ensaios triaxiais de compressão na argila mole do campo ...
128
i ENSAIOS TRIAXIAIS DE COMPRESSÃO NA ARGILA MOLE DO CAMPO EXPERIMENTAL DO SARAPUÍ II André Luiz Eduardo Assef Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro Civil. Orientadores: Gustavo Vaz de Mello Guimarães Fernando Artur Brasil Danziger Rio de Janeiro Agosto de 2014
Transcript of ensaios triaxiais de compressão na argila mole do campo ...
i
ENSAIOS TRIAXIAIS DE COMPRESSÃO NA ARGILA MOLE DO
CAMPO EXPERIMENTAL DO SARAPUÍ II
André Luiz Eduardo Assef
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de
Engenharia Civil da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de Engenheiro Civil.
Orientadores:
Gustavo Vaz de Mello Guimarães
Fernando Artur Brasil Danziger
Rio de Janeiro
Agosto de 2014
ii
ENSAIOS TRIAXIAIS DE COMPRESSÃO NA ARGILA MOLE DO
CAMPO EXPERIMENTAL DO SARAPUÍ II
André Luiz Eduardo Assef
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO
DE ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS
NECESSÁRIOS PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.
Examinado por:
__________________________________________________
Prof. Gustavo Vaz de Mello Guimarães, M. Sc.
__________________________________________________
Prof. Fernando Artur Brasil Danziger, D. Sc.
__________________________________________________
Prof. Francisco de Rezende Lopes, Ph. D. Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
AGOSTO DE 2014
1
Assef, André Luiz Eduardo.
Ensaios Triaxiais de Compressão na argila
mole do Campo Experimental do Sarapuí II /
André Luiz Eduardo Assef. – Rio de Janeiro:
UFRJ/Escola Politécnica, 2014.
XV, 110 p.: Il.; 29,7 cm.
Orientadores: Gustavo Vaz de Mello
Guimarães, Fernando Artur Brasil Danziger.
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola
Politécnica/ Curso de Engenharia Civil, 2014.
Referências Bibliográficas: p. 110
1. Ensaio Triaxial de Compressão. 2. Campo
Experimental do Sarapuí II 3. Argila Mole 4.
Parâmetros de Resistência.
I. Danziger, Fernando Artur Brasil, et al. II.
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola
Politécnica, Curso de Engenharia Civil. III. Título.
2
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus, nosso grande mentor, por todos os desafios que nos
apresenta em nossa trajetória de vida, fazendo com que cada conquista tenha valores
imensuráveis e marcantes para todo sempre.
Aos meus pais José Alberto e Maria Cleide, por todo amor, educação, conversa,
apoio e dedicação que me fizeram nunca desistir dos meus sonhos e sempre confiar no
meu potencial.
Aos meus orientadores Gustavo e Fernando, por todo conhecimento
compartilhado, disposição, amizade, compromisso e empenho com o ensino da
Engenharia de forma ética e profissional.
A todos os professores e bolsistas do Laboratório de Mecânica dos Solos
Fernando Emmanuel Barata pelo companheirismo, cooperação e auxílio nos ensaios de
laboratório e trocas de conhecimento.
Aos meus amigos de graduação que me acompanharam por essa caminhada e
fizeram dessa vitória um momento especial e marcante de nossas histórias e tornando
menos árdua a rotina de estudos por todos esses anos de faculdade.
A minha esposa Gabriela Fernandes por todo carinho e apoio, por cada abraço e
sorriso, não me deixando esquecer jamais que os sonhos são sempre realizados com
dedicação e perseverança.
3
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.
ENSAIOS TRIAXIAIS DE COMPRESSÃO NA ARGILA MOLE DO CAMPO
EXPERIMENTAL DO SARAPUÍ II
André Luiz Eduardo Assef
Agosto/2014
Orientadores: Gustavo Vaz de Mello Guimarães, Fernando Artur Brasil Danziger.
Curso: Engenharia Civil
O presente trabalho tem como objetivo principal a obtenção de parâmetros
geotécnicos de uma argila mole através de ensaios triaxiais não drenados de
compressão. Nos ensaios foram utilizados equipamentos automatizados e equipamentos
convencionais.
Foram realizados ensaios triaxiais de compressão com amostras teste doadas ao
Laboratório Fernando Emmanuel Barata na UFRJ, a fim de serem ajustados todos os
detalhes necessários para a execução do ensaio de forma segura.
Sendo assim, após todos os ajustes preliminares, foram executados ensaios
triaxiais de compressão com as amostras extraídas do Campo Experimental do Sarapuí
II e, desta forma, foram seguidos os procedimentos desenvolvidos a partir dos ensaios
com as amostras teste.
Foram apresentados os gráficos e valores obtidos a partir da aplicação de
formulações da teoria da elasticidade aos resultados dos ensaios triaxiais.
Palavras-chave: parâmetros de resistência, ensaio triaxial, geocomp, argila
mole, campo experimental Sarapuí II.
4
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of
the requirements for the degree of Engineer.
COMPRESSION TRIAXIAL TEST IN EXPERIMENTAL FIELD OF SARAPUÍ II
SOFT CLAY
André Luiz Eduardo Assef
August/2014
Advisors: Gustavo Vaz de Mello Guimarães, Fernando Artur Brasil Danziger.
Course: Civil Engineering
The present work aims to obtain geotechnical parameters of a soft clay through
dense compression triaxial tests - undrained. In automated testing equipment and
conventional equipment were used.
Triaxial compression test samples donated to the Laboratory Emmanuel
Fernando Barata at UFRJ were performed in order to be adjusted every detail needed to
perform the test safely.
Thus, after all the preliminary adjustments, triaxial compression tests with
samples taken from the experimental field Sarapui II were performed, and thus the
procedures developed from tests on the test samples were followed.
Graphs and values were obtained from the application of formulations of the
theory of elasticity to the results of triaxial tests were presented.
Keywords: strength parameters, triaxial, GEOCOMP, soft clay, experimental
field Sarapuí II.
5
ÍNDICE
1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 7
1.1. OBJETIVOS .......................................................................................................... 8
1.2 METODOLOGIA .................................................................................................. 8
1.3 ORGANIZAÇÃO .................................................................................................. 8
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................. 9
2.1. O PRINCÍPIO DAS TENSÕES EFETIVAS ...................................................... 9
2.2 TENSÕES E DEFORMAÇÕES NUM PONTO DE UMA MASSA DE SOLO .. 12
2.3 O CRITÉRIO DE RUPTURA DE MOHR – COULOMB ........... ................... 14
2.4 ESTADOS E CAMINHOS DE ESTADOS DE TENSÕES DE UM SOLO ... 17
2.5 OS ENSAIOS TRIAXIAIS ................................................................................. 22
3. RESITÊNCIA DOS SOLOS ARGILOSOS ...................................................... 26
3.1. PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA E DEFORMABILIDADE ....... ............ 26
3.2 COEFICIENTE DE EMPUXO EM REPOUSO .............................................. 28
3.3 INFLUÊNCIA DA TENSÃO DE PRÉ ADENSAMENTO NA
RESISTÊNCIA DAS ARGILAS .................................................................................... 30
3.4 RESISTÊNCIA DAS ARGILAS EM TERMOS DE TENSÕES EFETIV AS31
3.5 RESISTÊNCIA DAS ARGILAS EM TERMOS DE TENSÕES TOTAIS .... 33
3.6 CAMINHOS DE TENSÕES EM ARGILAS .................................................... 34
3.6.1 CAMINHO DE TENSÕES EFETIVAS ............................................................ 37
4. ENSAIOS TRIAXIAIS EM LABORATÓRIO .................. ............................... 38
4.1. AMOSTRAGEM, ARMAZENAMENTO E MOLDAGEM TESTE ........ ..... 38
4.2. RETIRADA DA AMOSTRA DO CAMPO EXPERIMENTAL DE
SARAPUÍ II ..................................................................................................................... 41
4.3. CALIBRAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS ......................................................... 48
4.3.1 CALIBRAÇÃO DA CÉLULA DE CARGA DO LOADTRAC II ...... ............ 48
6
4.3.2 CALIBRAÇÃO DOS TRANSDUTORES DE PRESSÃO DO FLOWTRAC
II 53
4.4. PROCEDIMENTOS DE MOLDAGEM E PREPARAÇÃO DOS CORPOS
DE PROVA COM AS AMOSTRAS TESTE ................................................................ 60
4.5. EXECUÇÃO DO ENSAIO TRIAXIAL DE COMPRESSÃO ......... ............... 82
5. APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS ........................... 111
6. CONCLUSÃO .................................................................................................... 113
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................ 114
8. ANEXOS (GRÁFICOS E CALIBRAÇÕES) .................................................. 115
7
1. INTRODUÇÃO
A resistência dos solos argilosos pode ser obtida através de ensaios de
laboratório. Na maior parte dos casos, os ensaios triaxiais de compressão são
utilizados para obtenção dos parâmetros tensão-deformação-resistência dos solos. No
presente trabalho foram realizadas séries de ensaios triaxiais de compressão em
amostras de argila mole retiradas do Campo Experimental do Sarapuí II, no município
de Duque de Caxias/RJ, a fim de determinar os parâmetros de resistência do solo.
Para que o ensaio em laboratório seja considerado bem sucedido é de extrema
importância que um processo de amostragem seja bem realizado para a obtenção de
parâmetros confiáveis. Portanto, é necessário que se tenha a consciência de que o
ensaio em laboratório e, consequentemente, o estudo a respeito dos seus parâmetros, já
se inicia desde a extração da amostra no campo. A preocupação com a estrutura e
umidade da amostra deve ser constante desde o momento da extração até a inserção do
corpo de prova na célula triaxial.
Parâmetros confiáveis são sinônimos de projetos de excelência, proporcionando
confiabilidade e segurança ao usuário e custo-benefício de produção atraente a sua
execução. Sendo assim, na atual conjuntura de desenvolvimento da Engenharia Civil
do Município do Rio de Janeiro, em vista aos eventos internacionais que ocorrerão na
cidade, onde obras de infraestrutura como a malha metroviária desenvolvida em solos
argilosos, por exemplo, encontram-se situações em que se verifica uma condição de
compressão vertical pelo alívio de tensões laterais.
Portanto, um estudo e um melhor entendimento do comportamento e parâmetros
de solos argilosos sob tensões triaxiais de compressão e extensão ganha ainda mais
importância dentro do meio científico atual do desenvolvimento da engenharia
brasileira.
8
1.1. Objetivos
Este trabalho tem como objetivo principal obter os parâmetros de resistência de
uma amostra de argila mole, situado no Campo Experimental do Sarapuí II, no
município de Duque de Caxias/RJ.
1.2 Metodologia
A metodologia empregada para se atingir os objetivos almejados foi a realização
de ensaios triaxiais de compressão, utilizando-se para tal o equipamento automatizado
LoadTracII e FlowTrac II da Geocomp.
Como este trabalho é baseado em ensaios de laboratório, também foi feita
calibração dos equipamentos sempre que necessário no intuito de que os resultados
obtidos representassem a realidade da forma mais acurada possível.
Durante toda a elaboração do trabalho foi realizada pesquisa bibliográfica a fim de
apresentar a base teórica necessária para os entendimentos dos resultados obtidos.
1.3 Organização
O capítulo 2 deste trabalho apresenta uma revisão bibliográfica sobre parâmetros
de resistência e deformabilidade
O capítulo 3 deste trabalho trata da resistência de solos argilosos, seus
parâmetros de resistência e deformabilidade.
O capítulo 4 deste trabalho traz os ensaios triaxiais em laboratório, tanto os
ensaios teste, realizados com as amostras doadas pela Geomecânica SA, quanto os
ensaios com as amostras do Sarapuí II, bem como a obtenção das amostras em campo.
O capítulo 5 deste trabalho mostra os gráficos e resultados obtidos nos ensaios
triaxiais de compressão realizados com as amostras extraídas.
9
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. O Princípio das Tensões Efetivas
A ciência da Mecânica dos Solos tem sua estrutura teórica sustentada sobre o
Princípio das Tensões Efetivas. Tal princípio foi exposto pela primeira vez em língua
inglesa em 1936 (TERZAGHI, 1936) dividido em duas partes. A primeira parte define a
tensão efetiva e apresentou-se da seguinte forma:
“As tensões em qualquer ponto de uma seção numa massa de solo podem ser
computadas a partir das tensões principais totaisσ1,σ2 eσ3 que agem nesse ponto. Se os
vazios do solo estiverem preenchidos por água sob uma pressão u, as tensões principais
totais consistem em duas parcelas. Uma parcela u que atua na água e nos grãos sólidos
em todas as direções com igual intensidade. Esta parcela é chamada de poro pressão. As
diferenças σ1’ = σ1– u; σ2’ = σ2– u e σ3’ = σ3– u, representam um excesso sobre a
poro pressão e são suportadas exclusivamente pela fase sólida do solo. Estas parcelas
das tensões principais totais são chamadas tensões principais efetivas”.
Desse modo, Terzaghi formulou a equação fundamental do Princípio das
Tensões Efetivas:
σ’ = σ– u (2.1)
A segunda parte do enunciado quantifica a importância da tensão efetiva.
“Todos os efeitos mensuráveis oriundos da variação das tensões, tais como
compressão, distorção e mudança na resistência ao cisalhamento, são exclusivamente
devidos às variações das tensões efetivas”.
Como exposto por Terzaghi (1936) o Princípio das Tensões Efetivas é
ilusoriamente simples e sua interpretação pode levar a alguns equívocos como descrito a
seguir.
Depois de transcrever o Princípio das Tensões Efetivas, ATKINSON &
BRANSBY (1978) apresentam os seguintes corolários:
10
Corolário 1: “O comportamento (em termos de Engenharia) de dois solos com a
mesma estrutura e mineralogia será o mesmo se eles tiverem a mesma tensão efetiva”.
Corolário 2: “Se um solo for carregado ou descarregado sem qualquer variação
de volume e sem qualquer distorção não haverá variação de tensão efetiva”.
Corolário 3: “Um solo expandirá em volume (e se enfraquecerá) ou comprimirá
(e se tornará mais resistente) se a poro-pressão isoladamente for aumentada ou
diminuída”.
No entanto, estudos afirmaram ao longo do desenvolvimento da engenharia
geotécnica que todos estes corolários estão enganados quanto as suas afirmativas.
Para identificar o equívoco do primeiro corolário há o exemplo no qual mostra
que dois corpos de prova do mesmo solo (portanto com a mesma estrutura e
mineralogia), submetidos ao mesmo estado inicial de tensões efetivas, porém ensaiados
com velocidades diferentes, apresentam comportamentos diferentes (LACERDA, 1976).
No caso do segundo corolário, pode-se recorrer aos ensaios não drenados de
relaxação de tensões apresentados por LACERDA (1976). Neste experimento o corpo
de prova é ensaiado com velocidade de deformação controlada (como num ensaio
triaxial convencional) até uma determinada tensão desviadora sem ser levado à ruptura.
Neste momento, a prensa é desligada e passa-se a observar o comportamento do corpo
de prova, é a chamada fase de relaxação.
É conveniente destacar que por se tratar de um ensaio não drenado não há
variação de volume e, além disso, como a prensa é desligada não há deslocamento do
pistão e, assim, distorção. O que prova que durante a fase de relaxação não há variação
do estado de tensões efetivas.
Por fim, para expor que existem dúvidas quanto a validade do terceiro corolário
pode-se adotar os resultados da poro-pressão em um ensaio de adensamento
unidimensional.
LIMA (1992) realizou ensaio de adensamento unidimensional com medida do
excesso de poro-pressão até o chamado final do adensamento primário (definido pelo
Método de Taylor ou raiz do tempo). Neste ponto do ensaio a drenagem é fechada e,
como consequência, a partir daí, automaticamente as variações de volume e distorção
11
tornavam-se nulas. Não obstante, o que se constatou foi que, fechada a drenagem as
poro-pressões começaram a crescer como mostra a Figura 2.1.
Figura 2.1 – Ensaio de Adensamento Unidimensional LIMA (1992)
Dessa forma comprova-se que é possível variar a poro-pressão sem que haja
alteração do volume do solo.
De posse dos exemplos supracitados, observa-se que o Princípio das Tensões
Efetivas deve ser entendido como está escrito, ou seja, se houver variação de volume,
distorção ou variação da resistência ao cisalhamento o princípio assegura que estes são
efeitos provenientes da variação do estado das tensões efetivas. Todavia, como exposto
neste texto, havendo uma variação no estado de tensões efetivas isso não acarreta em
variação de volume ou distorção.
Na prática da Engenharia, isto é, quando se faz uma obra, impõem-se tensões ao
subsolo e o que se deseja saber é reação do solo a essa mesma mudança de tensões. Essa
reação são as deformações. Desta forma, do modo como está enunciado, o Princípio das
Tensões Efetivas tem legitimidade restringida, pois como verificado, uma variação do
estado de tensões efetivas não provoca obrigatoriamente deformações.
12
2.2 Tensões e Deformações num ponto de uma massa de solo
No presente item, não será anunciado um estudo aprofundado sobre o assunto.
Neste trabalho apenas será explorado os estados tensionais que apresentem simetria
axial e aqueles em que σ1 = σveσ2 = σ3 = σh sendo σveσh as tensões normais vertical e
horizontal respectivamente.
Assim sendo, as expressões das componentes normal (σ) e tangencial (τ) do
vetor tensão num plano cuja normal faz um ângulo α com a direção deσ1 se escrevem
respectivamente:
σ = ������ +����� . cos2α (2.2)
τ = ������ � . sen2α 2.3)
As expressões (2.2) e (2.3) são, no plano σxτas equações paramétricas de um
círculo de raio ������ �e centro em��σ1+σ32 , 0��. Este círculo é chamado de círculo
de Mohr das tensões e está representado na figura 2.2
Figura 2.2 - O Círculo de Möhr das Tensões
13
Segundo a primeira parte do Princípio das Tensões Efetivas, as tensões normais
totais equivalem à poro pressão, atuando em todos os planos com mesma magnitude, e
tensões normais efetivas. Como resultado imediato dessa afirmação, num ponto de uma
massa de solo onde impera uma poro-pressão u, o estado de tensões é representado por
dois círculos de Mohr, ambos com mesmo diâmetro, porém separados entre si do valor
u (Figura 2.3). Um desses círculos é a representação do estado de tensões efetivas e o
outro o estado de tensões totais.
Figura 2.3 – Círculo de Möhr das Tensões Efetivas e Tensões Totais
14
2.3 O critério de Ruptura de Mohr – Coulomb
Sendo todos os efeitos num solo provenientes da variação do estado de tensões
efetivas, como apresentado na segunda parte do Princípio das Tensões Efetivas, todos
os estudos conectando os efeitos (ruptura e deformações) às causas (variação dos
estados de tensões) devem ser executadas em termos de tensões efetivas, isto é, usando-
se o Círculo de Möhr das tensões efetivas.
Adotado um ponto numa massa de solo, a tensão normal efetiva σ’ e a tensão
cisalhante τ são dadas por
σ′ = �������� +������� . cos2α (2.4)
e
τ = �������� � . sen2α (2.5)
Em qualquer plano, pode-se optar pela expressão da tensão cisalhante da
seguinte forma:
τ = σ’. tan θ (2.6)
onde θ é o ângulo de atrito mobilizado (Figura 2.4).
Nota-se que na Figura (2.4) a parcela de atrito mobilizado varia de plano para
plano, alcançando seu valor máximo no plano correspondente ao ponto C.
Figura 2.4 – Atrito Mobilizado
15
Caso a resistência do solo seja expressa na forma
τ = σ’. tanϕ (2.7)
assim essa condição será exposta na Figura (2.4) por uma reta que passa pela origem
com coeficiente angular igual a. tanϕ. Perceba que este critério de ruptura é exatamente
a lei de Coulomb expressa em termos de tensões efetivas com o ângulo ϕ representando
o atrito mobilizado máximo limite.
Na Figura (2.4) nota-se que mesmo o atrito máximo θc é menor que o atrito
mobilizado limite ϕ. Dessa forma, em qualquer plano que passa pelo ponto cujo estado
de tensões é representado pelo círculo de Mohr da Figura (2.4) não existem risco quanto
ao escorregamento, isto é, ruptura por cisalhamento.
Pode-se concluir então que apenas ocorrerá ruptura por cisalhamento quando o
atrito mobilizado máximo do círculo de Mohr for o mesmo que o atrito mobilizado
máximo limite ϕ. No gráfico, esta situação existe quando o círculo de Mohr tangenciar
a reta de inclinação ϕ, conhecida como envoltória de resistência. (Figura 2.5)
Figura 2.5 – Representação Gráfica do Critério de Ruptura de Möhr- Coulomb
16
Como determinado, existem dois planos os quais o atrito mobilizado máximo é
igual ao atrito máximo limite, existem assim, dois planos simultâneos onde há ruptura
por cisalhamento. Sendo assim, as envoltórias de resistência são um par de retas de
coeficiente angular igual a ϕ e simétricas em relação ao eixo σ’.
Pela Figura (2.5) comprova-se que a inclinação dos planos de ruptura α é obtida
por (Figura 2.6).
α = 45 +∅� (2.8)
Figura 2.6 – Direções dos Planos de Ruptura de acordo com o Critério de Möhr-Coulomb
17
2.4 Estados e Caminhos de Estados de Tensões de um solo
Para definir o estado de tensões de um ponto numa massa de solo foi observado
que são fundamentais dois círculos de Mohr, um representando o estado de tensões
totais e outro representando o estado de tensões efetivas.
Todavia, para caracterizar de maneira singular a condição em que se encontra
um elemento de solo, é preciso conhecer, não somente o estado de tensões, mas também
o seu volume específico visto que o comportamento do solo em estudo também depende
do valor desse parâmetro.
De modo simplificado, um estado de tensões pode ser definido pelos parâmetros
p, p’, q e q’. Os quais são caracterizados por
p = ������ (2.9)
p′ = �������� (2.10)
q = ����� (2.11)
q′ = �#����� (2.12)
Tais parâmetros definem a posição das coordenadas do “topo” do círculo de
Möhr (Figura 2.7) das tensões efetivas e das tensões totais.
Figura 2.7 – Representação dos Estados de Tensão pelos Parâmetros p, p’, q e q’.
18
Ao se desejar reproduzir os estados de tensão ao longo de um ensaio em
laboratório, pode-se fazer essa representação através do lugar geométrico dos pontos
ocupados a cada instante pelos topos dos círculos de Mohr das tensões totais e efetivas.
Sendo assim, temos por definição que:
Definição: Define-se por caminho de tensões o lugar geométrico dos pontos do
plano p’ x q’ que representa a história dos estados de tensão a que um elemento de solo
se submeteu durante um carregamento. Como existem os estados de tensões efetivas e
totais, existem, como consequência, os caminhos de tensões efetivas e os caminhos de
tensões totais.
Para detalhar os caminhos de tensões totais e tensões efetivas podem-se utilizar
os parâmetros p, p’, q e q’ definidos acima e sugeridos por LAMBE (1964). Tais
parâmetros dão as componentes de tensão num plano inclinado de 45º em relação às
direções principais, o que permite “visualizar” melhor o estado de tensões.
Como exposto anteriormente nesse trabalho, para definir o comportamento de
um elemento de solo não é satisfatório apenas o estado de tensões. É necessário também
que seja conhecido o parâmetro v, chamado de volume específico. Visto que o estado de
tensões pode ser descrito pelos parâmetros p’ e q’ mais o valor da poro-pressão u, o
ESTADO de um solo pode ser descrito no espaço p’, q’, v pelas coordenadas (p’, q’, v)
e o valor da poro-pressão u.
Definição: Define-se por estado efetivo de um solo em termo ordenado (p’, q’, v) e por
estado global o termo ordenado (p, q, v).
Da definição anterior, demonstra-se de imediato que como q = q’, o estado
global apresenta uma distância u do estado efetivo.
De modo similar ao que foi feito para os caminhões de tensões pode-se escrever
Definição: Define-se por caminho de estado de estados o lugar geométrico dos pontos
do espaço p x q x v que representam a história dos estados a que um elemento de solo se
submeteu durante um carregamento. Como existem os estados global e efetivo, existem,
portanto como consequência os caminhos de estados globais e os caminhos de estados
efetivos.
19
Definido o espaço onde se desenvolverão as “ações” num elemento de solo,
pode-se esboçar os primeiros caminhos de estados de um solo. É o caso do adensamento
hidrostático.
Para o adensamento hidrostático, como q’ = 0, os caminhos de estado devem
pertencer ao plano p’ x v (ou plano p x v) que corresponde ao “chão” do espaço p’ x q’
x v.
Suponha que os estados efetivo e global de um elemento de solo sob estado
hidrostático de tensões coincidam (ou seja, u = 0). Suponha que este estado seja
representado pelo ponto A da Figura (2.8).
Suponha agora que este mesmo elemento de solo seja submetido, sem que seja
permitida a drenagem, a um acréscimo de tensão ∆σ = ∆p. Todo esse acréscimo de
tensão se manifestará em acréscimo de poro-pressão u. Nessa etapa o estado efetivo do
solo será representado pelo ponto A e o estado global pelo ponto C. Por definição, o
caminho de estados globais é o seguimento AC enquanto que o “caminho” de estados
efetivos é o próprio ponto A já que não houve variação do estado efetivo.
Suponha agora a drenagem permitida, o excesso de poro-pressão inicial irá se
dissipando como tempo e o solo sofrerá um adensamento hidrostático até que,
alcançando o ponto B o processo chega ao seu fim. Durante este estágio o caminho de
estados efetivos é AB e o caminho de estados globais será CB.
Figura 2.8 – Caminhos de Estados no Adensamento Hidrostático
20
O entendimento do fenômeno exposto anteriormente bem como a curva que
constitui os estados efetivos hidrostáticos normalmente adensados é imprescindível,
poisa maioria dos caminhos de estado partirá dessa curva.
Para soluções de problemas de deformações de solos e estabilidade é de suma
importância que o estado de tensões “in situ” seja conhecido e, a partir daí, o
comportamento do solo sob diferentes condições de carregamento.
O conceito de “caminho de tensões” (HENKEL, 1960 e LAMBE 1967) auxilia,
de uma forma simplificada, na representação gráfica dos diferentes estados de tensões a
que pode estar submetido um elemento no interior de uma massa de solo.
Os caminhos de tensões mais utilizados na solução de problemas da Mecânica
dos Solos, devido a LAMBE (1967), são os correspondentes ao lugar geométrico dos
pontos de máximas tensões cisalhantes sofridas por um elemento de solo quando
submetido a diferentes estados de tensões.
Frequentemente, são utilizados três caminhos de tensões elementares (LAMBE,
1967):
1. Caminho de tensões efetivas (ESP)
����� x �
#����� = (q x p’)
2. Caminho de tensões totais (TSP)
����� x %��%�� = (q x p)
3. Caminho de tensões totais menos a poropressão estática ((T – U0)SP)
����� x (%��%�� - u0)= (q x p – u0)
A Figura (2.9)mostra alguns tipos de caminhos de tensões efetivas (ESP) típicos
em ensaios triaxiais adensados não drenados de compressão (CIU – C) em argilas com
diferentes histórias de tensões (LADD, 1971).
21
Figura 2.9 – Caminhos de Tensões Típicos em argilas com diferentes históricos de tensões
(LADD, 1971)
Através do método de caminho de tensões também podem ser obtidos os
parâmetros c’ e ϕ’ do solo, como mostra a Figura (2.10)
Figura 2.10 – Envoltória de Tensões Efetivas
22
2.5 Os Ensaios Triaxiais
O ensaio triaxial convencional resume na aplicação de um estado hidrostático de
tensões e de um carregamento axial sobre um corpo de prova cilíndrico do solo. Para
tal, o corpo de prova é inserido dentro de uma câmara de ensaio, cujo esquema é
ilustrado na Figura 2.11, e envolvido por uma membrana plástica. Esta câmara é
preenchida com água destilada e deaerada, à qual se aplica uma pressão confinante do
ensaio. Tal pressão confinante atua em todas as direções, inclusive na vertical. Sendo
assim, o corpo de prova fica sob um estado hidrostático de tensões. Na base e no topo
do corpo de prova são colocadas pedras porosas que permitem a drenagem através
destas peças, que são permeáveis.
O carregamento axial pode ser feito de duas maneiras. Há o caso da aplicação de
força em que o pistão penetra na câmara, chamado de ensaio de carga controlada.
Outro caso a câmara é levada a uma prensa que a desloca para cima, pressionando o
pistão, este é o caso do ensaio de deformação controlada. A carga é medida através de
um anel dinanométrico externo, ou por intermédio de uma célula de carga intercalada no
pistão. Este segundo modo de medição tem a vantagem de medir a carga efetivamente
aplicada ao corpo de prova, eliminando o efeito do atrito do pistão na passagem para a
câmara.
Figura 2.11 – Esquema da câmara de ensaio triaxial (SOUZA PINTO, 2006)
23
Como nas bases e nas geratrizes do corpo de prova não existem tensões de
cisalhamento, os planos principais são os planos verticais e horizontais. Caso o ensaio
seja o de carregamento, o plano horizontal é o plano principal maior e o plano principal
menor será, consequentemente, o plano vertical, onde atua a pressão confinante. A
tensão devida ao carregamento axial é denominada acréscimo de tensão axial (σ1 –
σ3) ou tensão desviadora.
Na fase de carregamento são feitas medições, a diversos intervalos de tempo, da
tensão desviadora que está atuando e a deformação vertical do corpo de prova. Tal
deformação axial vertical é dividida pela altura inicial do corpo de prova, e assim obtida
a deformação vertical específica, em função da qual se expressam as tensões
desviadoras, as variações de volume ou de poro pressão. Tais tensões desviadoras
permitem que sejam traçados os círculos de Mohr correspondentes, conforme ilustrado
na Figura 2.12.
A tensão desviadora é representada em função da deformação específica (εa),
indicando o valor máximo, que corresponde à ruptura, a partir do qual fica definido o
círculo de Mohr, correspondente à situação de ruptura. A partir de ensaios realizados em
outros corpos de prova e seus respectivos Círculos de Mohr permitem a determinação
da envoltória de resistência conforme ilustrado na Figura 2.12.
Figura 2.12 – Envoltória de resistência obtida com resultados de ensaios de compressão triaxial
(SOUZA PINTO, 2006)
24
Com relação a drenagem durante o ensaio triaxial esta pode ser impedida através
de registros apropriados. Caso a drenagem seja permitida e o corpo de prova estiver
saturado ou com elevado grau de saturação, pode ser determinada sua variação de
volume de solo pela medida do volume de água que sai ou entra no corpo de prova. Para
que isso ocorra, as saídas de água são acopladas a buretas graduadas. No caso de solos
secos, a medida de variação de volume só e possível com a colocação de sensores no
corpo de prova, internamente à câmara.
Caso a drenagem não seja permitida, em qualquer fase do ensaio triaxial, a água
ficará sob pressão. As poro pressões induzidas pelo carregamento podem ser medidas
por meio de transdutores conectados aos tubos de drenagem.
Em laboratório, os ensaios triaxiais tornam possível simular variadas condições
de estado de tensões e de drenagem que correspondem às situações de campo e, sendo
assim, constituem um valioso elemento na solução de problemas de Mecânica dos
Solos. Esta flexibilidade do ensaio permite a obtenção de parâmetros de resistência e
deformabilidade adequados a cada situação em particular.
Conforme se apresentam as condições de drenagem em cada estágio dos ensaios,
estes podem ser classificados em:
1. Ensaios Não Drenados (UU ou Q). Não se permite drenagem em nenhum
estágio de ensaio.
2. Ensaios Consolidados Não Drenados (CU, Qc ou R). A drenagem é
permitida durante um estágio, de adensamento, não sendo, porém
permitida no estágio que levará à ruptura do corpo-de-prova. O estágio
de adensamento pode ser isotrópico ou anisotrópico.
3. Ensaios Consolidados Drenados (CD ou S). A drenagem é permitida
durante todo o ensaio.
25
De acordo com as condições de aplicação de tensões, na ruptura, os ensaios
triaxiais classificam-se em:
1. Ensaios de Compressão
a. Carregamento: a ruptura é obtida através de acréscimo da tensão
vertical, ∆σv, maior do que o acréscimo da tensão horizontal,
∆σH(∆σv<∆σH).
b. Descarregamento: neste caso, atinge-se a ruptura reduzindo-se as
tensões horizontais, de forma que (∆σv<∆σH).
2. Ensaios de Extensão
a. Carregamento: atinge-se a ruptura através de acréscimos na
tensão horizontal maior do que os acréscimos da tensão vertical
(∆σv<∆σH).
b. Descarregamento: atinge-se a ruptura através da redução da tensão
vertical de modo que (∆σv>∆σH)
Os ensaios consolidados não drenados podem ser classificados da seguinte
forma:
CIU – C (L ou U) = Ensaios triaxiais adensados isotropicamente, não drenados,
de compressão, de carregamento ou descarregamento.
CAU – C (L ou U) = Ensaios triaxiais adensados anisotropicamente, não
drenados, de compressão, de carregamento ou descarregamento.
CIU – E (L ou U) = Ensaios triaxiais adensados isotropicamente, não drenados,
de extensão, de carregamento ou descarregamento.
CAU – E (L ou U) = Ensaios triaxiais adensados anisotropicamente, não
drenados, de extensão, de carregamento ou descarregamento.
26
3. RESITÊNCIA DOS SOLOS ARGILOSOS
3.1. Parâmetros de Resistência e Deformabilidade
Para o estudo do comportamento dos solos e utilização da teoria da elasticidade
é preciso primeiro conhecer os parâmetros de resistência e deformabilidade. Os
parâmetros de deformabilidade determinam a magnitude e o sentido das deformações
que ocorrerão no solo causado por um determinado estado de tensões aplicado. Não
obstante, os parâmetros de resistência do solo assumem a tensão máxima de
cisalhamento que o solo consegue suportar sem que haja ruptura.
Ao empregar o critério de resistência de Möhr-Coulomb, a resistência dos solos
é definida pelos parâmetros intercepto de coesão (c) e ângulo de atrito (ϕ). O atrito está
relacionado à tensão normal aplicada ao solo e existem duas leis básicas que regem seu
comportamento:
a) A resistência ao cisalhamento entre dois corpos é proporcional à força
normal entre esses dois corpos;
b) A resistência ao cisalhamento é independente das dimensões desses dois
corpos.
A parcela da resistência independente da tensão normal aplicada ao solo é a
coesão. Usualmente, o atrito é o principal responsável pela resistência ao cisalhamento
dos solos, sendo a coesão coadjuvante nesse sistema. Para o caso das argilas, material
de estudo deste trabalho, a resistência por coesão é grande em alguns casos, podendo
geralmente ser assumida por um valor diferente de zero.
Um problema clássico de física (Figura 3.1) pode ser utilizado para um melhor
entendimento a respeito do ângulo de atrito. Este problema é o conhecido deslizamento
de um corpo em um plano inclinado rugoso.
27
Figura 3.1 – Força de Atrito (T) impedindo deslizamento do bloco
Para o bloco de peso P, apoiado sobre o plano inclinado ϕ’ e sendo N a força
normal ao plano, a força T resultante do atrito entre o bloco e o plano inclinado é a
responsável por evitar o deslizamento. Os eixos n e t, normal e paralelo ao plano
inclinado, respectivamente, são as referências para as equações de equilíbrio da
mecânica estática e, sendo assim, no momento em que o deslizamento ocorre observa-se
que:
T = N x tan (ϕ’) (3.1)
Tal expressão representa a proporcionalidade entre a tensão normal
considerando a tangente do ângulo de atrito e a resistência por atrito. A ilustração
apresentada da Figura (3.1) representa a resistência máxima por atrito e a inclinação
máxima, consequentemente, representa o ângulo de atrito.
No entanto, o fenômeno de atrito entre dois corpos, como mostrado acima, não é
o mesmo fenômeno de atrito nos solos. Essa diferença deve-se ao fato de que o solo é
composto por um sistema de partículas, de diversos grãos capazes de se rearranjarem
entre si(Figura 3.2). Além disso, ainda existem os vazios do solo, que também são
preenchidos por estes mesmos grãos durante esse processo de rearranjo das partículas.
Figura 3.2 – Deformação no solo como consequência do deslocamento de partículas (SOUZA
PINTO, 2006)
28
3.2 Coeficiente de Empuxo em Repouso
Nas tensões nos planos verticais não ocorrem cisalhamento, devido à simetria. A
tensão normal vertical está relacionada ao processo de formação do solo e seu histórico
de tensões, tensões estas ais quais o solo foi submetido ao longo dos tempos.
Sendo a relação entre tensão horizontal efetiva e tensão vertical efetiva
denominada de coeficiente de empuxo em repouso e indicada pelo símbolo K0 e as
tensões principais podem ser representadas como na figura 3.3 abaixo.
Figura 3.3 – Tensões verticais e horizontais num elemento de solo (SOUZA PINTO, 2006)
Os valores de K0 são em geral menores que a unidade, onde apresentam valores
entre 0,5 e 0,7 para as argilas. Em laboratório, ensaios indicam que este coeficiente é
tanto maior quanto maior o índice de plasticidade do solo.
Segue abaixo a fórmula empírica para a previsão de K0, que foi confirmada por
vários pesquisadores e é conhecida pelo nome de seu autor, a “fórmula de Jaki”:
K0 = 1 - senϕ’ (3.2)
Sendo ϕ’ o ângulo de atrito interno efetivo do solo.
29
Em uma explicação física para a dependência de K0 a ϕ’ é de que ambas as
propriedades depende do atrito entre as partículas do solo. Sabe-se que ϕ’ costuma ser
tanto menor quanto mais argiloso é o solo em estudo, o que se confirma a tendência de
K0 ser tanto maior quanto mais plástico for o solo.
Nota-se que K0 é definido em termos de tensões efetivas e as poro pressões são
iguais em qualquer direção, pois a água não apresenta qualquer resistência ao
cisalhamento.
Nos casos de argilas sobre adensadas, o atrito entre as partículas constituintes
dos solos age no sentido de impedir o alívio da tensão horizontal quando as tensões
verticais são reduzidas. Tal comportamento é facilmente obtido em ensaios de
compressão edométrica conforme ilustrado na figura 3.4.
Figura 3.4 – Relações entre tensões verticais e horizontais num ensaio de compressão
edométrico (SOUZA PINTO, 2006)
Como consequência disso, o coeficiente de empuxo em repouso é tanto maior
quanto maior for a razão de sobre-adensamento (RSA). O que leva, em alguns casos, a
valores de K0 iguais ou superiores a unidade. Posteriormente, dados de diversos
pesquisadores levaram a extensão da equação de Jaki, para a situação em argilas sobre
adensadas, que foi apresentada da seguinte forma:
K0 = (1- senϕ’)(RSA)senϕ’ (3.3)
30
3.3 Influência da Tensão de Pré Adensamento na Resistência das Argilas
A resistência de uma argila está diretamente ligada ao seu índice de vazios, que
por sua vez é resultado das tensões atuais e passadas, e também da estrutura do solo
argiloso. Aliado a isso, pela sua baixa permeabilidade, o conhecimento a respeito da
resistência das argilas em termos de carregamento drenado, bem como de carregamento
não drenado, torna-se de extrema importância.
No que tange ao comportamento tensão-deformação das argilas, ao serem
submetidas a um carregamento hidrostático, por exemplo, estas apresentam um
comportamento singular e bem diferente se comparado com as areias. Como as argilas
sedimentares apresentam em sua formação geológica elevados índices de vazios, é
prático afirmar que quando elas se apresentem na natureza com índice de vazios baixo,
este é uma consequência de um pré-adensamento.
De modo que ao ensaiar diversos corpos de prova de uma argila, que
representam índices de vazios distintos, estas apresentaram curvas de tensão-
deformação que, ao atingir a pressão de pré-adensamento correspondente, se juntam
numa mesma reta conforme ilustrado na Figura 3.5.
Figura 3.5 – Variação de índice de vazios em carregamento isotrópico: (a) de areias (b) de argilas
(SOUZA PINTO, 2006)
31
3.4 Resistência das Argilas em Termos de Tensões Efetivas
Nas argilas, a resistência ao cisalhamento origina-se inicialmente do atrito entre
as partículas do solo, do seu rolamento e reacomodação, e, por conta disso, das tensões
efetivas, mesmo que na maior parte das vezes a água dos vazios possa estar sob pressão.
O resultado disso são as deformações do solo e mobilização de sua resistência.
No seu estado natural, uma argila apresenta uma tensão de pré-adensamento.
Sendo assim, alguns ensaios de compressão triaxial podem ser realizados com tensões
confinantes maiores ou menores que a tensão de pré-adensamento. O resultado final é a
envoltória de resistência que é uma curva até a tensão de pré-adensamento, e uma reta,
cujo prolongamento passa pela origem, acima desta tensão, conforme mostrado na
Figura 3.6.
Figura 3.6 – Resultado de ensaio de compressão triaxial do tipo CD em argila saturada
(SOUZA PINTO, 2006)
Como não é prático trabalhar com envoltórias curvas, o trecho curvo da
envoltória é substituído por uma reta que a melhor represente, conforme ilustrado na
Figura 3.7. Esta envoltória retilínea é definida pela equação:
τ= c’ + σ’ .tgφ’ (3.4)
sendo c’ chamado de coesão efetiva, ou, mais apropriadamente, intercepto de coesão
efetiva. Cabe ressaltar que o intercepto não tem significado físico de coesão, ele é
apenas o coeficiente linear da reta que melhor se ajusta à envoltória curva representativa
da resistência do solo.
32
Figura 3.7 – Ajuste de equação linear a envoltória de resistência curva (SOUZA PINTO, 2006)
Acima da tensão de pré-adensamento, a resistência das argilas ao cisalhamento é
caracterizada pelo ângulo de atrito interno efetivo. Sendo seu valor variável conforme a
constituição geológica da argila, porém, geralmente, este valor é tanto menor quanto
mais argiloso é o solo.
Para baixas tensões, o intercepto de coesão é elevado e o ângulo de atrito é
pequeno, como se observa pelo aspecto da curva da Figura 3.7. E para elevadas tensões
normais, o intercepto é menor e o ângulo de atrito se eleva.
33
3.5 Resistência das Argilas em Termos de Tensões Totais
No estudo de problemas de engenharia de solos, como a estabilidade de um
talude, por exemplo, devem ser consideradas as tensões efetivas atuantes no solo em
questão. Sendo as tensões totais, em geral, sempre conhecidas. Para se saber as tensões
efetivas é necessário que se conheçam as poro pressões, não somente as provenientes do
nível d’água e redes de percolação, mas sobretudo as resultantes do carregamento.
Caso estas poro pressões sejam conhecidas com precisão considerável, pela
observação do comportamento de uma obra semelhante, por exemplo, o estudo do
problema por tensões efetivas é sempre o mais desejável. No entanto, como essa
estimativa das poro pressões pode vir a ser mais trabalhosa, são realizados com maior
frequência estudos da estabilidade dos solos em termos das tensões totais atuantes.
Para o estudo de casos a partir de tensões totais, são realizados ensaios triaxiais
não drenados e seus resultados analisados em termos das tensões aplicadas. As poro
pressões que surgem nesses ensaios são admitidas como sendo as mesmas encontradas
no campo, provenientes do carregamento real. Caso esta hipótese venha a ser
verdadeira, o estudo a partir de tensões totais será similar ao estudo pelas tensões
efetivas. Caso não seja verdadeira, a hipótese será apenas aproximada.
Como, por outro lado, o estudo por tensões efetivas é também aproximado caso
não seja de conhecimento preciso as poro pressões atuantes no solo, a escolha por
estudos de soluções por meio de tensões totais torna-se mais atraente pela sua
simplicidade se comparado com a análise por tensões efetivas.
Para obtenção dos parâmetros de resistência do solo pelo ensaio triaxial de
compressão não drenado, em termos de tensões totais, deve sempre procurar representar
o problema específico da melhor maneira possível. Por exemplo, um problema de
fundações não pode ser trabalhado da mesma forma que um problema de escavação.
Pois, nas fundações ocorre um carregamento, já na escavação uma redução das tensões.
34
3.6 Caminhos de Tensões em Argilas
Para representar o estado de tensões num solo em diferentes fases de
carregamento, seja por meio de ensaio ou por um problema prático, diversos círculos de
Mohr podem ser desenhados. Para um caso simples, em que a tensão confinante se
mantém constante e a tensão axial aumenta, os círculos de Mohr representam bem a
evolução das tensões.
No entanto, quando as duas tensões principais variam juntas, esta representação
torna-se confusa em alguns casos. Sendo assim, foi criado um meio de se representar as
diversas fases de carregamento escolhendo exclusivamente os pontos de maior tensão
de cada círculo, pontos 1, 2 e 3, como mostrado na Figura 3.8. Estes pontos, que tem
como coordenadas p e q, ao serem ligados constituem a representação gráfica do
caminho de tensões. Cabe ressaltar ainda, que p e q são, respectivamente, a tensão
normal e a tensão cisalhante no plano de máxima tensão cisalhante.
Figura 3.8 – Evolução do estado de tensões representado por (a) círculos de Mohr e (b) pela
trajetória das tensões (SOUZA PINTO, 2006)
35
Na Figura 3.9 são expostos os caminhos de tensões que representam os
carregamentos:
Figura 3.9 – Representação de alguns caminhos de tensão
CURVA I: confinante constante e axial crescente
CURVA II: confinante decrescente e axial constante
CURVA III: confinante decrescente e axial crescente com iguais valores absolutos
CURVA IV: confinante e axial crescentes numa razão constantes
CURVA V: confinante e axial variáveis em razões diversas
Traçados os caminhos de tensão de uma série de ensaios é possível demonstrar
sua envoltória correspondente. Para a Figura 3.10esta envoltória é representada pela reta
FDI, que é expressa pela equação:
q = d + p .tg β (3.5)
Os coeficientes desta reta, d e β, podem ser correlacionados com os coeficientes
da envoltória de resistência, c e φcomo se observa na Figura 3.10.
Figura 3.10 – Esquema para correlação entre a envoltória aos círculos de Mohr e a envoltória aos
caminhos de tensão (SOUZA PINTO, 2006)
36
As retas GCH e FDI encontram-se no ponto A. Sendo assim, pela geometria dos
triângulos ABD e ABC obtém-se a relação:
senφ = tanβ (3.6)
Ainda pela observação geométrica da Figura 3.10 encontra-se a relação:
& = '()*+ (3.7)
Tais expressões são extremamente úteis para se determinar a envoltória de
resistência mais aproximada de um grande número de resultados. Onde a definição da
envoltória pela utilização do todos os círculos de Mohr acarretaria numa poluição visual
no gráfico e a visualização do resultado prejudicada.
Portanto, utilizando-se apenas os pontos finais dos caminhos de tensões fica
mais fácil a determinação da envoltória média mais provável, e, a partir dela, a
envoltória de resistência como mostra a Figura 3.11.
Figura 3.11 – Obtenção de envoltória de resistência para um elevado número de resultados
(SOUZA PINTO, 2006)
37
3.6.1 Caminho de Tensões Efetivas
São nas solicitações não drenadas de laboratório ou de campo que os caminhos
de tensões apresentam o seu maior campo de aplicação. Para estes casos, as tensões
efetivas são geralmente representadas e mostram com mais clareza o desenvolvimento
das poro pressões em função do carregamento. Ao invés disso, por uma representação
mais tradicional dos resultados dos ensaios, as poro pressões são indicadas em função
da deformação.
Para um ensaio com caminho de tensões tipo I com tensão confinante constante
e axial crescente temos como visto anteriormente, o caminho de tensões totais
determinados por uma reta à 45º com a horizontal. No entanto, ao ser considerado um
acréscimo de tensão axial ocorre uma poro pressão igual a u. O circulo de tensões
efetivas irá se apresentar deslocando-se para a esquerda deste valor, bem como o ponto
representativo do estado de tensões efetivas no respectivo caminho, de acordo com a
Figura 3.12.
Figura 3.12 – Construção do caminho de tensões efetivas, a partir do caminho de tensões totais e
poro pressão (SOUZA PINTO, 2006)
Sendo assim, a diferença entre abcissas de um ponto do caminho de tensão
efetiva ao correspondente ponto do caminho de tensão total indicará a tensão neutra
existente. Caso o caminho de tensões efetivas esteja para a esquerda, a poro pressão é
positiva; se para a direita, ela será negativa. Para melhor visualização do gráfico, o
caminho de tensões totais, em geral, não é representado, sendo sua direção conhecida
pelas condições do carregamento.
38
4. ENSAIOS TRIAXIAIS EM LABORATÓRIO
Os ensaios triaxiais de compressão e extensão foram estudados e executados
com equipamentos automatizados FlowTrac-II e LoadTrac-II (Figura 4.1) no primeiro
semestre do ano de 2014, no Laboratório de Mecânica dos Solos Fernando Emmanuel
Barata na Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ.
Figura 4.1 - Equipamento LoadTrac-II e FlowTrac-II para ensaios triaxiais
4.1. Amostragem, Armazenamento e Moldagem Teste
Para início das atividades em laboratório foram utilizadas amostras doadas pela
empresa Geomecânica SA ao Laboratório. Estas amostras foram armazenadas na
Câmara Úmida do laboratório a fim de que se evitasse o máximo possível a perda de
umidade do material da amostra, conforme ilustrado na Figura 4.2 abaixo.
Figura 4.2 – Amostras doadas pela empresa Geomecânica SA armazenadas na Câmara Úmida do
Laboratório de Mecânica dos Solos Fernando Emmanuel Barata – UFRJ.
39
As amostras teste foram extraídas do campo em tubos de PVC de 1,0 metros de
altura e com diâmetros iguais a 10 cm, conforme Figura 4.3. Em todo seu manuseio,
mediante a execução das moldagens dos corpos de prova e ensaios no laboratório,
sempre existiu a preocupação com a integridade do solo, a fim de evitar a compressão
ou quebra da estrutura do material.
No que diz respeito à extração e transporte das amostras teste não se pode
afirmar plenamente se houve tamanha preocupação com a integridade do solo, visto que
tais amostras foram doadas e não há conhecimento do procedimento de extração, bem
como transporte das amostras teste.
No entanto, pelo estado aparente em que se encontravam ao serem doadas ao
laboratório, todos os tubos contendo as amostras apresentaram bom estado para a sua
função, basicamente preliminar.
Figura 4.3 – Tubos de PVC de 1,0 x 0,10 m contendo amostras teste
Essas amostras de argila mole serviram para o desenvolvimento dos métodos e
procedimentos necessários para a moldagem dos corpos de prova, nas medidas
prescritas por norma, desde seu manuseio durante a moldagem até o seu acabamento
final em formato cilíndrico, e para um aperfeiçoamento do processo de inserção dos
mesmos na câmara do LoadTrac-II e montagem do sistema para os ensaios triaxiais.
40
Algumas dificuldades dentro do desenvolvimento deste trabalho podem ser
relevantes como, por exemplo, a preocupação com a integridade da amostra ao cortar o
tubo em segmentos de 10 cm de altura. É preciso ter paciência e bastante cuidado para
não comprimir a amostra no seu manuseio no rodízio durante o corte e, além disso, não
contaminar amostra de solo com a lâmina da serra.
Em todo processo de moldagem dos corpos de prova houve também a
preocupação de não contaminar o solo com o contato direto das mãos do moldador, para
tal foram utilizados papéis filme e celofane, o que pode ser exemplificado com outra
grande dificuldade.
Além disso, por se tratar de uma argila mole, deve existir sempre por parte do
moldador a preocupação de que não se manuseie o material de forma que possa a vir a
imprimir forças de compressão, o que levará a mudança da estrutura do solo e acarretará
em resultados não conclusivos. Ou até mesmo, não será possível a realização do mesmo
devido à deformação visual no corpo de prova.
Outra dificuldade está relacionada ao transporte do corpo de prova do berço
desbastador de altura para a balança de alta precisão e da balança para a célula triaxial.
Como não se pode manusear a amostra com o contato direto das mãos, todo esse
caminho deve ser feito de forma a não contaminar e nem comprimir o corpo de prova,
como mostra a Figura 4.4.
Figura 4.4 – Utilização do papel celofane para transporte do corpo de prova durante a moldagem
41
Após o período de aperfeiçoamento e entendimento de todo processo, desde a
moldagem dos corpos de prova, a inserção dos mesmos na câmara do LoadTrac-II e
montagem do sistema para os ensaios triaxiais de compressão e extensão, os mesmos
mecanismos desenvolvidos com as amostras teste foram utilizados para a execução dos
ensaios definitivos realizados com as amostras retiradas do Campo Experimental do
Sarapuí II, no município de Duque de Caxias/RJ.
4.2. Retirada da Amostra do Campo Experimental de Sarapuí II
Uma campanha de amostragem foi realizada no Campo Experimental do Sarapuí
II, para a realização dos ensaios de compressão do presente trabalho, nas datas indicadas
na Tabela 4.1, que relaciona o amostrador utilizado, a finalidade de utilização das
amostras correspondentes, não obstante apresenta dados relativos ao sistema de
cravação do amostrador.
CAMPANHA PERÍODO FINALIDADE AMOSTRADOR MODO DE
CRAVAÇÃO VELOCIDADE
(mm/s) FORÇA
MEDIDA
1 15/07 a
18/07/2014
Ensaios Triaxiais de
Compressão no Laboratório Fernando Emmanuel
Barata (UFRJ)
Tubo Shelby de Latão
Parede Fina
manual - amostras superficiais
máquina de cravação - amostras profundas
10 não
Tabela 4.1 – Campanha de Amostragem Realizada
Conforme indicado na Tabela 4.1, a finalidade da campanha era a realização de
ensaios triaxiais de compressão. Ensaios estes detalhados no capítulo 4. Portanto, havia
nesta campanha a preocupação quanto à qualidade das amostras no que diz respeito à
preservação de sua estrutura. Os amostradores utilizados foram os de latão, de parede
fina, tipo shelby.
O tubo de parede fina de latão foi biselado em uma extremidade, com ângulo de
corte de aproximadamente 23º, e furado na outra extremidade de modo que facilitasse o
aparafusamento de uma cabeça de shelby, devidamente adaptada. O amostrador detém
um comprimento de 70,0 cm, no entanto a amostra apresenta um comprimento de
aproximadamente 65,0cm.
42
Alguns cuidados fundamentais foram tomados a fim de que se evitasse a
contaminação das amostras. Sendo assim, os tubos depois de cortados e biselados foram
limpos em água fria corrente. Além disso, com o auxílio de uma esponja foi removido o
excesso de óleo proveniente do processo de usinagem. Posteriormente, os mesmos tubos
foram lavados em água morna e secados com papel toalha, para que eventuais resíduos
fossem completamente eliminados.
Após a extração, as amostras foram armazenadas na câmara úmida do
laboratório. Contudo, houve ainda a preocupação de as amostras definitivas não serem
extraídas do Campo Experimental do Sarapuí II com muita antecedência ao período de
execução dos ensaios triaxiais, a fim de garantir a manutenção da umidade de campo da
amostra.
Foram realizados quatro furos no Campo para a extração das amostras. As
profundidades escolhidas para a retiradas das amostras dos ensaios definitivos foram do
nível da argila, ou seja, não considerando a turfa que se apresenta na camada mais
superficial do terreno as margens do Sarapuí, até a cota - 2,00m. Segue abaixo os
croquis esquemáticos de cada furo e a profundidade da amostra retirada.
Figura 4.5 – Croquis do Furo 1
43
Figura 4.6 – Croquis do Furo 2
Figura 4.7 – Croquis do Furo 3
44
Cabe registrar que a amostra 1 do furo 3, no momento de sua extração do solo,
escorregou de dentro do tubo shelby e, sendo assim, ao ser retirada a cabeça constatou-
se que apenas metade do tubo havia sido preenchido. Esta amostra então foi retirada do
tubo e deixada exposta ao sol sem qualquer tratamento, pois a mesma seria descartada.
No entanto, no dia seguinte recolheu-se a amostra antes descartada para ser
levada ao laboratório para que fosse possível o aprimoramento do ensaio em fase de
teste. Após a limpeza do tubo, o shelby foi cravado novamente no furo a 1,40m de
profundidade e foi deixado assim até sua extração no dia seguinte.
Figura 4.8 – Croquis do Furo 4
Em cada um dos quatro furos foram retiradas duas amostras dentro da
profundidade escolhida. Sendo a amostra mais superficial retirada com um tempo de
cravação menor, aproximadamente 50 minutos, que as amostra mais profundas, ais
quais foram extraídas conforme indicado acima.
45
Todos os furos foram executados com auxílio de um trado mecânico que,
mantido em posição vertical com auxílio de níveis de mão, era inserido no solo até a
profundidade desejada. Nos furos executados para a extração das amostras superficiais
não foram considerados necessários a cravação do tubo guia de pvc. No entanto, para
todas as amostras profundas os tubos guias de pvc fora cravados juntamente com a
execução do furo por meio de trado mecânico.
Antes da extração das amostras do solo, para que a estrutura do solo fosse
quebrada na ponta do tubo shelby cravado, os tubos eram rotacionados em sentido
horário por dez vezes e após esse procedimento, numa velocidade constante de 10
mm/s, dava-se início ao processo de extração da amostra.
Figura 4.9 – Rotação do tubo shelby antes da extração da amostra
Após a extração das amostras, o tubo era limpo e arrasava-se a extremidade base
do tubo com uma linha 6ª mi e os tubos então eram vedados, em ambas as
extremidades, com papel filme, papel alumínio e tela de nylon. Estas eram presas com
auxílio de barbantes, parafina derretida e tampa pvc na extremidade base, a fim de se
manter a umidade e integridade da amostra. Na extremidade onde era acoplada a cabeça
do amostrador a vedação foi realizada com parafina derretida.
46
Figura 4.10 – Limpeza do tubo shelby após sua extração do terreno
Figura 4.11 – Corte do excesso de amostra da extremidade base do tubo shelby
47
Figura 4.12 – Inserção do papel filme e papel laminado na extremidade base do tubo shelby
Figura 4.13 – Utilização de barbante e parafina derretida para vedação na extremidade base do
tubo shelby
48
4.3. Calibração dos Equipamentos
Os ensaios triaxiais de compressão e extensão foram executados com
equipamentos automatizados LoadTrac II e FlowTrac II, no Laboratório de Mecânica
dos Solos Fernando Emmanuel Barata.
Visto que os equipamentos encontravam-se há tempo sem uma utilização
constante, as instrumentações da máquina, exceto o LVDT, passaram por uma
recalibração. Todos os procedimentos utilizados na recalibração dos equipamentos serão
descritos a seguir. O certificado de calibração do LVDT do LoadTrac II segue anexo.
4.3.1 Calibração da Célula de Carga do LoadTrac II
Para se medir a tensão de compressão axial durante o ensaio triaxial realizado
com o equipamento da Geocomp, seja ele de compressão ou extensão, é utilizada uma
célula de carga do LoadTrac II.
Tal célula de carga foi calibrada utilizando-se uma prensa de adensamento
adaptada, bem como conjuntos de pesos empregados como estágios de carga, para
carregamento e descarregamento e aferição no leitor do LoadTrac II à massa aplicada na
prensa, como ilustra a Figura 4.14 abaixo.
Figura 4.14 – Conjuntos de pesos utilizados como estágios de carga
49
Sendo o braço de alavanca da prensa da ordem de 10, temos um fator de
correção do pendural da prensa da ordem de 10/1, ou seja, cada peso depositado na
prensa representará uma carga 10 vezes maior na célula de carga. De outro modo, como
a célula de carga utilizada nos ensaios admite uma capacidade de carga máxima de
450N, os conjuntos de pesos escolhidos para serem os estágios de carga de
carregamento e descarregamento foram tais que não ultrapassassem tal valor, conforme
indicado na Tabela 4.2.
Tabela 4.2 – Estágios de Carga utilizados para calibração da célula de carga
Com o LoadTrac II inicializado e o software triaxial.exe aberto, posicionou-se
primeiramente a célula de carga na prensa sem que fosse a ela aplicada nenhuma força.
Aferindo no visor do LoadTrac II a ausência de carga aplicada, como ilustra a Figura
4.15.
Figura 4.15– Esquema LoadTrac II – Prensa utilizado na calibração da célula de carga
# Carga (g) kg Acum (kg) Acum (N)
1 450,25 0,450250 0,45025 44,15444
2 450,38 0,450380 0,90063 88,32163
3 450,67 0,450670 1,35130 132,51726
4 450,64 0,450640 1,80194 176,70995
5 450,59 0,450590 2,25253 220,89773
6 450,41 0,450410 2,70294 265,06787
7 449,61 0,449610 3,15255 309,15954
8 449,52 0,449520 3,60207 353,24240
9 449,57 0,449570 4,05164 397,33015
10 449,70 0,449700 4,50134 441,43066
g = 9,80665 m/s²
50
A partir dessa etapa, inserir o estágio de carga 1para fase carregamento do
pendural da prensa, conforme ilustrado na Figura 4.16.
Figura 4.16 – Estágios de Carga utilizados na fase de carregamento para calibração da célula de
carga
No triaxial.exe, abrir a janela “CalibrateLoad” (Calibrate>Load) e inserir na
coluna “Dial Reading” o valor do estágio 1 em Newtons e clicar em “Read”. Feito isso,
aparecerá na coluna “Sensor Reading” o valor em counts referente ao estágio 1, como
ilustra a Figura 4.17.
51
Figura 4.17 – Janela do programa triaxial.exe auxiliares da calibração da célula de carga
52
Repetir o mesmo procedimento para os dez estágios e, por fim, clicar em
“Calibrate”. Após, o programa irá calcular automaticamente a constante de calibração, o
offset, o desvio padrão e a correlação. Por fim, clicar em “Save”
Após o download dos dados no LoadTrac II e software triaxial.exe executamos
de maneira análoga o descarregamento, como se segue da Figura 4.18, e conferimos se
no visor do LoadTrac II as cargas aplicadas na prensa são as mesmas indicadas. Caso
sim, a calibração da célula de carga está correta.
Figura 4.18 – Estágios de Carga utilizados na fase de descarregamento para calibração da célula
de carga
53
4.3.2 Calibração dos Transdutores de Pressão do FlowTrac II
Para aferir as pressões aplicadas à célula triaxial durante o ensaio triaxial, o
FlowTrac II utiliza-se de medidores de pressão. Sendo assim, da mesma forma que
houve a necessidade de se calibrar a célula de carga, foi realizada a calibração dos
medidores de pressão do equipamento com auxílio de um manômetro digital e o
software triaxial.exe.
No entanto, antes de calibrarmos os medidores do FlowTrac II foi necessário
aferir se o manômetro digital utilizado na calibração dos medidores de pressão era
confiável. Portanto, com auxílio de uma mangueira contendo água destilada foi
realizada a aferição do manômetro digital.
Sabe se que o transdutor de pressão que fica dentro do FlowTrac II está situado a
uma altura de 23,5cm da base da torre do FlowTrac II. Essa torre, levada ao chão da sala
do laboratório, foi a referência zero utilizada para se criar uma graduação auxiliar na
parede da sala do laboratório.
Criada uma graduação de 0,5m em 0,5m na parede do laboratório de uma altura
de 0,0m até 3,0m e utilizando-se da mangueira contendo água destilada checou-se a
calibração do manômetro digital, conforme mostra a Figura 4.19.
Figura 4.19 – Esquema de graduação para aferição da calibração do manômetro digital
54
A partir da confiabilidade do manômetro digital, verificaram-se os transdutores
de pressão e, como indica a Figura 4.20, os transdutores de pressão estavam
completamente descalibrados.
Figura 4.20 - Verificação da calibração dos transdutores de pressão do FlowTrac II
Com o manômetro digital aferido, posicionou-se o mesmo a uma altura
correspondente a localização do centro do corpo de prova simulando uma situação
inicial de ensaio triaxial dentro da câmara do LoadTrac II, como mostra a Figura 4.21.
Isso se deve ao fato de que no estágio inicial do ensaio é preciso garantir que não há
pressão atuando no corpo de prova.
Figura 4.21 – Posição do manômetro digital para calibração dos transdutores de pressão
55
Após posicionar o manômetro digital na referência do centro do corpo de prova,
abrir as janelas “Cell Pressure Control” (Control > Cell Pressure), como mostra a Figura
4.22, e “Calibrate Cell Pressure” (Calibrate > Cell Pressure), como mostra a Figura
4.23.
Figura 4.22 – Janela “Calibrate Cell Pressure” para auxílio da calibração dos transdutores de pressão
56
Figura 4.23 – Janela “Cell Pressure Control” para auxílio da calibração dos transdutores de pressão
57
Na janela “Cell Pressure Control” coloca-se a pressão que se deseja aplicar na
caixa da direita, em kPa, e clica-se em “Go”. Feito isso, o FlowTrac II irá aplicar a
pressão configurada. Como esperado, pois transdutores de pressão estavam
descalibrados, observou-se uma diferença entre a pressão aplicada e a lida no
manômetro digital.
Na outra janela aberta, na “Calibrate Cell Pressure”, deve-se inserir na coluna
“Dial Reading”, a medida indicada no manômetro digital devido à pressão aplicada pelo
FlowTrac II. Ainda na janela “Calibrate Cell Pressure”, clicar em “Read” para que o
programa triaxial.exe faça a leitura indicada em counts do FlowTrac II.
Realizado este procedimento para a primeira linha da janela “Calibrate Cell
Pressure”, outra pressão deve ser aplicada na janela “Cell Pressure Control” e o
procedimento repetido por diversos estágios de pressão.
Para encerrar, clica-se no botão “Calibrate” da janela “Calibrate Cell Pressure” e
automaticamente o programa irá calcular a constante de calibração, o offset, o desvio
padrão e a correlação.
O procedimento de calibração deve ser executado 3 vezes e a constante de
calibração será a média dos três valores encontrados (caso um valor seja discrepante
com relação aos demais, este deve ser excluído).
Tal processo descrito acima deve ser feito para as duas torres do FlowTrac II, ou
seja, tanto a “Cell Pressure” quanto “Sample Pressure”. Para o “Sample Pressure”, abrir
as janelas “Calibrate Sample Pressure”, como ilustra a Figura 4.24 e a janela “Sample
Pressure Control”, como mostra a Figura 4.25.
58
Figura 4.24 – Janela “Calibrate Sample Pressure” para auxílio da calibração dos transdutores de pressão
59
Figura 4.25 – Janela “Sample Pressure Control” para auxílio da calibração dos transdutores de pressão
60
4.4. Procedimentos de Moldagem e Preparação dos Corpos de Prova com as
Amostras Teste
Antes de serem iniciados os ensaios triaxiais de compressão com as amostras
extraídas do Campo Experimental do Sarapuí II, foram utilizadas as amostras teste para
aperfeiçoamento dos procedimentos de moldagem e preparação dos corpos de prova,
bem como também ensaios triaxiais de compressão foram realizados com estas amostras
doadas pela Geomecânica S.A a fim de serem definidos os parâmetros para os ensaios
triaxiais definitivos.
Os corpos de prova utilizados nos ensaios triaxiais de compressão, tanto os
constituídos da argila mole da Geomecânica S.A quanto do Campo Experimental do
Sarapuí/RJ, tem formato cilíndrico de 8,0 cm de altura por 3,55cm (1,4 polegadas) de
diâmetro, sendo assim apresentando um volume de 316,57 cm³. Portanto, obedecendo à
proporção prescrita por norma técnica para execução de ensaios triaxiais, onde a altura
deve ser ao menos duas vezes a medida do diâmetro do corpo de prova.
Para a moldagem e preparação dos corpos de prova foram necessários os
seguintes equipamentos e materiais relacionados abaixo:
1) Rodízio para manuseio do tubo;
Figura 4.26 – Rodízio utilizado para execução do ensaio
61
2) Equipamentos necessários para realização de ensaio triaxial:
Figura 4.27 – Equipamentos: (a) água destilada e deaerada; (b) gabarito metálico com
mangueira pvc acoplada para envelopamento do corpo de prova com membrana plástica; (c)
berço de 8,00 cm para execução da altura dos corpos de prova; (d) torno mecânico; (e) berço
para auxiliar no manuseio da seção do tubo com a amostra de solo; (f) seção de tubo pvc
para auxílio na extração do solo do interior do tubo de amostragem; (g) soquete para auxílio
na extração do solo do interior do tubo de amostragem; (h) trena metálica de 5,0 m; (i)
desbastadores com linha 6ª mi para corte do solo; (j) arco de serra para corte dos tubos
62
3) Materiais necessários para realização de ensaios triaxiais:
Figura 4.28 – Materiais: (a) estilete; (b) papel filme; (c) canetas; (d) papel filtro; (e) agulha
de 15,0 cm com linha 6ª mi; (f) papel celofane; (g) tesoura.
Antes do início da moldagem dos corpos de prova algumas providências devem
ser tomadas a fim de evitar, por exemplo, a perda de umidade da amostra de solo devido
à demora no procedimento de moldagem. Tais precauções auxiliam também, para que o
procedimento de moldagem e posterior execução do ensaio triaxial sejam realizados de
modo contínuo e ininterrupto.
Qualquer interrupção pode vir a ser prejudicial à integridade da estrutura do solo
da amostra do corpo de prova, por exemplo, o que levará a um resultado não condizente
com a realidade.
63
Figura 4.29 – Materiais auxiliares obtidos um dia antes da execução do ensaio triaxial: (a) papel
celofane recortado; (b) membrana plástica; (c) elásticos auxiliares; (d) papel filtro radial; (e)
papel filtro cilíndrico para base e topo dos corpos de prova; (f) pedra porosa; (g) o’rings
Em geral, este procedimento é feito um dia antes da moldagem do corpo de
prova e execução do ensaio. Segue:
1) Recortar o papel celofane em quadrados de 10,0 x 18,0 cm para auxiliar no
manejo da amostra no momento da extração do solo do interior do tubo shelby e
posterior assentamento no torno mecânico. Bem como todo transporte da
amostra depois de retirada da mesma do interior do tubo, a fim de se evitar a
contaminação do solo com o contato das mãos do moldador;
2) Recortar o papel celofane em retângulos de 8,0 x 16,0 cm de comprimento que
será utilizado para retirar a amostra do torno e levá-la ao gabarito para executar a
altura do corpo de prova;
3) Com auxílio da pedra porosa, recortar o papel filtro em círculos que serão
utilizados no ensaio triaxial na base e no topo do corpo de prova;
4) Com auxílio de um gabarito, recortar o papel filtro que será utilizado
radialmente ao corpo de prova durante o ensaio triaxial;
5) Saturar os tubos que compõem as linhas de fluxo de base e topo do LoadTrac-II
com água destilada e deaerada;
64
6) Limpar todo equipamento que será utilizado em todo ensaio, desde a moldagem
do corpo de prova e execução do ensaio, a fim de garantir que não haverá
nenhuma contaminação do solo durante o procedimento em laboratório;
Para o processo de moldagem dos corpos de prova foram seguidas as seguintes
etapas listadas abaixo. Para ilustrar cada etapa foram utilizadas as amostras teste doadas
da Geomecânica S.A:
1) Retira-se o tubo contendo a amostra da câmara úmida do laboratório;
2) Deitar o tubo no rodízio, retirar o lacre com ajuda do estilete e marcar com
caneta a parte do tubo próxima à tampa de topo. Esta parte será descartada, pois
se observou que nesta posição do tubo havia a presença de materiais não
argilosos que não são de interesse para o ensaio triaxial;
Figura 4.30 – Retirada da tampa do tubo contendo parte descartável da amostra
65
3) Retirar a parte descartável do tubo, marcar 10,0 cm de altura a partir do topo do
tubo. Esta marcação servirá para determinar o local onde será extraída parte da
amostra que virá a ser transformada no corpo de prova. Marcar também a
posição da base e do topo da amostra;
Figura 4.31 –Descarte do topo do tubo e marcação da seção de 10,0 cm para moldagem do corpo
de prova
4) Serrar o tubo shelby no local demarcado com a preocupação de não atingir a
amostra de solo e, assim, desestabilizar o solo e perder a amostra. A serragem é
feita em toda a extensão do diâmetro do tubo, porém é fundamental deixar de
serrar ao menos os 2,0 cm finais para que.
5) Antes desses centímetros de tubo serem serrados, passar a linha de nylon pelo
rasgo no tubo a fim de separar o material do pedaço que será desbastado do
restante do tubo. Passar a linha de nylon pelo menos de 3 a 5 vezes, a quantidade
é variável com relação à plasticidade da amostra presente no tubo;
66
6) Finalizar a serragem do tubo shelby e levar os 10,0 cm de amostra para o berço.
Selar o restante do tubo com papel filme, a fim de manter a umidade da amostra
de solo que será utilizada em outras moldagens de corpos de prova para os
ensaios triaxiais;
Figura 4.32 – Extração da seção do tubo para moldagem do corpo de prova
67
7) Marcar com caneta pilot nas duas bases o ponto inicial que será introduzido à
agulha com a linha de nylon para extração da amostra do tubo. Inserir a linha
nesta demarcação próxima ao limite entre o solo e a parede do tubo.
8) Passar a linha por toda a extensão do diâmetro, em geral foram necessário de 5 a
7 passadas com relação à marcação feita no tubo. A variação do número de
passadas é proveniente da textura encontrada na amostra.
9) Retirar a linha e cuidadosamente levar a amostra ao soquete que servirá como
separados da amostra de solo e o tubo shelby. O sentido que deverá ser feita a
extração será o mesmo sentido pelo qual a amostra foi introduzida no tubo, ou
seja, da base ao topo do tubo. Evitando assim que esforços contrários aos
sofridos inicialmente, do período de extração da amostra no campo, afetem a
estrutura do solo e comprometam a amostra e os resultados do ensaio;
Figura 4.33 – Passagem da agulha e linha para separação do solo da parede do tubo
68
10) Extrair o solo do tubo com auxílio do conjunto extravasador;
11) Antes de retirar completamente a amostra de solo do tubo, com auxílio do papel
celofane recortado de 10,0 x 10,0 cm, envolver a amostra para evitar a
contaminação por meio de contato com mão do moldador.
Figura 4.34 - Retirada da seção de amostra de solo com auxílio do conjunto extravasador
69
Figura 4.35 – Inclinar o conjunto extravasador para deitar a amostra na mão do moldador
12) Segurando a amostra, no local onde a mesma está envolvida pelo papel celofane,
cuidadosamente a fim de evitar a compressão da amostra, assentar a amostra de
solo no torno mecânico;
Figura 4.36 - Assentamento da amostra no torno mecânico
70
13) Com auxílio de um desbastador, iniciar o corte da amostra no torno mecânico,
de cima para baixo, até atingir a medida do diâmetro do corpo de prova. É
importante que a amostra seja girada no torno num mesmo sentido, ou horário
ou anti-horário, tanto na base quanto no topo do torno, assim evita-se a quebra
da estrutura da amostra pela torção do movimento da amostra sendo moldada no
torno mecânico;
14) Nesta etapa da moldagem, o corpo de prova assume a forma poligonal
descontínua em suas bases e na parte lateral. Para transformar esta forma em
uma forma cilíndrica regular, realizar o acabamento com a régua metálica com o
mesmo movimento do desbastador, de cima para baixo, e sempre num mesmo
sentido, ou horário ou anti-horário;
Figura 4.37 - Corte da seção de amostra de solo no torno mecânico
71
Figura 4.38 – Acabamento final da amostra de solo no torno mecânico
15) Atingida a forma cilíndrica desejada no torno mecânico, envolver a amostra com
o papel celofane de mesma altura da altura final do corpo de prova, ou seja, 8,0
cm. Envolvida a amostra, erguer a parte de cima do torno mecânico com cuidado
para garantir a integridade do solo;
16) Segurar a amostra apenas pelo papel celofane que envolve a amostra, a fim de
evitar a compressão da estrutura do solo do corpo de prova e retirar a amostra do
torno mecânico tombando-a cuidadosamente para fora do equipamento.
17) Assentar o corpo de prova no gabarito para corte final da altura do corpo de
prova
Figura 4.39 – Passagem do papel celofane em torno do corpo de prova
72
Figura 4.40 – Tombamento do corpo de prova envolto pelo papel celofane para retirada do torno
Figura 4.41 – Assentamento do corpo de prova no gabarito para corte final da altura de 8,0 cm
73
18) No gabarito de altura do corpo de prova, alinhar o papel celofane com as paredes
do berço do gabarito, pois ambos apresentam a mesma altura de 8,0 cm. Utilizar
o desbastador menor para executar corte no topo e na base da amostra;
Figura 4.42 – Corte da altura final do corpo de prova com auxílio do desbastador e gabarito
19) Segurando pelo papel celofane que envolve o corpo de prova, agora já definido
com sua altura final desejada de 8,0 cm e diâmetro de 3,55 cm, retirar o corpo de
prova do berço e levá-lo para pesagem numa balança de alta precisão. Anotar o
valor da pesagem, pois este será utilizado no programa triaxia.exe no momento
da execução do ensaio;
20) Feito isso, saturar com água destilada e deaerada as pedras porosas e papéis
filtro que são utilizados no ensaio na base, no topo e radialmente ao corpo de
prova. Montar o conjunto papel filtro, pedra porosa e papel filtro;
74
Figura 4.43 - Sequência de papel filtro-pedra porosa-papel filtro utilizada na base e topo do
corpo de prova
21) Levar o corpo de prova para a base da câmara do LoadTrac-II. Colocar o corpo
de prova da amostra na base e retirar o papel celofane. Aderir no corpo de prova
o papel radial e no topo montar a mesma sequência de papéis e pedra porosa;
Figura 4.44 – Assentamento do corpo de prova na base da célula triaxial
75
Figura 4.45 – Retirada do papel celofane do corpo de prova
Figura 4.46 – Aplicação do papel filtro radial no corpo de prova
22) Para aplicação do papel filtro radial é necessário que este seja umedecido com
água destilada e deaerada para facilitar a aderência sem que para isso ocorra a
retirada da umidade do corpo de prova;
Figura 4.47 – Início da montagem da sequência de papel filtro – pedra porosa – papel filtro
76
Figura 4.48 – Fim da montagem da sequência de papel filtro – pedra porosa – papel filtro
23) Em toda sequência de papel filtro – pedra porosa – papel filtro é importante que
estes elementos sejam sempre mantidos saturados com água destilada e
deaerada. Assim, torna-se mais fácil a aderência e ao mesmo tempo evita-se a
perda de umidade do corpo de prova;
24) Para envolver o corpo de prova com a membrana plástica, é necessário primeiro
preparar a membrana eo gabarito com a mangueira de borracha. Passar a
membrana na parte interior do gabarito metálico e, com auxílio da mangueira de
borracha. Virar o excesso de membrana plástica na parte externa no gabarito
metálico. Sugar o ar e travar a presilha a fim de aderir e manter a membrana à
parede do gabarito.
Figura 4.49 – Inserir a membrana plástica no gabarito e dobrar os excessos
77
Figura 4.50 – Aderência da membrana plástica no interior do gabarito metálico
25) Envolver o corpo de prova com a membrana. Soltar o prendedor da mangueira
de borracha acoplada permitindo a entrada de ar para prender a membrana
plástica no corpo de prova;
26) Desenrolar o excesso de membrana plástica da parte de baixo do gabarito na
marcação presente na base do LoadTrac-II e prendê-la com os elásticos e os
o’rings, tal procedimento é feito também com auxílio do gabarito. Assim, estará
firme e estanque a parte da base do corpo de prova envolvida pela membrana
plástica;
27) Antes de desenrolar o excesso de membrana plástica do topo do gabarito,
equivalente ao topo do corpo de prova, encaixar o top-cap;
28) Desenrolar o excesso de membrana plástica do topo do gabarito metálico e
envolver a sequência papel filtro – pedra porosa – papel filtro e o top cap sem os
tubos. Iniciar a retirada do gabarito metálico cuidadosamente.
29) Antes de completar a retirada do gabarito, acoplar o elástico e o’ring restante
que havia sido preso ao gabarito metálico. Retirar completamente o gabarito
metálico;
78
Figura 4.51 – Encaixe do top cap e desenrole da membrana plástica na parte de cima do corpo de prova
Figura 4.52 – Desenrole da parte inferior da membrana e retirada do gabarito metálico
30) A fim de garantir ainda mais a estanqueidade do conjunto membrana plástica e
corpo de prova alguns elásticos são utilizados. No ensaio apresentado no
presente trabalho foram utilizados dois elásticos na base e no topo do corpo de
prova.
31) Após o corpo de prova estar preparado e na posição de ensaio, encaixar as
mangueiras saturadas do LoadTrac-II no top-cap.
79
Figura 4.53 – Início do encaixe das mangueiras da célula triaxial
Figura 4.52 – Fim do encaixe das mangueiras da célula triaxial
32) É preciso ter cuidado para o encaixe das mangueiras no top cap. Segurar
cuidadosamente com uma das mãos o top cap e erguer levemente. Com a outra
mão conectar a mangueira no top cap. Deve-se ter cuidado para não comprimir
verticalmente o corpo de prova pela pressão aplicada para inserir as mangueiras
no top cap;
80
33) Fechar a câmara de vidro do LoadTrac-II com a tampa da câmara com a haste
presa e encaixar a haste no top-cap. Vedar com as presilhas;
Figura 4.53 – Fechamento da câmara de vidro da célula triaxial
Figura 4.54 – Vedação com as presilhas
81
34) Para encher a câmara com água destilada e deaerada será necessário um
recipiente contendo a água e duas mangueiras. Uma mangueira será conectada
na base da câmara e no recipiente com a água. A outra mangueira será acoplada
na tampa da câmara, a fim de extravasar o ar presente no interior da câmara a
medida que a água começar a adentrar no LoadTrac-II;
35) Posicionar o recipiente com água a fim de promover um gradiente hidráulico e
aguardar o preenchimento completo da câmara. Ao final do processo, desacoplar
as mangueiras;
36) Finalmente, a câmara e o corpo de prova estão prontos para o início do ensaio
triaxial de compressão e extensão.
82
4.5. Execução do Ensaio Triaxial de Compressão
Sobre o prato da prensa, posicionar a câmara triaxial. Ligar os equipamentos na
sequência correta. Primeiro ligar o LoadTrac II e aguardar a inicialização dos sensores.
Em seguida, ligar o Cell Pressure e aguardar a inicialização dos sensores. Por fim, ligar
e aguardar a inicialização dos sensores do Sample Pressure.
Posicionar o prato da prensa, a fim de que a haste da câmara triaxial fique o mais
próximo possível da célula de carga, sem encostar. Para verificar se a haste não está
realmente encostada pode se passar um papel entre a haste e a célula. Caso o papel não
agarre, a câmara está posicionada corretamente.
Feito isso, o software triaxial.exe pode ser configurado com os parâmetros e
informações pertinentes ao ensaio a ser executado.
Segue abaixo Figura 4.55 apresentando o layout principal do programa.
Figura 4.55 – Layout do software TRIAXIAL.EXE
83
Na tela inicial do triaxial.exe, apresentam-se algumas abas para configuração
dos ensaios. A aba “Project” serve para identificação do ensaio, o que não terá nenhuma
interferência no resultado. Nela, pode-se identificar o ensaio utilizando as caixas de
textos disponibilizadas. Algumas das caixas são consideradas fundamentais para auxílio
do controle e arquivamento dos ensaios.
Figura 4.56 – Layout da aba “Project”
Em “Project Number” o usuário pode dar uma numeração referencial ao ensaio.
Em “Project Name” pode ser dado um nome para o projeto. Na caixa “Location”
expõem-se o local de realização do ensaio triaxial. No item “Date of Test” é importante
preencher com a data do ensaio, pois existirão ensaios que terão a duração de mais de
um dia. Para a caixa “Tester” entrar com o nome do profissional que está responsável
pela execução do ensaio em questão. “Checker” será o profissional que irá verificar os
resultados e gráficos apresentados no final do ensaio. “Description” apresentará a
descrição do ensaio, por exemplo, se ele é de compressão ou extensão.
84
Na aba “Specimen” configurar as informações referentes ao diâmetro inicial do
corpo de prova em “Initial Diameter”, a altura inicial em “Initial Height”, o peso inicial
do corpo de prova na caixa “Initial Sample Weight”. O ensaio necessita de uma
estimativa da gravidade atuante no corpo de prova dentro d’água durante o ensaio, para
tal inserimos as informações na caixa “Specifi cGravity”.
Figura 4.57 – Layout da aba “Specimen”
Na aba “Test Parameters” são discriminados os parâmetros do ensaio referentes
à área do corpo de prova corrigida após adensamento em “Area Correction”. Está pode
ser definida como sem nenhum tipo de correção, “None”, como sendo uma área
uniforme em “Uniform” e, por fim, com correção parabólica em “Parabolic” onde se
admite que no adensamento as faces laterais do corpo de prova assumem o formato
parabólico.
85
Ainda nesta aba pode ser inserido o fator de correção para a membrana em
“Membrane Correction Factor”, especificar em que fase deseja-se iniciar o ensaio
utilizando os itens “Initialization”, “Consolidation/A”, “Saturation”, “Consolidation/B”
e “Shear”. Emgeral, o ensaio é iniciado pela fase “Initialization”. Em “Test type” pode
ser definido qual o tipo de ensaio será realizado, se drenado, não drenado, drenado de
extensão, etc
Figura 4.58 – Layout da aba “Test Parameters”
86
Na aba “Initialization” é possível definir as tensões iniciais horizontais e
verticais, bem como a poro pressão aplicadas no corpo de prova. Define-se também a
velocidade de aplicação das tensões e a duração do fase.
Figura 4.59 – Layout da aba “Initialization”
Na aba “Saturation” é configurado os parâmetros para execução da saturação do
corpo de prova do ensaio triaxial. Nela, é definido o incremento de pressão a cada
tempo na caixa “Pressure Increment”. Em “Pressure Rate” tem-se a velocidade com que
o incremento de pressão é aplicado. É configurado também a pressão mínima e máxima
aplicada nesta fase do ensaio em “Minimum Cell Pressure” e “ Maximum Cell
Pressure”. O parâmetro B é definido através da caixa “Minimum Saturation Ratio” e
pode-se definir ainda em quantos ciclos de incremento de pressão podem ser executados
até que o parâmetro B seja atingido.
87
Para “T1” define-se o tempo que o parâmetro B vai sendo atualizado pelo
programa. Deve ter a duração entre 2 e 30 minutos, sendo utilizado para argilas sobre
adensada de baixa permeabilidade o tempo máximo de 30 minutos. Em “T1”, a pressão
é aplicada na célula triaxial de acordo com a velocidade definida, mas a poro pressão é
incrementada lentamente.
Para “T2” não há atualização do parâmetro B e a poro pressão é mantida e sua
duração depende do tipo de solo e grau de saturação inicial do mesmo.
Em “T3” ocorre a equivalência dos parâmetros definidos, ou seja, o programa
busca atingir e manter os parâmetros definidos pelo operador até retornar ao “T1” e
novamente atualizar o parâmetro B.
E, finalmente, em “T4” temos a definição do tempo máximo da fase de saturação
do corpo de prova.
Figura 4.60 – Layout da aba “Saturation”
88
Na aba “Consolidation/B Table” são definidas as tensões efetivas verticais e
horizontais que serão aplicadas ao corpo de prova durante o adensamento nas colunas
“Effective Horizontal Stress” e “Effective Vertical Stress”. Para o ensaio triaxial de
compressão do presente trabalho foram definidas 5 fases de adensamento a fim de que
não se aplicasse uma tensão tal que pudesse levar o corpo de prova a ruptura antes da
fase de cisalhamento.
A coluna “Stress Rate” define a velocidade de incremento das tensões, cada fase
precisa ser executada com um tempo máximo e um tempo mínimo, para tal basta o
preenchimento das colunas “Maximum Duration” e “ Minimum Duration”.
Nessa aba também é possível ser definido o parâmetro K0. Para o caso dos
ensaios realizados no presente trabalho, por se considerarem amostrar superficial, ou
seja, até 1,0 m de profundidade, foi adotado o parâmetro K0 = 1. Sendo assim, as
tensões verticais são sempre iguais as horizontais.
Figura 4.61 – Layout da aba “Consolidation/B Test”
89
Na aba “ShearTable” é a aba que configura-se a fase de cisalhamento que levará
o corpo de prova a ruptura. Para o ensaio de compressão triaxial aplica-se uma tensão
vertical na coluna “Vertical Stress”. A coluna de importância relevante nessa fase é a
coluna “Maximum Strain”, pois é nela que se define até que porcentagem do volume o
corpo de prova irá sofrer uma deformação. Por conseqüência disso, quanto maior a
deformação será mais simples de se encontrar o ponto do caminho de tensão tangencial
a envoltória de resistência.
Figura 4.62 – Layout da aba “Shear Table”
Após inserir nas abas todos os parâmetros necessários para dar início ao ensaio
triaxial de compressão é necessário que sejam executados alguns procedimentos
preliminares com auxílio do próprio software triaxial.exe.
90
A primeira providência preliminar a ser feita é uma calibração interna entre os
sensores dos equipamentos LoadTrac II e FlowTrac II. Essa calibração é feita com o
posicionamento das linhas do FlowTrac II, Cell Pressure e Por Pressure, na mesma
altura do centro do corpo de prova. Já inserido dentro da câmara cheia de água e
posicionada na máquina.
“Sangrar” as linhas de fluxo tanto do Cell Pressure quanto do Sample Pressure
afim de garantir que o nível d’água está realmente no mesmo nível do centro do corpo
de prova.
Após “sangrar” e posicionar as linhas abrir, no software triaxial.exe, ambas as
janelas “System Monitor” (View > System Monitor) e “Calibration Summary”
(Calibrate > Summary).
Segue abaixo a sequência de telas ilustradas pela Figura 4.63 a 4.66.
Figura 4.63 – Clicar em “View” para abrir a janela “System Monitor”
91
Figura 4.64 – Janela auxiliar “System Monitor” para calibração dos sensores antes do início do
ensaio triaxial
Figura 4.65 – Clicar em “Calibrate” para abrir a janela “Calibrate Summary”
92
Figura 4.66 – Janelas auxiliares para calibração dos sensores antes do início do ensaio triaxial
A primeira calibração inicial realizada é a calibração do sensor que detecta a
quantidade de carga aplicada no corpo de prova. Este sensor é definido pelo “Load” em
ambas as janelas. Para que os sensores dos equipamentos tomem a referência zero como
sendo o centro do corpo de prova é preciso que, em ambas as janelas, seja apresentado o
mesmo valor em “counts”.
Portanto, o valor em “counts” apresentado na janela “System Monitor” deve ser
copiado e colado na janela “Calibration Summary” na caixa “Offset”. Após colar o
valor, clicar em “Apply” para o valor ser aplicado na janela e, na sequência, clicar em
“Download” para que este novo valor seja passado para os demais sensores do
LoadTrac II e FlowTrac II. Por fim, clicar em “Ok”.
93
Figura 4.67 – Calibração inicial do sensor de carga “Load”
Pela janela “Calibration Summary” na caixa “Channel” é possível aplicar o
mesmo procedimento de calibração inicial para os demais sensores. Sendo assim, é
preciso mudar em “Channel” para os sensores “Displacement”, o qual fará com que o
marco zero seja a posição em que o prato se encontra “Cell Pressure” e “Sample
Pressure” que são, respectivamente, as pressões aplicadas na célula triaxial e poro
pressão no interior do corpo de prova.
Verificar ao final deste procedimento que todos os sensores terão se confrontado
e definido suas posições iniciais.
94
Figura 4.68 – Calibração inicial do sensor do prato elevatório “Displacement”
Figura 4.69 – Calibração inicial do sensor de pressão “Cell Pressure”
95
Figura 4.70 - Calibração inicial do sensor de pressão “Sample Pressure”
Realizada a calibração inicial dos sensores do equipamento, inserir as linhas nas
válvulas e deixá-las abertas. Apenas a válvula 4 deverá permanecer fechada. O ensaio
triaxial, propriamente dito estará prestes a se inicializar.
Para inicializar o ensaio triaxial de compressão deve se salvar o arquivo.exe na
pasta desejada (Run > Start) e, automaticamente, o ensaio terá início.
96
Figura 4.71 – Clicar em “Run” e, em seguida, clicar em “Start” para salvar o arquivo antes de iniciar o
ensaio
Figura 4.72 – Salvar o arquivo numa pasta selecionada pelo operados
97
Ao clicar em “Salvar” será iniciada automaticamente a primeira fase do ensaio
triaxial. A janela chamada de “Initializing Flow Pumps” surgirá na tela. Clicar em
“Sim” para que seja iniciado o fluxo de água dentro dos equipamentos FlowTrac II.
Nesta fase o recipiente que contém água destilada e deaerada dentro das duas torres do
FlowTrac II, tanto o Sample quanto o Cell Pressure será esvaziado e enchido até a
porcentagem definida previamente.
Figura 4.73 – Janela “Initializing Flow Pumps” abre automaticamente. Clicar em Sim.
98
Figura 4.74 – Processo de inicialização dos reservatórios do FlowTrac II em curso
Foi observado que há um fluxo de água durante o ensaio que fez com que fosse
necessário se preencher recipiente do Sample Pressure com 90% de sua capacidade total
e, para o Cell Pressure, com 10% de sua capacidade.
Para este ajuste ser feito, foi seguido o caminho Options > Hadware para abrir a
janela “Hadware Setup” e nela serem definidos os volumes iniciais dos recipientes de
água.
99
Figura 4.75 – Clicar em “Options” e, em seguida, clicar em “Hardware” para abrir a janela
“Hardware Setup”
Figura 4.76 - Configuração dos recipientes de água internos dos FlowTrac’s
100
Ao fim da fase de “Initializing Flow Pumps” o programa passa automaticamente
para a fase “Position Platen”. Clicar em “Sim” para permitir que o prato da prensa
comece a ser erguido até encostar na célula de carga.
Figura 4.77 – Janela “Position Platen” abre automaticamente ao fim da fase “Initializing Flow Pumps”.
Clicar em “Sim”.
101
Figura 4.78 – Janela “Positioning Platen” se abre enquanto o prato começa a se erguer
Assim que o prato para de subir, o motor que ergue o prato da prensa irá parar de
funcionar e as luzes do LoadTrac II se apagarão.
Posicionado o prato da prensa, deve-se clicar em “ok”. Posteriormente, o
programa solicitará ao operador que destrave o pistão. Ao destravar o pistão e, após
clicar em “ok” o ensaio triaxial de compressão é iniciado efetivamente.
102
Figura 4.79 – Janela “Unlock Piston” se abre automaticamente. Após destravar o pistão, clicar em “Ok”.
Com o destravamento do pistão e o início automático do ensaio o programa entra
em uma nova fase inicial, chamada de “Initialization Phase”. Está fase é de extrema
importância, pois nela será possível retirar o ar que por ventura venha a existir dentro de
todo o circuito. O ar pode estar presente entre o corpo de prova e a membrana plástica,
pode ter entrado ar no momento em que as mangueiras foram acopladas ao sistema, no
encaixe das mangueiras no top cap, etc.
Portanto, é preciso que este ar presente no circuito seja extraído e , para isso,
alguns procedimentos são realizados durante esta fase, conforme descrito a seguir.
103
A primeira fase do ensaio triaxial é a fase “Initialization Phase”. Nesta fase
mantemos todas as válvulas abertas para que haja um fluxo e assim o ar que possa vir a
ter dentro da membrana plástica ou dentro de alguma mangueira seja expelido.
Quando um fluxo contínuo de água, passando por todo o sistema, for criado
significa que não existe mais ar dentro do sistema do ensaio triaxial. Sendo assim, a
válvula 4 pode ser fechada., visto que trata-se de um ensaio de compressão não drenado.
Figura 4.80 - Fase do ensaio triaxial de compressão não drenado “Initialization Phase”
104
A segunda fase do ensaio é a fase “Saturation Phase” onde o corpo de prova será
saturado e, atingido o parâmetro B determinado pelo operador, automaticamente o
software passará para a terceira fase.
Figura 4.81 – Fase do ensaio triaxial de compressão “Saturation Phase”
Para os ensaios triaxiais de compressão realizados, tanto os ensaios teste quanto
os ensaios contendo as argilas extraídas do Campo Experimental do Sarapuí II, o
parâmetro B estipulado como o ideal para que o ensaio prosseguisse para as fases
seguintes foi de 97% de saturação.
Em alguns ensaios, notou-se que mesmo após se atingir o parâmetro B
estipulado, a fase de adensamento não se iniciava automaticamente como esperado.
Pelas observações, é fato afirmar que se caso não tivesse sido executado na fase de
inicialização do ensaio os procedimentos para se expelir o ar dos vazios do corpo de
prova ou, o ar existente dentro do sistema do ensaio triaxial, o parâmetro B era atingido
de forma equivocada e as fases não eram passadas da maneira esperada.
105
A terceira fase é a fase “Consolidation/B Test” onde o corpo de prova será
adensado de acordo com os parâmetros definidos pelo operador. No presente trabalho,
todos os ensaios realizados foram executados com cinco estágios de adensamento.
O adensamento realizado em fases prima pela preocupação de não ser imposto
uma tensão ao corpo de prova que possa vir a leva-lo a ruptura antes do esperado. Os
ensaios teste foram cruciais para que fosse possível a identificação de que um ensaio de
excelência no seu resultado era possível de ser alcançado com cinco estágios de
adensamento.
Sendo assim, segue de forma ilustrativa a fase de adensamento, chamada de
“Consolidation/B Test” e seus cinco estágios de incremento de tensão até a tensão final
desejada de adensamento.
Figura 4.82 – Estágio 1 de incremento de tensão da fase de adensamento
106
Figura 4.83 - Estágio 2 de incremento de tensão da fase de adensamento
Figura 4.84 - Estágio 3 de incremento de tensão da fase de adensamento
107
Figura 4.85 - Estágio 4 de incremento de tensão da fase de adensamento
Figura 4.86 - Estágio 5 de incremento de tensão da fase de adensamento
108
Ainda sobre a fase de adensamento, os estágios de incrementos de tensão são
executados de forma contínua e as mudanças de estágios são realizadas de uma forma
automática pelo programa. O incremento de tensão é realizado rapidamente, conforme a
velocidade escolhida pelo operador, e cada estágio respeita rigorosamente o tempo
estipulado pelo operador para a duração de cada faze. Ou seja, a tensão é aplicada e
mantida todo o tempo do estágio até que se inicie o próximo estágio de incremento de
tensão.
Esse procedimento é realizado por todos os estágios, respeitando cada tempo
estipulado. Não foi observado nenhum caso de passagem de um estágio para o outro
antes do tempo estimado pelo operador, mesmo aparentemente já ser possível afirmar
que o corpo de prova, para aquela tensão, já ter atingido o adensamento esperado.
Após o adensamento, o programa entra na fase final, a fase “ShearTable” onde
ocorrerá o cisalhamento do corpo de prova até o parâmetro desejado no ensaio triaxial
de compressão.
Figura 4.87 - Fase do ensaio triaxial de compressão “Shear Step”
109
É possível acompanhar, em cada fase, o desenvolvimento do ensaio triaxial de
compressão através de gráficos que o programa passa a desenvolver à medida que os
dados são coletados pelos sensores.
Na fase “Shear Step” é possível acompanhar o caminho de tensão ser esboçado
pelo programa. À medida que a tensão vertical é aplicada e a tensão horizontal é
mantida dentro da célula triaxial o corpo de prova vai sendo comprimido e, através dos
sensores do LoadTrac II os dados são coletados e o caminho de tensão para o ensaio vai
sendo monitorado.
Interessante ressaltar que nesta fase do ensaio pode-se afirmar que o ensaio foi
bem sucedido ou não. Visto que o comportamento esperado do caminho de tensões é
analisado passo a passo, se ele apresentar o seu formato esperado, ou seja, fase inicial à
45º para direita e depois seu retorno para esquerda em forma curvilínea, garante-se o
sucesso do ensaio e o estudo dos parâmetros de resistência será também bem sucedido.
Finalmente, após atingir o parâmetro de deformação estipulado pelo operador o
ensaio é finalizado.
Figura 4.88 – Tela final do ensaio triaxial
110
Os parâmetros de deformação foram exaustivamente testados nos ensaios teste e,
por fim, obteve-se uma taxa de 12% para ensaios com tensões a partir de 100 kPa e de
15% de deformação aceitável em tensões abaixo de 100 kPa para os ensaios realizados
com a argila mole do Campo Experimental do Sarapuí II.
Com estas taxas, o caminho de tensão descreve uma trajetória perfeita,
exatamente como esperada. Portanto, fica bem definido o local da trajetória que
tangencia a envoltória de ruptura e torna-se fácil a identificação desse ponto de ruptura
nos dados exportados pelo programa.
Com relação aos equipamentos LoadTrac II e FlowTrac II, a finalização do
ensaio triaxial automatizado de compressão requer algumas precauções e devem ser
seguidas conforme o roteiro a seguir:
a. Após o aviso de “TEST FINISHED”, clicar em “Ok”.
b. Clicar em FILE > LOAD > carregar o próprio arquivo do ensaio recém
terminado > ABRIR.
c. FILE > SAVE, para salvar o arquivo do ensaio executado.
d. FILE > DUMP > ENGINEERING > escolher uma pasta e salvar o arquivo
‘engineering’;
e. FILE > DUMP > DEVICE > escolher uma pasta e salvar o arquivo ‘device’
f. DESCARREGAR > para descarregar a célula triaxial é necessário ou abrir as
válvulas “supply valves” dos FlowTrac’s ou abrir o arquivo ‘descarregar’.
111
5. APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS
Este capítulo ter por finalidade apresentar todos os ensaios realizados para a
obtenção dos parâmetros de resistência da argila mole do Sarapuí II.
Foram realizados 3 ensaios para obtenção da envoltória de resistência das
amostras retiradas do Campo Experimental do Sarapuí II. Destes 3 ensaios de
compressão CIU realizados foram obtidos os seguintes resultados, expostos nas Figuras
5.1 e 5.2.
O primeiro ensaio foi realizado com tensão de adensamento de 50 kPa, executado
em 5 estágios de 10 kPa cada um. O segundo ensaio foi realizado com tensão de
adensamento de 100kPa, executado em 5 estágios de 20 kPa cada um. E, por fim, o
terceiro ensaio foi realizado com tensão de adensamento de 200kPa, em 5 estágios de
40kPa cada.
Os gráficos de cada ensaio executado são apresentados em anexo.
Figura 5.1 – Gráfico tensão desviadora x deformação axial
0
20
40
60
80
100
120
140
0 5 10 15 20 25
σ'1
-σ
'3
Ea
50 kPa
100 kPa
200 kPa
112
Pelo gráfico da Figura 5.1 pode-se verificar o comportamento dos três ensaios
realizados com as amostras de argila mole extraídas do Campo Experimental do Sarapuí
II com relação à deformação versus a tensão desviadora para ruptura do corpo de prova
por compressão.
Figura 5.2 – Gráfico da envoltória de resistência
Pelo gráfico da Figura 5.2 pode-se observar que os caminhões de tensões de
todos os ensaios realizados com as amostras de argila mole retiradas do Campo
Experimental do Sarapuí II tiveram suas trajetórias definidas da maneira esperada.
Desta forma, pode afirmar que os ensaios foram bem sucedidos e podem caracterizar o
parâmetro de resistência da argila mole do Sarapuí em profundidades superficiais até
2,0m.
y = 0,3419x + 3,9826
R² = 0,9996
0
10
20
30
40
50
60
70
0 50 100 150 200 250
τ(k
Pa
)
σ' (kPa)
50 kPa
100 kPa
200 kPa
B
Linear (B)
113
6. CONCLUSÃO
Desde os estudos desenvolvidos por Terzaghi até os dias de hoje, passando pelos
ensaios de laboratório automatizados, nota-se que ainda há muito a se evoluir no
entendimento da Geotecnia e suas aplicações na prática de uma maneira cada vez mais
segura e eficaz.
As preocupações com as amostragens dos solos e todos os procedimentos que
levam a determinação dos parâmetros de resistência dos solos por meio dos ensaios
triaxiais de laboratório são extremamente importantes para que os parâmetros de
resistência determinados sejam confiáveis.
Sendo cada etapa de obtenção dos parâmetros executada com cautela e atenção
precisa, teremos cada vez mais embasamento teórico a serviço da boa prática da
engenharia e será cada vez mais escasso o surgimento de projetos mal desenvolvidos e
executados. Portanto, como exposto no presente trabalho cada etapa é crucial para o
sucesso dos projetos de engenharia geotécnica.
Para a argila mole do Campo Experimental do Sarapuí II foi determinado através
de ensaio triaxial de compressão não drenado, a partir das associações geométricas
expostas, que o ângulo de atrito de resistência é de 20º para argilas situadas nas camadas
mais superficiais até 2,0 m de profundidade.
Como sugestões para outros trabalhos de estudo dos parâmetros da argila mole
do Sarapuí II será de grande relevância a execução de ensaios triaxiais de extensão para
as mesmas profundidades e a comparação dos resultados entre a resistência de
compressão e de extensão.
114
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
LAMBE, T. W., WHITMAN, R. V., 1969, Soil Mechanics. New York, John Wiley
& Sons.
SKEMPTON, A. W., 1954, “The pore-pressure coefficients A and B”,
Geotechnique n. 4, pp. 143-147.
PINTO, C de S, 2006, Curso Básico de Mecânica dos Solos. 3ª ed. São Paulo,
Oficina de Textos.
TELES, G. L. V, 2013, Estudo sobre os Parâmetros de Resistência e
Deformabilidade da Areia de Hokksund, Trabalho Final de Graduação Engenharia
Civil, UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
LINS, A. H. P., 1980, Ensaios Triaxiais de Compressão e Extensão na Argila Cinza do Rio de Janeiro em Botafogo, Tese de M. Sc., COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil. MARTINS, I. S. M., 1992, Fundamentos de um Modelo de Comportamento de Solos Argilosos Saturados, Tese de D. Sc., COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil. GEOCOMP, 2009, Triaxial User’s Manual. Massachusetts, EUA.
115
8. ANEXOS (Gráficos e Calibrações)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 5 10 15 20 25
q/p
'
Ea
50 kPa
100 kPa
200 kPa
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 5 10 15 20 25
(σ'1
-σ
'3)/
σ'3
Ea
50 kPa
100 kPa
200 kPa
116
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10 15 20 25
u
Ea
50 kPa
100 kPa
200 kPa
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 5 10 15 20 25
u/σ
'3
Ea
50 kPa
100 kPa
200 kPa
117
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 5 10 15 20 25
q/p
'
Ea
50 kPa
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0 5 10 15
q/p
'
Ea
100 kPa
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0 5 10 15
q/p
'
Ea
200 kPa
118
0
5
10
15
20
25
30
35
0 5 10 15 20 25
σ'1
-σ
'3
Ea
50 kPa
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 2 4 6 8 10 12 14
σ'1
-σ
'3
Ea
100 kPa
0
20
40
60
80
100
120
140
0 2 4 6 8 10 12 14
σ'1
-σ
'3
Ea
200 kPa
119
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 5 10 15 20 25
(σ'1
-σ
'3)/
σ'3
Ea
50 kPa
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
0 5 10 15
(σ'1
-σ
'3)/
σ'3
Ea
100 kPa
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 5 10 15
(σ'1
-σ
'3)/
σ'3
Ea
200 kPa
120
0
5
10
15
20
25
30
35
0 5 10 15 20 25
u
Ea
50 kPa
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10 15
u
Ea
100 kPa
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 2 4 6 8 10 12 14
u
Ea
200 kPa
121
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 5 10 15 20 25
u/σ
'3
Ea
50 kPa
0
2
4
6
8
10
0 2 4 6 8 10 12 14
u/σ
'3
Ea
100 kPa
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
0 2 4 6 8 10 12 14
u/σ
'3
Ea
200 kPa
122
123
124
125
126
