( tg Φ chama-se coeficiente
de atrito).
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Deslizamento quando a ≥ Φ(ângulo de atrito)
Repetindo-se para outros valores de N, ocorrerá o
deslizamento toda vez que a = Φ
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ESTADO PLANO DE TENSÕES:
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O estado de ruptura corresponde ao de obliqüidade máx. (a= Φ), pode-se então determinar as tensões e a inclinação do plano de sua atuação.
O plano de ruptura representa um ângulo Φ cr= 45 +Φ/2. Em relação ao plano principal maior.
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MEDIDAS DE RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO:
A medida da resistência ao cisalhamento visa a
determinação da envoltória de ruptura, é a relação entre as
tensões normal e cisalhante no estado de ruptura.
Dois métodos são utilizados:
Cisalhamento direto e Compressão triaxial.
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Cisalhamento Direto
A amostra de solo é colocada em uma caixa dividida ao meio. O
corpo de prova é carregado inicialmente com uma força N, que
corresponde ao uma tensão normal na seção de área S.
A metade inferior da caixa permanece fixa, enquanto a tensão
normal é mantida constante, aplica-se à metade superior uma
força horizontal T, que corresponde a uma força cisalhante que
cresce gradativamente até o corpo de prova conter por
cisalhamento no plano de seção S.
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Na base e no topo do corpo de prova são colocadas pedras porosas para permitirem livre drenagem de água durante o ensaio.
Mede-se durante o ensaio as transformações horizontais e verticais do corpo de prova.
Realiza-se diversos ensaios de cisalhamento direto com a mesma amostra de areia, em corpos moldados sob condições idênticas, mas com tensões normais diferentes.
Determina-se a relação entre a tensão cisalhante máxima e tensão normal, que é do tipo = tg, onde é a obliquidade máxima das tensões e é denominada ângulo de atrito interno do solo.
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ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL:
Consiste num corpo de prova cilíndrico ( altura de 2 a 2,5 vezes o
diâmetro, diâmetros de 5 e 3,2 cm) envolvido por uma
membrana impermeável e que é colocado dentro de uma câmara
Preenche-se a câmara com água e aplica-se uma pressão na água
(s 3) que atuara em todo o corpo de prova .
O ensaio é realizado acrescendo à tensão vertical o que induz a
tensão de cisalhamento no solo, até que ocorra ruptura ou
deformações excessivas.
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Para obtenção da envoltória de resistência ao cisalhamento devem ser realizados diversos ensaios, com corpos de provas da mesma amostra, e submetidos a diversas tensões de confinamento ( 3).
Para cada ensaio traça- se a curva de tensão X deformação, sendo o instante de ruptura o valor máximo de ( s1 - s3) ou de s1 / s3 ; com os valores das tensões principais de ruptura, traça- se o círculo de Mohr de cada ensaio e a envoltória dos círculos constitui a envoltória da ruptura.
Teorema de ruptura de Mohr - Coulomb, estabelece que a ruptura de um material ocorre quando a tensão de cisalhamento, ƌ em um certo plano, iguala a resistência ao cisalhamento, S do solo.
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TIPOS DE ENSAIO TRIAXIAL:
ENSAIO NÃO CONSOLIDADO E NÃO DRENADO ( Ensaio rápido)
- Características : - Tensão confinante s3 aplicada sem permitir drenagem e a tensão desvio s1 – s3 também aplicada sem permitir drenagem.
- Simula carregamentos rápidos no campo, construção rápida de um aterro sobre solo mole.
- A não drenagem permite que não haja variação da pressão efetiva durante o ensaio uma vez que todo o acréscimo de pressão será transferido para a água. ( Δu ≠ 0)
- Não há variação de volume da amostra (ΔV = 0 ).
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ENSAIO CONSOLIDADO E NÃO DRENADO
- Características : - Na fase inicial ( nesta fase se permite a drenagem),quando se aplica a tensão confinante não há desenvolvimento de pressão neutra (Δu = 0).
Por consequência há o adensamento da amostra (ΔV ≠0).
- Na fase de ruptura não se permite a drenagem ocorrendo uma variação de pressão neutra (Δu ≠0) e (ΔV= 0).
- Simula a construção de um aterro em duas ou mais etapas, sendo que a última executada rapidamente.
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ENSAIO CONSOLIDADO E DRENADO ( Lento)
Características: - A pressão de confinamento (s3) aplicada depende da tensão que é aplicada no campo.
Fase de Consolidação e Fase de Ruptura:
Δu = 0
ΔV ≠0
Simula a construção de um aterro demorado.