Onde;
𝜏 = 𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝐶𝑖𝑠𝑎𝑙ℎ𝑎𝑛𝑡𝑒
𝑇 = 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑎 𝐹𝑜𝑟ç𝑎 𝑎𝑜 𝐶𝑖𝑠𝑎𝑙ℎ𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑆𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 𝐷𝑜 𝐶𝑜𝑟𝑝𝑜 𝐷𝑒 𝑃𝑟𝑜𝑣𝑎
A quantidade mínima de corpos de prova, a serem analisados são três, com a aplicação de carregamentos divergentes, implicando na aplicação de diferentes estados de tensões, para poder determinar com mais exatidão a envoltória da resistência.
4.3.1.4 Resultados típicos
Neste ensaio são elaborados três gráficos, que apresentam as curvas tensão versus deslocamento horizontal. As curvas de deslocamento vertical, envoltória linear do critério de ruptura de Mohr-Couloumb, respectivamente figura 28, figura 29, figura 30. Onde os gráficos demonstram três curvas, sendo três corpos de prova ensaiados.
Figura 28 - Tensão x Deslocamento
Fonte: HOLTZ & KOVACS (1994).
Figura 29 - Deslocamento Vertical
Figura 30 - Envoltória de Ruptura
Fonte: HOLTZ & KOVACS (1994).
4.3.1.5 Vantagens
A obtenção de parâmetros com agilidade, simplicidade, baixo custo e facilidade de execução, sendo que o plano de ruptura é visivelmente observado.
4.3.1.6 Desvantagens
Segundo Braja (2014):
“ [...]. A confiabilidade dos resultados pode ser questionada porque não é permitido que o solo se rompa ao longo do plano mais fraco, já que ele é forçado a romper ao longo do plano de separação da caixa de cisalhamento, além disso a distribuição da resistência ao cisalhamento sobre a superfície de cisalhamento do corpo de prova não é uniforme”.
No entanto, Gerscovich (2010) aduz e demonstrado na Figura 31:
“Esta desvantagem, entretanto, favorece a realização de ensaios para verificação do grau de anisotropia, uma vez que pode-se moldar os corpos de prova de forma que o plano de ruptura fique paralelo ou perpendicular à direção da orientação das partículas”.
Figura 31 - Ensaio de Cisalhamento Direto em Solos Anisotrópicos
Fonte: GERSCOVICH (2010).
Gerscovich (2010, esclarece:
“Uma deficiência importante do ensaio de cisalhamento direto é a impossibilidade de controle da drenagem no corpo-de-prova, pois a caixa não tem um sistema de vedação adequado. Mesmo que fossem usadas placas impermeáveis no topo e no fundo da amostra, seria impossível impedir a saída de água, pois logo que se inicia o ensaio o deslocamento de uma parte da caixa sobre a outra provoca uma abertura entre elas, permitindo a drenagem. Com isso, as tensões efetivas seriam alteradas, tornando difícil a análise dos resultados”.
As envoltórias de ruptura são afetadas, já que as tensões efetivas se alterariam. Como resposta deste problema, o ensaio é realizado de maneira lenta, isso faz com que o acréscimo da pressão neutra seja evitado, tendo como consequência, mantendo o ensaio totalmente drenado.
Sobre as deformações não uniformes, encontram-se forças nas imediações da amostra que transportam as condições de não uniformidade, da utilidade das tensões na amostra. Essa condição denota que em cada ponto do interior exemplar, as deformações que ocorrem são diferentes. Estas não são capazes de serem determinadas, ao se observar a superfície da amostra. Conforme Figura 32.
De acordo com Gerscovich (2010):
“Uma vez iniciado o cisalhamento não se tem qualquer informação sobre o estado de tensão ou de deformações da amostra, sendo impossível saber quais as trajetórias de tensões e deformações e obter módulos de deformação, como o de Young e o coeficiente de Poisson. As únicas informações obtidas são os deslocamentos no plano de ruptura. Assim, o resultado do ensaio de cisalhamento direto de um corpo de prova é somente um ponto no diagrama de Mohr, pelo qual podem ser traçados vários círculos”.
Figura 32 - Deformação Da Amostra
Fonte: Gerscovich (2010).
Resultante da ruptura forçada horizontalmente, a tensão normal e tensão cisalhante, são estabelecidas neste plano.
Apenas é possível determinar, os estados de tensão em outros planos, somente após traçar a envoltória de ruptura. Como demonstrado na Figura 33, como resultante do ensaio a rotação das tensões principais.
Figura 33- Magnitude e direção das tensões principais na ruptura
Fonte: GERSCOVICH (2010).
4.3.2 Ensaio de Cisalhamento Triaxial
Um dos métodos mais confiáveis e acessíveis para a particularização dos dados da resistência ao cisalhamento, sendo utilizado de forma ampla, tanto em pesquisas e ensaios de caráter convencional.
É executado com a aplicação de uma condição hidrostática de tensões e de carregamento axial sobre uma porção de solo.
Os ensaios triaxiais tradicionais são divididos em três tipos de ensaios padrão, ensaio adensado drenado ou ensaio drenado (Ensaio CD), ensaio adensado não drenado (Ensaio CU), ensaio não adensado não drenado ou ensaio não drenado (UU).
Figura 34 - Diagrama do equipamento de ensaio triaxial
Fonte: Das SOBHAN (2013).
Segundo PINTO (2006):
“[...]. deve-se realizar o procedimento para três corpos de provas sob diferentes condições de confinamento (mudando σ3σ3). Uma vez realizado o ensaio, o estado de tensões na ruptura (σ1, σ3) (σ1,σ3) é determinado para cada um dos corpos de provas ensaiados. Com estas informações, traçam-se os respectivos círculos de Mohr. Em seguida, deve ser desenhada a envoltória de resistência, correspondente à linha que é tangente aos três círculos. As características desta linha, intercepto e inclinação, são os parâmetros de resistência, coesão (c) (c) e ângulo de atrito (ϕ)(ϕ), respectivamente”.
Podendo ser analisada na figura 35
Figura 35 - Envoltória de resistência obtida do ensaio de compressão triaxial
.
4.3.2.1 Preparação do ensaio.
Inicialmente se faz a moldagem da amostra de solo a ser analisada, sobre a base interna da câmara, com aproximadamente 36mm de diâmetro e 76mm de comprimento, após a moldagem da amostra. A mesma é envolvida por uma membrana de espessura fina, sendo inserida, após esse processo dentro da câmara cilíndrica, normalmente preenchida com água ou glicerina.
Por fim, a amostra é sujeita a uma pressão denominada pressão confinante, oriunda da compressão na câmara por fluido. O ar pode ser utilizado como meio de compressão, em certas ocasiões.
Esta pressão atua em todas as direções, incluindo a vertical. Para gerar uma ruptura na amostra, se aplica a tensão axial (desviadora), através da haste de carregamento vertical, que penetra a câmara. Esta tensão pode ser empregada de duas formas.
Por aplicação de pesos, ou por pressão hidráulica, em acréscimos iguais até que a amostra venha a se romper. A deformação axial do corpo devido a tensão, é medida por um extensômetro.
Por aplicação de deformação axial, a uma taxa continua, através de uma prensa de carregamento hidráulica ou mecânica.
Lembrando que, a carga oriunda da aplicação da haste, representa a deformação axial que é medida por uma célula de carga fixada a haste ou anel dinamométrico.
4.3.2.2 Consolidação do ensaio.
Cada amostra é consolidada para uma estipulada pressão efetiva, a consolidação quando é feita para o ensaio consolidado drenado, ou seja, para solos altamente permeáveis.
Já o ensaio consolidado não drenado, solos que tem baixa permeabilidade, no contexto do ensaio não consolidado não drenado, não se sucede consolidação.
4.3.2.3 Fase de cisalhamento
Esta fase, representa o momento de ruptura da amostra, podendo suceder em circunstâncias drenadas ou não drenadas, sendo concedida ou não a formação de pressão neutra, de acordo com os requisitos de drenagens escolhidas.
Neste momento, permanece uniforme o valor da pressão confinante, e o valor da tensão desviadora se eleva, sucedendo-se as tensões cisalhantes na amostra até o momento em que ocorre a ruptura.
4.3.2.4 Ensaio Drenado (CD)
Neste ensaio, a amostra saturada é submetida inicialmente a uma pressão confinante ao seu redor 𝜎′ , devido a compressão do fluido da câmara, como se pode observar na Figura 36. Na medida em que a pressão confinante é aplicada, a poropressão aumenta, isto se a drenagem for impedida. Esse aumento pode ser expresso pela equação 15 em forma de parâmetro adimensional.
Figura 36 - Ensaio triaxial adensado drenado
Fonte: Fundamentos de Engenharia Geotecnica, Braja Das, pag 370 (2014).
Equação 15 – Parâmetro de Poropressão de Skempton