Ensaio Consolidado Drenado

Foram identificados todos os índices físicos como pesos, pesos volúmicos, teores em água, dimensões e massas. Assim como expresso no capítulo 3 desta dissertação, buscou manter um padrão nos índices físicos de todas as amostra a serem ensaiadas, se comparado com o ensaio consolidado não drenado este conjunto de amostragens possuí menor desvio entre seu índices físicos, principalmente nas amostras reconstituídas.

A tabela 4.5 apresenta as informações relativas as amostra utilizadas em todos os ensaios consolidados drenados:

Tabela 4.5: Índices físicos - Ensaios consolidados drenados. Consolidado Drenado

Parâmetros Físicos

Amostras

Reconstituídas Indeformadas

1 2 3 1 2 3

Peso volúmico γ (kN/m3) 19 19 19 20 18 18

Peso volúmico seco γs (kN/m3) 15 15 15 16 13 13

Teor em água - w (%) 32 33 30 24 35 34

Diâmetro médio (mm) 70 70 70 70 70 70

Altura média (mm) 135 137 138 140 140 140

Este ensaio também não atingiu as consolidações planeadas de 75 kPa, 150 kPa e 300 kPa, mas as amostra reconstituídas apresentam melhor aproximação entre suas 3 amostras do que em todas as amostragens do ensaio consolidado não drenado, em contra partida nas amostra infedormadas pode ser visto que a segunda e terceira amostra apresentam consolidações muito próximas. Todos os dados obtidos ao final da consolidação estão expressos na tabela (4.6).

Tabela 4.6: Tensões no fim da consolidação - Ensaios consolidados drenados Fim da Consolidação

Parâmetros (kPa)

Amostras

Reconstituídas Indeformadas

1 2 3(*) 1(*) 2(*) 3(*)

Tensão isotrópica total (σ0 ) 159 238 345 189 331 384

Tensão isotrópica efetiva (σ0’) 79 154 253 25 105 289

Pressão neutra (u0) 80 84 91 164 226 95

(*) - Ensaio descartado

No final da fase de consolidação são geradas as informações pertinentes na carac- terização mecânica do solo, permitindo estimar seu comportamento ao mecânico. As informações mais importantes adquiridas durante a fase de rotura estão expressas por

meio de gráficos, facilitando a visualização de resultados.

Deve ser observado que todos os ensaios realizados apresentam perturbação na tensão de desvio, este fenômeno ocorre no início de aplicação de carga, sendo sempre antes de completar 1% de exteensão axial na amostra, a provável causa é alguma falha do equipamento durante a aplicação de carga axial, possivelmente o pistão trava por um curto período de tempo durante a fase de rotura, como não foi possível contornar o problema todos os ensaios possuem esta pequena falha.

A figura (4.15) demonstra as relações entre tensão de desvio, deformação volumétrica e extensão axial para as duas variações de amostragens.

Figura 4.15: Gráficos de amostras consolidadas drenadas. a) Tensão de desvio x Extensão axial (reconstituídas). b) Deformação volumétrica x Extensão axial (indeformadas).

No gráfico a) da figura (4.15) pode ser visto o comportamento das amostras reconsti- tuídas, a curva das três amostras são bem suaves e não apresenta pico para representar nitidamente o momento de rotura em cada amostra o que indica a reestruturação da es- trutura das amostras, mas apesar disso a curva da amostra de 79 kPa possui um declínio mais drástico se comparado as outras. Neste gráfico é curioso o fato da amostra de 253 kPa indicar tensões de desvio menores, pois como pode ser visto na tabela 4.6 sua tensão de consolidação é maior, devido a este resultado optou por excluir a amostra e indicar nova realização de ensaio.

kPa apresenta pico na curva de tensão de desvio, e como indicado nas amostras reconsti- tuídas é curioso o fato de mesmo que esta amostra tenha a menor tensão de consolidação ainda mantém com as maiores tensões de desvio. A amostra de 289 kPa demonstrou uma curva bem suave assim com a de 253 kPa das amostras reconstituídas, também de- senvolvendo menores extensões axiais, sendo que ambas possuem tensões de consolidação aproximadas, como pode ser visualizado na tabela 4.6.

A segunda amostra indeformada com consolidação de 105 kPa apresenta um com- portamento completamente atípico, por este motivo foi melhor retira-lá das analises de resultados.

Com base nos gráficos apresentados na figura (4.15) é possível obter os dados apre- sentados na tabela (4.7) para representar os dados disponibilizados durante a rotura de cada amostra, os dados expostos em cada amostra foi retirado conforme a maior tensão de desvio apresentada em cada curva antes que houvessem registros de queda de tensão.

Tabela 4.7: Dados relativos a rotura - Ensaios consolidados drenados. Rotura Parâmetros (kPa) Amostras Reconstituídas Indeformadas 1 2 3(*) 1 2(*) 3(*) Extensão axial - ε (%) 3,98 8,54 8,16 4,35 18,43 8,66

Tensão vertical total (σ1f) 192 311 352 389 224 420

Tensão horizontal total σ3f 159 238 345 189 331 384

Pressão neutra (u0) 80 84 91 164 226 95

Tensão vertical efetiva (σ1f’) 112 228 261 224 -3 325

Tensão horizontal efetiva (σ1f’) 79 154 253 25 105 289

Para determinar os parâmetros de resistência em termos de tensões efetivas, sendo ângulo de atrito e coesão, é necessário traçar os círculos de Mohr para cada amostra e verifica-los através da reta tangente correspondente a envoltória de cada circunferência. Neste tipo de ensaio é necessário que haja a expulsão da poro pressão enquanto são aplicadas as cargas axiais de maneira lenta para que não haja excesso de pressão neutra, tendo isto como base os círculos de Mohr são plotados para tensões totais, como indicado na figura (4.16.

Vale ressaltar que não foram apresentados círculos de Mohr para as amostras indefor- madas, pois apenas a amostra com 25 kPa de consolidação obteve resultados válidos, sendo assim é indicado a realização novos ensaios para determinar corretamente os parâmetros mecânicos.

Figura 4.16: Amostras reconstituídas.

Ao verificar os círculos de mohr gerados por tensões efetivas é nítido que, só há possi- bilidade de utilizar as amostras reconstituídas para determinar parâmetros de resistência, pois as circunferências obtidas pelas indeformadas inviabilizam traçar qualquer reta tan- gente entre os círculos.

E mesmo nas amostra reconstituídas é indicado realizar novo ensaio para a amostra de 345 kPa, que seria a de 300 kPa pelo programa de ensaios, pois a mesma apresenta raio muito inferior as demais sendo esperado que seja um raio maior devido a tensão de consolidação no inicio do ensaio, a possível solução é aplicar uma tensão de consolidação maior para trazer resultados mais fiáveis.

A tabela 4.8 a seguir apresenta os parâmetros mecânicos para as amostras reconsti- tuídas 79 kPa e 154 kPa:

Tabela 4.8: Parâmetros de resistência mecânica - Ensaio consolidado drenado (reconsti- tuídas).

Parâmetros de Resistência Mecânica

φ’(º) c’

11 0

4.4.3 Ensaio não Consolidado não Drenado

Tal como nos ensaios anteriores, procedeu-se à identificação física em todas as amostras ensaiadas, demonstrando pesos, pesos volúmicos, teores em água, dimensões e massas. As amostragens indeformadas e reconstituídas apresentaram um padrão físico ideal, com teores em água e pesos volúmicos aproximados, as amostras indeformadas demonstraram maior variabilidade se comparadas com as reconstituídas.

A tabela a seguir 4.9 a seguir apresenta as informações relativas as amostras utilizadas em todos os ensaios não consolidados não drenados:

Este ensaio como já explicado é mais simples e rápido se comparado aos anteriores, o mesmo não requer saturação e consolidação da amostra, apenas é aplicada a tensão de confinamento desejada na câmara triaxial e após 10 minutos aplica-se carga axial para romper a amostra. As tensões de confinamento para este ensaio correspondem as apresentadas na tabela 3.1, logo após o ensaio os dados relativos a rotura foram transcritos para os gráficos apresentados na figura 4.17.

Tabela 4.9: Índices físicos - Ensaios não consolidados não drenados. Não Consolidado não Drenado

Parâmetros Físicos

Amostras

Reconstituídas Indeformadas

1 2 3 1(*) 2 3

Tensão de confinamento (kPa) 75 150 300 75 150 300

Peso volúmico - γ (kN/m3) 18 18 18 17 17 17

Peso volúmico seco - γs (kN/m3) 14 14 14 13 13 13

Teor em água - w (%) 34 33 28 27 33 25

Diâmetro médio (mm) 70 70 70 70 70 70

Altura média (mm) 135 137 138 140 140 140

(*) - Ensaio descartado

Figura 4.17: Gráfico Tensão de desvio x Extensão axial - Ensaios não consolidados não drenados.

Este ensaio não apresenta leituras de poro pressão e nem há movimentação volumétrica de água no interior da amostra, portanto são apresentados apenas resultados em função da tensão de desvio x extensão axial. Ao observar o gráfico das reconstituídas é nítido que a trajetória das três curvas é aproximado, mas não deveria pois estão confinadas em tensões diferentes, isto será melhor evidenciado nos círculos de mohr apresentados posteriormente, a segunda amostra não possuí o traçado completo de sua curvatura por haver um erro no momento da leitura de seus resultados, a leitura no software teve início

um tempo após iniciar a aplicação de carga axial.

Nas amostras indeformadas é curioso o fato da curva relativa a tensão confinante de 300 kPa estar menor que a da amostra de 150 kPa, mas mesmo assim é recomendável executar um novo ensaio para a amostra de 75 kPa. A trajetória de todas as curvas foi de mudança suave sem haver nem um pico, demonstrando perfeita reorganização na estrutura dos provetes.

Ao analisar as curvas de todas as amostras, traçou tangentes em dois tramos de cada curva e no ponto de intersecção foi definido como o de rotura da amostra, reunindo os dados de extensão e tensões totais neste momento para reproduzir os círculos de mohr de rotura das amostras e determinar seus respetivos parâmetros mecânicos.

A tabela 4.10 a seguir apresenta os dados no momento de rotura e parâmetros mecâ- nicos de cada amostragem:

Tabela 4.10: Parâmetros de rotura - Ensaios não consolidados não drenados. Rotura Parâmetros (kPa) Amostras Reconstituídas Indeformadas 1 2 3 1(*) 2 3 Pressão de confinamento 75 150 300 75 150 300 Extensão axial - ε (%) 7,48 9,78 9,64 5,10 4,50 5,05

Tensão vertical total (σ1f) 248 325 481 177 362 476

Tensão horizontal total (σ3f) 75 150 300 75 150 300

(*) - Ensaio descartado

A figura 4.18 a seguir apresenta os círculos de mohr das amostras ensaiadas em con- dições não consolidadas não drenadas:

Figura 4.18: Cículo de Mohr em tensões totais: a) Amostras reconstituídas b) Amostras indeformadas.

A figura 4.18 a) apresenta os cículos de mohr correspondentes as amostra recons- tituídas, como pode ser observado todas possuem aproximadamente o mesmo raio nas circunferências, resultando em um Cu de 85.61.

Na figura 4.18 b) pode ser analisados os resultados provenientes das amostra indefor- madas, as circunferências apresentam raios iguais e bem próximos se comparados com as amostras reconstituídas, produzindo uma resistência não drenada de 90.

4.5 Considerações Finais

Foram apresentadas todas as etapas necessárias para a execução dos possíveis ensaios tria- xiais a serem realizados no laboratório de geotecnia do Instituto Politécnico de Bragança, detalhou cada procedimento apresentando imagens e informações das decisões tomas ao longo de cada modalidade de ensaio.

Estão expressos os resultados dos 18 ensaios realizados, sendo 6 para cada tipo, e destes metade são realizados em amostras indeformadas e a outras amostras reconstituídas

em laboratório, todas provenientes do mesmo solo. Pode concluir que infelizmente não foi possível caracterizar claramente a resistência mecânica do solo utilizado no trabalho de estudo, pois houve muitas divergências nos resultados adquiridos, indicando que é necessário repetir os ensaios com resultados não esperados.

Foi observado que a fase com maiores imprevistos é precisamente a consolidação da amostra, as tensões isotrópicas foram controladas apenas pelo equipamento e durante a operação confio nos procedimentos indicados pelo software, mas na realidade deveria ter sido observado e calculado durante a execução do ensaios as reais tensões aplicadas na amostra.

É clara a importância dos ensaios laboratoriais de caracterização mecânica em solos, de maneira especial as pesquisas voltadas para o equipamento de ensaio triaxial, é explí- cito o quanto o mesmo pode trazer fiabilidade na obtenção de resultados, demonstrando claramente o controle de todas as tensões que estão sendo aplicadas na amostra, havendo a possibilidade de controlar completamente as variações volumétricas de água nas mesmas. A correta aplicação do ensaio triaxial aliado a teoria da mecânica dos solos e as nor- mas regulamentares relacionadas, pode trazer maior confiança nos dimensionamentos de estruturas que envolvem diretamente o campo da geotecnia, pois trará parâmetros mais confiáveis que geram menores riscos futuros as obras.

É importante observar a grande diferença obtida entre os resultados dos três tipos de ensaio triaxial, mesmo sem haver as 3 amostragens como recomendável pela norma, ainda é de se esperar que não haja discrepâncias tão grandes, isto se dá pelo tipo de solo, pois cada ensaio é indicado para solos distintos, por exemplo o ensaio não consolidado não drenado é normalmente executado em solos de baixa permeabilidade como a argila, sendo assim a resposta em um solo arenoso não é algo normal, pois é de se esperar ângulo de atrito, não é o que ocorreu neste caso.

Conclusões

5.1 Conclusão

Esta dissertação teve como objetivo relatar a importância dos ensaios laboratoriais de caracterização mecânica, abordando com ênfase no ensaio triaxial. Foram expostas as peculiaridades dos principais ensaios de resistência mecânica que podem ser utilizados em laboratório, enfatizando os processos de funcionamento e analisando pontos positivos e negativos de cada um.

Demonstrou a evolução dos ensaios mecânicos em solos ao longo do tempo, apontando a melhoria de cada um em relação a seus antecessores, onde foram sanadas falhas e pontos cegos que acabavam fugindo do controle dos operadores. Pode se afirmar a importância de se aliar estes ensaios as teorias da mecânica dos solos, pois através dos mesmos são retiradas várias dúvidas relacionadas a este material tão complicado de ser estudado, devido a seu comportamento poder variar drasticamente conforme a situação que estiver exposto.

Foram constatadas as grandes vantagens do ensaio triaxial, principalmente as questões de controle das tensões em que as amostras estão submetidas, criando a possibilidade de alterar as condições que os solos estão submetidos, recriando diversas situações que podem ser vividas em campo e consequentemente analisando como será o comportamento

do mesmo nas situações a serem previstas.

Para além de ensaios mecânicos foram demonstrados ensaios complementares, que auxiliam na classificação e identificação dos solos a serem estudados, foram representadas suas normas e procedimentos que devem ser seguidos para a correta execução de cada um deles, enfatizou a importância dos mesmos e como a caracterização dos mesmos pode dar indícios de como será o comportamento do solo.

Vê-se o quanto é essencial seguir as recomendações das normas em vigor, para que não haja erros durante a execução de qualquer ensaio, pois o resultado dos mesmos pode afetar nos projetos de dimensionamento de obras que envolvem o solo, estes possíveis erros podem trazer consequências graves tanto para lado econômico, mas principalmente prejudicar a saúde e segurança de pessoas, porém é claro que a perfeita união entre projetos e ensaios de caracterização trará ótimos resultados, como obras mais rápidas, inteligentes, econômicas e seguras.

Ao finalizar a determinação dos resultados mecânicos desta areia-siltosa, ficou explicita a necessidade de realizar novos ensaios para algumas amostras que não obtiveram os resultados esperados. Outro fator que prejudicou nos resultados finais é relativo as tensões de consolidação atuantes em cada amostra, não foram atingidas como o esperado.

Apesar dos pequenos imprevistos com as amostras descartadas e tensões de consolida- ção, foram encontrados resultados que trazem informações quanto a resistência mecânica deste solo, em todos os modelos de ensaios previstos durante a metodologia de trabalhos. Através da experiência adquirida neste trabalho de estudo pode ser realizados novos ensaios com maior fiabilidade nos resultados finais, e que permitam melhor comparação entre as amostras reconstituídas e indeformadas. A aplicação das tensões isotrópicas devem ser melhor controladas, não confiando apenas nas informações disponibilizadas pelo software, realizando cálculos para verificar as reais tensões de consolidação aplicadas nas amostras, para assim obter valores finais mais confiáveis.