ensaio de compreensao triaxial

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Almeida da Paz Armando Jonasse
Dulce André Cipriano Senty
Ensaio de compressão triaxial 
Licenciatura em Geologia
Universidade pedagógica
Beira
2017
Almeida da Paz Armando Jonasse
Dulce André Cipriano Senty
Ensaio de compressão triaxial
Trabalho de pesquisa bibliográfica da cadeira Mecânica das Rochas a ser entregue no departamento ciência da terra e ambiente, delegação da Beira
MSc: Fernando Massora
Universidade pedagógica
Beira
2017
Introdução
O presente trabalho, ira falar acerca do ensaio de compreensão triaxial. Neste, contem informações obtidas a partir de alguns documentos disponíveis em formato digital. Informações como o objectivo, o material necessário para a realização do ensaio, as etapas que se seguem para a realização do ensaio, os diferentes tipos, os parâmetros medidos, a suas vantagens e desvantagens, serão abordados de forma clara e objectiva, seguindo uma breve estrutura de modo que haja melhor compressão do mesmo.
Portanto, em âmbito geral, ensaio de compressão é um dos ensaios mecânicos realizados em materiais, para conhecer o seu comportamento e suas propriedades em determinadas situações, é neste tipo de teste que se avalia como o material reage quando pressionado.
Ensaio de compreensão 
É um dos ensaios mecânicos realizados em materiais, para conhecer o seu comportamento e suas propriedades em determinadas situações, é neste tipo de teste que se avalia como o material reage quando pressionado. O teste é usualmente aplicado em concreto, cerâmicas, plásticos e compósitos.
Para os metais é menos utilizado devido a vários problemas envolvidos nos ensaios de modo geral, podemos dizer que o ensaio de compressão é um esforço que tende a provocar um encurtamento ou ruptura do corpo quando submetido a um esforço. (ensaios mecanico de compressao, 2015).
Ensaio de compreensão triaxial 
(breve descrição)
O teste triaxial foi descrito em detalhe por Bishop e Henkel (1962), e posteriormente uma célula mais avançada foi descrita por Bishop e Wesley. 
Segundo (Valejos, 2005) Este tipo de ensaio é mais eficaz e oferecem bons resultados para a determinação da resistência do solo. Basicamente consiste num corpo de prova cilíndrico envolvidos por uma membrana impermeável e que é colocado dentro de uma câmara.
Esses ensaios são os mais utilizados na actualidade, por sua condição de aparelhagem, mais refinadas, capazes de garantir uma impermeabilização total da amostra, controle absoluto da drenagem e medida do valor da pressão neutra.
Objectivo do ensaio
Os ensaios de compressão triaxial são ensaios bastante utilizados em laboratórios, cujo objectivo é analisar o comportamento e medir as propriedades mecânicas e obtenção de parâmetros de resistência ao cisalhamento e deformabilidade dos solos. Além disso tem o objectivo de determinar propriedades de rocha para um grande intervalo de tensão e temperatura. (Certificação Digital No 812405, pag.60).
Composição da prensa de compressão
O instrumento é composto:
Pedra porosa;
Membrana;
Entrada de água e aplicação da pressão confinante (torneira)
Drenagem ou medição de pressão neutra.
Figura: prensa de compressão e corpo de prova dentro de uma câmara de ensaio, submetido as tensões de confinamento axial. (Marangon),
Material necessário
Prensa de compressão;
Unidade de controle de pressões;
Compressor;
Reservatório de água desgazificada; e
Microcomputador (monitoramento e aquisição de dados automática).
Figura. Equipamento completo para ensaio de compressão (Mello & Santos, 2015).
Tipos de Ensaios triaxiais 
No que se refere as condições de drenagem, tem-se três tipos básicos de ensaio triaxial:
Ensaio triaxial não adensado não drenado (UU);
 Ensaio triaxial adensado não drenado (CU);
Ensaio triaxial adensado drenado (CD);
Ensaio triaxial adensado drenado (CD)
Também chamado impropriamente de ensaio lento, devido à condição de ser um ensaio muito lento, no ensaio CD, o corpo de prova saturado é submetido primeiro a uma pressão de confinamento em toda a sua volta, por compressão do fluido da câmara. Neste ensaio há permanente drenagem do corpo de prova. Aplica-se a tensão confinante (σ3) e espera-se o corpo de prova adensar (24 a 48 horas). A seguir, a tensão axial (σd) é aplicada lentamente, permitindo a dissipação do excesso de pressão neutra (u) gerada pelo carregamento (até uma semana).
Desta maneira a pressão neutra durante o carregamento permanece nula e as tensões totais medidas são às tensões efectivas. 
Este tipo de ensaio é aplicado na análise da resistência ao cisalhamento em solos de alta permeabilidade consolidados, no caso de estabilidade de estruturas de solos argilosos a longo tempo com relação a taludes e empuxos, ou de estruturas de solos arenosa.
Parâmetros buscados: Resistência em termos de tensões efectiva. (Marangon)
Ensaio triaxial adensado não drenado (CU)	
O ensaio adensado não-drenado é o tipo mais comum de ensaio triaxial. Nesse ensaio, aplica-se a tensão de confinamento permitindo-se a drenagem do corpo de prova (adensamento), até a completa dissipação do excesso de pressão neutra gerada pela aplicação da tensão confinante. Na sequência aplica-se o carregamento axial σ1, espera estabilizar e rompe sem drenagem. Este ensaio fornece a resistência não drenada em função da tensão de adensamento. Se as pressões neutras forem medidas, ter-se-á a resistência em termos de tensões efectivas, sendo por essa razão bastante empregado por permitir determinar a envoltório de resistência em termos de tensão efectiva em cerca de dois dias; 
Rápido pré-adensado (R): este ensaio é o que melhor representa as condições do solo para a análise da estabilidade de um aterro certo tempo após a sua construção, ou da estabilidade de uma barragem em virtude de um rebaixamento rápido do reservatório. 
Este tipo de ensaio é aplicado para análise a curto prazo da resistência ao cisalhamento de solos de baixa permeabilidade consolidados; No caso de barragens de terra quando há possibilidade de rápido esvaziamento. (Marangon)
Ensaio triaxial não adensado não drenado (UU)
Também chamado de ensaio rápido, este, é recomendado quando se deseja obter a coesão e ângulo de atrito por exemplo, um talude.
 Em ensaios não-adensados não-drenados, a drenagem do corpo de prova do solo não é permitida durante a aplicação da pressão da câmara. O corpo de prova do ensaio é cisalhado até a ruptura pela aplicação da tensão desviadora, e a drenagem é impedida. Como a drenagem não é permitida em nenhum estágio, o ensaio pode ser realizado rapidamente. Por causa da aplicação da pressão de confinamento da câmara, a poro pressão no corpo de prova do solo aumentará. Um aumento adicional na poro pressão ocorrerá por causa da aplicação da tensão desviadora.
 Este ensaio normalmente é realizado em corpos de prova de argila e depende de um conceito de resistência muito importante para solos coesivos, se o solo for completamente saturado e demora cerca de 1 a 2 horas.
É aplicado para análises a curto prazo da resistência ao cisalhamento de solos de baixa permeabilidade não consolidados.
Solos argilosos abaixo de fundações de edifícios, estruturas de terra em cortes provisórios, fundações de aterros em solos moles. (Valejos, 2005)
Procedimento ou etapas do ensaio triaxial.
Figura. Representação esquemática e forcas actuantes no ensaio. (Mello & Santos, 2015).
Moldar um corpo de prova cilíndrico a partir de amostra indeformado;
Neste tipo de ensaio, se utiliza um corpo de prova cilíndrico envolvido por uma membrana de látex;
O corpo de prova é inserido dentro de uma câmara de ensaio transparente já envolvido pela membrana de látex;
O espaço entre a membrana e a parede da câmara é preenchido com água à qual se aplica uma pressão, que é chamada pressão confinante ou pressão de confinamento do ensaio. Esta pressão atua em todas as direcções, inclusive na direcção vertical. O corpo de prova fica
sob um estado hidrostático de tensões. (Marangon).
A prensa comprime o corpo de prova contra o pistão (ou êmbolo) com velocidade constante, até a ruptura por cisalhamento, neste processo, permite-se medir variação de altura da amostra (∆𝐻) e força axial actuante no pistão (N).
Adensamento ou consolidação
A segunda fase do ensaio, vai de acordo com o tipo de ensaio. Portanto, temos:
Opção 01: Quando for realizado o ensaio Consolidado Drenado (CD) (ensaio lento). Há permanente drenagem do corpo de prova. Aplica-se a pressão confinante e espera-se que o corpo, com a dissipação da pressão neutra, adense. 
A seguir, a tensão axial é aumentada lentamente, para que a água sob pressão possa sair. Desta forma, a pressão neutra durante todo o carregamento é praticamente nula, e as tensões totais aplicadas indicam as tensões efectivas que estavam ocorrendo, sendo portanto os parâmetros determinados em termos de tensões efectivas.
Se o solo for muito permeável (areias), o ensaio pode ser realizado em poucos minutos, mas, para argilas, o carregamento axial pode requerer 20 dias ou mais.
Opção 02: Quando for realizado o ensaio Consolidado Não-Drenado (CU) (ensaio rápido), Nesse ensaio, aplica-se a tensão de confinamento permitindo-se a drenagem do corpo de prova (adensamento), até a completa dissipação do excesso de pressão neutra gerada pela aplicação da tensão confinante. Fecham-se os registro do canal de drenagem e aplica-se a tensão axial (desviadora) até a ruptura, medindo-se as pressões neutras geradas pelo carregamento.
Logo, após aplicar 𝜎3, fecha-se as válvulas de saída de água pelas pedras porosas dando garantia da condição pré-estabelecida, independente da velocidade em que essa carga axial seja aplicada.
Opção 03: Quando for realizado para o ensaio Não-Consolidado Não-Drenado (UU) (ensaio rápido).
Para solos de baixa permeabilidade não-consolidados (não-adensados).
Mantendo a drenagem do corpo de prova fechada, aplicar 𝜎𝐶 (tensão confinante). As válvulas de comunicação entre as pedras porosas e as buretas de medição serão fechadas impedindo a drenagem da mesma durante as aplicações das tensões. 
No ensaio, aplica-se a pressão hidrostática 𝜎3 e, de imediato, se rompe o corpo de prova com a aplicação da pressão axial 𝜎1, em velocidades padronizadas. Não se conhecem as pressões efectivas em nenhuma das fases de execução do ensaio nem tão pouco sua distribuição. (Caracterizacao Mecanica de Rocha)
Ruptura ou cisalhamento
Esta fase corresponde ao cisalhamento da amostra propriamente dito e também deverá ser executada de acordo com as condições de drenagem anteriormente escolhida, ou seja, se será permitida a geração de pressão neutra durante o ensaio ou não.
No caso de ser executada sem drenagem o valor da poro pressão deve ser mantido durante o ensaio para possibilitar a determinação do estado de tensões efectivas do corpo de prova durante o ensaio. (Marangon)
Resultados
Na terceira e última fase do grupo, a partir dos ensaios realizados, e conforme o seu tipo, são obtidos os resultados.
Figura: procedimento básico. (Marangon).
Como pode se observar na foto 4, o registo de um corpo de prova rompido, em que se observa o plano de cisalhamento do material ensaiado, no caso de um solo argiloso compactado.
Alternativa do ensaio
Alternativa do ensaio de compressão triaxial e o ensaio de compressão uniaxial, uma vez que que tem a mesma finalidade. O que os difere são as forças actuantes em que, no ensaio de compressão triaxial são três forças actuantes e o no ensaio de compressão uniaxial é apenas uma força que actua sobre o corpo de prova.
O teste de compressão uniaxial no qual, os corpos de prova com forma cilíndrica ou prisma são comprimidos paralelemente ao eixo longitudinal. É o teste mais utlizado, devido a sua simplicidade para determinar parâmetros da rocha.
Durante o ensaio uniaxial é realizada a aquisição dos seguintes dados ao longo do tempo tais como:
Tensão axial;
Deformação axial e radical.
Com estes dados calculam-se poisson e módulo de deformabilidade.
Figura: representação esquemática do ensaio uniaxial e as forças actuantes. (Caracterizacao Mecanica de Rocha).
Aplicações dos ensaios em análises e projectos
A partir dos três ensaios básicos associados, de acordo com as condições previstas de ocorrência na obra, as condições de ensaio em relação à compressão ou expansão, condição de drenagem, condição de deformação, entre outras. De acordo com a importância da obra e/ou com as características do solo e dos previstos esforços solicitantes, poderemos criar, em laboratório, condições que sejam condizentes com cada problema de projecto em questão. (Resistencia ao Cisalhamento, 2013).
Parâmetros medidos/estudados ou finalidade do ensaio
Um ensaio de compressão triaxial envolve, como mínimo, as leituras de força aplicada ao pistão (utilizando um anel dinamométrico ou uma célula de carga), e as leituras de deformação do corpo de prova, conseguidas com o auxílio de um extensômetro ou de um transdutor de deslocamento, além da pressão confinante aplicada ao corpo de prova. É muito comum, também efectuar a leitura de pressões neutras ou a leitura de variação de volume do corpo de prova.
As pressões neutras, nos ensaios não drenados, podem ser medidas através de manómetros ou de transdutores de pressão em contacto com a água intersticial, seja pela base, pelo topo ou, menos usualmente, pela lateral do corpo de prova. Em solos não saturados, a pressão na água pode ser medida da mesma forma, dentro de certos limites. A variação do volume do corpo de prova, no caso de solo saturado e ensaio drenado, pode ser conseguida pela leitura do volume de água que drena do corpo de prova, através de uma bureta graduada conectada a uma ou a ambas as conexões de drenagem. (Valejos, 2005).
Durante o ensaio triaxial é realizada a aquisição dos seguintes dados ao longo do tempo:
Tensão desviadora e confinante;
Deformação axial e radical.
Resistência ao corte;
Com esses dados calcula-se poisson (V), modulo de deformabilidade (E) e modulo de deformabilidade no descarregamento (EU), que corresponde ao modulo de eslasticidade. 
Vantagens e Desvantagens do Ensaio Triaxial
Vantagem
Várias trajectórias de tensões;
Controle de drenagem;
Conhecimento do estado de tensão em qualquer plano durante todo o ensaio;
O plano de ruptura não é pré-determinado;
É possível a obtenção da pressão neutra em qualquer estágio do ensaio;
Não ocorre ruptura progressiva.
Desvantagem
Custo relativamente elevado; 
Ensaio axi-simétrico (considera dois planos com mesmo estado de tensões). (Valejos, 2005)
Conclusão
Após o término, e leitura do trabalho, concluímos que o ensaio de compressão triaxial consiste num corpo de prova cilíndrico envolvidos por uma membrana impermeável e que é colocado dentro de uma câmara.
Esses ensaios são os mais utilizados na actualidade, por sua condição de aparelhagem, mais refinadas, capazes de garantir uma impermeabilização total da amostra, controle absoluto da drenagem e medida do valor da pressão neutra.
Dependendo do tipo de ensaio de compressão triaxial, estes é aplicado para análise a curto prazo da resistência ao cisalhamento de solos de baixa permeabilidade consolidados, aplicado na análise da resistência ao cisalhamento em solos de alta permeabilidade consolidados.
E um ensaio que apresentam bastantes vantagens, como várias trajectórias de tensões; controle de drenagem; conhecimento do estado de tensão em qualquer plano durante todo o ensaio; o plano de ruptura não é pré-determinado; e possível a obtenção da pressão neutra em qualquer estágio do ensaio; não ocorre ruptura progressiva. Mais também apresenta principal desvantagem que e de alto custo.
Bibliografia