RODOVIÁRIO EM SÃO JERÔNIMO/RS.
MARA REGINA BIANCHINI
Dissertação a presentad a a o corpo d ocente d o Prog ram a d e Pós-Grad ua ção e m Eng e nha ria Civil d a Escola d e Eng e nha ria d a U nive rsid a d e Fe d e ral d o Rio Grand e d o Sul,com o pa rte d os requisitos pa ra a ob tenção d o título d e M e stre em Eng e nharia.
Porto Alegre Dezembro de 2000
Esta d issertação foi julg a d a a d e qua d a pa ra a ob tenção d o título d e M ESTRE EM EN GEN H ARIA e a prova d a e m sua form a fina l pe lo orientad or e pe lo Prog ram a d e Pós-Grad ua ção.
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Prof. Luiz Antônio Bressani
O rientad or
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Prof. Francisco d a Pa ula Sim ões Lope s Ga stal
Coord e na d or d o PPGEC
BANCA EXAMINADORA
Prof. Rinaldo José Barbosa Pinheiro
D.Sc. pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Prof. Adriano V. Damiani Bica Phd pela University of Surrey, UK
Prof. Way Ying Yuk Gehling
Ao meu pai (in memorium) e à minha mãe
AGRADECIMENTOS
Ao concluir esta d issertação d e m e strad o d e sejo e xterna r os m a is sinceros a g rad ecim e ntos a tod os aque le s d e a lg um a form a contribuíram pa ra a rea liza ção d e sta d issertação.
Ao profe ssor orientad or Luiz Antônio Bressani pe los ensina m e ntos transm itid os, pe la orientação,pe lo a poio e pe lo incentivo pa ra a c onclusão d e ste trab a lho,inclusive d urante o pe ríod o e m que e stive “pa rad a ”.
Aos d e m a is profe ssores d a área d e g e otecnia, pe los ensina m e ntos com ple m e ntares transm itid os e pe la s contribuições a e ste trab a lho.
À profe ssora Reg ina Da vison Dias,por ter m e m ostrad o os cam inhos d a g e otecnia na orientação d e um a b olsa d e iniciação científica,d urante a g rad ua ção.
Ao cole g a ,hoje d outor,Rina ld o Pinhe iro,pe lo a uxílio na rea liza ção d os ensaios, sug e stões e contribuições d a d a s ao trab a lho.
Aos técnicos d o La b oratório d e M e c ânica d os Solos,Ja ir Floriano d a Silva e João Diniz pe lo a uxílio na e xecução d os ensaios d e la b oratório e trab a lhos d e cam po.
Ao DAER,pe los d a d os fornecid os.
À CAPES,pe lo a poio fina nceiro receb id o.
Aos cole g a s d a turm a d e m e strad o,Da lm a r Verd a d e ,Diana De na rd i,Jua n Díaz, Ka rla H e ineck,M a rcelo Te ssari,M a rcos Strauss e Pe d ro Fe rreira,pe la s ag rad áve is horas (a nos),d e convívio técnico-científico e sócio-cultural. Ta m b ém a os cole g a s d e turm a s a nteriores (M árcia,Bibiana ,Luis O távio...),d e turm a s posteriores (Júlio,Joe l,M a ribe l...), d e a m igos extem porâne os (Ana Pa ula ,Flávia...) ob riga d a por fa ze rem c om que o tem po e m que convive m os se torna sse ine squecíve l e pe la certeza d e que se o convívio d im inuiu,a a m iza d e não!
Aos cole g a s d o DAER/U N P,pe lo incentivo pa ra o térm ino d e ste trab a lho.
Aos d e m a is am igos pe lo incentivo carinhoso trad uzid o pe la seg uinte frase: “Aind a não term inou?”.
À a m iga d e sd e a infância (que a té prim a é),M árcia M a rchi,pe lo carinho, incentivo,a poio e com pree nsão d e d icad os d urante e sses vinte e poucos anos!
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ... ix
LISTA DE TABELAS ... xiii
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS ... xiv
RESU M O ... Xv ABSTRACT ... xvi
CAPÍTULO I 1. IN TRO DU ÇÃ O ... 1
1.1 JU STIFICATIVA ... 1
1.2 O BJETIVOS DA PESQ U ISA... 2
1.3 H IPÓ TESES DA PESQ U ISA... 2
1.4 ESTRU TURA DA DISSERTAÇÃ O ... 3
CAPÍTULO II 2. REV ISÃ O BIBLIO G R Á FICA ... 5
2.1 M ECAN ISM O S DE IN STABILIDADE ... 5
2.2 RESISTÊ N CIA AO CISALHAMEN TO ... 11
2.2.1 Definições ... 12
2.2.2 Histórico ... 13
2.2.3 Envoltórias d e resistência ... 14
2.2.4 Fatores que influenciam a resistência resid ual ... 16
2.2.4.1 Fração a rgilosa ... 16
2.2.4.2 Influência d o d e slocam e nto ... 18
2.2.4.3 Influência d a ve locid a d e d o e nsaio ring she a r ... 19
2.2.4.4 Influência d a m icro-estrutura ... 21
2.2.5 - Ensaios para d eterm inação d a resistência ao cisalham ento resid ual,utilizand o-se ensaios d e cisalham ento d ireto especiais ... 23
2.2.5.1 Ensaios d e cisalha m e nto d ireto com reve rsões m últipla s... 23
2.2.5.2 M étod o d o pré-corte ... 24
2.2.5.4 Ensaios d e cisalha m e nto d ireto com interface polid a ... 25
2.2.6 Ensaios para d eterm inação d a resistência ao cisalham ento resid ual utilizand o-se ensaios d e cisalham ento por torção ... 26 2.2.6.1 Equipa m e ntos ... 26
2.2.6.2 Am ostras ind e form a d a s e rem old a d a s ... 27
2.2.6.3 Ensaios m ultiestág io e d e e stág io único ... 28
2.2.6.4 Com pa ração com resultad os d e outros equipa m e ntos ... 29
2.2.7 U tilização d e correlações entre ? ’r e propried ad es índ ice d o solo ... 30
CAPÍTULO III 3. DESCRIÇÃ O DO LO CAL E DO S MATERIAIS DE ESTU DO ... 33
3.1 LO CALIZAÇÃ O ... 33
3.2 ASPECTO S GEO LÓ GICO S E GEO M O RFO LÓ GICO S DA REGIÃ O ... 34
3.3 CLIM A E VEGETAÇÃ O ... 37
3.4 DESCRIÇÃ O DO TALU DE ... 38
3.5 M ECAN ISM O S DE RUPTURA IDEN TIFICADO S ... 40
CAPÍTULO IV 4. M ETO DO LO G IA E TÉCN ICAS DE EN SAIO S DE LABO R ATÓ RIO ... 42
4.1 RETIRADA DE AM O STRAS ... 43
4.2 EN SAIO S DE CARACTERIZAÇÃ O ... 43
4.3 EN SAIO S DE CISALHAMEN TO DIRETO ... 44
4.3.1 Descrição d o equipam ento ... 44
4.3.2 Preparação d a am ostra ... 45
4.3.3 M ontag e m d e ensaio ... 45
4.3.4 Proced im ento d o ensaio ... 45
4.3.5 V e locid ad e d o ensaio e tensões norm ais ... 46
4.4 EN SAIO S DE CISALHAMEN TO DIRETO CO M REVERSÃ O ... 46
4.5 EN SAIO S DO TIPO RIN G SH EAR (CISALHAMEN TO POR TORÇÃ O ). 48 4.5.1 Consid erações ge rais ... 48
4.5.3 Preparação d a am ostra e m old a g e m d os corpos d e prova ... 49
4.5.4 Proced im ento d o ensaio ... 49
4.5.5 V e locid ad e d o ensaio e tensões norm ais ... 50
4.5.6 Critério para o final d o ensaio ... 50
4.6 IN STALAÇÃ O DO PIEZÔ M ETRO ... 50
CAPÍTU LO V 5. AN Á LISE E DISCU SSÃ O DO S RESU LTADO S DO S EN SAIO S DE LABO R ATÓ RIO ... 52
5.1 IN TRO DUÇÃ O ... 52
5.2 EN SAIO S DE CARACTERIZAÇÃ O ... 52
5.2.1 Lim ites d e Atterb erg ... 52
5.2.2 Índ ices físicos e d ensid ad e real d os g rãos ... 53
5.2.3 M ineralog ia ... 53
5.3 AN Á LISE GRAN U LO M ÉTRICA ... 54
5.4 EN SAIO S DE CISALHAMEN TO DIRETO CO N VEN CIO N AL E CO M REVERSÃ O ... 57
5.4.1 Resultad os ob tid os no solo S2 ... 57
5.4.2 Resultad os ob tid os no solo S3 ... 61
5.5 EN SAIO S DE RIN G SH EAR ... 67
5.5.1 Resultad os ob tid os no solo S2 ... 67
5.5.2 Resultad os ob tid os no m aterial cinza d o solo S2 ... 70
5.5.3 Resultados obtidos no solo S3 ... 72
5.5.4 Análise dos resultados dos ensaios de resistência ao cisalhamento ... 75
5.6 AN Á LISE M ICRO SCÓ PICA ... 78
CAPÍTU LO VI 6. AN Á LISE DA ESTABILIDADE DO TALU DE ... 83
6.1 GEO M ETRIA DO TALU DE ... 83
6.2 PARÂ M ETRO S DE RESISTÊ N CIA AO CISALHAMEN TO DO SO LO ... 86
6.5 SO FTW ARE E M ÉTO DO U TILIZADO S ... 88
6.6 AN Á LISE DAESTABILIDADE DA GEO M ETRIA IN ICIAL ... 90
6.7 AN Á LISE DA ESTABILIDADE DA GEO M ETRIA FIN AL ... 95
CAPÍTU LO VII 7. CO N CLU SÕES SU G ESTÕES PARA FU T U R AS PESQ U ISAS ... 98
7.1 CO N CLU SÕES ... 98
7.2 SUGESTÕES PARA FU TURAS PESQ U ISAS ... 101
LISTA DE FIGURAS
CAPÍTU LO II
Figura 2.1 Bloco d iag ram a d e um d e sliza m e nto/fluxo com ple xo d e m a terial fino (Varne s,1978) ... 6 Figura 2.2 Principa is tipos d e m ovim e ntos cla ssificad os com o ruptura
confina d a ,(Hutchinson,1988) ... 7 Figura 2.3 Principa is tipos d e m ovim e ntos cla ssificad os com o e scorreg a
-m e ntos rotaciona is (Hutchinson,1988) ... 8 Figura 2.4 Principa is tipos d e m ovim e ntos cla ssificad os com o e scorreg a
-m e ntos co-m postos (Hutchinson,1988) ... 9 Figura 2.5 Principa is tipos d e m ovim e ntos cla ssificad os com o e scorreg a
-m e ntos translaciona is (Hutchinson,1988) ... 10 Figura 2.6 Principa is tipos d e m ovim e ntos cla ssificad os com o tom b a m e ntos
(Hutchinson,1988) ... 10 Figura 2.7 Principa is tipos d e e scorreg a m e ntos com ple xos (Hutchinson,1988) . 11 Figura 2.8 Re sistência a o cisalha m e nto d e pico e pa ra cond ição resid ua l e m
solos norm a lm e nte a d e nsad os e pré-ad e nsad os. (M itche ll,1978) ... 13 Figura 2.9 Envoltória d e resistência d e pico,resid ua l e linha d e e stad o crítico
pa ra a a rgila d e Lond res (W ood ,1990) ... 14 Figura 2.10 Envoltórias d e resistência resid ua is típicas,(Hawkins e Prive tt,
1985) ... 15 Figura 2.11 Gráficos ?/?’n ve rsus d e slocam e nto pa ra ?’n constante pa ra
d ife rentes frações argilosas (Ske m pton,1985) ... 17 Figura 2.12 Ensaios ring shear com m isturas d e a reia e b e ntonita (Lupini et al,
1981) ... 18 Figura 2.13 De talhe d a m icroe strutura d a zona d e cisalha m e nto e supe rfície d e
ruptura d o e scorreg a m e nto d a localid a d e d e W a lton’s W ood (Ske m pton e Pe tle y,1967) ... 22 Figura 2.14 Correla ções entre ?’r e o IP (Lupini et al,1981) ... 31
Figura 2.15 Re sistência resid ua l d e cam po (?’rf) e e nsaios d e ring shear e m a reias,
caulim e b e ntonita (Ske m pton,1985) ... 32 Figura 2.16 Valores d o âng ulo d e a trito resid ua l pa ra solos tropicais (Va ug ha n,
CAPÍTU LO III
Figura 3.1 Localiza ção d o local d e e stud o ... 33
Figura 3.2 M a pa g e ológ ico d a s reg iões d e Cha rque a d a s,São Jerônim o e Arroio d os Ra tos (Frank,1989) ... 35
Figura 3.3 Foto d o local à jusante d a área e m e stud o,a presentand o um a çud e e coxilha s inserid a s em um a área sua ve m e nte ond ula d a ... 37
Figura 3.4 Apa rência solo S2,m ostrand o o a specto va rieg a d o d e ste solo,com a s fissuras pree nchid a s pe lo m a terial d e cor cinza ... 39
Figura 3.5 Foto d o talud e na s cond ições atua is ... 41
CAPÍTU LO IV Figura 4.1 Fotos d e e quipa m e nto d e ring she a r e d a a m ostra utiliza d a ... 48
Figura 4.2 Instala ção d o piezôm e tro ... 51
CAPÍTU LO V Figura 5.1 Curva s g ranulom étricas ob tida s com e sem o uso d e d e flocula nte, pa ra o solo S2 - am ostra total ... 55
Figura 5.2 Curva s g ranulom étricas ob tida 58s com e sem o uso d e d e flocula nte, pa ra o solo S2 - pa rte ve rm e lha ... 55
Figura 5.3 Curva s g ranulom étricas ob tida s com e sem o uso d e d e flocula nte, pa ra o solo S2 - pa rte cinza ... 56
Figura 5.4 Curva s g ranulom étricas ob tida s com e sem o uso d e d e flocula nte, pa ra o solo S3 ... 56
Figura 5.5 Cisalha m e nto d ireto com reversão, pa ra o solo S2,
?
n = 21 kPa ... 57Figura 5.6 Cisalha m e nto d ireto com reversão, pa ra o solo S2,
?
n = 50 kPa ... 58Figura 5.7 Cisalha m e nto d ireto com reversão,pa ra o solo S2,
?
n = 100 kPa ... 58Figura 5.8 Cisalha m e nto d ireto com reversão, pa ra o solo S2,
?
n = 150 kPa ... 59Figura 5.9 Curva s tensão-de form a ção norm a liza d a s em função d a tensão norm a l – e nsaios iniciais,pa ra o solo S2 ... 59
Figura 5.10 Curva s tensão-de form a ção norm a liza d a s em função d a tensão norm a l - 3a Re ve rsão,pa ra o solo S2 ... 60
Figura 5.11 Envoltória d e ruptura pa ra a c ond ição d e pico e a g rand e s
d e form a ções,pa ra o solo S2 ... 61
Figura 5.12 Cisalha m e nto d ireto com reversão, pa ra o solo S3,
?
n = 21 kPa ... 62Figura 5.13 Cisalha m e nto d ireto com reversão, pa ra o solo S3,
?
n = 50 kPa ... 62Figura 5.14 Cisalha m e nto d ireto com reversão,pa ra o solo S3,
?
n = 100 kPa ... 63Figura 5.15 Cisalha m e nto d ireto com reversão, pa ra o solo S3,
?
n = 150 kPa ... 63Figura 5.16 Curva s tensão-de form a ção norm a liza d a s em função d a tensão norm a l – e nsaios iniciais,pa ra o solo S3 ... 64
Figura 5.17 Curva s tensão-de form a ção norm a liza d a s em função d a tensão norm a l - 3a Re ve rsão,pa ra o solo S3 ... 64
Figura 5.18 Envoltória d e ruptura pa ra a c ond ição d e pico e a g rand e s d e form a ções,pa ra o solo S3 ... 65
Figura 5.19 Curva s tensão cisalha nte ve rsus d e slocam e nto,ob tida s no ring she a r,pa ra o solo S2 ... 68
Figura 5.20 Curva s tensão cisalha nte norm a liza d a e m função d a tensão norm a l ve rsus d e slocam e nto,pa ra o solo S2 ... 68
Figura 5.21 De form a ção ve rtical ve rsus d e slocam e nto horizontal,pa ra o solo S2 69 Figura 5.22 Envoltória d e ruptura ob tida d os ensaios tipo ring she a r,pa ra o Solo S2 ... 69
Figura 5.23 Curva s tensão cisalha nte ve rsus d e slocam e nto,ob tida s no ring she a r,pa ra o solo S2 – pa rte cinza ... 70
Figura 5.24 Curva s tensão cisalha nte norm a liza d a e m função d a tensão norm a l ve rsus d e slocam e nto,pa ra o solo S2 – pa rte cinza ... 71
Figura 5.25 De form a ção ve rtical ve rsus d e slocam e nto horizontal,pa ra o solo S2 – pa rte cinza ... 71
Figura 5.26 Envoltória d e ruptura ob tida d os ensaios tipo ring she a r,pa ra o Solo S2 – pa rte cinza ... 72
Figura 5.27 Curva s tensão cisalha nte ve rsus d e slocam e nto,ob tida s no ring she a r,pa ra o solo S3 ... 73
Figura 5.28 Curva s tensão cisalha nte norm a liza d a e m função d a tensão norm a l ve rsus d e slocam e nto,pa ra o solo S3 ... 73
Figura 5.29 De form a ção ve rtical ve rsus d e slocam e nto horizontal,pa ra o solo S3 74 Figura 5.30 Envoltória d e ruptura ob tida d os ensaios tipo ring she a r,pa ra o Solo S3 ... 74
Figura 5.31 Com pa ração d a s envoltórias d e ruptura ob tida s nos ensaios d o tipo ring she a r ... 76
Figura 5.32 Envoltórias d e ruptura ob tida s nos ensaios d o tipo ring she a r com pa rad a s com a s envoltórias d e rupturas ob tida s nos ensaios d e
cisalha m e nto d ireto,na cond ição lim ite d e resistência ... 78
Figura 5.33 M icrofotog rafias pa ra a a m ostra N ATURAL S2. (a ) 125x,(b ) 500x, (c) 2000x e (d ) 4000x d e a proxim a ção ... 80
Figura 5.34 M icrofotog rafias pa ra a a m ostra CISALHAMEN TO S3. (a ) 125x,(b ) 500x,(c) 2000x e (d ) 4000x d e a proxim a ção ... 81
Figura 5.35 M icrofotog rafias pa ra a a m ostra RS S3(ring she a r). (a ) 125x,(b ) 500x,(c) 2000x e (d ) 4000x d e a proxim a ção ... 82
CAPÍTU LO VI Figura 6.1 Geom e trias inicial e a tua l d a seção 7+460 ... 84
Figura 6.2 Geom e trias inicial e a tua l d a seção 7+480 ... 84
Figura 6.3 Geom e trias inicial e a tua l d a seção 7+500 ... 85
Figura 6.4 Geom e trias inicial e a tua l d a seção 7+520 ... 85
Figura 6.5 Poro-pressão m e d id a no piezôm e tro ... 89
Figura 6.6 Precipitação e e va poração d iárias pa ra o pe ríod o d e m e d ição a utom ática d a poro-pressão no piezôm e tro ... 89
Figura 6.7 Supe rfície crítica d e ruptura na g e om e tria inicial ... 90
Figura 6.8 Envoltórias d e ruptura pa ra cond ições interm e d iárias entre a cond ição d e pico e a g rand e s d e form a ções,pa ra o solo S2 ... 93
Figura 6.9 Envoltórias d e ruptura pa ra cond ições interm e d iárias entre a cond ição d e pico e a g rand e s d e form a ções,pa ra o solo S3 ... 94
LISTA DE TABELAS
CAPÍTU LO V
Ta b e la 5.1 Lim ites d e Atterbe rg pa ra a s cam a d a s S2 e S3 ... 53 Ta b e la 5.2 Índ ices físicos pa ra os solos S2 e S3 ... 53 Ta b e la 5.3 M ine rais presentes nos solos S2 e S3 (a d a ptad o d e Le ipnitz,1995) ... 54 Ta b e la 5.4 Distribuição g ranulom étrica (% ),pa ra os solos S2 e S3,com e sem o
uso d e d e flocula nte ... 54 Ta b e la 5.5 Te nsões d e cisalha m e nto pa ra a c ond ição d e pico e a o térm ino d a s
reve rsões,pa ra o solo S2 e S3 ... 66 Ta b e la 5.6 Pa râm e tros d a e nvoltória d e ruptura pa ra a c ond ição d e pico e d e
g rand e s d e form a ções,pa ra o solo S2 e S3 ... 67 Ta b e la 5.7 Pa râm e tros d e resistência a o cisalha m e nto resid ua l ob tido nos
e nsaios ring shear ... 75 Ta b e la 5.8 Pa râm e tros d a e nvoltória d e ruptura na cond ição resid ua l ... 75 Ta b e la 5.9 Pa râm e tros ob tidos nos ensaios d e cisalha m e nto d ireto
conve nciona l,com reve rsão e e nsaios d o tipo ring she a r ... 77
CAPÍTU LO VI
Ta b e la 6.1 Conjuntos d e pa râm e tros utiliza d os pa ra a a nálise d a e stab ilid a d e . 88 Ta b e la 6.2 Fa tores d e seg urança ob tidos pa ra a g e om e tria inicial ... 91 Ta b e la 6.3 Te nsões d e cisalha m e nto pa ra cond ições interm e d iárias entre a
cond ição d e pico e a g rand e s d e form a ções,pa ra o solo S2 e S3 ... 92 Ta b e la 6.4 Pa râm e tros ob tidos pa ra cond ições interm e d iárias entre a cond ição
d e pico e a g rand e s d e form a ções,pa ra o solo S2 e S3 ... 93 Ta b e la 6.5 Fa tores d e seg urança ob tidos utiliza nd o-se pa râm e tros
corres-pond e ntes às d e form a ções d e 1 e 3 m m a pós o pico,pa ra o solo S2 e S3 ... 94 Ta b e la 6.6 Fa tores d e seg urança ob tidos pa ra a g e om e tria a tua l ... 96
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS
ABN T – Associação Brasile ira d e N orm a s Técnicase – Índ ice d e va zios
d h – De slocam e nto horizontal d v – De slocam e nto ve rtical
FA – Fração a rgila (porcentag e m e m pe so d e pa rtícula s infe riores a 2 ?m ) FS – Fa tor d e seg urança
G – De nsid a d e rea l d os g rãos IP – Índ ice d e pla sticid a d e LL – Lim ite d e liquid e z LP – Lim ite d e pla sticid a d e S – Grau d e saturação
c’ – Intercepto coe sivo e fe tivo
?’ – Â ng ulo d e a trito interno e fe tivo
?’r – Â ng ulo d e a trito interno resid ua l
?’cv – Â ng ulo d e a trito interno com volum e constante
?’rf – Â ng ulo d e a trito interno resid ua l d e cam po
?s – Pe so e specífico rea l d os g rãos ?d – Pe so e specífico a pa rente seco ? - Te or d e um id a d e
?’n – Te nsão norm a l e fe tiva
RESUMO
Esta d issertação d e m e strad o a presenta um a inve stiga ção d a s causas que le va ram um talud e rod oviário à ruptura. Esse talud e localiza -se no m unicípio d e São Jerônim o, no Km 7+500 d a rod ovia RS/470. A ruptura foi prog ressiva ,tend o início log o a pós a a b e rtura d o corte pa ra a e xecução d a rod ovia e e nvolve u um a e xtensão d e m a is d e 100 m e tros. Foram le va ntad os aspectos ge ológ icos e g e om orfológ icos d a reg ião,ind icand o tratar-se d e um a área localiza d a na De pressão Pe riférica,com rele vo sua ve ond ula d o. O s d ois solos que com põe o talud e foram d e scritos e a m ostrad os. Foram rea liza d os ensaios d e caracteriza ção e e nsaios d e cisalha m e nto pa ra a s d ive rsas cond ições d e d e form a ção d os m a teriais. Foram fe itos d ive rsos ensaios d e cisalha m e nto d ireto: a) com a m ostras ind e form a d a s,b uscand o-se d e term ina r pa râm e tros d e resistência pa ra a c ond ição d e pico e ,b ) e nsaios especiais,utiliza nd o a técnica d e reve rsões m últipla s pa ra d e term ina r pa râm e tros d e resistência na cond ição d e g rand e s d e form a ções. Foram fe itos tam b ém e nsaios d e cisalha m e nto por torção (ring shear),b uscand o-se pa râm e tros d e resistência pa ra a c ond ição resid ua l. A e stab ilid a d e d o talud e foi ve rificad a pa ra d ua s ge om e trias,a inicial e a pós-ruptura,utiliza nd o-se os pa râm e tros d e resistência a o cisalha m e nto ob tidos nos ensaios rea liza d os. A retro-análise d a situa ção inicial ind icou que a s rupturas iniciais m ob iliza ram um va lor d e resistência a o cisalha m e nto correspond e nte a um a cond ição d e d e form a ção interm e d iária e ntre a cond ição d e pico e a d e g rand e s d e form a ções. A retro-análise d a cond ição a tua l ind icou que os solos aind a não a ting iram a cond ição resid ua l,send o que a resistência m ob iliza d a é m e lhor representad a pe los pa râm e tros na cond ição d e g rand e s d e form a ções.
ABSTRACT
The m onog raphy presents a inve stiga tion of the causes of a cut slope fa ilure. This slope is at km 7.5 of RS/470 ne a r the town of São Jerônim o,state of Rio Grand e d o Sul, Brazil. The fa ilure was of the prog ressive type b e ing initiated little a fter the cut ha ve b e e n m a d e . The le ng th of the fa ilure was 100m a long sid e the roa d . The reg ion b e long s to the Pe riphe ral De pression of the state. The g e olog y a nd the la nd form of the reg ion a re d e scribe d on the text. The re a re two soils in the slope a nd b oth were sam ple d a nd tested . Direct she a r test were carried out: a) on und isturbe d sam ple s to m e a sure pe a k cond itions; b) som e tests with m ultiple reve rsions to d e term ine the streng th a t la rge d isplacem e nts. Ring she a r tests were a lso carried out to d e term ine the resid ua l she a r streng th. The factor of safe ty wa s calcula ted for two g e om e tries/situa tions: the initial a nd the post-fa ilure. She a r streng th pa ram e ters ob taine d in the la b oratory tests were used . The a na lysis of the initial g e om e try ind icated tha t the ope rationa l she a r streng th wa s not the pe a k b ut a va lue interm e d iate b e tween the pe a k a nd the she a r streng th a t la rge strains. O n the othe r ha nd the post-fa ilure a na lysis showed tha t the she a r streng th ha s not ye t reache d the resid ua l cond ition.
CAPÍTULO I
1. IN TRO DU ÇÃ O
1.1 JU STIFICATIVA
A ocorrência d e instab ilid a d e s d e talud e s rod oviários é um prob le m a que ocorre com certa freqüência,principa lm e nte e m reg iões d e solos transportad os ond e a d eclivid a d e d os cortes e a infiltração d e ág ua fa ze m c om que a c a pacid a d e resistente d o solo seja ultrapa ssad a . A e xecução d e cortes em talud e s rod oviários é b a sea d o na prática,a presentand o inclina ções típicas d e 1:1,5 a 1:1. Essa solução e m pírica funciona pa ra a m a ioria d a s situa ções e é utiliza d a d e vid o à inviab ilid a d e econôm ica d e se rea liza r estud os d e talha d os pa ra c a d a corte a ser executad o na construção d e um a rod ovia.
Existem c a sos em que e sta prática não funciona ,torna nd o-se necessário e stud a r m e lhor o prob le m a e m que stão. Isso ocorre,norm a lm e nte,e m m a teriais he terog êne os e ond e fa tores que não são totalm e nte com pree nd id os torna m -se m a is significativos. O d e safio e stá,portanto,e m c onhecer ad e qua d a m e nte o m a ior núm e ro possíve l d e fa tores que tem influência na e stab ilid a d e d e um talud e .
N os últim os anos,o e stud o d e solos não-saturad os tem g a nho g rand e d e staque , d e vid o às d úvid a s e prob le m a s encontrad os na prática d a Eng e nha ria Geotécnica e d ife rença s fund a m e ntais d e com portam e nto,qua nd o com pa rad os com os solos saturad os. Com o e xe m plo d e solos não-saturad os im portantes pod e m os citar os solos d e com portam e nto tropical,saprolíticos e la teríticos e os solos d e orige m coluviona r e e ólica acim a d o le nçol freático.
Diante d a g rand e va riação d os solos não-saturad os,d a com ple xid a d e d o seu com portam e nto e d a s incerteza s que a ind a e xistem a e sse respe ito,torna -se necessário o
e stud o d e seu com portam e nto. O e stud o g e otécnico necessita la nça r m ão d a g e olog ia, g e om orfolog ia e pe d olog ia,com o fontes d e inform a ções essenciais na solução d a s que stões que e nvolve m o e stud o d e sses solos.
1.2 O BJETIVOS DA PESQ U ISA
O ob jetivo principa l d e ste trab a lho é e stud a r o fe nôm e no e os fa tores que influe nciaram a instab ilid a d e d o talud e .
Pa ra a ting ir o ob jetivo principa l,vários ob jetivos específicos necessitam ser cum prid os,e ntre e le s: caracteriza ção física e m ecânica d os m a teriais que com põe o talud e ,com e nsaios d e índ ices físicos,a nálise g ranulom étrica e lim ites d e Atterbe rg,d a s d ive rsas cam a d a s d e solo. O b tenção d os pa râm e tros d e resistência a o cisalha m e nto na s cond ições d e pico,a través d o cisalha m e nto d ireto,na cond ição d e g rand e s d e form a ções, a través d e e nsaios d e cisalha m e nto d ireto com m últipla s reve rsões e na cond ição resid ua l,a través d e e nsaios d e cisalha m e nto por torção (ring shear).
A cond ição d e cam po tam b ém d e ve ser conhecid a ,pa ra isso os m ecanism os d e instab iliza ção d e ve m ser id e ntificad os,a través d e topog rafia,sond a g e ns e id e ntificação d o tipo d e supe rfície d e ruptura e ncontrad a e m cam po e d e term ina ção d os va lores d e poro-pressão.
Foram rea liza d os e stud os d e retro-análise d o talud e pa ra d ua s situa ções. O trab a lho visou id e ntificar os pa râm e tros d e resistência que representam a resistência m ob iliza d a d urante a ruptura inicial e d urante a situa ção pós-ruptura e stud a d a (1997).
1.3 H IPÓ TESES DA PESQ U ISA
A hipótese principa l é d e que a instab ilid a d e d o talud e foi causad a pe la d im inuição d a resistência a o cisalha m e nto ope raciona l,a qua l d im inui com o a um e nto
d o g rau d e saturação e conseqüe nte d im inuição d a sucção e com a s d e form a ções cisalha ntes.
N os solos que a presentam frag ilid a d e (pico) a resistência a o cisalha m e nto d im inui com a d e form a ção. A influência d e sta d im inuição será e stud a d a com pa rand o-se resultad os d e e nsaios d e cisalha m e nto d ireto com m últipla s reve rsões e e nsaios d o tipo
ring shear. Estes ensaios fornecem a resistência a o cisalha m e nto pa ra a c ond ição d e
g rand e s d e form a ções e pa ra a c ond ição resid ua l,respectiva m e nte.
1.4 ESTRU TURA DA DISSERTAÇÃ O
U m a b reve d e scrição d a literatura é a presentad a no capítulo II. Este capítulo a presenta os tipos d e instab iliza ção m a is freqüe ntes,a s form a s d e ob tenção d os pa râm e tros d e resistência na s cond ições d e pico,g rand e s d e form a ções e na cond ição resid ua l.
O c a pítulo III a presenta a localiza ção d a área d e e stud o,a g e olog ia e a g e om orfolog ia reg iona l,a d e scrição d os solos envolvid os e a d e scrição d a ruptura ocorrid a .
N o capítulo IV são d e scritas as m e tod olog ias utiliza d a s pa ra a rea liza ção d os d ive rsos ensaios,a s pa rticula rid a d e s,os cuid a d os tom a d os e os tipos d e e quipa m e ntos utiliza d os.
O s resultad os d os ensaios rea liza d os são a presentad os no capítulo V. Foram rea liza d os ensaios d e cisalha m e nto d ireto conve nciona is,b uscand o pa râm e tros pa ra a cond ição d e pico. N a seqüência foram rea liza d os ensaios d e cisalha m e nto d ireto e speciais,utiliza nd o-se a técnica d e reve rsões m últipla s,b uscand o pa râm e tros pa ra a cond ição d e g rand e s d e form a ções. Alg uns ensaios d e cisalha m e nto por torção (ring she a r),foram rea liza d os pa ra ob ter pa râm e tros d e resistência pa ra a c ond ição resid ua l,
a lém d e e nsaios d e caracteriza ção. Este capítulo tam b ém a presenta um a a nálise d os resultad os ob tidos.
O c a pítulo VI a presenta a a nálise d a e stab ilid a d e pa ra a g e om e tria inicial e pa ra a situa ção fina l e stud a d a (1997). Pa ra a g e om e tria inicial,será a presentad a um a a nálise d a e stab ilid a d e e m função d a s d e form a ções,já que houve a necessid a d e d e ob tenção d e pa râm e tros interm e d iários à cond ição d e pico e à cond ição d e g rand e s d e form a ções.
CAPÍTULO II
2. REV ISÃ O BIBLIO G R Á FICA
A presente revisão b ibliog ráfica está d ivid id a e m d ua s pa rtes,a prim e ira a b ord a os d ive rsos m ecanism os d e instab ilid a d e ,sua s cla ssificações e d e m a is aspectos julg a d os im portantes,com e nfoque voltad o pa ra a prob le m ática que ocorre e m solos. A seg und a pa rte d iz respe ito à resistência a o cisalha m e nto,a b ord a nd o a spectos d a s d ive rsas cond ições d e d e form a ções,com portam e nto d a s envoltórias d e ruptura,e nsaios pa ra ob tenção d os pa râm e tros d e resistência e fa tores que influe nciam a resistência a o cisalha m e nto.
2.1 - M ECAN ISM O S DE IN STABILIDADE
A a ção d a ág ua ,d o ve nto e a s va riações d e tem pe ratura são os principa is ag e ntes e rosivos que ,som a d os à a ção d a g ravid a d e e a o intem pe rism o são responsáve is pe la s a lterações d o rele vo. Este processo fa z com que o m a terial d e slocad o seja transportad o pa ra cotas m a is ba ixa s em um a pe rm a ne nte tend ência à pe ne pla niza ção. Associad o a e sta tend ência ocorre um a série d e d e slocam e ntos d e m a ssa na s encostas,m uitas ve ze s causad a s ou a g rava d a s pe la a ção d o hom e m .
Vários autores propuseram sistem a s d e cla ssificação pa ra os d ife rentes tipos d e instab ilid a d e d e talud e s. Estes autores utiliza ram com o critério d e d ife renciação o tipo d e m a terial,a ve locid a d e e o m ecanism o d o m ovim e nto,a s d e form a ções,a g e om e tria e a qua ntida d e d e ág ua e nvolvid a no processo. De ntre os sistem a s m a is recentes a presentad os pod e -se citar Varne s (1958 e 1978),Ske m pton e H utchinson (1969), Brom he a d (1986),H utchinson (1988),Sa ssa (1989) e Crud e n e Varne s (1996).
O e sque m a proposto por Varne s (1978) pa ra cla ssificação d os m ovim e ntos d e m a ssa b a seia-se no tipo d e m ovim e nto e no tipo d e m a terial transportad o. Q ua lque r
m ovim e nto d e m a ssa pod e ser cla ssificad o e d e scrito por d ois nom e s,ond e o prim e iro d e screve o m a terial e o seg und o o tipo d e m ovim e nto. O s m a teriais são d ivid id os em rocha s,d e tritos (20% a 80% d a s pa rtícula s são > 2m m ) e terra (80% ou m a is d a s pa rtícula s são < 2m m ). O s tipos d e m ovim e ntos d ivid e m -se e m que d a s,tom b a m e ntos, d e sliza m e ntos (rotaciona is e translaciona is),e xpa nsões laterais/e spraiam e ntos,corrid a s (terra,d e tritos e rocha ) e com ple xos (com b ina ção d e d ois ou m a is d os principa is tipos d e m ovim e ntos). Este a utor representou os tipos d e m ovim e ntos em b loco-diag ram a s tridim e nsiona is. A Figura 2.1 a presenta um d e stes b loco-diag ram a s ond e e stá representad o um d e sliza m e nto/fluxo com ple xo d e m a terial fino (terra).
Figura 2.1 – Bloco d iag ram a d e um d e sliza m e nto/fluxo com ple xo d e m a terial fino (Va rne s,1978).
Ske m pton e H utchinson (1969) a presentam um sistem a d e c la ssificação d e e scorreg a m e ntos em talud e s argilosos propond o o reconhecim e nto d e 5 tipos b ásicos e 6 form a s com ple xa s d e m ovim e ntos d e m a ssa. O s tipos b ásicos d e m ovim e ntos d e m a ssa foram cla ssificad os em que d a s, e scorreg a m e ntos rotaciona is, e scorreg a m e ntos com postos,e scorreg a m e ntos translaciona is e corrid a s. O s m ovim e ntos com ple xos foram cla ssificad os em e scorreg a m e ntos sucessivos,e scorreg a m e ntos retrog ressivos m últiplos, corrid a s d e terra,e scorreg a m e ntos em c olúvios,e xpa nsão la teral e e scorreg a m e nto
Brom he a d (1986) propôs um a cla ssificação b a sea d a na term inolog ia d o sistem a d e cla ssificação proposto por Ske m pton e H utchinson (1969). Brom he a d (1986) sub d ivid e os m ovim e ntos d e m a ssa e m 3 g rand e s cla sses: escorreg a m e ntos,que d a s e corrid a s. Este a utor d á b a stante ênfa se à d e scrição d os fe nôm e nos.
O sistem a d e c la ssificação proposto por H ucthinson (1988) é um d os m a is com ple tos e com ple xos propostos. Este sistem a b a seia-se na m orfolog ia d a m a ssa e m m ovim e nto e e m critérios associad os ao tipo d e m a terial,a o m ecanism o d e ruptura,à ve locid a d e d o m ovim e nto,às cond ições hid rog e ológ icas e às características d a e strutura d o solo (fabric). Contud o d e vid o a sua com ple xid a d e e ste sistem a d e c la ssificação reque r um volum e g rand e d e inform a ções que m uitas ve ze s d ificulta a sua utiliza ção no cam po. O s tipos principa is d e m ovim e ntos d e m a ssa foram cla ssificad os e m m ovim e ntos d e vid o a o a lívio d e tensão (rebound ),rastejo (creep),d e form a ções significativa s em cristas d e m ontanha e talud e s (sag g ing ),e scorreg a m e ntos,m ovim e nto d e d e tritos na form a d e fluxos,tom b a m e nto,que d a s e m ovim e ntos com ple xos.
As Figuras 2.2 a 2.6 apresentam os principa is tipos m ovim e ntos cla ssificad os com o rupturas confina d a s,e scorreg a m e ntos rotaciona is,e scorreg a m e ntos com postos, e scorreg a m e ntos translaciona is,tom b a m e ntos e que d a s. Alg uns tipos d e m ovim e ntos com ple xos d e b locos e origina d os por pe rcola ção d e ág ua e stão a presentad os na Figura 2.7.
Figura 2.2 - Principa is tipos d e m ovim e ntos cla ssificad os com o ruptura confina d a , (Hutchinson,1988).
Figura 2.3 - Principa is tipos d e m ovim e ntos cla ssificad os com o e scorreg a m e ntos rotaciona is (Hutchinson,1988).
Figura 2.4 - Principa is tipos d e m ovim e ntos cla ssificad os com o e scorreg a m e ntos com postos (Hutchinson,1988).
Figura 2.5 - Principa is tipos d e m ovim e ntos cla ssificad os com o e scorreg a m e ntos translaciona is (Hutchinson,1988).
Figura 2.6 - Principa is tipos d e m ovim e ntos cla ssificad os com o tom b a m e ntos, (Hutchinson,1988)
Figura 2.7 – Principa is tipos d e e scorreg a m e ntos com ple xos (Hutchinson,1988)
Pinhe iro (2000) a presenta um a a m pla revisão d a literatura com a s principa is cla ssificações existentes e qua d ros com pa rativos d a s várias cla ssificações.
2.2 - RESISTÊ N CIA AO CISALHAMEN TO
A resistência a o cisalha m e nto d e um solo pod e ser d a d a por d ois conjuntos d e pa râm e tros,d e pe nd e nd o d a situa ção que representa. Q ua nd o e stud a m os um solo hom og êne o,sem trincas e que d urante a sua história g e ológ ica não sofreu rupturas, usam os os pa râm e tros d e resistência d e pico.
Se o solo a ser estud a d o é b a stante a rgiloso e a presenta supe rfícies d e ruptura pré-existentes,os pa râm e tros d e resistência que caracteriza m e sta situa ção são os pa râm e tros d e resistência resid ua is. N e ste caso,e m g e ral,a coe são é nula ou d e sprezíve l e a resistência é com a nd a d a pe lo âng ulo d e a trito interno resid ua l.
O conhecim e nto d a resistência resid ua l é fund a m e ntal pa ra o e stud o d a e stab ilid a d e d e talud e s com supe rfícies d e ruptura pré-existentes. O s pa râm e tros d e resistência resid ua l pod e m ser ob tidos por correla ções; por ensaios d e la b oratório e por retro-análise d e rupturas ocorrid a s. O s ensaios d e la b oratório norm a lm e nte utiliza d os pa ra d e term ina r a resistência resid ua l são: ensaios d e cisalha m e nto d ireto e speciais e e nsaios d e cisalha m e nto por torção,d o tipo “ring she a r”.
2.2.1 - Definições
Re sistência a o cisalha m e nto d rena d a na cond ição d e pico d e um solo é o va lor m áxim o d e resistência a o cisalha m e nto que o solo é capa z d e suportar em um e nsaio d rena d o. Este va lor só é e ncontrad o e m solos que não tenha m a presentad o ruptura a nterior.
De fine -se resistência a o cisalha m e nto resid ua l d e um solo com o send o o va lor m ínim o d e resistência a o cisalha m e nto ob tido e m e nsaios d rena d os após a im posição d e g rand e s d e slocam e ntos.
A resistência a o cisalha m e nto d e um a a rgila pré-ad e nsad a a presenta um va lor m áxim o (resistência a o cisalha m e nto d e pico) correspond e nte a um d e slocam e nto rela tiva m e nte pe que no. Aum e ntand o o d e slocam e nto,a resistência d im inui até a ting ir um va lor correspond e nte à cond ição d e volum e constante (resistência a o cisalha m e nto d e e stad o crítico). Pa ra d e slocam e ntos m a iores,a que d a d e resistência prosseg ue a té que o va lor resid ua l seja a ting id o. Este com portam e nto pod e ser ob serva d o na Figura 2.8.
A que d a d e resistência d e sd e o va lor d e pico a té o d e e stad o crítico e stá relaciona d a a o a um e nto d o índ ice d e va zios d o solo. A que d a sub seqüe nte a té o va lor resid ua l d e ve -se à orientação d a s pa rtícula s d e a rgila.
A resistência a o cisalha m e nto d e um a a rgila norm a lm e nte a d e nsad a a presenta um a d im inuição d e índ ice d e va zios com o d e slocam e nto. O s va lores d e resistência a o
cisalha m e nto d e pico e d e e stad o crítico são,ne ste caso,sem e lha ntes. A resistência a o cisalha m e nto d im inui até a ting ir o va lor resid ua l pa ra d e slocam e ntos m a iores,com o pod e ser ob serva d o na Figura 2.8.
Figura 2.8 - Re sistência a o cisalha m e nto d e pico e pa ra cond ição resid ua l e m solos norm a lm e nte a d e nsad os e pré-ad e nsad os (M itche ll,1978).
2.2.2. Histórico
As prim e iras d e term ina ções d e resistência a o cisalha m e nto resid ua l e m a m ostras ind e form a d a s e d e form a d a s foram rea liza d a s,respectiva m e nte por Tied m a nn e H vorsle v no a no d e 1937 (a pud Ske m pton,1964). H vorsle v (1939) e stud a nd o o com portam e nto pós-pico d e solos concluiu que o e quipa m e nto d e cisalha m e nto por torção e ra o m a is ind icad o pa ra d e term ina r os pa râm e tros resid ua is,por pe rm itir d e slocam e ntos contínuos em um a m e sm a d ireção.
Ske m pton (1964),d e m onstrou a im portância prática d a resistência resid ua l e m fe nôm e nos d e ruptura prog ressiva e na a nálise d a e stab ilid a d e d e talud e s com d e sliza m e ntos rea tiva d os, ob serva nd o que a resistência m ob iliza d a e ra a proxim a d a m e nte igua l à resistência a o cisalha m e nto resid ua l,d e term ina d a e m la b oratório. Ske m pton utilizou o e quipa m e nto d e cisalha m e nto d ireto fa ze nd o ciclos d e reve rsões.
A im portância d o e stud o d a resistência resid ua l d e m onstrad a por Ske m pton (1964),g e rou um a necessid a d e d e a pe rfe içoa r o e quipa m e nto d e cisalha m e nto por torção. Bishop (1971),d e senvolve ram um novo e quipa m e nto ond e foram resolvid os os prob le m a s d e a trito no e quipa m e nto d e cisalha m e nto por torção,introd uzind o folg a e ntre os anéis,m a s não conseg uiram sim plificar o e quipa m e nto e sua ope ração. A sim plificação no e quipa m e nto d e cisalha m e nto por torção foi apresentad a por Brom he a d (1979),o tam a nho d a a m ostra foi red uzid o e m rela ção a o d e Bishop e o e quipa m e nto foi viab iliza d o pa ra fins com e rciais,send o o e quipa m e nto utiliza d o a té hoje.
2.2.3. Envoltórias d e resistência
A Figura 2.9 a presenta a s envoltórias d e resistência a o cisalha m e nto d e pico,d e e stad o crítico e resid ua l d a a rgila d e Lond res (a d a ptad o d e W ood ,1990). A e nvoltória d e cisalha m e nto resid ua l é g e ralm e nte não line a r,pod e nd o ser aproxim a d a ,pa ra o interva lo d e ?´n d e interesse,por um âng ulo d e a trito interno resid ua l (?´r) e um a coe são
e fe tiva resid ua l (c´r). Em g e ral,ob tém -se c´r? 0.
Figura 2.9 - Envoltória d e resistência d e pico,resid ua l e linha d e e stad o crítico pa ra a a rgila d e Lond res (W ood ,1990).
A não line a rid a d e d a e nvoltória d e ruptura resid ua l pod e ser expressa por tan ?´r
= ?res/?´n. U tiliza nd o e sta d e finição,Bishop e t al (1971) d e m onstraram a e xistência d e
história d e tensões,d o índ ice d e va zios inicial e d a e strutura d o solo,ou seja,a rela ção e ntre ?´r e ?´n pe rm a nece única,seja o solo norm a lm e nte a d e nsad o ou pré-ad e nsad o,
tenha sid o a a m ostra e nsaiad a na cond ição ind e form a d a ,a m olg a d a ou reconstituída .
A não line a rid a d e pod e ser ob serva d a a té níve is m éd ios d e tensões norm a is a plicad a s,acim a d isso,?´r torna -se constante com o a um e nto d e ?´n. Townsend e Gilbe rt
(1973) ind icaram e ste va lor com o send o 150 kPa e Ske m pton e Pe tle y (1967) ind icaram 200 kPa com o send o o va lor lim ite acim a d o qua l a e nvoltória d e ruptura torna -se retilíne a .
A d e term ina ção d a e nvoltória d e ruptura com ple ta é fund a m e ntal no caso d e e scorreg a m e ntos pouco profund os em solos argilosos,pa ra os qua is um a pe que na va riação d e ?´n g e ra um a va riação significativa d e ?´r,ne ste caso usa-se o trecho e m
curva d a e nvoltória. N o caso d e e scorreg a m e ntos profund os,um a va riação d e ?´n não
g e ra va riações em ?´r,e ntão usa-se o trecho retilíne o. O s term os “resistência resid ua l
com ple ta” e “m e nor resistência resid ua l” foram introd uzid os por H a wkins e Prive tt (1985),pa ra a va liar escorreg a m e ntos rasos e profund os,respectiva m e nte. As curva s típicas apresentad a s por estes autores são m ostrad a s na Figura 2.10.
2.2.4 - Fatores que influenciam a resistência ao cisalham ento resid ual
2.2.4.1 - Fração a rgilosa
O teor d e finos presente no solo influe ncia no com portam e nto e na ord e m d e g rand e za d os va lores resid ua is. Essa influência é d e vid a a o a linha m e nto d a s pa rtícula s d e a rgila d urante o d e slocam e nto.
O s solos norm a lm e nte a d e nsad os,com b a ixa fração a rgilosa (porcentag e m d e pa rtícula s com tam a nho < 2?m ) não a presentam pico,ou a presentam pico pe que no,no caso d e pré-ad e nsad a s e o e stad o resid ua l é a proxim a d a m e nte igua l a o e stad o crítico. O s solos pré-ad e nsad os com um a fração a rgilosa e le va d a a presentam pico significativo e o e stad o resid ua l é d ife rente d o e stad o crítico,d e vid o à reorientação d a s pa rtícula s. Isso significa que solos com fração a rgilosa m a ior necessitam d e m a ior d e slocam e nto pa ra a ting ir a cond ição resid ua l.
N a Figura 2.11,a presentad a por Ske m pton (1985),é m ostrad a a influência d a fração a rgila na ob tenção d a cond ição resid ua l. Pa ra FA<25% (fig. A),os va lores d e resistência no e stad o crítico e resistência resid ua l são a proxim a d a m e nte igua is,porque a resistência é com a nd a d a pe lo a trito e ntre pa rtícula s d e a reia e silte.
Pa ra solos com FA>50% (fig. B) os va lores d e resistência no e stad o crítico e resistência resid ua l são d ife rentes,ocorrend o um a reorientação d a s pa rtícula s d e a rgila no sentido d o d e slocam e nto. A resistência no e stad o crítico e a resistência resid ua l são d ife rentes nos solos argilosos porque qua nd o o solo e stá no e stad o crítico sua e strutura pe rm a ne c e a le a tória. Já na cond ição resid ua l,a s pa rtícula s d a supe rfície d e ruptura e stão fortem e nte orientad a s d e vid o a os g rand e s d e slocam e ntos e,e m c onseqüência,o âng ulo d e a trito resid ua l é infe rior ao âng ulo d e a trito d o e stad o crítico.
Solos com fração a rgila e ntre 25 % e 50 % a presentam com portam e nto interm e d iário: a resistência a o cisalha m e nto resid ua l d e pe nd e d o va lor d a fração a rgila.
Figura 2.11 - Gráficos ?/?’n ve rsus d e slocam e nto pa ra ?’n constante pa ra d ife rentes
frações argilosas (Ske m pton,1985)
Lupini et al (1981) trab a lha nd o com m isturas areia-be ntonita,inve stiga ram a resistência a o cisalha m e nto resid ua l. A Figura 2.12 a presenta a s va riações d o âng ulo d e a trito interno no e stad o crítico (?´cv) e na cond ição resid ua l (?´r) e xpressos em função d a
fração a rgila. Foram id e ntificad os 3 form a s d e m ob iliza ção d e resistência a o cisalha m e nto resid ua l,d e nom ina d a s com portam e nto turbule nto,com portam e nto transiciona l e com portam e nto d e sliza nte.
O com portam e nto turbule nto se d e senvolve e m solos com proporção e le va d a d e pa rtícula s não la m e la res. Estes solos não a presentam orientação significativa d e pa rtícula s pa ra g rand e s d e slocam e ntos,o m ecanism o d e m ob iliza ção d a resistência a o cisalha m e nto pa ra g rand e s d e slocam e ntos está relaciona d o à rola g e m d a s pa rtícula s. N e ste caso,o âng ulo d e a trito interno resid ua l é sem e lha nte a o d o e stad o crítico, conform e m ostrad o na figura.
O com portam e nto d e sliza nte se d e senvolve e m solos com proporção e le va d a d e pa rtícula s la m e la res com b a ixo a trito e ntre pa rtícula s (e .g., solos argilosos). Pa ra
g rand e s d e slocam e ntos,e stes solos apresentam pa rtícula s fortem e nte orientad a s ao long o d a supe rfície d e cisalha m e nto. N e ste caso,o âng ulo d e a trito interno resid ua l é infe rior ao d e e stad o crítico. Estes com portam e ntos turbule nto e ,principa lm e nte o d e sliza nte pod e m m uitas ve ze s ser d ife renciad os através d o uso d e m icroscopia e le trônica.
O com portam e nto transiciona l se d e senvolve e m solos com características interm e d iárias,send o que a d ife rença e ntre ?´r e ?´cv a um e nta com o a um e nto d a fração
a rgilosa.
Figura 2.12 - Ensaios ring shear com m isturas d e a reia e b e ntonita (Lupini et al,1981).
2.2.4.2 - Influência d o d e slocam e nto
A resistência a o cisalha m e nto d e pico é m ob iliza d a pa ra d e slocam e ntos pe que nos,m a s a resistência resid ua l necessita d e d e slocam e ntos m a iores. Vários autores a presentaram va lores d e d e slocam e ntos necessários pa ra m ob iliza r a resistência resid ua l.
Se g und o Ske m pton (1985),a resistência a o cisalha m e nto d e pico e a resistência a o cisalha m e nto d e e stad o crítico são m ob iliza d a s pa ra d e slocam e ntos ? < 10 m m . Pa ra ?´n
< 600 kPa ,a m ob iliza ção d a resistência a o cisalha m e nto resid ua l reque r ? > 100 m m e , e m a lg uns casos,? > 500 m m . Vasconcelos (1992) ve rificou que a resistência a o cisalha m e nto resid ua l d e m isturas d e caulim e b e ntonita é m ob iliza d a pa ra ? ? 60 m m .
A resistência resid ua l necessita d e g rand e s d e slocam e ntos pa ra ser m ob iliza d a , m a s antes d e se ob ter um va lor constante d a tensão cisalha nte com o d e slocam e nto, ob serva -se va lores próxim os aos resid ua is. Ske m pton (1985) ob servou que âng ulos d e a trito interno próxim os d e ?‘r (por exe m plo,?‘r + 1?) são m ob iliza d os pa ra ? e ntre 20 % e
50 % d o va lor reque rid o pa ra a ob tenção d e ?‘r.
2.2.4.3 - Influência d a ve locid a d e d o e nsaio ring she a r
Vários pe squisa d ores estud a ram a influência d a ve locid a d e d e e nsaio na resistência a o cisalha m e nto resid ua l. Ke nne y (1967) va riou a ve locid a d e d e e nsaio e ntre 0,0170 m m /m in e 0,0024 m m /m in. A influência na resistência a o cisalha m e nto resid ua l foi consid e rad a d e sprezíve l. Ra m iah e t al (1970) va riaram a ve locid a d e d e e nsaio e ntre 60 m m /m in e 0,02 m m /m in,pa ra o caso d e um silte a rgiloso. A influência na resistência a o cisalha m e nto resid ua l tam b ém foi consid e rad a d e sprezíve l. La Gatta (1970) ob servou que um a um e nto na ve locid a d e d e e nsaio d e 0,006 m m /m in pa ra 0,60 m m /m in ocasionou um a um e nto d e a proxim a d a m e nte 3,5% na resistência a o cisalha m e nto resid ua l d e um folhe lho,o que tam b ém pod e ser consid e rad o d e sprezíve l.
Se g und o Lupini et al (1980),a resistência a o cisalha m e nto resid ua l d e solos a rgilosos não é a fe tad a pe la ve locid a d e d e e nsaio,qua nd o e sta é infe rior a 0,88 m m /m in.
Ad otand o com o refe rência um a ve locid a d e d e e nsaio d e 0,005 m m /m in e o correspond e nte va lor d e resistência a o cisalha m e nto resid ua l,Ske m pton (1985) va riou a ve locid a d e d e e nsaio d e sd e um va lor 100 ve ze s m a ior que o d e refe rência a té outro 100 ve ze s m e nor. Pa ra ve locid a d e s d e e nsaio usua is,e ntre 0,002 m m /m in e 0,010 m m /m in, e sta va riação foi consid e rad a d e sprezíve l. Pa ra ve locid a d e s d e e nsaio m a is ele va d a s, e ntre 0,01 m m /m in e 400 m m /m in,ve rificou-se um a um e nto d e resistência a o cisalha m e nto resid ua l d a ord e m d e 2,5% por ciclo log a ritm o. Ske m pton (1985) a tribuiu e ste a um e nto d e resistência à g e ração d e poro pressões ne g a tiva s e à pe rturba ção na orientação d a s pa rtícula s. Ya g i et al (1992) rea liza ram e nsaios ring shear e m c orpos d e
prova com 10 m m d e e spe ssura a d otand o 3 ve locid a d e s d e e nsaio d ife rentes. Estes a utores m e d iram a s poro-pressões ge rad a s no centro d o corpo d e prova ,concluind o que são insignificantes pa ra ve locid a d e s d e e nsaio m e nores que 0,35 m m /m in.
A inve stiga ção m a is com ple ta sob re a influência d a ve locid a d e d e d e slocam e nto na resistência a o cisalha m e nto resid ua l foi apresentad a por Tika e t al (1996). Estes a utores apresentaram resultad os d e e nsaios d e la b oratório e m d ive rsos solos,utiliza nd o o e quipa m e nto d e Bishop e t al (1971). N e sta inve stiga ção,três tipos d e e fe itos foram ve rificad os na resistência a o cisalha m e nto resid ua l e m função d a va riação d a ve locid a d e d e d e slocam e nto: (a ) um e fe ito positivo,e m solos que a presentam um a resistência a o cisalha m e nto resid ua l rápid a m a ior d o que a resistência a o cisalha m e nto resid ua l le nta; (b ) um e fe ito ne utro,e m solos que a resistência a o cisalha m e nto resid ua l é constante com a ve locid a d e d e e nsaio,send o e quiva le nte à resistência a o cisalha m e nto resid ua l le nta; e (c) um e fe ito ne g a tivo,e m a lg uns solos que a presentam um a que d a significativa na resistência a o cisalha m e nto resid ua l com o a um e nto d a ve locid a d e d e e nsaio, principa lm e nte qua nd o cisalha d os com ve locid a d e s m a iores que um va lor crítico.
Tika e t al (1996) e xa m ina ram tam b ém a rela ção e ntre a m a g nitud e d a ve locid a d e d e d e slocam e nto (rápid a ou le nta) e os m od os d e resistência a o cisalha m e nto resid ua l (turbule nto,transiciona l e d e sliza nte). Pa ra solos argilosos,com ve locid a d e s d e d e slocam e nto m e nores d o que 1 m m /m in (isto é,e nsaios extrem a m e nte le ntos a m od e rad a m e nte le ntos),a va riação d a resistência a o cisalha m e nto resid ua l com a ve locid a d e é d a ord e m d e ? 10% . Entretanto,pa ra ve locid a d e s d e d e slocam e nto m a iores d o que 1 m m /m in (isto é,pa ra e nsaios rápid os a e xtrem a m e nte rápid os),a va riação d a resistência a o cisalha m e nto resid ua l com a ve locid a d e d e d e slocam e nto com e ça a ficar significativa ne stes solos. O e fe ito d a ve locid a d e d e d e slocam e nto na resistência a o cisalha m e nto resid ua l d e solos g ranula res é m ínim o.
As seg uintes ve locid a d e s d e e nsaio são a d otad a s no e quipa m e nto ring shear. Se g und o Cla yton (1989),a U nive rsid a d e d e Surrey utiliza a ve locid a d e pa d roniza d a d e 0,036 m m /m in pa ra e nsaios no e quipa m e nto ring shear d e Brom he a d (1979). Vasconcelos (1992) e Silve ira (1993) inve stiga ram a resistência a o cisalha m e nto resid ua l d e m isturas d e caulim e b e ntonita e d e solos resid ua is d e qua rtzo d iorítico,respectiva m e nte. Estes
a utores ad otaram a m e sm a ve locid a d e d e e nsaio sug e rid a por Cla yton (1989). M oore (1991) e nsaiou solos argilosos na turais e a rgilas puras no e quipa m e nto ring shear d e Brom he a d (1979). U m a ve locid a d e d e e nsaio m e nor,d e 0,024 m m /m in,foi ad otad a pa ra m inim iza r a e xtrusão d e solo d urante o e nsaio e ,tam b ém ,pa ra e vitar pe rturba ções na pe rcola ção d e soluções quím icas através d o corpo d e prova .
2.2.4.4 - Influência d a m icro-estrutura
Ske m pton e Pe tle y (1966) rea liza ram inve stiga ções d e cam po e la b oratório com o ob jetivo d e m e d ir a resistência a o cisalha m e nto a o long o d e supe rfícies d e ruptura no interior d e talud e s. Estes autores d isting uiram e ntre os seg uintes tipos d e supe rfícies: (a ) supe rfícies d e ruptura principa is,(b ) supe rfícies d e ruptura secund árias,(c) supe rfícies polid a s e e striad a s em a rgilas (slickensides) e (d ) contatos entre 2 cam a d a s d e a rgila. Ske m pton e Pe tle y (1966) concluiram que a resistência a o cisalha m e nto a proxim a va -se d o va lor resid ua l no caso d e supe rfícies principa is d e ruptura,principa lm e nte e m zona s d e e scorreg a m e ntos e zona s d e cisalha m e nto tectônico. A Figura 2.13 a presenta o d e talhe d a zona d e cisalha m e nto na supe rfície d e ruptura d a localid a d e d e W alton’s
W ood .
M orge nstern e Tcha le nko (1966) a na lisaram a m ostras d e solo cole tad a s d e supe rfícies d e ruptura principa is em zona s d e e scorreg a m e ntos. A a nálise foi rea liza d a e m lâm ina s fina s d e solo utiliza nd o um m icroscópio ótico. Estes autores concluiram que a m icro-estrutura ob serva d a e ra d e pe nd e nte d a com posição d o m a terial,d a sua pla sticid a d e e d a m a g nitud e d os d e slocam e ntos envolvid os. O s d e slocam e ntos cisalha ntes ind uziram um a orientação prefe rencial d a s pa rtícula s em a lg uns d os e scorreg a m e ntos estud a d os. W olle (1974) utilizou um m icroscópio e le trônico d e va rred ura pa ra ob serva r a m icroe strutura d e a rgilas. Ka nji e W olle (1977) ob serva ram , a través d e um m icroscópio e le trônico,que pa rtícula s d e a rgila a presentava m -se orientad a s na zona d e ruptura g e rad a por ensaios d e cisalha m e nto d ireto utiliza nd o a técnica d e supe rfície polid a .
Figura 2.13 - De talhe d a m icroe strutura d a zona d e cisalha m e nto e supe rfície d e ruptura d o e scorreg a m e nto d a localid a d e d e W a lton’s W ood (Ske m pton e Pe tle y,1967).
Lupini et al (1981) a na lisaram a m ostras d e a rgila na tural e m isturas d e a rgila e a reia utiliza nd o um m icroscópio e le trônico. Foram e stud a d a s am ostras ob tida s d e e nsaios ring shear rea liza d os no e quipa m e nto d e Bishop e t al (1971). Pa ra b a ixa s frações d e a rgila,não foi ob serva d a a e xistência d e zona d e cisalha m e nto ne m orientação d a s pa rtícula s d e a rgila. Pa ra frações d e a rgila interm e d iárias,Lupini et al (1981) ob serva ram o d e senvolvim e nto d e um a zona d e cisalha m e nto no interior d o corpo d e prova . Esta zona e ra constituída por d ive rsas supe rfícies d e ruptura d e scontínua s que a presentava m pa rtícula s d e a rgila pa rcialm e nte orientad a s contorna nd o a supe rfície d os g rãos d e a reia. Pa ra frações d e a rgila e le va d a s,os m e sm os autores ve rificaram que a supe rfície d e cisalha m e nto a presentava -se com a specto m a is polid o,com m e nos estrias e ond ula ções. As pa rtícula s d e a rgila a presentava m -se orientad a s ao long o d e sta supe rfície.
Ske m pton (1970) a presentou resultad os d e a nálises d e e stab ilid a d e d e talud e s rea liza d a s com o ob jetivo d e interpretar alg um a s rupturas d e talud e d e corte ocorrid a s e m a rgila d e Lond res. Estes resultad os m ostraram -se consistentes com a hipótese d e
m ob iliza ção d o âng ulo d e a trito interno d e e stad o crítico (no caso,?´cv =20°).
Exceções a e sse com portam e nto foram notad a s no caso d e rupturas rea tiva d a s d e talud e s instáve is. N e ste caso o âng ulo d e a trito interno m ob iliza d o e ra consid e rave lm e nte infe rior ao va lor d e e stad o crítico (Ske m pton,1970). Q ua nd o o solo a rgiloso e stá no e stad o crítico,sua m icro-estrutura a presenta-se a le a tória,conform e ob serva d o por W ood (1990). Entretanto,qua nd o a cond ição resid ua l é m ob iliza d a a o long o d e um a supe rfície d e ruptura,a s pa rtícula s d e a rgila a presentam -se fortem e nte orientad a s d e vid o a os g rand e s d e slocam e ntos.
2.2.5 - Ensaios para d eterm inação d a resistência ao cisalham ento resid ual,utilizand o-se ensaios d e cisalham ento d ireto especiais.
Técnicas especiais pa ra d e term ina ção d a resistência a o cisalha m e nto resid ua l utiliza nd o o e nsaio d e cisalha m e nto d ireto têm sid o a d otad a s pa ra e stim a r a resistência resid ua l. De stac a m -se e ntre e stas técnicas os ensaios d e cisalha m e nto d ireto com reve rsão m últipla ,com corpo d e prova pré-cortad o com fio d e a ram e ,com corpo d e prova d e a ltura red uzid a e com um a supe rfície polid a na m e tad e infe rior d a c a ixa d e cisalha m e nto.
2.2.5.1 - Ensaios d e cisalha m e nto d ireto com reve rsões m últipla s
A técnica d a reve rsão m últipla foi introd uzid a por H vorsle v (1960) e consiste e m , a pós concluída a prim e ira e tapa ,que é id êntica a o e nsaio conve nciona l,retorna r a c a ixa d e cisalha m e nto à posição inicial e recom e ça r a fa se d e cisalha m e nto. O b serva -se ne sta seg und a e tapa um va lor d e resistência a o cisalha m e nto d e pico infe rior ao d a e tapa inicial,seg uid o d e que d a prog ressiva d e resistência pa ra d e slocam e ntos m a iores. Este processo continua a té se ob ter um va lor d e resistência a o cisalha m e nto constante (resid ua l),g e ralm e nte a pós alg um a s etapa s d e reve rsão.
O s estud os d e Ske m pton (1964) sob re a e stab ilid a d e d e talud e s na turais e d e e scava ção e m a rgila d e Lond res tive ram os pa râm e tros d e resistência a o cisalha m e nto d e term ina d os por m e io d e e nsaios d e cisalha m e nto d ireto. A técnica d e reve rsão
m últipla foi utiliza d a pa ra a d e term ina ção d os pa râm e tros d e resistência a o cisalha m e nto resid ua l.
Vários autores d e screve m m a ne iras d e rea liza r estas reve rsões. Esser (1996), a plicava a tensão norm a l na a m ostra som e nte d urante o a va nço d a c a ixa ,na reve rsão d a caixa não ha via c a rga . Após cad a ciclo,a tensão e ra rem ovid a e a c a ixa e ra retorna d a rapid a m e nte à posição inicial. A tensão norm a l e ra rea plicad a e outro ciclo e ra fe ito. Ca d a ciclo correspond ia a um d e slocam e nto d e 12,5 m m ,a proxim a d a m e nte. As a m ostras eram ind e form a d a s e a c a d a nova tensão e ra utiliza d a outra a m ostra. Ske m pton (1985) tam b ém sug e riu o d e scarreg a m e nto d a c a rga ve rtical d o corpo d e prova a ntes d e rea liza r a reve rsão a o fina l d e cad a e tapa d e cisalha m e nto.
As va riações encontrad a s estão na presença ou a usência d e carga d urante a reve rsão e na m e d ição ou não d a resistência d urante o retorno na c a ixa ,a lém d a s d ife rença s d o e nsaio d e cisalha m e nto d ireto conve nciona l.
2.2.5.2 - M étod o d o pré-corte
Ske m pton e Pe tle y (1967) d e screve ram a técnica d e d e term ina ção d a resistência a o cisalha m e nto resid ua l utiliza nd o um corpo d e prova pré-cortad o com fio d e a ram e . O corpo d e prova e ra introd uzid o na c a ixa d e cisalha m e nto,m a ntend o-se um e spa ça m e nto d e a proxim a d a m e nte 1 m m e ntre a s d ua s m e tad e s d a c a ixa . Re m ovid os os pa rafusos d e fixa ção,um fio d e a ram e e ra d e sliza d o a o long o d o e spa ça m e nto e ntre a s m e tad e s d a caixa . Form a d a a supe rfície d e ruptura,o e nsaio d e cisalha m e nto d ireto e ra prosseg uid o d a form a conve nciona l. O ob jetivo d e sta técnica era a ting ir a resistência a o cisalha m e nto resid ua l com um núm e ro m e nor d e reve rsões.
Ske m pton e Pe tle y (1967) com pa raram os resultad os d e resistência a o cisalha m e nto resid ua l e m a rgila d e Lond res ob tidos através d e e nsaios triaxiais com supe rfície d e cisalha m e nto pré-cortad a ,e nsaios d e cisalha m e nto d ireto com supe rfície d e cisalha m e nto form a d a d urante o e nsaio (com reve rsão m últipla ),e nsaios d e cisalha m e nto d ireto com corpos d e prova contend o um a supe rfície na tural d e cisalha m e nto e e nsaios d e cisalha m e nto d ireto com supe rfície pré-cortad a . O s va lores m a is altos d e resistência resid ua l correspond e ram a os ensaios d e cisalha m e nto d ireto
com supe rfície d e cisalha m e nto form a d a d urante o e nsaio e os m a is ba ixos correspond e ram a os ensaios d e cisalha m e nto d ireto com supe rfícies pré-cortad a s. Cha nd le r (1966) ob teve resultad os concord a ntes aos d e Ske m pton (1964) rea liza nd o e nsaios triaxiais em a m ostras ind e form a d a s com supe rfícies d e cisalha m e nto pré-cortad a s. Ensaios triaxiais são e ntretanto raram e nte utiliza d os pa ra d e term ina ção d e pa râm e tros d e resistência a o cisalha m e nto resid ua l.
2.2.5.3 - Corpos d e prova d e a ltura red uzid a
Cha nd le r e H a rd ie (1989) propuseram um a técnica pa ra a d e term ina ção d a resistência a o cisalha m e nto resid ua l utiliza nd o o e nsaio d e cisalha m e nto d ireto com corpos d e prova d e a ltura pe que na (va riáve l e ntre 1,5 m m e 10 m m ). O ob jetivo e ra m ob iliza r a resistência a o cisalha m e nto resid ua l com d e slocam e ntos m e nores em com pa ração a os corpos d e prova com d im e nsões conve nciona is (qua nto m e nor a a ltura d o corpo d e prova ,m a ior é a d e form a ção d e cisalha m e nto pa ra um d e term ina d o d e slocam e nto). Estes autores concluíram que ,pa ra corpos d e prova d e a rgila d e Lond res com a ltura inicial d e 2,1 m m ,a resistência a o cisalha m e nto resid ua l e ra a ting id a com d e slocam e ntos d e 17 m m ,correspond e ntes a a pe na s três reve rsões d a c a ixa d e cisalha m e nto. Cha nd le r e H a rd ie (1989) recom e nd a ram a rea liza ção d e e nsaios com corpos d e prova com a ltura e ntre 2 m m e 5 m m .
2.2.5.4 Ensaios d e cisalha m e nto d ireto com interface polid a
Ka nji (1974) sug e riu um a técnica pa ra d e term ina r a resistência a o cisalha m e nto resid ua l utiliza nd o um e nsaio d e cisalha m e nto d ireto m od ificad o. Esta técnica consiste e m pree nche r a m e tad e infe rior d a c a ixa d e cisalha m e nto com rocha polid a ,fa ze nd o com que o corpo d e prova d e solo d e slize sob re e sta supe rfície. A principa l va ntag e m ind icad a por este a utor é a m ob iliza ção d a resistência a o cisalha m e nto resid ua l com d e slocam e ntos m e nores. Ka nji e W olle (1977) a pe rfe içoa ram e ste m étod o sub stituind o a rocha polid a por outros m a teriais (folha s d e a lum ínio,a ço ou la tão). Alm e id a e t al (1992) utiliza ram um a pla c a d e a ço polid a pa ra pree nche r a m e tad e infe rior d a c a ixa .
2.2.6 - Ensaios para d eterm inação d a resistência ao cisalham ento resid ual utilizand o-se ensaios d e cisalham ento por torção
O s equipa m e ntos d e cisalha m e nto por torção com a m ostras ane la res (e quipa m e ntos ring she a r) são a m pla m e nte utiliza d os pa ra d e term ina r a resistência a o cisalha m e nto resid ua l d e solos argilosos. A principa l va ntag e m d e stes equipa m e ntos é ine xistência d e lim ite pa ra o d e slocam e nto horizontal e ntre a s d ua s m e tad e s d o corpo d e prova .
2.2.6.1 - Equipa m e ntos
O e quipa m e nto ring she a r m a is conhecid o a tua lm e nte foi d e senvolvid o por Brom he a d (1979) e pe rm ite e nsaiar um corpo d e prova d e a rgila a m olg a d a com d iâm e tro e xterno 100 m m e d iâm e tro interno 70 m m . O corpo d e prova é confina d o la teralm e nte no interior d e um a torre rotatória. Durante o e nsaio,o corpo d e prova é sub m e tido a um a tensão norm a l constante,a qua l é transm itid a a o cab e çote por um sistem a d e pe sos e a la va ncas. A tensão d e cisalha m e nto é causad a por um m om e nto torsor,o qua l é g e rad o pe la rotação d a torre e m rela ção a o e ixo ve rtical. O c a b e çote rea g e c ontra um pa r d e a néis d ina m om étricos. Isto pe rm ite a m e d ição d o m om e nto torsor e o cálculo d a tensão d e cisalha m e nto que a tua na supe rfície d e ruptura. O d e slocam e nto ve rtical d o cab e çote é m e d id o a través d e um relóg io com pa rad or. De vid o à pe que na e spe ssura e à form a d e confina m e nto d o corpo d e prova ,a supe rfície d e ruptura tend e a d e senvolve r-se junto à face supe rior.
Alg uns ape rfe içoa m e ntos foram introd uzid os recentem e nte ne stes ensaios ring she a r. Estes ape rfe içoa m e ntos consistiram g e ralm e nte d e m od ificações d o e quipa m e nto d e Brom he a d (1979). O s principa is ob jetivos d e stas m od ificações são: (a ) m inim iza r o a trito la teral e ntre o corpo d e prova e a c a vid a d e d a torre na qua l o m e sm o e stá confina d o; (b ) ind uzir a form a ção d a supe rfície d e ruptura junto à m e tad e d a a ltura d o corpo d e prova ; e (c) m inim iza r o a trito no m ecanism o d a torre rotatória. Stark e Vettel (1992) sug e riram um a técnica especial d e e nsaio pa ra m inim iza r o a trito la teral no corpo d e prova . Esta técnica consiste e m a d iciona r solo pe riod icam e nte a o corpo d e prova ,d e m od o que a va riação d a sua e spe ssura d urante o e nsaio não ultrapa sse 0,75 m m . A a d ição d e solo é rea liza d a tanto a o fina l d a fa se d e a d e nsam e nto,pa ra com pe nsar o
