Argilas

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Mecânica dos solos – Aula 13
Resistência dos solos argilosos
William Fedrigo
william.fedrigo@ufrgs.br
Princípios básicos
2
Resistência depende primordialmente do atrito entre partículas (φ)
(quando não há cimentação natural/coesão real)
Influência da permeabilidade: resistência drenada × não drenada
Exemplo: tempo para construção de um aterro sobre solo mole
P P

Carregamento lento Carregamento rápido
Princípios básicos
3
Influência do índice de vazios inicial: areias × argilas
e tende para mesma reta virgeme pouco reduz com σ3
Princípios básicos
4
Influência da Razão de Sobre-Adensamento: normalmente × sobre
Solo sobre-adensado (RSA = 6)
Solo sobre-adensado (RSA = 1,5)
Tensão de pré-adensamento (σ'vm = 3)
Solos normalmente adensados (RSA = 1)
Resistência em termos de tensões efetivas
5
Ensaio drenado tipo CD: Argila NA ≈ Areia fofa
CD: tempo de ensaio muito maior para argilas!
15% a 20%
Resistência em termos de tensões efetivas
6
Ensaio drenado tipo CD: Argila SA ≈ Areia compacta
Mais perceptível para as argilas fortemente SA!
Resistência em termos de tensões efetivas
7
Ensaio drenado tipo CD: Gráfico normalizado, (σ1 – σ3)/σ3
Poderia ser identificada uma RSA crítica: εv = 0 na ruptura
Dilatação para RSA
maiores que 4
Quanto maior RSA,
menor redução de volume
Quanto maior RSA,
maior σ e menor ε axiais
Maior σd com maior σ3
(proporcionalidade)
Resistência em termos de tensões efetivas
8
Ensaio drenado tipo CD: Envoltória de ruptura
Envoltória curva até σ'vm e retilínea (passando pela origem) acima desta
σ3 = 8σ3 = 4σ3 = 2σ3 = 0,5
Resistência em termos de tensões efetivas
9
Ensaio drenado tipo CD: Envoltória de ruptura
Principal diferença para com as areias (além da magnitude de σ e ε)!
σ'vm
(argilas sempre terão!)
Intercepto
de coesão
efetiva:
não tem
significado
físico!
Argila SA:
𝛕 = 𝐜′ + 𝛔′. 𝐭𝐠𝛗′
> c' e < φ'
Argila NA:
𝛕 = 𝛔′. 𝐭𝐠𝛗′
< c' e > φ'
Resistência em termos de tensões efetivas
10
Valores típicos para parâmetros de resistência drenada
φ' é menor quanto mais argiloso o solo e c' aumenta com σ'vm
IP φ' c'
10 30° a 48°
5 kPa
a
50 kPa
20 26° a 34°
40 20° a 29°
60 18° a 25°
Resistência em termos de tensões totais
11
Ensaio não drenado tipo CU: Argila NA
Para casos reais no quais seja difícil determinar as pressões neutras!
Sem drenagem
(sem variação de volume):
pressão neutra
(> Δσ1: > u)
Resistência em termos de tensões totais
12
CD × CU: Argila NA
u reduz σ3, que reduz a resistência da argila
Resistência em termos de tensões totais
13
Ensaio não drenado tipo CU: Argila SA
Dilatação: entrada de água em CD = sucção em CU
RSA < 4:
tendência de
compressão,
u positiva
RSA > 4:
tendência de
dilatação,
u negativa
Resistência em termos de tensões totais
14
CD × CU: Argila fortemente SA (RSA > 4)
u negativa aumenta σ3, que aumenta a resistência da argila
u positiva no início:
menor σd
Resistência em termos de tensões totais
15
Ensaio não drenado tipo CU: Gráfico normalizado, (σ1 – σ3)/σ3
σd e u aumentam com σ3
(proporcionalmente)
RSA < 4:
u positiva menor que NA
Quanto maior RSA,
maior σ e menor ε axiais
Resistência em termos de tensões totais
16
Ensaio não drenado tipo CU: Envoltória de ruptura
Tensões totais (mas a ruptura é sempre função das efetivas!)
φCU
σ'vm Argila NAArgila SA
Resistência em termos de tensões totais
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Ensaio não drenado tipo CU: Envoltória de ruptura
Tensões efetivas: ensaio CU com medida de pressões neutras
u u 
RSA > 4: u negativa, > σ' (círculos se movem para a direita)
Ruptura
CD: εv = 0
CU: u = 0
Trajetória de tensões
18
Representar diferentes fases de carregamento sem poluir o gráfico
p é a média e q a semi-diferença das tensões principais
𝐩 =
𝛔𝟏 + 𝛔𝟑
𝟐
𝐪 =
𝛔𝟏 − 𝛔𝟑
𝟐
Trajetória de tensões
19
Diversos carregamentos podem ser representados
σ3 decrescente e σ1 crescente com valores iguais
σ3 e σ1 variáveis com
razões diversas
σ3 constante e σ1 crescente
σ3 e σ1 crescente com
razão constante
σ3 decrescente e σ1 constante
Trajetória de tensões
20
Possível determinar a envoltória de ruptura a partir da trajetória
Correlaciona-se geometricamente com a envoltória dos círculos de Mohr
𝐬𝐞𝐧𝛗 = 𝐭𝐠𝛃
𝐜
𝐝
=
𝐭𝐠𝛗
𝐭𝐠𝛃
𝐜 =
𝐝
𝐜𝐨𝐬𝛗
Trajetória de tensões
21
Expressões úteis para determinar a envoltória de diversos ensaios
Envoltória média mais aproximada: linha de tendência
Trajetória de tensões
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Muito usadas para solicitação não drenada: σ' mostram evolução de u
Representa-se apenas p'
u 
Trajetória de tensões
23
CD × CU (a partir dos resultados de ensaio CU)
RSA = 1RSA de 1 a 4RSA > 4
u menor que
para solo SA
grandes valores
de u positiva
u negativa
Exercício
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14.1. Uma argila saturada, não estruturada, apresenta uma tensão de pré-
adensamento, em compressão isotrópica, de 100 kPa, correspondente a
um índice de vazios de 2,0. Seu índice de compressão é igual a 1,0 e seu
índice de recompressão é igual a 0,1. Num ensaio CD convencional, com
confinante igual a 100 kPa, essa argila apresentou tensão desviadora na
ruptura igual a 180 kPa e variação de volume de 9%.
(a) Qual é a envoltória de resistência dessa argila para tensões acima da
tensão de pré-adensamento?
(b) Outro ensaio CD foi realizado com a mesma argila, com confinante
igual a 200 kPa. Pergunta-se: (1) qual a tensão desviadora na ruptura? (2)
qual o índice de vazios do corpo de prova após a aplicação da pressão
confinante? e (3) qual o índice de vazios na ruptura?