Lista 2 mec dos solos

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DISCIPLINA: Mecânica dos Solos II PROF.: Marcio A. de Medeiros
ALUNO(A): Maria Monique Ribeiro Farias
LISTA DE EXERCÍCIOS II – RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
QUESTÕES TEÓRICAS
1. O que são tensões principais de tensão?
As tensões principais são as tensões normais, também conhecidas como tensões
horizontais e verticais. A maior delas é a tensão principal maior, , a menor é a tensãoσ
1
principal maior , e a outra é chamada de tensão principal intermediária, .σ
3
σ
2
2. Quais os mecanismos que interferem na resistência ao cisalhamento dos solos?
● A compacidade ou a densidade relativa da areia (Dr); (>Dr, > φ’)
● O tamanho dos grãos da areia; (>tamanho, >φ’)
● A forma dos grãos da areia; (>angulosidade, > φ’)
● A rugosidade dos grãos da areia; (>rugosidade, >φ’)
● A granulometria da areia; (se bem graduados, > φ’)
● A água;
● A dilatância da areia (ψ); (>dilatância, > φ’)
● A porosidade da areia (n); (>n, < φ’)
3. Qual critério de ruptura adotado para solos?
Critério de Mohr-Coulomb: Não há ruptura enquanto o círculo representativo do
estado de tensões se encontrar no interior de uma curva, que é a envoltória dos círculos
relativos a estados de ruptura. Não há ruptura se a tensão de cisalhamento não ultrapassar um
valor dado pela expressão c + f.σ, sendo c e f constantes do material e σ a tensão normal
atuante no plano de cisalhamento. Para a maioria dos problemas de mecânica dos solos, é
suficiente aproximar a tensão de cisalhamento no plano de ruptura como uma função linear de
tensão normal. Essa função linear pode ser escrita como:
4. Quais ensaios de laboratório utilizados para determinar a envoltória de resistência?
● Ensaio de Compressão Simples (uniaxial): Consiste em ensaiar corpos de provas em
uma prensa aberta em que só se tem condição de aplicar a pressão axial 1, isto é,σ σ
3=0. Limita-se a solos puramente coesivos.
● Ensaio de Cisalhamento Direto: Consiste em ensaiar corpos de provas em uma caixa
bipartida – metade de sua altura fica na parte inferior da caixa e a outra metade fica na
parte superior. O ensaio é composto de duas partes: fase de adensamento, aplicação de
uma tensão normal perpendicular ao plano principal da amostra; fase de cisalhamento,
aplicação de uma força no sentido paralelo ao plano de cisalhamento da amostra, que
será responsável pela ruptura. A ruptura ocorrerá diretamente no plano que ocorre
entre as partes da caixa, ou seja, na sua “meia altura”.
● Ensaio de Compressão Triaxial: consiste na aplicação de um estado hidrostático de
tensões e de um carregamento axial sobre um corpo de prova cilíndrico do solo. O
corpo de prova é colocado dentro de uma câmara de ensaio, e envolto por uma
borracha. A câmara é enchida com água, à qual se aplica uma pressão de
confinamento. O carregamento axial é feito por meio da aplicação de forças no pistão
que penetra a câmara (ensaio de carga controlada), ou coloca-se a câmara numa prensa
que desloca para cima e pressiona o pistão (ensaio de deformação controlada). A carga
é medida por meio de um anel dinamométrico externo.
5. Qual a situação em que o comportamento da areia pode ser não drenado?
Se a drenagem não for permitida, a água ficará sob pressão. As pressões neutras
induzidas pelo carregamento podem ser medidas por meio de transdutores conectados aos
tubos de drenagem.
6. Como são obtidas as envoltórias de resistência dos solos por meio de ensaios de
compressão triaxial?
A tensão devido o carregamento axial é denominada tensão desviadora ( , elaσ
1
− σ
3
)
é representada em função da deformação específica, indicando o valor máximo, que
corresponde a ruptura, a partir do qual fica definido o círculo de Mohr. Círculos de Mohr em
ensaios feitos em outros corpos de prova permitem a determinação da envoltória de
resistência.
7. Discutir com auxílio de gráficos as curvas típicas tensão x deformação específica de areias
fofas e compactas nos ensaios de cisalhamento.
Os gráficos abaixo mostram os aspectos típicos de curvas tensão-deformação para
areias (a) fofas e (d) compactas. Nota-se que no gráfico das areias compactas, atingida a
resistência máxima ou resistência pico, ao continuar a deformação do corpo de prova, a tensão
desviadora decresce lentamente até se estabilizar em torno de um valor definido como
resistência residual. Enquanto as areias fofas, ao ser feito o carregamento axial, o CP
apresenta tensão desviadora que cresce lentamente com a deformação, atingindo um valor
máximo, só para deformações relativamente altas, da ordem 6 a 8%.
A ruptura “Frágil” é típica de ocorrência em argilas rijas e duras ou areias compactas
enquanto que a ruptura “Plástica” é típica de ocorrência em argilas moles ou médias ou areias
fofas ou pouco compactas.
8. Porque as areias compactas aumentam de volume quando cisalhadas?
Nas areias fofas, o processo de cisalhamento provoca uma reacomodação das
partículas, que se dá com a redução do volume. Nas areias compactas, as tensões de
cisalhamento devem ser suficientes para vencer os obstáculos representados pelos outros
grãos na sua trajetória. Vencidos esses obstáculos, o que exige um aumento do volume, a
resistência cai ao valor da areia no estado fofo.
9. No plano de ruptura a tensão cisalhante corresponde à máxima tensão atuante no elemento
de solo? Por quê?
A resistência ao cisalhamento do solo é a tensão cisalhante que ocorre no plano de
ruptura no instante da ruptura.
10. O que significa índice de vazios crítico?
O índice de vazios crítico é considerado o índice de vazios em que a areia sofre
deformação sem variação de volume, que é o estágio para o qual a areia tende a ser rompida,
independentemente do índice de vazios inicial.
11. O que acontece com a resistência de um solo quando este é submetido a um processo de
adensamento?
A resistência aumenta e é observado um pico de resistência, antes de um decréscimo
para tender a um valor residual.
12. Quais os principais tipos de ensaio triaxial?
● Ensaio adensado e drenado (CD ou CID): A drenagem é mantida aberta em todas as
fases. Com isso o ensaio permite que a amostra seja adensada para o nível de tensão
efetiva desejado antes do cisalhamento e que a variação volumétrica seja monitorada.
Isso pode ser feito facilmente em materiais saturados, bastando observar, através da
bureta graduada, a quantidade de água que sai ou entra no corpo-de-prova.
● Ensaio adensado e não drenado (CU ou CIU): a drenagem é mantida fechada durante o
cisalhamento. Com isso o ensaio permite que a amostra seja adensada para o nível de
tensão efetiva desejado antes do cisalhamento.
● Ensaio não adensado e não drenado (UU): A drenagem é mantida fechada em todas as
fases do ensaio. Com isso as poropressões são geradas em ambas as fases de
consolidação e cisalhamento.
13. Qual as semelhanças e diferenças de comportamento na resistência de areias e argilas?
As argilas normalmente adensadas se comportam de forma semelhante as areias fofas.
Já as argilas pré-adensadas tem o comportamento similar às areias compactas. Além disso, a
tensão de pré-adensamento das areias é similar ao índice de vazios crítico das argilas. As
diferenças incluem:
● Grande variação de volume das argilas;
● Efeito do pré-adensamento na envoltória;
● Resposta em função da condição de drenagem.
14. O que significa intercepto coesivo ou coesão aparente?
O intercepto de coesão aparente c é a parcela responsável pelo acréscimo de
resistência apresentado pelos solos não saturados. O valor é igual ao parâmetro c' quando o
solo está saturado.
15. Discutir a influência do pré-adensamento na resistência ao cisalhamento das argilas.
O comportamento tensão-deformação no carregamento axial de uma argila dependerá
da situação relativa da tensão confinante perante a sua tensão de pré-adensamento.
● Tensões confinantes acima da tensão de pré-adensamento: quando o corpo de prova
está normalmente adensado, implica em problemas na determinação de sua resistência,
pois, quando em processo de cisalhamento,o solo tende a se expandir e, assim, estará
sujeito a absorção de água que poderá gerar pressão neutra ( ), e logicamente,µ
diminuir a pressão efetiva ( ’) e o valor de . Nas argilas pré-adensadas, havendoσ τ
𝑟
possibilidade de drenagem, sua resistência será maior do que na situação em que não
seja possível esse expediente.
● Tensões confinantes abaixo da tensão de pré-adensamento: quando o corpo de prova
está sobreadensado, diminui o volume quando solicitada ao cisalhamento. Apresentam
pressão neutra positiva, e consequentemente, um aumento de σ’ (pressão efetiva)
quando drenada, uma vez que ocorrerá a dissipação da pressão neutra .µ
16. Quais as envoltórias que se poderiam traçar a partir de uma série de ensaios de
compressão triaxial (adensados-rápidos) com medidas de pressão neutra, feitos sobre uma
amostra de argila mole saturada pré-adensada. De que forma influiria o pré-adensamento
desta argila nas envoltórias. Se sobre a mesma amostra se efetuassem ensaios rápidos com
medida de pressão neutra, que envoltórias se obteria? Discutir apresentando gráficos e
comentários.
Quando o ensaio é feito com medida das pressões neutras, ficam conhecidas as tensões
efetivas na ruptura. Representando-se os círculos de Mohr em termos das tensões efetivas
(que são círculos de diâmetro igual aos das tensões totais deslocados para a esquerda do valor
da tensão neutra), pode-se determinar a envoltória de resistência em termos de tensões
efetivas, como na imagem (h).