Ensaios confinados de fluência em geossintéticos

O efeito do confinamento no comportamento em fluência dos geossintéticos foi demonstrado no item 2.4.7. Diversos estudos empregaram equipamentos especiais para avaliar esse comportamento, bem como verificar o desempenho dos geossintéticos em ensaios confinados de tração. Federal Highway Administration (1998) e Costa (1999) discorrem detalhadamente sobre diversos aparatos relatados na literatura técnica para a realização de ensaios confinados de fluência e tração. Apesar de possuírem um propósito comum, esses equipamentos diferem principalmente em relação à forma de transferência da solicitação de tração ao geossintético. Federal Highway Administration (1998) classifica os equipamentos para verificação do comportamento sob confinamento (tração e fluência) dos geossintéticos em duas categorias: aqueles nos quais o carregamento é aplicado diretamente aos corpos de prova e aqueles nos quais a tensão confinante é aplicada ao solo circundante e as tensões no corpo de prova são desenvolvidas a partir da interação solo-geossintético.

A configuração na qual o carregamento é aplicado diretamente ao corpo de prova é esquematizada na Figura 2.28. Uma vez que a solicitação de tração é aplicada com uma taxa de deslocamento (ou de deformação) constante, i.e. de maneira idêntica aos ensaios convencionais (não confinados), essa configuração apresenta-se mais adequada para isolar a influência do confinamento nos ensaios de fluência e tração (FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION, 1998). Adicionalmente, destaca-se a facilidade de implementação dos elementos necessários aos equipamentos usados nos ensaios convencionais de fluência e tração.

Figura 2.28 – Configuração empregada em ensaios confinados de fluência em geossintéticos nos quais o carregamento é aplicado diretamente ao corpo de prova (adaptado de COSTA, 2004).

Área reforçada Tensão normal

Câmara de ensaio Solo Solicitação de tração (F) Geossintético

τ

O aspecto negativo de maior destaque nessa configuração reside na variação da solicitação de tração ao longo do corpo de prova devido ao atrito desenvolvido com o solo. Percebe-se, na Figura 2.28, que a solicitação de tração que atinge, por exemplo, o centro do corpo de prova (F’) é menor que o valor aplicado na garra posicionada fora da câmara de ensaio (F). Esse fato dificulta a interpretação dos resultados uma vez que as deformações por fluência obtidas com equipamentos que empregam essa configuração serão reduzidas pelo simples fato de haver uma diminuição no esforço de tração aplicado ao longo do corpo de prova. Assim, devido à mobilização das forças de atrito na interface solo-geossintético, os ensaios confinados de fluência com essa configuração podem, na verdade, refletir a ação tanto do confinamento como das forças de atrito e adesão nessa interface (WU, 1991).

O segundo tipo de equipamento empregado para verificar o comportamento dos geossintéticos sob confinamento consiste na aplicação da tensão confinante ao solo circundante e, por meio da interação solo-geossintético, as tensões são transmitidas ao corpo de prova. Em outras palavras, a aplicação de uma tensão vertical na superfície do solo leva a um incremento nas tensões horizontais no interior da câmara de ensaio. Assim, devido à interação solo-geossintético, ocorre um aumento nas tensões mensuradas no geossintético. Essa configuração foi elaborada para simular as condições tipicamente observadas em geossintéticos durante e/ou após a construção de estruturas de solo reforçado (FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION, 1998) e é ilustrada na Figura 2.29.

Figura 2.29 – Configuração empregada em ensaios confinados de fluência em geossintéticos nos quais a tensão confinante é aplicada ao solo circundante e as tensões no corpo de prova são desenvolvidas a partir da interação solo-geossintético (adaptado de COSTA, 2004).

Apesar de reproduzir com maior fidelidade a maneira como os geossintéticos são solicitados em condições reais, o comportamento confinado obtido por meio de equipamentos com essa configuração reflete a influência de várias variáveis, entre elas o confinamento em solo (FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION, 1998). Destaca-se também a influência da taxa de deformação. As investigações sobre o efeito do confinamento na fluência dos

Face móvel Tensão normal

Geossintético Solo

aqueles provenientes de ensaios convencionais. Esses ensaios são realizados com taxas de aplicação do carregamento (ou taxas de deformação/deslocamento) constantes, que são superiores àquelas obtidas em obras reais. A velocidade de aplicação do carregamento é fator preponderante no comportamento em fluência dos geossintéticos, conforme explicitado no item 2.4.5. Assim, ensaios confinados de fluência com equipamentos baseados nessa configuração podem resultar em taxas de aplicação do carregamento muito pequenas, dificultando a comparação com ensaios convencionais de fluência e a verificação do efeito do confinamento, isoladamente.

Pode ser percebido que os ensaios confinados de fluência são, de fato, mais complexos que os convencionais, não apenas em relação a sua montagem e execução mas também no tocante à interpretação dos resultados (COSTA, 2004). O efeito do confinamento no comportamento tensão-deformação dos geossintéticos foi estudada pioneiramente por McGown, Andrawes e Kabir (1982). Esses autores executaram ensaios confinados de fluência com geotêxteis não tecidos, cujos resultados foram exemplificados na Figura 2.20. O equipamento empregado nesses ensaios utiliza um corpo de prova instalado verticalmente e permite a aplicação de uma tensão normal ao plano do geossintético. A Figura 2.30 ilustra, esquematicamente, o sistema de confinamento empregado por McGown, Andrawes e Kabir (1982).

Figura 2.30 – Esquema do equipamento empregado em estudo pioneiro sobre o efeito do confinamento em solo na fluência dos geossintéticos (adaptado de MCGOWN; ANDRAWES; KABIR, 1982). Células de carga Bolsa de ar pressurizado Solo Membrana lubrificada Área reforçada Geotêxtil Garra superior Garra inferior Solicitação de tração

O equipamento utilizado por McGown, Andrawes e Kabir (1982) para avaliação do efeito do confinamento no comportamento em fluência de geotêxteis baseou-se no aparato convencional empregado em ensaios de fluência de geossintéticos. Percebe-se que foi usada uma câmara que envolve o corpo de prova e, a partir de bolsas de ar pressurizado, pôde-se controlar a tensão normal aplicada sobre os geossintéticos. Esse equipamento exemplifica a configuração na qual a solicitação de tração é aplicada diretamente ao geossintético por meio de garras, enquanto uma tensão confinante é aplicada ao corpo de prova. Apesar do seu desempenho satisfatório, destaca-se que o equipamento desenvolvido por McGown, Andrawes e Kabir (1982) impõe, devido ao posicionamento vertical do corpo de prova, uma variação na força aplicada ao longo do geossintético. Além disso, salienta-se a dificuldade na montagem desse ensaio. Outros estudos foram realizados com equipamentos que aplicam o mesmo princípio (COSTA, 1999; DING; TONG; ZHOU, 2008).

Os estudos do efeito do confinamento na fluência dos geossintéticos utilizando a configuração na qual o corpo de prova é diretamente submetido ao carregamento apresentam- se mais comumente na literatura. Contudo, são também encontrados diversos trabalhos nos quais os equipamentos basearam-se na segunda configuração, apresentada na Figura 2.29 (HELWANY; SHIH, 1998; COSTA, 2004; KAMIJI, 2006; KAMIJI; BUENO; COSTA, 2008). A fluência dos geossintéticos em condição de confinamento também foi estudada por outros meios. Entre eles, destacam-se os ensaios de arrancamento (JURAN, 1991; MIN et al., 1995), estudos em modelos de escala reduzida com aplicação de cargas verticais na superfície (KAZIMIEROWICZ-FRANKOWSKA, 2003; KAZIMIEROWICZ-FRANKOWSKA, 2006; SIMONINI; GOTTARDI, 2003; ALAWAJI, 2005) e instrumentação e acompanhamento do comportamento em obras de reforço de solo (HULSE; PHILLIPS, 2002; BENJAMIM, 2006). Becker e Nunes (2002) ilustram, ainda, o efeito do confinamento na fluência de geossintéticos a partir de ensaios de arrancamento conduzidos com elementos de reforço inseridos em uma obra em escala real.