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Guilherme Roberto Slongo
Desenvolvimento de um Sistema Triaxial Servo-Controlado e Avaliação do Comportamento Mecânico de um Solo Residual de Biotita Gnaisse.
Dissertação de Mestrado
Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da PUC-Rio.
Orientador: Tácio Mauro Pereira de Campos
Rio de Janeiro, Setembro de 2008
Guilherme Roberto Slongo
Desenvolvimento de um Sistema Triaxial Servo-Controlado e Avaliação do Comportamento Mecânico de um Solo Residual de Biotita Gnaisse.
Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da PUC-Rio. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada.
Prof. Tácio Mauro Pereira de Campos Orientador
Departamento de Engenharia Civil - PUC-Rio
Prof.ª Michéle Dal Toé Casagrande Departamento de Engenharia Civil - PUC-Rio
Prof. Sérgio Tibana Departamento de Engenharia Civil - UENF
Prof. George de Paula Bernardes Departamento de Engenharia Civil – FEG/UNESP
Prof. José Eugenio Leal Coordenador Setorial do Centro Técnico Científico - PUC-Rio
Rio de Janeiro, 19 de Setembro de 2008
Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, do autor e do orientador.
Guilherme Roberto Slongo
Graduou-se em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Paraná – UFPR em 2005. Principal área de interesse: Mecânica dos Solos Não Saturados.
Ficha Catalográfica
CDD: 624
Slongo, Guilherme Roberto Desenvolvimento de um sistema triaxial servo-controlado e avaliação do comportamento mecânico de um solo residual de Biotita Gnaisse / Guilherme Roberto Slongo ; orientador: Tácio Mauro Pereira de Campos. – 2008. 142 f. : il.(color.) ; 30 cm Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil)–Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2008. Inclui bibliografia 1. Engenharia civil – Teses. 2. Triaxial. 3. Solo residual. 4. Trajetória de tensões. 5. Eletronível. 6. Solos não saturados. I. Campos, Tácio Mauro Pereira de. II. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil. III. Título.
"A mente que se abre a uma nova idéia jamais voltará ao seu tamanho original." (Albert Einstein)
Agradecimentos
Primeiramente agradeço ao meu orientador Professor Tácio, pelo incentivo constante, pela ajuda, pela confiança e amizade.
Agradeço todos os Professores da PUC-Rio que contribuíram com este trabalho em especial ao Professor Franklin pela dedicação e atenção. Ao Professor Araruna e sua esposa Débora que pela prontidão em ajudar. Ao Professor Luiz Gusmão pelo auxílio imprescindível com a instrumentação.
Agradeço a todos do Laboratório que me auxiliaram em especial ao William por compartilhar de seu conhecimento e por sua amizade.
Ao incentivo financeiro da PUC-Rio, CAPES, FAPERJ e do CNPq. Aos funcionários da PUC-Rio pela prestatividade. Á Rita e Fátima pela atenção e ao Marcel por sempre estar disposto a me auxiliar e pela amizade.
Agradeço ao meu pai Edson por me ensinar a admirar a engenharia e por ser o exemplo de pessoa a quem desejo seguir. À minha mãe Rute, pelo amor, apoio e cumplicidade. Aos meus irmãos Daniela e Júnior pela preocupação e pelas palavras de motivação. Amo todos vocês.
Á minha namorada Carla por sempre me incentivar e apoiar nesta jornada. Por ser a pessoa maravilhosa que é. Principalmente por seu amor. Te amo.
Aos amigos que descobri no mestrado que tornaram esta caminhada mais fácil. E em especial a estas seis pessoas que admiro Elvídio, Bazan, Roberto, Lorena, Viviam e Jociléia.
Resumo
Slongo, Guilherme Roberto; de Campos, Tácio Mauro Pereira; Desenvolvimento de um Sistema Triaxial Servo-Controlado e Avaliação do Comportamento Mecânico de um Solo Residual de Biotita Gnaisse. Rio de Janeiro. 142p. Dissertação de Mestrado – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.
A presente dissertação contemplou o estudo de propriedades mecânicas de
um solo Residual Biotita Gnaisse do Alto Leblon (Município do Rio de Janeiro) e
o desenvolvimento de um equipamento triaxial para ensaios não saturados. Para o
estudo do comportamento mecânico foi desenvolvido um programa experimental
que envolveu: (a) ensaios de caracterização física; (b) caracterização mineralógica
através da difratometria de Raio-X, microscopia óptica e Microscopia Digital; (c)
determinação de propriedades não saturadas através da curva característica
determinada utilizando o método do papel filtro, porosimetria de mercúrio e
análise digital de imagem; (d) parâmetro de resistência ao cisalhamento através de
ensaios triaxiais convencionais e não convencionais com controle de trajetória de
tensões na condição saturada; (e) análise dos Módulos Iniciais com a utilização de
sensores para a medição de deformação externa e interna (Eletronível tipo
Imperial College) e os efeitos das trajetórias de tensões sobre os Módulos Iniciais.
O equipamento Triaxial desenvolvido para ensaios na condição parcialmente
saturada está equipado com um sistema de medição de variação de volume total
do corpo de prova o qual está baseado no princípio de vasos comunicantes aliado
a uma balança de precisão. Visando eliminar o efeito de dilatação, a câmara
triaxial foi desenvolvida utilizando o artifício da câmara dupla. O equipamento
encontra-se montado, porém não houve a possibilidade de sua validação devido a
atrasos no processo de importação de componentes referentes ao controle,
aplicação de pressões e aquisição de dados.
Palavras-chave Triaxial; solo residual; trajetória de tensões; eletronível; solos não saturados.
Abstract
Slongo, Guilherme Roberto; de Campos, Tácio Mauro Pereira; Development of a Servo-Controlled Triaxial Equipament and Evaluation of Mechanical Behaviour of a Biotite-Gneiss Residual Soil. Rio de Janeiro. 142p. Msc. Dissertation – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.
This dissertation presents a study of the mechanical properties of biotite
gneiss residual soil found at Alto Leblon, Rio de Janeiro, and the development of
a triaxial equipment for unsaturated soil testing. An experimental program has
been created to study the mechanical behaviour of soil. The methodology
proposed by this campaign is: (a) physical characterization tests; (b) mineralogical
characterization by X-Ray difratometry tests, optical microscopy and digital
microscopy analysis; (c) study of unsaturated properties based on its moisture
retention curve – which has been determined by using the filter paper method, the
mercury intrusion porosimetry test and digital image analysis; (d) by obtaining
shear strength parameter through conventional and unconventional triaxial tests
using stress paths controlled at a saturated condition and; (e) by analyzing the
Initial Modules using sensors to measure internal and external axial strain
(Imperial College electrolevel) and to study the stress paths effects on Initial
Modules. The triaxial equipment used in this research was specially developed for
the study of unsaturated soils. It includes a system for measuring the total volume
variation of the specimen. This system is based on the principle of communicating
vessels and is associated with a precision balance. The triaxial chamber has been
developed based upon the dual chamber principle to eliminate dilatation effects.
The equipment has been set up, but its validation was not possible due to a delay
in the importation process of control, pressure application and data acquisition
components.
Keywords Triaxial; residual soil; stress path; electrolevel; unsaturated soils.
Sumário
1 Introdução 18
2 Revisão Bibliográfica 20
2.1. Solo Residual 20
2.1.1. Solo Residual - Cimentação 22
2.1.2. Solo Residual - Plastificação 25
2.2. Teoria do Estado Crítico 27
2.3. Superfície de Roscoe 31
2.4. Superfície de Hvorslev 32
2.5. Equipamentos Triaxiais 36
2.6. Medição de Deformações Locais 38
3 Características da Área de Estudo 40
3.1. Localização 40
3.2. Clima 41
3.3. Geoambiental 42
3.4. Geomorfológico 43
3.5. Vegetação 45
3.6. Geologia 46
3.7. Solos 48
4 Ensaios Realizados e Metodologias Empregadas 50
4.1. Ensaios de Caracterização 50
4.1.1. Caracterização Física 50
4.1.2. Caracterização Mineralógica 51
4.1.2.1. Microscopia Ótica 51
4.1.2.2. Difração de Raio-X 52
4.1.3. Características Não Saturadas 53
4.1.3.1. Curva de Retenção de Umidade 53
4.1.3.2. Porosimetria de Mercúrio 54
4.1.3.3. Microscopia Digital de Varredura (MDV) 57
4.2. Ensaios Triaxiais 58
4.2.1. Prensa Triaxial com Deformação Controlada 58
4.2.1.1. Interface Ar/Água 60
4.2.1.2. Medidor de Variação de Volume 61
4.2.1.3. Câmara Triaxial 61
4.2.1.4. Transdutor de Poro-Pressão e Tensão Confinante 63
4.2.1.5. Controlador de Pressão 63
4.2.1.6. Prensa Triaxial Eletromecânica 63
4.2.2. Prensa Triaxial Tipo Bishop-Wesley com Tensão
Controlada ou Deformação Controlada 64
4.2.2.1. Interface Ar/Água 65
4.2.2.2. Medidor de Variação de Volume 65
4.2.2.3. Câmara triaxial 65
4.2.2.4. Transdutor de Poro-Pressão e Tensão Confinante 66
4.2.2.5. Controlador de Pressão 66
4.2.2.6. Célula Triaxial Tipo Bishop-Wesley 67
4.2.3. Eletroníveis Tipo Imperial College 68
4.2.4. Procedimentos Iniciais e Materiais Utilizados 69
4.2.4.1. Confecção dos Corpos de Prova 70
4.2.4.1.1. Corpos de Prova Não Amolgados 71
4.2.4.1.2. Corpos de Prova Amolgados 72
4.2.4.2. Membranas Papel Filtro e Pedras Porosas 72
4.2.4.3. Saturação das Linhas do Equipamento Triaxial 73
4.2.5. Metodologia de Cálculo dos Ensaios 73
4.2.5.1. Ensaio Triaxial com Deformação Controlada. 73
4.2.5.2. Ensaio Triaxial com Tensão Controlada 74
5 Caracterização do Solo 75
5.1. Caracterização Geotécnica 75
5.1.1. Índices Físicos 75
5.1.2. Análise Granulométrica 75
5.1.3. Limites de Atterberg 76
5.2. Característica Mineralógica 77
5.2.1. Microscopia Ótica 77
5.2.2. Difração de Raio-X 79
5.3. Propriedades Não-Saturadas 81
5.3.1. Curva de retenção de umidade 81
5.3.2. Porosimetria de Mercúrio 84
5.3.3. Microscopia Digital de Varredura, 86
6 Apresentação e Análise dos Resultados 89
6.1. Ensaios Triaxiais 89
6.2. Ensaios Triaxiais com Deformação Controlada 93
6.2.1. Ensaios Consolidados Drenados 93
6.2.1.1. Amostras Não Amolgadas 93
6.2.1.2. Amostras Remoldadas 95
6.2.2. Ensaios Consolidados Não Drenados (CIU) 97
6.3. Ensaios Triaxiais Realizados com Controle
de Tensões 99
6.3.1. Ensaios Trajetória de Tensão – Aumento
de Poro-pressão 100
6.3.2. Ensaios Trajetória de Tensão – s’ Constante 102
6.4. Determinação do Módulo Inicial 104
6.4.1. Módulo Inicial para os Ensaios Consolidados
Drenados 105
6.4.2. Módulo Inicial para os Ensaios Consolidados
Não Drenados 107
6.4.3. Módulo Inicial para os Ensaios com Controle
de Trajetória de Tensões 107
6.5. Análise Conjunta dos Resultados 109
6.5.1. Resistência 109
6.5.1.1. Ensaios Drenados e Não Drenados 109
6.5.1.2. Ensaios Drenados com Amostras Não Amolgadas
e Remoldadas 110
6.5.1.3. Ensaios com s’ Constante e Aumento
de Poro-Pressão (APP) 111
6.5.1.4. Comparação com Solo Estruturado 112
6.5.2. Módulo Inicial 114
6.5.2.1. Efeito do Índice de Vazios 114
6.5.2.2. Ensaios Drenados com Amostra Indeformada
e Remoldada 115
6.5.3. Ensaios com s’ Constante e Aplicação
de Poro-Pressão (APP) 116
7 Desenvolvimento de Equipamento Triaxial Não Saturado 118
7.1. Descrição do Equipamento 121
7.1.1. Câmara Triaxial 122
7.1.2. Sistema de Medição de Variação de Volume Total 126
7.1.3. Sistema de Aquisição de Dados e Controle 131
7.1.4. Sistema de Aplicação de Pressões 132
7.1.5. Instrumentação 133
8 Conclusões e Sugestões para Futuros Trabalhos 135
8.1. Conclusões 135
8.2. Sugestões para Futuros Trabalhos 137
Lista de Figuras
Figura 2.1 – Comportamento de solo com Cimentação
(Vaughan et al, 1988). 24
Figura 2.2 – Ensaio Triaxial em Rocha Calcária
(Lagioia & Nova, 1995). 26
Figura 2.3 – Superfície de Plastificação para Solos
(a) Sedimentares (b) Residuais (Leroueil & Vaughan. 1990). 26
Figura 2.4 – Pontos de Plastificação de Areia
Carbonática Cimentada Artificialmente (Coop & Atkinson, 1993). 27
Figura 2.5 – Representação Estado Crítico (Atkinson & Bransby, 1978). 28
Figura 2.6 – Comportamento do Material ao Cisalhamento
(Atkinson & Bransby, 1978). 29
Figura 2.8 – Linha de estado crítico (Atkinson & Bransby, 1978). 31
Figura 2.9 – Superfície de Roscoe (Atkinson & Bransby, 1978). 32
Figura 2.10 – Resultados típicos de ensaios triaxiais
convencionais drenados em amostras pré-adensadas (Wood, 1991). 33
Figura 2.11 – Resultados em termos de trajetórias de tensões
de um ensaio triaxial convencional drenado (Wood, 1991). 34
Figura 2.12 – Ensaios Triaxiais em argilas pré-adensadas (Parry, 1960). 35
Figura 2.13 – Superfície de Hvorslev (reta AB) e de Roscoe
(linha BC) em conjunto com as linhas de estado críticos (ponto B)
e alinha de compressão isotrópica (ponto C) (Parry, 1960). 35
Figura 2.14 – Superfície de Roscoe e Hvorslev (Wood, 1991). 36
Figura 2.15 – Esquema do equipamento de ensaios triaxiais
para solos não saturados (Wheeler & Sivakumar, 1992). 38
Figura 2.16 – Eletronível tipo Imperial College desenvolvido na PUC-Rio. 39
Figura 3.1 – Imagem de Satélite (Fonte Google Earth). 40
Figura 3.2 – Área de Estudo (Georreferenciamento). 41
Figura 3.3 – Mapa Geoambiental. 43
Figura 3.4 – Mapa Geomorfológico. 45
Figura 3.5 – Vegetação Parque Nacional Dois Irmãos. 46
Figura 3.7 – Mapa de Solos. 49
Figura 4.1 – Difratômetro Siemens D 5000 e Interface do
Software TOPAS da Bruker AXS. 53
Figura 4.2 – Microscópio Óptico Zeiss AxioPlan 2IE. 58
Figura 4.3 – Prensa Triaxial de Deformação Controlada
- Wykeham Farrance WF100072. 59
Figura 4.4 – Sistema de Aquisição de Dados Orion. 60
Figura 4.5 – Câmara Triaxial. 62
Figura 4.6 – Equipamento Triaxial com Tensão Controlada
(Imperial College). 64
Figura 4.7 – Prensa Pneumática (Imperial College). 68
Figura 4.8 – Eletroníveis (Imperial College). 69
Figura 4.9 – Abertura de Bloco para Moldagem. 71
Figura 4.10 – Preparação de Corpo de Prova. 71
Figura 5.1 – Distribuição Granulométrica. 76
Figura 5.3 – Lâmina Petrográfica. 78
Figura 5.4 – Lamina Petrográfica – Ampliação do Detalhe na Fig. 5.3. 78
Figura 5.5 – Difratograma Material Retido na peneira 40. 80
Figura 5.6 – Difratograma Material Retido na peneira 200. 80
Figura 5.7 – Difratograma Material Retido na peneira 400. 81
Figura 5.8 – Curva de retenção de umidade. 82
Figura 5.9 – Curva Característica com ajustes. 84
Figura 5.10 – Curva de Distribuição de Poros. 84
Figura 5.11 – Curva de Distribuição de Poros 85
Figura 5.12 – Curva característica – Porosimetria de Mercúrio. 86
Figura 5.13 – Lâmina Petrográfica Completa. 87
Figura 6.1 – Comparação entre as curvas σd : εaxial com
εvolumétrica :εaxial (Ensaios Triaxiais Consolidados Drenados
em amostras Não amolgadas). 94
Figura 6.2 – Trajetória de Tensão (Ensaios Triaxiais Consolidados
Drenados em amostras Não amolgadas). 95
Figura 6.3 – Comparação entre as curvas σd : εaxial com
εvolumétrica :εaxial (Ensaios Triaxiais Consolidados Drenados
em amostras Remoldadas). 96
Figura 6.4 – Trajetória de Tensão (Ensaios Triaxiais Consolidados
Drenados em amostras Remoldadas). 97
Figura 6.5 – Comparação entre as curvas σd : εaxial com
Δu : εaxial (Ensaios Triaxiais Consolidados Não Drenados). 98
Figura 6.6 – Trajetória de Tensão (Ensaios Triaxiais
Consolidados Não Drenados). 99
Figura 6.7 – Comparação entre as curvas σd : εaxial com
εvolumétrica :εaxial (Ensaios Triaxiais Consolidados Drenados
com Controle da Trajetória de Tensões). 101
Figura 6.8 – Trajetória de Tensão (Ensaios Triaxiais Consolidados
Drenados com Controle da Trajetória de Tensões). 102
Figura 6.9 – Comparação entre as curvas σd : εaxial com
εvolumétrica :εaxial (Ensaios Triaxiais Consolidados Drenados
com Controle da Trajetória de Tensões – s’ cte.). 103
Figura 6.10 – Trajetória de Tensão (Ensaios Triaxiais Consolidados
Drenados com Controle da Trajetória de Tensões – s’ cte.). 104
Figura 6.11 – Comparação entre Módulos Iniciais para ensaios CD. 106
Figura 6.12 – Comparação entre Módulos Iniciais para ensaios CDR. 106
Figura 6.13 – Comparação entre Módulos Iniciais para ensaios CIU. 107
Figura 6.14 – Comparação entre Módulos Iniciais para ensaios
de descarregamento lateral. 108
Figura 6.15 - Comparação entre Módulos Iniciais para ensaios com
s’ constante. 108
Figura 6.16 – Envoltória Única de Resistência. 109
Figura 6.17 – Trajetória de Tensões dos Ensaios Drenados. 110
Figura 6.18 – Trajetória de Tensões dos Ensaios s’ constante e APP. 112
Figura 6.19 – Trajetória de Tensões Comparada com Estudos Anteriores. 113
Figura 6.20 – Efeito do Índice de Vazios nos Módulos Iniciais. 115
Figura 6.21 – Módulos Iniciais dos Ensaios Drenados Remoldado
e Indeformado. 116
Figura 6.22 – Módulos Iniciais dos Ensaios Drenados sob trajetória de tens. 117
Figura 7.1 – Ciclo de Controle. 118
Figura 7.2 – Equipamento Triaxial Não Saturado. 119
Figura 7.3 – Visão Geral do Equipamento Triaxial para Ensaios
Não Saturados. 121
Figura 7.4 – Detalhe Câmara Dupla. 122
Figura 7.5 – Acesso de tubulações a Câmara Triaxial. 124
Figura 7.6 – Top cap e pedestal. 125
Figura 7.7 – Conjunto Top Cap e Pedestal. 126
Figura 7.8 – Sistema de Variação de Volume. 129
Figura 7.9 – Reservatório em PVC. 129
Figura 7.10 – Calibração do Sistema de Medição de Variação
de Volume Total. 131
Figura 7.11 – Calibração do Sistema de Medição de Variação de Volume. 131
Figura 7.12 – Box (Controlador de Pressão). 132
Lista de Tabelas
Tabela 2.1 - Características físicas típicas de solos residuais
brasileiros (Sandroni, 1981). 22
Tabela 2.2 – Revisão dos Equipamentos Triaxiais Desenvolvidos. 37
Tabela 5.1 – Índices Físicos. 75
Tabela 5.2 – Distribuição Granulométrica. 75
Tabela 5.4 – Limites de Atterberg. 76
Tabela 5.5 – Resultados da observação com a lupa binocular. 79
Tabela 5.6 – Equação de Calibração do Papel Filtro. 82
Tabela 5.7 – Equações de Ajuste para a Curva Característica. 83
Tabela 5.8 – Valores dos Parâmetros de Ajuste (Curva Característica). 83
Tabela 5.9 – Classificação IUPAC (Diâmetro de Poros). 85
Tabela 5.10 – Relação das Porosidades Através da Técnica de
Microscopia Digital de Varredura. 87
Tabela 5.11 – Porosidades Através das diferentes. 88
Tabela 6.1 – Representação das nomenclaturas utilizadas 91
Tabela 6.2 – Resumo das Propriedades dos Corpos de Prova. 92
Tabela 6.3 – Relação de ensaios instrumentados com Eletronível. 104
Tabela 6.4 – Valores dos Parâmetros de Resistência. 110
Tabela 6.5 – Valores dos Parâmetros de Resistência APP. 112
Tabela 7.1 – Relação de Acessos Câmara Triaxial. 123
Tabela 7.2 – Relação de Materiais Utilizados para Calibração
Prévia do MVVT. 130
Lista de Quadros
Quadro 6.1 – Organograma dos ensaios triaxiais realizados. 90
Quadro 7.1 – Convenção das Linhas. 120
1 Introdução
A presente pesquisa visou à análise do comportamento mecânico de um solo
residual de Biotita Gnaisse proveniente do Parque Nacional Dois Irmãos,
localizado no bairro Alto Leblon, Município do Rio de Janeiro, através de ensaios
triaxiais na condição saturada. No âmbito desta pesquisa foi desenvolvido um
equipamento triaxial para ensaios na condição não saturada com controle de
sucção.
O solo utilizado já havia sido objetivo de pesquisa em outras dissertações de
mestrado do curso de Pós-Graduação da PUC-Rio e, portanto possui algumas
características conhecidas. O comportamento mecânico foi estudado sob o aspecto
de compressibilidade uni-dimensional e resistência ao cisalhamento em ensaios
triaxiais na condição saturada por Oliveira (2000). O local escolhido para esta
dissertação foi objetivo de pesquisa de Lima (1994), em um trabalho sobre
caracterização química e mineralógica de perfis de alteração biotita Gnaisse.
Neste trabalho Lima apresenta uma análise mineralógica do perfil.
A escolha do solo utilizado na presente dissertação foi realizada em função
de já existirem blocos armazenados na câmara úmida do Laboratório de Geotecnia
e Meio Ambiente da PUC-Rio, não necessitando desprender tempo com
amostragem, e por já haverem dados referentes ao comportamento mecânico na
condição saturada. Sendo assim, foi visado no início das atividades de pesquisa o
desenvolvimento de um equipamento triaxial para se realizar ensaios na condição
parcialmente saturada, o que através da junção resultados resultaria na envoltória
de resistência não saturada. Por outro lado, devido à longa permanência dos
blocos na câmara úmida tomou-se o cuidado de repetir os ensaios de
caracterização para avaliar uma possível variação das características do solo.
Para tanto, foram determinadas inicialmente as propriedades Geotécnicas do
solo compreendendo Índices físicos, Granulometria e Limites de Atterberg. A
análise Mineralógica foi composta por dois métodos: Microscopia Ótica e
Difração de Raio-X. Juntamente a estes ensaios, com intuito de caracterizar
19
algumas propriedades não saturadas, foram realizados ensaios de Porosimetria de
Mercúrio, Microscopia Digital com processamento de imagem e Curva de
Retenção de Água através do método do papel filtro.
Ensaios triaxiais na condição saturada foram executados, visando à
determinação, através do emprego de diferentes trajetórias de tensões, do
comportamento mecânico quanto à cimentação e dos parâmetros de resistência.
Foram também realizadas análises dos Módulos Iniciais provenientes das
deformações axiais medidas utilizando-se transdutores de deslocamento externo
(LSCDT) e interno (Eletronível tipo Imperial College).
Em paralelo à caracterização mecânica do solo estudado, foi realizado o
desenvolvimento de um equipamento triaxial, servo controlado, para ensaios na
condição não saturada com controle de sucção. Ressalta-se que o equipamento
encontra-se montado no aguardo do sistema de aquisição de dados, controle e
instrumentação, visto que foram adquiridos, porém estão em tramite do processo
de importação. Portanto a validação do equipamento não pode ser realizada dentro
do tempo estipulado da presente dissertação.
2 Revisão Bibliográfica
No presente Capítulo apresenta-se uma revisão bibliográfica, objetivando
as seguintes temáticas:
• Solos residuais com relação à gênese e efeito da cimentação no
comportamento mecânico do mesmo;
• Abordagem sobre a Teoria do Estado Crítico, relacionada ao
comportamento de solos normalmente consolidados (resultando na
Superfície de Roscoe), bem como solos pré-adensados (provendo a
Superfície de Hvorslev);
• Comportamento de solos estruturados com ênfase na abordagem da
superfície de plastificação e módulo de deformabilidade (influência
da medição da deformação axial);
• Revisão sobre características básicas em equipamentos triaxiais.
2.1. Solo Residual
Os solos residuais são formados a partir da decomposição das rochas pelo
intemperismo químico, físico e biológico, e permanecem in situ, sem sofrer
qualquer tipo de transporte. Processos físicos (alívio de tensões pela erosão,
deformação por variação de temperatura e congelamento, e pressões de
cristalização de sais depositados em fraturas) fragmentam a rocha, expondo novas
superfícies ao ataque químico. Em conseqüência, a permeabilidade do material
aumenta, possibilitando a percolação de fluidos quimicamente reativos.
Processos químicos, sobretudo hidrólise e oxidação, alteram os minerais da
rocha original para formar argilo-minerais mais estáveis (Mitchell, 1993). O
intemperismo biológico inclui ambos, ação física (fendilhamento pela penetração
de raízes) e ação química (oxidação bacteriológica, redução de ferro e compostos
sulfúricos)
21
A gênese dos solos residuais pode decorrer do intemperismo de rochas
ígneas, metamórficas ou sedimentares. O intemperismo químico e físico estão na
maioria das vezes inter-relacionados, agindo em conjunto.
As características destes solos, ou seja, sua composição mineralógica e
granulométrica, estrutura e espessura, dependem do clima, relevo, tempo e tipo de
rocha de origem. O clima exerce uma influência considerável no grau de
intemperismo (Weinert, 1964, 1974; Morin e Ayetey, 1971). A ocorrência do
intemperismo físico tem maior incidência sobre climas secos pois o intemperismo
químico está diretamente condicionado pela disponibilidade de água e variações
de temperatura. O relevo controla o grau de intemperismo, determinando a
drenagem da água através da zona de intemperismo. Este também controla a idade
efetiva do perfil pelo controle da velocidade de erosão do material intemperizado
da superfície. Assim, um perfil residual mais espesso pode ser geralmente
encontrado em vales e encostas suaves mais facilmente do que em terrenos altos
ou em encostas íngremes (Morin e Ayetey, 1971).
Segundo Vaughan (1988), o processo de intemperismo modifica a estrutura
e as propriedades do solo independentemente da história de tensões. A gênese dos
solos residuais apresenta uma dificuldade particular em relacionar a estrutura do
solo com a sua história de tensões, pois ambos mudam continuamente.
A estrutura resulta diretamente dos processos físicos e químicos no campo,
os quais alteram a rocha matriz para formação do solo residual. As mudanças
geoquímicas envolvidas na transformação da rocha em solo residual, segundo
Vaughan e Kwan (1984), podem envolver vários fatores:
- efeitos não químicos devido a mudanças na tensão efetiva, provenientes de
ressecamento e inchamento, que podem ser cíclicos;
- diminuição da resistência da rocha por alteração e remoção de material,
acompanhado por perdas de massa, resistência, rigidez e por um aumento de
porosidade;
- aumento de volume sob tensão efetiva constante, caso o intemperismo
produza minerais argílicos expansivos, e caso a perda de massa durante o
intemperismo não venha a equilibrar a expansão destes minerais argílicos;
O solo residual apresenta comportamento bastante diferenciado em relação
aos solos sedimentares. O desenvolvimento de um modelo que generalize o
comportamento dos solos residuais é muito dificultado pela heterogeneidade,
22
anisotropia e outras peculiaridades de ordem geológica. O comportamento deste
tipo de solo está fortemente ligado à sua estrutura e características herdadas da
rocha matriz.
Quanto à história de tensões, de acordo com Vaughan e Kwan (1984), deve
ocorrer descarregamento vertical durante o intemperismo, decorrente da perda de
peso e devido à erosão superficial. Como o solo é continuamente modificado pelo
intemperismo durante este descarregamento, o efeito de tensões prévias em sua
estrutura deve ser minimizado ou removido. Deve-se ressaltar que a estrutura
atual de um solo residual está em equilíbrio e é associada ao seu atual estado de
tensão, e que o efeito de tensões anteriores, às quais ele foi submetido durante sua
evolução, será pequeno.
Devido ao processo de intemperismo, as partículas sólidas presentes são
grãos minerais individuais ou aglomerados originados da rocha matriz, ou criados
pelo intemperismo, com graus variados de alteração e enfraquecimento.
Os solos residuais podem apresentar uma ampla faixa de porosidade, mesmo
quando derivados de uma mesma rocha matriz. Na Tabela 2.1, estão reproduzidos
valores típicos de densidade dos grãos e índice de vazios de solos residuais
encontrados no Brasil.
Tabela 2.1 - Características físicas típicas de solos residuais brasileiros (Sandroni,
1981).
Rocha Matriz Densidade dos Grãos (G)
Índice de Vazios (e)
Gnaisse 2,60-2,80 0,3-1,1
Quartzito 2,65-2,75 0,5-0,9
Xisto 2,70-2,90 0,6-1,2
Filito e Ardósia 2,75-2,90 0,9-1,3
Basalto 2,80-3,20 1,2-2,1
2.1.1. Solo Residual - Cimentação
Perante a mecânica dos solos clássica, a cimentação entre partículas não é
levada em consideração, pois os modelos constitutivos clássicos foram
23
desenvolvidos para solos sedimentares não-cimentados provenientes do
hemisfério norte, e envolvem conceitos de porosidade inicial e sua subseqüente
modificação pela história de tensões. Atualmente se reconhece a existência de
diversos materiais cimentados de ocorrência natural que não podem ter suas
componentes de rigidez e resistência ao cisalhamento explicadas apenas pela
relação entre porosidade inicial e a história de tensões (Vaughan, 1985, Vaughan,
Maccarini e Mokhtarr, 1988, Leroueil e Vaughan, 1990).
Vários pesquisadores (Leroueil e Vaughan, 1989; Vaughan, 1985; Vaughan
et al 1988) consideram a presença de uma estrutura fracamente cimentada como
uma feição dominante em solos residuais. Tal cimentação contribui para a
resistência e rigidez destes solos.
Estas cimentações podem ser quebradas pela deformação do solo durante o
carregamento. Uma vez quebradas, tais ligações são irrecuperáveis, exceto pela
escala de tempo dos processos geológicos que as criaram. A resistência dessas
ligações é diferente da componente coesiva da resistência presente em argilas, a
qual é devida a forças atrativas entre as partículas do solo sedimentar. Caso a
densidade e arranjo das partículas sejam recuperados, a componente coesiva da
resistência pode ser recuperada, pelo menos parcialmente.
Segundo Leroueil e Vaughan (1990), a destruição progressiva das ligações
entre as partículas dos solos estruturados pode ser decorrente principalmente por
compressão, expansão, ação do intemperismo, fluência, fadiga ou cisalhamento,
sendo as principais conseqüências da desestruturação a diminuição da rigidez do
solo, a perda de resistência de pico e o decréscimo da tensão de escoamento na
compressão.
Vaughan et al. (1988) apresentou a Figura 2.1 como a representação no
espaço índice de vazios x p’ da diferença de comportamento entre solos
estruturados e não estruturados. A partir desta Figura o autor conclui que:
• Devido a um elevado índice de vazios decorrente da existência de
cimentação, estes solos quando solicitados a altos graus de saturação
irão mostrar um diminuição significativa de resistência;
• O fator que irá reger a localização do solo no espaço estruturado é a
cimentação. O solo se manterá rígido até a fluência. A localização do
ponto de fluência no gráfico dependerá da resistência da cimentação
do solo;
24
• Grandes deformações de compressão se desenvolvem quando a
fluência ocorre no espaço para solo estruturado, o que depende do
índice de vazios e da diferença no índice de vazios entre o ponto de
fluência e a curva que limita o espaço permitido para que um solo
estruturado possa existir.
Figura 2.1 – Comportamento de solo com Cimentação (Vaughan et al, 1988).
Analisando a Figura 2.1 nota-se que durante a realização de ensaios
edométricos em solos estruturados, quando a tensão vertical efetiva ultrapassa a
tensão virtual de pré-adensamento ocorre uma mudança brusca de
comportamento. Esta mudança de comportamento esta relacionada à ruptura da
cimentação. O material, para maiores tensões verticais efetivas, tende a se
aproximar da curva de compressão do material desestruturado. Esta tensão de pré-
adensamento aparente é portanto um ponto de plastificação da estrutura no plano
eo : log p’.
25
2.1.2. Solo Residual - Plastificação
Segundo Martins, 1994; Martins, 2001; Ferreira, 1998, nos solos que
apresentam cimentação é possível também definir um ponto de plastificação no
ensaio triaxial, quando há uma mudança significativa de deformabilidade na curva
tensão-desvio versus deformação axial. Este ponto corresponde ao nível de tensão
desviadora necessária para romper a estrutura. Logo, a forma da superfície de
plastificação da estrutura pode ser identificada mediante uma combinação de
ensaios edométricos e/ou triaxiais, com níveis de tensão efetiva inicial e/ou
diversas trajetórias de tensões efetivas diferentes.
Leroueil & Vaughan (1990) mostraram que a plastificação da estrutura pode
aparecer como uma descontinuidade na curva tensão desvio versus deformação
axial durante a aplicação de um carregamento monotônico no ensaio triaxial.
Através de resultados de ensaios triaxiais convencionais realizados a altas
pressões, em amostras de uma rocha branda calcárea, Lagioia & Nova (1995),
mostraram que a plastificação da estrutura pode ser muito brusca (colapso).
Segundo os referidos autores, durante o ensaio triaxial, a estrutura da rocha
não consegue sustentar a tensão aplicada, rompendo a cimentação entre os grãos
de uma forma brusca. O colapso foi evidenciado através da variação de volume de
água da câmara triaxial. As curvas de q : εa, deste solo, apresentam um patamar
bastante distinto, já as curvas de εv : εa apresentam, em seu primeiro trecho, uma
variação linear, mostrando que o equipamento triaxial não consegue equalizar a
tensão em um tempo suficientemente curto para a estabilização dessas
deformações (Figura 2.2).
26
Figura 2.2 – Ensaio Triaxial em Rocha Calcária (Lagioia & Nova, 1995).
Conforme apresentado por Leroueil & Vaughan (1990), em argilas, a
superfície de plastificação da estrutura no plano p’: q é centrada na linha K0
normalmente adensada, devido à anisotropia do material, sendo que, para solos
residuais e para rochas brandas, a superfície de plastificação da estrutura é
centrada no eixo p’, sugerindo que estes solos sejam isotrópicos (Figura 2.3).
Figura 2.3 – Superfície de Plastificação para Solos (a) Sedimentares (b) Residuais
(Leroueil & Vaughan. 1990).
Coop & Atkinson (1993), identificaram a localização do ponto de
plastificação da estrutura para ensaios triaxiais convencionais, e para ensaios com
p’ constante. A plastificação da estrutura pode ser verificada na curva de variação
volumétrica para os ensaios de p’constante e na curva tensão desvio versus
27
deformação axial para o ensaio triaxial convencional. Como é possível ser
observado na Figura 2.4, para os dois tipos de ensaios (CD e p’constante) a
mudança de comportamento das envoltórias tensão desviadora versus deformação
(i.e. plastificação) ocorre no mesmo ponto indicados pelas setas.
Figura 2.4 – Pontos de Plastificação de Areia Carbonática Cimentada Artificialmente
(Coop & Atkinson, 1993).
2.2. Teoria do Estado Crítico
Na década de 1950, com o acúmulo da experiência sobre o comportamento
de solos em ensaios de laboratório, foram formulados os primeiros modelos do
estado crítico com base na teoria da plasticidade (Roscoe et al., 1958) e
postulando-se a existência de uma superfície de estado limite.
Através da análise dos resultados provenientes de uma série de ensaios
triaxiais de compressão na condição drenada e não drenada realizados em
amostras da argila, Parry (1960) plotou de maneira conjunta os pontos de ruptura
de todos os ensaios e constatou a formação de uma reta simples que passa pela
origem do plano q’:p’ e respectivamente uma linha curva no espaço υ:p’ que
acompanha o formato da curva de compressão normal (Figura 2.5).
28
Segundo Parry (1960) esta reta simples formada pelos pontos de ruptura
para ambos os ensaios drenados e não drenados define a Linha de Estado Crítico.
Esta é uma importante propriedade, pois as amostras inicialmente pré-adensadas
irão à ruptura, independente da trajetória de tensão, quando o estado de tensão
tocar a linha de estado crítico. A ruptura irá se manifestar como um estado em que
as grandes deformações provenientes do cisalhamento ocorrem sem nenhuma
alteração na tensão, ou no volume específico.
Diz-se que um solo está em uma condição de estado crítico quando este
tende a uma condição na qual deformações plásticas podem evoluir
indefinidamente sem que haja mudanças em seu volume ou nas tensões efetivas
aplicadas (ou em seu estado de tensões efetivas).
O comportamento idealizado descrito a seguir é baseado em dados
experimentais dados por Atkinson e Bransby (1978) e por Wood (1991). A partir
das Figuras 2.5 e 2.6, a condição de estado crítico foi alcançada após deformações
de pelo menos 10%, e está associada à situação na qual o estado residual,
envolvendo orientação de partículas, ainda não foi alcançado. A representação do
estado de orientação as partículas pode ser observado na Figura 2.6.
As relações entre a tensão de cisalhamento, a tensão normal e os e o índice
de vazios do solo em relação ao estado crítico são ilustrados na Figura 2.5.
Figura 2.5 – Representação Estado Crítico (Atkinson & Bransby, 1978).
29
Figura 2.6 – Comportamento do Material ao Cisalhamento (Atkinson & Bransby, 1978).
A Figura 2.7 (a) e (b) mostra a Linha de Estado Crítico (CSL). Isto mostra
que, no estado crítico, não existe uma única relação entre a tensão de
cisalhamento, a tensão normal e o índice de vazios. A Figura 2.7 (c) é equivalente
à Figura 2.7 (b), porém com a tensão normal em escala logarítmica.
Figura 2.7 – Representação da Linha de estado Crítico (Atkinson & Bransby, 1978).
O estado crítico pode ser expresso pelas equações que se seguem, onde o
subscrito f da tensão e do índice de vazios se refere ao estado último de ruptura ou
30
estado crítico. Na Figura 2.7 (c) as linhas da compressão normal e do estado
crítico são paralelas e ambas têm a mesma inclinação, Cc. O parâmetro eΓ, define
a posição da linha de estado crítico, do mesmo modo que eo define a posição da
linha de compressão normal. A Equação (2.1) representa o critério de Mohr-
Coulomb na ruptura sendo a coesão igual a zero (c '= 0) e Ø’c o ângulo de atrito
crítico. A linha de estado crítico mostrada na Figura 2.7 (c) está diretamente acima
da linha de compressão normal mostrada na Figura 2.7.
cff 'tan'' φστ = eq. 2.1
fcf Cee 'logσ−= Γ eq. 2.2
Ressalta-se que, no estado crítico, os solos continuam a distorcer (sofrer
deformação cisalhante) sem qualquer alteração da tensão cisalhante ou tensão
normal ou índice de vazios (está em constante estado de deformação) e os
deslocamentos estão associados a escoamentos turbulentos. A característica
essencial do estado crítico é que, durante o cisalhamento, todos os solos, em
última análise, atingem o seu estado crítico (desde que o fluxo continue
turbulento), sem que haja dependência do estado de tensão inicial. Assim, na
Figura 2.7, a tensão cisalhante última ou crítica f'τ é inicialmente a mesma para
ambos os lados seco ou úmido da linha crítica, porque eles têm a mesma tensão
normal efetiva, bem como o mesmo índice de vazios.
A linha geral de estado crítico ilustrada na Figura 2.8 é uma idealização
muito boa para representar o estado último ou crítico de areias e argilas. No
entanto, para materiais com grãos maiores a variação de volume durante o
adensamento e cisalhamento é muitas vezes acompanhada de ruptura dos grãos do
solo, sendo então necessária a aplicação de grandes deformações para identificar
por completo o comportamento.
31
Figura 2.8 – Linha de estado crítico (Atkinson & Bransby, 1978).
2.3. Superfície de Roscoe
Henkel (1960) realizou uma série de ensaios triaxiais convencionais (σh
constante e σv crescente) e de compressão por descarregamento (σh constante e
σv decrescente) com e sem drenagem. A partir dos dados obtidos com a realização
de ensaios triaxiais drenados, este traçou no espaço 2:σσ a contornos de igual
umidade (que no caso de solos saturados equivalem a contornos de igual volume)
e os comparou com trajetórias de tensões seguidas durante a realização de ensaios
não drenados. Os resultados estão representados na Figura 2.9.
Nota-se que há uma concordância bastante acentuada entre estas isolinhas
de umidade e as trajetórias de tensões obtidas de ensaios triaxiais não drenados.
Diversos outros ensaios publicados levam às mesmas conclusões dos ensaios
publicados por Henkel (1960), de modo que se pode dizer que existe para cada
caso de solos normalmente adensados, uma superfície unindo a linha de
compressão isotrópica à linha de estados críticos, a qual contém, com unicidade,
as coordenadas p’, q e υ, de modo independente da trajetória de tensões adotada.
Esta superfície é denominada superfície de Roscoe.
32
Figura 2.9 – Superfície de Roscoe (Atkinson & Bransby, 1978).
2.4. Superfície de Hvorslev
Em se tratando de solos pré-adensados, a Figura 2.10 apresenta resultados
de ensaios de compressão isotrópica típicos, enquanto a Figura 2.11 apresenta
resultados típicos de ensaios triaxiais drenados. Nota-se que a amostra, com uma
tensão de confinamento de 34,5 kPa e uma razão de pré-adensamento de 24,
apresenta um máximo valor de q, para valores de εa de cerca de 9%. Com a
continuada deformação da amostra o valor de q decresce, passando a apresentar
valores que variam a taxas cada vez menores com εa, tendendo à projeção da
linha de estados críticos no espaço q x p’ ( 'Mpq = ). O comportamento
volumétrico do solo é também ilustrado nesta Figura. Conforme se pode notar, a
amostra sofre uma pequena compressão inicial, passando a expandir com
acréscimos de εa. A taxa de expansão do solo, contudo, diminui com o processo
de deformação contínuo da amostra.
33
Figura 2.10 – Resultados típicos de ensaios triaxiais convencionais drenados em
amostras pré-adensadas (Wood, 1991).
Na Figura 2.11 está plotada a trajetória de tensões do solo em confronto
com a projeção da linha de estado crítico do mesmo no espaço p’:q. Nota-se que o
corpo de prova ao ser cisalhado alcança pontos do espaço p’:q:υ f cujas
projeções no espaço p’:q se situam acima da linha de estados críticos.
Em analogia à Superfície de Roscoe, espera-se que somente o tamanho de
tal superfície limite mude com mudanças de ν, não sua forma. Deste modo, é
possível utilizar o conceito de tensão equivalente para escalar tensões e deste
modo a permitir mudanças em ν. O referido método de escalar tensões foi
adotado pela primeira vez por Hvorslev.
34
Figura 2.11 – Resultados em termos de trajetórias de tensões de um ensaio triaxial
convencional drenado (Wood, 1991).
A Figura 2.12 representa uma série de ensaios triaxiais realizados por Parry
(1960) em argilas pré-adensadas. Nota-se que os dados dos testes drenados e não
drenados se situam em uma única linha no espaço q/p’e, p’/p’e. Esta linha é
limitada em seu lado direito pela interseção com o ponto que representa a linha de
estados críticos, situado no topo da superfície de Roscoe. Considerando que o solo
não apresenta resistência à tração, o maior valor de q/p’ que poderá ser observado
deverá corresponder a σ3 igual a zero. Então, para este triaxial convencional a
localização dos pontos de ruptura pode ser idealizada como aquela correspondente
à linha AB, da Figura 2.13.
35
Figura 2.12 – Ensaios Triaxiais em argilas pré-adensadas (Parry, 1960).
Figura 2.13 – Superfície de Hvorslev (reta AB) e de Roscoe (linha BC) em conjunto com
as linhas de estado críticos (ponto B) e alinha de compressão isotrópica (ponto C)
(Parry, 1960).
O estado úmido (normalmente adensado) se situa abaixo da superfície de
Roscoe ou do estado limite, enquanto que o estado seco (pré-adensado) se situa
abaixo da superfície de Hvorslev. O material pode então apresentar-se em
qualquer estado situado abaixo ou sobre a superfície de estado crítico.
36
Figura 2.14 – Superfície de Roscoe e Hvorslev (Wood, 1991).
2.5. Equipamentos Triaxiais
Diversos equipamentos triaxiais têm sido desenvolvidos nas últimas
décadas, com os mais sofisticados sistemas de controle e processamento de dados.
Entretanto, a concepção não difere muito da proposta por Bishop e Henkel na
década de 60. Basicamente a diferença está na tecnologia empregada no tocante à
automação dos ensaios. Estas alterações estão relacionadas aos sistemas de
controle de aplicação de pressões, às instrumentações e à utilização de
microcomputadores para servo controle.
Na literatura é possível encontrarem descritos vários equipamentos triaxiais.
Dentro dos que mais se destacam estão os desenvolvidos por: Andresen (1957);
Bishop & Wesley (1975); Berre (1982); Menzies (1988); Romero et al. (1997);
Wheeler & Sivakumar (1993); Tibana (1997); Bica (2004).
A Tabela 2.2 apresenta as características dos equipamentos desenvolvidos
pelos autores supracitados.
37
Tabela 2.2 – Revisão dos Equipamentos Triaxiais Desenvolvidos.
Autor Tipo de Controle Servo Controlado
Condição de Saturação
Andresen (1957) Deformação Não Saturado
Bishop & Wesley (1975) Tensão Não Saturado
Berre (1982) Deformação Não Saturado
Menzies (1988) Tensão Parcialmente Saturado
Romero et al. (1977) Tensão Sim Não Saturado
Wheeler & Sivakumar (1992) Tensão Sim Não Saturado
Tibana (1997) Tensão Sim Saturado
Bica (2004) Tensão Sim Não Saturado
O equipamento desenvolvido na presente dissertação, como poderá ser
observado com mais detalhes no Capítulo 7, utiliza-se de vários conceitos que
podem ser observados nos equipamentos concebidos pelos autores anteriormente
citados (Tabela 2.2).
A célula triaxial utilizada é do tipo Bishop & Wesley. No entanto,
modificações foram necessárias para que o equipamento atende-se a realização de
ensaios na condição não saturada. Para tanto, os equipamentos desenvolvidos por
Romero et. al. (1977), Wheeler & Sivakumar (1992), Bica (2004) dentre outros
foram observados com o intuito de colaborarem na concepção do projeto.
O equipamento estudado que mais se assemelha ao desenvolvido é o de
Wheeler & Sivakumar (1992). O qual caracteriza-se por ser um equipamento
triaxial que possibilita o controle da trajetória de tensões e da sucção para ensaios
em amostras compactadas (Figura 2.15). Neste equipamento, a sucção é
controlada através de uma pressão de água aplicada à base do corpo de prova, por
meio de uma pedra porosa de alta pressão de borbulhamento, e de uma pressão de
ar comprimido aplicada ao topo do corpo de prova através de uma pedra porosa
convencional. A pressão confinante, a pressão de água e a pressão de ar são
controladas por um microcomputador através do controle de motores de passo
conectados a reguladores de pressão de ar. Para a medição de variação
volumétrica do corpo de prova, este equipamento utiliza uma câmara triaxial de
38
parede duplas, sendo que na câmara interna está conectado um transdutor de
variação volumétrica do tipo Imperial College (de Campos, 1984), que determina
a variação volumétrica total do corpo de prova. Outro transdutor de variação
volumétrica mede a variação de volume da câmara externa. No entanto, diferenças
poderão ser observadas no sistema de medição de variação de volume do corpo de
prova.
Figura 2.15 – Esquema do equipamento de ensaios triaxiais para solos não saturados
(Wheeler & Sivakumar, 1992).
2.6. Medição de Deformações Locais
Segundo Burland (1989), as deformações do solo em obras geotécnicas são
geralmente inferiores a 5*10-3, excetuando-se certas obras em areias fofas e
argilas moles. Daí a grande importância das medidas de deformação axial em um
ensaio triaxial, menores do que esta ordem de grandeza, possibilitando a avaliação
mais precisa dos parâmetros de deformabilidade de modelos constitutivos.
Diversos modelos de transdutores de deslocamento para medição local de
deformações têm sido desenvolvidos visando medir deformação axial e
deformação radial. Transdutores locais de deformação axial são, normalmente,
instalados aos pares, em posições diametralmente opostas, fixados diretamente ao
corpo de prova ou colados na membrana. Para minimizar a influência das
39
restrições de deformação devidas ao atrito entre pedra-porosa/cabeçote, estes
transdutores dever ser instalados no trecho médio do corpo de prova (Clayton e
Khatrush, 1986).
Dentre os principais tipos de transdutores de deslocamento axial referidos na
literatura estão relacionados: LVDT submersível (Costa e Filho, 1985); eletronível
(Burland e Symes, 1982); tipo pêndulo com extensômetros elétricos de resistência
(Ackerly et al, 1987); tipo fita metálica com extensômetros de resistência (Goto et
al, 1991) e tipo sensor de efeito hall (Clayton e Khatrush, 1986).
Os transdutores de deslocamento axial utilizados na presente dissertação são
eletroníveis do tipo Imperial College. Seu funcionamento está baseado em
sensores sensíveis a alterações de inclinação, os quais através de uma calibração
fornecem a variação de altura do corpo de prova.
A Figura 2.15 apresenta o eletronível utilizado na presente dissertação.
Figura 2.16 – Eletronível tipo Imperial College desenvolvido na PUC-Rio.
3 Características da Área de Estudo
Este Capítulo é destinado a apresentar a região no que competem à
localização da área de estudo, características de clima, geoambientais,
geomorfológicas, vegetação, geologia e solos.
3.1. Localização
O perfil estudado está inserido no Parque Nacional Dois Irmãos, sob as
coordenadas 22°59’21,39’’ Sul e 43°13’50,49” Oeste, localizado no bairro do
Leblon, acima da encosta do Mirante do Leblon e da Av. Niemeyer, a sudeste do
município do Rio de Janeiro. O Parque pertence à Serra da Carioca que,
juntamente com a Serra da Tijuca, compõem o maciço da Tijuca.
Segue indicado na Figura 3.1 o local de estudo bem como pontos de fácil
identificação para auxílio na sua localização.
Figura 3.1 – Imagem de Satélite (Fonte Google Earth).
41
O georreferenciamento foi realizado posteriormente às amostragens, visto
que estes dados não encontravam-se mencionados nos trabalhos desenvolvidos
anteriormente. Como apresentado na Figura 3.2, a região de onde foram
amostrados os blocos encontra-se revegetada. Por se tratar de um parque de
preservação ambiental não houve a possibilidade de se retirar a vegetação para
expor o solo, porém é possível visualizar, na região em destaque, a sua feição e
cor.
Figura 3.2 – Área de Estudo (Georreferenciamento).
3.2. Clima
O clima é quente e úmido, com pouco ou nenhum déficit de água,
mesotérmico, com calor bem distribuído ao longo do ano. Apresentam isotermas
em torno de 25 C ou mais, com pluviosidade variando de 1700 a 1900 mm anuais.
Os ventos sopram predominantemente de SE, estando a área exposta aos efeitos
da circulação atmosférica do Oceano Atlântico. Segundo Köppen-Geiger a área se
GPS
Área de Amostragem
Detalhe
42
enquadra no tipo Af, (i.e. clima tropical com chuva o ano todo), de características
amenas devido à ventilação pela brisa marítima (Atlas Geográfico, 1974).
3.3. Geoambiental
Segundo classificação fornecida pelo Projeto Rio de Janeiro (DRN) o
Domínio ao qual a área pertence é o Geoambiental I – Faixa Litorânea. Este
corresponde ao mais extenso domínio geoambiental do estado do Rio de Janeiro,
estendendo-se ao longo da linha da costa, desde a Baixada de Sepetiba até a divisa
com o Estado do Espírito Santo. Trata-se, também, do domínio mais heterogêneo,
abrangendo desde aéreas inundáveis, tais como mangues, brejos e baixadas, até
alinhamentos serranos isolados e maciços montanhosos que podem atingir até
1.000m de altitude.
Dentro deste domínio a Unidade Geoambiental relacionada à região do
estudo é a descrita como Maciços Costeiros (15a). Corresponde a regiões com a
ocorrência de maciços montanhosos isolados nas baixadas litorâneas, sustentados
por granitos, ortognaisses migmatíticos, chamockitos e paragnaisses, com
vertentes convexas a côncavas e escarpas e topos de cristas alinhadas, aguçados
ou levemente arredondados.
São caracterizados por serem terrenos de alta declividade, com a
possibilidade de ocorrência de depósitos de tálus com baixa capacidade de carga,
e afloramentos de rocha. Apresentam alta suscetibilidade a processos de erosão e
movimentos de massa.
A Figura 3.3 apresenta o mapa Geoambiental com a localização do ponto
em estudo bem como a indicação de sua classificação. O mapa de origem
encontrava-se na escala de 1:500.000.
43
Figura 3.3 – Mapa Geoambiental.
3.4. Geomorfológico
O Escudo Atlântico ou Cinturão Orogênico do Atlântico, ou Cinturão de
Cisalhamento do Atlântico, representa uma das importantes feições geotectônicas
da fachada atlântica brasileira, estendendo-se de Santa Catarina até o norte da
Bahia. Compõe-se de diversas faixas de dobramento, dentre as quais destaca-se a
Faixa de Dobramentos Ribeira, que abrange todo o estado do Rio de Janeiro. Esse
cinturão constitui-se em um conjunto diversificado de rochas graníticas e
gnáissicas, submetidas a diversos eventos orogenéticos ao longo do Pré-
Cambriano (Almeida et al., 1976; Heilbron et al., 1995).
44
A área de estudo esta inserida na Unidade Morfoescultural Maciços
Costeiros e Interiores, a qual compreende um conjunto de maciços montanhosos
relativamente alinhados sob direção WSW-ENE, desde o Maciço da Juatinga ao
maciço da Região dos Lagos, estando situados em meio às baías e baixadas
litorâneas. Segundo Asmus & Ferrari (1978), os maciços costeiros, como os da
Tijuca e da Pedra Branca, consistem em blocos soerguidos durante o Cenozóico,
paralelamente ao front escarpado das cadeias montanhosas das serras do Mar e da
Mantiqueira. Conforme Almeida & Carneiro (1998), os maciços costeiros são
remanescentes de uma antiga borda meridional do graben da Guanabara, outrora
inserida no Planalto Atlântico (no Paleoceno) e que foi intensamente erodida pelo
recuo da escarpa da Serra do Mar, originada junto à Falha de Santos.
As unidades descritas a seguir são definidas pelo sistema de relevo Maciços
Costeiros e Interiores (251). Apenas os maciços de menor porte são definidos
como Alinhamentos Serranos Isolados (223). Suas vertentes íngremes, por vezes
rochosas, são freqüentemente recobertas por depósitos de tálus e colúvios e
atingem diretamente a linha de costa por meio de pontões rochosos ou as baixadas
fluviomarinhas (122, 123) e fluviolagunares (124) em abruptas rupturas de
declive. Os gradientes são muito elevados e os topos são aguçados e arredondados
(pontões rochosos do tipo “pão-de açúcar”) ou em cristas alinhadas. Apresentam
densidades de drenagem altas a muito altas. O padrão de drenagem é, geralmente,
dendrítico e centrífugo, podendo ser treliça. Apesar dessas unidades apresentarem
um alto potencial de vulnerabilidade a eventos de erosão e movimentos de massa,
esses eventos geralmente não são expressivos, devido à preservação da área com a
manutenção da cobertura florestal existente.
45
Figura 3.4 – Mapa Geomorfológico.
3.5. Vegetação
A vegetação original era composta por floresta subperenifólia e
subcaducifólia, nos maciços da Pedra Branca, Tijuca e da Região dos Lagos,
mantendo, em grande parte, a mata preservada. Porém na região de estudo,
segundo o Projeto RADAMBRASIL (1983), a floresta foi substituída pela
vegetação secundária devido à ação antrópica. Hoje encontra-se recoberta por
gramíneas, devido à ocupação urbana de média intensidade observada no local.
46
Figura 3.5 – Vegetação Parque Nacional Dois Irmãos.
3.6. Geologia
A área de estudo esta inserida, como assinalado da Figura 3.6, na unidade
estratigráfica São Fidélis (MNps) do Complexo Paraíba do Sul o qual pertence à
formação geológica Meso/Neoproterozóica.
A unidade São Fidelis representa a maior parte da área de ocorrência do
Complexo do Paraíba Sul, sendo constituída essencialmente por metassedimentos
detríticos, pelito-grauvaqueanos: granada-biotita gnaisses quartzo-feldspáticos
com ocorrência generalizada de bolsões e veios de leucossomas graníticos
derivados de fusão parcial in situ e injeções. Variedades portadoras cordierita e
sillimanita (kinzitos), comumente apresentando horizontes de xistos grafitosos,
exibem contatos transicionais com os granada-biotita gnaises. De ocorrência mais
restrita, por vezes são observadas intercalações de quartzitos (qz), rochas
metacarbonáticas e calcissilicáticas (ca), além de corpos de anfibolitos e
concentrações manganesíferas. Em domínios menos deformados podem ser
percebidas localmente estruturas de ressedimentação, decorrentes de fluxos
turbidíticos (metaturbiditos).
Apresenta-se na Figura 3.7 o mapa geológico simplificado da região Sul do
Município do Rio de Janeiro. A área de estudo esta indicada pelo círculo
tracejado.
Área de Estudo
47
Figura 3.6 – Mapa Geológico Simplificado da Região Sul do Município do
Rio de Janeiro
Figu
ra 3
.6 –
Map
a G
eoló
gico
Sim
plifi
cado
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ião
Sul
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.
Áre
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Est
udo
3.7. Solos
Segundo classificação adotada pelo DRN, baseada nas definições da
Embrapa Solos (1988), a região encontra-se inserida numa área com
predominância da ocorrência de solo Podozólico Vermelho-Amarelo. Sua
correspondência no atual Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (Embrapa,
1999) segue como Argilossolo Vermelho-Amarelo Distrófico.
Este solo apresenta grande expressão espacial no Estado, em relevo que
varia de suave ondulado a montanhoso, sob vegetação original de floresta
subcaducifólia ou subperenifólia, e mais raramente caducifólia, como nas
proximidades de São João do Paraíso. É comum a presença de solos com
características intermediários com Latossolos, com os quais se encontram
freqüentemente associados. Nessas áreas apresentam, geralmente, caráter
distrófico ou álico e perfis bastante espessos. Quando eutróficos tendem a ser
mais rasos. São predominantemente cauliníticos, com argila de baixa atividade,
geralmente bem drenados, de textura média/argilosa ou média/muito argilosa.
A classificação adotada faz referencia à associação de três classes de solos.
No caso do solo estudado fez-se a associação dentre a classe Podozólico
Vermelho-Amarelo álico, Podozólico vermelho amarelo TB eutrófico raso, ambos
no horizonte A moderado apresentando textura médio-argilosa com a classe de
solos litólicos indiscriminados face substrato de rochas gnáissicas ácidas, e com
afloramentos de rochas.
49
Figura 3.7 – Mapa de Solos.
4 Ensaios Realizados e Metodologias Empregadas
Na presente dissertação foi desenvolvida uma série de ensaios geotécnicos
com o intuito de caracterizar as propriedades físicas e o comportamento mecânico
de um solo residual de biotita-gnaisse. Para tanto foi desenvolvida uma seqüência
de ensaios. Primeiramente foi realizada a caracterização física e mineralógica do
material compreendendo a determinação das propriedades índices, microscopia
óptica, difração de Raio-X, curva característica de sucção, porosimetria de
mercúrio, microscopia digital de varredura e ensaios triaxiais.
4.1. Ensaios de Caracterização
4.1.1. Caracterização Física
Os procedimentos para os ensaios de caracterização foram desenvolvidos
segundo as recomendações da Associação Brasileira de Normas Técnicas
(ABNT):
• NBR 6457/1986 – Amostra de Solos – Preparação de compactação e
Caracterização;
• NBR 6457/1986 – Teor de Umidade Natural;
• NBR 6508/1984 – Massa específica Real dos Grãos;
• NBR 6459/1984 – Solo – Determinação do Limite de Liquidez;
• NBR 7180/1984 – Solo – Determinação do Limite de Plasticidade;
• NBR 7181/1984 – Solo – Análise Granulométrica.
A partir dos ensaios de limites de consistência e distribuição granulométrica,
foram também determinados, os seguintes índices físicos:
51
Índice de plasticidade (IP,%), obtido pela diferença entre o limite de
liquidez (LL,%) e o limite de plasticidade (LP%); Índice de atividade das argilas
(Ia), determinado segundo proposta de Skempton, como:
mIPIaμ2% <
= eq. 4.1
% < 2 mμ = fração argila
Classificação segundo a fração argila presente no solo:
• Ia < 0,75 ⇒ inativas
• 1,25 > Ia > 0,75 ⇒ atividade normal
• Ia > 1,25 ⇒ ativa
Com as amostras não amolgadas, obteve-se o peso específico dos grãos sγ ,
peso específico natural natγ , peso específico seco dγ , índice de vazios (e),
porosidade (n,%) e grau de saturação (S,%).
4.1.2. Caracterização Mineralógica
4.1.2.1. Microscopia Ótica
A microscopia ótica consiste na preparação de lâminas petrográficas, onde
as amostras de solo são previamente secas a uma temperatura de 100ºC, seguindo-
se um processo lento de impregnação com resina epóxi misturada com um
corante. A resina ocupa os vazios do solo (poros), e o corante auxilia na
identificação destes vazios. Após este procedimento é colada uma lâmina de vidro
ao material, e o mesmo é polido até se conseguir uma lâmina com 0,3mm de
espessura. Estas lâminas são observadas num microscópio ótico, com aumentos de
48, 96, 144 e 192 vezes. A passagem de luz por essas lâminas identifica o tipo de
mineral, o tipo de cimentação e outras características que serão descritas a seguir.
Foi confeccionada 1 lâmina petrográfica para a microscopia ótica. A
descrição das feições micro-estruturais do solo estudado na presente dissertação,
com base tanto na microscopia ótica, como na microscopia digital, mostrou-se
muito importante para a interpretação dos resultados dos ensaios mecânicos
apresentados nos próximos capítulos.
52
4.1.2.2. Difração de Raio-X
A identificação dos argilo-minerais constituintes dos solos é de extrema
importância para o entendimento de seu comportamento. Um dos ensaios que
auxilia a identificação da composição mineralógica da fração silte/argila é a
Difração de Raio-X. Isto é possível porque na maior parte dos sólidos (i.e.
cristais), os átomos se ordenam em planos cristalinos separados entre si por
distâncias da mesma ordem de grandeza dos comprimentos de onda dos Raios-X.
Ao incidir um feixe de Raios-X em um cristal, o mesmo interage com os átomos
presentes, originando o fenômeno de difração. A difração de Raios-X ocorre
segundo a Lei de Bragg a qual estabelece a relação entre o ângulo de difração e a
distância entre os planos que a originam (característicos para cada fase cristalina)
conforme a equação 4.2.
θλ dsenn 2= eq. 4.2
Onde:
n: Número inteiro
λ: Comprimento de ondas dos Raios-X incidentes
d: Distância interplanar
θ: Ângulo de Difração
Cada argilo-mineral gera um conjunto característico de reflexões segundo
ângulos θ, que podem ser convertidos nas distâncias interplanares formadas pelas
estruturas cristalinas.
Os difratogramas obtidos para o presente trabalho foram determinados no
Laboratório de Difração de Raios-X (LDRX) do Departamento de Ciências dos
Materiais e Metalurgia (DCMM) da Pontifícia Universidade Católica do Rio de
Janeiro (PUC-Rio).
O equipamento utilizado foi o Difratômetro SIEMENS, modelo D 5000,
com dois goniômetros. A interpretação dos resultados é executada por meio do
software TOPAS da Bruker AXS. (Figura 4.1).
53
Figura 4.1 – Difratômetro Siemens D 5000 e Interface do Software TOPAS da Bruker
AXS.
4.1.3. Características Não Saturadas
4.1.3.1. Curva de Retenção de Umidade
Umas das técnicas empregadas, na presente pesquisa, para a determinação
da curva de retenção de umidade foi a do papel-filtro. Este método baseia-se na
hipótese de que o papel-filtro alcança equilíbrio termo dinâmico com relação ao
fluxo de umidade que decorre em um solo com um valor qualquer de sucção.
Quando o papel-filtro é colocado em contato direto com o solo, instaura-se um
fluxo d’água do solo para o papel, até que se atinja o equilíbrio. Quando o papel-
filtro é posto em contato direto (método de adsorção capilar), mede-se sucção
matricial. Em não havendo contacto direto (método de absorção de vapor), mede-
se sucção total. O método do papel-filtro mede sucção de maneira indireta, por
meio de curvas de calibração. (e.g. Chandler e Gutierrez, 1986).
Os procedimentos adotados seguem o proposto por de Campos et. al. (1992)
e Marinho (1994). De maneira resumida o método consistiu em posicionar um
disco de papel-filtro contra a amostra de solo em estudo, selando o conjunto para
evitar a evaporação. O papel-filtro umedeceu até apresentar o conteúdo d’água
Amostra
Goniômetros
54
associado à sucção da amostra. A medição da umidade do papel-filtro permitiu a
obtenção do valor de sucção procurado, pelo emprego de uma correlação
previamente estabelecida (a curva de calibração do papel-filtro).
Para a realização do ensaio foram moldados corpos de prova de solo
utilizando anéis de alumínio com diâmetro interno de 4.75 cm por 2 cm de altura.
Após a moldagem era determinada a umidade do solo. Com os valores de
umidade desejada em cada anel, definidas em função da disposição dos pontos na
curva de retenção, as umidades dos anéis eram ajustadas (umedecimento ou
secagem). Após a equalização da umidade os papéis-filtro eram dispostos em
contato com a base e topo das amostras. Cada anel era cuidadosamente envolto
em filme de PVC e disposto em caixa de isopor. Após aguardar o tempo
recomendado para estabilização da sucção matricial os papéis, devidamente
identificados (topo e base), tinham sua massa mensurada (massa úmida). Eram
então levados à estufa para secagem e, logo após, determinada a massa (massa
seca). De posse destes dados e juntamente com a equação de calibração do papel-
filtro foi possível determinar a curva de retenção de umidade. O papel-filtro
utilizado foi o da marca Whatman n° 42.
4.1.3.2. Porosimetria de Mercúrio
Os ensaios de Porosimetria ao Mercúrio foram realizados no
Micromeritics PoreSizer 9320 do Laboratório da Fundação de Apoio à Física e à
Química da Universidade de São Carlos (USP/São Carlos).
Na geotecnia existem vários trabalhos utilizando os dados de ensaios de
porosimetria na previsão das propriedades hidráulicas dos solos, entre eles pode
ser citados os trabalhos de Garcia-Bengachea et al. (1979) com permeabilidade
não saturada, Prapaharan et al.(1985), Romero et al. (1999), Aung et al. (2001) e
Simms & Yanful (2002) na determinação da curva de retenção de umidade, entre
outros.
A técnica de porosimetria ao mercúrio é sem dúvida a técnica mais
importante para a determinação de porosidade de materiais. Através deste ensaio é
possível a determinação da distribuição de tamanho de poros, do volume total de
55
poros e da área específica do material bem como estimar através de correlações a
curva de retenção de umidade.
A técnica se baseia no fato de que o mercúrio se comporta como um fluído
não-molhante em relação à maior parte das substâncias. Por conseqüência, não
penetra espontaneamente em pequenos furos destes materiais a menos que se
aplique uma pressão sobre ele.
Se uma amostra de um sólido poroso é encerrada num recipiente dotado de
um capilar, sendo feito o vácuo sobre a mesma e sendo preenchido o recipiente e
o capilar com mercúrio, ao se aumentar a pressão sobre o líquido este penetrará
nos poros da amostra reduzindo seu nível no capilar.
Através do registro da redução do nível de mercúrio no capilar, juntamente
com a pressão aplicada, se obtém a curva porosimétrica.
Basicamente o ensaio de porosimetria ao mercúrio fornece duas curvas, a
curva de volume acumulado e um histograma de freqüência contínuo dos diversos
diâmetros de poros constituintes da estrutura do solo. Com a primeira é possível
obter-se, para um determinado diâmetro de poro, as porcentagens, em relação ao
volume de vazios total da amostra, dos poros de diâmetro maior ou menor do que
o considerado. Já a segunda curva, [dv/d(logD)] fornece os intervalos de
diâmetros de poros por classe.
Através de relações propostas por Aung et al. (2001), foi possível se
determinar de forma indireta à curva de retenção de umidade.
A teoria do método se baseia nas considerações de que os poros podem ser
tratados como sendo canais de fluxo cilíndricos.
Segundo Fredlund e Raharadjo (1993) a equação de Kelvin pode ser
utilizada para se determinar o diâmetro de poros equivalente, D, relacionado à
sucção aplicada.
A equação de Kelvin é dada por:
DTP αcos4
=Δ
eq. 4.3
Onde:
PΔ = diferença de pressão entre duas interfaces;
T = Tensão superficial do fluido;
α = Angulo de contato entre o fluido e o solo.
56
Assumindo que a diferença de pressão, PΔ , entre a água e o ar é a sucção
(ua-uw) e que o ângulo de contato na interface entre ar-água e as partículas de
solo é zero, o diâmetro equivalente de poro correspondente à interface ar-água é
dado por:
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−=−
DTsuwua 4)( eq. 4.4
Onde:
Ts = tensão superficial (72,75 x 10-3 N/m a 20oC)
No caso da porosimetria de mercúrio utiliza-se a equação 4.5 de
Washbum, devido ao fato do mercúrio possuir características não molhantes. O
ângulo de contato entre mercúrio e as partículas de solo (i.e. θw) pode variar entre
100° e 170°.
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−=
DTp nwnw θcos4
eq. 4.5
Onde :
Tnw = tensão superficial (485x10-3N/m);
θnw= valor adotado de 130o.
Assumindo que com a injeção de mercúrio a água seja expulsa da estrutura
do solo e o mesmo passe a ocupar o mesmo diâmetro de poros chega-se à
equação:
ppTTuu
nwnw
wwwa 233,0
coscos)( =⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=−
θθ eq. 4.6
A partir desta equação é possível calcular a sucção equivalente a cada
pressão de mercúrio aplicada. O grau de saturação equivalente pode ser calculado
como:
nwSrSr −=1
0/nnSrnw= eq. 4.7
57
4.1.3.3. Microscopia Digital de Varredura (MDV)
As análises e captura das imagens da lâmina petrográfica foram realizadas
no Laboratório de Microscopia Digital (LMD) pertencente ao Departamento de
Ciências dos Materiais e Metarlugia (DCMM), localizado na Pontifícia
Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio). O equipamento utilizado foi
um Microscópio Óptico Zeiss AxioPlan 2ie motorizado e controlado por software,
munido de uma Câmara Digital Axiocam HR - 3900 x 3090 pixels a qual através
do Software KS400 da Zeiss realiza o processamento e análise de imagens. Para o
controle do microscópio óptico é utilizado o Software AxioVision da Zeiss.
A quantificação dos vazios, do solo em estudo, foi determinada com o
auxílio da técnica de Processamento Digital de Imagem. Em princípio o
Processamento Digital de Imagens é uma técnica que se utiliza de operações
matemáticas para alterar os valores dos pixels de uma imagem digital,
modificando-a com o intuito de preparar a imagem para ser analisada através de
um software (Análise Digital de Imagens).
A Análise Digital de Imagens de solos consiste na extração e tratamento
de dados quantitativos provenientes de imagens digitais da lâmina petrográfica de
solo. Através deste método pode-se realizar medições mais rápidas, precisas e
acuradas, possibilitando ainda a realização de medidas impossíveis de serem
obtidas manualmente. Comumente, o termo Processamento Digital de Imagens é
usado referindo-se globalmente a ambas as técnicas, processamento e análise
digital. Isto é, de certo modo, justificável, já que geralmente as técnicas se
intercalam, podendo a etapa seguinte do processamento ser determinada por uma
etapa de análise.
Para a análise digital da imagem foi utilizado o software KS400 da Zeiss.
Este software realiza processamento e tratamento de imagem, sendo possível
através de seleções e inserções de filtros se determinarem os parâmetros de análise
(cores dos pixels) que irão identificar os vazios. A contagem dos pixels
referenciados como vazios (i.e. áreas em azul) relacionados à área total da lâmina
petrográfica, fornece uma indicação da porosidade do solo. Segundo Moncada
(2008), os resultados obtidos através da técnica de microscopia digital são úteis na
determinação da macro-porosidade, (i.e na determinação dos poros maiores) onde
58
o corante utilizado na impregnação das laminas consegue uma boa impregnação.
Mais adiante no Capítulo 5, será realizada uma comparação e análise entre os
valores de porosidade obtidos através das diferentes técnicas.
Figura 4.2 – Microscópio Óptico Zeiss AxioPlan 2IE.
4.2. Ensaios Triaxiais
Neste item serão apresentados os equipamentos utilizados, com posterior
descrição dos procedimentos realizados para a execução dos ensaios triaxiais.
Serão descritas as propriedades das prensas triaxiais com deformação controlada e
tensão controlada, respectivamente, ressaltando as diferenças entre estes
equipamentos.
4.2.1. Prensa Triaxial com Deformação Controlada
Este equipamento pode ser dividido basicamente em uma célula triaxial
equipada por instrumentos ligados a uma aquisição de dados, onde através de
59
válvulas e de uma prensa mecânica com velocidade constante as tensões dos
ensaios são impostas.
Trata-se de uma prensa triaxial da Wykeham Farrance modelo WF10074
com capacidade de 10.000 kg. A taxa de deslocamento máxima é de 50 a 0.05 mm
por minuto na faixa de utilização rápida e de 0.5 mm a 0.0005 mm por minuto na
faixa lenta.
A prensa utilizada não possui sistema de servo controle sendo necessária a
iteração do laboratorista no âmbito de controlar as pressões durante o ensaio.
A aquisição de dados é realizada pelo sistema Orion, o qual registra as
leituras dos instrumentos em função do tempo transcorrido. Posteriormente é
necessária a transformação das leituras realizadas da unidade básica de Vdc para
unidades de engenharia. Esta conversão é efetuada através de uma pré-calibração
dos instrumentos a qual fornece equações que podem ser facilmente programadas,
por exemplo, no Excel.
Uma visão geral do equipamento é mostrada na Figura 4.3.
Figura 4.3 – Prensa Triaxial de Deformação Controlada - Wykeham Farrance
WF100072.
Medidor de Variação de Volume
Sistema de Aplicação de
Pressão
60
Figura 4.4 – Sistema de Aquisição de Dados Orion.
4.2.1.1. Interface Ar/Água
A interface ar/água responsável pela aplicação de pressão confinante é a
própria célula Triaxial, onde através do não preenchimento total de água na
câmara, forma-se uma interface. Este procedimento foi adotado visando à
integridade da célula de carga, pois ocorreram danos em células anteriormente
utilizadas. Tais danos foram causados pela entrada de água, apesar destas serem
apresentadas pelo fabricante como submersíveis.
Seu funcionamento consiste na aplicação de pressão de ar na parte
superior da câmara triaxial, na parte não preenchida por água. Sendo assim esta
pressão é diretamente transmitida à água de confinamento e ao corpo de prova.
Alguns cuidados devem ser adotados para se utilizar a câmara triaxial
como interface. Pois esta prática ocasiona a dissolução de ar na água confinante,
este ar dissolvido em ensaios de longa duração tende a atravessar a membrana de
látex gerando a dessaturação do corpo de prova, comprometendo os resultados dos
ensaios. Entretanto, para verificar a ocorrência deste processo é necessário
observar o aparecimento de ar entre a membrana e o corpo de prova ao final do
ensaio, na etapa de desconfinamento do corpo de prova com as drenagens
61
fechadas. A ocorrência das bolhas de ar evidencia a dessaturação do corpo de
prova devido à dissolução de ar na água confinante que atravessou a membrana.
4.2.1.2. Medidor de Variação de Volume
Trata-se de um transdutor de variação volumétrica do tipo Imperial
College (de Campos, 1984). Onde a medição da variação de volume é realizada
através de uma interface composta por um recipiente cilíndrico dentro do qual se
encontra um conjunto de borrachas de vedação da Bellofram fixadas e vedadas
nas extremidades, formando assim duas câmaras (superior e inferior), com um
cilindro em PVC, de diâmetro ligeiramente inferior ao reservatório externo,
situado entre estas borrachas. Ela pode ser visualizada na Figura 4.3.
Seu funcionamento, é simples, consiste na aplicação de ar câmara inferior
formada pela borracha Bellofram a qual empurra o cilindro de PVC para cima
comprimindo assim a água contida na câmara superior. Todo e qualquer
deslocamento do cilindro de PVC é medido através de um LSCDT, o que
possibilita posteriormente calcular a variação de volume, visto que através do
deslocamento e do conhecimento da área da base do recipiente cilíndrico pode-se
encontrar o volume tanto de saída de água quanto de entrada no sistema.
A capacidade da câmara que contém água é de 300 ml, podendo suportar
pressões de ar de 9 Bar e com precisão de 0.01 ml.
Para o correto funcionamento a câmara superior que contém a água deve
estar completamente preenchida sem haver a existência de bolhas de ar. O sistema
deve ser estanque e pode ser calibrado com o auxílio de uma bureta graduada.
4.2.1.3. Câmara Triaxial
O objetivo primordial da câmara triaxial é garantir a aplicação das tensões
principais e de poro-pressão no corpo de prova. De preferência, ela ainda deve
permitir a medição interna da variação de altura e diâmetro da amostra, além de
seu volume. A câmara utilizada no presente trabalho tem paredes em acrílico (o
que possibilita a visualização do corpo de prova durante o ensaio), com dimensões
de 380 mm de altura, diâmetro de 270 mm e capacidade de pressão interna de 900
62
kPa. Esta célula teve sua base adaptada para trabalhar com corpos de prova de
11/2”, pois originalmente era destinada a ensaios em corpos de prova de 4”. A
utilização desta câmara maior teve como motivação a necessidade de se possuir
um espaço maior entre o corpo de prova e a parede de acrílico, para que fosse
possível a instalação de medidores de deformação axial, tipo Imperial College.
Figura 4.5 – Câmara Triaxial.
A base da câmara triaxial, em duralumínio, possibilita através de uma série
de válvulas tipo esfera, o fluxo de água através do corpo de prova assim como o
fluxo de água até o transdutor de poro-pressão e de pressão confinante.
Por este equipamento possuir somente um transdutor, que servia tanto para
leituras de poro-pressão quanto de tensão confinante, foi necessária a utilização de
conexões que possibilitavam a comutação no momento das leituras. Esta
característica impôs uma maior dificuldade para a execução do ensaio. Porém em
se tratando de minimizar os erros provenientes de leituras realizadas com
equipamentos distintos, esta técnica se mostra mais eficiente.
A vedação da câmara é garantida por uma série de anéis O’rings que estão
dispostos tanto no orifício de passagem da haste da célula de carga, quanto na
ligação da base com a câmara.
Distância da Câmara
63
4.2.1.4. Transdutor de Poro-Pressão e Tensão Confinante
A medição da poro-pressão foi realizada através de um transdutor de
pressão da Schaevitz modelo P723-0001 com capacidade de leitura na faixa de 0-
1035 kPa. Este equipamento se encontra ligado ao sistema de aquisição de dados
onde é possível acompanhar as leituras durante o ensaio.
O transdutor é conectado a base da câmara através de um dispositivo
confeccionado em acrílico, o qual possui um sistema para a drenagem de bolhas
de ar. Este dispositivo é de relevante importância visto que promove a retirada de
bolhas que ocasionariam erros nas leituras do equipamento.
4.2.1.5. Controlador de Pressão
O sistema de aplicação de pressão, como pode ser visto na Figura 4.3, é
constituído por válvulas de precisão ligadas à rede de ar comprimido do
laboratório que fornece uma pressão máxima na linha de 700 kPa. O controle é
realizado manualmente pelo operador da prensa. Este processo consiste na
regulagem da pressão via leituras fornecidas pelo transdutor.
O sistema possui três válvulas, sendo uma para aplicação de pressão de ar
no topo da câmara triaxial, o que confere a pressão confinante, outra para
aplicação da contrapressão e, a última, em se tratando de um ensaio de
permeabilidade, possibilita a aplicação de um gradiente hidráulico entre o topo e a
base do corpo de prova.
São válvulas reguladoras de pressão da Watson Smith que trabalham na
faixa de 10-820 kPa podendo alcançar a pressão máxima de 1030 kPa.
4.2.1.6. Prensa Triaxial Eletromecânica
Trata-se de uma prensa triaxial, de deformação controlada, da Wykeham
Farrance modelo WF10072 projetada para trabalhar como um carregamento axial
máximo de 10.000 Kg. Sua operação é manual via seletores em seu painel de
comando. A velocidade de deslocamento é ajustada de maneira analógica, não
havendo a necessidade de iteração com o sistema de engrenagens. Existe ainda a
64
opção de se estabelecer limites de deslocamentos que param o funcionamento da
prensa, evitando assim acidentes que possam vir a danificar o equipamento.
4.2.2. Prensa Triaxial Tipo Bishop-Wesley com Tensão Controlada ou Deformação Controlada
O equipamento utilizado foi um triaxial tipo Bishop-Wesley desenvolvido
no Imperial College, Londres, que permite a realização de uma extensiva gama de
ensaios em diferentes trajetórias de tensões. Trata-se de um sistema servo
controlado.
Este equipamento triaxial pode ser descrito como sendo composto por uma
célula triaxial operada por um sistema de aplicação de pressões o qual é servo
controlado, de maneira conjunta, por um software e por uma aquisição de dados.
Na seqüência será abordada, de maneira semelhante ao item anterior, a descrição
do equipamento por partes.
Figura 4.6 – Equipamento Triaxial com Tensão Controlada (Imperial College).
65
4.2.2.1. Interface Ar/Água
As interfaces de ar/água, utilizadas pela prensa Bishop Wesley do Imperial
College, são responsáveis pela conversão de pressão de ar em pressão de água,
conferindo não só a aplicação de tensão confinante e de poro-pressão, mas
também auxiliando na transmissão tensão desviadora. Sua faixa de pressões de
trabalho é análoga à da câmara triaxial podendo chegar ao máximo de 900 kPa .
Este limite é imposto pelas propriedades mecânicas do acrílico utilizado em seu
reservatório.
4.2.2.2. Medidor de Variação de Volume
O sistema de medição de variação de volume utilizado neste equipamento
segue o principio de funcionamento do já descrito medidor de variação de volume
da prensa Wykeham Farrance, apresentando um lay-out muito parecido. Sua
capacidade é de 50cm3 e pressão de trabalho limitada pelo sistema de aplicação
de pressão em 900 kPa. Possui um LSCT como instrumentação o que permite,
como já mencionado, a determinação da variação de volume.
4.2.2.3. Câmara triaxial
Da mesma forma que a câmara descrita anteriormente, suas paredes são
confeccionadas em acrílico, com dimensões de 260 mm de altura, diâmetro de 200
mm e capacidade de pressão interna de 900 kPa. Trata-se de uma peça original do
Imperial College, não havendo sido realizadas modificações. Trabalha com
corpos de prova de 1 1/2”. Em seu projeto foi levada em consideração a
necessidade de espaço entre a amostra e a parede interna de acrílico para que fosse
possível a utilização de medidores de deformação axial (tipo Imperial College)
fixados no corpo de prova.
66
4.2.2.4. Transdutor de Poro-Pressão e Tensão Confinante
As leituras de poro-pressão são realizadas através de um transdutor de
pressão com capacidade de leitura na faixa de zero a 1500 kPa modelo PR-27
W/8763-15 do fabricante Keller . Já as leituras de tensão confiante são realizadas
por um transdutor similar com as mesmas características de funcionamento e
operação. Estes equipamentos encontram-se conectados ao sistema de aquisição
de dados, onde é possível acompanhar durante o ensaio as leituras em tempo real.
O transdutor de tensão confinante encontra-se ligado à célula triaxial
através de uma peça em duralumínio, que permite a comunicação da pressão
confinante com o transdutor e ainda via um dreno posicionado na parte superior
que possibilita a retirada de bolhas de ar da linha.
Já o transdutor que mede a poro-pressão é acoplado à base da câmara
através de dois tubos em aço inox conectados a um dispositivo confeccionado em
acrílico, o qual possui um sistema para a drenagem de bolhas. A utilização de
tubos de aço inox promove a minimização do efeito de dilatação da tubulação, o
que garante um tempo de resposta mais rápido ao conjunto.
A utilização de instrumentos distintos para medição de pressão pode gerar
a incerteza quanto a possíveis diferenças em suas leituras. Porém, neste
equipamento, por se tratar de uma prensa com servo controle seu software
(TRIAX 5) realiza a correspondência entre as leituras e a pressão aplicada. Isto é
possível, pois existe a opção de se calibrar todos os transdutores de uma só vez.
4.2.2.5. Controlador de Pressão
O conjunto de equipamentos responsáveis pelo controle de pressão é
constituído por 3 Box supridas por um compressor Kaeser linha Premium, que
confere uma pressão máxima na linha de 2000 kPa.
As assim chamadas Box contêm internamente um sistema formado por
uma válvula de precisão conectada a um motor de passo bem como uma
eletrônica para o processamento dos sinais de comando e controle do motor de
passo.
67
Cada Box de pressão é responsável pela aplicação de uma determinada
pressão podendo ser a tensão confinante, poro-pressão ou ainda de cisalhamento.
Esta característica de controle de tensão cisalhante bem como de tensão
confinante e poro-pressão é que permite com que este equipamento realize uma
ampla faixa de ensaios, em diferentes trajetórias de tensões.
Ressalta-se que podem ser realizados ensaios com controle de deformação,
pois este equipamento possui um dispositivo chamado de CRSP que, através do
deslocamento constante de seu pistão (sem fim), movido por um motor de passo,
faz com que a pressa se desloque numa taxa fixa de deslocamento.
4.2.2.6. Célula Triaxial Tipo Bishop-Wesley
Trata-se de uma prensa triaxial de tensão controlada do Imperial College
tipo Bishop e Wesley (1975). Sua operação é totalmente automatizada através de
um software suprido de dados de input fornecidos pelo laboratorista bem como de
dados provenientes da instrumentação. As tensões de ensaio são ajustadas de
maneira eletromecânica seguindo os valores definidos pelo software em
atendimento à programação imposta.
O topo da célula e a célula em acrílico são similares aos dos ensaios
triaxiais convencionais. O pedestal contém conexões que permitem a drenagem do
corpo de prova bem como a medição de poro-pressão e é conectado a RAM. A
RAM move-se na vertical, guiada em um movimento linear. Dois Belloframs de
borracha são utilizados para a vedação. O posicionado no topo permite a vedação
do fluído da célula triaxial e o inferior é responsável pela contenção do fluido da
câmara inferior.
O carregamento axial é aplicado através da pressurização da câmara
inferior. O carregamento axial é medido por uma célula de carga submersível
contida no interior da célula triaxial. Duas hastes de extensão são conectadas no
pistão da RAM e ao LSCDT auxiliando na medição dos deslocamentos axiais. As
pressões, confinante e de poro pressão, são medidas por transdutores. O sistema
de contrapressão, se necessário, pode ser conectado à base da amostra. A medição
de variação de volume pode ser realizada pelo medidor de variação de volume
conectado na linha de contrapressão.
68
O sistema é caracterizado por ser muito versátil, e auto-suficiente, não
necessitando de aparato para carregamento. Pode ser utilizado para a realização de
vários tipos de ensaios, e pode aplicar extensão axial assim como compressão.
Detalhes do funcionamento são dados por Bishop e Wesley (1975).
Figura 4.7 – Prensa Pneumática (Imperial College).
4.2.3. Eletroníveis Tipo Imperial College
Para a instrumentação e medida da deformação axial interna na prensa com
deformação controlada foram desenvolvidos um par de eletroníveis.
Como pode ser observado na Figura 4.8, é composto por uma ampola
encapsulada em um recipiente metálico ligado a um par de “pernas”. Estas pernas
transmitem ao sensor as deformações sofridas pelo corpo de prova. As
deformações são calibradas em função da inclinação do eletronível.
O procedimento de instalação está descrito no item 4.2.4.
69
Figura 4.8 – Eletroníveis (Imperial College).
4.2.4. Procedimentos Iniciais e Materiais Utilizados
O procedimento para realização dos ensaios triaxiais consistiu nas seguintes
etapas:
• Confecção do corpo de prova;
• Colocação do mesmo no pedestal do equipamento Triaxial;
• Instalação dos eletroníveis;
• Processo de saturação;
• Adensamento;
• Cisalhamento;
Os procedimentos adotados em todos os ensaios triaxiais até o estágio de
cisalhamento são semelhantes. Consistem em moldar o corpo de prova com as
dimensões de 1 ½” (38mm) por 3” (76mm) com respectiva determinação de suas
características como umidade e massa. Posteriormente, antes da disposição do
corpo de prova no equipamento triaxial, as linhas eram saturadas as interfaces
ar/água e o transdutor de variação de volume eram completados.
Com estas etapas realizadas as pedras porosas e os papéis filtro eram
dispostos respectivamente no pedestal e no topo do corpo de prova.
Posteriormente o corpo de prova era colocado no pedestal a membrana de látex
juntamente com os o’rings eram instalados.
70
O próximo procedimento adotado era o de fixar os eletroníveis, medidores
de deformação axial interna, na membrana. Para tanto foi utilizado o adesivo
instantâneo 495 da Loctite, próprio para fixação de metal em superfícies flexíveis.
A partir deste passo a câmara triaxial era fechada e preenchida com água.
Na seqüência era dado o início do processo de saturação do corpo de prova. Foi
adotado em todos os ensaios triaxiais o método da contrapressão, com tensão
efetiva de 10 kPa. Para a saturação, com dissolução do ar na água, foi preciso
aplicar estágios que chegaram a ter como pressão confinante 700 kPa. No
equipamento Triaxial servo controlado o processo de saturação apresentou um
velocidade maior que o operado manualmente. Isso devido ao fato da saturação
ocorrer seguindo uma rampa programada. O controle realizado fazia com que a
tensão efetiva ficasse fixada em 10 kPa enquanto o aumento das tensões
confinantes e de poro-pressão ocorriam.
Com a medição do parâmetro B de Skempton estando entre 0,95 e 1,0 era
iniciado o processo de adensamento. Na seqüência a amostra era cisalhada.
4.2.4.1. Confecção dos Corpos de Prova
Os corpos de provas utilizados na presente pesquisa foram confeccionados a
partir de blocos de solo amostrados no trabalho desenvolvido por Oliveira em
1999. Os referidos blocos encontravam-se desde então acondicionados na câmara
úmida do Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio, devidamente
lacrados com filme de PVC, papel alumínio, talagarça e parafina., como
representado na Figura 4.9.
71
Figura 4.9 – Abertura de Bloco para Moldagem.
4.2.4.1.1. Corpos de Prova Não Amolgados
Com o intuito de facilitar a moldagem, os blocos não amolgados de cerca
de 30 cm de arestas, extraídos em campo, foram fracionados em outros blocos
menores, com dimensões aproximadas de 15 cm x 5 cm x 5cm. Estes blocos
menores foram dispostos dentro de uma caixa de isopor vedada. O material foi
todo armazenado na câmara úmida do laboratório.
Conforme pode ser observado na Figura 4.10, os prismas oriundos do
fracionamento do bloco maior, eram cuidadosamente instalados sobre um torno
manual, específico para a moldagem de corpos de prova cilíndricos, com 1 ½” de
diâmetro.
Figura 4.10 – Preparação de Corpo de Prova.
72
Após a moldagem do cilindro de solo, este corpo de prova era disposto em
um berço metálico com exatamente 3” de comprimento onde suas faces
transversais eram desbastadas, tornando-as paralelas entre si, resultando em
amostras com dimensões similares.
Após este procedimento de moldagem, os corpos de prova tinham sua
massa aferida para determinação do teor de umidade final do ensaio triaxial assim
como propriedades físicas como o índice de vazios. Pelo fato das dimensões
terem sido condicionadas ao berço, tanto na altura quanto no diâmetro, não houve
a necessidade das dimensões serem aferidas através do paquímetro.
4.2.4.1.2. Corpos de Prova Amolgados
Para os ensaios com material amolgado, foi adotando o procedimento de
destorroar corpos de prova confeccionados utilizando-se o torno manual, assim
como os corpos de prova não amolgados. O teor de umidade natural utilizado foi
determinado durante a moldagem dos corpos de prova não amolgados. Pequenas
correções do teor de umidade foram realizadas quando o material destorroado
apresentava uma umidade natural inferior a 10%.
Para a moldagem dos corpos de prova foi utilizado um molde tripartido,
onde o solo foi compactado estaticamente, em 4 camadas iguais. O índice de
vazios aos quais os corpos de prova foram moldados foi similar ao dos corpos de
prova não amolgados.
A determinação das dimensões dos corpos de prova seguiu a metodologia
citada no item anterior.
4.2.4.2. Membranas Papel Filtro e Pedras Porosas
As membranas utilizadas eram de látex, fornecidas pela Wykeham
Farrance. Elas foram testadas para a verificação de ausência de furos antes da
execução de todos os ensaios. O teste consistiu em vedar suas extremidades e
aplicar ar dentro da membrana, que posteriormente era imersa em água para a
verificação da existência de bolhas de ar.
73
O papel filtro utilizado era da marca Whatman nº 54. Os mesmos foram
utilizados no topo e base do corpo de prova.
As pedras porosas eram devidamente saturadas e mantidas em água
destilada até a montagem do ensaio. Ao final de todos os ensaios elas eram
levadas a um equipamento de ultrasom e mantidas “vibrando” por 30 minutos,
para retirar eventuais obstruções de seus poros.
4.2.4.3. Saturação das Linhas do Equipamento Triaxial
Todas as linhas da base e do top cap eram saturadas antes de se colocar o
corpo de prova na prensa. Este processo consistia em percolar água através das
tubulações do equipamento triaxial visando à retirada de qualquer bolha de ar que
pudesse estar presente nas linhas.
Para a aferição da saturação do sistema de medição de variação de volume
era aplicada uma pressão de ar na base do mesmo com suas saídas de água
fechadas. Em princípio o aumento da pressão não deve gerar variações de volume.
Logo, sendo notado algum indicativo de existência de ar no sistema (i.e. variação
de volume) o processo de saturação era reinicializado.
4.2.5. Metodologia de Cálculo dos Ensaios
4.2.5.1. Ensaio Triaxial com Deformação Controlada.
As leituras e o armazenamento dos dados foram realizados através do
sistema de aquisição Orion. Os dados provenientes do Orion foram, via software
ORIONT, tratados e disponibilizados em formato de arquivo. Este processamento
dos dados tornou possível a manipulação dos dados através de uma planilha
eletrônica do tipo Excel, onde com o auxílio das equações de calibração dos
instrumentos, as leituras foram transformadas de Vdc para unidades de
engenharia.
Após este processo, uma analise foi realizada na leitura dos instrumentos,
para se determinar os valores inicias (L0) em cada etapa do ensaio, possibilitando
74
assim a correção dos dados (e.g. encosto da célula de carga com a correspondente
desconsideração da deformação axial até este momento).
4.2.5.2. Ensaio Triaxial com Tensão Controlada
Os dados provenientes dos ensaios realizados com o equipamento triaxial
tipo Imperial College foram processados utilizando o software TRIAX5 o qual os
converte automaticamente em dados de engenharia. Para tanto, são utilizadas as
calibrações pré-definidas pelo usuário. Os dados podem ser ainda exportados para
uma planilha eletrônica do tipo Excel, onde é possível a manipulação dos mesmos
e a representação dos resultados na forma de gráficos.
5 Caracterização do Solo
5.1. Caracterização Geotécnica
5.1.1. Índices Físicos
Este item contempla os índices físicos determinados através da utilização
dos processos descritos nas normas referidas no Item 4.1.1. As suas determinações
foram realizadas logo após a abertura do bloco na câmara úmida.
Na Tabela 5.1 seguem apresentados os valores dos índices físicos.
Tabela 5.1 – Índices Físicos.
wnat
(%)
ρs
(g/cm³) Gs
ρd
(g/cm³)
Índice de
Vazios, e
Porosidade, n
(%)
Grau de
Saturação, S
(%)
10 2.69 2.86 1.52 0.88 46.85 35.42
5.1.2. Análise Granulométrica
Seguem dispostos na Tabela 5.2 e na Figura 5.1 os resultados da análise
granulométrica realizada no Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-
Rio.
Tabela 5.2 – Distribuição Granulométrica.
Pedregulho
(%)
Areia
(%)
Silte
(%)
Argila
(%)
0 52 34 14
76
Peneira No (SUCS) 30"
20"18
"16
" 14"
12"
8"6"5"4"3"2"1 ½
"1"3/
4"1/
2"3/
8"5/
16"
1/4"
4681016203050 4060100
200
100
90
80
70
60
50
Por
cent
agem
ret
ida
(%)
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000Diâmetro dos Grãos (mm)
Por
cent
agem
que
pas
sa
(%
)
Figura 5.1 – Distribuição Granulométrica.
5.1.3. Limites de Atterberg
A determinação dos Limites de Atterberg foi realizada segundo as
instruções gerais das normas NBR 6459 (LL) e NBR 7180 (LP) utilizando o
material passante na peneira no. 40.
A Tabela a seguir apresenta os resultados obtidos.
Tabela 5.4 – Limites de Atterberg.
LL LP IP Índice de Atividade de Skempton (Ia)
39.2 28 11.2 0.8
Segundo o Índice de Atividades de Skempton (eq. 4.1) trata-se de um solo
que apresenta atividade normal. Entretanto segue a ressalva de que esta
classificação não foi desenvolvida para solos residuais e sim argila de Londres.
Com tudo este resultado aparenta representar bem as características do solo em
estudo.
77
5.2. Característica Mineralógica
5.2.1. Microscopia Ótica
Através da observação da lâmina petrográfica foi possível a identificação
dos principais minerais constituintes do solo. Pode-se notar como indicado nas
Figuras 5.3 e 5.4 a presença de K Feldspato, Biotita alterada, Granada e,
discretamente, o Quartzo.
O processo de intemperismo está bastante evidente no Feldspato
Plagioclásio. Na região onde se apresenta este mineral é possível notar uma
grande concentração de vazios dispersos. A formação destes vazios está
relacionada à perda de álcalis do Feldspato.
Nos K Feldspatos é possível observar a presença de vazios intra-granulares
e formação de microporos em seu interior. Também é possível notar a presença de
óxido de ferro realizando a cimentação dos grãos.
Como conseqüência do intemperismo da Biotita e da Granada surge o óxido
de ferro, o qual é o elemento principal responsável pelo processo de cimentação
deste solo. O óxido de ferro age preenchendo os vazios e ligando os minerais ao
seu redor.
Em função do fato do solo ser oriundo de uma rocha intermediária apresenta
discreta presença de grãos de quartzo.
Na lâmina analisada, como indicado na Figura 5.3 pela seta em amarelo, foi
possível visualizar certa orientação estrutural, principalmente no alinhamento
entre os Feldspatos. Esta xistosidade é proveniente do processo de formação da
rocha de origem.
A análise da lâmina petrográfica classificou o solo como sendo residual
jovem com feldspato, biotita muito alterada, K feldspato.
78
Figura 5.3 – Lâmina Petrográfica.
Figura 5.4 – Lamina Petrográfica – Ampliação do Detalhe na Fig. 5.3.
Vazios Dispersos no Feldspato Plagioclásio
Biotita Alterada + Óxido de Ferro
Granada
Vazios Intra-grãos
Vazios Entre-grãos Orientação Xistosidade Foliação
K Feldspato
Detalhe
Vazios Intra-grãos
Vazios Entre-grãos
Fechamento por Cimentação
79
Em conjunto com a observação da lâmina petrográfica, as frações de
material retidos na peneira 40, 200 e passante na 200 foram analisadas na lupa
binocular.
De maneira esquemática foram representados na Tabela 5.5 os minerais
observados em cada fração:
Tabela 5.5 – Resultados da observação com a lupa binocular.
Fração Ordem Mineral
Predominante Quartzo
Predominante Concreções com argila e óxido de ferro
Retido #40
Discreto Feldspato
Predominante Mica Muito Alterada (lamelar)
Presente Quartzo
Retido #200
Discreto Feldspato
Predominante Argila Passante #200
Presente Laminas de Mica muito alterada
5.2.2. Difração de Raio-X
Através da técnica de difração de Raio-X, foram realizadas uma série de 3
análises para se determinar os minerais constituintes do solo em estudo. Para
tanto, se utilizou o método do pó. Foram analisadas as frações correspondentes
aos retido nas peneiras 40, 400 e 200.
Nos difratogramas que apresentam picos estreitos, simétricos e bem
definidos (i.e. mais intensos) caracterizam os minerais com estrutura cristalina
bem definida, podendo indicar ainda uma maior porcentagem deste mineral na
amostra. Os minerais podem ainda ser identificados por picos menos intensos e
largos e como mineral traço.
Na seqüência são apresentados os difratogramas com os respectivos
minerais identificados conforme a granulometria das frações analisadas.
80
Figura 5.5 – Difratograma Material Retido na peneira 40.
Figura 5.6 – Difratograma Material Retido na peneira 200.
Caulinita
FeldspatoAlterado
Quartzo
Quartzo
Caulinita
FeldspatoAlterado
81
Figura 5.7 – Difratograma Material Retido na peneira 400.
5.3. Propriedades Não-Saturadas
Para o entendimento e caracterização das propriedades não-saturadas,
executou-se uma série de ensaios que compreenderam a determinação da curva
característica via papel filtro, porosimetria de mercúrio e técnica de análise digital
de imagens. Nos itens que seguem estão dispostos os resultados destas análises.
5.3.1. Curva de retenção de umidade
No gráfico da Figura 5.8 apresenta-se a curva de retenção de umidade do
solo estudado. Conforme mencionado no Capítulo 4, item 4.1.3.1, sua
determinação foi realizada utilizando o método do papel filtro. Neste gráfico
foram representadas as sucções mátricas referentes ao papel filtro disposto no
topo e base, bem como a media entre ambos a qual foi estabelecida como sendo a
sucção final.
Para a determinação da sucção foram utilizadas as equações de calibração
do papel filtro propostas por Chandler et. al. (1992) que estão apresentadas na
Tabela 5.6.
Quartzo
Caulinita
FeldspatoAlterado
82
Tabela 5.6 – Equação de Calibração do Papel Filtro.
Autor Calibração
fwS ×−= 0622.048.4log ; wf- ≤ 47 Chandler et al.
fwS log48.205.6log ×−= ; wf- > 47
0
5
10
15
20
25
30
35
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 100000
Sucção Mátrica (kPa)
Um
idad
e Vo
lum
étric
a (%
)
Succção Topo
Sucção Base
Sucção Média
'
Figura 5.8 – Curva de retenção de umidade.
Analisando o formato da curva de retenção de umidade (linha tracejada)
nota-se uma entrada de ar, sendo classificada como unimodal.
De maneira complementar foram realizados dois ajustes através dos
modelos de Van Genuchten (1980) e Fredlund & Xing (1994).
As equações utilizadas nos ajustes bem como os parâmetros adotados
encontram-se dispostos na Tabela 5.7.
83
Tabela 5.7 – Equações de Ajuste para a Curva Característica.
Autor Equação Parâmetros
Van Genuchten
(1980)
mn
a
Wsw
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ Ψ+
=
1
a, n, m
Fredlund e Xing
(1994)
mn
ae
Wscw
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛Ψ+
Ψ=
ln
)( a, n, m, c(ψ)
Os parâmetros de ajuste a, n, m e ws podem ser obtidos através de
interpolações gráficas com a curva de retenção de água, utilizando-se de uma
planilha eletrônica do tipo Excel. Os valores utilizados nos ajustes estão
representados na Tabela 5.8.
Tabela 5.8 – Valores dos Parâmetros de Ajuste (Curva Característica).
Parâmetros (adotados) Modelo
a m n Ws
Van Genuchten
(1980)
1,89x10-4 2 0,5624 0,31
Fredlund e Xing
(1994)
5093 4,48 0,5418 0,31
No gráfico da Figura 5.9 apresentam-se plotados os resultados do ensaio
para determinação da curva de retenção de umidade utilizando o método do papel
filtro bem como os ajustes propostos por Fredlund & Xing juntamente com Van
Genuchten. Pode-se notar uma boa concordância entre os ajustes utilizados com a
curva de retenção do solo em estudo.
84
0
5
10
15
20
25
30
35
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 100000
Sucção Matrica (kPa)
Um
idad
e V
olum
étri
ca (%
)
Valores de Ensaio
Ajuste Fredlund & Xing
Ajuste Van Genuchten
Figura 5.9 – Curva Característica com ajustes.
5.3.2. Porosimetria de Mercúrio
Na Figura 5.10 esta representada a curva de distribuição de poros obtida
através da técnica de injeção de mercúrio. A porosidade medida foi de 37,64%.
0
5
10
15
20
25
30
0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Poros (μm)
Volu
me
Inje
tado
/Vol
ume
Tota
l (%
)
Figura 5.10 – Curva de Distribuição de Poros.
85
Utilizando a classificação proposta por IUPAC, Tabela 5.9, foi possível
através da curva de distribuição de poros observar as concentrações de
microporos, mesoporos e macroporos. A curva apresenta um comportamento bi-
modal, ou seja, concentração de poros em dois diâmetros de poros distintos. Esta
característica é própria de solos residuais, que tipicamente apresentam poros entre
partículas e poros entre agregados de partículas. Essa tendência já foi observada
por outros autores em ensaios de porosimetria com solos residuais (e.g. Machado,
1998).
Tabela 5.9 – Classificação IUPAC (Diâmetro de Poros).
Classificação Macraporo
(μm)
Mesoporo
(μm)
Microporo
(μm)
IUPAC Ø < 0,2 0,2 < Ø < 0,5 Ø > 0,5
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000
Diâmetro dos Poros (μm)
dV/d
logD
(cm
³/g)
Figura 5.11 – Curva de Distribuição de Poros
Microporos
Mes
opor
os
Macroporos
86
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 100000
Sucção Matrica (kPa)
Um
idad
e Vo
lum
étric
a
Figura 5.12 – Curva característica – Porosimetria de Mercúrio.
Como apresentado na Figura 5.12, a partir dos resultados do ensaio de
porosimetria de mercúrio foi determinada a curva de retenção de umidade. Para
tanto foram utilizadas as considerações mencionadas no Capítulo 4.
Pode-se notar uma boa correlação entre as técnicas para valores altos de
sucção. Entretanto, para valores de sucção abaixo de 1000 kPa o ajuste já não se
mostra satisfatório.
Indo de encontro ao observado na técnica do papel filtro, que aparentava
possuir um único valor de entrada de ar, o comportamento da curva de retenção de
umidade proveniente do ensaio de porosimetria de mercúrio indica a existência de
dois valores de entrada de ar.
5.3.3. Microscopia Digital de Varredura,
O processo de captura da imagem da lamina foi realizado através da técnica
de varredura. Esta técnica consiste em capturar imagens, ao longo da lamina,
através de deslocamentos conhecidos para no final se compor um mosaico com as
fotos. Para tanto o equipamento possui uma mesa servo controlada que desloca a
lamina até a posição definida pelo software.
87
Com o intuito de tornar o trabalho de captura e análise da imagem menos
moroso, em vista o tamanho dos arquivos gerados, a digitalização foi realizada em
quatro etapas. Segue na Figura a seguir a configuração das divisões realizadas.
Figura 5.13 – Lâmina Petrográfica Completa.
Através da técnica de análise adotada foi possível a inserção de filtros que
pudessem traduzir as características morfo-estruturais do solo. Para tanto houve a
tentativa de se realizar a contagem dos pixels referentes aos vazios, representados
pela cor azul, em cada seção da lâmina. Na Tabela 5.10 estão apresentados os
resultados referentes às análises de cada secção.
Tabela 5.10 – Relação das Porosidades Através da Técnica de Microscopia Digital de
Varredura.
Seção Porosidade (%)
1-4 1.81
2-4 3.05
3-4 5.98
4-4 5.43
Porosidade Média 4.77
Notavelmente a porosidade na secção 1-4 apresenta um valor menor que as
outras. Diferenças como esta eram esperadas por se tratar de um solo que
apresenta grande heterogeneidade.
AM 1-4 AM 2-4 AM 3-4 AM 4-4
88
Os valores de porosimetria obtidos através dos Índices Físicos e utilizando
as técnicas de Porisimetria de Mercúrio e Microscopia Digital de Varredura
(MDV) estão representados na Tabela 5.11. A análise destes resultados sugere que
a porosidade determinada através dos Índices Físicos representa a porosidade total
enquanto os valores determinados através da técnica de Porosimetria de Mercúrio
indicariam a porosidade efetiva (i.e. vazios interconectados). O valor obtido com a
MDV foi muito menor que os demais. Partindo do pressuposto de que tal valor é
irreal, uma possível explicação para tal estaria na dificuldade de se encontrar um
filtro que permitisse uma identificação adequada dos vazios do material.
Deve-se ressalvar que as técnicas de Porosimetria de Mercúrio e MDV
possuem limitações. Ambas apresentam a problemática da representatividade das
amostras utilizadas em função de seus tamanhos reduzidos. Além disso, acredita-
se que a aplicação de Mercúrio a altas pressões possa vir a alterar a estrutura do
solo cimentado, alterando assim as propriedades de porosidade. Acredita-se
também que em função da técnica de MDV realizar uma analise em 2D que os
valores de porosidade possam não ser representativos.
Tabela 5.11 – Porosidades Através das diferentes.
Índices Físicos
Porosimetria de
Mercúrio
Microscopia Digital
de Varredura
Porosidade
(%) 46,85 37,64 4,77
6 Apresentação e Análise dos Resultados
No presente Capítulo encontram-se apresentados os resultados dos ensaios
triaxiais realizados. Primeiramente serão descritas as características de cada
ensaio com subseqüente apresentação dos resultados. Será exposto o
comportamento mecânico, trajetórias de tensões, bem como a determinação dos
Módulos Iniciais para cada ensaio. Ao final do Capítulo é realizada uma análise
conjunta dos resultados.
As trajetórias de tensões foram plotadas no diagrama utilizado pelo
Massachusetts Institute of Technology (MIT), dos Estados Unidos (Lambe e
Whitman, 1979), onde no eixo das abscissas é plotado o valor de s’ e t nas
ordenadas.
231 σσ +
=s 2
31 σσ −=t eqs. 6.1
Em termos de tensões efetivas
uss −=' tt =' eqs. 6.2
6.1. Ensaios Triaxiais
Como apresentado no Quadro 6.1, foram realizados um total de 15 ensaios
Triaxiais, sendo dez executados em prensa com deformação controlada da
Wikeham Farrance, e cinco no equipamento tipo Imperial College com controle
de trajetória de tensão.
90
Quadro 6.1 – Organograma dos ensaios triaxiais realizados.
Os ensaios executados com deformação controlada foram divididos em dois
grupos. O primeiro grupo compreende seis ensaios consolidados drenados e o
segundo quatro não drenados. Dentro ainda dos ensaios drenados foram realizados
metade deles com amostras não amolgadas e a outra com corpos de prova
remoldados. Ressalta-se que em todos os demais ensaios realizados foram
utilizadas amostras não amolgadas.
Utilizando o equipamento com tensão controlada foram realizados cinco
ensaios consolidados drenados os quais foram divididos em dois grupos. No
primeiro grupo de ensaios três corpos de prova foram solicitados à ruptura através
do aumento de poro-pressão a qual conferiu o desenvolvimento de uma trajetória
horizontal no sentido do eixo t até atingir a ruptura. O segundo grupo é composto
de dois ensaios, os quais foram solicitados a trajetórias de tensões efetivas
verticais, no plano s’ x t, com o valor de s’ constante após a etapa de
adensamento.
A nomenclatura utilizada é apresentada na Tabela 6.1. Para os ensaios
realizados sobre condição de deformação controlada, as siglas (CID) e (CIU)
indicam respectivamente ensaios consolidados drenados e consolidados não
drenados. Os números arábicos apresentam as tensões de adensamento aplicadas e
os números romanos indicam a ordem em que os ensaios foram realizados. Para
Ensaios Triaxiais (15)
Consolidados Drenados
(6)
Deformação Controlada (10)
Tensão Controlada (5)
Amostra Indeformada
(3)
Amostra Remoldada
(3)
Consolidados Não Drenados
(4)
Acréscimo de Poro-pressão
(3)
Trajetória s’ Constante
(2)
Consolidados Drenados
(5)
91
os ensaios com tensão controlada solicitados a ruptura por aumento de poro-
pressão (APP), inicialmente os números arábicos separados por hífen representam
respectivamente os valores de s’ e t. Os números romanos que indicam a ordem do
ensaio. Para os ensaios de tensão controlada com s’ constante o índice inicial S’
faz referência ao tipo de ensaio executado. Em números arábicos seguem
indicados os valores de s’ que foram mantidos constantes durante o ensaio.
Novamente os números romanos indicam a ordem de execução dos ensaios.
Na Tabela 6.1 estão representadas as nomenclaturas referentes aos ensaios
de deformação e tensão controlada. Tabela 6.1 – Representação das nomenclaturas utilizadas.
Tensão
Controlada
Deformação
Controlada
APP S’ Constante
Na seqüência, serão apresentados os resultados dos ensaios em grupos,
conforme o organograma apresentado no Quadro 6.1. Inicialmente serão descritos
os ensaios realizados no equipamento triaxial com deformação controlada e na
seqüência os realizados na prensa com controle da trajetória de tensões.
A Tabela 6.2 apresenta, de maneira resumida, as características dos ensaios
realizados bem como os índices físicos associados a cada uma das amostras
ensaiadas.
Tensão de Adensamento
(S’)
Ordem de Execução do
Ensaio Valor de t cte até a Ruptura
Condição de Drenagem
Tensão de Adensamento
Ordem de Execução do
Ensaio
Ensaios com S’ cte após o
adensamento até a ruptura
Ordem de Execução do
Ensaio Valor de S’ cte até a Ruptura
S’ 75 XIVCID 50 II 125 30 XI R
Remoldado
92
Tabela 6.2 – Resumo das Propriedades dos Corpos de Prova.
Características dos Ensaios
Tipo Controle Adensamento Corpo de Prova / Índices Físicos Gs= 2.86 Corpo de Prova
CID CIU Tensão Deformação Tensão (kPa) Remoldado Indeformado Massa (g) wi (%) wf (%) S(%) e0 n γsat
CIU 300 I X X 300 X 155.07 15.46 25.38 57.54 0.72 41.86 1.98
CIU 200 II X X 200 X 139.94 10.67 25.75 34.59 0.83 45.26 1.92
CIU 50 III X X 50 X 144.22 13.29 28.60 41.47 0.85 46.03 1.91
CIU 25 IV X X 25 X 142.65 9.72 24.93 33.53 0.78 43.72 1.95
CID 150 V X X 150 X 137.81 4.24 24.81 15.22 0.75 42.77 1.96
CID 125 VI X X 125 X 145.72 10.36 25.85 38.08 0.73 42.17 1.97
CID 75 VII X X 75 X 136.51 9.01 24.92 28.60 0.84 45.79 1.91
CIDR 200 VIII X X 200 X 144.00 10.90 24.29 37.50 0.78 43.79 1.94
CIDR 125 IX X X 125 X 142.00 10.56 23.61 35.44 0.80 44.40 1.93
CIDR 50 X X X 50 X 143.00 10.67 28.69 36.31 0.79 44.06 1.94
125-30 XI X X 125 X 152.02 11.98 24.03 45.78 0.70 41.23 1.98
125-60 XII x X 125 X 145.00 10.30 23.64 36.46 0.75 43.09 1.95
220-75 XIII x X 225 X 153.48 10.58 24.70 35.46 0.79 44.62 1.93
S’ 75 XIV x X 75 X 146.00 12.38 28.35 42.65 0.77 42.65 1.94
S’ 250 XV x X 250 X 147.43 10.36 25.85 38.08 0.73 42.17 1.97
6.2. Ensaios Triaxiais com Deformação Controlada
Dentro deste grupo estão dispostos 11 ensaios triaxiais os quais serão
separados em dois grupos para melhor interpretação dos resultados. Para facilitar
a análise dos gráficos, eles foram plotados na mesma escala com relação ao eixo
das abscissas.
6.2.1. Ensaios Consolidados Drenados
Serão apresentados a seguir os resultados dos ensaios triaxiais consolidados
drenados realizados em amostras não amolgadas e remoldadas do solo residual de
Gnaisse proveniente do Alto Leblon. A intenção deste procedimento é analisar a
influência da cimentação no comportamento mecânico.
A utilização dos eletroníveis nas análises se restringiu somente na
determinação dos módulos iniciais. Logo, os gráficos σd : εaxial e εvolumétrica :
εaxial apresentados na seqüência estão plotados com valores de deformação axial
provenientes das leituras com o LSCDT.
Para que fosse garantida a condição de dissipação de poro-pressão durante
estes ensaios drenados foi adotada uma velocidade de cisalhamento de 0.043
mm/min, menor que a computada de acordo com Gibson & Henkel (1954).
6.2.1.1. Amostras Não Amolgadas
Os referidos ensaios foram executados com valores de consolidação
respectivamente de 75, 125 e 150 kPa. Foram monitoradas as deformações axiais,
variações volumétricas, tensão desviadora e deformações axiais no corpo de
prova. Os resultados do monitoramento das deformações axiais internas serão
apresentas mais adiante.
São apresentados os resultados dos ensaios na Figura 6.1, que relacionam a
deformação axial com a tensão desviadora (a) e deformação volumétrica (b).
94
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15εaxial (%)
σ d (K
Pa)
150 C ID
75C ID
125 C ID
-1
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15εaxial (%)
ε vol
umét
rica
(KPa
)
150 C ID
125 C ID
75 C ID
Expa
nsão
Com
pres
são
Figura 6.1 – Comparação entre as curvas σd : εaxial com εvolumétrica :εaxial (Ensaios
Triaxiais Consolidados Drenados em amostras Não amolgadas).
Os ensaios 150 CID e 125 CID fornecem curvas com ausência de picos,
diferentemente do ensaio 75 CID. O pico apresentado no ensaio 75CID está
atribuído ao efeito de dilatância como pode ser observado na Figura 6.1 (b).
A Figura 6.2 representa as trajetórias de tensões obtidas quando solicitados
ao cisalhamento na condição drenada. A análise quanto à resistência será realizada
de forma conjunta aos outros ensaios triaxiais mais adiante no item 6.5.1.
CID 150 V
CID 125 VI
CID 75 VII
CID 150 V
CID 125 VI
CID 75 VII
(a)
(b)
Dilatância
95
Conforme indicado na Figura 6.2 (linha tracejada), uma envoltória não
linear (ou bi-linear) poderia estar associada a estes resultados. Tal seria decorrente
da cimentação do material indeformado. Entretanto, conforme se verá adiante, isto
não corresponde ao encontrado ao final do trabalho.
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500
s ' (K Pa)
t (K
Pa)
C ID 75 VII
C ID 150 V
C ID 125 VI
75 Indeformado
125 Indeformado
150 Indeformado
Figura 6.2 – Trajetória de Tensão (Ensaios Triaxiais Consolidados Drenados em amostras Não
amolgadas).
6.2.1.2. Amostras Remoldadas
Três corpos de prova remoldados, através do método descrito no Capítulo 4
item 4.3.2.1, foram submetidos ao cisalhamento triaxial na condição drenada para
as tensões de adensamento de 200, 125 e 50 kPa. Os resultados são apresentados
na Figura 6.3.
De maneira distinta aos ensaios anteriormente descritos no item 6.2.1.1., a
medição da deformação axial interna não foi realizada. Isto se deu em função do
fato da prensa em que estes ensaios foram realizados não possuir câmara com
dimensões adequadas à instalação de tal instrumento.
CID 150 V
CID 125 VI
CID 75 VII
Amostras
Não Amolgadas
96
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15εaxial (%)
σ d (K
Pa)
125 C IDR
50 C IDR
200 C IDR
-1
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
εaxial (%)
ε vol
umét
rica
(KPa
)
125 C IDR
200 C IDR
50 C IDR
Expa
nsão
Com
pres
são
Figura 6.3 – Comparação entre as curvas σd : εaxial com εvolumétrica :εaxial (Ensaios
Triaxiais Consolidados Drenados em amostras Remoldadas).
Como esperado, o comportamento apresentado pelas 3 amostras remoldadas
foi bastante semelhante não indicando a presença de picos. Isto de deve à
reorganização da estrutura o que confere ao solo a perda da cimentação conforme
evidenciado por Vaughan et al, 1988.
O comportamento das curvas da Figura 6.3 (b) retrata o comportamento
típico de amostras remoldadas caracterizado pela deformação volumétrica de
compressão.
CIDR 200 VIII
CIDR 125 IX
CIDR 50 X
CIDR 50 X
CIDR 200 VIII
CIDR 125 IX
(a)
(b)
97
Na seqüência são apresentadas as trajetórias de tensões para os referidos
ensaios.
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500
s ' (K Pa)
t (K
pa)
C IDR 200 VIII
C IDR 125 IX
C IDR 50 X
125 R emoldado
50 R emoldado
200 R emoldado
Figura 6.4 – Trajetória de Tensão (Ensaios Triaxiais Consolidados Drenados em amostras
Remoldadas).
Como era esperada, em função da desestruturação sofrida no processo de
remoldagem (i.e. quebra da cimentação), a envoltória de resistência apresenta um
comportamento linear (linha pontilhada da Figura 6.4)
6.2.2. Ensaios Consolidados Não Drenados (CIU)
Um total de cinco ensaios consolidados não drenados foi executado. Na
etapa de cisalhamento, todos mostraram curvas tensão-deformação sem a presença
de pico de resistência, como pode-se observar na Fig.6.6. No entanto na Figura
6.5 (b) o ensaio CIU 50 mostrou um comportamento distinto dos demais
apresentando uma variação de poro-pressão negativa.
CIDR 50 X
CIDR 200 VIII
CIDR 125 IX
98
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
εaxial (%)
σd
(KPa
)
200 C IU
300 C IU
50 C IU
25 C IU
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15εaxial (%)
Δu
(KPa
)
200 C IU
300 C IU
50 C IU
25 C IU
Figura 6.5 – Comparação entre as curvas σd : εaxial com Δu : εaxial (Ensaios Triaxiais
Consolidados Não Drenados).
Da mesma forma que nos ensaios drenados apresentados no item (6.2.1).
Nos ensaios não drenados, não foi notada a presença de picos de resistência, indo
de encontro ao esperado devido ao fato de terem sido observadas cimentações nas
análises de microscopia óptica. Acredita-se que tal cimentação tenha sido
danificada pelo processo de secagem a que o material foi submetido durante a
estocagem do mesmo na câmera úmida do Laboratório de Geotecnia e Meio
CIU 50 III
CIU 200 II
CIU 300 I
CIU 25 IV
CIU 50 III
CIU 200 II
CIU 300 I
CIU 25 IV
(a)
(b)
99
Ambiente da PUC-Rio, no período de 1999 (data de amostragem) e 2007 (início
dos presentes ensaios).
Seguem representadas na Figura 6.6 as trajetórias de tensões dos ensaios
triaxiais de cisalhamento sob condição não drenada com um ajuste linear para a
envoltória de resistência.
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500
s ' (K Pa)
t (K
Pa)
C IU 300 II
C IU 200 III
C IU 25 IV
C IU 50 III
300 CIU
200 CIU
50 CIU
25 CIU
Figura 6.6 – Trajetória de Tensão (Ensaios Triaxiais Consolidados Não Drenados).
6.3. Ensaios Triaxiais Realizados com Controle de Tensões
Todos os cinco ensaios realizados no equipamento triaxial com controle de
trajetórias de tensões foram executados na condição drenada.
Duas condições de carregamento foram estudadas, para tanto foi realizada
uma série de três ensaios de carregamento axial seguido de aumento de poro
pressão até a ruptura, e outros dois ensaios, com trajetória de tensão vertical no
plano s’:t (s’ constante).
Para melhor análise dos resultados será apresentado separadamente cada
grupo de ensaios.
CIU 50 III
CIU 200 II
CIU 300 I
CIU 25 IV
100
6.3.1. Ensaios Trajetória de Tensão – Aumento de Poro-pressão
Para execução destes ensaios foi programada uma rotina de aplicação de
pressões, a qual em seu estagio inicial aplicou um aumento de tensão desviadora
na condição de s’ constante. Após o valor de t ter alcançado, para os referentes
ensaios, os valores de 30, 60 e 75 kPa dava-se inicio ao novo estágio onde ocorria
a aplicação de poro-pressão, seguindo uma taxa que possibilitava o controle de t
na condição de constância até a ruptura.
Na Figura 6.7 estão representadas as curvas referentes à σd : εaxial e,
respectivamente, à εvolumétrica : εaxial.
O comportamento do solo às trajetórias de tensões programadas pode ser
observado na Figura 6.8. Os “picos” de tensão e de deformação volumétrica não
indicam a ruptura dos corpos de prova e sim o momento em que o equipamento
para de aplicar acréscimos de tensão desviadora e inicia o estágio de aumento de
poro-pressão até a ruptura com tensão desviadora constante.
101
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
εaxial (%)
σd
(KPa
)220‐75
125‐60
125‐30
Figura 6.7 – Comparação entre as curvas σd : εaxial com εvolumétrica :εaxial (Ensaios
Triaxiais Consolidados Drenados com Controle da Trajetória de Tensões).
220‐75 XIII
125‐60 XII
125‐30 XI
220‐75 XIII
125‐60 XII
125‐30 XI
(a)
(b)
102
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500
s ' (K Pa)
t (K
Pa)
125‐60
125‐30
220‐75
220‐75
125‐60
125‐30
Figura 6.8 – Trajetória de Tensão (Ensaios Triaxiais Consolidados Drenados com Controle
da Trajetória de Tensões).
Analisando as deformações volumétricas apresentadas nestes ensaios
(Figura 6.7-b) é possível notar que no primeiro estágio (i.e. aumento de t), as
amostras indicam um comportamento compressivo enquanto que no estágio
seguinte apresentam expansão. Este último comportamento se deve à trajetória de
aumento de poro-pressão aplicada, que impõe um aumento do volume de água no
corpo de prova.
Através das trajetórias de tensões dispostas na Figura 6.8 é possível o ajuste
de uma envoltória de resistência linear.
6.3.2. Ensaios Trajetória de Tensão – s’ Constante
Nestes ensaios foi buscada a condição de acréscimo de t mantendo-se o
valor de s’ constante até a ruptura. A trajetória vertical representa um
descarregamento lateral com aumento de tensão desviadora, mantendo-se
constante o nível médio de tensões.
220‐75 XIII
125‐60 XII
125‐30 XI
220‐75 XIII
125‐30 XI
125‐60 XII
103
Na Figura 6.9 são apresentados o comportamento mecânico em termos de
tensão desviadora e deformação volumétrica relacionados à deformação axial.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
εaxial (%)
σd
(KPa
)
250 s '
75 s '
-1
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15εaxial (%)
ε vol
umét
rica
(K
Pa)
250 s '
75 s '
Expa
nsão
Com
pres
são
Figura 6.9 – Comparação entre as curvas σd : εaxial com εvolumétrica :εaxial (Ensaios
Triaxiais Consolidados Drenados com Controle da Trajetória de Tensões – s’ cte.).
Para os ensaios realizados com o valor de s’ constante, foram seguidas as
envoltórias de tensões da Figura 6.10. O comportamento que a trajetória de
tensões segue após a ruptura decorre da tentativa do equipamento servo
controlado de manter o valor de s’ constante.
S’250 XIV
S’75 XV
S’250 XIV
S’75 XV
(a)
(b)
104
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500
s ' (K Pa)
t (K
Pa)
s ' 75 X IV
s ' 250 XV
250 s '
75 s '
Figura 6.10 – Trajetória de Tensão (Ensaios Triaxiais Consolidados Drenados com Controle
da Trajetória de Tensões – s’ cte.).
Com relação à análise da Figura 6.9 é notável nestes ensaios a ausência de
picos de resistência e que a ruptura foi governada pela dilatância.
6.4. Determinação do Módulo Inicial
Através da análise dos gráficos de tensão desviadora versus deformação
axial, foi determinado o Módulo Inicial para cada ensaio. Para tanto, foi utilizado
além do transdutor de deslocamento LSCDT o medidor de deformação axial
interna tipo Imperial College.
A Tabela que segue relaciona os ensaios monitorados com a utilização do
medidor de deformação axial tipo Imperial College. Tabela 6.3 – Relação de ensaios instrumentados com Eletronível.
Ensaios com Monitoramento utilizando Eletronível
CIU CID Deformação
Controlada Todos Indeformados
CD 75 / 150
Remoldados
Nenhum
S’ constante Excesso de poro-pressão Tensão
Controlada Todos Todos
S’250 XIV
S’75 XV
105
Seguindo a metodologia de apresentação de resultados utilizada nos itens
anteriores, serão expostos os resultados separadamente, conforme a Tabela 6.3.
Com o intuito de minimizar uma potencial influência causada por diferenças
nos índices de vazios nos resultados, optou-se por normalizar os módulos inicias
por (1+eo). Nos gráficos a seguir, que comparam os Módulos Iniciais
correlacionados às tensões de adensamento, o índice N nas legendas refere-se aos
valores dos Módulos Iniciais normalizados.
6.4.1. Módulo Inicial para os Ensaios Consolidados Drenados
Neste item serão relacionados os ensaios triaxiais consolidados drenados
realizados em amostras não amolgadas e remoldadas.
Dentre os ensaios realizados na condição consolidada drenada somente os
ensaios realizados com corpos de prova indeformados foram monitorados com o
auxílio dos eletroníveis.
Nos ensaios triaxiais com corpos de prova indeformados foram registradas
as leituras do eletronível somente para os realizados com respectivas tensões de
adensamento de 75 e 150 kPa. O ensaio com tensão de adensamento de 125 kPa
foi instrumentado, porém ocorreram problemas que ocasionaram na perda destes
dados.
Foram determinados os Módulos Iniciais para os ensaios realizados com
corpos de prova remoldados utilizando-se somente a medida de deformação axial
fornecida pelo LSCDT. Os resultados desta análise estão dispostos na Figura 6.12.
Na Figura 6.11 são comparados os valores dos módulos provenientes das
análises das deformações axiais mensuradas utilizando os eletroníveis e os
transdutores de deslocamento LSCDT normalizados e não normalizados
respectivamente.
106
0.E+00
1.E+04
2.E+04
3.E+04
4.E+04
5.E+04
6.E+04
7.E+04
8.E+04
9.E+04
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325Tensão Confinante (KPa)
Mód
ulo
Inic
ial
CD LSCDT
CD Eletronível
CD Eletronível N.
CD LSCDT N.
Figura 6.11 – Comparação entre Módulos Iniciais para ensaios CD.
0.E+00
1.E+04
2.E+04
3.E+04
4.E+04
5.E+04
6.E+04
7.E+04
8.E+04
9.E+04
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325Tensão Confinante (KPa)
Mód
ulo
Inic
ial
CDR LSCDT
CDR LSCDT N.
Figura 6.12 – Comparação entre Módulos Iniciais para ensaios CDR.
107
6.4.2. Módulo Inicial para os Ensaios Consolidados Não Drenados
Observando os módulos iniciais determinados para os ensaios consolidados
não drenados dispostos na Figura 6.13 é possível notar a influência do índice de
vazios quando se normaliza os ensaios CIU LSCDT. Isto está evidenciado pela
diferença de inclinação entre as linhas de tendência dos módulos iniciais.
0.E+00
2.E+04
4.E+04
6.E+04
8.E+04
1.E+05
1.E+05
1.E+05
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325Tensão Confinante (KPa)
Mód
ulo
Inic
ial
CIU Eletronível
CIU LSCTD
CIU Eletronível N.
CIU LSCTD N.
Figura 6.13 – Comparação entre Módulos Iniciais para ensaios CIU.
6.4.3. Módulo Inicial para os Ensaios com Controle de Trajetória de Tensões
Neste item serão apresentados juntamente os resultados dos valores dos
módulos iniciais para os ensaios de aumento de poro-pressão e s’ constante.
Para os ensaios de aumento de poro-pressão seu comportamento com
relação ao Módulo Inicial esta apresentado na Figura 6.14.
108
0.E+00
1.E+04
2.E+04
3.E+04
4.E+04
5.E+04
6.E+04
7.E+04
8.E+04
9.E+04
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325Tensão Confinante (KPa)
Mód
ulo
Inic
ial
APP Eletronível
APP LSCTD
APP LSCDT N.
APP Eletronível N.
Figura 6.14 – Comparação entre Módulos Iniciais para ensaios de descarregamento
lateral.
Na Figura 6.15 estão os resultados obtidos para os ensaios que sofreram
cisalhamento sobre a trajetória com o valor de s’ constante.
0.E+00
1.E+04
2.E+04
3.E+04
4.E+04
5.E+04
6.E+04
7.E+04
8.E+04
9.E+04
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325Tensão Confinante (KPa)
Mód
ulo
Inic
ial
s' LSCDT
s' Eletronível
s' Eletronível N.
s' LSCDT N.
Figura 6.15 - Comparação entre Módulos Iniciais para ensaios com s’ constante.
109
6.5. Análise Conjunta dos Resultados
De modo a complementar os resultados anteriormente apresentados, será
realizada, a seguir, uma análise conjunta dos ensaios quanto a Resistência e aos
Módulos Iniciais.
6.5.1. Resistência
6.5.1.1. Ensaios Drenados e Não Drenados
Como era de se esperar baseado no descrito na literatura (e.g. Atkinson &
Bransby, 1978), os ensaios consolidados drenados e não drenados apresentam
uma envoltória de resistência única. Conforme é possível de ser observado no
ajuste realizado na Figura 6.16, tal envoltória é linear.
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500
s ' (K Pa)
t (K
Pa)
C ID 75 VII
C ID 150 V
C IU 300 I
C IU 200 II
C IU 25 IV
C IU 50 III
C IDR 200 VIII
C IDR 125 IX
C ID 125 VI
C IDR 50 X
Figura 6.16 – Envoltória Única de Resistência.
Os parâmetros de resistência correspondentes a esta envoltória estão
dispostos na Tabela 6.4.
Envoltória Única
110
Tabela 6.4 – Valores dos Parâmetros de Resistência.
Parâmetros de Resistência
a (kPa) α (Graus) c’ (kPa) Ø’ (Graus)
6.0 27.9 7.0 31.9
6.5.1.2. Ensaios Drenados com Amostras Não Amolgadas e Remoldadas
Analisando o comportamento dos ensaios drenados quanto à envoltória de
resistência é possível notar claramente a existência de um ajuste linear entre os
ensaios tanto com amostras não amolgadas quanto com remoldadas (Figura 6.17).
Este comportamento sugere que o processo de secagem dos corpos de prova
ocasionou desestruturação do material. Pois era de se esperar que a resistência
relacionada aos corpos de prova indeformados fosse maior em se considerando a
existência de cimentação. Esta constatação ficará mais evidenciada na análise
realizada no item 6.5.1.4.
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500
s ' (K Pa)
t (K
Pa)
C ID 75 X II
C ID 150 X I
C IDR 200 VIII
C IDR 125 IX
C ID 125 VI
C IDR 50 X
125 R emoldado
50 R emoldado
75 Indeformado
125 Indeformado
150 Indeformado
200 R emoldado
Figura 6.17 – Trajetória de Tensões dos Ensaios Drenados.
Envoltória Única
CID 75 XII
CID 150 XI
CID 125 IX
CIDR 125 IX
CIDR 200 VIII
CIDR 50 X
111
6.5.1.3. Ensaios com s’ Constante e Aumento de Poro-Pressão (APP)
Para o gráfico da Figura 6.18 existem duas trajetórias que descrevem cada
tipo de ensaio executado. Os ensaios com s’ constante seguem a envoltória única
descrita no item 6.5.1.1. Entretanto, os ensaios de aumento de poro-pressão
apresentaram uma envoltória deslocada para cima na ordem de 10 kPa. No caso, é
aparente um aumento do intercepto coesivo, com o ângulo de atrito permanecendo
aproximadamente constante (ver Tabela 6.5).
Resultados semelhantes a estes foram descritos por Ng & Petley (2006),
onde também através de ensaios com trajetória de tensões na condição de
acréscimo de poro-pressão notou-se um ganho de resistência. Estes pesquisadores
buscaram em seu trabalho estudar o comportamento de um solo residual
proveniente de Hong Kong a diferentes taxas de pluviosidade. Para tanto,
realizaram 3 ensaios triaxiais na condição CID e 10 APP. Os parâmetros de
resistência encontrados para os ensaios CID foram ∅’=29o e c’=8.3 kPa e para os
ensaios realizados com aumento de poro pressão ∅’=30,7o e c’=14,1 kPa. Da
mesma forma os valores do intercepto coesivo se mantiveram muito próximos e
os valores de coesão efetiva diferiram na casa de 5 kPa. Os referidos autores não
discutiram as possíveis causas desta diferença entre os parâmetros de resistência
dos ensaios APP para os demais.
Explicações teóricas para este comportamento a princípio não foram
encontradas. Considerando que todos estes ensaios foram executados no mesmo
equipamento e usando os mesmos transdutores, não é de se esperar que eventuais
problemas de calibração pudessem ter interferido nestes resultados.
Considerando que o aumento das poro-pressões foi efetuado a uma
velocidade de carregamento aleatoriamente definida, acredita-se que possa ter
ocorrido um erro experimental oriundo de uma medição de poro-pressão não
representativa nos ensaios APP. Em outras palavras, podem ter sido realizadas
leituras de poro-pressão na base que fossem menores das exercidas a meia altura
do corpo de prova. Sugerindo assim que a tensão efetiva fosse maior, o que
justificaria o deslocamento da trajetória de tensão para a esquerda. Para validar
esta justificativa é necessária a execução de ensaios com medição de poro-pressão
na parte média do corpo de prova.
112
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500
s ' (K Pa)
t (K
Pa)
s ' 75 X IV
s ' 250 XV
125‐60 X I
125‐30X II
220‐75 X III
Figura 6.18 – Trajetória de Tensões dos Ensaios s’ constante e APP.
Tabela 6.5 – Valores dos Parâmetros de Resistência APP.
Parâmetros de Resistência APP
a (kPa) α (Graus) c’ (kPa) Ø’ (Graus)
16.0 27.2 18.7 31.0
6.5.1.4. Comparação com Solo Estruturado
Cabe a este item a comparação entre a envoltória de resistência encontrada
no presente trabalho com a apresentada no estudo desenvolvido por Oliveira
(2000). Vale salientar que os ensaios executados na presente dissertação foram
realizados em blocos amostrados para o primeiro estudo no ano de 1999.
Como mencionado no capítulo 4, item 4.2.4, os blocos estavam envoltos em
filme de PVC, papel alumínio, talagarça e parafina e acondicionados na câmara
úmida do Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio. Porém, apesar
dos cuidados despendidos as propriedades relacionadas à umidade não foram
mantidas.
Envoltória Geral
Envoltória APP
113
Analisando a Figura 6.19 nota-se a diferença de comportamento entre a
envoltória definida por Oliveira (2000), representada pela linha cheia, em relação
à definida no presente trabalho, representada pela linha tracejada. Esta diferença
de comportamento evidencia a perda de cimentação devido ao processo de
secagem. Tal possibilidade já fora levantada na comparação dos resultados dos
ensaios executados nas amostras indeformadas e amolgadas (ver item 6.5.1.2).
A diferença entre os valores de resistência na ruptura quando comparadas a
envoltórias chegou ao máximo de 60 kPa. Esta diferença ressalta a importância
em termos de resistência que a cimentação exercia sobre o solo antes do processo
de secagem.
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500
s' (K P a )
t (KPa)
C ID 75 VIIC ID 150 VC IU 300 IC IU 200 IIC IU 25 IVC IU 50 IIIC IDR 200 VIIIC IDR 125 IXC ID 125 VIC IDR 50 Xs ' 75 XIVs ' 250 XV125‐60 XI125‐30XII220‐75 XIIIE . R . Anterior
Figura 6.19 – Trajetória de Tensões Comparada com Estudos Anteriores.
Analisando os resultados dos ensaios realizados no presente trabalho é
possível através da linha tracejada (i.e. Envoltória Geral) Figura 6.19 notar o bom
ajuste linear entre as diferentes trajetórias de tensões empregadas (ensaios CIU,
CID com amostras indeformadas, CID com amostras remoldadas e ensaios com
controle de s´ constante).
Oliveira 2000
Envoltória Geral
114
Baseado nas definições propostas por Atkinson & Bransby (1978), que
seguem expostas Capítulo 2 item 2.2, acredita-se que a linha tracejada (Envoltória
Geral) esteja também representando a linha de estado crítico (CSL).
6.5.2. Módulo Inicial
6.5.2.1. Efeito do Índice de Vazios
Analisando o gráfico da Figura 6.20 é possível, através da comparação entre
os resultados normalizados e não normalizados, verificar a influência do índice de
vazios nos valores dos Módulos Iniciais. Apesar dos índices de vazios estarem
muito próximos, a normalização dos valores ocasiona uma melhora na definição
da linha de tendência dos Módulos Inicias com o aumento da tensão efetiva de
adensamento.
Com o intuito de eliminar esta influência, nas análises seguintes serão
utilizados somente os valores dos Módulos Iniciais Normalizados.
É possível também através da análise do gráfico da figura 6.20 notar a razão
entre os valores dos Módulos Iniciais na casa de duas vezes.
Conforme mencionado por Marinho (1986), a razão entre os valores dos
Módulos Iniciais determinados utilizando-se Eletroníveis em relação aos
determinados com LSCDT podem chegar à casa de seis vezes.
115
0.0E+00
2.0E+04
4.0E+04
6.0E+04
8.0E+04
1.0E+05
1.2E+05
1.4E+05
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325Tensão Efetiva de Adensamento (KPa)
Mód
ulo
Inic
ial
C IU L S C DT
C IU L S C DT Normalizado
C IU E letronível
C IU E letronível Normalizado
Figura 6.20 – Efeito do Índice de Vazios nos Módulos Iniciais.
6.5.2.2. Ensaios Drenados com Amostra Indeformada e Remoldada
O comportamento quanto aos Módulos Inicias provenientes dos ensaios
realizados em amostra não amolgadas e remoldadas é bastante similar.
Infelizmente, como mencionado anteriormente, os ensaios remoldados não foram
instrumentados com os eletroníveis. Porém, através de uma analogia com o
comportamento entre os módulos oriundos das deformações medidas com o
LSCDT, é possível prever que o comportamento se mantenha o mesmo.
Na Figura 6.21 estão representados os Módulos Iniciais relacionados às
respectivas tensões efetivas de adensamento. As linhas tracejadas indicam as
tendências entre os Módulos Iniciais Normalizados.
A proximidade dos valores dos Módulos Iniciais nos ensaios realizados com
amostras amolgadas e não amolgadas representa mais um indício da perda de
cimentação do solo. Pois era de se esperar que a relação entre os valores dos
Módulos Iniciais fosse maior, baseando esta análise ao fato de que os solos
cimentados apresentam maior rigidez quando comparados aos desestruturados
(i.e. amolgados).
116
0.0E+00
5.0E+03
1.0E+04
1.5E+04
2.0E+04
2.5E+04
3.0E+04
3.5E+04
4.0E+04
4.5E+04
5.0E+04
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225Tensão Efetiva de Adensamento (KPa)
Mód
ulo
Inic
ial
C ID E létronivel Normaliz ado
C ID LS C DT Normaliz ado
C ID R LS C DT Normaliz ado
Figura 6.21 – Módulos Iniciais dos Ensaios Drenados Remoldado e Indeformado.
6.5.3. Ensaios com s’ Constante e Aplicação de Poro-Pressão (APP)
Para efeito de análise dos Módulos Iniciais os ensaios s’ constante e APP
são considerados como sendo do mesmo tipo, pois em seus estágios iniciais
seguiu-se a mesma trajetória de tensões com s’ constante e acréscimo de t. No
gráfico da Figura 6.22 encontram-se agrupados os resultados de tais ensaios, bem
como os dos ensaios CIU e CID convencionais.
Observa-se na Figura 6.22 uma grande influência da trajetória de tensões
nos Módulos Iniciais, com os correspondentes aos ensaios convencionais sendo
cerca de 2,5 a 3 vezes maiores que os advindos dos ensaios iniciados com s’
constante.
117
0.0E+00
1.0E+04
2.0E+04
3.0E+04
4.0E+04
5.0E+04
6.0E+04
7.0E+04
8.0E+04
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325Tensão Efetiva de Adensamento (KPa)
Mód
ulo
Inic
ial
CiD ELETRONÍVEL N.
CIU ELETRONÍVEL N.
s' cte ELETRONÍVEL N.
APP ELETRONÍVEL N.
Figura 6.22 – Módulos Iniciais dos Ensaios Drenados sob trajetória de tens.
7 Desenvolvimento de Equipamento Triaxial Não Saturado
O presente capítulo apresenta o desenvolvimento do equipamento triaxial
para ensaios na condição não saturada, confeccionado na Oficina do Laboratório
de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio.
Trata-se de um equipamento Triaxial servo controlado, parcialmente
automatizado, que possibilita tanto a execução de ensaios com tensão, quanto com
deformação controlada. Podendo ainda se trabalhar na condição saturada ou não
saturada. Para este último caso está equipado com um sistema de controle de
sucção e medição de variação de volume total. O conjunto de controle e aquisição
de dados utilizados foi desenvolvido na Imperial College. Este equipamento foi
projetado para trabalhar com amostras de quatro por oito polegadas com medição
de deformação axial interna e com medição do módulo inicial utilizando Bender
Elements.
Basicamente podemos dividir a equipamento em três partes que seriam a
parte de aquisição de dados e comando a segunda o sistema de aplicação de
pressões e a terceira fechando o ciclo a instrumentação, que afere as ações
realizadas e fornece subsidio a novos comandos. Na Figura 7.1 abaixo segue uma
representação do ciclo de controle do equipamento.
Figura 7.1 – Ciclo de Controle.
119
Na seqüência esta representada, de maneira esquemática, o equipamento
desenvolvido. A descrição dos componentes será o objeto dos itens seguintes
deste capítulo.
Figura 7.2 – Equipamento Triaxial Não Saturado.
120
Quadro 7.1 – Convenção das Linhas.
Legenda:
1. Câmara Dupla em Nylon.
2. Top em PVC.
3. Câmara externa em acrílico reforçada.
4. Conjunto: Top Cap + Base com PCAEA + “Solo”.
5. Tampa da Câmara Triaxial.
6. Base Superior da Câmara.
7. Base Inferior da Câmara.
8. Base da Prensa Conexões.
9. Reservatório de Aplicação de Tensão Axial.
10. Pistão da Prensa.
11. Borracha de vedação da Bellofram.
12. Sistema de Medição de Variação de Volume Total do Corpo de Prova.
13. Sistema de Medição de Variação de Volume de Água Aplicada ao Corpo
de Prova.
14. Interface Ar/Água
15. Aquisição de Dados.
16. Computador para Tratamento dos Dados e Comando.
17. Box 1 – Responsável pela Aplicação de Ar no Topo da Amostra.
18. Box 2 – Responsável pela tensão desviadora.
19. Box 3 – Responsável pela Aplicação de Água no Corpo de Prova.
20. Transdutor de pressão – Afere a Pressão de Ar Aplicada no Topo da
Amostra.
121
21. Transdutor de pressão – Afere a Pressão de Água Aplicada no Corpo de
Prova.
22. Transdutor de pressão – Afere a Tensão Confinante.
23. Célula de carga.
24. LSCDT – Medidor de Deformação Axial.
25. LSCDT – Sensor do Sistema de Medição de Variação de Volume de Água
Aplicada na Amostra.
26. Eletroníveis - Medição de Deformação Axial Interno.
27. Válvula Reguladora de Pressão – Responsável Pela Aplicação da Tensão
Confinante.
7.1. Descrição do Equipamento
A apresentação do equipamento será dividida em partes, para um melhor
entendimento. Serão apresentados inicialmente os componentes mecânicos da
prensa triaxial, correspondentes aos itens 1 ao 11 da legenda. Em seguida será
descrito o sistema de medição de variação de volume desenvolvido.
A Figura a seguir mostra o referido equipamento.
Figura 7.3 – Visão Geral do Equipamento Triaxial para Ensaios Não Saturados.
122
7.1.1. Câmara Triaxial
Como em ensaios triaxiais não saturados a medição da variação de volume
total do corpo de provas é realizada através da variação de volume da água
confinante, a rigidez da célula triaxial é muito importante. Para tanto na tentativa
de suprimir a dilatação, facilmente constatada em sistemas que se utilizam de
câmaras simples, foi introduzido o conceito da câmara dupla.
A técnica da câmara dupla consiste em se utilizar duas câmaras como
mostrado na Figura 7.4, onde através da pressurização da célula exterior à mesma
pressão que a célula interna, pode-se de maneira eficaz considerar a parede da
câmara interna infinitamente rígida. Solucionando assim o efeito da dilatação e
possibilitando uma medição de variação de volume de maneira mais eficiente.
Figura 7.4 – Detalhe Câmara Dupla.
A câmara dupla utilizada no equipamento desenvolvido foi gerada a partir
de um tarugo de nylon o qual foi usinado na oficina do Laboratório de Geotecnia
e Meio Ambiente da PUC-Rio. A escolha do material foi realizada levando em
consideração as propriedades mecânicas, peso e custo.
Em conjunto com a câmara dupla foi utilizada uma câmara externa em
acrílico [3], A qual foi reforçada utilizando-se uma fita da 3M. Esta fita adesiva é
Câmara ExternaCâmara Dupla
123
reforçada com filamentos de poliéster que fornecem alta tensão de ruptura, alta
resistência ao impacto e alta resistência ao corte. O filme de poliéster proporciona
excelente resistência à abrasão, umidade e desgaste.
Para o fechamento da célula triaxial foram confeccionadas 3 peças em
duralumínio naval liga 5052F, itens 5, 6 e7.
Na tampa da prensa triaxial [5] foram realizados dois furos com posterior
instalação de conexões para a instalação de um ponto onde será aplica a pressão
de ar que irá conferir a tensão confinante e mais um ponto sobressalente. Tanto a
base superior quanto a inferior foram totalmente produzidas e projetadas na
presente dissertação. Os projetos encontram-se em anexo.
Este conjunto de peças [5, 6 e 7] em duralumínio possuem canaletas
projetadas pra receber anéis o’rings os quais a partir da aplicação de tensão
proveniente do aperto das porcas dos tirantes laterais conferem a vedação do
conjunto. No total foram utilizados cinco anéis o’rings sendo que quatros destes
são responsáveis pela vedação da câmara triaxial com o exterior e o restante
realiza a vedação da câmara dupla. Os anéis o’rings podem ser vistos na fig 7.2
representados pela cor verde.
Para a adequação da prensa preexistente a nova câmara triaxial
desenvolvida, foi necessária à adaptação da peça [8]. Esta peça é de suma
importância para o entendimento do funcionamento do equipamento, pois é por
ela que foram realizadas as entradas das tubulações até o interior da câmara
triaxial. Foram realizados um total de 8 acessos, cuja finalidades estão dispostas
na Tabela 7.1.
Tabela 7.1 – Relação de Acessos Câmara Triaxial.
Acessos Finalidade
1 Aplicação de Pressão de ar na topo da amostra
2 Drenagens da base do corpo de prova
2 Instrumentação eletroníveis (medição de deformação interna)
1 Comunicação com o sistema de medição da variação volumétrica total
2 Acessos sobressalentes para futuras instrumentações (Bender Element)
124
A Figura 7.5 ilustra dois acessos descritos acima bem como o conjunto de
vedação desenvolvido para o equipamento.
Figura 7.5 – Acesso de tubulações a Câmara Triaxial.
A vedação é conferida por um conjunto de porca e anilha em latão. A
passagem do tubo pela peça em latão permite com que a tubulação entre no
equipamento sem que ocorram vazamentos.
Fechando os componentes da câmara triaxial vem o conjunto [4] formando
pelo top cap em acrílico e a base onde o corpo de prova será disposto. A Figura
7.7 representa estas peças. Na parte superior estão dispostos o top cap, o engate da
para a célula de carga e a pedra porosa. O top cap foi projetado para na sua parte
superior receber uma peça em latão no formato de cruz que quando rotacionada
em seu eixo permite o acoplamento de célula de carga ao top cap e ao corpo de
prova. Da lateral do top cap indo em direção ao centro foi projetado um canal que
irá permitir a aplicação de pressão de ar no topo do corpo de prova.
Na base deste conjunto encontra-se o pedestal sobre no qual esta inserida a
pedra cerâmica de alta entrada de ar com capacidade de três Bar. No pedestal,
confeccionado em duralumínio, foi desenvolvida uma serie de canais que
permitem a aplicação uniforme de pressão de água por sob a pedra cerâmica de
Pontos de Acesso
Conjunto de Vedação
Fixação dos Transdutores de Pressão
Dreno de Ar
8
125
alta entrada de ar. Como indicado na Figura ainda foram projetados dois locais
onde serão conectadas as tubulações de drenagem de água.
Fechando assim este conjunto teremos o top cap onde aplicaremos pressão
de ar e o pedestal onde será aplicada pressão de água, esta configuração permite o
controle de sucção, pois por definição a sucção é a diferença entre a pressão de
água menos a pressão de ar.
Figura 7.6 – Top cap e pedestal.
Pedestal Top Cap
Pedra Cerâmica de Alta Entrada de Ar - 3 Bar
126
Figura 7.7 – Conjunto Top Cap e Pedestal.
7.1.2. Sistema de Medição de Variação de Volume Total
Nos sistemas triaxiais tradicionais, onde as amostras saturadas são testadas,
a medida da variação de volume do corpo de prova é realizada através de um
simples monitoramento da água que entra ou que deixa a amostra através de um
transdutor de medição de variação volume.
No entanto, em ensaios não saturados as medidas de variação de volume são
muito dificultadas em função da compressibilidade do ar. Pois o aumento da
pressão de confinamento numa amostra não saturada, fará com que ocorra um
movimento de água para fora da amostra sendo que ao mesmo tempo as
dimensões do corpo de prova irão mudar devido à compressão do ar contido nos
vazios.
Logo, para uma medida eficiente torna-se necessária à mensuração do
volume da água que deixa a amostra, bem como a mudança de volume total da
127
amostra. Com estas duas medidas, pela relação entre a variação de volume devido
à água que está sendo expulsa para fora da amostra, é possível determinar a
mudança de volume decorrente da compressibilidade do ar.
Para tanto foi desenvolvido um sistema composto por uma balança de
precisão e um reservatório em PVC que pode ser observado na Figura 7.9. O
funcionamento do sistema esta baseado na hidrostática (princípio de vasos
comunicantes) onde através da Lei de Stevin podemos afirmar que quando se tem
um único líquido em equilíbrio contido no recipiente:
1. A altura alcançada por esse líquido em equilíbrio, em diversos vasos
comunicantes é a mesma. Qualquer que seja a forma de seção do
ramo.
2. E para todos os pontos do líquido que estão na mesma altura obtêm-
se também a mesma pressão.
Em posse deste principio algumas considerações se tornaram necessárias
para o dimensionamento do sistema:
1. O volume de água confinante (Vc) não se altera durante o ensaio.
2. Os volumes que irão sofre variações serão provenientes da
compressão ou expansão do corpo de prova (Vcp) e da entrada ou
saída do pistão (Vp).
3. A variação de volume de corpo de prova será composta pela saída ou
entrada de água na amostra e pela compressão ou expansão do ar
contido na amostra.
Desta maneira podemos equacionar a variação de volume proveniente do
comportamento mecânico do ar incluso da seguinte maneira: VpVcpVcVt ++= eq. 7.1
Onde Vt corresponde ao volume total do sistema. Em se tratando desta
equação analisando em termos de variações simplificamos a parcela do volume
confinante a equação fica: VpVcpVt Δ+Δ=Δ eq. 7.2
Como o valor da variação de volume proveniente do pistão pode ser
facilmente determinado através de uma calibração que levara em consideração a
variação de volume total gerada em função do deslocamento proveniente do
pistão. Fica faltando à determinação da variação do volume do corpo de prova e
128
do volume total do sistema. A variação de volume do corpo de prova pode ser
descrita pela seguinte equação 7.3. VáguaVarVcp Δ+Δ=Δ eq. 7.3
Onde a medição de variação de volume decorrente da entrada e saída de
água do corpo de prova pode ser determinada facilmente com a utilização de um
transdutor.
Assim a variação de volume de ar na amostra é expressa pela equação 7.4. VáguaVcpVar Δ−Δ=Δ eq. 7.4
Desta forma a medição da variação de volume total torna-se o parâmetro
final necessário para se avaliar o comportamento de deformabilidade do solo.
A determinação da variação de volume total da amostra é realizada através
da relação quantidade de água que entra ou sai do reservatório disposto sobre a
balança de precisão. Esta variação é decorrente das alterações do volume tanto do
pistão que se desloca como pelas mudanças nas dimensões do corpo de prova.
Para a confecção do Medidor de Variação de Volume Total (MVVT) foi
utilizada uma balança da marca Marte modelo AL500 com três casas decimais,
sendo que sua capacidade máxima é de quinhentos gramas. Dentro desta limitação
foi desenvolvido o reservatório em PVC. O reservatório possui 350 gramas
limitando assim a capacidade de sistema em 150 gramas de água deslocada.
Visando amplificar a sensibilidade do sistema foi desenvolvida uma peça em PVC
[2] a qual foi presa na parte inferior da célula de carga. A amplificação é
alcançada, pois a peça em PVC diminui a área da seção fazendo com que o nível
de água confinante se eleve ou baixe mais para comportar a mesma variação de
volume. Desta forma a variação do volume de fluido deslocado para o
reservatório, disposto sobre a balança de precisão, aumenta.
129
Figura 7.8 – Sistema de Variação de Volume.
Figura 7.9 – Reservatório em PVC.
Uma calibração prévia do sistema foi realizada utilizando-se os materiais
mencionados na Tabela 7.2 e dispostos na Figura 7.8. Esta calibração não foi
realizada no equipamento triaxial desenvolvido mais sim em uma célula triaxial
convencional. Neste teste buscou-se o entendimento do sistema.
130
Tabela 7.2 – Relação de Materiais Utilizados para Calibração Prévia do MVVT.
Equipamento Característica / Função
Balança Precisão de 3 dígitos
Bureta Precisão de 1/10 ml
Câmara Triaxial Convencional
Aplicação de Pressão Reguladores de Ar comprimido
Interface Ar/Água Pressurização da Bureta
Corpo de Prova Confeccionado em espuma
O processo de calibração consistiu em aplicar uma pressão de ar (tensão
confinante) igual na célula Triaxial e no MVVT, de modo a garantir o princípio de
vasos comunicantes. Foi também aplicada uma contra-pressão, que permiti-se o
fluxo drenante na amostra.
Houve o monitoramento da variação de volume do corpo de prova através
da bureta bem como a variação de volume total via alteração da massa do contida
no reservatório sobre a balança. Logo, tentou-se correlacionar a variação de massa
medida na balança com a variação de volume na bureta.
Os resultados são condicionados à geometria do sistema, visto que a
sensibilidade esta diretamente correlacionada com a variação de nível da água
disposta no sistema de MVVT.
131
Figura 7.10 – Calibração do Sistema de Medição de Variação de Volume Total.
O gráfico da Figura 7.11 apresenta os resultados obtidos na calibração do
MVVT.
Figura 7.11 – Calibração do Sistema de Medição de Variação de Volume.
7.1.3. Sistema de Aquisição de Dados e Controle
O conjunto de equipamentos responsáveis pela aquisição de dados e
controle da prensa triaxial é semelhante ao já descrito no capítulo 4 item 4.2.2.6.
132
Trata-se do sistema de servo controle desenvolvido pela Imperial College
constituído por uma placa de aquisição de dados que realiza a conversão das
leituras dos sensores de analógica para digital. Os dados são enviados ao
computador via cabo serial RS232 onde através do software Triax5 são
processados e transformados em unidade de engenharia utilizando-se de equações
de calibração. Os comandos programáveis oriundos do software são enviados aos
sistemas de aplicação de pressão através da placa 8255 I/O com interface PCI. Os
procedimentos de programação de ensaios estão anexados à presente dissertação.
7.1.4. Sistema de Aplicação de Pressões
As pressões serão aplicadas e controladas pelo sistema apresentado na
Figura 7.12. Onde através de um motor de passo, alimentado pela placa de
conversão, gira o eixo da válvula de precisão no sentido necessário para que a
pressão requerida pelo software seja alcançada.
Figura 7.12 – Box (Controlador de Pressão).
O sistema da Imperial College dispõe de três caixas como a acima mostrada
que realizaram respectivamente a aplicação da tensão de ar no topo da amostra a
contrapressão e a tensão desviadora. Por meio deste sistema que a sucção será
controlada.
Entretanto, será necessário o uso de somente uma interface ar/água que irá
realizar o cambio entre a pressão de ar proveniente do sistema regulador de
pressão em pressão de água na câmara inferior da prensa hidráulica [9].
133
A aplicação de pressão confinante será dada através da pressurização da
célula triaxial como demonstrado na Figura 7.2. Diferentemente dos sistemas de
aplicação de pressões acima mencionados este será realizado manualmente
utilizando-se uma válvula reguladora de pressão. Esta prática será adotada tendo
em vista que durante a execução do ensaio a tensão confinante será constante.
7.1.5. Instrumentação
A instrumentação a ser utilizada no equipamento triaxial será apresentada na
seqüência de maneira esquemática referenciada à função em que será empregada.
As respectivas mensurações de poro-pressão, tensão confinante e pressão de
ar no topo da amostra serão realizadas através de transdutores de pressão da marca
Keller modelo PR-27W / 8763-15 que trabalha na faixa de pressão de 0 a 15 bar.
A especificação destes sensores são as mesmas dos já utilizados no Equipamento
de Tensão Controlada de Imperial College, o qual foi utilizado na presente
dissertação.
A medição do carregamento axial será realizada através de uma célula de
carga da Wikeham Ferrance com capacidade de 10 kN.
Para a medição da variação de volume e deslocamentos axiais serão
utilizados transdutores de deslocamento tipo LSCDT.
A realização da medição da deformação axial no corpo de prova em
pequenas deformações será realizada por um par de eletroníveis tipo Imperial
College, os quais foram desenvolvidos no laboratório de Geotecnia e Meio
ambiente da PUC-Rio.
De maneira complementar na determinação dos módulos iniciais de
deformações, será implementada a instalação do Bender Element. Para tanto, foi
encomendada a fabricação de um conjunto de top cap e pedestal com as referidas
instrumentações.
No sistema de medição de variação de volume total como já mencionado foi
utilizada uma balança de precisão da marca marte com precisão de três casas
decimais.
134
Todos os sensores mencionados com exceção da balança digital de precisão
serão conectados ao sistema de aquisição de dados mencionado no item anterior.
A balança será conectada ao computador através de um cabo RS232.
8 Conclusões e Sugestões para Futuros Trabalhos
8.1. Conclusões
Serão apresentadas considerações sobre a caracterização do solo, ensaios
realizados e desenvolvimento do equipamento triaxial para ensaios não saturados.
- Caracterização do solo:
• A técnica de porosimetria ao mercúrio mostrou-se muito importante
no auxílio da técnica do papel filtro de determinação da curva
característica. Visto que através da distribuição dos poros é possível
se prever o número de entradas de ar. Desta maneira intensifica-se
um número maior de pontos para melhor delinear a curva
característica;
• As fotos das laminas petrográficas obtidas com o Microscópio
Óptico Zeiss AxioPlan 2ie foram de suma importância para
determinação de características morfo-estruturais do solo. Através da
análise destas imagens foi possível visualizar a existência clara de
planos de orientações provenientes da rocha de origem, além
cimentações com óxido e ferro provenientes do intemperismo da
Biotita e do alto grau de intemperismo em que o solo se encontra;
• O método de análise digital de imagens mostrou-se ser uma
ferramenta poderosa na contagem de vazios das lâminas
petrográficas. Seu entendimento ainda não é completo, bem como
sua metodologia na aplicação de filtros para identificação dos vazios
não está bem definida. Porém, mostra-se promissora sua utilização
para compreensão de características dos solos não saturados.
- Ensaios Triaxiais:
• A utilização dos eletroníveis desenvolvidos na PUC-Rio apresentou
bons resultados validando sua utilização. Estes sensores foram de
136
suma importância na determinação dos Módulos Iniciais para os
ensaios realizados;
• Através das análises das envoltórias de resistência proveniente dos
ensaios realizados comparando-se com os realizados por Oliveira
(2000), notou-se uma diferença considerável de resistência e
comportamento mecânico. Acredita-se que isso se deu em função do
processo de secagem que se instaurou nos blocos, condicionados na
câmara úmida, apesar dos cuidados tomados para que isso não
acontecesse;
• Validação do equipamento triaxial com controle de trajetória de
tensões da Imperial College visto que este equipamento apresentava
problemas de funcionamento. Para tanto, foi substituída a placa de
controle, os cabos de comunicação entre o computador e as caixas de
aplicação de pressão e a implementação do o uso do software Triax5
com interface Windows. Após todas estas alterações o equipamento
foi calibrado o comportamento do software, estudado e
posteriormente validado com os presentes ensaios apresentados.
- Desenvolvimento do Equipamento Triaxial para ensaios na condição não
saturada.
• O sistema de medição de variação de volume total apresentou, em
ensaio de calibração prévio, um bom funcionamento. A problemática
de se desenvolver um reservatório resistente a pressões na casa de
1000 kPa e que não tivesse massa superior a 350 g foi atendida com
êxito. Isto se deu com o desenvolvimento do recipiente (mencionado
no Capítulo 7) confeccionado em PVC;
• A utilização de software gráfico para modelagem em 3D agregou
muitas vantagens na etapa de definição dos projetos da câmara
dupla, pois foi possível simular várias alternativas de configuração
para o equipamento;
• A pesquisa de materiais alternativos na convecção da câmara dupla
resultou na escolha do nylon no lugar de duralumínio. Esta escolha
foi baseada nas propriedades mecânicas, peso e no custo do material.
137
8.2.Sugestões para Futuros Trabalhos
- Caracterização:
• Incorporar na metodologia da determinação da curva de retenção de
umidade a técnica de porosimetria ao mercúrio, com o intuito de se
determinar o número de entradas de ar em função da distribuição dos
poros;
• Intensificar estudos sobre a técnica de análise digital de imagem de
laminas petrográficas para estimar o índice de vazios e verificar a
possibilidade de se estar determinando o índice de vazios específicos
do material.
- Ensaios Triaxiais:
• Realização de ensaios triaxiais consolidados drenados em amostras
remoldadas com eletronível para verificação dos módulos iniciais.
- Desenvolvimento do Equipamento Triaxial para ensaios na condição não
saturada.
• Validação do equipamento, instalação da unidade de controle,
calibração, realização de ensaios.
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