Quais ensaios de laboratório utilizados para determinar a envoltória de resistência?

Passo 1

Beleza! A questão pergunta “Quais ensaios de laboratório são usados para determinar a envoltória de resistência?”. Isso cai em Mecânica dos Solos, mais especificamente na parte de resistência ao corte. Para resolver, a gente precisa entender o que é essa tal de envoltória de resistência (ela é a reta que “liga” os pontos de falha dos solos em um gráfico tensão normal × tensão de cisalhamento) e quais ensaios permitem traçar essa reta.

Passo 2

Primeiro, a teoria básica: a envoltória de resistência segue a lei de Mohr-Coulomb, que diz que a tensão de cisalhamento no momento da falha é
tau = c + sigma , tanvarphi
onde
tau é a tensão de cisalhamento no plano de ruptura,
c é a coesão do solo,
sigma é a tensão normal nesse plano,
varphi é o ângulo de atrito interno do solo.
Para determinar c e varphi, a gente faz vários ensaios variando sigma e coleta tau no momento da ruptura. Cada ensaio gera um círculo de Mohr; a reta que “tange” esses círculos é a nossa envoltória.

Passo 3

Ensaio de Corte Direto
Nesse teste, a amostra é dividida ao meio e um deslocamento horizontal é imposto até ela falhar. A gente aplica uma carga normal conhecida sigma1 e mede o pico de força de cisalhamento F. A tensão de cisalhamento é
tau = FA
e a normal é
sigma = NA
Repetindo com diferentes normais, conseguimos pontos (sigma,tau) pra traçar a reta de Mohr-Coulomb.

Passo 4

Ensaio Triaxial
Esse é mais completo: a amostra cilíndrica fica envolvida por uma câmara com pressão de confinamento sigma3. Então aplicamos uma pressão axial sigma1 até falha. Existem variantes:
– UU (Unconsolidated Unconfined): sem consolidação nem drenagem;
– CU (Consolidated Undrained): consolida sob drenagem, depois carrega sem drenar;
– CD (Consolidated Drained): consolida e carrega drenando o solo.
Em cada caso, obtemos pares (sigma1,sigma3) que viram círculos de Mohr. Variando sigma3, obtemos a envoltória.

Passo 5

Ensaio de Cisalhamento Simples e Anel de Cisalhamento
Além do direto e do triaxial, existe o ensaio de cisalhamento simples (em torre de cisalhamento) e o de anel de cisalhamento, onde o solo gira em um anel interno contra um anel externo. O princípio é o mesmo: variar a normal, medir o cisalhamento e achar a reta de falha.

Passo 6

Ensaio de Compressão Não-Confined
Para solos coesivos, às vezes usa-se o ensaio de Compressão Não-Confined (Unconfined Compressive Strength – UCS). Ele é um caso especial do triaxial UU, sem pressão lateral. A resistência à compressão simples pode ser relacionada à coesão aproximada, mas não dá ângulo de atrito, só c.

Resposta

Os principais ensaios usados para determinar a envoltória de resistência são:
  1. Corte Direto
  2. Triaxial (UU, CU, CD)
  3. Cisalhamento Simples (torre de cisalhamento)
  4. Anel de Cisalhamento
  5. Compressão Não-Confined (UCS)

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