Aula 05 Ensaio Triaxial

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Mecânica dos Solos II
Markssuel Marvila
O ensaio de compressão triaxial convencional consiste na aplicação de um estado hidrostático de tensões e de um carregamento axial sobre um corpo de prova cilíndrico do solo.
Ensaio Triaxial
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Como não existem tensões de cisalhamento nas bases e nas geratrizes do corpo de prova, os planos horizontais e verticais são os planos principais. Se o ensaio é de carregamento, o plano horizontal é o plano principal maior. No plano vertical, o plano principal menor, atua a pressão confinante. A tensão devida ao carregamento axial é denominada acréscimo de tensão axial ( σ1- σ3) ou tensão desviadora. 
Durante o carregamento, medem-se, a diversos intervalos de tempo, o acréscimo de tensão axial que está atuando e a deformação vertical do corpo de prova. Esta deformação vertical é dividida pela altura inicial do corpo de prova, dando origem à deformação vertical específica, em função da qual se expressam as tensões desviadora, bem como podem ser plotadas com as variações de volume ou de pressão neutra.
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Em função da possibilidade de se controlar a drenagem dos CPs, o estado de tensões que atua no solo pode ser determinado tanto em termos de tensões totais (TTT) como em tensões de tensões efetivas (TTE). Da mesma forma pode-se obter as envoltórias de resistência considerando-se as tensões principais σ1 e σ3 e a pressão neutra, u, num solo, plotando os dois círculos indicados na Figura. 
Dois pontos fundamentais, ilustrados por esta figura são: 
O círculo de tensões efetivas se situa deslocado para a esquerda, em relação ao círculo de tensões totais, de um valor igual à pressão neutra. 
As tensões de cisalhamento em qualquer plano são independentes da pressão neutra, pois a água não transmite esforços de cisalhamento. As tensões de cisalhamento são devidas somente à diferença entre as tensões principais e esta diferença é a mesma, tanto em tensões totais, como em tensões efetivas.
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O círculo de tensões efetivas se situa deslocado para a esquerda, em relação ao círculo de tensões totais, de um valor igual à pressão neutra. 
As tensões de cisalhamento em qualquer plano são independentes da pressão neutra, pois a água não transmite esforços de cisalhamento. As tensões de cisalhamento são devidas somente à diferença entre as tensões principais e esta diferença é a mesma, tanto em tensões totais, como em tensões efetivas.
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Trajetória de Tensão
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Trajetória de Tensão
Representado pelo ponto I
Trajetória de Tensão
Representado pelo ponto D no topo do circulo de Morh
Trajetória de Tensão
Se os valores de p’ e q’ em vários estágios de aplicação da tensão desviadora forem colocados no gráfico e os pontos ligados, resultará uma linha reta ID → trajetória de tensão
Tipos de ensaio:
Ensaio lento (CD – com consolidação e com drenagem): as tensões aplicadas são tensões efetivas. Ou seja, aplica-se o carregamento no solo e espera-se que ocorra o adensamento, ocorrendo dissipação da poropressão. Permite-se a drenagem da água para fora do CP, através de um aumento lento do carregamento. U=0
Ensaio adensado rápido (CU – com consolidação e sem drenagem): após aplicar as tensões confinantes o ensaio segue sem drenagem da água. Permite a obtenção das poropressões, e das trajetórias de tensão efetiva e total, num tempo muito menor que o ensaio CD.
Ensaio sem consolidação e sem drenagem (UU): ensaio é todo realizado sem drenagem da água.
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Fases do ensaio:
1ª Fase: Saturação do CP e adensamento (consolidação)
Saturação 
De uma forma geral, o ensaio é iniciado com a saturação do CP. Faz-se geralmente o uso do próprio sistema de pressão do equipamento para aplicar uma pressão interna no CP (contra-pressão), aumentando o valor na câmara, de forma a se obter pressão σ3 (de confinamento). A obtenção da condição de saturação é verificada calculando-se o coeficiente B de Skempton, também conhecido como coeficiente de pressão neutra. Por exemplo, quando se aplica uma conta-pressão de 300kPa e na câmara do triaxial uma pressão de 400 kPa corresponde em solicitar a amostra com uma tensão σ3 de confinamento de 100 kPa. 
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Fases do ensaio:
1ª Fase: Saturação do CP e adensamento (consolidação)
Adensamento
Obtida a saturação do CP aplica-se uma tensão de confinamento na câmara do equipamento triaxial no sentido de levar o material ao adensamento. As deformações são então lidas até a constância de valor, quando se considera o fim desta fase.
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Fases do ensaio:
2ª Fase: Carregamento
3ª Fase: Ruptura do CP
Esta fase corresponde ao carregamento da amostra propriamente dita e também deverá ser executada de acordo com as condições de drenagem anteriormente escolhida, ou seja, se será permitida a geração de pressão neutra “u” durante o ensaio ou não. No caso de ser executada sem drenagem o valor de u deve ser medito durante o ensaio para nos possibilitar a determinação do estado de tensões efetivas do CP durante o ensaio, por exemplo. O carregamento é realizado até a ruptura do material.
A planilha abaixo apresenta um exemplo de parte de uma planilha de ensaio triaxial do tipo CU ou R (fase de cisalhamento). Observa-se que o valor do excesso da pressão neutra durante a execução do ensaio está sendo anotado na 6a coluna (∆u). Tem-se p =(σ1 + σ3)/2, se q =(σ1 - σ3)/2 e p` = (σ`1 + σ`3)/2, como será visto adiante.
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Fases do ensaio:
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Aplicação da tensão confinante
(adensamento)
Aplicação da tensão desviadora (σd)
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Resistência por atrito
Resistencia por atrito entre as partículas de solo → analogia com o problema de deslizamento de blocos sobre uma superfície plana
Condição para movimento: T = Tmáx
Resistência por atrito
Coesão
Parcela de resistência ao cisalhamento de um solo que independe das tensões normais aplicadas
Origem:
Atração química entre partículas argilosas
Cimentação entre partículas (proporcionada pelo carbonatos, sílica e óxidos presentes no contato entre as partículas → adicional resistência ao cisalhamento)
Tensões superficiais geradas pelos meniscos capilares
Atração iônica
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Equação de Coulomb
Parâmetros de resistência do solo
Comportamento nos ensaios
Solos fofos (altos índices de vazios)
Solos densos (baixos índices de vazios)
Areia
Fofa
Densa
Arranjos diferentes, comportamento completamente diferente
Comportamento nos ensaios
SOLOS FOFOS (ALTOS ÍNDICES DE VAZIOS)
Situação drenada (Δu=0)
ei > ef – solo contrai, há variação negativa de volume
hi
hf
Comportamento nos ensaios
SOLOS FOFOS (ALTOS ÍNDICES DE VAZIOS)
Situação não drenada
ei = ef – não há variação de volume
Há geração de poro-pressão (consequência da baixa permeabilidade)
hi
hf
Δu
Δu=P
P
σ’= σ-u
SOLOS DENSOS(BAIXOS ÍNDICES DE VAZIOS)
Situação drenada (Δu=0)
ei < ef – solo dilata, aumenta de volume. 
Como tem baixa permeabilidade, a água demora muito para percolar, e então acontece a expansão de um região dos grãos (desencaixe dos grãos, determinante do aumento de volume) necessária para que o cisalhamento ocorra.
Comportamento nos ensaios
hi
hf
Comportamento nos ensaios
SOLOS DENSOS (BAIXOS ÍNDICES DE VAZIOS)
Situação não drenada
ei = ef – não há variação de volume
Há geração de poro-pressão negativa (sucção), puxando o grão e não deixando ele sair.
hi
hf
Δu<0 = sucção
σ’= σ-(-u)
σ’= σ+u
Δu=-P
P
Índice de vazios crítico
Material sofre deformação sem variação de volume. Estágio no qual o material tende a ser rompido independentemente do índice de vazios inicial.
Ao final do cisalhamento o índice de vazios do solo fofo e denso será o mesmo (sob a mesma tensão efetiva). Eles alçam o mesmo índice e não variam mais o volume. Sendo assim, não variam mais a resistência e rompem.Ruptura do solo
Solo fofo
Solo denso
Aula Revisão
Estado de tensão frente ao critério de ruptura
Estado I – solo esta sob tensão isotrópica (σ1= σ3)
Estado II - tensão cisalhante em qualquer plano é menor que a resistência ao cisalhamento
Estado III – Circulo de Mohr tangencia a ruptura – ruptura em um plano inclinado de ângulo θ com o plano principal σ1
Estado IV – não consegue alcançar este estado
Comportamento nos ensaios
Areia fofa: o acréscimo de tensão aumenta continuamente com a deformação ate atingir (σ1- σ3)máx e apresenta redução de volume com o cisalhamento.
Areia compacta: 
o acréscimo de tensão aumenta rapidamente com a deformação e há redução de volume nesta etapa.
Próximo ao pico ocorre o valor máximo do acréscimo de tensão (σ1- σ3)máx com uma tendência a aumento de volume da amostra (dilatancia)
A curva se aproxima da curva no estado fofo com pequena variação volumetrica
Comportamento nos ensaios