Relatório de cisalhamento direto

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(1)[pic 3]

Esta resistência depende da tensão normal e do coeficiente de atrito entre o corpo e o plano. Em termos de tensões, a lei de Coulomb define uma linha reta e pode ser escrita como

(2)[pic 4]

sendo , chamado ângulo de atrito, o ângulo formado pela resultante das duas forças com a força normal.[pic 5]

Esse ângulo é o ângulo máximo que a força transmitida pelo corpo à superfície pode fazer com a normal ao plano de contato para que não ocorra deslizamento.[pic 6]

Nos solos esse fenômeno ocorre de maneira similar, porém com algumas peculiaridades. Como existe um grande numero de grãos envolvidos o deslocamento dos solos, os mesmo podem rolar entre si ou se reacomodarem nos vazios que encontrarem no percurso.

O ângulo máximo de atrito nos solos também depende do tipo de solo da compacidade do mesmo, dentre outros fatores.

[pic 7]

Figura 01: Esquema de resistência entre partículas.

- Mecanismo de coesão

No caso dos solos coesivos (argilo minerais) ou cimentados, a presença de uma ligação entre partículas faz com que o esforço necessário para movimentação relativa do bloco seja aumentado de uma parcela que independe da tensão normal (Figura 02), denominada coesão real. A equação que engloba esses dois últimos mecanismos é escrita como:

(3)[pic 8]

Onde é a tensão efetiva das partículas de um solo e c’ é a coesão do mesmo.[pic 9]

[pic 10]

Figura 02: coesão entre partículas.

A coesão real não pode ser confundida com a aparente. Esta é uma parcela da resistência ao cisalhamento de solos úmidos, não saturados, devida á tensão entre partículas resultante da pressão capilar da água. A coesão aparente é, na realidade, um fenômeno de atrito, onde a tensão normal que a determina é função da pressão capilar. Ou seja, saturando o solo essa resistência desaparece.

- RESISTÊNCIA DOS SOLOS

A resistência do solo ao cisalhamento é função de dois componentes, um deles foi citado no tópico anterior, RESISTÊNCIA ENTRE PARTÍCULAS, o outro componente é o embricamento.

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Figura 03: mecanismo de resistência do solo.

EMBRICAMENTO

O embricamento é definido com o trabalho necessário para movimentar a partícula ascendentemente. No caso do solo fofo (Figura 04a) os grãos movimentam-se horizontalmente, sendo mobilizada a resistência entre grãos. Já no caso do solo denso (Figura 04b) existe um trabalho adicional para superar o embricamento entre partículas, causando necessariamente uma expansão volumétrica durante o cisalhamento (dilatância). Assim, quanto mais denso for o solo, maior a parcela de interlocking e, conseqüentemente, maior a resistência do solo.

[pic 12]

Figura 04: Embricamento

Terzaghi (conhecido como o “pai” da Mecânica dos Solos) conseguiu conceituar essa resistência como consequência imediata da pressão normal ao plano de ruptura correspondente a pressão grão a grão ou pressão efetiva. Isto é, anteriormente considerava-se a pressão total o que não correspondia ao real fenômeno de desenvolvimento de resistência interna, mas, na nova conceituação, amplamente constatada, conclui-se que somente as pressões efetivas mobilizam resistência ao cisalhamento (por atrito de contato grão a grão).

- RUPTURA DOS SOLOS

A ruptura em si é caracterizada pela formação de uma superfície de cisalhamento contínua na massa de solo. Existe, portanto, uma camada de solo em torno da superfície de cisalhamento que perde suas características durante o processo de ruptura, formando assim a zona cisalhada, conforme mostrado na Figura 05. Inicialmente há a formação da zona cisalhada e, em seguida, desenvolve-se a superfície de cisalhamento. Este processo é bem caracterizado, tanto em ensaios de cisalhamento direto, como nos escorregamentos de taludes.

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Figura 05: Zona fraca, zona cisalhada e superfície de cisalhamento.

- CRITÉRIOS DE RUPTURA

A ruptura é um estado de tensões arbitrário que é obtido a partir da curva tensão x deformação dependendo do critério de ruptura. Esses critérios são formulações que procuram refletir as condições em que ocorre a ruptura dos materiais.

Independente do critério, em geral trabalha-se com o conceito de Envoltório de ruptura, a qual define o lugar geométrico dos estados de tensão na ruptura. Ou seja, estados de tensões inferiores aos da envoltória representa estabilidade, estados de tensão igual a envoltória significa ruptura e acima é uma situação de estado de tensão impossível de ocorrer.

Os critérios de ruptura são os seguintes:

- Critério de Rankine

- Critério de Tresca

- Critério de Mohr

- Critério de Mohr-Coulomb

Dentre os critérios citados, o que melhor representa o comportamento dos solos é o Critério de Mohr-Coulomb, que é uma analogia entre os critérios de Mohr e Coulomb.

CRITÉRIO DE COULOMB

Pode ser expresso pela equação (3), onde equivale dizer “não há ruptura se a tensão de cisalhamento não ultrapassar um valor dado pela expressão c + f, sendo c e f constantes do material e a tensão normal existente no plano de cisalhamento”. Os parâmetros c e f nos solos são coesão e coeficiente de atrito, que são determinados através da tangente do ângulo de atrito interno. (Figura 06) [pic 14][pic 15]

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Figura 06: critério de ruptura de Coulomb

CRITÉRIO DE MOHR

A ruptura ocorre quando no plano de ruptura a combinação das tensões normais e cisalhantes (σ,τ) é tal