APLICAÇÃO DE VACUO EM ENSAIOS UNIDIMENSIONAIS E ISOTROPICOS

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Aplicação de Vácuo em Ensaios Unidimensionais e Isotrópicos 
 
Mario R. Bonilla Correa, M.Sc. 
Geoprojetos Engenharia Ltda., Rio de Janeiro, Brasil, mariobonillacorrea@hotmail.com 
Sandro Salvador Sandroni, Ph. D. 
SEA – Sandro Sandroni Engenheiros Associados, Rio de Janeiro, ssandroni@yahoo.com.br 
Professor Pesquisador PUC-Rio 
 
RESUMO: A técnica de melhoramento de solos moles com carregamento com vácuo a cada dia 
está sendo mais usada em diferentes lugares do mundo, por oferecer, para alguns projetos, uma série 
de vantagens em relação a outras posturas de projeto para melhoramento de solos moles. Os ensaios 
de laboratório constituem-se em uma fonte de informações fundamental para um projeto de 
melhoramento de solos moles. No presente trabalho são apresentados os procedimentos e os 
resultados de ensaios unidimensionais (prensa de adensamento) e de ensaios isotrópicos (célula 
triaxial) em material remoldado durante os quais foi aplicado vácuo. Para isto foi necessário 
desenvolver procedimentos para a aplicação de vácuo nos ensaios. Apresentaram-se dificuldades 
para evitar perdas de pressão e para manter constante a pressão durante todo o ensaio. Foram 
testadas diferentes técnicas para superar as dificuldades, até obter um funcionamento satisfatório. 
Os procedimentos desenvolvidos estão descritos neste trabalho assim como alguns dos resultados 
com eles obtidos. No final do trabalho são feitas considerações preliminares sobre os resultados 
obtidos. 
 
PALAVRAS-CHAVE: Melhoramento de solos moles; adensamento com vácuo; ensaios de 
laboratório. 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Existem diferentes técnicas para o 
melhoramento de solos moles: 
• Carregamento com aterro; 
• Carregamento com aterro junto com uso de 
drenos verticais; 
• Colunas granulares; 
• Mistura com cimento seco; 
• Carregamento com vácuo, entre outras. 
O objeto deste estudo é o carregamento com 
vácuo cujo funcionamento é similar à técnica de 
sobre carregamento com aterro, como já foi 
estudado nos trabalhos de Chai e outros (2006), 
Chu e outros (2000), Indraratna e outros (2011), 
Tang e outros (2000), entre outros. 
Esta técnica proposta por W. Kjellman 
(1952) tem sido usada em diferentes obras ao 
redor do mundo principalmente em países 
orientais como Japão, Coreia do Sul, Malásia, 
Tailândia, Vietnam, China e em países europeus 
como França e Alemanha, como apresentado em 
vários trabalhos (Masse e outros, 2001; Chai e 
outros 2006; entre outros). Nestes países 
também tem sido desenvolvidas pesquisas para 
o estudo desta técnica em laboratórios de 
geotecnia como os trabalhos de Chai e outros 
(2009) e de Rujikaitkamjorn e outros (2008). 
Em obras esta técnica trabalha com o uso de 
drenos verticais para levar a pressão de vácuo 
até a camada de solo mole (por exemplo, 
Marques e outros, 2011). No Brasil, há uma 
experiência do uso desta técnica, a qual se 
encontra descrita no trabalho de Sandroni e 
outros (2012). 
Neste trabalho foi estudado o uso de vácuo 
em dois ensaios de laboratório: 
• Ensaio de compressão unidimensional na 
prensa de adensamento, com carregamento 
incremental; 
• Ensaio de compressão isotrópica na célula 
triaxial, com drenagem por um extremo do 
corpo de prova e medição de poro pressão no 
outro. 
 
2. PROCEDIMENTOS PARA APLICAÇÃO 
DE VÁCUO 
 
Bonilla (2013) descreve todos os detalhes e 
procedimentos para a aplicação do vácuo no 
 
 
laboratório. A seguir se apresentam os mais 
relevantes: 
 
2.1.No Ensaio de Compressão Unidimensional. 
 
O objetivo deste ensaio é conhecer o 
comportamento ao longo do tempo de um corpo 
de prova de solo mole, no oedômetro na prensa 
tipo Bishop, em um ensaio de carregamento 
incremental, quando submetido à aplicação de 
uma pressão de vácuo. 
Foi usada graxa de vaselina para vedar os 
contatos entre o cap e a parte superior do 
oedômetro (Ver Figura 1), evitando assim a 
entrada de ar no sistema e consequentemente a 
perda de pressão, a qual pode se detectar quando 
se apresenta um borbulhamento na interface ar-
água (Ver Figura 1). 
 
 
Figura 1 - Vedação durante o estágio de aplicação do 
vácuo. 
 
Na Figura 2 é apresentado um esquema 
detalhado do oedômetro com as ligações feitas 
para a aplicação de vácuo. 
Na figura 3 se apresenta uma foto da 
montagem do ensaio no estágio com vácuo. 
 
 
Figura 2- Esquema do oedômetro utilizado e ligações para o estágio com vácuo. 
 
 
 
 
Figura 3 - Oedômetro pronto para o estágio de 
carregamento com vácuo (A: Ligação linha da pressão do 
vácuo, B: Ligação do manômetro digital). 
 
Foi feito um ensaio, com somente dois 
estágios, o primeiro com 3,75kPa de tensão 
usando pesos e o segundo estágio com vácuo de 
-80kPa. Neste ensaio foi observada a separação 
do corpo de prova do anel de confinamento 
(esta situação também foi observada no trabalho 
de Chai e outros, 2007) e a formação de trincas 
no corpo de prova, ver Figura 4. A causa disso é 
que a pressão de vácuo é maior do que as 
tensões iniciais. Poe este motivo, nos ensaios 
unidimensionais adiante apresentados, o vácuo 
foi aplicado em estágio no qual a tensão 
horizontal era maior do que ele. 
 
 
Figura 4 - Foto de amostra trincada e afastada do anel de 
confinamento, depois de ser submetida a uma pressão de 
vácuo bem maior que a tensão por carga vertical. 
 
2.2. No Ensaio de Compressão Isotrópica. 
 
Este ensaio de adensamento isotrópico é feito 
com drenagem por um dos extremos do corpo 
de prova (neste trabalho pela base) e medição de 
poro pressão no outro extremo. 
O objetivo deste ensaio é conhecer a variação 
da poro pressão ao longo do tempo em corpos 
de prova de diferentes alturas, durante um 
processo de adensamento produzido pela ação 
conjunta de carregamento por tensão de 
confinamento triaxial e vácuo aplicado em um 
dos extremos do corpo de prova. 
Foram feitos ensaios com corpos de prova de 
diferentes alturas (3,0; 4,5; e 6,0cm). 
Na Figura 5 se apresenta um esquema com a 
descrição das etapas do ensaio. 
 
 
Figura 5 – Etapas do procedimento do ensaio isotrópico. 
 
Na figura 6 se apresenta o esquema da 
montagem do ensaio na célula triaxial. 
2.3. Sistema de Aplicação de Vácuo 
 
O vácuo, no campo, é aplicado em um tanque 
fechado que contém uma interface ar-água (água 
na parte inferior do tanque e ar na parte 
superior). Uma bomba de vácuo é ligada na 
parte superior (ar) assim a pressão de vácuo é 
transmitida à água da parte inferior a qual é 
ligada aos drenos verticais (dependendo da 
técnica usada pode ser a través de tubos ou com 
o uso de membrana), cravados na camada de 
argila mole. No laboratório foi usada uma 
interface ar-água em um tanque com dimensões 
apropriadas para a realização dos ensaios, ver 
Figura 7. 
u
Drenagem
pressão atm (0 kPa)
u
Drenagem pressão 
vácuo (-80kPa)
Etapa 1
∆σc = 200kPa 
Não drenado
Ensaio Sem Vácuo Ensaio Com Vácuo
Etapa 2
Drenagem
 
 
 
 
Figura 6 - Esquema montagem do ensaio na célula triaxial 
 
Figura 7 - Ligações no tanque da interface ar-água 
1. Ligação linha da pressão do vácuo 
2. Ligação do manômetro digital 
3. Interface ar-água 
4. Base pantográfica para nivelar a interface ar-água. 
Foi usada uma bomba de vácuo de anel 
líquido, refrigerada com água com um motor de 
1,5HP, trifásico a 220V. Com este tipo de 
bomba refrigerada à água é possível manter a 
pressão de vácuo durante os prolongados 
tempos que os ensaios precisam sem parar e 
mantendo a pressão constante. Por ser 
refrigerada com água precisa de um 
fornecimento constante de água fresca 
(temperatura entre 15 e 35ºC). Para conseguir 
isso foi montado um trocador de calor. 
 
3. CAMPANHA DE ENSAIOS 
 
3.1. Ensaios Realizados 
 
a) Ensaios de Compressão Unidimensional 
Foram realizadoscom as tensões mostradas na 
Tabela 1 dois ensaios o V-10 com vácuo 
aplicado no estágio 7 e o V-11 sem vácuo. 
Nota-se que no início do estágio 7 a tensão 
efetiva vertical é 160 kPa e a tensão horizontal 
(estimada) é igual ou maior do que o vácuo 
aplicado (80 kPa). 
 
MVV
2
4
5
6
1
7
3
3
8
109
11
 
 
Tabela 1 - Tensões nos ensaios unidimensionais. 
 
 
b) Ensaios de Compressão Isotrópica. 
Foram realizados sete ensaios desse tipo como 
mostra a Tabela 2. 
 
Tabela 2 - Ensaios de compressão isotrópica 
 
 
3.2. Material Usado 
 
O material usado é proveniente de um depósito 
de solos muito moles da Barra da Tijuca, que 
pertence a uma planície costeira do Rio de 
Janeiro (RJ), conhecida como Baixada de 
Jacarepaguá. O material foi retirado na 
profundidade de 12,70m em uma campanha de 
extração de amostras feita em junho de 2009, 
para o projeto de um aterro rodoviário. Este 
material é o mesmo que foi utilizado na tese de 
Teixeira (2012). 
O material foi remoldado com adição de água 
até se obter uma massa homogênea e de 
consistência apropriada para preparar corpos de 
prova. A caracterização deste material se 
apresenta na Tabela 3: 
 
Tabela 3 - Caracterização do material ensaiado. 
 
4. RESULTADOS 
 
4.1. Ensaios de Compressão Unidimensional 
 
A Figura 8 apresenta uma comparação das 
curvas de porcentagem de deformação vs. raiz 
quadrada de tempo, obtidas no estágio 7 feito 
com vácuo no ensaio V-10 e sem vácuo no 
ensaio V-11. A curva com vácuo apresenta 
porcentagens de deformação inferiores às da 
curva sem vácuo até que as duas chegam a um 
ponto no qual os recalques são similares para o 
mesmo tempo. Na fase de compressão 
secundária as duas curvas apresentam uma 
inclinação bastante similar. 
 
 
Figura 8 - Comparação das curvas, % deformação vs. raiz 
do tempo, no estágio 7 dos ensaios V-10. e V-11. 
 
Durante a realização da pesquisa foi 
questionado se, neste ensaio, o processo de 
adensamento sob vácuo acompanharia a curva 
teórica unidimensional ou a isotrópica A Figura 
9 apresenta uma comparação entre a curva de 
adensamento do estágio 7 com vácuo e as 
curvas teóricas unidimensional e isotrópica. 
Como se vê o comportamento com vácuo é 
regido pela curva de adensamento 
unidimensional. 
50
55
60
65
70
75
80
85
900%
1%
2%
3%
4%
5%
6%
7%
8%
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
V
á
c
u
o
 (
k
P
a
)
%
 
∆
h
/
h
0
√t (seg)
Ensaio V-10
Ensaio V-11
Vácuo, Ensaio V-10
 
 
 
 Figura 9 - Curva U(%) vs. Tv, do estágio 7 com vácuo, 
do ensaio V-10. 
 
A Figura 10 apresenta as curvas de e vs. log 
σ’v obtidas nos ensaios V-10 (com vácuo) e V-
.11 (sem vácuo). Pode-se notar a semelhança 
dos dois ensaios no estágio 7, indicando 
comportamento praticamente igual para o 
carregamento convencional e para o 
carregamento com vácuo. 
 
 
 Figura 10 - Comparação curvas e vs. log σ’v obtidas nos 
ensaios V-10. e V-11. 
 
4.2. Ensaios de Compressão Isotrópica. 
 
A Figura 11 apresenta uma comparação entre a 
curva de adensamento do ensaio 3BJ e as curvas 
teóricas, unidimensional e isotrópica. Pode se 
observar que o comportamento com uso de 
vácuo neste ensaio é regido pela curva de 
adensamento isotrópico. Nos outros ensaios 
feitos com vácuo e sem vácuo foi observado o 
mesmo comportamento. 
 
 Figura 11 - Curva U(%) vs. Tv. do ensaio 3BJ. 
 
A Figura 12, apresenta um gráfico com as 
curvas de poro pressão vs. tempo obtidas nos 
ensaios 5BJ, 6BJ e 7BJ. 
Pode-se observar que no começo as curvas 
são bastante parecidas. Depois a curva sem 
vácuo começa a estabilizar-se enquanto a curva 
do ensaio com vácuo continua descendo até que 
se estabiliza em uma pressão de-44kPa. 
A comparação destas curvas nos outros 
ensaios tem o mesmo comportamento. 
O ensaio 7BJ foi feito em uma primeira etapa 
com uma tensão de confinamento de 200kPa 
sem vácuo. Depois que a poro pressão se 
estabilizou em 6kPa aplicou-se uma pressão de 
vácuo de -80kPa até a poro pressão se 
estabilizou em -42kPa. A curva da primeira 
etapa é bastante similar à curva obtida no ensaio 
5BJ e toda a curva obtida pelas duas etapas 
chega a uma pressão de estabilização bastante 
similar a obtida no ensaio 6BJ. 
 
 
 Figura 12 - Comparação curvas de poro pressão vs. 
tempo obtidas nos ensaios 5BJ, 6BJ e 7BJ.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25
U
 (
%
)
Tv
Teórica de A. Unidimensional
Teórica de A. Isotrópico
Estágio 7, Ensaio V-10
Com Vácuo
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
1 10 100 1.000
Ín
d
ic
e 
d
e 
v
á
zí
o
s 
(e
)
log σ'v (kPa)
ENSAIO V-10,
COM VÁCUO
ENSAIO V-11,
SEM VÁCUO
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0,010 0,100 1,000 10,000
U
 (
%
)
Tv
Teórica de A. Unidimensional
Teórica de A. Isotrópico
Ensaio 3BJ
Cv = 2.70x10-04 cm2/s
70
75
80
85
90
95
-50
-25
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225
V
á
c
u
o
 (
k
P
a
)
P
o
ro
p
re
ss
sã
o
 (
k
P
a)
tempo (hora)
Ensaio 5BJ, Sem Vácuo
Ensaio 6BJ, Com Vácuo
Ensaio 7BJ, Inicia Sem
Vácuo e Depóis Com Vácuo
Vácuo Ensaio 6BJ
Vácuo Ensaio 7BJ
 
 
5. CONCLUSÕES 
 
Neste artigo são apresentados procedimentos 
para a aplicação de vácuo em ensaios 
unidimensionais e isotrópicos. 
Foi comprovado, experimentalmente, que a 
aplicação de vácuo gera um processo de 
adensamento igual ao gerado por um 
carregamento. 
A aplicação de uma pressão de vácuo maior 
que a tensão de confinamento gera trincas no 
corpo de prova, e no caso do ensaio de 
compressão unidimensional, faz que o corpo de 
prova se afaste do anel de confinamento. 
A aplicação de vácuo no ensaio de 
compressão unidimensional gera um processo 
de adensamento regido pela curva de 
adensamento unidimensional. No caso do ensaio 
isotrópico o processo de adensamento é regido 
pela curva de adensamento isotrópico. 
 
AGRADECIMENTOS 
 
Os autores agradecem a empresa Tecnogeo pela 
doação da bomba de vácuo que foi usada na 
realização dos ensaios. 
Ao professor José Araruna da PUC-Rio por 
diversas sugestões sobre a realização dos 
ensaios. 
Ao professor Edgar Odebrecht da Geoforma 
pela obtenção das amostras Shelby. 
 
REFERÊNCIAS 
 
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para ensaios de adensamento com carregamento 
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