Tensões verticais totais no interior da câmara de ensaios preenchida apenas com areia

A verificação das tensões verticais totais próximas à bolsa de ar pressurizado foi realizada através do preenchimento da câmara de ensaios com areia e da utilização de células de tensão total posicionadas a 12 mm de profundidade. Adicionalmente, um segundo conjunto de células de tensão total foi distribuído a 88 mm de profundidade. A localização de ambos os conjuntos é apresentada na Figura 3.18. Foram empregadas células manufaturadas e fornecidas por Kyowa Electronic Instruments Co., Ltd., modelos BEC-A-200KP e BEC-A- 500KP, com capacidade nominal igual a 200 e 500 kPa, respectivamente. Ambos os modelos de células de tensão total possuem 30 mm de diâmetro externo e diafragma com 23 mm de diâmetro.

A nomenclatura adotada para as células de tensão total objetivou a rápida identificação da posição das mesmas no interior da câmara de ensaio. As células centrais receberam a identificação “Central / XX – σi”, onde XX representa a profundidade onde

foram instaladas, em milímetros, e i indica qual a direção das tensões que estão sendo mensuradas (vertical – v, ou horizontal – h). As demais células de tensão total foram nomeadas segundo a distância da parede lateral mais próxima (100 ou 20), expressa em milímetros, juntamente com a sua localização em relação à posição dos corpos de prova

(“CP” para aquelas localizadas ao longo do eixo dos corpos de prova e “livre” para aquelas alinhadas perpendicularmente a esse eixo). Apesar de esta nomenclatura ter sido utilizada, salienta-se que o corpo de prova de geossintético não foi empregado neste procedimento, uma vez que seu objetivo foi avaliar a distribuição de tensões totais no interior da câmara de ensaio sem a interferência do mesmo. O registro das leituras apontadas pelas células de tensão total foi realizado por meio de dois aparelhos de aquisição de dados, Model P3 Strain Indicator and Recorder, produzidos por Micro-Measurements Strain Gages and Instrumentation, Inc., do Vishay Precision Group, Inc. Estes equipamentos são idênticos àqueles descrito no item 3.3.6.

Figura 3.18 – Localização das células de tensão total empregadas na verificação das tensões normais no interior da câmara de ensaio sem a utilização do corpo de prova: a) 12 mm de profundidade; b) 88 mm de profundidade; c) Vista lateral.

a) b) Central / 12 - σv 100-CP 20-CP 100-livre Dimensões em milímetros Dimensões em milímetros 20 0 200 Resistências elétricas Bolsa de ar pressurizado 88 12 Dimensões em milímetros 200 100 20 20 0 10 0 20 30 30 20-livre Central / 12 - σh

Projeção da posição do corpo de prova

Central / 88 - σv

Central / 88 - σh

Após o preenchimento da câmara de ensaio com a instalação das células de tensão total, a pressão de ar no interior da bolsa inflável foi aumentada em estágios, simultaneamente ao registro das leituras das células. Este procedimento permitiu relacionar os valores de pressão apontados pelo manômetro do painel de pressão com as leituras de tensão total das células. As constantes de calibração das células foram empregadas para calcular as tensões totais mensuradas pelos equipamentos no interior da câmara de ensaios e, assim, estabelecer a relação entre a pressão aplicada na bolsa de ar pressurizado e as tensões totais nos diversos pontos localizados no interior da câmara de ensaios. Salienta-se que este procedimento foi repetido duas vezes. A Figura 3.19 exemplifica a obtenção da relação entre a pressão aplicada na bolsa de ar e as tensões totais no interior da câmara de ensaio.

Figura 3.19 – Verificação das tensões totais no interior da câmara de ensaios, célula 100-CP: a) Exemplo da variação das leituras; b) Exemplo da relação entre pressão aplicada na bolsa de ar e as tensões mensuradas.

Vale ressaltar que as análises foram realizadas levando em consideração as leituras obtidas em estágios onde houve aumento no valor da pressão aplicada na bolsa de ar. Essa medida foi tomada devido à similaridade em relação ao procedimento de montagem do ensaio, onde a pressão na bolsa de ar é aumentada para a aplicação da tensão normal. O procedimento de montagem referido acima será descrito detalhadamente no item 3.4.

A relação entre a pressão aplicada na bolsa de ar e as tensões totais medidas pelas células de tensão total mostraram-se lineares. Assim, os coeficientes angulares calculados pela regressão linear dos pontos obtidos neste procedimento de calibração representam esta relação e são apresentados na Tabela 3.1. Os valores obtidos no Teste 1 são, na maioria dos casos, maiores que aqueles obtidos nos testes subsequentes. Este comportamento é esperado, uma vez que, após o Teste 1, houve uma densificação da areia utilizada como meio confinante. Assim, nos testes subsequentes, as tensões totais que atingem os pontos onde as células estão localizadas são menores.

Tabela 3.1 – Coeficientes angulares obtidos na regressão linear das leituras das células de tensão total (montagem sem corpo de prova).

Profundidade Identificação Coeficiente angular

1

Teste 1 Teste 2 Teste 3

12 mm Central / 12 - σv 1,267 (0,997) 1,225 (0,998) 1,203 (0,992) Central / 12 - σh 0,546 (0,954) 0,488 (0,995) 0,474 (0,987) 100-CP 1,032 (0,998) 0,982 (0,999) 0,969 (0,993) 20-CP 0,956 (0,992) 0,961 (0,998) 0,961 (0,994) 100-livre 1,591 (0,998) 1,496 (0,999) 1,461 (0,9949) 20-livre 0,884 (0,998) 0,912 (0,999) 0,898 (0,995) 88 mm Central / 88 - σv 1,375 (0,995) 1,325 (0,996) 1,312 (0,991) Central / 88 - σh 0,452 (0,989) 0,419 (0,994) 0,406 (0,975) 1_{O valor entre parênteses é o coeficiente de determinação obtido na regressão linear dos}

dados.

As tensões verticais totais medidas no mesmo nível (12 mm de profundidade) não foram iguais entre si. Esse comportamento pode ser explicado pelo formato que a bolsa de ar pressurizado adquire quando a pressão de ar é aplicada em seu interior, apresentando deformações verticais maiores na sua porção central. Adicionalmente, o atrito entre o meio confinante e as paredes laterais da câmara de ensaio podem provocar a redução das tensões verticais nas regiões periféricas da mesma. Em vista disso, elaborou-se uma previsão da distribuição das tensões totais verticais no interior da câmara de ensaios, a 12 mm de profundidade em função da pressão aplicada na bolsa de ar. Essa distribuição é ilustrada na Figura 3.20 e foi obtida a partir dos valores registrados nas células posicionadas neste nível. Salienta-se, contudo, que o coeficiente angular obtido a partir das leituras da célula 100-livre não foi considerado devido à discrepância em relação aos demais valores encontrados.

A distribuição das tensões totais verticais foi elaborada com o programa computacional Surfer Version 8.00, fabricado pela Golden Software, Inc. Este recurso permitiu o cálculo do coeficiente angular médio considerando-se toda a câmara de ensaio igual a 0,9884. Assim, pode-se perceber que o sistema de reprodução do confinamento dos corpos de prova desempenhou sua função satisfatoriamente, submetendo o meio confinante a uma tensão vertical média aproximadamente igual àquela aplicada no interior da bolsa de ar e mensurada com o manômetro do painel de pressão.

Figura 3.20 – Distribuição das tensões totais verticais no interior da câmara de ensaio a 12 mm de profundidade (coeficientes angulares das retas de ajuste por regressão linear).

Apesar de este desempenho ter sido considerado satisfatório, é necessário salientar que o coeficiente angular médio calculado com os valores no interior da projeção da faixa de interesse dos corpos de prova, mostrada na Figura 3.20, é igual a 1,1237. Isso significa que a região onde o alongamento do corpo de prova é mensurado seria submetida a uma tensão vertical 12,37% maior que a pressão de ar medida pelo manômetro do painel de pressão. Contudo, constatou-se uma diferença expressiva entre os coeficientes angulares obtidos no centro da câmara de ensaios, em profundidades diferentes (1,267 a 12 mm de profundidade e 1,375 a 88 mm de profundidade). Adicionalmente, a presença do corpo de prova numa montagem real de ensaio poderia causar uma influência que não foi avaliada neste procedimento. Assim, surgiu a necessidade de realizar um novo procedimento de verificação do sistema para reprodução do confinamento, a partir da montagem de um ensaio completo com a instalação das células de tensão total no interior da câmara de ensaios.

3.3.2.1.2. Tensões verticais totais no interior da câmara de ensaios em