Ensaios triaxiais não saturados sem controle de sucção

No caso dos ensaios não saturados com água, com o intuito de alcançar valores mais elevados de sucção, não sendo possível sua realização de forma controlada em função de restrições impostas pelo sistema de aplicação de pressões utilizado, optou-se pela imposição de tais níveis de sucção através do controle do grau de saturação dos corpos de prova. Sendo assim, os CPs compactados na umidade ótima para água, com grau de saturação de aproximadamente 85%, tiveram sua umidade ajustada para atingir o grau de saturação desejado. Desta forma, os CPs foram submetidos a um processo de secagem para que fossem atingidos graus de saturação de 14, 28, 42, 54, 66, 81%, aproximadamente e, para os valores de Sr iguais a 89 e 94%, empregou-se um processo de umedecimento das amostras. Para cada grau de saturação foi definida uma envoltória de ruptura do solo, na condição não saturada sem controle de sucção durante o ensaio, com tensões de confinamento de 50, 100, 200 e 400 kPa. Os ensaios triaxiais foram do tipo CD, com o topo e a base dos CPs conectados à atmosfera durante as fases de adensamento e cisalhamento. Estes ensaios são algumas vezes referidos na literatura como ensaios triaxiais a umidade constante, embora, a rigor, possa haver mudanças no conteúdo de água durante o ensaio. De toda a sorte, as amostras tiveram seus conteúdos de água antes e depois do ensaio determinados. O planejamento dos ensaios triaxiais não saturados, com sucção não controlada, está apresentado na Tabela 16.

Tabela 16 – Planejamento dos ensaios triaxiais não saturados para água e sem controle de sucção.

Sr (%) Tensão de confinamento (kPa)

13,76 50 100 200 400 27,71 50 100 200 400 41,85 50 100 200 400 54,38 50 100 200 400 66,23 50 100 200 400 81,33 50 100 200 400 87,23 50 100 200 400 94,37 50 100 200 400

133

3.10. ENSAIOS DE COMPRESSÃO CONFINADA

Com o objetivo de analisar a variação na tensão de pré-consolidação do solo foram realizados ensaios de compressão confinada em duas amostras, sendo que a primeira foi submetida ao ensaio logo após a compactação e, portanto, sem secagem prévia, e a segunda foi previamente secada ao ar por cinco dias e mais dois dias na estufa à 70ºC, logo após a compactação, para posteriormente ser ensaiada. Ambas as mostras foram ensaiadas na condição saturada (inundada).

Os testes foram realizados em equipamentos denominados convencionais, onde foram aplicados incrementos de tensão vertical nos corpos de prova (6,25 kPa; 12,5 kPa; 25 kPa; 50 kPa; 100 kPa; 200 kPa; 400 kPa; 800 kPa; e 1600 kPa) e registradas as deformações das amostras em intervalos de tempo diversos, para cada estágio de carga. Foram utilizadas amostras de, aproximadamente, 0,05 m de diâmetro e 0,02 m de altura. Estes ensaios foram realizados no Laboratório de Geotecnia da UFBA. Destaca-se, na Figura 67, uma das amostras ensaiadas (a) e um dos equipamentos de compressão confinada utilizados (b).

Figura 67 – Ensaio de compressão confinada.

134

3.11. TRATAMENTO DOS DADOS E MODELAGEM DOS RESULTADOS

EXPERIMENTAIS

Os resultados dos ensaios triaxiais, com as amostras saturadas para cada tipo de fluido, foram submetidos a um tratamento estatístico, no qual foi possível estabelecer valores de média e desvio padrão da resistência ao cisalhamento do solo.

Dessa forma, o tratamento dos dados consistiu na construção de círculos de Mohr e ajuste da melhor reta pelo método dos mínimos quadrados para obtenção dos valores de coesão efetiva (c’) e ângulo de atrito efetivo (’), utilizando-se para cada fluido os resultados dos ensaios triaxiais realizados para as tensões de confinamento adotadas, ou seja, de 50, 100, 200 e 400 kPa, para os ensaios saturados e à umidade considerada constante para a água, e 50, 100 e 200 kPa para os testes não saturados e com sucção controlada. Em seguida, com base no diagrama p x q obtido para os diferentes fluido e condições de saturação, procedeu- se o cálculo dos parâmetros de regressão linear, desvio padrão em torno do y ajustado (Sy.x),

coeficiente de correlação (r2) e desvio padrão dos coeficientes linear (Sd´) e angular (S´) da

reta ajustada pelo método dos mínimos quadrados. Para o cálculo de Sy.x, r2, Sd´ eS´ foram

utilizadas as Equações 30, 31, 32 e 33, descritas abaixo (KIRCHNER, 2001).

𝑆_𝑦.𝑥=√∑(𝑦𝑖 − 𝑦𝑎𝑗) 2 𝑛 − 2 Equação 30 𝑟2 = (∑(𝑦𝑖 − 𝑦𝑚𝑒𝑑 )2_{− ∑(𝑦} 𝑖− 𝑦𝑎𝑗) 2 ) ∑(𝑦_𝑖 − 𝑦_𝑚𝑒𝑑)2 Equação 31 𝑆_𝑏= 𝑑´ √𝑛 − 2 √ 1 𝑟2− 1 Equação 32 𝑆_𝑎= √(𝑆𝑦•𝑥 √𝑛) 2 + (𝑆_𝛼´𝑥_𝑚𝑒𝑑)2 _{Equação 33}

135 Onde: yi = qobservado; yaj = qajustado; ymed = qmédio; n = número de amostras;

d´ = coeficientes linear da reta ajustada (diagrama p, q); ´ = coeficiente angular da reta ajustada (diagrama p, q); xmédio = pmédio;

Como as variáveis estatísticas definidas anteriormente foram obtidas considerando o diagrama p x q, foi necessário realizar o devido ajuste para determinação dos desvios padrões em termos dos invariantes  e . Desta forma, sabendo-se que ’ = arcsen (tg´) e que c´= d´/cos’, foi possível transformar o ajuste da reta de resistência ao cisalhamento do solo em termos de p e q para  e , e calcular os desvios padrões dos valores de coesão, c’, e do ângulo de atrito último, ’.

Com base nesses valores calculados foi possível definir, com nível de confiança de 95%, uma faixa provável de resistência ao cisalhamento do solo, delimitada por duas envoltórias, uma mínima e outra máxima, correspondentes ao intervalo de ± 1,96 στ. A faixa

de ruptura definida para a água na condição saturada foi tomada como referência e comparada graficamente com as faixas de ruptura definidas para os demais fluidos (etanol, diesel e ar) nas mesmas condições de saturação.

Conhecendo esses valores médios de resistência ao cisalhamento do solo saturado, com os diferentes fluidos, em termos de tensão desviadora máxima (q), juntamente com os valores da constante dielétrica relativa de cada fluido (f) e do meio poroso contendo cada

um dos fluidos (meio), estimados com base na equação CRIM, foi possível estabelecer a

variação da resistência ao cisalhamento do solo saturado com diferentes fluidos em função da constante dielétrica do fluido e também do meio poroso, e suas respectivas equações de ajuste matemático.

De posse dos ensaios triaxiais não saturados, com sucção controlada, definiu-se o parâmetro b proposto Fredlund et al. (1978) e promoveu-se, para cada um dos fluidos, o

136 ajuste dos resultados experimentais de resistência ao cisalhamento do solo em função da sucção imposta, com base na proposição desses autores.

Por fim, incorporando-se nas análises os resultados dos ensaios de resistência ao cisalhamento do solo, na condição não saturada com água e sem controle de sucção, e tomando como parâmetro a resistência do solo saturado com água, foi possível estabelecer uma modelagem da relação entre a resistência ao cisalhamento do solo e a constante dielétrica dos fluidos, para diferentes condições de saturação e para diferentes tipos de fluido.

137 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1. CARACTERIZAÇÃO DOS FLUIDOS

Os resultados dos ensaios de tensão superficial e viscosidade obtidos, bem como os valores de constante dielétrica adotados, estão apresentados na Tabela 17. Conforme se pode observar, o diesel é o fluido mais viscoso, possuindo densidade similar à do etanol. Por outro lado, o diesel possui a menor constante dielétrica, o etanol apresenta valor intermediário dessa propriedade e a água se apresenta como fluido mais polarizado.

Tabela 17 – Caracterização dos Fluidos a 20ºC.

Fluido Tensão Superficial (10-3 _(N/m) Viscosidade (cP) Massa específica (g/cm³) Constante Dielétrica Relativa Diesel 25,98 3,08 0,829 2,13* Etanol 24,45 1,67 0,845 24,30** Água 70,75 0,87 0,998 80,00**

*(29ºC) Oliveira (2001) **Anandarajah e Zhao (2000).