A respeito de resistência ao cisalhamento de solos, analise as alternativas e marque as corretas. (modificado IEEA, 2011):
I - Em um ensaio triaxial, a amostra foi submetida a tensão confiante de 100 kPa , em seguida, com as drenagens fechadas, aumentou-se a tensão confinante para 180 kPa e mediu-se um acréscimo de poro-pressão de 78 kPa . Para essa condição, a amostra pôde ser considerada saturada com parâmetro B de Skempton maior 0,97 .
II - O ensaio de compressão triaxial convencional consiste na aplicação de um estado hidrostático de tensões e de um carregamento axial sobre um corpo de prova cilíndrico do solo. O tipo de ensaio de compressão triaxial em que se aplica uma pressão confinante e se deixa dissipar a pressão neutra correspondente e, logo após, a diferença entre tensões principais é aplicada sem que seja permitida a drenagem, é conhecido como ensaio CU - consolidado não drenado.
III- Para uma mesma tensão confinante, o ângulo de atrito interno de uma areia depende da compacidade dessa areia e, por consequência, altera sua resistência ao cisalhamento. Sobre o ângulo de atrito interno de areias, pode se afirmar que quanto mais bem distribuída granulometricamente for a areia menor seu ângulo de atrito interno e areias constituídas por partículas esféricas ou arredondadas têm ângulos de atrito interno significativamente maiores do que areias constituídas por partículas angulares.
IV - Em um terreno arenoso com nível do lençol freático posicionado no nível do terreno, peso específico saturado de
e ângulo de atrito interno dessa areia de
, a tensão horizontal efetiva no repouso (ko) em um ponto do terreno a
de profundidade é
.
II e III estão corretas
I, II, III e V estão corretas
I, II e IV estão corretas
II e V estão corretas
I, II e III estão corretas
I - Em um ensaio triaxial, a amostra foi submetida a tensão confiante de 100 kPa , em seguida, com as drenagens fechadas, aumentou-se a tensão confinante para 180 kPa e mediu-se um acréscimo de poro-pressão de 78 kPa . Para essa condição, a amostra pôde ser considerada saturada com parâmetro B de Skempton maior 0,97 .
Passo 1
O enunciado pede que eu analise quatro afirmações (I, II, III e IV) sobre resistência ao cisalhamento de solos e marque quais são corretas. Informações fornecidas nos itens:
-
Item I: ensaio triaxial — amostra inicialmente com tensão confinante
; com drenagens fechadas aumentou-se a tensão confinante para ; mediu-se acréscimo de poro-pressão de . Afirma que o parâmetro de Skempton e, portanto, a amostra pode ser considerada saturada. -
Item II: descreve o ensaio de compressão triaxial convencional (aplicação de estado hidrostático e carregamento axial) e define o ensaio CU como aquele em que se aplica pressão confinante, deixa-se dissipar a pressão neutra (consolidação) e depois aplica-se a diferença entre tensões principais sem permitir drenagem.
-
Item III: diz que, para mesma tensão confinante, o ângulo de atrito interno
depende da compacidade (relativa densidade) — e a seguir afirma que quanto mais bem distribuída granulometricamente a areia menor será e que areias com partículas esféricas/arredondadas têm significativamente maiores que areias com partículas angulares. -
Item IV: terreno arenoso com nível d’água no nível do terreno,
, . Pergunta-se se a tensão horizontal efetiva ao repouso ( ) em é .
A partir daqui eu vou analisar cada item passo a passo, explicando a teoria necessária e calculando quando for o caso.
Passo 2
Análise do item I — teoria do parâmetro de Skempton
e cálculo.
Explicação didática da teoria:
- O parâmetro de Skempton
mede quanto da variação de uma tensão efetiva aplicada isotropicamente é transferida para aumento de pressão de poros em um solo saturado quando a drenagem está fechada. Em termos simples,
onde
é o incremento de pressão de poros e
é o incremento de tensão aplicado uniformemente (por exemplo, aumento da pressão de célula confining em triaxial). Para amostras completamente saturadas, espera-se
próximo de
(por exemplo, valores práticos
indicam boa saturação).
- Observação: aqui o enunciado descreve um aumento da tensão confinante de
para . Esse aumento é isotrópico no sentido da célula de pressão: .
Aplicando à situação descrita:
- Temos
e . - Calcula-se
Interpretação:
, ou seja, o solo apresentou resposta típica de amostra praticamente saturada. Portanto, a conclusão do item I (amostra pode ser considerada saturada com
) está correta.
Passo 3
Análise do item II — ensaio triaxial e identificação do ensaio CU.
Explicação didática da teoria:
- Ensaio triaxial clássico: colocamos um corpo de prova cilíndrico do solo dentro de uma célula que permite aplicar uma pressão confinante (estado hidrostático) e, em seguida, aplicamos um carregamento axial (deviador). É um dos ensaios mais usados porque permite controlar confinamento e condições de drenagem.
- Existem variantes importantes:
- UU (undrained undrained): sem drenagem na consolidação nem na aplicação do desviador.
- CD (consolidated drained): consolida-se com drenagem e depois aplica-se o desviador permitindo drenagem (ou seja, drenado).
- CU (consolidated undrained): primeiro consolida-se com drenagem (permite dissipar pressões neutras e alcançar estado consolidado), e depois aplica-se o desviador com drenagens fechadas (undrained). No estágio final mede-se comportamento não drenado (p. ex. curvas de tensão-deformação) mas a consolidação inicial foi feita de forma drenada.
- A descrição do enunciado para o ensaio CU (“aplica uma pressão confinante e se deixa dissipar a pressão neutra correspondente” — etapa de consolidação — e logo após aplica-se a diferença entre tensões principais sem permitir drenagem) corresponde exatamente à definição do ensaio CU.
Conclusão: o item II está correto.
Passo 4
Análise do item III — dependência do ângulo de atrito interno
da compacidade, da granulometria e da forma das partículas.
Vou separar as afirmações e explicar cada conceito.
- Dependência de
com a compacidade (densidade relativa):
- Teoria e explicação: para areias, a resistência ao cisalhamento (e, portanto, o ângulo de atrito interno
) depende fortemente da densidade relativa (compacidade). Em geral, para a mesma tensão confinante, uma areia mais densa (mais compacta) apresenta maior (maior resistência) do que uma areia mais solta. Isso é um fato bem estabelecido e o enunciado inicia corretamente ao dizer que depende da compacidade e altera a resistência ao cisalhamento. - Então a primeira parte (dependência de compacidade) é correta.
- Efeito da distribuição granulométrica:
- Conceitos: “bem distribuída” ou “bem graduada” (well-graded) significa que existe uma ampla faixa de tamanhos de grão e que grãos menores preenchem vazios entre grãos maiores; “mal graduada” ou uniformemente graduada significa grãos de tamanho quase único.
- Efeito real: tipicamente, areias bem graduadas podem alcançar embalamentos mais densos e, para um mesmo estado de compactação relativa, frequentemente apresentam maior resistência ao cisalhamento (maior
) do que areias uniformes (mal graduadas). Assim, a afirmativa do enunciado que diz “quanto mais bem distribuída granulometricamente for a areia menor seu ângulo de atrito interno” está em desacordo com o comportamento geralmente observado — a frase está invertida. Em suma: essa parte é falsa.
- Efeito da forma das partículas (arredondadas vs angulares):
- Teoria e explicação: partículas angulares tendem a provocar maior entrelaçamento e maior resistência ao cisalhamento do que partículas arredondadas, que deslizam mais facilmente. Logo, areias com partículas angulares normalmente têm
maiores do que areias com partículas muito arredondadas. A afirmação do enunciado que diz que areias com partículas esféricas/arredondadas têm significativamente maiores que areias com partículas angulares também está invertida e, portanto, é falsa.
Conclusão do item III: embora a ideia de que
dependa da compacidade seja correta, as duas afirmações seguintes (sobre distribuição granulométrica e sobre forma arredondada aumentando
) estão incorretas. Como o item apresenta essas afirmações como verdadeiras, o item III deve ser considerado incorreto.
Passo 5
Análise do item IV — cálculo da tensão horizontal efetiva ao repouso para o ponto a
.
Explicação didática e passo a passo dos conceitos:
- Peso específico saturado dado:
. - Nível do lençol freático no nível do terreno
o solo abaixo de superfície está saturado. Pressão de poros a é , onde é o peso específico da água. Usaremos (valor padrão). - Tensão vertical total a profundidade
:
- Tensão vertical efetiva:
- Coeficiente de pressão lateral ao repouso para solos normalmente consolidados (fórmula de Jaky):
Com
, temos
e portanto
.
Cálculos numéricos:
- Calcular
:
- Calcular
:
- Calcular
:
- Calcular tensão horizontal efetiva ao repouso:
Comparação com o valor dado no item IV:
- O item afirma que
. Nosso cálculo com as fórmulas padrão dá . Logo o valor não corresponde ao cálculo usando os parâmetros usualmente adotados ( e ). Portanto o item IV está incorreto.
Passo 6
Resumo das conclusões sobre cada item (com motivação curta final):
- I: correto — cálculo de
confirma saturação prática. - II: correto — descrição do ensaio triaxial e do ensaio CU está correta.
- III: incorreto — embora
dependa da compacidade (isso é verdade), as afirmações sobre efeito da gradação (dizem o inverso do comportamento usual) e sobre partículas esféricas/arredondadas (diz o inverso: afirmam que arredondadas dão maiores) estão erradas. - IV: incorreto — cálculo correto com Jaky
e leva a , não .
Resposta
Apenas I e II estão corretas.