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30/04/2012
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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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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
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Solos adensados não drenados
(Ensaio CU)
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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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Argilas normalmente adensadas (NA) (OCR =1)
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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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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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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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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)
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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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Curvas típicas do
ensaio CU para solos
pré-adensados.
Argilas pré-adensadas (PA) (OCR > 1)
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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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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)
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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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Solos levemente pré-adensados exibem um
comportamento intermediário entre solos NA e
fortemente PA.
Argilas pré-adensadas (PA) (OCR > 1)
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Argilas pré-adensadas (PA) (OCR > 1)
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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.
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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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Solos não adensados e não drenados
(Ensaio UU)
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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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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)
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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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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)
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Solos não adensados e não drenados (ensaio UU)
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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)
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