Estudo da Resistência e Comportamento de Solo

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ESTUDO DA RESISTÊNCIA E DO COMPORTAMENTO 
TENSÃO-DEFORMAÇÃO DE UM SOLO RESIDUAL FINO 
COMPACTADO, UTILIZANDO ENSAIOS TRIAXIAIS 
CONVENCIONAIS E DE DEFORMAÇÃO PLANA 
 
Cid Almeida Dieguez 
 
Projeto de Graduação apresentado ao 
Curso de Engenharia Civil da Escola 
Politécnica, Universidade Federal do Rio 
de Janeiro, como parte dos requisitos 
necessários à obtenção do título de 
Engenheiro. 
 
Orientador: 
Mauricio Ehrlich 
 
 
Rio de Janeiro 
Março de 2016 
ii 
 
ESTUDO DA RESISTÊNCIA E DO COMPORTAMENTO TENSÃO-
DEFORMAÇÃO DE UM SOLO RESIDUAL FINO COMPACTADO, 
UTILIZANDO ENSAIOS TRIAXIAIS CONVENCIONAIS E DE 
DEFORMAÇÃO PLANA 
 
Cid Almeida Dieguez 
 
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE 
ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE 
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS 
NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL. 
 
Examinado por: 
 
_________________________________________________ 
Prof. Mauricio Ehrlich, D.Sc. 
 
_________________________________________________ 
Prof. Ian Schumann Marques Martins, D.Sc. 
 
_________________________________________________ 
Prof. Marcos Barreto de Mendonça, D.Sc. 
 
 
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL 
MARÇO de 2016 
iii 
 
 
Dieguez, Cid Almeida 
 Estudo da Resistência e do Comportamento Tensão-
Deformação de um Solo Residual Fino Compactado, Utilizando 
Ensaios Triaxiais Convencionais e de Deformação Plana / Cid 
Almeida Dieguez. – Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 
2016. 
X, 115 p. il.: 29,7 cm. 
Orientador: Mauricio Ehrlich 
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso de 
Engenharia Civil, 2016. 
Referências Bibliográficas: p. 114. 
1.Ensaio Triaxial de Deformação Plana 2.Ensaio Triaxial 
Axissimétrico (Convencional) 3.Comportamento Tensão-
Deformação do Solo 4.Resistência ao Cisalhamento do Solo. 
I.Ehrlich, Mauricio. II.Universidade Federal do Rio de Janeiro, 
Escola Politécnica, Curso de Engenharia Civil. III.Estudo da 
Resistência e do Comportamento Tensão-Deformação de um 
Solo Residual Fino Compactado, Utilizando Ensaios Triaxiais 
Convencionais e de Deformação Plana. 
 
iv 
 
DEDICATÓRIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
À minha família. 
 
 
v 
 
AGRADECIMENTOS 
 
 Ao Professor Mauricio Ehrlich pela orientação neste e em outros trabalhos, pelo apoio, 
incentivo e confiança. 
 Ao D.Sc. Seyed Hamed Mirmoradi pelos trabalhos em equipe, conselhos, incentivo e 
confiança. 
 Ao Engenheiro Sérgio Iório pela orientação e dedicação aos ensaios realizados. 
 Aos colegas que contribuíram na revisão dos capítulos desta monografia: D.Sc. Diego 
de Freitas Fagundes, Eng. Juliana Pessin, D.Sc. Mario Guilherme Garcia Naccinovic e 
M.Sc. Raquel Mariano Linhares. 
 As secretárias Andréa Gomes de Souza, Marcia Lúcia de Gusmão e Maria Alice 
Marques dos Santos pelo apoio e incentivo. 
 A todos os funcionários e amigos do Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ. 
 A todos os colegas e professores da graduação na Escola Politécnica/UFRJ. 
 A todos os colegas e professores da COPPE/UFRJ. 
 Ao CNPq pelo suporte financeiro. 
 
 
vi 
 
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte dos 
requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil 
 
Estudo da Resistência e do Comportamento Tensão-Deformação de um Solo Residual 
Fino Compactado, Utilizando Ensaios Triaxiais Convencionais e de Deformação Plana 
 
Cid Almeida Dieguez 
Março/2016 
Orientador: Mauricio Ehrlich 
Curso: Engenharia Civil 
 
 Os ensaios triaxiais convencionais têm sido de grande importância nos estudos do 
comportamento mecânico de solos. Possibilita a obtenção de parâmetros de resistência 
do material ensaiado e indica fatores que possam influenciar na magnitude destes 
parâmetros. Apesar da versatilidade e relativa simplicidade dos equipamentos triaxiais 
convencionais, os estados de tensão e/ou deformação impostos à amostra, geralmente, 
não representam as condições encontradas in situ (comumente o estado plano de 
deformações). No âmbito da pesquisa, pretende-se analisar o comportamento tensão-
deformação de um solo residual tropical fino e obter seus parâmetros de resistência ao 
cisalhamento, sob condição consolidada–drenada (CD) em amostras saturadas. Para tal, 
foram realizados ensaios triaxiais axissimétricos e de deformação plana, tendo seus 
valores cotejados. 
 
vii 
 
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as partial fulfillment of the 
requirements for the degree of Engineer 
 
Study of the Shear Strength and the Stress-Strain Behavior of a Fine Residual Compacted 
Soil, Using Triaxial and Plane Strain Tests 
 
Cid Almeida Dieguez 
March/2016 
Advisor: Mauricio Ehrlich 
Course: Civil Engineering 
 
 The triaxial test has been one of the most important tool for evaluation of the 
mechanical behavior of soil. This equipment allows to obtain the shear strength 
parameters of soil and indicates the influence of different factors that could affect in those 
parameters. Although the triaxial equipment is simple to use and versatile tests could be 
carried out with this equipment, the state of tension and strain imposed on the sample, in 
general, does not represent in situ conditions. In the present study, the stress-strain 
behavior of a thin tropical residual soil has been considered and the shear strength 
parameters have been obtained under consolidated-drained (CD) condition in saturated 
samples. The results obtained using axisymmetric and plane strain triaxial tests were 
compared.
 
viii 
 
ÍNDICE 
1. Introdução ................................................................................................................ 1 
1.1 Motivação e Objetivos da Pesquisa ................................................................. 2 
1.2 Organização ...................................................................................................... 2 
2. Revisão Bibliográfica ............................................................................................... 4 
2.1 Ensaios de Cisalhamento em Laboratório ........................................................ 4 
2.1.1 Ensaios Triaxiais Axissimétricos (Convencional) ......................................... 7 
2.1.2 Ensaios Triaxiais de Deformação Plana ...................................................... 10 
2.2 Equipamento de Deformação Plana Desenvolvido por COSTA (2005) ........ 11 
2.2.1 Aplicação e Medição de Tensões ................................................................ 12 
2.2.2 Medição de Deslocamentos e Volumes ....................................................... 13 
2.2.3 Componentes do Equipamento Triaxial de Deformação Plana ................... 14 
2.2.4 Dimensões da Amostra ................................................................................ 19 
2.2.5 Extremidades Lubrificadas (Sistema Free End) do Molde .......................... 20 
2.3 Ensaios Triaxiais Axissimétricos e de Deformação Plana em Solo Residual 
Tropical Fino, Realizados por RICCIO FILHO (2007) ................................................. 21 
2.3.1 Amostras Utilizadas ..................................................................................... 21 
2.3.2 Ensaios Triaxiais de Deformação Plana ...................................................... 23 
3. Materiais e Métodos ............................................................................................... 31 
3.1 Amostras de Solo ........................................................................................... 31 
3.2 Ensaios Triaxiais Axissimétricos (Convencionais) ...................................... 33 
3.2.1 Compactação das Amostras Reconstituídas para os Ensaios Triaxiais 
Convencionais ........................................................................................................ 34 
3.2.2 EquipamentoTriaxial e Parâmetros Adotados no Software Triaxial ........ 36 
 
ix 
 
3.3 Ensaios Triaxiais de Deformação Plana ........................................................ 40 
3.3.1 Compactação das Amostras Reconstituídas para os Ensaios Triaxiais de 
Deformação Plana................................................................................................... 42 
3.3.2 Conversão do Molde Quadripartido em Aparato de Deformação Plana ..... 47 
3.3.3 Saturação do Corpo de Prova ...................................................................... 48 
3.3.4 Adensamento do Corpo de Prova ................................................................ 50 
3.3.5 Cisalhamento do Corpo de Prova ................................................................ 52 
4. Apresentação e Análise dos Resultados ................................................................. 54 
4.1 Análise de Dados dos Ensaios Triaxiais Axissimétricos ................................ 58 
4.2 Análise de Dados dos Ensaios Triaxiais de Deformação Plana ..................... 60 
4.2.1 Ensaios com uso de Extremidades Free End sobre os Anteparos Laterais.. 61 
4.2.2 Ensaios com uso de Extremidades Lubrificadas nos Anteparos Laterais.... 63 
4.2.3 Cálculo da Tensão de Desvio pela Medida de Área da Seção Transversal do 
Corpo de Prova ao Fim do Ensaio e Envoltória de Resistência ............................. 65 
4.3 Discussão dos Resultados ............................................................................... 68 
4.3.1 Comparação entre os Resultados dos Ensaios Triaxiais Axissimétricos e 
Triaxiais de Deformação Plana............................................................................... 70 
4.3.2 Comparação entre os Resultados dos Ensaios Triaxiais de Deformação 
Plana, Utilizando Extremidades Free End ou Lubrificadas .................................... 72 
5. Conclusão ............................................................................................................... 73 
ANEXO I ........................................................................................................................ 75 
A I.1 Fotos do Equipamento Desenvolvido por COSTA (2005) ............................. 75 
A I.1.1 Componentes do Equipamento e Aparelhagem ...................................... 75 
A I.1.2 Procedimento de Ensaio .......................................................................... 78 
 
x 
 
A I.2 Fotos dos Ensaios Realizados por RICCIO FILHO (2007) ............................... 81 
A I.2.1 Ensaio Triaxial Axissimétrico................................................................. 81 
A I.2.2 Ensaio Triaxial de Deformação Plana ..................................................... 82 
ANEXO II ...................................................................................................................... 84 
A II.1 Equação 4.1 – Cálculo da diferença de altura após adensamento .................. 84 
A II.2 Equação 4.2 – Cálculo da diferença de volume após adensamento ............... 85 
A II.3 Planilha de Dados dos Ensaios Triaxiais Axissimétricos ............................... 86 
A II.4 Curvas de Adensamento para os Ensaios de Deformação Plana .................... 98 
A II.5 Planilha de Dados dos Ensaios Triaxiais de Deformação Plana .................. 100 
A II.7.1 Ensaios Triaxiais Axissimétricos ................................................................... 111 
A II.7.2 Ensaios Triaxiais de Deformação Plana ............................................... 112 
Referências Bibliográficas ............................................................................................ 114 
 
1 
 
1. Introdução 
 Os ensaios triaxiais axissimétricos (convencionais) têm sido de grande importância 
nos estudos do comportamento mecânico de solos. São ensaios realizados em 
equipamento que permite o acompanhamento das tensões e deformações no solo ao se 
aplicar carregamentos ou deslocamentos controlados sobre os planos principais do 
corpo de prova. Possibilita a obtenção de parâmetros de resistência do material 
ensaiado e indica fatores que possam influenciar na magnitude destes parâmetros (com 
as considerações de poropressão, condição de drenagem e variação volumétrica). 
 Apesar da versatilidade dos ensaios e relativa simplicidade dos equipamentos 
triaxiais convencionais, os estados de tensão e/ou deformação impostos à amostra, 
geralmente, não representam as condições encontradas in situ. Grande parte dos 
problemas geotécnicos (à exemplo de barragens, análise de estabilidade em taludes de 
solo, estruturas de contenção e escavações) ocorrem sob estado plano de deformação, 
onde as deformações são nulas ao longo de uma das direções principais. 
 Diversos equipamentos triaxiais de deformação plana foram desenvolvidos 
objetivando a obtenção dos parâmetros de resistência ao cisalhamento e de tensão-
deformação de solos (ALCANTARINO, 1986 apud COSTA, 2005 e BISHOP & 
WOOD, 1958). Observam-se na literatura trabalhos de diferentes autores comparando 
resultados de ensaios de deformação plana e triaxiais convencionais (RICCIO FILHO, 
2007 e COSTA, 2005). Verifica-se que a diferença nos resultados obtidos nos dois 
tipos de ensaios cresce com a compacidade dos solos e que os ensaios de deformação 
plana apresentam menor deformação axial na ruptura quando comparados aos ensaios 
axissimétricos. 
 
 
2 
 
1.1 Motivação e Objetivos da Pesquisa 
 COSTA (2005) desenvolveu um novo equipamento triaxial para ensaios de solos na 
condição de deformação plana. RICCIO FILHO (2007) utilizou este equipamento, com 
algumas modificações, para obtenção de parâmetros de resistência ao cisalhamento em 
solo argilo arenoso (residual tropical fino) não saturado. 
 Os ensaios de RICCIO FILHO (2007) analisaram o comportamento do solo 
compactado (reproduzindo as condições in situ) em amostras não saturadas, realizando 
ensaios triaxiais de deformação plana e triaxiais axissimétricos, consolidados e sob 
condição de volume constante de água (CW). 
 Na presente pesquisa objetivou-se desenvolver, sob condição consolidada–drenada 
(CD) em amostras saturadas, ensaios triaxiais axissimétricos e de deformação plana no 
mesmo solo estudado por RICCIO FILHO (2007). Os ensaios de deformação plana 
foram efetuados utilizando o equipamento desenvolvido por COSTA (2005). 
1.2 Organização 
 Este trabalho é divido em cinco capítulos. Neste primeiro capítulo foram 
apresentados uma breve consideração sobre os ensaios triaxial axissimétrico e triaxial 
de deformação plana, a motivação para esta pesquisa e o objetivo dos ensaios realizados. 
 No segundo capítulo, são revisados os equipamentos usuais na obtenção da 
resistência ao cisalhamento do solo em ensaios de laboratório, dando ênfase nos ensaios 
triaxial de deformação plana e triaxial convencional. Também são apresentados o 
equipamento desenvolvido por COSTA (2005) e pesquisa desenvolvida por RICCIO 
FILHO (2007), que abrange a caracterização da amostra e obtenção dos parâmetros de 
resistência ao cisalhamento em ensaios triaxiais de deformação plana e triaxial 
 
3 
 
convencional, ambos em solo residual fino compactado, não saturado e sob condição de 
volume constante de água (CW). 
 No terceiro capítulo são apresentados os materiais e métodos utilizados nesta 
pesquisa. 
 No quarto capítulo é discutida a análise dos dados obtidos nos ensaios triaxiais e são 
apresentados os resultados, comparando os ensaios axissimétricos aos de deformação 
plana. 
 O quinto e último capítulo traz as considerações finais resultante deste trabalho e 
sugestões para futuras pesquisas. 
 
4 
 
2. Revisão Bibliográfica 
 Avaliar o comportamento de tensão-deformação do solo em laboratório requer um 
conjunto de recomendações práticas e normalização dos procedimentos de ensaios. Na 
medida do possível deve-se preservar ao máximo a estrutura original dosolo, seja ela 
uma amostra ‘indeformada’ ou reconstituída em laboratório, representativas das 
condições in situ. ATKINSON (2007) comenta que quase todo o conhecimento que temos 
sobre o comportamento do solo foi adquirido em ensaios realizados em laboratório. 
Ensaios em laboratório geralmente são aplicados a pequenas amostras de solo e em 
modelos representativos das condições encontradas em obras reais. 
 Recomendações da prática de laboratório, quanto à segurança, utilização dos equipa-
mentos, instrumentos de medição e aquisição de dados podem ser encontradas em HEAD 
(1994). Deve-se prezar pela fidelidade e acurácia dos dados obtidos, registrando todos os 
fatos observados durante o experimento, não somente o que possa ser considerado o mais 
importante. Anotações críticas sobre o decorrer dos ensaios também são partes destes 
registros e devem ser utilizadas pelo engenheiro na avaliação dos resultados. 
 
2.1 Ensaios de Cisalhamento em Laboratório 
 Idealmente, um equipamento para medição da resistência ao cisalhamento deveria ser 
capaz de impor qualquer estado de tensões na amostra e esta ter liberdade em mudar seu 
estado de tensões, de forma a possibilitar que seus planos principais girem durante o 
carregamento. ATKINSON (1982) exemplifica que na prática dos ensaios estes requisitos 
são extremamente difíceis de alcançar, ou até mesmo impossíveis, visto que as 
deformações específicas antes mesmo da ruptura podem ser elevadas sendo difícil 
acomodar os deslocamentos entre placas adjacentes no sistema de aplicação de carga. 
 
5 
 
 Há, na prática de laboratório, diversos equipamentos utilizados na obtenção de 
parâmetros de resistência ao cisalhamento ou avaliar o comportamento tensão-
deformação em solos. ATKINSON (1982) divide estes equipamentos em duas classes: a 
característica principal da primeira classe de equipamentos (figura 2.1) abrange 
carregamentos aplicados por placas rígidas polidas ou em membranas flexíveis, 
estimando que os planos de aplicação de carga também sejam os planos principais de 
tensões e de deformações da amostra durante o carregamento; a segunda classe de 
equipamentos (figura 2.2) engloba os que durante o ensaio possibilitem que os planos de 
aplicação do carregamento não sejam coincidentes com os planos principais da amostra. 
Dentre os ensaios apresentados, os mais comuns na prática de engenharia e investigação 
em laboratório são: triaxiais axissimétricos, compressão unidimensional e cisalhamento 
direto. Nesta revisão bibliográfica, dar-se-á ênfase a dois tipos de ensaios triaxiais de 
compressão: axissimétrico (convencional) e de deformação plana (figura 2.1). 
 Apesar dos equipamentos triaxiais convencionais serem mais utilizados em compara-
ção aos de deformação plana, este último representa as condições de contorno da maioria 
dos problemas enfrentados na prática de engenharia geotécnica. Entretanto, o equi-
pamento triaxial convencional ganha pela aplicabilidade do ensaio, principalmente no que 
se refere ao uso de amostras indeformadas, possibilitando uma rotina de ensaios adequada 
à necessidade de grandes obras. ATKINSON (1982) comenta que os demais 
equipamentos (figura 2.1 e 2.2) são estritamente utilizados em laboratórios de pesquisa. 
COSTA (2005) ressalta que um dos grandes problemas dos equipamentos triaxiais de 
amostras prismáticas é a interferência nos cantos e arestas. Quando nestes equipamentos 
a aplicação de tensões nos corpos de prova é feita através de placas rígidas, ocorrem 
deformações longitudinais uniformes. Entretanto, a distribuição de tensões pode ser 
não uniforme devido à interferência das placas. Nos equipamentos com membrana 
 
6 
 
flexíveis, pode ocorrer uma não uniformidade de deformações ao longo do corpo de 
prova, mesmo para pequenas ou médias deformações. Recomenda-se, portanto, que 
sejam usadas membranas mais rígidas nas arestas do corpo de prova prismático. 
 
 
Figura 2.1 Representação esquemática das tensões e deformações em ensaios de laboratório 
que têm como característica imposição de planos principais pela aplicação do carregamento. 
(ATKINSON, 1982). 
 
Triaxial de Deformação Plana 
Triaxial Axissimétrico 
(Triaxial Convencional) 
Triaxial Cúbico 
(Triaxial verdadeiro) 
Triaxial de Estado Plano de Tensões 
Compressão Unidimensional 
(Oedômetro) 
Compressão Uniaxial 
(Simples) 
Compressão Isotrópica 
 
7 
 
 
Figura 2.2 Representação esquemática das tensões em ensaios de laboratório que não impõe 
aos planos de aplicação dos carregamentos que sejam coincidentes aos planos principais da 
amostra. (ATKINSON, 1982). 
 
2.1.1 Ensaios Triaxiais Axissimétricos (Convencional) 
 O ensaio triaxial axissimétrico é considerado o mais versátil dos ensaios de resistência 
ao cisalhamento em solos saturados ou não saturados. Nele é possível obter parâmetros 
de resistência ao cisalhamento em termos de tensões efetivas ou totais (em função da 
condição de drenagem adotada no ensaio), com acompanhamento da poropressão ou a 
deformação volumétrica na amostra. Em BISHOP & HENKEL (1962) são descritos 
detalhadamente, os componentes do equipamento (figura 2.3), a preparação das amostras 
cilíndricas utilizadas no ensaio e também toda teoria necessária para análise dos 
resultados. ATKINSON (2007) comenta que mesmo com o avanço tecnológico e os mais 
novos instrumentos de medição disponíveis, a literatura técnica de BISHOP & HENKEL 
(1962) é ainda muito utilizada como referência aos procedimentos e análise do 
 
Ensaio de Ring Shear 
 
Cisalhamento Simples 
 
Cisalhamento Direto 
 
 
8 
 
comportamento dos solos. No Brasil, apesar de não se dispor de uma norma técnica 
nacional específica para ensaios triaxiais em solos, as medidas, equipamentos e proce-
dimentos em geral coincidem com a norma britânica BS 1377 (1990) assim como a 
literatura de BISHOP & HENKEL (1982). 
 Com o equipamento triaxial axissimétrico é possível realizar ensaios de compressão 
ou extensão, permitindo que sejam aplicadas condições distintas de carregamento ou 
descarregamento, medidas de deformação e controle de drenagem na amostra, 
aproximando-se das condições encontradas in situ. 
 As etapas comuns a todos os ensaios triaxiais axissimétricos são: confinamento 
hidrostático e cisalhamento da amostra. O que difere um ensaio em ser adensado ou não, 
é a abertura do registro de drenagem durante a fase de confinamento hidrostático. 
BISHOP & HENKEL (1962) subdividem em três grupos os ensaios possíveis em 
compressão: não consolidado–não drenado (UU), consolidado–não drenado (CU) e 
consolidado–drenado (CD). 
 No ensaio de compressão triaxial axissimétrico, é imposto à amostra um estado de 
tensões onde os planos principais são considerados os mesmos do carregamento (figura 
2.4a). Para isso, além da simplificação acerca da ausência de atrito nas extremidades 
superior e inferior da amostra, é considerado que a tensão radial (σr), aplicada pela 
pressão de confinamento hidrostático (σc) (figura 2.4b) seja igual às tensões principal 
menor e principal intermediária (σ3 e σ2 respectivamente), isto é, σr = σ3 = σ2 = σc. 
Para o cálculo da tensão principal maior (σ1), primeiramente calcula-se a tensão 
desviadora (σd), aplicada pelo carregamento axial (Fa) corrigido pela área transversal da 
amostra (figura 2.4c). É então somada à tensão de confinamento: σ1 = σ3 + σd , sendo 
σd o carregamento axial em razão da área corrigida. 
 
9 
 
 
Figura 2.3 Representação esquemática da célula triaxial de amostra cilíndrica (BISHOP & 
HENKEL, 1962). 
 
Figura 2.4 a) estado de tensões atuantes na amostra; b) tensões durante a fase de 
confinamento hidrostático; c) carregamento axial e área corrigida da amostra (ATKINSON, 
2007). 
 
 1 
 3 
 c 
 c 
 
 
 
Válvula de alívio 
da pressão de ar 
 
Manômetro 
 
O’ring de 
borracha 
 
O’ring de 
borracha 
 
Água 
 
Carregamento 
axial 
 
Top cap 
 Pedraporosa 
 
Tubo flexível 
 
Amostra envolta por 
uma membrana 
flexível de látex 
 
Pedra porosa 
 O’ring de borracha 
 
Conexões para drenagem ou 
medição da poro-pressão 
 
Haste de 
carregamento 
 
Controle da pressão de 
confinamento 
 
 
10 
 
2.1.2 Ensaios Triaxiais de Deformação Plana 
 No ensaio triaxial de deformação plana, uma amostra prismática de seção retangular 
é submetida a esforços de compressão, pela aplicação de um carregamento axial no 
plano horizontal (xy) da amostra e somado a um adensamento em deformação plana, 
anterior à fase de cisalhamento. Idealmente, em duas faces opostas (plano vertical zy) é 
imposta deformação nula e nenhuma tensão cisalhante. Nas duas faces restantes (do 
plano vertical xz) há liberdade de deformação, atuando somente tensões iguais à de 
confinamento da amostra. Na figura 2.5, são esquematizadas as tensões e deformações 
na amostra. Desta forma, duas das três tensões principais são conhecidas: tensão 
principal maior (σ1 = σ𝑧) e tensão principal menor (σ3 = σ𝑦). Já as tensões atuantes 
nas faces com a deformação impedida (σ𝑥 , ε𝑥 = 0) são coincidentes com a tensão 
principal intermediária (σ2), que por sua vez é função direta das tensões principal maior 
e principal menor, além do coeficiente de Poisson (ν) do material a ser ensaiado. 
COSTA (2005) e ALCANTARINO (1986) apresentam revisão bibliográfica de diversos 
equipamentos de deformação plana utilizados em conceituados centros de pesquisa, 
além dos próprios equipamentos, montados na COPPE/UFRJ e PUC/RJ 
respectivamente. 
Figura 2.5 Tensões e deformações em estado plano de deformações (ATKINSON 2007). 
 
 
 
 
 = 0 
 
 = 0 
 
 
11 
 
2.2 Equipamento de Deformação Plana Desenvolvido por COSTA (2005) 
 Na pesquisa desenvolvida por COSTA (2005), foi apresentado um novo equipamento 
triaxial de deformação plana, desenvolvido no Laboratório de Geotecnia da 
COPPE/UFRJ. Este equipamento e sua metodologia de ensaio foram também adotados 
no presente trabalho. Para os ensaios ora apresentados, foram efetuadas pequenas 
modificações no equipamento e na forma de compactação do solo. 
 Buscou-se ter no equipamento desenvolvido por COSTA (2005) a mesma 
versatilidade encontrada nos ensaios triaxiais convencionais. Para tal, fez-se uso de uma 
célula triaxial convencional para amostras de 10 cm de diâmetro, comercializada pela 
Wykeham Farrance. Assim, conceitualmente, segue a mesma esquematização da figura 
2.3, onde são apresentados os principais componentes de uma célula triaxial 
convencional. 
 A contribuição do novo equipamento de deformação plana é dada pela 
conversibilidade do molde utilizado para reconstituição da amostra, em um aparato de 
deformação impedida (ao longo do eixo que comporta a maior dimensão da amostra) 
e também na fase de confinamento da amostra. Portanto, ao realizar um ensaio 
consolidado, tem-se que a redução de volume na amostra é proveniente das 
deformações ε e ε , já que ε𝑥 = 0 (figura 2.5). 
 Outra inovação em relação a outros equipamentos existentes é a forma com que a 
membrana é presa no top cap. A solução encontrada foi confeccionar discos de borracha 
com a forma da seção do top cap ou da base, vazados em seu centro, garantindo assim 
uma boa vedação e distribuição uniforme de pressão ao redor do top cap e da base. As 
fotos do equipamento desenvolvido por COSTA (2005) são apresentadas no ANEXO I. 
 
 
12 
 
2.2.1 Aplicação e Medição de Tensões 
 A aplicação de tensões durante o ensaio ocorre em duas fases: adensamento e 
cisalhamento. Na fase de adensamento foi utilizado um sistema de aplicação da pressão 
confinante, descrito na literatura de BISHOP & HENKEL (1962). Este sistema (figura 
2.6) consiste de um reservatório auto-compensado de mercúrio, com capacidade de até 
600 kPa de pressão aplicada através da água contida na câmara triaxial. O mesmo 
sistema é também utilizado para realizar a fase de saturação, durante a preparação da 
amostra. 
 
 
Figura 2.6 Sistema de aplicação de pressão auto-compensado, utilizando reservatório de 
mercúrio (BISHOP & HENKEL, 1962). 
 
Manômetro 
Água 
Reservatório auto-compensador de mercúrio 
Reservatório de mercúrio 
Succão 
Ajuste da 
altura do 
reservatório 
 
Ao medidor 
de volume 
Água 
 
13 
 
 A tensão principal menor é aplicada à amostra através da pressão do fluido (água 
destilada e deaerada) contido no interior da célula triaxial, agindo diretamente na 
membrana de borracha que envolve a amostra (exceto nas paredes onde a deformação é 
impedida). Para medição da tensão aplicada pelo fluido de confinamento empregou-se 
um transdutor de pressão conectado à base da câmara triaxial. 
 Assim como nos ensaios triaxiais de deformação controlada, a aplicação da tensão 
principal maior ocorre com o deslocamento vertical de todo o conjunto da célula triaxial, 
controlados por uma prensa, à uma velocidade constante. 
 Na medição da carga vertical foi utilizada uma célula de carga acoplada à extremidade 
superior da prensa e conectada através de uma esfera de aço à haste de carregamento da 
célula triaxial. A capacidade nominal desta célula de carga é de 15 kN. 
 As leituras correspondentes aos transdutores de pressão e célula de carga são 
registradas em um sistema de aquisição de dados. 
 
2.2.2 Medição de Deslocamentos e Volumes 
 A deformação axial é registrada por um sistema de LVDT (Linear Variable 
Differential Transformers), sendo a parte fixa deste extensômetro presa à prensa e a parte 
móvel apoiada na câmara. As leituras deste instrumento são também registradas no 
sistema de aquisição de dados. 
 As variações volumétricas do corpo de prova são mensuradas por um aparelho 
medidor de variação volumétrica conectado à saída da amostra (registro a1 da figura 
2.6) e então registradas pelo sistema de aquisição de dados. O aparelho medidor de 
variação volumétrica e suas especificações podem ser vistos na figura 2.7. 
 
14 
 
 
 
 
Figura 2.7 Aparelho medidor automático de volume para controle externo de fluxo. 
(Wykeham Farrance). 
 
2.2.3 Componentes do Equipamento Triaxial de Deformação Plana 
 Além da célula triaxial, mencionada anteriormente, o equipamento consiste em: 
pedestal, base alargada, top cap alargado, anteparos laterais, molde quadripartido e 
discos de borracha. A esquematização do equipamento pode ser vista nas figuras 2.8, 
2.9 e 2.10. 
 Pedestal 
 O pedestal utilizado neste equipamento foi adaptado à base da câmara triaxial por 
OLIVEIRA FILHO (1987). A motivação àquela pesquisa foi de atender aos requisitos 
dos materiais dilatantes durante o cisalhamento, comportando amostras cilíndricas de 
10cm. A base alargada do pedestal foi feita em aço inox com cantos e arestas suavizados. 
Capacidade: 100 cm3 
LVDT (transdutor de deslocamento) 
Acurácia: ±0.1 ml 
Dimensões (mm): 260x280x400 
Peso aproximado: 5 kg 
 
 
15 
 
 
Figura 2.8 Vista frontal do equipamento triaxial de deformação plana desenvolvido. 
(COSTA, 2005). 
 
 
16 
 
 
Figura 2.9 Vista lateral do equipamento triaxial de deformação plana desenvolvido. 
(COSTA, 2005). 
 
 Base alargada 
 A base utilizada no equipamento é sobreposta ao pedestal. Foi confeccionada em 
alumínio e possui seção transversal de 11,7 cm de comprimento, 6,0 cm de largura e 3,0 
cm de altura. As maiores dimensões da seção transversal da base em relação à seção 
transversal do corpo de prova visam não só atender ao efeito de Poisson, como também a 
expansão de materiais dilatantes durante o cisalhamento; este fato, porém, não impede a 
utilização de membranas comerciais, as quais podem ser esticadas até certo limite. 
 
17 
 
 A drenagem, por sua vez, feita através de uma pedra porosa central, de diâmetro 
(1,0 cm) adequado às amostras de areia, não prejudicando a efetividade da lubrificação. 
Na face frontal da base alargada, um orifício de 4,0 mm é conectadoà base da câmara 
triaxial por meio de um tubo flexível, permitindo a aplicação de “vácuo” no processo 
de moldagem da amostra e a drenagem da base do corpo de prova. Na face inferior da 
base, dois pinos de encaixe garantem a centralização com o pedestal (preso à base da 
câmara). 
 
 
Figura 2.10 Corte AA’ do equipamento triaxial de deformação plana desenvolvido. (COSTA, 
2005). 
 
 
18 
 
 Top cap alargado 
 Esta peça pode ou não possuir pedra porosa central, uma vez que a dupla drenagem 
nem sempre é utilizada. Possui seção transversal de 10,5 cm de comprimento 5,4 cm de 
largura e 4,0 cm de altura. Considerando que a aplicação de tensão será conferida dire-
tamente sobre esta placa, na parte superior há um encaixe para a haste de carregamento 
(pistão da figura 2.8), uniformizando ao máximo a distribuição de tensão no topo da 
amostra. 
 
 Anteparos laterais 
 São duas placas de alumínio bipartidas que possuem espessuras de 1,27 cm, largura 
igual a 15,0 cm e 11,0 cm de altura. Na face interna cada anteparo possui embutido uma 
placa – com espessura de 0,64 cm, largura de 5,0 cm e 10,5 cm de altura, fixa por 6 
parafusos – utilizadas de forma a solidarizar a membrana ao anteparo. Cada anteparo 
possui 4 orifícios, um em cada extremidade, destinados a fixação das barras circulares 
de aço inox unindo os anteparos entre si e impedindo a movimentação dos mesmos na 
direção da tensão principal intermediaria. Além disso, possui em sua extremidade 
inferior um dente que os encaixam perfeitamente na base. 
 
 Molde quadripartido 
 O molde quadripartido é uma solução para amostras reconstituídas. BISHOP & 
HENKEL (1962) descreve procedimento para realizar amostras prismáticas utilizando o 
molde quadripartido. No equipamento desenvolvido por COSTA (2005), foram utilizados 
os mesmos anteparos laterais como parte do molde. Confeccionaram-se, então, mais duas 
placas de polipropileno com 5 cm de espessura, 10,7 cm de largura e 11,0 cm de altura 
que, quando presas aos anteparos laterais, formam o molde. Como a membrana que 
 
19 
 
envolve a amostra é presa ao anteparo lateral, a seção retangular da amostra ficou sem 
cantos arredondados e a membrana perfeitamente aderida às paredes durante a moldagem 
do corpo de prova. 
 
 Discos de borracha 
 Utilizados para vedação entre o top cap e a base, foram usinados dois discos de 
borracha com meia polegada de espessura cada, deixando-os com 15,0 cm de diâmetro. 
No centro de cada disco de borracha, foram feitas uma forma vazada retangular com as 
dimensões da seção transversal do top cap e outra com as dimensões da base alargada. A 
pressão necessária para vedação entre a membrana e o top cap ou a base alargada é 
aplicada com abraçadeiras de metal. 
 
2.2.4 Dimensões da Amostra 
 A proporção entre as dimensões da amostra tem como objetivo principal minimizar 
o efeito do atrito entre a amostra e as placas rígidas. BISHOP e GREEN (1965), 
realizando ensaios triaxiais em areias, observaram que o atrito nas extremidades tinha 
o efeito de aumentar a resitência aparente da amostra, mas que este efeito diminuía com 
o aumento da razão entre a altura e o diâmetro do corpo de prova. Usualmente, a relação 
altura/diâmetro igual a 2, como é abordado por TAYLOR (1948) em recomendações para 
ensaios triaxiais de solos em geral. 
 No desenvolvimento do equipamento triaxial de deformação plana por COSTA (2005) 
este critério foi adotado para a razão entre altura e a espessura da amostra. O efeito do 
atrito mobilizado entre a amostra e os anteparos laterais reduz na medida em que o 
comprimento aumenta em relação as largura e altura. A solução adotada foi de aumentar 
as dimensões da amostra, de forma a ter o seu terço médio longe da interferência das 
 
20 
 
extremidades. O comprimento da amostra também foi estabelecido em função do 
diâmetro interno da câmara triaxial, limitado a 10 cm para também comportar os tubos 
de drenagem, conexões da base alargada e o espaço necessário para acomodar os 
anteparos laterais. Portanto, as dimensões internas do molde quadripartido resultaram em 
uma amostra de 10,7 cm (comprimento) x 5 cm (largura) x 5 cm (altura). 
 
2.2.5 Extremidades Lubrificadas (Sistema Free End) do Molde 
 Uma questão comum a dispositivos desenvolvidos para ensaios de cisalhamento em 
solos em que as aplicações de tensões sejam feitas por meio de placas rígidas é a 
possibilidade do surgimento de tensões indesejadas de natureza friccional. Um exemplo 
típico desse fenômeno é observado nas extremidades (topo e base) do corpo de prova de 
ensaios triaxiais convencionais. Para efeito de análise e cálculo, estes planos são 
considerados principais, o que só aconteceria em condições ideais. Outro exemplo onde 
isso também se verifica são nas extremidades dos corpos de prova prismáticos de ensaios 
de deformação plana ou em triaxiais verdadeiros, onde se pode verificar este 
inconveniente nas seis extremidades, dependendo de como sejam aplicadas as tensões nos 
planos que se busca principais. Esse tipo de problema também pode ocorrer nos casos em 
que fronteiras se apresentem flexíveis. 
 Na proposta de minimizar ao máximo esta interferência (o atrito entre a amostra e as 
placas rígidas), COSTA (2005) previu em seus ensaios o uso de extremidades 
lubrificadas. Para lubrificação das interfaces, foi utilizada graxa de silicone entre as 
paredes do anteparo lateral e membranas flexíveis de látex em contato com a amostra. 
 
 
21 
 
2.3 Ensaios Triaxiais Axissimétricos e de Deformação Plana em Solo Residual 
Tropical Fino, Realizados por RICCIO FILHO (2007) 
 RICCIO FILHO (2007) utilizou o mesmo equipamento desenvolvido por COSTA 
(2005). Algumas modificações feitas na base alargada do equipamento permitiram que 
fossem realizados ensaios a volume de água constante (CW) em amostras não saturadas. 
Os parâmetros de resistência ao cisalhamento na condição de deformação plana do ensaio 
foram comparados aos obtidos em triaxiais axissimétricos, para o mesmo solo. As fotos 
do equipamento e ensaios realizados por RICCIO FILHO (2007) são apresentadas no 
ANEXO I. 
 
2.3.1 Amostras Utilizadas 
 As amostras utilizadas nos ensaios foram coletadas em campo, durante o processo de 
execução das camadas de um muro de solo compactado reforçado com geogrelhas. Dois 
tipos de solo foram empregados na obra: argila arenosa amarela e argila arenosa 
vermelha. Para o presente trabalho, é de interesse somente a argila arenosa vermelha, 
composta por solo residual tropical fino, a mesma amostra utilizada nos ensaios triaxiais. 
 Os resultados dos ensaios de caracterização da amostra de argila arenosa vermelha são 
apresentados nas tabelas 2.1 e 2.2, também nas figuras 2.11 e 2.12. 
 
Tabela 2.1 – Resultados dos ensaios de caracterização (RICCIO FILHO, 2007) 
Amostra 
Limite de 
Liquidez 
(w%) 
Limite de 
Plasticidade 
(w%) 
Índice de 
Plasticidade 
(w%) 
* A 
Densidade 
Real dos 
Grãos (Gs) 
** wHIG 
(%) 
Argila 
Arenosa 
Vermelha 
49 20 28 0,69 2,668 0,95 
* A = Índice de atividade da argila (SKEMPTON, 1953) = 
Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑃𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒
%𝑓𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑔𝑖𝑙𝑎 < 0 002𝑚𝑚
 ; 
** w HIG (%) = umidade higroscópica. 
 
22 
 
 
Figura 2.11 Carta de Plasticidade – Sistema Unificado (SOUZA PINTO, 2006) para a 
classificação da argila arenosa vermelha utilizada por RICCIO FILHO (2007). 
 
Tabela 2.2 – Porcentagens de materiais obtidos nas análises granulométricas (adaptado de 
RICCIO FILHO, 2007) 
Amostra Argila Silte 
Areia 
Pedregulho 
Fina Média Grossa 
Argila Arenosa Vermelha 41 11 15 20 11 2 
 
 
Figura 2.12 Curvas granulométricas dos dois solos (adaptado de RICCIO FILHO, 2007). 
Amostra: 
Argila Arenosa 
Vermelha 
0,001 0,1 0,01 1 10 100 
 
23 
 
2.3.2 Ensaios Triaxiais de Deformação Plana 
 As modificações feitas por RICCIO FILHO (2007) no equipamento triaxial de defor-
mação plana consistiramna mudança em que o efeito de drenagem na base alargada tinha 
sobre a amostra, e na medição de poropressão pelo top cap alargado. Também pelo uso 
de graxa teflon como única forma de lubrificação das extremidades dos anteparos laterais. 
 No ensaio triaxial a volume constante de água (CW) a drenagem pela base (ou pelo 
top cap) deve ser realizada de forma que possa haver a saída de ar, mas não de água. 
Assim, durante a fase de adensamento da amostra, há redução de volume pela expulsão 
do ar em meio não saturado. Na etapa de cisalhamento da amostra, haverá redução de 
volume somente enquanto houver saída de ar. Para isso, fez-se necessário a troca da pedra 
porosa existente na base alargada do equipamento triaxial, que antes era de alta 
permeabilidade, por outra de alta pressão de borbulhamento (15 bar). 
 De forma a também contemplar medidas de poropressão durante a fase de cisalha-
mento, uma modificação foi realizada no top cap alargado do equipamento triaxial de 
deformação plana. Uma pedra porosa de alta permeabilidade e um transdutor de pressão 
foram instalados com o intuito de medir poropressão, pelo caminho de drenagem do top 
cap alargado, sem que houvesse saída de água ou ar. 
 Nos ensaios com a argila arenosa vermelha, as pressões confinantes utilizadas foram 
σc = 50 kPa, 100 kPa e 200 kPa. Em todos os ensaios a pressão de ar na saída da base 
alargada foi mantida como sendo a atmosférica e aplicada através da pedra porosa de alta 
pressão de borbulhamento. 
 Os corpos de prova foram moldados por compactação estática, colocando-se o material 
em camadas dentro do molde e aplicando-se uma sobrecarga através de uma prensa 
uniaxial. O procedimento foi realizado com o solo na umidade de compactação igual à de 
 
24 
 
campo e cada camada foi compactada de forma a obter peso específico equivalente das 
camadas, próximo ao encontrado em campo. Após a moldagem dos corpos de prova, 
media-se através de um transdutor de pressão acoplado à base alargada, a poropressão 
desenvolvida, que se mostrou negativa devido à condição de não saturação do solo 
compactado. Uma vez estabilizada a poropressão era iniciada a fase de adensamento, 
aplicando-se a pressão confinante. A fase de cisalhamento iniciava-se após a estabilização 
da poropressão e da variação volumétrica, impondo-se ao corpo de prova uma deformação 
axial controlada por uma prensa uniaxial, a uma taxa de 0,06 mm/min. A tabela 2.3 
resume o programa de ensaios triaxiais (axissimétricos e de deformação plana) realizados 
na argila arenosa vermelha. 
 
Tabela 2.3 – Programa de ensaios triaxiais tipo CW, nas condições de deformação plana e 
axissimétricos (RICCIO FILHO, 2007). 
Amostra de Solo Ensaio * σc (kPa) * γd (kN/m³) * w (%) 
Argila Arenosa 
Vermelha 
Deformação Plana 
50 
16,45 20,73 
100 
200 
Axissimétrico 
50 
100 
200 
* valores programados, representativos das condições de campo. 
 
 As tabelas 2.4 e 2.5 apresentam os índices físicos calculados por RICCIO FILHO (2007) 
durante os ensaios triaxiais (axissimétricos e de deformação plana) realizados na argila 
arenosa vermelha. A tabela 2.6 apresenta os parâmetros de ângulo de atrito efetivo (ϕ’) e 
intercepto efetivo de coesão (c’), encontrados na envoltória de resistência dos ensaios. Nas 
figuras 2.13 a 2.20 são apresentadas as curvas de tensão e deformação para os ensaios 
realizados. Por fim, nas figuras 2.21 e 2.22 são encontradas as envoltórias de resistência 
em termos do sistema de coordenadas 𝑝′: 𝑞, onde 𝑝′ = (σ1 + σ3)/2 e 𝑞 = (σ1 − σ3)/2. 
 
25 
 
Tabela 2.4 – Índices físicos dos corpos de prova submetidos a ensaios triaxiais. 
(RICCIO FILHO, 2007). 
Amostra de Solo: Argila Arenosa Vermelha 
Ensaio σc (kPa) 
e0 
(moldagem) 
efinal 
(pós-ruptura) 
S inicial (%) 
(após adensar) 
S final (%) 
(pós-ruptura) 
Deformação Plana 
50 
0,63 
0,65 0,95 0,92 
100 0,61 0,94 0,96 
200 0,62 0,90 0,91 
Axissimétrico 
50 0,65 0,67 0,85 0,82 
100 0,60 0,66 0,98 0,89 
200 0,65 0,61 0,87 0,92 
S inicial = grau de saturação antes do adensamento (calculado com base na umidade inicial, e0 e Gs). 
σc = tensão de confinamento 
 
Tabela 2.5 – Índices físicos dos corpos de prova submetidos a ensaios triaxiais (continuação). 
(RICCIO FILHO, 2007). 
Amostra de Solo: Argila Arenosa Vermelha 
Ensaio σc (kPa) 
* w inicial 
(%) 
** w final 
(%) 
* γd 
inicial 
(kN/m³) 
** γd 
final 
(kN/m³) 
* γh 
inicial 
(kN/m³) 
** γh 
final 
(kN/m³) 
Deformação 
Plana 
50 
20,73 
22,10 
16,52 
16,33 
19,90 
19,90 
100 21,90 16,63 20,30 
200 20,90 16,62 20,10 
Axissimétrico 
50 20,40 16,31 16,11 19,40 
100 21,90 16,77 16,29 19,90 
200 21,10 16,28 16,58 20,10 
* valores associados à moldagem; 
** valores associados ao final do ensaio (pós-ruptura); 
 
Tabela 2.6 – Resistência ao cisalhamento da argila arenosa vermelha e valores médios de peso 
específico úmido do solo. (RICCIO FILHO, 2007). 
Amostra de Solo: Argila Arenosa Vermelha 
Ensaio ϕ’ (º) c’ (kPa) * γh final (kN/m³) 
Deformação Plana 38 50 19,95 
Axissimétrico 26 52 20,07 
* valor médio do peso específico úmido, obtido ao final dos ensaios triaxiais. 
 
26 
 
 
Figura 2.13 Curvas tensão desvio versus deformação axial, argila arenosa vermelha, condição 
de deformação plana. (RICCIO FILHO, 2007) 
 
 
Figura 2.14 Curvas deformação volumétrica específica versus deformação axial, argila 
arenosa vermelha, condição de deformação plana. (RICCIO FILHO, 2007) 
co
m
p
re
ss
ão
 
ex
p
an
sã
o
 
 
27 
 
 
Figura 2.15 Curvas de poropressão versus deformação axial específica, argila arenosa 
vermelha, condição de deformação plana. (RICCIO FILHO, 2007) 
 
 
Figura 2.16 Evolução da poropressão com o tempo, argila arenosa vermelha, tensões 
confinantes de 50 kPa, 100 kPa e 200kPa, condição de deformação plana. (RICCIO FILHO, 2007) 
 
28 
 
 
Figura 2.17 Curvas tensão desvio versus deformação axial, argila arenosa vermelha, condição 
axissimétrica. (RICCIO FILHO, 2007) 
 
 
Figura 2.18 Curvas deformação volumétrica específica versus deformação axial, argila 
arenosa vermelha, condição de simetria axial. (RICCIO FILHO, 2007) 
co
m
p
re
ss
ão
 
ex
p
an
sã
o
 
 
29 
 
 
Figura 2.19 Curvas de poropressão versus deformação axial específica, argila arenosa 
vermelha, condição de simetria axial. (RICCIO FILHO, 2007) 
 
 
Figura 2.20 Evolução da poropressão com o tempo, argila arenosa vermelha, tensões 
confinantes de 50 kPa, 100 kPa e 200 kPa, condição de simetria axial. (RICCIO FILHO, 2007) 
 
 
30 
 
 
Figura 2.21 Pontos de máxima resistência para argila arenosa vermelha – ensaios triaxiais tipo 
CW, convencionais, não saturados e drenados. (RICCIO FILHO, 2007). 
 
 
Figura 2.22 Pontos de máxima resistência para argila arenosa vermelha – ensaios triaxiais tipo 
CW, na condição de deformação plana, não saturados e drenados. (RICCIO FILHO, 2007). 
 
31 
 
3. Materiais e Métodos 
 Os ensaios do presente trabalho foram realizados no Laboratório de Geotecnia da 
COPPE, utilizando as dependências do Setor de Ensaios de Caracterização e do Setor 
de Ensaios de Resistência, Deformabilidade e Permeabilidade. A campanha de ensaios 
realizados dividiu-se em: triaxiais axissimétrico (convencionais) e triaxiais de 
deformação plana. O solo utilizado já havia sido objeto de pesquisa por RICCIO 
FILHO (2007) e o equipamento triaxial de deformação plana, desenvolvido por 
COSTA (2005). Na tabela 3.1 é apresentado o programa de ensaios do tipo 
consolidado–drenado (CD) em amostras saturadas, de solo compactado. 
 
Tabela 3.1 – Programa de ensaios triaxiais do tipo CD, nas condições de deformação plana e 
axissimétricos. 
Amostra de 
Solo 
Condição de contorno 
Tensão Confinante 
(kPa) 
* γd (kN/m³) * wprog (%) 
Argila Arenosa 
Vermelha 
Axissimétrico 
25 
16,45 20,73 
50 
100 
200 
Deformação Plana 
25 
50 
100 
200 
* valores programadosde acordo com os ensaios realizados por RICCIO FILHO (2007). 
 
3.1 Amostras de Solo 
 A caracterização do solo é apresentada na seção 2.3.1 do presente trabalho. A 
quantidade de amostra, retirada em campo por RICCIO FILHO (2007), foi suficiente 
para os ensaios realizados àquela época e também para todos os ensaios desenvolvidos 
nesta pesquisa. 
 
32 
 
 O trabalho quanto à caracterização das amostras de solo, se deu no acerto do teor de 
umidade, àquela definida no programa de ensaios. Adicionalmente, foram realizados 
controles do teor de umidade em duas etapas dos ensaios: anterior a preparação do corpo 
de prova e ao final do ensaio. 
 O procedimento para acerto do teor de umidade no solo foi feito em três etapas: 
(a) Avaliação do teor de umidade do solo armazenado; 
(b) Adição de água (destilada) no solo, devendo ser homogeneizado; 
(c) Verificação do teor de umidade dois dias após adição de água. 
 Na etapa (a) seis cápsulas, com aproximadamente 60 gramas de solo cada, foram 
coletadas em diversos pontos da amostra armazenada. As cápsulas foram pesadas em 
balança (com resolução em centésimo de grama) e secas em estufa a 105 ºC. Após 24 
horas, foram retiradas da estufa e pesadas novamente, obtendo por subtração o peso de 
água evaporado. Para cálculo da umidade da amostra (𝑤) segue a razão da equação 3.1: 
𝑤 (% = 
m ss d mostr úmid (𝑘𝑔 - m ss d mostr se (𝑘𝑔 
m ss d mostr se (𝑘𝑔 
 (3.1) 
 A quantidade de água na etapa (b) foi previamente calculada em função do peso da 
amostra armazenada. Deve-se então adicionar aos poucos e uniformemente distribuída 
a água em todo o solo. A experiência determina alguns gramas a mais de água para 
compensar a perda durante o manuseio do solo (e depende da quantidade de solo a ser 
homogeneizado por vez). O cálculo da quantidade de água a ser adicionada segue a 
relação 3.2: 
m águ di ion d (𝑘𝑔 = ( 
m ss tot l d mostr (𝑘𝑔 
1+ w prog (% 
) × (* wprog − wsolo ) (3.2) 
*wprog (%) é o teor de umidade requerido na programação dos ensaios. 
 
33 
 
3.2 Ensaios Triaxiais Axissimétricos (Convencionais) 
 Foram realizados quatro ensaios consolidados drenados (CD) com amostras 
saturadas e compactadas. O sistema triaxial utilizado é fabricado pela Geocomp Corp., 
e faz parte da rotina de ensaios do laboratório. Totalmente automatizado, o sistema 
consiste em uma prensa uniaxial (LoadTrac II – figura 3.1a) com célula de carga, 
servo-motores e sensores de deslocamento, além de dois controladores automáticos de 
fluxo (FlowTrac II – figura 3.1b) que regulam a pressão de confinamento, mensuram 
as poropressões (se necessário) ou diferenças no volume de água da amostra. O sistema 
também possui uma interface que, quando ligado a um computador (e ao software 
Triaxial), permite o controle dos equipamentos remotamente, a aquisição de dados e o 
acompanhamento do ensaio. 
 
 
Figura 3.1 a) Equipamento de aplicação e monitoramento de carga e deslocamento axial –
LoadTrac II; b) Equipamento de aplicação da pressão confinante e monitoramento da poropressão 
ou diferença volumétrica na amostra – FlowTrac II; c) Software Triaxial para aquisição de dados 
e acompanhamento dos ensaios. 
 
 
34 
 
3.2.1 Compactação das Amostras Reconstituídas para os Ensaios Triaxiais 
Convencionais 
 Os ensaios foram efetuados em amostras reconstituídas compactadas estaticamente. O 
processo de compactação estática do corpo de prova se dá pela compressão de certa 
quantidade da amostra (com o teor de umidade previamente verificado), colocada dentro 
do molde cilíndrico feito em aço de dimensões pré-definidas. Há então, a diminuição dos 
vazios internos da amostra pela expulsão de ar, sem exsudação de água. As etapas do 
procedimento de compactação estática são descritas a seguir e as figuras 3.2a, b e c 
ilustram os aparatos utilizados: 
(a) Cálculo da quantidade correta de solo a ser utilizado na compactação de cada 
corpo de prova; 
(b) Montar o molde cilíndrico (figura 3.2a), untando com vaselina as partes 
internas em contato com o solo. Deve-se atentar para a inclusão do espaçador 
de plástico entre o pistão da base e o colarinho inferior; 
(c) Colocar toda a quantidade de solo cuidadosamente dentro do molde, 
compactar levemente com o auxílio de um pilão de plástico ou aço. 
(d) Levar todo o conjunto a uma prensa uniaxial (figura 3.2b), devendo ter 
atenção na retirada do espaçador de plástico, antes de compactar a amostra; 
(e) Após a moldagem do corpo de prova, é necessária a retirada do material de 
dentro do molde. Para isso, utiliza-se um extrator de amostras (figura 3.2c.) 
(f) Verificar as dimensões do corpo de prova (utilizando um paquímetro). 
 
35 
 
 
Figura 3.2 a) componentes do molde cilíndrico (D = diâmetro, H = altura); b) conjunto de 
molde levado à prensa uniaxial; c) extrator de amostras (detalhe da amostra após ser extraída, no 
canto inferior esquerdo da figura). 
 
 
36 
 
 A quantidade de solo compactado em cada corpo de prova deve ser o mais próximo 
possível da calculada na etapa (a), de forma que se obtenha aproximadamente o mesmo 
peso específico seco (γd) definido no programa de ensaios. Para o cálculo do peso de 
solo a ser colocado dentro do molde segue a relação 3.3. 
 
m solo em d 
 orpo de prov 
 (𝑘𝑔 = [ 
𝛾
d
 × (1+ w prog)
9 81
] × ( 𝑉 × 10³ (3.3) 
Onde: 
𝛾d (kN/m³) é o peso específico seco requerido na programação dos ensaios; 
w prog (%) é o teor de umidade requerido na programação dos ensaios; 
𝑉(m³) é o volume interno do molde. 
 
3.2.2 Equipamento Triaxial e Parâmetros Adotados no Software Triaxial 
 Detalhes da célula triaxial utilizada nos ensaios triaxiais realizados podem ser vistos 
na figura 3.3a e b. A montagem do equipamento é feita nas seguintes etapas: 
(a) Após a moldagem do corpo de prova, o topo e a base podem estar com a 
superfície muito lisa (efeito da compactação pelo pistão de aço polido), 
colmatada pela vaselina e muito menos porosa do que a estrutura interna da 
amostra. Para isso, recomenda-se escarear levemente o topo e a base do corpo 
de prova com auxílio de um prego com ponta; 
(b) Colocar duas pedras porosas de alta permeabilidade (previamente saturadas, 
acompanhadas de papel filtro, para evitar a colmatação quando em contato 
com o solo) uma no topo e outra na base do corpo de prova, e então montados 
na base da câmara triaxial; 
(c) Utilizam-se tiras de papel filtro colocadas ao redor do corpo de prova com a 
finalidade facilitar a drenagem. A amostra é envolta por uma membrana 
 
37 
 
flexível de látex e presa ao top cap e base da câmara. 
(d) Conectar o tubo de drenagem do top cap ao registro da base, fechar a câmara 
triaxial e preenchida com água. 
(e) Posicionar com cuidado a célula triaxial sobre a prensa uniaxial, elevando o 
conjunto, até que a haste de carregamento toque a célula de carga e o top cap. 
 
 
Figura 3.3 a) componente da base da câmara triaxial; b) componentes de montagem da 
amostra na base triaxial; c) montagem da câmara triaxial sobre a prensa uniaxial, ligação da saída 
drenagem e entrada de pressão de confinamento. 
 
38 
 
 O software Triaxial, que controla remotamente o sistema LoadTrac II e FlowTrac 
II, permite que sejam adotados parâmetros de velocidade do deslocamento axial, 
pressão confinante, contrapressão (no interior da amostra), limite de deformação da 
amostra, mínima porcentagem de saturação, tempo de duração do ensaio e outros 
relacionados a diferentes tipos de ensaios possíveis no mesmo sistema triaxial. Nos 
ensaios realizados, foram escolhidos parâmetros que determinavam uma condição CD, 
saturada e coerente com os ensaios realizados por RICCIO FILHO (2007). A tabela 
3.2 apresenta os parâmetros escolhidos e a figura 3.4 ilustra a programação destes 
valores no software Triaxial. 
 
Tabela 3.2 – Parâmetros escolhidos nos ensaios triaxiais axissimétricos dotipo CD, na condição 
saturada. 
Amostra 
Diâmetro da Amostra (mm) 50,8 
Altura Inicial (mm) 100,5 
Peso da Amostra (kg) 0,407 
Densidade real dos grãos (Gs) 2,668 
Parâmetros do 
Ensaio 
Tipo de Ensaio 
Consolidado 
Drenado 
Fator de Correção da Membrana (N/mm) 0,7356 
Fator de Correção do Papel Filtro (kPa) 0 
Correção de Área Uniforme 
Normalização do Ensaio ASTM D4767 
Saturação da 
Amostra 
Incremento de Pressão (kPa) 50 
Taxa de Aplicação de Pressão (kPa/min) 100 
Pressão Mínima na Célula Triaxial (kPa) 100 
Pressão Máxima na Célula Triaxial (kPa) 450 
Percentual Mínimo de Saturação da Amostra (%) 95 
Número Máximo de Ciclos 5 
Fase de 
Adensamento 
Tensão Efetiva Vertical (kPa) 25, 50, 100 ou 200 
Tensão Efetiva Horizontal (kPa) 25, 50, 100 ou 200 
Critério de Parada Volume Constante 
Fase de 
Cisalhamento 
Poropressão (kPa) 0 
Condição de Drenagem Drenagem Aberta 
Condição de Controle 
Deformação 
Controlada 
Velocidade – Deslocamento Vertical (mm/min) 0,05 
Deformação (εa) máxima 19% 
 
39 
 
 
Figura 3.4 Programação dos parâmetros de ensaio no software Triaxial. 
 
 Após a inserção dos parâmetros requeridos no software e o início do ensaio, todas 
as etapas são concluídas independentemente de qualquer acompanhamento. Ao final 
do ensaio, todo o equipamento triaxial é desmontado e a amostra de solo é pesada e 
levada à estufa (105ºC) por 48 horas, determinando assim o teor de umidade final do 
corpo de prova (equação 3.1). A figura 3.5a e b ilustra o corpo de prova ao final do 
ensaio e após secagem em estufa. 
 
 
Figura 3.5 a) Ruptura – final do ensaio; b) Amostra seca – após 48 horas em estufa. 
 
 
40 
 
3.3 Ensaios Triaxiais de Deformação Plana 
 O equipamento triaxial de deformação plana sofreu poucas alterações desde o seu 
desenvolvimento por COSTA (2005). Nos ensaios de RICCIO FILHO (2007) 
aumentou-se o diâmetro do rebaixo da base alargada, de forma a comportar a pedra 
porosa de alta permeabilidade e de maior diâmetro. Além disso, acerca do tipo diferente 
de compactação realizada, duas adaptações: um soquete de compactação em material 
polipropileno (conectado em uma haste presa à prensa uniaxial) e a não utilização do 
sistema de membranas engraxadas free end (utilizando somente a graxa teflon como 
lubrificação). Detalhes dos demais componentes do equipamento triaxial de 
deformação plana são encontrados na seção 2.2.3 do presente trabalho. 
 Para a realização dos ensaios drenados em amostras saturadas, foi necessária a 
confecção de uma nova base alargada. Nesta base (feita em material acrílico), foi 
instalada uma pedra porosa de alta permeabilidade. A figura 3.6a e b ilustram esta nova 
base alargada. 
 Durante a preparação da amostra do primeiro ensaio realizado, foi observado que o 
molde quadripartido apresentava alguma deformação lateral durante a compactação. O 
sistema de fixação dos parafusos, que prendiam os anteparos laterais às placas de 
polipropileno não suportavam o empuxo lateral. A solução encontrada foi tornar os 
furos rosqueados em passantes e utilizar tirantes metálicos de 6,4 mm com fixação por 
sistema de porcas e arruelas. Adicionalmente, foram instalados os mesmos parafusos 
em furos rosqueados, logo abaixo dos tirantes. Assim, o molde quadripartido não mais 
apresentou deformação visível durante a compactação. A figura 3.7a e b ilustram esta 
modificação no equipamento. 
 
 
41 
 
 
Figura 3.6 a) Vista isométrica da base alargada; b) Base alargada com pedra porosa de alta 
permeabilidade. 
 
 
Figura 3.7 a) Detalhe dos furos no molde; b) Detalhe dos tirantes e parafusos que prendem 
o anteparo lateral às placas de polipropileno; c) Sistema de fixação do molde quadripartido. 
 
 
42 
 
3.3.1 Compactação das Amostras Reconstituídas para os Ensaios Triaxiais de 
Deformação Plana 
 O processo de compactação estática do corpo de prova prismático, utilizado no 
equipamento triaxial de deformação plana, é complexo e requer preparação prévia do 
molde quadripartido, das membranas free end, saturação da pedra porosa e da linha de 
drenagem juntamente com a montagem da base alarga sobre o pedestal. As etapas de 
montagem do molde quadripartido seguem os seguintes passos: 
(a) Montar o molde quadripartido sobre a base alargada, prendendo a membrana 
flexível com o disco de borracha e abraçadeira metálica (figura 3.8a e b); 
(b) Instalar o conjunto (molde quadripartido e base alargada) sobre a base da 
câmara triaxial. Conectar a linha de drenagem à base e adicionar pequena 
quantidade água dentro do molde. Abrir o registro da base de forma que haja 
a saturação de toda linha de drenagem e não apresente excesso de água no 
fundo do molde. Nesta etapa pode-se verificar se o disco de borracha está 
posicionado de forma correta na base, vedando a mesma; 
(c) Colocar o papel filtro (previamente umedecido) sobre e pedra porosa da base 
alargada. Posicionar a membrana free end (composta por duas camadas de 
membrana flexível em látex e uma de pvc, entreposto uma fina camada de 
graxa teflon entre as camadas) sobre a base alargada. Atenção para não 
haver excesso de graxa teflon, pois pode colmatar o papel filtro e dificultar 
a drenagem (figura 3.9a, b e c); 
(d) As membranas free end sobre os anteparos laterais devem estar limpas e livre 
de graxa teflon, antes que se inicie esta etapa. É recomendado o uso de um 
elástico que prenda a extremidade livre da membrana (dobrada para fora do 
molde), de forma que ao se compactar a amostra o free end não seja puxado 
 
43 
 
para baixo ou dobre. Quando optar pelo uso destas membranas, deve-se 
prender uma das extremidades junto à base alargada, antes da colocação do 
disco de borracha, ainda na etapa (b). A figura 3.10a e b ilustram a colocação 
deste free end. 
 
 
Figura 3.8 a) Detalhe da montagem do disco de borracha sobre a membrana, presa à base 
alargada; b) Detalhe da abraçadeira metálica utilizada para fixar o disco de borracha. 
 
 Ao final da montagem do molde quadripartido sobre a base triaxial, são registradas as 
medidas internas ao molde e pesado todo o conjunto em uma balança com acurácia de 
décimo de grama. Algumas horas antes do início da moldagem o solo a ser utilizado deve 
ser retirado da câmara úmida e homogeneizado. Também são obtidas amostras, em 
cápsulas com aproximadamente 20 gramas de solo, para o controle do teor de umidade. 
 O corpo de prova é formado por seis camadas de solo, compactadas estaticamente, 
uma por vez. O cálculo da quantidade correta de solo a ser utilizado na compactação de 
cada uma destas camadas segue a relação da equação 3.3, apresentada na seção 3.2.1. 
 
 
44 
 
 
Figura 3.9 a) Detalhe das membranas free end, top cap e base alargada; b) Vista frontal da 
lateral do molde; c) Sistema de fixação do molde quadripartido. 
 
 
Figura 3.10 a) Detalhe das membranas free end colocadas no anteparo lateral; b) Vista 
superior do molde quadripartido. 
 
45 
 
 O processo de compactação estática ocorre por amassamento do solo disposto no 
interior do molde. Na compactação de cada camada, aplica-se uma força (através da 
reação de um anel dinamométrico instalado em uma prensa uniaxial) sobre o soquete 
de compactação (figuras 3.11a, 12a e b), fazendo com que reduza os vazios no interior 
do solo. O objetivo da compactação é atingir certo peso específico seco na amostra, 
especificado no programa de ensaios. Para isso, além do solo estar com o teor de 
umidade correto, deve-se obter um determinado volume em cada camada compactada. 
 O controle do peso específico seco em cada camada, durante a compactação, é feito 
pela mensuração da altura da camada compactada. A equação 3.4 é utilizada para 
estimar a altura requerida em cada camada de solo (hestim d , uma vez que a área interna 
da seção do molde, o peso de cada camada e o teor de umidade do solo não variam 
durante a compactação. 
 
hestim d ( m =[ 
m ss 
solo m d 
 × 9 81
𝛾d × (1+ 𝑤 prog) × Áre d Seção × 10 
] (3.4) 
Onde: 
𝛾d (kN/m³) é o peso específico seco requerido na programação dos ensaios; 
𝑤 prog (%) é o teor de umidade requerido na programação dos ensaios; 
Áre d seção (m2) é a área da seção transversal interna ao molde; 
massa solo camada é a massa de solo (kg) em cada camada compactada; 
 
 Ao final da compactação de cada camada do corpo de prova é escarificada a 
superfície exposta de solo, com o auxílio de um prego com ponta, tendo a finalidade de 
aumentar a aderência entre as camadas posteriores (figura 3.11b e c). Também é pesado 
todo o conjunto, de forma que obtenha ao final da moldagem, um valor médio para o 
peso específico do corpo de prova em confirmação ao cálculo da média dos pesos 
específicos obtidos em cada camada de solo. Deve-se ter atenção especial nas primeiras 
camadas a serem compactadas, de forma a não permitir que as membranas free end nas 
 
46 
 
laterais do molde dobrem ou sejam puxadas para o interior do solo. Também, há de se 
ter cuidado em não pinçar a membrana flexível de látex (que envolve o corpo de prova), 
com a pressão aplicada entre o soquete de compactação e as paredes laterais do molde. 
 
Figura 3.11 a) Soquete de compactação; b) Amostra de solo colocada dentro do molde – antes 
da compactação; c) Escarificação da superfície da camada compactada. 
 
 
Figura 3.12 a) Montagem do conjunto (base da câmara triaxial, molde quadripartido e soquete 
de compactação) na prensa uniaxial; b) Compactação de uma camada do corpo de prova. 
a) b) 
 
47 
 
3.3.2 Conversão do Molde Quadripartido em Aparato de Deformação Plana 
 Ao fim do processo de reconstituição das propriedades índices do material, iguais às 
encontradas in situ, o corpo de prova obteve geometria prismática, sendo compactado 
em condição lateralmente confinada e dependendo do ensaio, com ou sem o uso de 
membranas free end nas laterais. 
 Na etapa seguinte deve-se desafixar os tirantes e parafusos, que prendem os 
anteparos laterais às placas de polipropileno, substituindo-os por barras cilíndricas com 
sistema de rosca e parafusos (figura 3.13a e b), sendo estas afixadas firmemente aos 
anteparos laterais. 
 A colocação da membrana free end abaixo do top cap é precedida pela escarificação 
do topo da amostra (figura 3.14a), somente na área em que se posicionará a pedra porosa 
de alta permeabilidade. A figura 3.14b, c e d, ilustra a colocação desta membrana free 
end, do top cap e da montagem da câmara triaxial. 
 
 
 
Figura 3.13 a) Barras cilíndricas e parafusos utilizados; b) Afixação das barras cilíndricas aos 
anteparos laterais. 
b) a) 
 
48 
 
 
Figura 3.14 a) Detalhe da escarificação do topo da amostra; b) Posicionamento da membrana 
free end no topo da amostra, papel filtro e top cap; c) Montagem do top cap e conexão da 
drenagem de topo à base triaxial; d) Disposição do disco de borracha e abraçadeira metálica. 
 
3.3.3 Saturação do Corpo de Prova 
 O cálculo do grau de saturação (S) do corpo de prova (equação 3.5) indica a relação 
entre o volume de água e o volume de vazios existentes na estrutura do solo. Após a 
compactação da amostra espera-se um grau de saturação elevado, mas não o suficiente 
para a amostra ser considerada saturada. Para os ensaios triaxiais, o processo de saturação 
do corpo de prova consistiu em duas etapas: saturação por percolação e saturação por 
aplicação de contrapressão. 
 
S = 
Volume de água
Volume de vazios
= [ 
𝑤 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙𝑒 × 𝛾d
 e × 𝛾água
] (3.5) 
 
49 
 
Onde: 
𝛾d (kN/m³) é o peso específico seco do corpo de prova (valor médio das camadas compactadas); 
𝑤 ontrole (%) é o teor de umidade da amostra de controle – antes da compactação; 
e é o índice de vazios do solo – ao final da compactação; 
𝛾águ (kN/m³) é o peso específico da água – adotado como 10 kN/m³ 
 
 A etapa de saturação por percolação consiste na aplicação de um fluxo lento de água 
destilada de baixo para cima, de forma a preencher os vazios existentes. Já o processo de 
saturação por contrapressão, exige que sejam aplicados e medidos acréscimos 
(intervalados) de pressões internamente (contrapressão) e externamente (pressão 
confinante) à amostra, de mesmo valor, de forma que a razão sobre elas seja o parâmetro 
B, de Skempton. Idealmente, B pode chegar a 1, porém na prática exigiria um valor 
muito alto de pressão. Assim, estipulou-se o valor mínimo de 0,95 para o parâmetro B, 
nos ensaios desenvolvidos. Os procedimentos e a fundamentação teórica do parâmetro 
B, podem ser vistos em SKEMPTON (1954) apud BISHOP & HENKEL (1962). Nestes 
ensaios, limitou-se ao cálculo do parâmetro B pela equação 3.6, onde: 
 
𝐵 =
Δ𝜎3
Δu
 (3.6) 
Onde: 
Δu é o excesso de poropressão medida na amostra; 
Δσ3 é a tensão principal menor. 
 
 No cálculo do parâmetro B, considera-se que o acréscimo das tensões atuantes nos 
planos principal maior e principal menor são iguais. Logo, o parâmetro B será 
calculado pela razão entre contrapressão (de valor igual à Δu) e a pressão confinante 
(de valor igual à Δσ3). A figura 3.15a e b ilustra o preparo da câmara triaxial e o sistema 
de aplicação de pressão. 
 
50 
 
 
Figura 3.15 a) Fechamento da câmara triaxial e saturação; b) Sistema de aplicação de pressão 
auto-compensado, utilizando reservatório de mercúrio. 
 
3.3.4 Adensamento do Corpo de Prova 
 O adensamento do corpo de prova é realizado na condição drenada. A restrição da 
deformação longitudinal da amostra impõe que, mesmo com o confinamento 
hidrostático do aparato triaxial, a diferença de volume (mensurada pelo medidor de 
volume da figura 3.15b) seja dada unicamente em razão das deformações ao longo das 
faces com deformações desimpedidas (xy e xz). Em cada ensaio a etapa de adensamento 
do corpo de prova foi considerada finalizada quando a curva de adensamento se 
apresentava em trecho constante. 
 No decorrer dos ensaios realizados, verificou-se que as medidas de volume ao final 
do adensamento não correspondiam às deformações mensuradas (de forma simples, 
medindo a posição inicial e final da haste de carregamento em relação ao top cap). 
 
51 
 
Ainda, que esta diferença de volume era proveniente de uma certa quantidade de água 
entre o corpo de prova e a membrana que o envolvia. Como forma de quantificar este 
valor, no último ensaio realizado foi determinado que a pressão de confinamento deve 
ser aplicada em duas etapas: inicialmente 10 kPa por um intervalo pequeno de tempo; 
acréscimo imediato de pressão, de forma que somado aos 10 kPa iniciais resulte na 
pressão de confinamento do ensaio. 
 A partir das curvas de adensamento de todos os ensaios e também dos valores da 
variação de volume obtidos na fase de adensamento do último ensaio, verificou-se o 
comportamento drenado do ensaio. Quando comparada a velocidade da prensa (taxa de 
deslocamento vertical) utilizada na etapa de cisalhamento do corpo de prova, com o 
valor estimado pela a metodologia da norma britânica BS1377:1990 (descrita também 
em HEAD, 1998), utilizando corpo de prova com razão entre altura e largura 2:1 e sem 
drenagem lateral (papel filtro nas laterais do corpo de prova) temos que: 
 
𝑡f = 𝑡100 × 8 5 (3.7) 
Onde: 
𝑡f é o tempo estimado de ruptura, para condição drenada, sem utilizar papel filtro nas laterais; 
𝑡100 é o tempo de adensamento para que ocorram 100% das deformações. 
 
 HEAD (1998) recomenda assumir um valor para deformação axial na ruptura e então 
estimar, pela equação 3.8, a taxa de deslocamento vertical da prensa a ser utilizada. 
𝑡𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑙𝑜𝑐𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 (𝑚𝑚/min = ε xi l ruptur ×
h fin l dens do
𝑡f
 (3.8) 
Onde: 
h final adensado é o a altura do corpo de prova ao final do adensamento, em milímetros; 
𝜀 xi l ruptur é a deformação específica assumida na ruptura do corpo de prova. 
 
52 
 
 Substituindo os valores encontradosna curva de adensamento para os ensaios 200 kPa 
e 25 kPa, obtemos na tabela 3.3 a estimativa da taxa de deslocamento vertical suficiente 
para uma condição drenada. 
Tabela 3.3 –Estimativa da taxa de deslocamento vertical para os ensaios 25 e 200 kPa 
Adensamento 
(Deformação Plana) 
t 100 (min) t ruptura (min) 
Taxa de deslocamento 
(mm/min) 
200kPa 4,8 40,8 0,07 
25kPa 6,8 57,5 0,05 
* para fim de cálculo, o valor assumido de deformação específica na ruptura é 3%. 
 
 As curvas de adensamento são apresentadas no ANEXO II.4. 
3.3.5 Cisalhamento do Corpo de Prova 
 Após o adensamento iniciou-se o preparo da etapa de cisalhamento do corpo de 
prova. A taxa de deslocamento vertical da prensa uniaxial foi ajustada para 0,05 
mm/min, a haste de carregamento do equipamento triaxial em contato com a célula de 
carga (presa à prensa uniaxial), o medidor de volume, o LVDT e o sistema de aplicação 
de pressão foram todos verificados. Quando ligada a prensa uniaxial, iniciou-se o 
registro das medidas pelo sistema de aquisição de dados. 
 A monitoração da tensão de desvio, do deslocamento axial da prensa e medição do 
volume da amostra foram interrompidas quando a deformação axial ultrapassou o valor 
de 10% ou quando se assumiu constante a tensão de desvio. A figura 3.16a e b ilustra o 
fim do ensaio e a amostra pós-ruptura. 
 Adicionalmente, verificou-se o teor de umidade do corpo de prova ao fim do ensaio. 
Realizando o mesmo procedimento descrito na caracterização da amostra e a equação 
3.1 para cálculo do teor de umidade. Também foram medidas todas dimensões do corpo 
 
53 
 
de prova, antes e depois da secagem em estufa. Estes valores permitiram um ajuste em 
relação à área de aplicação da tensão desvio e serão explicados detalhadamente no 
capítulo 4 (Análise dos Dados e Resultados). 
 
Figura 3.16 a) Corpo de prova – ao final do ensaio; b) Detalhe da ruptura do corpo de prova. 
 
a) b) 
 
54 
 
4. Apresentação e Análise dos Resultados 
 Em ambos os ensaios, triaxiais axissimétricos e triaxiais de deformação plana, o 
sistema de aquisição fornece dados referentes à monitoração de células de carga (N), 
medidores de deslocamento (mm) ou volume (cm³) e transdutores de pressão. A análise 
de dados é realizada também em função das características do corpo de prova: antes da 
moldagem, após o adensamento e ao final do ensaio. 
 Os parâmetros de resistência que se deseja obter ao final da análise são: ângulo de 
atrito efetivo (ϕ’) e intercepto efetivo de coesão (c’). Para tal, é necessário realizar a 
análise do comportamento das curvas tensão vs deformação, em vista disso, calcular as 
tensões principal maior e principal menor. As equações utilizadas nos dois tipos de 
ensaios (axissimétrico e de deformação plana) são apresentadas nas tabelas 4.1 e 4.2. 
 Algumas considerações são feitas acerca dos ensaios de deformação plana: 
(1) Em alguns ensaios, a altura do corpo de prova ao fim do adensamento é 
assumida como o deslocamento da haste de carregamento (monitorando o início e fim 
do ensaio), e não pelo seu cálculo indireto (equação 4.1). O processo é comentado na 
seção 3.3.4. A dedução da equação 4.1 foi conduzida pelo autor e é apresentada no 
Anexo II. 
 
ΔLz = −Lz ±
Lz
Ly
× √Ly2+
Ly
Lz
×
 ΔV 
Lx 
 (4.1) 
Onde: 
Lx é o comprimento inicial da amostra; 
Ly é a largura inicial da amostra; 
Lz a altura inicial da amostra; 
ΔLz é a diferença de altura da amostra após adensamento; 
ΔV é a diferença de volume da amostra após adensamento. 
 
 
55 
 
(2) A diferença de volume da amostra após o adensamento (ΔVad) foi monitorada 
pelo medidor de volume. Em todos os ensaios considerou-se que no volume de água 
aferido pelo medidor, não determinava somente a quantidade de água proveniente do 
adensamento da amostra, mas de alguma forma somava certa quantidade de ‘água livre’ 
no interior da membrana envolta ao corpo de prova. A mensuração desta ‘água livre’ 
foi feita no último ensaio realizado e indicou o valor de 36,10 cm³. A diferença de 
volume após o adensamento, a ser considerada na análise de dados, é o valor coerente 
dentre os calculados pela diferença de volume do medidor (desprezada a quantidade de 
‘água livre’) ou pelo cálculo indireto (equação 4.2) em função da diferença de altura 
medida pelo LVDT na haste de carregamento. As curvas de adensamento e a dedução 
da equação 4.2 (conduzida pelo autor) são apresentadas no Anexo II. 
 
ΔV = Lx×Ly×Lz × [(1 +
ΔLz
Lz
) ² − 1] (4.2) 
Onde: 
Lx é o comprimento inicial da amostra; 
Ly é a largura inicial da amostra; 
Lz é a altura inicial da amostra; 
ΔLz é a deformação específica altura da amostra após adensamento; 
ΔV é a diferença de volume da amostra após adensamento. 
 
(3) Para o cálculo da tensão de desvio (σd) na etapa de cisalhamento do corpo de 
prova, é necessária a correção da área de aplicação do carregamento axial, monitorado 
pela célula de carga. Usualmente, a área corrigida é calculada em função da diferença 
de volume do corpo de prova, que por sua vez é considerado uniformemente distribuído. 
Entretanto, nos ensaios realizados verificou-se a não uniformidade das seções 
transversais do corpo de prova ao fim do ensaio, isto é, a seção do topo da amostra 
resultou em dimensões maiores que as da base. Neste caso, a correção da área foi feita 
levando em consideração a medição da seção de topo do corpo de prova após a ruptura, 
e apresentou resultados coerentes e justificáveis (ver seção 4.2.3). 
 
56 
 
Tabela 4.1 – Fórmulas utilizadas para a análise de dados dos ensaios triaxiais axissimétricos 
do tipo CD. 
 
Argila Arenosa Vermelha σc =
p' (kPa)
Condicionantes do Cisalhamento
25, 50, 100 e 200 kPa
εv (%) 
σd (kPa)
q (kPa)
0,95
Parâmetro B 
(mínimo)
Área corrigida 
Cisalhamento do Corpo de Prova
Deformação axial máxima
Peso seco final (g)
Volume final (cm³) 
Área ad (cm²)
Volume inicial (cm³)
Volume inicial + ΔV adVolume ad (cm³) 
Altura inicial + Δh ad Altura ad (cm) 
Δh ad (cm)
ΔV ad (cm³) Medidor de Volume
Velocidade (taxa de 
deslocamento vertical)
0,05 mm/min
20%
Volume cis (cm³) 
Deslocamento cis (mm) LVDT
Força (N) Célula de Carga
ΔVcis (cm³) Medidor de Volume
εa (%) 
Ensaio Triaxial Axissimétrico (Convencional) - CD - Consolidado Drenado
Sfinal
Características do CP - Final do Ensaio
pesado em balança ±0,01g
pesado em balança ±0,01g
Volumead + ΔVcis
Teor de umidade (wfinal %) 
(final)
ϒh final (kN/m³)
ϒd final (kN/m³)
e final
altura final (cm) 
Peso úmido final (g)
Área inicial (cm²) 
Diâmetro do CP (cm) Paquímetro ±0,05cm
Altura inicial (cm) Paquímetro ±0,05cm
Amostra
Características do CP - Adensamento
Características do CP - Moldagem
Sinicial
Teor de umidade (winicial % ) 
(inicial)
Umidade de controle
ϒh inicial (kN/m³)
Gs Programação dos ensaios
ϒd inicial (kN/m³)
e incial
Peso do CP (g) Pesado em balança ±0,01g
Peso do CP × , 
Volume
 
(1 + 𝑤ini i l% 
 𝑠 × 9 81
 𝑑 𝑛 𝑐 𝑎𝑙
− 1
 𝑠 × 𝑤fin l 
efin l
Peso mido − Peso seco 
 eso se o
( i metro ² × 
 𝑠 × 𝑤ini i l 
ein i lÁrea inicial × ltur inicial
Peso seco × , 
Volume
 𝑠 × 9 81
 𝑑 𝑛𝑎𝑙
−1
Alturaad − eslocamentocis,f
Volume ad 
Altura ad
 eslo mentocis 
Altura ad
Volumead +ΔVcis
Volumecis
Alturaad × ( − ε 
 
ΔVcis 
Volumecis
 orça 
 rea corrigida
 d 
2
 d + × 
2
 × 
 ×3
 
Volumefinal 
Volumeinicial
× 𝑑 𝑛 𝑐 𝑎𝑙
 
57 
 
Tabela 4.2 – Fórmulas utilizadas para a análise de dados dos ensaios triaxiais de deformação 
plana do tipo CD. 
 
Argila Arenosa Vermelha σc =
Teor de umidade (winicial%) 
(inicial)
Umidade de controle
Volume inicial (cm³)
Ensaio Triaxial de Deformação Plana - CD - Consolidado Drenado
Amostra 25, 50, 100 e 200 kPa
Características do CP - Moldagem
Gs Programação dos ensaios
Área inicial