Modelagem do ensaio de cisalhamento direto em elementos finitos

Abstract

O ensaio de cisalhamento direto foi desenvolvido para obter de forma simples a envoltória de ruptura do solo. É provavelmente o mais antigo e mais simples ensaio nesse sentido. Apesar da simplicidade conceitual e de execução, durante a fase de cisalhamento o ensaio apresenta uma complexa distribuição de tensões no interior da amostra. A superfície de ruptura acontece de forma progressiva, por pontos de plastificação consecutivos. Com o intuito de auxiliar a interpretação do ensaio de cisalhamento direto, o presente trabalho visa estudar as tensões e deformações na amostra durante a execução do ensaio, por meio do método dos elementos finitos. A geometria desenvolvida foi baseada no equipamento de cisalhamento direto do laboratório de mecânica dos solos da Universidade Federal de Santa Catarina e foi implementada no software ABAQUS, em sua versão estudantil. O modelo geométrico adotado é bidimensional e representa uma seção na direção do esforço cisalhante. Duas geometrias bi-dimensionais básicas foram avaliadas: uma contendo as placas de cravação no topo e base da amostra; outra sem placas, visando representar a não cravação e ou inexistência da placa. O cisalhamento foi aplicado ao modelo pela imposição de deslocamentos a velocidade constante a partes do modelo. Quanto ao comportamento do material da amostra modelada, foram feitas análises paramétricas pelos modelos elastoplásticos com envoltória de Mohr-Coulomb e pelo modelo Cam-clay. A avaliação dos modelos geométricos bidimensionais foi feita a partir da comparação dos resultados numéricos com os resultados de ensaios de cisalhamento direto anteriormente realizados. Após validados os modelos, foram feitas análises paramétricas com o intuito de identificar a variação dos mecanismos de ruptura de acordo com os dados de entrada dos modelos, de maneira a interpretar a influência da evolução das tensões durante a fase de cisalhamento do ensaio. Os modelos geométricos adotados demonstraram capacidade de descrever as curvas de tensão e deformação típicas dos ensaios de laboratório. Dessa forma pôde-se verificar a influência de diversos parâmetros de entrada, em especial do correto uso da placa dentada.