Resistência ao cisalhamento em condição residual (ring shear)

4.2.4.1. Aspectos gerais

O ensaio ring shear tem sido a técnica mais aplicada no estudo da resistência ao cisalhame nto residual e utilizado largamente no estudo de movimentos de massa, como atestam os trabalhos de Stark e Hussain (2010), Tiwari e Marui (2004), Silveira (2003), Mesri e Shahien (2003), Bianchini (2000) e Tika e Hutchinson (1999). A resistência residual desempenha um papel importante na estabilidade de antigos movimentos gravitacionais de massa, no comportamento

de depósitos de solo que contém superfícies de ruptura pré-existentes e no entendimento do risco de rupturas progressivas (LUPINI et al., 1981).

O equipamento ring shear foi desenvolvido com o intuito de superar algumas limitações apresentadas pelo ensaio de cisalhamento direto na determinação da resistência residual, que era o método até então utilizado (HEAD, 1982). A principal limitação do uso do cisalhame nto direto para obtenção da resistência residual é a necessidade de múltiplas reversões. Com o emprego de reversões o solo não é submetido a uma deformação cisalhante contínua em uma única direção, e a orientação das partículas acaba não sendo plena.

Neste ensaio o corpo de prova é moldado em uma célula anelar e por meio de um cabeçote é aplicada a tensão normal desejada. Tanto na base da célula quanto no cabeçote existem ranhuras que promovem a aderência do solo à célula anelar. Aplica-se então um torque que provoca o giro da parte inferior da célula, enquanto que o cabeçote permanece fixo. Isto provoca o cisalhamento do corpo de prova de forma contínua, em uma única direção, atingindo qualquer magnitude de deslocamento e possibilitando a orientação paralela entre as partículas, e consequente atingimento da condição residual.

Nesta tese os ensaios ring shear foram executados com o intuito de avaliar à resistência ao cisalhamento em condição residual dos solos GrBt e GrLt, e ArBr. Isto porque o solo GrLt revelou elevada quantidade de argila em sua composição, bem como slickensides em profusão ao longo da área em que ocorre. No caso do GrBt, a presença significativa de biotita chamou a atenção para a possibilidade de desenvolvimento de baixos valores de ângulo atrito residual sob grandes deformações. O emprego do ensaio ao solo ArBr justifica-se pela própria natureza do material, pela maneira como ocorre e pelo papel que planos de descontinuidade preenchidos por argila podem ter na estabilidade de taludes. Complementarmente, foram ensaiados também os solos GrVm e GrAm, de forma a obter-se informações relativas ao comportamento dos mesmos sob grandes deformações, possibilitando a comparação entre os diversos materia is investigados nesta tese e aqueles disponíveis na literatura.

4.2.4.2. Equipamento utilizado

Os ensaios ring shear desta tese foram realizados em um equipamento produzido conforme o proposto por Bromhead (1979), pela Wykeham Farrance. Durante a execução dos ensaios foram seguidos os procedimentos e recomendações constantes na norma ASTM D6467/2006.

O equipamento utilizado é instrumentado com um transdutor de deslocamento para medida de variação de altura do corpo de prova, e duas células de carga com capacidade nominal de 50 kgf. A aplicação da tensão normal é feita por um pendural e discos metálicos. Um computador faz a aquisição de dados, apresentando as leituras de deslocamento versus tensão cisalhante em tempo real.

4.2.4.3. Preparação dos corpos de prova e execução do ensaio

O ring shear de Bromhead (1979) exige que os corpos de prova utilizados sejam remoldados. Assim, os solos utilizados na confecção dos corpos de prova foram inicialmente secos ao ar, destorroados e peneirados. Para o ensaio utilizou-se apenas a fração passante na peneira #40, de diâmetro máximo 0,42 mm, visto que, de acordo com a norma adotada, as partículas devem ter diâmetro máximo não superior a 10% da altura da amostra, que é de 5 mm.

O teor de umidade do solo foi corrigido de forma a atingir o limite de plasticidade, conforme sugerido por Stark e Vettel (1992) e Bromhead (1986). Para tal, fez-se a adição de água destilada, mantendo a amostra hermeticamente fechada por 24 horas, pelo menos, para assegurar o equilíbrio da umidade.

O preenchimento da célula anelar, produzindo o corpo de prova, foi executado manualme nte. O solo era adicionado à cavidade da célula e levemente pressionado com espátula até o completo preenchimento da mesma. O arrasamento e nivelamento do corpo de prova foram feitos com movimentos radiais da espátula, do interior para o exterior da célula. Foram executados ensaios com tensões normais da ordem de 25, 50, 100 e 200 kPa. No caso do solo ArBr foi executado um ensaio também com tensão normal de 400 kPa.

Nesta tese adotou-se o ensaio em estágios únicos, isto é, para cada tensão normal utilizo u- se um corpo de prova distinto. Tiwari e Marui (2004) mostram que não são encontradas diferenças significativas entre os resultados obtidos através das técnicas multiestágio (quando um corpo de prova é empregado para todas as tensões normais) e da técnica de estágio único. Contudo, em ensaios de teste observou-se que o emprego da técnica multiestágio levava a substancia l perda de material durante as sucessivas etapas de cisalhamento, reduzindo a representatividade da amostra e elevando o atrito, porque a superfície de cisalhamento é perturbada.

Após ser posicionada no equipamento a célula foi inundada, se aplicou a tensão normal e aguardou-se a consolidação do corpo de prova para dar início ao cisalhamento. Findada a consolidação, executou-se a formação da superfície de cisalhamento. Nesse procedimento

aplicou-se um giro de 360°, a uma velocidade de 12°/min (8,9 mm/min). Stark e Vettel (1992) reportam que a utilização do pré-cisalhamento facilita o desenvolvimento da superfície de cisalhamento, eliminando picos de resistência, e reduz a deformação necessária para que a condição residual seja alcançada.

A velocidade utilizada durante o ensaio propriamente dito foi da ordem de 0,12º/min (0,089 mm/min) definida com base nos trabalhos de Pinheiro et al. (1997) e Rigo (2005). No trabalho desses autores verificou-se tendência de aumento da resistência ao cisalhamento residual para velocidades superiores a 1 º/min (0,742 mm/min). Por outro lado, Tika e Hutchinson (1999) reportam que, utilizando taxas de cisalhamento bastante altas, superiores a 100 mm/min, ocorreu expressiva perda de resistência, até 60% abaixo da resistência residual medida sob baixa velocidade.

Os ensaios foram conduzidos até que a tensão cisalhante se tornasse estável, o que era verificado por meio do surgimento de um trecho retilíneo na curva tensão x deformação.