aula 12_ resistência não drenada

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30/04/2012 1 1 Controle de Obras Mecânica dos solos Prof. Ilço Ribeiro Jr Resistência ao cisalhamento das areias e argilas 2 Prof. Ilço Ribeiro Jr Solicitações Não Drenadas

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Page 1: Aula 12_ Resistência não drenada

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1

Controle de Obras

Mecânica dos solos

Prof. Ilço Ribeiro Jr

• Resistência ao cisalhamento das areias

e argilas

2 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Solicitações Não Drenadas

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30/04/2012

2

3 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Quando um carregamento é aplicado em uma

massa de solo saturada, ocorrem variações de

tensões totais nas vizinhanças do local de

aplicação da carga. Estas variações de tensões

totais geram excessos de poro-pressão.

Solicitações não drenadas

4 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Para solos de alta permeabilidade, como no caso

das areias, a drenagem ocorre rapidamente,

dissipando o excesso de poro-pressão tão logo o

carregamento é aplicado. Para solos de baixa

permeabilidade, como no caso de argilas, é

comum que quase nenhuma dissipação ocorra

durante a aplicação da carga. Esta situação

caracteriza uma solicitação não drenada.

Solicitações não drenadas

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5 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Em obras de duração relativamente curta (aterros

construídos rapidamente, escavações, aterros de

barragens homogêneas, etc.) com drenagem

impedida, caracteriza uma solicitação representada

pelos ensaios adensados não drenados (CU) e por

ensaios não adensados não drenados (UU).

Solicitações não drenadas

6 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Solos adensados não drenados

(Ensaio CU)

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7 Prof. Ilço Ribeiro Jr

A análise de um problema de estabilidade pode ser

feito tanto em termos de tensões totais, como em

tensões efetivas. As solicitações não drenadas são

típicas de solos argilosos. Portanto, o estudo do

comportamento dos solos argilosos é realizado

utilizando amostras normalmente adensadas (NA)

e pré-adensadas (PA).

Solos adensados não drenados (Ensaio CU)

8 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Nos ensaios drenados (CD), um carregamento axial

provoca a redução de volume do corpo de prova,

com conseqüente percolação de água para fora da

amostra. Impedindo-se a drenagem, é razoável

esperar que surjam poro-pressões positivas devido

à tendência da amostra de reduzir de volume. Uma

amostra de argila saturada cisalhada em condições

não drenadas deforma-se sem variação de volume,

devido à incompressibilidade dos materiais que

compõem a amostra (água e grãos).

Argilas normalmente adensadas (NA) (OCR =1)

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9 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Argilas normalmente adensadas (NA) (OCR =1)

10 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Dois ensaios CU adensados para diferentes valores de

σ3. Os círculos de Mohr na ruptura, tanto em termos

de tensões totais como em termos de tensões efetivas.

Argilas normalmente adensadas (NA) (OCR =1)

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11 Prof. Ilço Ribeiro Jr

As envoltórias são retas passando pela origem

com coeficientes angulares tg φ e tg φ’ para

tensões totais e efetivas respectivamente. Para

uma mesma argila, com um dado OCR, existe

uma relação única de resistência ao cisalhamento,

independente do tipo de carregamento e condições

de drenagem. Assim, a envoltória de resistência

em termos de tensões efetivas de um ensaio CU é

igual a envoltória de resistência de um ensaio CD,

ou seja, φ’CU = φ’ CD.

Argilas normalmente adensadas (NA) (OCR =1)

12 Prof. Ilço Ribeiro Jr

O excesso de poro-pressão gerado por um

carregamento não drenado, para argilas

normalmente adensadas, é positivo. A dissipação

desta poro-pressão aumenta a resistência ao

cisalhamento do solo (note que φ’ > φ). Neste

caso, uma obra estável a curto prazo aumenta sua

segurança com o tempo.

Argilas normalmente adensadas (NA) (OCR =1)

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13 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Argilas normalmente adensadas (NA) (OCR =1)

14 Prof. Ilço Ribeiro Jr

O excesso de poro-pressão gerado por um

carregamento não drenado, para argilas

normalmente adensadas, é positivo. A dissipação

desta poro-pressão aumenta a resistência ao

cisalhamento do solo (note que φ’ > φ). Neste

caso, uma obra estável a curto prazo aumenta sua

segurança com o tempo.

Argilas normalmente adensadas (NA) (OCR =1)

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15 Prof. Ilço Ribeiro Jr

O excesso de poro-pressão gerado por um

carregamento não drenado, para argilas

normalmente adensadas, é positivo. A dissipação

desta poro-pressão aumenta a resistência ao

cisalhamento do solo (note que φ’ > φ). Neste

caso, uma obra estável a curto prazo aumenta sua

segurança com o tempo.

Argilas pré-adensadas (PA) (OCR > 1)

16 Prof. Ilço Ribeiro Jr

As argilas pré-adensadas, ensaiadas com

drenagem (CD), apresentam após pequena

redução de volume (compressão), uma dilatação,

ou seja, uma absorção de água pela amostra.

Portanto, em carregamentos não drenados é

razoável esperar que surjam poro-pressões

negativas, devido a tendência de aumento de

volume do corpo de prova.

Argilas pré-adensadas (PA) (OCR > 1)

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30/04/2012

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17 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Curvas típicas do

ensaio CU para solos

pré-adensados.

Argilas pré-adensadas (PA) (OCR > 1)

18 Prof. Ilço Ribeiro Jr

A envoltória em termos de tensões efetivas é

praticamente igual à obtida em ensaios CD. A

envoltória de resistência em termos de tensões totais

se afasta de uma reta passando pela origem,

representativa dos solos NA, sendo a resistência

expressa, para solução de problemas práticos, pela

reta que melhor se ajusta aos resultados, segundo a

expressão:

Argilas pré-adensadas (PA) (OCR > 1)

em termos de tensões efetivas, segundo a expressão:

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19 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Deve-se observar que, para solos PA, o excesso de

poro-pressão gerado por um carregamento é

negativo, e portanto τ’ < τ (este comportamento é

mais visível para altos valores de OCR – solos

fortemente pré-adensados). Conseqüentemente, a

resistência ao cisalhamento do solo tende a

diminuir com o tempo e em análises a longo prazo

a estabilidade da obra diminui (este caso é crítico

em escavações em argila saturada fortemente pré-

adensada).

Argilas pré-adensadas (PA) (OCR > 1)

20 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Para baixas tensões confinantes (elevadas razões de

pré-adensamento - OCR) a poro-pressão na ruptura é

negativa e o círculo de tensões totais se localiza à

esquerda do círculo de tensões efetivas e para altas

tensões confinantes (baixos OCR) a poro-pressão na

ruptura é positiva e o círculo de tensões totais se

localiza a direita do círculo de tensões efetivas, a

coesão total (c) é maior do que a coesão efetiva (c’) e

o ângulo de atrito interno total (φ) é menor que o

ângulo de atrito interno efetivo (φ’).

Argilas pré-adensadas (PA) (OCR > 1)

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21 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Solos levemente pré-adensados exibem um

comportamento intermediário entre solos NA e

fortemente PA.

Argilas pré-adensadas (PA) (OCR > 1)

22 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Argilas pré-adensadas (PA) (OCR > 1)

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23 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Observação: Influência da tendência à dilatação nas

poro-pressões.

Argilas pré-adensadas (PA) (OCR > 1)

A razão pela qual Δu pode ser positivo ou negativo

está na tendência à dilatação ou à contração da

amostra. Em uma argila PA saturada, que no ensaio

CD apresenta dilatação volumétrica no cisalhamento,

quando o material for submetido a um ensaio não

drenado CU, as partículas tenderão a se afastar;

entretanto, como as válvulas estão fechadas, não pode

ocorrer qualquer dilatação e, com isto, a água será

tensionada e a poro-pressão diminuirá.

24 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Com um material saturado que tende a se contrair

durante o cisalhamento ocorre o inverso; as poro-

pressões tendem aumentar, como acontece com

uma argila NA. Resumindo, quando a tendência

à variação volumétrica no cisalhamento não

drenado é de dilatação, Δu diminui; quando a

tendência é de compressão, Δu aumenta.

Argilas pré-adensadas (PA) (OCR > 1)

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25 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Solos não adensados e não drenados

(Ensaio UU)

26 Prof. Ilço Ribeiro Jr

É um método simplificado para se verificar o

comportamento de solos de baixa permeabilidade

e saturado (argilas), quando submetidos a uma

solicitação quase instantânea, através de tensões

totais denominado método φ = 0 (SKEMPTON,

1948).

Solos não adensados e não drenados (ensaio UU)

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27 Prof. Ilço Ribeiro Jr

O ensaio UU (não drenado não adensado) é

realizado sem permitir a drenagem em qualquer

estágio do carregamento (fase de adensamento e

cisalhamento). Portanto, determina-se a

resistência ao cisalhamento não-drenado (Su ou

Cu), mantendo-se inalteradas as condições de

campo do solo no início do ensaio (índice de

vazios e teor de umidade).

Solos não adensados e não drenados (ensaio UU)

28 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Em solicitações não drenadas, as tensões efetivas

em uma amostra saturada permanecem constantes

após a aplicação da tensão confinante,

independente do seu valor, pois qualquer aumento

na tensão confinante resulta em igual acréscimo

de poro-pressão .

para uma solicitação isotrópica (Δσd = 0) e em solos

saturados B é igual a 1,0, a expressão acima resume-

se à forma:

Solos não adensados e não drenados (ensaio UU)

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29 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Como as tensões efetivas são independendes da

tensão confinante, uma bateria de ensaios realizados

a diferentes valores de tensão confinante (σc)

resultam nos mesmos valores de tensão desviadora

na ruptura. Os resultados expressos em termos de

tensões totais são apresentados no slide a seguir,

sendo a envoltória de resistência horizontal

(envoltória fictícia), isto é, φu = 0 e a resistência ao

cisalhamento, S = Su .

Solos não adensados e não drenados (ensaio UU)

30 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Solos não adensados e não drenados (ensaio UU)

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31 Prof. Ilço Ribeiro Jr

Resumo:

Sendo as tensões efetivas independentes da tensão

confinante, em solos saturados, os círculos de

ruptura em termos de tensões efetivas de uma

serie de ensaios se confundem em um único

circulo. Desta forma, não é possível definir a

envoltória de ruptura em termos de tensões

efetivas de um solo saturado por meios de ensaios

UU.

Solos não adensados e não drenados (ensaio UU)