Ensaio triaxial

Definição, fases do ensaio triaxial, equipamentos do ensaio triaxial, execução do ensaio triaxial

1. Ensaio triaxial Anderson Martins de Mello André Souza Santos Jelson Feitosa Nelson Poerschke

2. O ensaio de compressão triaxial é um dos mais confiáveis métodos disponíveis para a determinação dos parâmetros da resistência ao cisalhamento. É usado amplamente para ensaios de pesquisa e convencionais . INTRODUÇÃO

3. Nesse ensaio, um corpo de prova de solo de cerca de 36 mm de diâmetro e 76 mm de comprimento geralmente é utilizado. O corpo de prova é envolvido por uma fina membrana de borracha e colocado dentro de uma câmara cilíndrica que é normalmente preenchida com água ou glicerina. O corpo de prova é submetido a uma pressão de confinamento por compressão do fluido na câmara.

4. Para provocar a ruptura por cisalhamento no corpo de prova, deve-se aplicar uma tensão axial por meio de uma haste de carregamento vertical. Essa tensão pode ser aplicada em uma de duas formas: a . Aplicação de pesos ou pressão hidráulica em incrementos iguais até que o corpo de prova rompa. (A deformação axial do corpo de prova resultante da carga aplicada por meio da haste é medida por meio de um extensômetro. b . Aplicação da carga axial a uma taxa constante por meio de uma prensa de carregamento mecânica ou hidráulica. Esse é um ensaio de deformação controlada .

5. A carga axial aplicada pela haste de carregamento correspondente a uma dada deformação axial é medida por um anel dinamométrico ou célula de carga fixada à haste. As conexões para medir a drenagem interna ou externa ao corpo de prova ou para medir a poropressão (de acordo com as condições de ensaio) também são fornecidas. Os três tipo-padrão de ensaios triaxiais relacionados a seguir são geralmente realizados. Ensaio adensado drenado ou ensaio drenado (ensaio CD). Ensaio adensado não-drenado (ensaio CU). Ensaio não-adensado não-drenado ou ensaio não-drenado (ensaio UU ) .

6. Prensa de compressão; Unidade de controle de pressões; Compressor; Reservatório de água desgazificada; e Microcomputador (monitoramento e aquisição de dados automática ). EQUIPAMENTO

7. Figura 01: Prensa para ensaio de compressão Fonte: http://www.perta.pt/produtos/ensaio-de-compressao-marshall/

8. Figura 02: Prensa para ensaio de compressão Fonte: Prof Dr Celso Augusto Guimarães Santos - UFPB

9. Figura 03: Prensa para ensaio de compressão Fonte: Prof Dr Celso Augusto Guimarães Santos - UFPB

10. Figura 04: Equipamento completo para ensaio de compressão Fonte: Prof Dr Celso Augusto Guimarães Santos - UFPB

11. No ensaio CD, o corpo de prova saturado é submetido primeiro a uma pressão de confinamento em toda a sua volta,  3 , por compressão do fluido da câmara . TIPOS DE ENSAIO TRIAXIAL ENSAIO TRIAXIAL ADENSADO DRENADO (CD)

12. Neste ensaio há permanente drenagem do corpo de prova. Aplica-se a tensão confinante (  3 ) e espera-se o corpo de prova adensar (24 a 48 horas). A seguir, a tensão axial (  d ) é aplicada lentamente, permitindo a dissipação do excesso de pressão neutra ( u ) gerada pelo carregamento (até uma semana). Desta maneira a pressão neutra durante o carregamento permanece nula e as tensões totais medidas são às tensões efetivas. Com o objetivo de ilustrar o ensaio CD, a Figura 05 apresenta algumas curvas características de cada etapa .

13. . Figura 05: Ensaio triaxial drenado adensado Fonte: Fundamentos de Engenharia Geotécnica - Braja M. Das

14. A figura 06 apresenta o envoltório de ruptura da tensão efetiva a partir de ensaios drenados em areia e argila normalmente adensada . Figura 06: Envoltória de ruptura da tensão efetiva a partir de ensaios drenados em areia e argila normalmente adensada. Fonte: Fundamentos de Engenharia Geotécnica - Braja M. Das

15. O ensaio adensado não-drenado é o tipo mais comum de ensaio triaxial. Nesse ensaio, aplica-se a tensão de confinamento permitindo-se a drenagem do corpo de prova (adensamento), até a completa dissipação do excesso de pressão neutra gerada pela aplicação da tensão confinante. Fecham-se os registros do canal de drenagem e aplica-se a tensão axial (desviadora) até a ruptura, medindo-se as pressões neutras geradas pelo carregamento (o teor de umidade permanece constante na fase de cisalhamento ). ENSAIO TRIAXIAL ADENSADO NÃO DRENADO (CU)

16. As pressões medidas são as tensões totais (  ), e com a obtenção da pressão neutra ( u ), determinam-se as tensões efetivas pela expressão:  ' =  – u . Os padrões gerais de variação de  d e  u d com a deformação axial para solos de areia e argila são mostrados na figura. Figura 07: Ensaio adensado não-drenado Fonte: Fundamentos de Engenharia Geotécnica - Braja M. Das

17. A figura mostra os círculos de Mohr da tensão efetiva e total no momento da ruptura obtidos por ensaios triaxiais adensados não-drenados em areia e argila normalmente adensada. Figura 08. Envoltórias de ruptura da tensão efetiva e total para ensaios triaxiais adensados não-drenados. Fonte: Fundamentos de Engenharia Geotécnica - Braja M. Das

18. Em ensaios não-adensados não-drenados, a drenagem do corpo de prova do solo não é permitida durante a aplicação da pressão da câmara  3. O corpo de prova do ensaio é cisalhado até a ruptura pela aplicação da tensão desviadora,  d , e a drenagem é impedida. Como a drenagem não é permitida em nenhum estágio, o ensaio pode ser realizado rapidamente. Por causa da aplicação da pressão de confinamento da câmara  3 , a poropressão no corpo de prova do solo aumentará de u c . Um aumento adicional na poropressão (  u d ) ocorrerá por causa da aplicação da tensão desviadora. Portanto, a poropressão total u no corpo de prova em qualquer estágio da aplicação da tensão desviadora pode ser dada como u = u +  u d . ENSAIO TRIAXIAL NÃO ADENSADO NÃO DRENADO ( U U)

19. Este ensaio normalmente é realizado em corpos de prova de argila e depende de um conceito de resistência muito importante para solos coesivos se o solo for completamente saturado. A tensão axial acrescentada durante a ruptura (  d ) f é praticamente a mesma independentemente da pressão de confinamento da câmara. Essa propriedade é mostrada na Figura 09. A envoltória de ruptura para círculos de Mohr da tensão total torna-se uma linha horizontal e, portanto, é chamada de uma condição de  = 0.

20. Figura 09: Círculos de Mohr da tensão total e envoltório de ruptura obtidos a partir de ensaios triaxiais não-adensados não-drenados em solo coesivo 100% saturado. Fonte: Fundamentos de Engenharia Geotécnica - Braja M. Das

21. Várias trajetórias de tensões; Controle de drenagem; Conhecimento do estado de tensão em qualquer plano; O plano de ruptura não é pré-determinado; e É possível a obtenção da pressão neutra em qualquer estágio do ensaio . VANTAGENS E DESVANTAGENS ENSAIO TRIAXIAL VANTAGENS

22. Custo relativamente elevado; e Ensaio axi -simétrico (considera dois planos com mesmo estado de tensões ). DESVANTAGENS

23. - drenagem permitida em ambas as etapas; - parâmetros buscados: resistência em termos de tensões efetivas ; - APLICAÇÃO: análise da resistência ao cisalhamento em solos permeáveis . TIPO DE ENSAIO X APLICAÇÃO ENSAIO ADENSADO DRENADO (CD)

24. - drenagem permitida apenas na primeira etapa; - parâmetros buscados: resistência em termos de tensões totais e efetivas ; e - APLICAÇÃO: análise a curto prazo da resistência ao cisalhamento de solos de baixa permeabilidade consolidados. ENSAIO ADENSADO NÃO DRENADO ( CU)

25. - drenagem não permitida em ambas as etapas; - resistência obtida em termos de tensões totais ; e - APLICAÇÃO: análise a curto prazo da resistência ao cisalhamento de solos de baixa permeabilidade não consolidados . ENSAIO NÃO ADENSADO NÃO DRENADO (UU)

26. É um ensaio de compressão confinada no qual se utiliza um corpo de prova cilíndrico envolvido por uma membrana de látex. O corpo de prova é inserido em uma câmara de acrílico transparente. O espaço entre a membrana e a parede da câmara é preenchido com água pressurizada produzindo a tensão de confinamento. A prensa comprime o corpo de prova contra o pistão (ou êmbolo) com velocidade constante, até a ruptura por cisalhamento. Medidores associados ao pistão permitem medir: • variação de altura da amostra e • força axial atuante no pistão (N ).   FASES DE EXECUÇÃO DO ENSAIO

27. Figura 10: Máquina Multiensaio Master Loader - Detalhe da prensa e pistão Fonte: Ingeniería de control de calidad – disponível em http://www.icc.com.ve/detalle.php?id=69702

28. Figura 11: Detalhe das válvulas “a”, “b”, “c” e “d” Fonte: http://pt.slideshare.net/rogeriojms/mecsolos   A válvula “a” permite medir a poropressão que atua no solo (u). As válvulas “b” e d” permitem: • Se abertas : Aliviar a poropressão e medir a variação de volume do solo • Se fechadas : Impor . A válvula “c” permite aplicar uma tensão confinante de valor conhecido ( ).  

29. - Moldar um corpo de prova cilíndrico a partir de amostra indeformada; medir V e H . - Envolver o corpo de prova com uma membrana de látex, instalar na câmara e encher a câmara com água . MOLDAGEM

30. Opção 01: Utilizada quando for realizado o ensaio Consolidado Drenado (CD) (ensaio lento). Para solos de alta permeabilidade consolidados (adensados). Mantendo a drenagem do corpo de prova aberta, aplicar e aguardar o fim do adensamento do corpo de prova (24 a 48 horas).   ADENSAMENTO OU CONSOLIDAÇÃO

31. Há permanente drenagem do corpo de prova. Aplica-se a pressão confinante e espera-se que o corpo, com a dissipação da pressão neutra, adense. A seguir, a tensão axial é aumentada lentamente, para que a água sob pressão possa sair. Desta forma, a pressão neutra durante todo o carregamento é praticamente nula, e as tensões totais aplicadas indicam as tensões efetivas que estavam ocorrendo, sendo portanto os parâmetros determinados em termos de tensões efetivas. Se o solo for muito permeável (areias), o ensaio pode ser realizado em poucos minutos, mas, para argilas, o carregamento axial pode requerer 20 dias ou mais .

32. Opção 02: Utilizada quando for realizado o ensaio Consolidado Não-Drenado (CU) (ensaio rápido). Para solos de baixa permeabilidade consolidados (adensados). Nesse ensaio, aplica-se a tensão de confinamento permitindo-se a drenagem do corpo de prova (adensamento), até a completa dissipação do excesso de pressão neutra gerada pela aplicação da tensão confinante. Fecham-se os registros do canal de drenagem e aplica-se a tensão axial (desviadora) até a ruptura, medindo-se as pressões neutras geradas pelo carregamento. Logo , após aplicar , fecha-se as válvulas de saída de água pelas pedras porosas dando garantia da condição pré-estabelecida, independente da velocidade em que essa carga axial seja aplicada.  

33. Opção 03: Utilizada para o ensaio Não-Consolidado Não-Drenado (UU) (ensaio rápido). Para solos de baixa permeabilidade não-consolidados (não-adensados ). Mantendo a drenagem do corpo de prova fechada, aplicar (tensão confinante). As válvulas de comunicação entre as pedras porosas e as buretas de medição serão fechadas impedindo a drenagem da mesma durante as aplicações das tensões. No ensaio, aplica-se a pressão hidrostática e, de imediato, se rompe o corpo de prova com a aplicação da pressão axial , em velocidades padronizadas. Não se conhecem as pressões efetivas em nenhuma das fase de execução do ensaio nem tão pouco sua distribuição .  

34. Esta fase corresponde ao cisalhamento da amostra propriamente dito e também deverá ser executada de acordo com as condições de drenagem anteriormente escolhida, ou seja, se será permitida a geração de pressão neutra durante o ensaio ou não. No caso de ser executada sem drenagem o valor da poropressão deve ser mantido durante o ensaio para possibilitar a determinação do estado de tensões efetivas do corpo de prova durante o ensaio. RUPTURA OU CISALHAMENTO

35. a) A partir dos ensaios realizados, e conforme o seu tipo, são produzidos os seguintes gráficos: RESULTADOS Gráfico 01 – Tensão desviadora X deformação axial Gráfico 02 – Tensão desviadora X deformação axial

36. Gráfico 03 – Excesso de poropressão X deformação axial C írculos de Mohr de ruptura X tensões efetivas ou totais, dependendo do tipo de ensaio. Repete-se o procedimento para outras tensões, com outros corpos de prova e determina-se os parâmetros de resistência por regressão linear Obtém-se o módulo de rigidez E (análogo ao módulo de elasticidade) a partir da curva tensão desviadora X deformação axial.

37. Muito obrigado!