6. Quebra das Partículas
6.3. Quantificação da quebra das partículas
6.3.1. Índices de quebra individuais
Os índices de quebra individuais são avaliados pela análise de um único parâmetro da curva granulométrica, seja um único diâmetro efetivo ou uma percentagem de material passado. Os índices aplicados na quantificação da quebra das partículas foram: Leslie (1963), Leslie (1975), Marsal (1965), , , e . No Anexo G encontram-se os resultados dos índices de quebra determinados para cada ensaio.
A avaliação do índice de quebra foi divida em duas análises distintas. Numa primeira análise foi avaliado o método de “pluviação” seca em função da tensão máxima aplicada, já que as amostras ensaiadas por este método atingiram três níveis distintos de tensões efetivas verticais. A segunda análise consiste numa observação conjunta dos três métodos de preparação de amostras, a fim de verificar a sua influência na tensão de 7260,78kPa.
Na Tabela 6.1 estão apresentados os índices de quebra do método de “pluviação” seca em função da tensão efetiva vertical atingida no decorrer do ensaio edométrico, discriminados pela densidade relativa da amostra.
Tabela 6.1 - Índices de quebra individuais para amostras reconstituídas pelo método de “pluviação” seca.
Tensão efetiva vertical máxima
920,84 kPa 1826,54 kPa 7260,78 kPa
Dr40% Dr70% Dr40% Dr70% Dr40% Dr70% Leslie (1963) 0,44 0,31 0,32 0,51 0,86 0,48 Leslie (1975) 4,98 5,27 5,54 2,87 5,47 3,70 Marsal (1965) 13,23 14,27 15,00 7,22 13,84 9,60 B10 0,11 0,12 0,12 0,08 0,13 0,10 B15 1,17 1,18 1,19 1,10 1,19 1,14 B50 1,10 1,11 1,12 1,05 1,11 1,07
Todos os índices de quebra explícitos na Tabela 6.1 confirmam a ocorrência de quebra das partículas para todas as densidades relativas, independentemente da tensão efetiva vertical. Como se pode observar pelos resultados do índice de Marsal (1965), a quebra das partículas varia entre 7,22% e 15,00%, sendo os seus valores de referência de 0 e 100%. O mesmo sucede para o índice que tem valores limite entre 0 e 1, e as amostras ensaiadas apresentam uma quebra entre 0,08 e 0,13.
Para as amostras ensaiadas até 920,84kPa, o índice de quebra de Leslie (1963) apresenta um valor superior para a densidade relativa de 40%, enquanto que os restantes métodos têm um valor ligeiramente superior para a densidade relativa de 70%. Porém, nos ensaios com uma tensão de 1826,54kPa, com exceção do método proposto por Leslie (1963), todos os índices de quebra têm um valor superior para as amostras no estado solto. Verificando-se o mesmo comportamento para a tensão efetiva vertical de 7260,78kPa, em que todos os índices de quebra são superiores para as amostras ensaiadas no estado solto, e inferiores para o estado denso.
Ao contrário do que era esperado, os índices de quebra não aumentam em função da tensão efetiva vertical aplicada na amostra (ver Tabela 6.1). De facto, não foram obtidos resultados coerentes do aumento da quebra das partículas com o aumento da tensão efetiva aplicada, existindo uma dispersão dos resultados. Esta dispersão de valores pode ter origem na quantidade de micas existentes na amostra ensaiada, uma vez que têm um comportamento mais frágil que o quartzo.
Em relação ao índice de quebra , proposto por Lade et al. (1996), verifica-se que a quebra das partículas aumenta com o aumento da tensão efetiva vertical para as amostras com uma densidade relativa de 40%. Contudo, o mesmo já não se verifica para a densidade relativa de 70%.
Numa segunda análise, foi avaliada a influência dos métodos de preparação de amostras na quebra das partículas. Na Tabela 6.2 encontram-se os índices de quebra das amostras preparadas pelos três métodos de deposição e ensaiadas até 7260,78kPa, diferenciadas pela sua densidade relativa.
Tabela 6.2 - Índices de quebra individuais para amostras ensaiadas até à tensão efetiva vertical de 7260,78kPa.
"Pluviação" seca Sedimentação em água Compactação húmida
Dr40% Dr70% Dr40% Dr70% Dr40% Dr70% Leslie (1963) 0,86 0,48 1,05 0,33 1,07 0,71 Leslie (1975) 5,47 3,70 2,89 0,67 3,15 1,80 Marsal (1965) 13,84 9,60 6,30 1,39 7,01 3,87 B10 0,13 0,10 0,08 0,02 0,09 0,05 B15 1,19 1,14 1,11 1,03 1,12 1,07 B50 1,11 1,07 1,04 1,01 1,05 1,03
Na Tabela 6.2, verifica-se que não existe uma considerável quebra das partículas nas amostras ensaiadas. O índice de Marsal (1965) varia entre 1,39 e 13,84%, sendo este intervalo menor que o obtido na análise do método de “pluviação” seca em função da tensão efetiva vertical. O mesmo sucede para o índice de quebra que tem valores entre 0,02 e 0,13. A menor quebra das partículas em amostras carregadas até 7260,78kPa deve-se à condição saturada em que foi ensaiada a amostra e à incoerência entre a quebra das partículas com o aumento da tensão aplicada para o método de “pluviação” seca.
Todas as amostras depositadas num estado solto, independentemente do método de preparação, têm um índice de quebra superior. Concluindo-se que a densidade relativa afetou a quebra das partículas durante o carregamento uniaxial das amostras.
Uma análise global de todos os índices de quebra permite verificar que o método de “pluviação” seca tem uma quantidade superior de partículas quebradas, com exceção de Leslie (1963). Em contrapartida, o método de sedimentação em água tem uma menor quebra de partículas e o método de compactação húmida apresenta um índice intermédio. Amostras reconstituídas pelo método de sedimentação em água com uma densidade relativa de 70%, tiveram o menor índice
de quebra de 0,02 para a tensão efetiva de 7260,78kPa, este método foi também o que sofreu menor deformação durante o seu carregamento uniaxial.
Com base na Tabela 6.2, pode concluir-se que as amostras ensaiadas num estado saturado têm uma menor quantidade de partículas quebradas. A presença de água influencia a quebra das partículas, uma vez que facilita o arranjo entre os grãos e evita a quebra dos seus contornos devido às forças de atrito.
Na Tabela 6.3 são apresentados os índices de quebra individuais do Lote 1, em que os parâmetros utilizados no cálculo dos índices de quebra foram determinados através da Figura 2.16, tendo sido o diâmetro efetivo ( ) obtido por extrapolação da curva de distribuição granulométrica.
Tabela 6.3 - Índices de quebra individuais do Lote 1.
Ensaio Tensão máxima aplicada (kPa) (1963) Leslie (1975) Leslie Marsal (1965) B10 B15 B50
Lote 1 - LP4 26 000 0,46 9,20 12,81 0,17 1,21 1,10
Lote 1 - HP3 110 000 14,98 28,54 27,80 0,91 4,39 1,27
Nos resultados da quebra das partículas do Lote 1 da areia de Coimbra, existe uma quebra superior para o ensaio que atingiu a tensão efetiva de 110000kPa, tal como era esperado. O índice de quebra de Marsal (1965) fornece valores de 12,81% para a amostra ensaiada até 26000kPa, e de 27,80% para 110000kPa. Por sua vez, o índice de quebra tem um valor de 0,17 para o ensaio que atingiu menores tensões aplicadas, e de 0,91 para o ensaio que atingiu tensões superiores, sendo este valor de muito próximo do seu limite de 1.
Os índices de quebra individuais do Lote 1 são superiores aos índices determinados para as amostras do Lote 2, preparadas pelo método de compactação húmida e sedimentação em água, ensaiadas até 7260,78kPa. À semelhança destes métodos, as amostras do Lote 1 foram ensaiadas numa condição saturada, verificando-se que a quebra das partículas aumenta com o aumento da tensão efetiva vertical aplicada, mesmo a composição mineralógica sendo diferente para as duas areias.