Cisalhamento dos Solos
Vários materiais sólidos empregados em construção normalmente resistem bem a tensões de compressão, porém têm uma capacidade bastante limitada de suportar tensões de tração e de cisalhamento. Assim ocorre com o concreto e também com os solos.
Ao nos referirmos à resistência dos solos estaremos falando implicitamente de sua resistência ao cisalhamento, uma vez que as rupturas em um maciço de terra são devidas a deslocamentos relativos entre os grãos.
Dentre os problemas usuais em que é necessário conhecer a resistência ao cisalhamento do solo, destacam-se a estabilidade de taludes e os empuxos de terra.
Uma das formas mais comuns de representar a resistência de um solo e que melhor retrata o seu comportamento é a utilização de envoltórias, como a de Mohr.
1 – ESTADO PLANO DE TENSÕES
No caso dos solos, trabalhamos no estado plano de tensões, pois as tensões horizontais são iguais em todas as direções. Dessa forma, têm-se apenas dois valores de tensão atuando: a vertical e a horizontal. Os planos principais são aqueles em que a tensão cisalhante é nula. Sendo assim, pode-se dizer que, para terrenos planos, os planos vertical e horizontal são, respectivamente, o plano principal menor e maior.
Conhecendo-se os valores das tensões principais, é possível determinar as tensões atuantes em um plano que faz um ângulo a com o plano principal maior, fazendo-se as transformações geométricas e aplicando as leis de equilíbrio nas direções normal e paralela a este plano, obtendo-se:
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2 – Círculo de MOHR
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O círculo de Mohr representa as tensões em todos os planos do solo, que passam por um ponto, num determinado momento. Em outras palavras, cada círculo de MOHR, representa um estado de tensões.
Do círculo de Mohr, conclui-se que:
- A máxima tensão de cisalhamento, em módulo, ocorre em planos que formam 45º com os planos principais e vale:
tmax =
s1 - s3
2
Cisalhamento dos Solos
Conhecendo-se as tensões atuantes em dois planos perpendiculares entre si, é possível encontrar as tensões principais através das expressões:
Cisalhamento dos Solos
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VIII.3 - CRITÉRIO DE RUPTURA DE MOHR-COULOMB
A teoria de Mohrafirma que os materiais rompem quando a tensão de cisalhamento, função da tensão normal, em um determinado plano iguala-se ou supera a resistência ao cisalhamento do material.
Ao romper vários corpos de prova de um mesmo solo, sob distintas condições de solicitação, teremos vários círculos de Mohr representativos das tensões nos corpos de prova. Pelo menos um ponto de cada círculo representará as tensões no plano de ruptura. A reta que passa por esses pontos constituirá a envoltória de resistência do solo e possui a seguinte equação.
t = c + s.tgf
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Onde:
t à Tensão de Cisalhamento
s à Tensão Normal
C à Coesão (parcela de resistência de um solo que existe independentemente de quaisquer tensões aplicadas)
f à Ângulo de atrito interno do solo (obliqüidade máxima entre a superfície de contato entre os grãos)
Pode-se dizer, então, que a resistência do solo depende dos chamados parâmetros de resistência que são a coesão e oatrito.
Dessa forma, tem-se:
- Nas areias puras
C=0 à t = s.tgf
- Nas argilas
f=0º à t = C
Conclui-se ainda que o ângulo de ruptura é dado por:
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4 - ENSAIOS PARA DETERMINAR A RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS
Para cada solo são ensaiados vários corpos de prova preparados sob condições idênticas. Para cada corpo de prova obtém-se uma curva tensão deformação que fornecerá pares de tensão (s,t) que definirão a envoltória de resistência.
4.1 Ensaio de Cisalhamento Direto
Aplica-se uma tensão normal num plano e verifica-se a tensão cisalhante que provoca a ruptura.
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4.2 Ensaio de Compressão Triaxial
Consiste na aplicação de um estado hidrostático de tensões e de um carregamento axial sobre um corpo de prova cilíndrico. Aplica-se s1 e s3 e a envoltória é definida em função de s1 - s3.
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4.3 Ensaio de Compressão Simples
É uma simplificação do ensaio triaxial, onde s3=0.