Resistência ao cisalhamento de solos não saturados : análise experimental e teórica

Abstract

Um equipamento triaxial convencional originalmente utilizado para ensaios em amostras de solos saturados saturada foi modificado para que fosse possível a realização de ensaios triaxiais em solos não saturados. As principais modificações foram a instalação de uma pedra cerâmica de alto valor de entrada de ar (300 kPa) na nova base da câmara triaxial e uma nova linha de aplicação de pressão para aplicação de pressão de ar na amostra. A técnica de translação de eixos é utilizada para evitar cavitação no sistema de aplicação de pressão. O solo estudado nesta pesquisa consiste de um colúvio de arenito localizado nas encostas da Formação Serra Geral, entre os municípios de Timbé do Sul (SC) e São José dos Ausentes (RS). Ensaios triaxiais convencionais foram realizados nas condições drenado e não drenado em amostras indeformadas para tensões de confinamento iniciais variando de 50 até 500 kPa; ensaios triaxiais convencionais foram realizados na condição drenada em amostras remoldadas para as tensões de confinamento iniciais de 50, 100 e 200kPa. Ensaios triaxiais com sucção controlada foram realizados na condição drenado em amostras indeformadas para as tensões normais líquidas de 50, 100, 150 e 200 kPa em níveis de sucção variando de 25 até 150 kPa. A partir dos resultados dos ensaios triaxiais determinou-se os parâmetros de resistência ao cisalhamento: c’ – intercepto coesivo efetivo; f´ - ângulo de atrito interno efetivo; fb – ângulo de atrito interno que quantifica a contribuição da sucção na resistência ao cisalhamento. O comportamento encontrado foi de uma envoltória de resistência ao cisalhamento não saturada bilinear com acréscimo na resistência ao cisalhamento para baixos níveis de sucção até aproximadamente 75 kPa, e após um decréscimo na resistência ao cisalhamento. A tensão normal líquida não influencia no valor de fb e a sucção não provoca alteração no valor de f´. O valor de fb apresenta valores superiores ao valor de f´, quando se utiliza o critério de ruptura clássico de resistência ao cisalhamento. Alguns critérios de determinação dos valores máximos de ruptura foram aplicados para um melhor entendimento do comportamento resistente deste material.

A conventional triaxial equipment, originally used for testing saturated soil specimens, was modified in order to allow the testing of unsaturated specimens. The main modifications consisted of the installation of a high air-entry value porous ceramic (300 kPa) in the modified cell base and a new drainage line for application of pore-air pressure to the specimens. The axis-translation technique is used to prevent cavitation in the pressure measuring system. The soil studied consists of a colluvium of sandstone located on hillsides of the Serra Geral Formation, in the municipal districts of Timbé do Sul (SC) and São José dos Ausentes (RS). Saturated triaxial tests were carried out under drained and undrained conditions for undisturbed specimens for initial effective stresses of 50 to 500 kPa; saturated triaxial tests were carried out under drained conditions for remolded specimens for initial effective stresses of 50, 100 and 200 kPa. Unsaturated triaxial tests were carried out under drained conditions for undisturbed specimens for net normal stresses of 50, 100, 150 and 200 kPa with suction levels varying from 25 to 150 kPa. Shear strength parameters were determined from the results of those triaxial tests: c' – effective cohesion intercept; f´ - angle of internal friction; fb - angle of internal friction that indicates the rate of change in shear strength due to changes in matric suction. The observed behavior was of a bi-linear unsaturated shear strength envelope with increments of shear strength at low suctions until a value of suction equal to 75 kPa was reached; above this value a loss of shear strength was observed. The net normal stress has negligible influence on the fb value and suction does not cause changes in the f´ value. The fb value is higher than f´ value when the classic shear strength criterion is used. Other criteria for the determination of failure values were used for a better understanding of the shear strength behavior of the soil studied.