PROCEDIMENTOS DE ENSAIO

4.8.1 Preparação do Solo nos Modelos

O preenchimento da caixa de testes foi procedido utilizando-se a técnica de chuva- de-areia. Para tanto, o equipamento desenvolvido nesta fase da pesquisa teve por base o trabalho de Rad e Tumay (1987), que realizam um extenso estudo sobre os

fatores que afetam a densidade de amostras obtidas através do método. Como mostra a Figura 4.15, o equipamento era composto por um pórtico de aço, um reservatório móvel no topo e um conjunto de peneiras localizadas sob este último, denominado difusor. O procedimento consistia em liberar a areia armazenada no reservatório enquanto o mesmo se movimentava a uma velocidade constante sobre a caixa. O pórtico era composto por perfis de seção transversal de 25 x 25 mm, possuindo as seguintes dimensões: 2 m de comprimento, 0,8 m de largura e 2,04 m de altura, determinadas de acordo com as dimensões da caixa de teste. O reservatório possuía dimensões de 200 x 400 x 570 mm, sendo dotado de rodas que giravam sobre canaletas em v soldadas no topo da estrutura. O fundo do reservatório era composto por uma chapa perfurada que dava vazão à areia quando da abertura de uma escotilha. Correias ligadas a um motor eram responsáveis pela movimentação do reservatório a uma velocidade constante. Auxiliado por um conjunto de catracas, um redutor de 1:300 reduzia a rotação do motor, permitindo ao reservatório percorrer a estrutura de uma extremidade a outra em aproximadamente 40 s.

A areia era liberada através da abertura de uma escotilha no fundo do reservatório e atingia a caixa de ensaios após passar pelo difusor, o qual permitia a obtenção de amostras mais homogêneas. Como ilustra a Figura 4.16, o difusor possui dimensões externas de 80 mm de altura, 305 mm de comprimento e 665 mm de largura e era acoplado ao reservatório por quatro barras rosqueadas de 12,7 mm de diâmetro. O equipamento era formado por duas peneiras com abertura de 6 mm, defasadas de 450 e distantes 425 mm entre si. As peneiras possuíam comprimento de 200 mm e largura de 560 mm.

Figura 4.16. Esquema do difusor; (a) vista superior (b) corte A-A. Dimensões em mm.

Maciços com diferentes densidades foram obtidos mantendo a distância entre o difusor e o topo da caixa de testes constante e alterando a descarga do material, tida como o fator de maior influência sobre a densidade final. Altura de queda, distância do reservatório ao difusor, quantidade de peneiras, distância entre peneiras, dentre outros, exercem efeitos secundários (Rad e Tumay 1987). A descarga foi variada através do diâmetro dos orifícios da chapa do fundo do reservatório.

A seleção dos diâmetros da chapa do reservatório e da distância entre o difusor e a caixa de testes foi efetuada através de calibrações. Primeiramente, com a vazão mantida constante, amostras de solo foram preparadas em um recipiente de volume conhecido (200 x 200 x 100 mm) variando-se a altura de queda da areia. Através da determinação do peso da amostra, foi possível avaliar a densidade obtida para cada altura estabelecida. Observou-se que a densidade da areia permanece

constante já para alturas superiores a 200 mm, de modo que a distância do difusor ao topo da caixa de testes foi fixada em 250 mm.

Em seguida, com a altura entre o difusor e o topo do recipiente mantida constante, variou-se o diâmetro dos furos da chapa inferior do reservatório. A Figura 4.17 mostra a relação obtida entre Dr e o diâmetro do orifício. Foram confeccionadas

chapas com orifícios de 13, 9 e 4 mm de diâmetro, correspondentes a densidades relativas (Dr) de 50, 75 e 100%, respectivamente. 2 4 6 8 10 12 14 40 50 60 70 80 90 100 110 D e ns id ad e re la tiv a, D r (% ) Diâmetro do orifício (mm)

Figura 4.17. Curva de calibração da areia Itaporã: densidade relativa versus diâmetro do orifício.

4.8.2. Confecção dos Modelos e Execução dos Ensaios

Antes da realização dos ensaios, as paredes da caixa de testes eram revestidas com duas camadas de filme de poliéster (comercialmente conhecido por Mylar, de Fabricação da DuPont) de 0,075 mm de espessura, sem lubrificação. Considerou-se que o uso de um lubrificante não se justificaria por causa do custo elevado e pelas próprias dimensões da caixa em relação ao tubo, as quais, por si só já reduzem consideravelmente a influência do contorno sobre o comportamento do tubo ensaiado.

O passo inicial para a realização do ensaio consistia em posicionar o equipamento de chuva-de-areia na caixa de testes, procurando-se alinhar as extremidades das peneiras do dispersor com as paredes. A caixa era então preenchida com areia até compor uma camada de 30 mm de espessura, onde o tubo repousava. A camada era cuidadosamente nivelada por meio de vácuo (Ueno 1998). Antes do preenchimento da caixa, uma camada de graxa de silicone era aplicada às frestas entre o prisma e a base da caixa para prevenir a entrada de areia no mecanismo do alçapão e o conseqüente travamento do sistema.

O corpo-de-prova era preparado lixando-se suas extremidades, pulverizando- se seu interior com pó de grafite e marcando-se o local de instalação das células de tensão total, para em seguida ser posicionado no interior da caixa. Para evitar a saída de areia da caixa, as extremidades do tubo eram vedadas com fita adesiva no interior e tiras de espuma no lado externo. Em seguida, as células de inclusão eram fixadas ao tubo com o auxílio de fita adesiva. As demais células eram dispostas durante o processo de enchimento da caixa. A Figura 4.18 exibe o corpo-de-prova posicionado no interior da caixa com as células de tensão da linha d’água afixadas.

O sistema de medidas das deflexões do tubo era montado iniciando-se pelos suportes externos, seguidos da barra-guia e finalmente do transdutor. A primeira varredura de leituras era realizada após a areia cobrir o teto do tubo. Antes do processo de enchimento da caixa ser retomado, o sistema de medições de deslocamento era protegido com sacos plásticos e fita adesiva para evitar o contato com a areia. Após o preenchimento total da caixa, a superfície da areia era cuidadosamente rasada com uma régua e o exterior da caixa era limpo com o auxílio de um aspirador de pó. Uma bolsa de PVC reforçada com fibras de poliéster, fabricada pela Sansuy S.A., era então colocada sobre a superfície do modelo com o intuito de aplicar pressão no maciço de solo recém-construído. Por fim, a tampa era fixada à caixa através de parafusos. Mais uma varredura com o transdutor de deslocamentos era realizada antes do início da fase de aplicação da pressão.

A pressão era aplicada à bolsa em incrementos de 10 kPa até o nível desejado, sendo registrada através de um manômetro devidamente aferido com resolução de 1 kPa e capacidade máxima de 200 kPa. Quando a pressão final era atingida, uma nova varredura com o transdutor de deslocamentos era efetuada, para então ser iniciada a

movimentação do alçapão. Novas varreduras eram realizadas em determinados deslocamentos do alçapão, como descrito no item 4.4.3. Os deslocamentos do alçapão eram medidos através de um transdutor de deslocamentos do tipo DTH, de fabricação da Kyowa Electronic Instruments Co., Ltd., com capacidade máxima de 100 mm e resolução de 0,01 mm. O transdutor era posicionado embaixo da caixa de testes por meio de uma base magnética articulada. Dois DTHs foram utilizados em alguns dos ensaios para confirmação de medidas.

Figura 4.18. Tubo posicionado na caixa de testes com células afixadas.

Como anteriormente mencionado, a resposta dos instrumentos era gravada durante os ensaios através de um sistema de aquisição de fabricação da Measurements Group., Inc, modelo Win5000. Nos ensaios convencionais foram utilizados dois módulos de aquisição, sendo as células de tensão e o DTH ligados em um deles e o transdutor de deslocamentos no outro. Os dados obtidos eram armazenados em um micro-computador para posterior tratamento. Nos ensaios com o tubo instrumentado apenas as leituras dos strain-gages eram obtidas, não sendo medidas as deflexões ao longo do tubo nem tensões na massa de solo.

4.9. PROGRAMA DE ENSAIOS

Um total de 25 ensaios foi realizado nesta fase da pesquisa, dentre testes com e sem a presença do tubo. A seqüência de todos os ensaios é mostrada nas tabelas a seguir, sendo divididas em quatro séries distintas. As variáveis selecionadas para

investigação foram a densidade relativa do solo (Dr), a sobrecarga (q), o

comprimento do alçapão (Lv) e o sentido do deslocamento do alçapão. Densidades

relativas de 50, 75 e 100 % foram utilizadas para representar maciços fofos, intermediários e compactos, respectivamente. Os modelos foram ensaiados com pressões aplicadas pela bolsa na superfície variando entre 0 e 150 kPa.

Continuando a denominação dada aos ensaios em centrífuga, a série C (Tabela 4.5) engloba os ensaios de arqueamento, ou seja, sem tubo, os quais contaram com a utilização de ambas as configurações de alçapão (100 x 100 mm e 300 x 100 mm), deslocando-se em ambos os sentidos. As séries D e E (Tabelas 4.6 e 4.7) envolvem os ensaios com o conduto submetido a perda de apoio e elevação localizada, respectivamente. Todos os modelos dessas séries foram ensaiados com o alçapão de 300 x 100 mm. A série F contou com quatro ensaios com o tubo instrumentado, sendo dois com o alçapão subindo e outros dois com o alçapão descendo. A seqüência dos ensaios da série F é mostrada na Tabela 4.8.

Tabela 4.5. Série C: ensaios de arqueamento Ensaio Densidade relativa, Dr (%) Sobrecarga, q (kPa) Compr. do alçapão, Lv Sentido do alçapão C1 100 100 3B* Desce C2 100 100 3B Desce C3 50 100 3B Desce C4 100 50 3B Desce C5 100 100 3B Sobe C6 100 100 B+ Desce C7 100 100 B Sobe *alçapão de 300 x 100 mm, +alçapão de 100 x 100 mm

Tabela 4.6. Série D: ensaios com tubo submetido a perda de apoio localizada

Ensaio Densidade relativa, Dr (%) Sobrecarga, q (kPa)

D1 100 50 D2 100 100 D3 100 100 D4 100 150 D5 75 100 D6 50 50 D7 50 100 D8 50 150

Tabela 4.7. Série E: ensaios com tubo submetido a elevação

Ensaio Densidade relativa, Dr (%) Sobrecarga, q (kPa)

E1 100 0 E2 100 25 E3 100 50 E4 50 25 E5 50 50 E6 50 100

Tabela 4.8. Série F: ensaios com tubo instrumentado Ensaio Densidade relativa, Dr (%) Sobrecarga, q (kPa) Sentido do alçapão F1 100 100 Desce F2 50 100 Desce F3 100 50 Sobe F4 50 50 Sobe

CAPÍTULO V