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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS MECÂNICA DAS ROCHAS – MIN111 RELATÓRIO DE ENSAIOS LABORATORIAIS DE MECÂNICA DE ROCHAS RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO UNIAXIAL, PUNTIFORME E A TRAÇÃO INDIRETA ALUNOS – MATRÍCULA Matheus Elias da Silva - 20.2.1338 Gustavo Felipe Mendes - 20.1.1204 Paulo Raul de Melo Costa - 18.2.1373 Taylor Castro – 22.2.2222 Larissa Gardenia – 22.2.2222 Marcelo – 22.2.2222 Pedro – 22.2.2222 João – 22.2.2222 Aluno 1 – 22.2.2222 OURO PRETO 2025 RESUMO O presente documento tem como objetivo relatar a prática de laboratório realizada no Departamento de Engenharia de Minas, referente aos ensaios de resistência mecânica de amostras, incluindo a compressão uniaxial, a compressão puntiforme e a tração indireta (brasileiro). Ao longo da realização desta prática, foram utilizados dois dispositivos amplamente empregados em ensaios laboratoriais de rochas: a prensa mecânica e a triaxial. As amostras utilizadas, compostas por materiais que variam de gnaisse a filito altamente alterado, foram extraídas a partir de testemunhos de sondagem, embora a localização exata da coleta não tenha sido especificada. Essa atividade está diretamente vinculada à determinação do nível de resistência da rocha, essencial para a caracterização geomecânica dos materiais. Para o ensaio de compressão uniaxial a amostra apresentou uma resistência de 25,8 kPa (a fratura acompanhou brevemente a foliação). O ensaio de tração indireta (brasileiro) apresentou uma resistência de XX xPa. Os ensaios de compressão puntiforme foram realizados com três amostras de dimensões irregulares e apresentaram resistências entre XX a XX xPa. Palavras-chave: Resistência. Ensaio. Amostra. Rocha. Mecânica. LISTA DE FIGURAS Figura 1: Desenho esquemático de uma prensa hidráulica utilizada para a realização do ensaio de compressão uniaxial. Fonte: Almeida, 2020. Fonte: Notas de aula do Prof. Rodrigo Figueiredo (NUGEO/UFOP). Figura 2: Identificação do corpo de prova utilizado para realização do ensaio de compressão uniaxial. Tabela 1: Identificação das dimensões da amostra. Figura 3: Resultado da força aplicada manualmente medida pelo Software PntLoad. Figura 4: Corpo de prova na prensa utilizada para realização do ensaio de compressão uniaxial. Figura 5: Corpo de prova na prensa utilizada para realização do ensaio de compressão indireta. LISTA DE tabela Tabela 1: Identificação das dimensões da amostra. Tabela 2: Identificação das dimensões da amostra para ensaio de ensaio de tração indireta. ÍNDICE 1. ESTADO DA ARTE 1.1. Introdução 1.2. Desenvolvimento 1.3. Conclusão 1.4. Referências 2. INTRODUÇÃO 3. OBJETIVOS 4. MATERIAIS E MÉTODOS 4.1. Ensaio de Compressão Uniaxial 4.2. Procedimento do ensaio 4.3. Preparação do Corpo de Prova 4.4. Prensa e Preparativos de Execução 4.5. Cálculo da Resistência à Compressão 4.6. Ensaio das amostras 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 5.1. Resistência À Compressão Uniaxial 1. ESTADO DA ARTE 1.1. Introdução A resistência mecânica das rochas é um fator fundamental na engenharia geotécnica, influenciando diretamente a estabilidade e segurança de estruturas como túneis, taludes, barragens e fundações. A compreensão do comportamento das rochas sob diferentes tipos de carregamento é essencial para a correta definição de parâmetros de projeto e para a previsão do seu desempenho em campo. Para avaliar essa resistência, diversos ensaios laboratoriais são empregados, destacando-se os testes de compressão uniaxial, compressão puntiforme e tração indireta (ensaio brasileiro). Esses métodos fornecem parâmetros essenciais para a caracterização e classificação das rochas, permitindo a estimativa de sua resistência à compressão e tração, além de auxiliar na definição de propriedades mecânicas fundamentais para aplicações geotécnicas e estruturais. No presente estudo, serão realizados os ensaios citados em amostras de rocha fornecidas pelo professor, com o objetivo de determinar suas propriedades mecânicas e analisar seu comportamento frente aos diferentes esforços aplicados. Os resultados obtidos serão utilizados para discutir a adequação dos métodos empregados e sua importância na engenharia de rochas, além de fornecer subsídios para futuras análises geotécnicas. 1.2. Desenvolvimento 1.2.1. Ensaios para Determinação da Resistência das Rochas 1.2.1.1. Ensaio de Compressão Uniaxial O ensaio de compressão uniaxial consiste na aplicação de uma carga axial crescente em uma amostra cilíndrica até sua ruptura, determinando a resistência máxima à compressão da rocha. Esse método é amplamente utilizado devido à simplicidade e à relevância dos dados obtidos para projetos de engenharia (HARTMAN, 1992). 1.2.2. Ensaio de Compressão Puntiforme A compressão puntiforme envolve a aplicação de uma carga concentrada em um ponto específico da amostra. Esse método é utilizado para estimar a resistência de rochas quando corpos de prova padronizados não estão disponíveis (BIENIAWSKI, 1989). Suas principais vantagens são a preparação simplificada das amostras e a rapidez na obtenção dos resultados. 1.2.3. Ensaio de Tração Indireta (Ensaio Brasileiro) O ensaio de tração indireta, ou ensaio brasileiro, avalia a resistência da rocha por meio da aplicação de uma carga compressiva diametral (ISRM, 1978). Esse teste é essencial para compreender o comportamento da rocha sob tensões de tração, fator crítico em diversas aplicações geotécnicas. 1.3. Novas Abordagens para a Caracterização das Rochas Estudos recentes buscam aprimorar os métodos tradicionais e desenvolver novas abordagens para a caracterização mecânica das rochas. Vizini (2020) propôs técnicas experimentais como o Ensaio de Cisalhamento Direto Modificado (ECDM) e o Ensaio de Arrancamento (EA), que melhoram as condições de contorno dos ensaios e aumentam a confiabilidade dos resultados. Essas inovações visam superar limitações dos métodos convencionais, oferecendo alternativas mais eficazes para avaliar a resistência e a tenacidade à fratura das rochas. 1.4. Conclusão A caracterização precisa da resistência mecânica das rochas é essencial para o sucesso de projetos geotécnicos. Métodos tradicionais, como os ensaios de compressão uniaxial, compressão puntiforme e tração indireta, fornecem parâmetros fundamentais para essa análise. No entanto, a pesquisa contínua e o desenvolvimento de novas técnicas, como as propostas por Vizini (2020), são cruciais para aprimorar a compreensão do comportamento das rochas e garantir a segurança e eficiência das obras. 1.5. Referências BIENIAWSKI, Z. T. Engineering Rock Mass Classifications: A Complete Manual for Engineers and Geologists in Mining, Civil, and Petroleum Engineering. New York: Wiley, 1989. HARTMAN, H. L. Introductory Mining Engineering. 2nd ed. New York: Wiley, 1992. INTERNATIONAL SOCIETY FOR ROCK MECHANICS (ISRM). Suggested Methods for Determining Tensile Strength of Rock Materials. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, v. 15, n. 3, p. 99-103, 1978. VIZINI, V. O. S. Novos métodos para determinação de resistência e tenacidade à fratura de rocha e concreto. Dissertação (Mestrado em Engenharia Geotécnica) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2020. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3145/tde-13042021-092334/es.php. Acesso em: 16 mar. 2025. 2. INTRODUÇÃO A compreensão da resistência mecânica das rochas é um aspecto fundamental para a engenharia de minas, engenharia civil e geotecnia, pois influencia diretamente a estabilidade de escavações subterrâneas, taludes e fundações. De acordo com Hartman (1992) e Hustrulid (2000), a resistência das rochas pode ser avaliada por diversos métodos laboratoriais, entre os quais se destacam a compressão uniaxial, a compressão puntiforme e a resistência à tração indireta (ensaio brasileiro). O ensaio de compressão uniaxial consiste em submeter uma amostra cilíndrica a uma carga aplicada ao longo de um único eixo atésua ruptura, permitindo a determinação da resistência máxima do material. Já a compressão puntiforme se baseia na aplicação de uma carga concentrada em um ponto específico da superfície da amostra, sendo útil para estimar a resistência de rochas quando não há disponibilidade de corpos de prova padronizados (Bieniawski, 1989). Por sua vez, a resistência à tração indireta é obtida por meio do ensaio brasileiro, que avalia a resposta da rocha a esforços de tração aplicados de forma indireta por meio de uma carga compressiva diametral (ISRM, 1978). No presente estudo, foram realizados ensaios em amostras de rocha provenientes de testemunhos de sondagem, compostas por um gnaisse em transição para filito altamente alterado. A significativa alteração na matriz mineralógica dessas amostras pode influenciar diretamente os resultados dos ensaios, tornando-os essenciais para a compreensão do comportamento mecânico desse material. A avaliação da resistência desses materiais é crucial para subsidiar projetos geotécnicos e garantir a segurança em obras de engenharia que envolvem escavações e fundações em maciços rochosos. 3. OBJETIVOS 3.1. Objetivo Geral Realizar ensaios laboratoriais para avaliar a resistência de um filito muito alterado à compressão uniaxial, à compressão puntiforme e à tração indireta. 3.2. Objetivos Específicos Avaliar a resistência do filito muito alterado à compressão uniaxial, determinando sua capacidade de suportar cargas ao longo de um único eixo. Investigar o comportamento do material sob compressão puntiforme, analisando sua resistência a forças concentradas em pontos específicos da superfície. Determinar a resistência do filito muito alterado à tração indireta, compreendendo sua resposta a esforços de tração aplicados indiretamente 4. MATERIAIS E MÉTODOS 4.1. Ensaio de Compressão Uniaxial O ensaio de compressão uniaxial, também chamado de ensaio de compressão simples, consiste na aplicação de uma carga axial sobre um corpo de prova cilíndrico até sua ruptura. Esse procedimento é fundamental para determinar a resistência mecânica das rochas à compressão. No procedimento, uma amostra cilíndrica de filito altamente alterado – geralmente com altura igual ou superior ao dobro de seu diâmetro – é cuidadosamente posicionada para garantir que suas faces superior e inferior fiquem perpendiculares à direção da força aplicada. Ao ser centralizada na prensa, a amostra é então submetida a uma força axial crescente até atingir seu limite de resistência, resultando em sua ruptura e permitindo a análise dos parâmetros de resistência sob carregamento axial 4.1.1. Procedimento do ensaio A preparação dos corpos de prova para o ensaio de compressão uniaxial segue critérios rigorosos para garantir a confiabilidade dos resultados. Considerando as características do filito altamente alterado, a amostra deve ser cuidadosamente trabalhada para atender aos requisitos normativos e evitar influências indesejadas na resistência medida. Para isso, sua geometria deve obedecer às especificações da NBR 10611/2011, garantindo um formato cilíndrico adequado para a aplicação homogênea da carga axial. De acordo com as diretrizes normativas, a relação entre altura (l) e diâmetro (D) do corpo de prova deve variar entre 2,5 e 3,0. O diâmetro mínimo recomendado é de 50 mm, sendo necessário que ele seja pelo menos dez vezes maior que o maior grão da rocha. Outro aspecto fundamental é o acabamento do corpo de prova. As superfícies laterais devem ser lisas e livres de irregularidades, enquanto as faces superior e inferior precisam ser planas, paralelas entre si e perpendiculares ao eixo de aplicação da força. Esse preparo é realizado por meio de desbaste e polimento, evitando o uso de materiais como resinas ou argamassas que possam comprometer o paralelismo. Caso a rocha apresente anisotropia, como foliação ou acamamento, recomenda-se a realização de ensaios em diferentes direções para avaliar a variação da resistência à compressão. Além disso, para garantir representatividade estatística, o ideal é realizar pelo menos cinco ensaios em corpos de prova da mesma amostra. A taxa de carregamento deve ser mantida entre 0,5 e 1,0 MPa/s. 4.1.2. Prensa e Preparativos de Execução O corpo de prova é centralizado na prensa de ensaio, ficando alinhado com o eixo de aplicação da força axial, conforme ilustrado na Figura 1. Para garantir a execução adequada do ensaio, é essencial calibrar a prensa e verificar o funcionamento dos dispositivos periféricos, como o computador conectado e o software utilizado. Além disso, é imprescindível confirmar a posição correta do corpo de prova e assegurar a utilização apropriada dos equipamentos de segurança (como a tela de proteção) durante todo o procedimento. Figura 1: Desenho esquemático de uma prensa hidráulica utilizada para a realização do ensaio de compressão uniaxial. Fonte: Almeida, 2020. Fonte: Notas de aula do Prof. Rodrigo Figueiredo (NUGEO/UFOP). 4.1.3. Cálculo da Resistência à Compressão A resistência à compressão uniaxial, quando o corpo de prova se rompe, é calculada utilizando a seguinte equação: = Resistência à compressão uniaxial (MPa); P = Carga na ruptura do CP (kN); A = Área do corpo de prova (m²). 4.1.4. Ensaio das amostras Para a execução do ensaio, foi utilizado um corpo de prova extraído de um testemunho de sondagem, classificado como filito altamente alterado (Figura 2), com as dimensões especificadas na Tabela 1. Figura 2: Identificação do corpo de prova utilizado para realização do ensaio de compressão uniaxial. Tabela 1: Identificação das dimensões da amostra. Dados da Amostra Altura (m) Diâmetro (m) 0,109 0,0444 O corpo de prova foi devidamente alinhado na prensa conforme as diretrizes para ensaios axiais (Figura 4). Em seguida, aplicou-se manualmente cargas direcionadas até ocorrer a ruptura da amostra. O valor final da carga, medido pelo software PntLoad (Figura 3), foi registrado para possibilitar o cálculo da resistência à compressão uniaxial, bem como para a análise e interpretação dos resultados do ensaio. Figura 3: Resultado da força aplicada manualmente medida pelo Software PntLoad. Figura 4: Corpo de prova na prensa utilizada para realização do ensaio de compressão uniaxial. 4.2. Ensaio de compressão Diametral (Ensaio Brasileiro de Tração) . O Ensaio de Tração Indireta, também conhecido como Ensaio Brasileiro ou Compressão Diametral, é amplamente utilizado para determinar a resistência à tração de corpos de prova cilíndricos de rochas. Esse ensaio permite estimar a resistência à tração, um parâmetro essencial na análise mecânica de rochas para aplicações em mineração e geotecnia. A metodologia segue as diretrizes estabelecidas pela International Society for Rock Mechanics (ISRM, 1978). De acordo com essas normas, o corpo de prova deve apresentar um diâmetro mínimo de 50 mm e uma espessura aproximadamente igual ao seu raio, garantindo uma correta distribuição das tensões ao longo da amostra. 4.2.1. Procedimento do ensaio Conforme as diretrizes da NBR 10611/2011, a preparação das amostras exige a retificação e padronização de altura e diâmetro. O diâmetro do corpo de prova deve ser uniforme, e suas extremidades precisam estar niveladas para evitar concentrações indevidas de tensões. No entanto, assim como no ensaio de compressão uniaxial, as amostras não foram retificadas devido às razões previamente discutidas. Para a realização do ensaio, foram utilizados dois corpos de prova. A Tabela 2 apresenta as dimensões de cada amostra: Tabela 2: Identificação das dimensões da amostra para ensaio de ensaio de tração indireta. Amostra Diâmetro (m) Altura média (m) 1 0,0474 0,03548 2 0,0473 0,03723 Correlação Entre Is50 e Sigma 4.2.2. Ensaio das amostras O equipamento é ajustado conforme os requisitos do ensaio, incluindo calibração dos sensores de carga e deslocamento. O corpo de prova é colocado horizontalmente entre duas superfícies de apoio na prensa de compressão. Figura 5: Corpo de provana prensa utilizada para realização do ensaio de compressão indireta. Após a realização do ensaio, os dados foram coletados para calcular e determinar a resistência à tração da amostra. A resistência à tração por compressão diametral (σt) é calculada conforme a equação abaixo: Onde: · σt = Resistência à tração indireta (MPa); · F = Força aplicada no momento da ruptura do corpo de prova (N); · L = Comprimento do corpo de prova (mm); · D = Diâmetro do corpo de prova (mm). 4.3. Ensaio de carga pontual (PLT) Os ensaios de carga pontual (PLT) se confirmam como uma ferramenta essencial na caracterização da resistência das rochas, oferecendo uma alternativa prática e eficiente para estimar a resistência à compressão uniaxial. Conforme ISRM (2007), sua aplicação permite análises rápidas e de baixo custo, sendo amplamente adotada em estudos geotécnicos e minerários. Assim, a utilização desse ensaio não apenas otimiza investigações de campo e laboratório, mas também aprimora a confiabilidade na tomada de decisões em projetos de engenharia, contribuindo diretamente para a segurança e a estabilidade das estruturas em meio rochoso 4.3.1. Procedimento do ensaio Preparação das amostras: As amostras foram selecionadas e preparadas de acordo com os critérios estabelecidos. Antes do ensaio, os corpos de prova foram limpos e ajustados para atender aos requisitos geométricos necessários. Posicionamento na máquina: As amostras foram corretamente posicionadas entre os platôs da máquina de carga pontual, garantindo um contato adequado. Aplicação da carga: A carga foi aplicada de forma progressiva e controlada até que a amostra atingisse a ruptura. Registro dos resultados: No momento da falha, registrou-se a carga de ruptura para posterior cálculo do índice de carga pontual, permitindo a estimativa da resistência à compressão do material testado. Figura 5: Corpo de prova na prensa utilizada para realização do ensaio de compressão indireta. 4.3.2. Procedimento do ensaio O índice de carga pontual (Is) foi determinado utilizando a equação recomendada pela ISRM (2007): Onde: · = índice de carga pontual (MPa) · P = carga aplicada no instante da ruptura (kN) · De = diâmetro equivalente da seção transversal do corpo de prova (mm) Para amostras com diâmetro diferente de 50 mm, aplicou-se um fator de correção para normalizar os resultados, conforme a seguinte equação: A fim de obter um valor representativo da resistência da rocha, o diâmetro médio das amostras foi calculado antes da aplicação da correção, garantindo maior precisão na estimativa da resistência à compressão puntiforme normalizada. 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES Neste tópico, serão expostos os resultados alcançados nos ensaios. 5.1. Resistência À Compressão Uniaxial Ao mensurar a carga máxima que a rocha pode suportar, esse teste atua como um indicador preliminar da sua capacidade estrutural e do limite de ruptura. Além disso, os dados obtidos possibilitam a análise das propriedades mecânicas dos xistos, contribuindo para a avaliação de problemas em escavações, taludes e outras estruturas. No experimento, a amostra foi submetida a carga de 3,99 KN, resultando em uma resistência de 2,58 Mpa, como descrito na tabela X., uma vez que reflete a carga máxima suportada durante o ensaio. Força máxima de resistência Resistencia σc (MPa) 3,99 2,58 De acordo com as diretrizes da ISRM (International Society for Rock Mechanics), tabela X, a classificação de rochas com base na resistência à compressão uniaxial é de rocha muito branda. Classificação Resistência à compressão uniaxial Rochas muito brandas por suas propriedades mineralógicas e estruturais, destacando-se a influência da foliação na ruptura das amostras. A resistência à compressão uniaxial indicou uma menor capacidade de suporte para o filito altamente alterado, enquanto os ensaios de tração indireta e compressão puntiforme ressaltaram a necessidade de considerar a anisotropia do material ao projetar estruturas geotécnicas. Além disso, a execução dos ensaios de acordo com rigorosos procedimentos técnicos garantiu a confiabilidade dos dados obtidos. No entanto, algumas limitações, como a falta de informações detalhadas sobre a localização exata da coleta das amostras, podem ter impactado as análises. Isso destaca a necessidade de aprimorar a metodologia de coleta e preparo das amostras em futuras investigações. Em síntese, este estudo reforça a importância dos ensaios laboratoriais para a caracterização mecânica das rochas e sua aplicação em projetos de engenharia. A compreensão das propriedades mecânicas dos materiais rochosos é crucial para garantir a segurança e eficiência de estruturas em maciços rochosos, destacando a relevância dos métodos utilizados e a necessidade de pesquisas adicionais para aprimorar os modelos de previsão do comportamento das rochas em campo. Tensão Nominal x Deformação Axial Sa - Axial Stress 1.44E-2 1.44E-2 1.5800000000000002E-2 1.5800000000000002E-2 1.5800000000000002E-2 1.7299999999999999E-2 1.7299999999999999E-2 1.8700000000000001E-2 2.0199999999999999E-2 2.0199999999999999E-2 1.8700000000000001E-2 1.8700000000000001E-2 2.0199999999999999E-2 2.0199999999999999E-2 2.0199999999999999E-2 2.3E-2 2.3E-2 2.1600000000000001E-2 2.3E-2 2.4500000000000001E-2 2.4500000000000001E-2 2.5899999999999999E-2 2.5899999999999999E-2 2.4500000000000001E-2 2.3E-2 2.3E-2 2.4500000000000001E-2 2.4500000000000001E-2 2.4500000000000001E-2 2.4500000000000001E-2 2.5899999999999999E-2 2.5899999999999999E-2 2.7400000000000001E-2 2.8799999999999999E-2 2.7400000000000001E-2 2.8799999999999999E-2 2.8799999999999999E-2 3.0200000000000001E-2 3.1699999999999999E-2 3.1699999999999999E-2 3.0200000000000001E-2 3.1699999999999999E-2 3.1699999999999999E-2 3.1699999999999999E-2 3.4599999999999999E-2 3.5999999999999997E-2 3.4599999999999999E-2 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6.3399999999999998E-2 6.1899999999999997E-2 6.1899999999999997E-2 6.3399999999999998E-2 6.3399999999999998E-2 6.4799999999999996E-2 6.6199999999999995E-2 6.7699999999999996E-2 6.4799999999999996E-2 6.6199999999999995E-2 6.7699999999999996E-2 6.9099999999999995E-2 6.9099999999999995E-2 6.9099999999999995E-2 6.9099999999999995E-2 6.9099999999999995E-2 6.9099999999999995E-2 7.0599999999999996E-2 7.0599999999999996E-2 7.0599999999999996E-2 7.1999999999999995E-2 7.1999999999999995E-2 7.1999999999999995E-2 7.3400000000000007E-2 7.4899999999999994E-2 7.4899999999999994E-2 7.4899999999999994E-2 7.4899999999999994E-2 7.6300000000000007E-2 7.6300000000000007E-2 7.7799999999999994E-2 7.6300000000000007E-2 7.6300000000000007E-2 7.630000000 0000007E-2 7.7799999999999994E-2 7.9200000000000007E-2 8.0600000000000005E-2 8.0600000000000005E-2 8.2100000000000006E-2 8.2100000000000006E-2 8.3500000000000005E-2 8.3500000000000005E-2 8.5000000000000006E-2 8.5000000000000006E-2 8.5000000000000006E-2 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