Definição, fases do ensaio triaxial, equipamentos do ensaio triaxial, execução do ensaio triaxial

1. ENSAIO TRIAXIAL
Anderson Martins de Mello
André Souza Santos
Jelson Feitosa
Nelson Poerschke

2. O ensaio de compressão triaxial é um dos mais confiáveis
métodos disponíveis para a determinação dos parâmetros da resistência ao
cisalhamento. É usado amplamente para ensaios de pesquisa e
convencionais.
INTRODUÇÃO

3. Nesse ensaio, um corpo de prova de solo de cerca de 36 mm de
diâmetro e 76 mm de comprimento geralmente é utilizado. O corpo de
prova é envolvido por uma fina membrana de borracha e colocado dentro
de uma câmara cilíndrica que é normalmente preenchida com água ou
glicerina. O corpo de prova é submetido a uma pressão de confinamento
por compressão do fluido na câmara.

4. Para provocar a ruptura por cisalhamento no corpo de prova,
deve-se aplicar uma tensão axial por meio de uma haste de carregamento
vertical. Essa tensão pode ser aplicada em uma de duas formas:
a. Aplicação de pesos ou pressão hidráulica em incrementos
iguais até que o corpo de prova rompa. (A deformação axial do corpo de
prova resultante da carga aplicada por meio da haste é medida por meio de
um extensômetro.
b. Aplicação da carga axial a uma taxa constante por meio de
uma prensa de carregamento mecânica ou hidráulica. Esse é um ensaio de
deformação controlada.

5. A carga axial aplicada pela haste de carregamento
correspondente a uma dada deformação axial é medida por um anel
dinamométrico ou célula de carga fixada à haste.
As conexões para medir a drenagem interna ou externa ao
corpo de prova ou para medir a poropressão (de acordo com as condições
de ensaio) também são fornecidas. Os três tipo-padrão de ensaios triaxiais
relacionados a seguir são geralmente realizados.
Ensaio adensado drenado ou ensaio drenado (ensaio CD).
Ensaio adensado não-drenado (ensaio CU).
Ensaio não-adensado não-drenado ou ensaio não-drenado
(ensaio UU).

6. Prensa de compressão;
Unidade de controle de pressões;
Compressor;
Reservatório de água desgazificada; e
Microcomputador (monitoramento e aquisição de dados automática).
EQUIPAMENTO

7. Figura 01: Prensa para ensaio de compressão
Fonte: http://www.perta.pt/produtos/ensaio-
de-compressao-marshall/

8. Figura 02: Prensa para ensaio de compressão
Fonte: Prof Dr Celso Augusto Guimarães Santos - UFPB

9. Figura 03: Prensa para ensaio de compressão
Fonte: Prof Dr Celso Augusto Guimarães Santos - UFPB

10. Figura 04: Equipamento completo para
ensaio de compressão
Fonte: Prof Dr Celso Augusto Guimarães
Santos - UFPB

11. No ensaio CD, o corpo de prova saturado é submetido primeiro
a uma pressão de confinamento em toda a sua volta, 3, por compressão do
fluido da câmara.
TIPOS DE ENSAIO TRIAXIAL
ENSAIO TRIAXIALADENSADO DRENADO (CD)

12. Neste ensaio há permanente drenagem do corpo de prova.
Aplica-se a tensão confinante (3) e espera-se o corpo de prova adensar
(24 a 48 horas). A seguir, a tensão axial (d) é aplicada lentamente,
permitindo a dissipação do excesso de pressão neutra (u) gerada pelo
carregamento (até uma semana).
Desta maneira a pressão neutra durante o carregamento
permanece nula e as tensões totais medidas são às tensões efetivas. Com o
objetivo de ilustrar o ensaio CD, a Figura 05 apresenta algumas curvas
características de cada etapa.

13. .
Figura 05: Ensaio triaxial drenado
adensado
Fonte: Fundamentos de Engenharia
Geotécnica - Braja M. Das

14. A figura 06 apresenta o envoltório de ruptura da tensão efetiva
a partir de ensaios drenados em areia e argila normalmente adensada.
Figura 06: Envoltória de ruptura da
tensão efetiva a partir de ensaios
drenados em areia
e argila normalmente adensada.
Fonte: Fundamentos de Engenharia
Geotécnica - Braja M. Das

15. O ensaio adensado não-drenado é o tipo mais comum de ensaio
triaxial. Nesse ensaio, aplica-se a tensão de confinamento permitindo-se a
drenagem do corpo de prova (adensamento), até a completa dissipação do
excesso de pressão neutra gerada pela aplicação da tensão confinante. Fecham-
se os registros do canal de drenagem e aplica-se a tensão axial (desviadora) até
a ruptura, medindo-se as pressões neutras geradas pelo carregamento (o teor de
umidade permanece constante na fase de cisalhamento).
ENSAIO TRIAXIALADENSADO NÃO DRENADO (CU)

16. As pressões medidas são
as tensões totais (), e com a
obtenção da pressão neutra (u),
determinam-se as tensões
efetivas pela expressão: ' =
–u.
Os padrões gerais de
variação de d e ud com a
deformação axial para solos de
areia e argila são mostrados na
figura.
Figura 07: Ensaio
adensado não-
drenado
Fonte:
Fundamentos de
Engenharia
Geotécnica - Braja
M. Das

17. A figura mostra os
círculos de Mohr da
tensão efetiva e total no
momento da ruptura
obtidos por ensaios
triaxiais adensados não-
drenados em areia e
argila normalmente
adensada.
Figura 08. Envoltórias de ruptura da tensão efetiva e total para
ensaios triaxiais adensados não-drenados.
Fonte: Fundamentos de Engenharia Geotécnica - Braja M. Das

18. Em ensaios não-adensados não-drenados, a drenagem do corpo de
prova do solo não é permitida durante a aplicação da pressão da câmara 3. O
corpo de prova do ensaio é cisalhado até a ruptura pela aplicação da tensão
desviadora, d, e a drenagem é impedida. Como a drenagem não é permitida
em nenhum estágio, o ensaio pode ser realizado rapidamente. Por causa da
aplicação da pressão de confinamento da câmara 3, a poropressão no corpo de
prova do solo aumentará de uc. Um aumento adicional na poropressão (ud)
ocorrerá por causa da aplicação da tensão desviadora. Portanto, a poropressão
total u no corpo de prova em qualquer estágio da aplicação da tensão desviadora
pode ser dada como u = u + ud.
ENSAIO TRIAXIAL NÃO ADENSADO NÃO DRENADO (UU)

19. Este ensaio normalmente é realizado em corpos de prova de argila e
depende de um conceito de resistência muito importante para solos coesivos se
o solo for completamente saturado. A tensão axial acrescentada durante a
ruptura (d)f é praticamente a mesma independentemente da pressão de
confinamento da câmara. Essa propriedade é mostrada na Figura 09. A
envoltória de ruptura para círculos de Mohr da tensão total torna-se uma linha
horizontal e, portanto, é chamada de uma condição de  = 0.

20. Figura 09: Círculos de Mohr da tensão total e envoltório de ruptura obtidos a partir de
ensaios triaxiais não-adensados não-drenados em solo coesivo 100% saturado.
Fonte: Fundamentos de Engenharia Geotécnica - Braja M. Das

21. Várias trajetórias de tensões;
Controle de drenagem;
Conhecimento do estado de tensão em qualquer plano;
O plano de ruptura não é pré-determinado; e
É possível a obtenção da pressão neutra em qualquer estágio do ensaio.
VANTAGENS E DESVANTAGENS ENSAIO TRIAXIAL
VANTAGENS

22. Custo relativamente elevado; e
Ensaio axi-simétrico (considera dois planos com mesmo estado de tensões).
DESVANTAGENS

23. - drenagem permitida em ambas as etapas;
- parâmetros buscados: resistência em termos de tensões efetivas;
- APLICAÇÃO: análise da resistência ao cisalhamento em solos
permeáveis.
TIPO DE ENSAIO X APLICAÇÃO
ENSAIO ADENSADO DRENADO (CD)

24. - drenagem permitida apenas na primeira etapa;
- parâmetros buscados: resistência em termos de tensões totais e efetivas; e
- APLICAÇÃO: análise a curto prazo da resistência ao cisalhamento de
solos de baixa permeabilidade consolidados.
ENSAIO ADENSADO NÃO DRENADO (CU)

25. - drenagem não permitida em ambas as etapas;
- resistência obtida em termos de tensões totais; e
- APLICAÇÃO: análise a curto prazo da resistência ao cisalhamento de
solos de baixa permeabilidade não consolidados.
ENSAIO NÃO ADENSADO NÃO DRENADO (UU)

26. É um ensaio de compressão confinada no qual se utiliza um corpo de prova
cilíndrico envolvido por uma membrana de látex.
O corpo de prova é inserido em uma câmara de acrílico transparente.
O espaço entre a membrana e a parede da câmara é preenchido com água
pressurizada produzindo a tensão de confinamento.
A prensa comprime o corpo de prova contra o pistão (ou êmbolo) com
velocidade constante, até a ruptura por cisalhamento.
Medidores associados ao pistão permitem medir:
• variação de altura da amostra ∆𝐻 ; e
• força axial atuante no pistão (N).
FASES DE EXECUÇÃO DO ENSAIO

27. Figura 10: Máquina Multiensaio Master Loader - Detalhe da prensa e pistão
Fonte: Ingeniería de control de calidad – disponível em
http://www.icc.com.ve/detalle.php?id=69702

28. Figura 11: Detalhe das válvulas “a”, “b”, “c” e “d”
Fonte: http://pt.slideshare.net/rogeriojms/mecsolos
A válvula “a” permite medir a
poropressão que atua no solo (u).
As válvulas “b” e d” permitem:
• Se abertas: Aliviar a
poropressão e medir a variação de
volume do solo ∆𝑉 .
• Se fechadas: Impor ∆𝑉 = 0.
A válvula “c” permite aplicar
uma tensão confinante de valor
conhecido (𝜎𝑐).

29. - Moldar um corpo de prova cilíndrico a partir de amostra indeformada; medir
V0 e H0.
- Envolver o corpo de prova com uma membrana de látex, instalar na câmara e
encher a câmara com água.
MOLDAGEM

30. Opção 01:
Utilizada quando for realizado o ensaio Consolidado Drenado (CD) (ensaio
lento).
Para solos de alta permeabilidade consolidados (adensados).
Mantendo a drenagem do corpo de prova aberta, aplicar 𝜎 𝐶 e aguardar o fim do
adensamento do corpo de prova (24 a 48 horas).
ADENSAMENTO OU CONSOLIDAÇÃO

31. Há permanente drenagem do corpo de prova.
Aplica-se a pressão confinante e espera-se que o corpo, com a dissipação da
pressão neutra, adense.
A seguir, a tensão axial é aumentada lentamente, para que a água sob pressão
possa sair. Desta forma, a pressão neutra durante todo o carregamento é praticamente
nula, e as tensões totais aplicadas indicam as tensões efetivas que estavam ocorrendo,
sendo portanto os parâmetros determinados em termos de tensões efetivas.
Se o solo for muito permeável (areias), o ensaio pode ser realizado em poucos
minutos, mas, para argilas, o carregamento axial pode requerer 20 dias ou mais.

32. Opção 02:
Utilizada quando for realizadoo ensaioConsolidado Não-Drenado (CU) (ensaio rápido).
Para solos de baixa permeabilidade consolidados (adensados).
Nesse ensaio, aplica-se a tensão de confinamento permitindo-se a drenagem do corpo de
prova (adensamento), até a completa dissipação do excesso de pressão neutra gerada pela
aplicação da tensão confinante. Fecham-se os registros do canal de drenagem e aplica-se a tensão
axial(desviadora) até a ruptura, medindo-se as pressões neutras geradas pelo carregamento.
Logo, após aplicar 𝜎3, fecha-se as válvulas de saída de água pelas pedras
porosas dando garantia da condição pré-estabelecida, independente da velocidade em
que essa carga axial seja aplicada.

33. Opção 03:
Utilizada para o ensaio Não-Consolidado Não-Drenado (UU) (ensaio rápido).
Para solos de baixa permeabilidade não-consolidados (não-adensados).
Mantendo a drenagem do corpo de prova fechada, aplicar 𝜎 𝐶 (tensão confinante).
As válvulas de comunicação entre as pedras porosas e as buretas de medição serão
fechadas impedindo a drenagem da mesma durante as aplicações das tensões.
No ensaio, aplica-se a pressão hidrostática 𝜎3 e, de imediato, se rompe o corpo de
prova com a aplicação da pressão axial 𝜎1, em velocidades padronizadas. Não se
conhecem as pressões efetivas em nenhuma das fase de execução do ensaio nem tão
pouco sua distribuição.

34. Esta fase corresponde ao cisalhamento da amostra propriamente dito e também
deverá ser executada de acordo com as condições de drenagem anteriormente escolhida,
ou seja, se será permitida a geração de pressão neutra durante o ensaio ou não.
No caso de ser executada sem drenagem o valor da poropressão deve ser
mantido durante o ensaio para possibilitar a determinação do estado de tensões efetivas
do corpo de prova durante o ensaio.
RUPTURA OU CISALHAMENTO

35. a) A partir dos ensaios realizados, e conforme o seu tipo, são produzidos os
seguintes gráficos:
RESULTADOS
Gráfico 01 – Tensão desviadora X deformação axial Gráfico 02 – Tensão desviadora X deformação axial

36. Gráfico 03 – Excesso de poropressão X deformação axial
Círculos de Mohr de ruptura X tensões efetivas
ou totais, dependendo do tipo de ensaio. Repete-
se o procedimento para outras tensões, com
outros corpos de prova e determina-se os
parâmetros de resistência por regressão linear
Obtém-se o módulo de rigidez E (análogo ao módulo de elasticidade) a
partir da curva tensão desviadora X deformação axial.

37. MUITO OBRIGADO!