Força de compressão uniaxial paralela e perpendicular aos estratos

De acordo com a Norma Europeia EN 1926 [33], e uma vez que a pedra de xisto é uma rocha que apresenta dois planos preferenciais de anisotropia e que por isso é estratificada, uma parte das amostras (26 amostras) foi ensaiada à compressão perpendicular aos estratos, Figura 5.30.a, e a outra parte (26 amostras) foi ensaiada à compressão paralela aos estratos, Figura 5.30.b.

a) Força de compressão perpendicular aos estratos

b) Força de compressão paralela aos estratos

Figura 5.30 – Diferentes casos de aplicação da força de compressão

Na Figura 5.31 apresenta-se um gráfico que traduz a variação da resistência de um xisto argiloso com o angulo de aplicação da carga de compressão em relação aos planos de anisotropia da pedra.

Figura 5.31 – Influência da direção da carga com a resistência dum filádio grafitoso (tipo xisto argiloso) [42]

Verifica-se que se obtém um maior rendimento da pedra em relação à resistência à compressão com a carga perpendicular aos planos de anisotropia da pedra. Ao invés,

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também se pode observar que a resistência da pedra à compressão é menor para forças de compressão diagonais aos planos de anisotropia da pedra.

Neste trabalho de investigação e como já foi referido as amostras vão ser ensaiadas nos dois planos preferenciais de anisotropia da pedra. Embora a pedra utilizada neste trabalho de investigação não seja igual, é expectável que os resultados experimentais vão de encontro aos apresentados na figura anterior. Espera-se que a resistência à compressão perpendicular aos estratos seja superior à compressão paralela aos estratos da pedra de xisto.

5.8.3. Procedimento de ensaio

As amostras de pedra de xisto a ensaiar à compressão estavam completamente secas e foram inspecionadas visualmente previamente de forma a detetar a existência de alguma possível heterogeneidade material ou alguma patologia resultante do processo de fabrico, e que pudesse, afetar os resultados. Após esta tarefa, conclui-se que as amostras a ensaiar à compressão não apresentavam nenhuma anomalia de registo.

Para iniciar o ensaio, as faces carregadas das amostras e os pratos das prensas devem ser limpas, de modo a eliminar poeiras ou outros elementos que possam afetar os resultados.

Em seguida, as amostras são colocadas cuidadosamente no interior da prensa e centrados com os pratos da prensa de compressão, Figura 5.32. O prato superior da prensa de compressão tem que estar posicionado perfeitamente no plano horizontal e para não haver adulteração de resultados.

135 Para se dar início ao ensaio, liga-se o equipamento e move-se a válvula de controlo da carga. Aplica-se uma carga à amostra com uma taxa de crescimento contínua de 1±0,5 MPa/s e até que a amostra colapse registando-se, nesse instante, o valor da força de rotura (Figura 5.33).

a) Rotura da amostra b) Força de rotura da Amostra 1 Figura 5.33 – Fases do procedimento de ensaio de compressão (2012)

No final, o valor da tensão de rotura à compressão ( _>) é quantificado através do quociente entre a força de rotura (? ) e a área da secção transversal (@) das amostras ensaiados. O valor da tensão de rotura das amostras é dado pela Expressão 5.2.

> =

? @ Em que:

> – Tensão de rotura à compressão;

? – Força de compressão de rotura; @ – Área da secção transversal.

(5.2)

Atendendo a que se estudou dois cenários de ensaio à compressão, também resultam dois tipos de tensão de rotura à compressão. Isto é, foi possível obter a tensão de rotura à compressão perpendicular aos estratos ( _>,AB°) e a tensão de rotura à compressão paralela aos estratos ( >,B°).

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5.8.4. Apresentação de resultados 5.8.4.1. Amostras intactas

Força de compressão perpendicular aos estratos

Após a conclusão dos procedimentos do ensaio à compressão das amostras intactas, reuniu-se a informação relativa ao ensaio de compressão uniaxial com a força de compressão aplicada perpendicularmente aos estratos.

A Figura 5.34 apresenta sob a forma de gráfico de barras os resultados do ensaio à compressão mencionado em cima.

Figura 5.34 – Gráfico da tensão de rotura à compressão perpendicular aos estratos ( >,AB°) das amostras intactas

Após o tratamento estatístico indicado na EN 1926 [33], determinou-se que o valor médio da tensão de rotura à compressão perpendicular aos estratos das amostras intactas foi de 73 MPa, com um desvio padrão de 16 MPa e um coeficiente de variação de 22%. O valor máximo registado foi de 104 MPa e o valor mínimo registado foi de 44 MPa. O limite inferior esperado é de 45 MPa, que corresponde ao quartilho de 5% de uma distribuição normal com um nível de confiança igual a 75%.

O modo de rotura observado nas amostras neste ensaio foi semelhante em todos as amostras tal como ilustram as Figuras 5.35 e 5.36.

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a) Amostra 1 b) Amostra 3 c) Amostra 5

Figura 5.35 – Modos de rotura das amostras intactas ensaiadas à compressão perpendicular aos estratos (1) (2012)

a) Amostra 8 b) Amostra 11 Amostra 13

Figura 5.36 – Modos de rotura das amostras intactas ensaiadas à compressão perpendicular aos estratos (2) (2012)

5.8.4.1.1. Força de compressão paralela aos estratos

Do mesmo modo, realizou-se o ensaio à compressão com a força de compressão aplicada paralelamente aos estratos. Na Figura 5.37 pode-se visualizar os resultados obtidos neste ensaio.

Figura 5.37 – Gráfico da tensão de rotura à compressão paralela aos estratos ( _>,B°) das amostras intactas

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Após o mesmo tipo de tratamento estatístico do caso anterior, determinou-se que o valor médio da tensão de rotura à compressão paralela aos estratos das amostras intactas foi de 45 MPa, com um desvio padrão de 15 MPa e um coeficiente de variação de 32%. O valor máximo registado foi de 68 MPa e o valor mínimo registado foi de 26 MPa. O limite inferior esperado é de 21 MPa, que corresponde ao quartilho de 5% de uma distribuição normal com um nível de confiança igual a 75%.

Nas amostras intactas ensaiadas com a compressão paralela aos estratos verificou-se que a rotura das amostras se deu sobretudo na direção dos estratos. Nas Figuras 5.38 e 5.39 pode se visualizar os modos de rotura de algumas amostras intactas ensaiadas com a força de compressão paralela aos estratos.

a) Amostra 14 b) Amostra 15 c) Amostra 5

Figura 5.38 – Modos de rotura das amostras intactas ensaiadas à compressão paralela aos estratos (1) (2012)

a) Amostra 20 b) Amostra 22 c) Amostra 23

Figura 5.39 – Modos de rotura das amostras intactas ensaiadas à compressão paralela aos estratos (2) (2012)

Este resultado vem reforçar mais ainda a ideia que a pedra de xisto possui uma certa fragilidade ao longo dos seus estratos.

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5.8.4.2. Amostras envelhecidas

5.8.4.2.1. Força de compressão perpendicular aos estratos

Á semelhança do lote de amostras intactas, o lote das amostras sujeitas ao ensaio de resistência ao gelo, também foi sujeito ao ensaio de compressão uniaxial.

O procedimento de ensaio decorreu como o anteriormente descrito e após a conclusão deste, foi possível reunir a informação necessária e relativa ao ensaio à compressão uniaxial perpendicular aos estratos para as amostras envelhecidas. Na Figura 5.40 encontram-se expostos os resultados obtidos.

Figura 5.40 – Gráfico da tensão de rotura à compressão perpendicular aos estratos ( _>,AB°) das amostras envelhecidas

Após o tratamento estatístico dos resultados deste ensaio, determinou-se que o valor médio da tensão de rotura à compressão perpendicular aos estratos das amostras envelhecidas foi de 70 MPa, com um desvio padrão de 19 MPa e um valor do coeficiente de variação de 28%. O valor máximo registado foi de 96 MPa e o valor mínimo registado foi de 35 MPa. O limite inferior esperado é de 36 MPa, que corresponde ao quartilho de 5% de uma distribuição normal com um nível de confiança igual a 75%.

À semelhança das amostras intactas ensaiadas sob as mesmas condições de compressão, verificou-se que o modo de rotura das amostras envelhecidas ensaiadas a compressão perpendicular aos estratos foi semelhante em todas as amostras e como se pode observar pelas Figuras 5.41 e 5.42.

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a) Amostra 28 b) Amostra 29 c) Amostra 30

Figura 5.41 – Modos de rotura das amostras envelhecidas ensaiadas à compressão perpendicular aos estratos (1) (2012)

a) Amostra 33 b) Amostra 36 c) Amostra 37

Figura 5.42– Modos de rotura das amostras envelhecidas ensaiadas à compressão perpendicular aos estratos (2) (2012)

5.8.4.2.2. Força de compressão paralela aos estratos

Por fim, realizou-se o ensaio à compressão com a força de compressão aplicada paralelamente aos estratos nas amostras envelhecidas. À semelhança dos casos anteriores, expôs-se os resultados sob a forma de gráfico de barras, Figura 5.43.

Figura 5.43 – Gráfico da tensão de rotura à compressão paralela aos estratos ( _>,B°) das amostras envelhecidas

141 Após o tratamento estatístico dos resultados deste ensaio, determinou-se que o valor médio da tensão de rotura à compressão paralela aos estratos ( _>,B°) das amostras envelhecidas foi de 40 MPa, com um desvio padrão de 14 MPa e um coeficiente de variação de 35%. O valor máximo registado foi de 63 MPa e o valor mínimo registado foi de 26 MPa. O limite inferior esperado é de 19 MPa, que corresponde ao quartilho de 5% de uma distribuição normal com um nível de confiança igual a 75%.

Nas amostras envelhecidas testadas com a compressão paralela aos estratos verificou-se que a rotura das amostras se deu sobretudo na direção dos estratos, tal como nas amostras intactas ensaiadas sob as mesmas condições de compressão. Nas Figuras 5.44 e 5.45 pode se visualizar os modos de rotura de algumas amostras envelhecidas ensaiadas com a força de compressão paralela aos estratos.

a) Amostra 40 b) Amostra 42 c) Amostra 44

Figura 5.44 – Modos de rotura das amostras envelhecidas ensaiadas à compressão paralela aos estratos (1) (2012)

a) Amostra 47 b) Amostra 50 c) Amostra 52

Figura 5.45 – Modos de rotura das amostras envelhecidas ensaiadas à compressão paralela aos estratos (2) (2012)

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