Mario Rolando Bonilla Correa

Utilização de vácuo em laboratório para ensaios de adensamento com carregamento unidimensional e

isotrópico para material remoldado

Dissertação de Mestrado

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil do Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio.

Orientador: Prof. José Tavares Araruna Jr Co-Orientador: Prof. Sandro Salvador Sandroni

Rio de Janeiro, Abril de 2013

Mario Rolando Bonilla Correa

Utilização de vácuo em laboratório para ensaios de adensamento com carregamento unidimensional e

isotrópico para material remoldado

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil do Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio do Centro Técnico Científico da PUC-Rio. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada.

Prof. Eurípedes do Amaral Vargas Jr. Presidente

Departamento de Engenharia Civil / PUC-Rio

Prof. Sandro Salvador Sandroni Co-Orientador

Geoprojetos Ltda.

Prof. Fernando Schnaid Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Prof a. Maria Esther Soares Marques Instituto Militar de Engenharia

Prof. José Eugenio Leal Coordenador Setorial do

Centro Técnico Científico / PUC-Rio

Rio de Janeiro, 23 de Abril de 2013

Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, do autor e do orientador.

Mario Rolando Bonilla Correa

Graduou-se em Engenharia Civil pela Universidade de Cartagena, Colômbia em 2004. Na PUC-Rio desenvolveu seu trabalho de pesquisa com ênfase uso de vácuo para em ensaios de laboratório de geotecnia.

Ficha Catalográfica

Bonilla Correa, Mario Rolando

Utilização de vácuo em laboratório para ensaios de adensamento com carregamento unidimensional e isotrópico para material remoldado / Mario Rolando Bonilla Correa; orientador: José Tavares Araruna Jr.; co-orientador: Sandro Salvador Sandroni - 2013.

v., 150 f. il. ; 30 cm

Dissertação (Mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Departamento de Engenharia Civil, 2013.

Inclui bibliografia.

1. Engenharia Civil - Teses. 2. Melhoramento de solos moles 3. Adensamento com vácuo. 4. Ensaios de laboratório. I. Araruna Jr., José Tavares. II. Sandroni, Sandro Salvador. III. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil. IV. Título

CDD: 624

Agradecimentos

Este trabalho é dedicado a minha mãe, sem ela eu não tivera educação nem

esperanças. Ela me ensinou que Deus é o caminho que sempre vai estar.

Agradeço a aquele surfista que me ajudou a sair do mar aquele dia que as

maiores ondas do mar que já vi quase me apagam.

Agradeço ao professor José Araruna pelo apoio que deu para que este

trabalho fora possível.

Agradeço especialmente ao professor Sandro por os conhecimentos que me

ensinou e quem realmente me ajudou continuar no mestrado quando eu pensava

desistir.

Agradeço aos professores de pós-graduação do departamento de Engenharia

Civil da PUC-Rio por seu conhecimento e a qualidade do seu trabalho.

Agradeço ao professor Sayão por sua ajuda e por ser um exemplo de vida.

Agradeço a Rita por que sempre que precisei dela, ela me ajudou.

Agradeço as pessoas que me acompanharam ao longo destes dois anos e que

considero como amigos (Vanesa, Eliot, Jack, Thais, Renata, Nathaly, Lorena,

Manuella, Gino, Renzo, Gustavo, João, Thiago, Mariana, Natalia, Ingrid, Ingrid

Milena, Mairom, Perlita, Camyla, Javier, Juan David, Bianca, Lidia, Paola, Jorge,

Tania, Elvis, Gary, Carol, Carolina, Elaine, Miriam, Ronald, Wellington, Sarah,

Juliana, Alexander, Sandra, Michele, Lizbeth, Maria Isabel, Daira, Gerardo,

Cristian Chacón, Ruby, Darwin, Pantoja).

Agradeço ao técnico do laboratório Amaury a Eng. Carlinha e a Rogelio que

me ajudaram e realmente fizeram possível este trabalho.

Agradeço a empresa Tecnogeo pelo patrocínio técnico e tecnológico.

A PUC-Rio por ser uma instituição tão maravilhosa e que oferece a

oportunidade sem a qual eu realmente acho que não ia conseguir estudar um

mestrado. A CAPES e à PUC-Rio pelos auxílios concedidos.

A Rio por ser a cidade maravilhosa e a Brasil por ser um exemplo em muitos

aspectos para Latino América.

Resumo

Bonilla Correa, Mario Rolando; Araruna, José Tavares (Orientador); Sandroni, Sandro Salvador (Co-orientador). Utilização de vácuo em laboratório para ensaios de adensamento com carrega mento unidimensional e isotrópico para material remoldado . Rio de Janeiro, 2013. 150p. Dissertação de Mestrado – Departamento de Engenharia Civil da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

A técnica de melhoramento de solos moles com carregamento com

vácuo é uma técnica que a cada dia está sendo mais usada em diferentes

lugares do mundo, por oferecer, para alguns projetos, uma série de

vantagens em relação a outras técnicas de melhoramento de solos moles.

Os ensaios de laboratório constituem-se em uma fonte de informações

fundamental para um projeto de melhoramento de solos moles. No

presente trabalho é feito um estudo experimental para usar vácuo em

laboratório, para ensaios de adensamento com carregamento

unidimensional (convencional, na prensa tipo Bishop) e com carregamento

isotrópico (na célula triaxial), usando material remoldado. Para isto, foi

fundamental desenvolver procedimentos para a execução de cada um

desses ensaios. Apresentaram-se vaias dificuldades para levar a pressão

de vácuo até o corpo de prova, para evitar perdas de pressão, para manter

constante a pressão durante todo o ensaio e outras mais. Foi necessário

testar diferentes técnicas para superar as dificuldades, até obter um

funcionamento satisfatório. Com os procedimentos desenvolvidos foi

realizada uma campanha de ensaios para conhecer os resultados que

estes ensaios fornecem. Com os resultados obtidos foram feitas análises

para sua interpretação. Comprovou-se experimentalmente que o vácuo

trabalha como um carregamento para adensamento de solos moles.

Palavras-chave:

Melhoramento de solos moles; adensamento com vácuo; ensaios de

laboratório.

Abstract

Bonilla Correa, Mario Rolando; Araruna, José Tavares (Advisor); Sandroni, Sandro Salvador (Co-advisor). Use of vacuum in one dimensional and isotropic tests carried out in remo ulded material . Rio de Janeiro, 2013. 150p. MSc. Dissertation – Departamento de Engenharia Civil da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. The technique of improve soft soils with vacuum consolidation, is a

technique that is more and more used, in different places of the world,

because it offer a series of advantages in relation with others techniques of

improve soft soils, depending of the kind of project. The laboratory tests are

important fonts of information for projects of improve soft soils. This work is

an experimental study for use vacuum in laboratory, for consolidation tests

with one-dimensional load (conventional, in the Bishop´s press) and with

isotropic load (in the triaxial cell), using remolded material. For make this,

was fundamental the development of procedure for the execution of each

tests. Various difficulties happened during this development, this situation

forced to test different techniques until to obtain a satisfactory operation.

With the development of the procedures was done a series of tests for

know the results, that these tests provide. With the results obtained were

done analyses for its interpretation.

Keywords:

Soft soils improvement; vacuum consolidation; Laboratory test.

Sumário

1 Introdução 20

1.1. Objetivos 20

1.2. Fora do Escopo 21

1.3. Estrutura 21

2 Revisão Bibliográfica 23

2.1. Aterros construídos sobre depósitos de argilas moles 23

2.2. Breve descrição das técnicas de melhoramento de solos moles 24

2.2.1. Carregamento com aterro 24

2.2.2. Carregamento com aterro junto com o uso de drenos verticais

para aceleração de recalque 26

2.2.3. Colunas granulares 28

2.2.4. Mistura com cimento seco (STABTEC ou Dry Mix) 30

2.2.5. Carregamento com vácuo 31

2.3. Detalhes do usa da técnica de carregamento com vácuo 32

2.3.1. Mecanismo de funcionamento do carregamento com vácuo 33

2.3.2. Técnicas de aplicação de vácuo no campo 34

2.4. Descrição de pesquisas sobre adensamento com vácuo 41

2.4.1. Trabalhos de Campo 41

2.4.2. Trabalhos de Laboratório 43

3 Desenvolvimento dos Ensaios 48

3.1. Utilização de vácuo em um ensaio de adensamento convencional. 49

3.1.1. Objetivo do ensaio 49

3.1.2. Equipamento desenvolvido e breve descrição do ensaio 49

3.1.3. Dificuldades encontradas durante o desenvolvimento 50

3.1.4. Descrição do procedimento do ensaio 56

3.1.5. Ensaios teste 62

3.2. Ensaio de adensamento isotrópico, na célula triaxial. 71

3.2.1. Objetivo do ensaio 71

3.2.2. Esquema montagem do ensaio 72

3.2.3. Dificuldades encontradas durante o desenvolvimento do ensaio 72

3.2.4. Descrição do procedimento do ensaio 78

3.2.5. Ensaios teste 86

3.3. Sistema de aplicação de vácuo 95

3.3.1. Trocador de calor 97

4 Resultados dos Ensaios 101

4.1. Caracterização do material usado 103

4.2. Resultados ensaios de adensamento convencional na prensa tipo

Bishop. 105

4.2.1. Ensaio V-10 (Um estágio com vácuo) 105

4.2.2. Ensaio V-11 (Todos os estágios carregamento convencional com

pesos) 109

4.2.3. Resultados ensaios de adensamento, isotrópico, na célula triaxial. 112

5 Análises dos Resultados 123

5.1. Ensaios de adensamento convencional na prensa tipo Bishop. 123

5.1.1. Comparação dos resultados estágio com vácuo Vs. estágio sem

vácuo. 123

5.1.2. Comparação das curvas índice de vazios (e) Vs. Log σ’v do

ensaio V-10 e do ensaio V-11. 128

5.2. Ensaio de adensamento isotrópico, na célula triaxial. 129

5.2.1. Cálculo do coeficiente de adensamento para cada um dos ensaios 129

5.2.2. Comparação dos resultados obtidos nos ensaios com vácuo com

os ensaios sem vácuo. 132

5.2.3. Pressão de estabilização dos ensaios sem vácuo 140

5.2.4. Poro pressão de estabilização dos ensaios com vácuo 141

6 Conclusões e Sugestões para Futuras Pesquisas 143

6.1. Conclusões 143

6.2. Sugestões para futuras pesquisas 144

7 Referências Bibliográficas 146

7.1. Trabalhos sobre o uso de carregamento com vácuo em campo 146

7.2. Trabalhos sobre o uso de carregamento com vácuo em laboratório 148

7.3. Trabalhos sobre outros temas de geotecnia 149

Anexos 150

Anexo 1. Calibração transdutor utilizado nos ensaios triaxiais 150

Índice de Figuras

Figura 2.1 - Variação ao longo do tempo, em um processo de

carregamento com aterro, a) do excesso de poro pressão, b) da tensão

efetiva. 25

Figura 2.2 - Equipamentos instalando drenos verticais, Kirstein 2007 27

Figura 2.3 - Execução de colunas granulares com vibrador profundo,

(Referência: site da Keller). 29

Figura 2.4 - Equipamento com vibrador profundo para execução de

colunas granulares, Sandroni, 2012. 29

Figura 2.5 - Esquema geral de estabilização de solos moles com mistura

com cimento seco, (Referência site da Stabtecno). 31

Figura 2.6 - Variação ao longo do tempo, em um processo de

carregamento com vácuo. 34

Figura 2.7 - Tanque com interface ar-água para ligação do sistema de

bombas de vácuo e drenos verticais. 35

Figura 2.8 - Sistema de carregamento com vácuo com membrana. Detalhe

A, ver Figura 8 36

Figura 2.9 - Vala perimetral, (Referência Masse 2001). 36

Figura 2.10 - Tubo corrugado flexível 37

Figura 2.11 - Sistema de bombas de vácuo. Do lado a vala perimetral.

Pode se observar as mangueiras que se ligam aos drenos horizontais

entrando através da membrana, (Referência Masse 2001). 37

Figura 2.12 - Foto aérea, zona tratada com carregamento com vácuo,

técnica com membrana, Menard 2012. 38

Figura 2.13 - Sistema de carregamento com vácuo dreno a dreno (sem

membrana). Detalhe A, ver figura 8. Todos os tubos impermeáveis. 39

Figura 2.14 - a) Dreno stardrain, b) Junção entre PVD convencional e

tubulação. 39

Figura 2.15 - Vista das conexões entre tubos ligados a drenos verticais.

Referência Sandroni 2012. 40

Figura 2.16 - Esquema geral do ensaio .∆σv em alguns ensaios foi feito

com vácuo e em outros com carregamento convencional. Chai et al.,

2007. 43

Figura 2.17 - Modelo usado por Li, 2011. Para simular o modelo dreno a

dreno o vácuo foi ligado diretamente no dreno, no caso do modelo

Menard o vácuo foi ligado no dreno horizontal na base do corpo de

prova. 44

Figura 2.18 - Consolidômetro de grande escala usado por Rujikaitkamjorn

et al., 2008. 45

Figura 2.19 - Esquema do ensaio triaxial estudado por Duong et al., 2012. 46

Figura 2.20 - Esquema do equipamento usado (consolidômetro de grande

escala) por Saowapakpiboon et al. 2011. 47

Figura 3.1 – Esquema do oedômetro utilizado e ligações para o estágio

com vácuo. 49

Figura 3.2 - Montagem do ensaio de adensamento em um oedômetro

convencional 50

Figura 3.3 - Interior da base de oedômetro convencional 51

Figura 3.4 - Base de oedômetro fabricada com fundo em forma de funil. 51

Figura 3.5 - Foto de amostra trincada e afastada do anel de confinamento,

depois de ser submetida a uma pressão de vácuo bem maior que a

tensão por carga vertical. 52

Figura 3.6 - Contato A, entre o anel de ajuste e a parte superior do

oedômetro. Contato B, entre o anel de ajuste e o cap. 53

Figura 3.7 - Vedação no contato B, com borracha de pequena espessura;

no contato B com silicone. 54

Figura 3.8 - Deformações que se apresentaram na borracha de vedação,

depois de certo tempo, por onde entrou ar. 54

Figura 3.9 - Vedação durante os estágios convencionais de carregamento

com pesos. No contato A, graxa de vaselina em grande quantidade,

No contato B, água. 55

Figura 3.10 - Vedação durante o estágio de aplicação do vácuo. Nos

contatos A e B se botou graxa de vaselina em grande quantidade. 55

Figura 3.11 - Peças do oedômetro para fazer o ensaio de adensamento com

um estágio de vácuo, 56

Figura 3.12 - Anel de confinamento com amostra e cápsulas com material

para medir o teor de umidade inicial. 58

Figura 3.13 - Peça para o ajuste do anel de confinamento, que contém o

corpo de prova, no oedômetro. 59

Figura 3.14 - Técnico fazendo o nivelamento da prensa tipo Bishop. 60

Figura 3.15 - Oedômetro montado na prensa tipo Bishop 60

Figura 3.16 - Curva granulométrica material usado nos ensaio s teste 63

Figura 3.17 - Curva % deformação Vs. raiz de tempo para o estágio com

pressão de vácuo, ensaio No. 6. 66

Figura 3.18 - Curva e Vs. Log σ’v para o ensaio No. 6 67

Figura 3.19 - Curva e Vs. Log σ’v para o ensaio No. 7. 70

Figura 3.20 - Comparação entre as curvas e Vs. Log σ’v do ensaio No. 6

(com estágio 7V com vácuo) e do ensaio No. 7 (sem vácuo). 70

Figura 3.21 - Esquema montagem do ensaio na célula triaxial 72

Figura 3.22 - Instrumentos para medição de variação volumétrica de

leitura visual, inadequados para um ensaio de altos tempos de

duração. 73

Figura 3.23 - Válvulas que ligam célula, reservatório, transdutor e o MVV. 74

Figura 3.24 - Célula totalmente preenchida de água 75

Figura 3.25 - Instrumento para a medição da variação volumétrica (MVV). 75

Figura 3.26 - Vista superior do instrumento para medição da variação

volumétrica (MVV). 76

Figura 3.27 - Resultados de dois ensaios de medição do Creep da célula

triaxial ao longo do tempo com uma pressão de confinamento

constante de 200kPa. 76

Figura 3.28 - Mangueiras inadequadas de cor vermelha que impedem

observar a presença de bolhas de ar nas linhas. 78

Figura 3.29 - Teste para detectar presença de furos na membrana 79

Figura 3.30 - Moldagem corpo de prova. 80

Figura 3.31 - Corpo de Prova cortado no comprimento necessário no berço

e cápsulas para a medição do teor de umidade inicial. 80

Figura 3.32 - Membrana em tubo bipartido pronta para a instalação no C.P. 81

Figura 3.33 - C.P. montado. 81

Figura 3.34 - Parte superior da célula triaxial 82

Figura 3.35 - Tabuleiro de válvulas para regulagem das pressões na célula

triaxial 82

Figura 3.36 - Base do equipamento triaxial antes da montagem do C.P. 83

Figura 3.37 - Ligações no tanque da interface ar-água 84

Figura 3.38 - Corpo de Prova adensado por a ação conjunta da tensão

confinante e a pressão vácuo. 85

Figura 3.39 - Curvas de poro pressão Vs. tempo para corpos de prova de

diferentes alturas. 87

Figura 3.40 - Cálculo de coeficiente de adensamento para o ensaio 1BG,

por confrontação de curva U(%) Vs. Tv do ensaio com a curva teórica

de adensamento isotrópico. 91

Figura 3.41 - Cálculo de coeficiente de adensamento para o ensaio 3BG. 91

Figura 3.42 - Cálculo de coeficiente de adensamento para o ensaio 4BG. 92

Figura 3.43 - Comparação das curvas de poro pressão Vs. tempo obtidas

para C.P. de 2.90cm, em azul ensaio com vácuo e em verde ensaio

sem vácuo. 93

Figura 3.44 - Cálculo de coeficiente de adensamento para o ensaio 2BG e

comparação com o correspondente cálculo para o ensaio 1BG. 95

Figura 3.45 - Sistema de vácuo usado nos ensaios apresentados no capítulo

4. 96

Figura 3.46 - Partes do trocador de calor. 98

Figura 3.47 - Conexões do Freezer. 98

Figura 3.48 - Condensadora submergida em água dentro do freezer. 99

Figura 3.49 - Esquema funcionamento trocador de calor. 100

Figura 4.1 - Curva granulométrica do material usado nos ensaio Capitulo

4. 104

Figura 4.2 - Curva típica de % de deformação Vs. raiz quadrada de tempo

para os estágios por carregamento convencional com pesos do ensaio

No. V-10. 106

Figura 4.3 - Curva % deformação Vs. raiz quadrada de tempo para o

estágio com vácuo do ensaio No. V-10. 107

Figura 4.4 - Curva e Vs. Log σ’v para o ensaio No. V-10. 109

Figura 4.5 - Ensaio No. V-11, feito com um oedômetro convencional. 110

Figura 4.6 - Curva e Vs. Log σ’v para o ensaio No. 11. 112

Figura 4.7 - Curvas de Poro pressão (kPa) Vs. tempo (hora) obtidas nos

ensaios 1BJ, 3BJ e 5BJ. 116

Figura 4.8 - Curvas de Poro pressão (kPa) Vs. tempo (hora) obtidas nos

ensaios 2BJ, 4BJ e 6BJ. 120

Figura 4.9 - Curva de Poro pressão (kPa) Vs. tempo (hora) obtida no

ensaio 7BJ comparada com as correspondentes curvas obtidas nos

ensaios 5BJ e 6BJ. 122

Figura 5.1 - Comparação curvas, % deformação (ho = altura inicial no

estágio) Vs. raiz quadrada do tempo, obtidas no estágio 7 dos ensaios

No. 10. e No. 11. 124

Figura 5.2 - Comparação curvas, % deformação (ho = altura inicial no

estágio) Vs. raiz quadrada do tempo, obtidas no estágio 7 dos ensaios

No. 6. e No. 7. 125

Figura 5.3 - Curva U(%) Vs. Tv, calculada com os resultados obtidos no

estágio 7, do ensaio V-10. 126

Figura 5.4 - cv (cm2/s) vs. log σ'v (kPa) para os ensaios teste feitos com

material da Baia de Guanabara 128

Figura 5.5 - cv (cm2/s) vs. log σ'v (kPa) para os ensaios teste feitos com

material da Baixada de Jacarepaguá 128

Figura 5.6 - Comparação curvas e Vs. Log σ’v obtidas nos ensaios No. 10.

e No. 11. 129

Figura 5.7 - Curva U(%) Vs. Tv. para o calculo do cv do material testado

no ensaio 1BJ. 130

Figura 5.8 - Curva U(%) Vs. Tv. para o calculo do cv do material testado

no ensaio 3BJ. 130

Figura 5.9 - Curva U(%) Vs. Tv. para o cálculo do cv do material testado

no ensaio 5BJ. 131

Figura 5.10 - Curva U(%) Vs. Tv. para o cálculo do cv do material testado

no ensaio 2BJ. 131

Figura 5.11 - Curva U(%) Vs. Tv. para o cálculo do cv do material testado

no ensaio 4BJ. 132

Figura 5.12 - Curva U(%) Vs. Tv. para o cálculo do cv do material testado

no ensaio 6BJ. 132

Figura 5.13 - Comparação curvas de Poro pressão (kPa) Vs. tempo (hora)

obtidas nos ensaios 2BJ e 1BJ, feitos com C.P. de 2.90cm de altura. 133

Figura 5.14 - Comparação curvas de % de deformação volumétrica Vs.

tempo (hora), dos ensaios 2BJ e 1BJ. 134

Figura 5.15 - Comparação curvas de Poro pressão (kPa) Vs. tempo (hora)

obtidas nos ensaios 4BJ e 3BJ, feitos com C.P. de 4.50cm de altura. 135

Figura 5.16 - Comparação curvas de % de deformação volumétrica Vs.

tempo (hora), dos ensaios 4BJ e 5BJ. 136

Figura 5.17 - Comparação curvas de Poro pressão (kPa) Vs. tempo (hora)

obtidas nos ensaios 6BJ e 5BJ, feitos com C.P. de 5.95cm de altura. 137

Figura 5.18 - Comparação curvas de % de deformação volumétrica Vs.

tempo (hora), dos ensaios 6BJ e 5BJ. 138

Figura 5.19 - Comparação curvas de Poro pressão (kPa) Vs. tempo (hora)

obtidas nos ensaios 5BJ, 6BJ e 7BJ feitos com C.P. de 5.95cm de

altura. 139

Figura 5.20 - Comparação curvas de % de deformação volumétrica Vs.

tempo (hora), dos ensaios 6BJ e 5BJ e 7BJ 140

Figura 5.21 - Teste para medição de pressão de borbulhamento das pedras

porosas usadas nos ensaios de adensamento isotrópico na célula

triaxial. 142

Índice de tabelas

Tabela 3.1 - Caracterização material usado nos ensaios teste ............................... 62

Tabela 3.2 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio

No. 6. ............................................................................................................. 64

Tabela 3.3 - Resultados ensaio No. 6. ................................................................... 65

Tabela 3.4 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio

No. 7. ............................................................................................................. 68

Tabela 3.5 - Resultados ensaio N. 7. ..................................................................... 69

Tabela 3.6 - Características iniciais e finais do ensaio 1BG ................................. 88

Tabela 3.7 - Características iniciais e finais do ensaio 3BG ................................. 89

Tabela 3.8 - Características iniciais e finais do ensaio 4BG ................................. 90

Tabela 3.9 - Características iniciais e finais do ensaio 2BG ................................. 94

Tabela 4.1 - Tensões usadas em cada um dos estágios de um ensaio. ................ 101

Tabela 4.2 - Resumo ensaios de adensamento unidimensional ........................... 102

Tabela 4.3 – Resumo ensaios de adensamento isotrópico ................................... 103

Tabela 4.4 - Caracterização material usado nos ensaios Capítulo 4. ................... 104

Tabela 4.5 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio V-

10. ................................................................................................................ 105

Tabela 4.6 - Resultados dos estágios do ensaio V-10.......................................... 108

Tabela 4.7 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio V-

11. ................................................................................................................ 110

Tabela 4.8 - Resultados dos estágios do ensaio V-11.......................................... 111

Tabela 4.9 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio

1BJ. .............................................................................................................. 113

Tabela 4.10 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio

3BJ. .............................................................................................................. 114

Tabela 4.11 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio

5BJ. .............................................................................................................. 115

Tabela 4.12 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio

2BJ. .............................................................................................................. 117

Tabela 4.13 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio

4BJ. .............................................................................................................. 118

Tabela 4.14 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio

6BJ. .............................................................................................................. 119

Tabela 4.15 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio

7BJ. .............................................................................................................. 121

Tabela 5.1 – Cálculo relação entre cv obtido no estágio 7 com vácuo e no

estágio 7 feito sem vácuo............................................................................. 127

Tabela 5.2 - Cálculo relação entre cv obtido no estágio 10 com vácuo e no

estágio 10 feito sem vácuo........................................................................... 127

Lista de Símbolos

Romanos

av Coeficiente de compressibilidade

Cc Índice de compressão do solo

Cr Índice de recompressão do solo

cv Coeficiente de adensamento – vertical

e Índice de vazios

k Coeficiente de permeabilidade

k0 Relação entre a tensão horizontal e a tensão vertical em um solo

mv Coeficiente de deformação volumétrica

t Tempo

Tv Fator tempo

u Poro pressão

U% Porcentagem de Adensamento

Gregos

∆p Incremento na pressão de carregamento

∆u Incremento na poro pressão

∆σ´ Incremento na tensão efetiva

∆σvac Incremento na tensão com vácuo

∆vol Incremento no volume

ϒw Peso específico d’água

σT Tensão total

σ´ Tensão efetiva

σ´vo Tensão efetiva vertical inicial

σ´v Tensão efetiva vertical

σc Tensão de confinamento

1 Introdução

A presença de solos moles, durante muito tempo, foi um importante fator

que inviabilizou o desenvolvimento de projetos de construção em diferentes

zonas, dentro e fora de cidades.

Com o passar do tempo, o crescimento das cidades e a necessidade de

desenvolver vários tipos de projetos (vivenda, rodovias, centros de concentração

de pessoas, portos, usinas industriais, entre outros) têm obrigado a usar estas

zonas, para o qual o melhoramento da resistência e a estabilidade destes solos são

fundamentais.

Têm sido desenvolvidas diferentes técnicas para o melhoramento de solos

moles, as quais têm diferentes vantagens e desvantagens dependendo do tipo de

projeto. Algumas técnicas mais antigas oferecem um maior histórico de sucesso

em obras, as técnicas mais recentes precisam de equipamentos mais sofisticados, o

que pode fazer com que os custos sejam maiores, dependendo do projeto, mas

também oferecem vantagens como o uso de menores tempos para o melhoramento

do solo.

Entre as técnicas mais usadas se destacam:

• Carregamento com aterro;

• Carregamento com aterro junto com uso de drenos verticais;

• Colunas granulares;

• Mistura com cimento seco;

• Carregamento com vácuo.

O objeto de estudo desta dissertação é o carregamento com vácuo, o qual é

uma técnica de aumento de resistência do solo cujo funcionamento é similar à

técnica de sobre carregamento com aterro.

20

Esta técnica proposta por W. Kjellman (1952) tem sido usada em diferentes

obras ao redor do mundo principalmente em países orientais como Japão, Korea

do Sul, Malásia, Tailândia, Vietnam, China e em países europeus como França e

Alemanha. Nestes países também têm sido desenvolvidas pesquisas para o estudo

desta técnica em laboratórios de geotecnia.

No campo esta técnica trabalha com o uso de drenos verticais para levar a

pressão de vácuo até a camada de solo mole. A ligação do sistema de bombas de

vácuo aos drenos verticais pode ser feita usado um sistema com membrana ou um

sistema de dreno a dreno.

O uso desta técnica oferece muitas vantagens, o que tem feito com que a

cada dia seja mais usada em diferentes projetos, em diferentes lugares do mundo.

No Brasil há uma experiência do uso desta técnica, a qual se encontra descrita no

trabalho de Sandroni, Andrade, Odebrecht, 2012.

O êxito de todo projeto geotécnico é obtido com informações de boa

qualidade adquiridas através de ensaios de campo e ensaios de laboratório.

Nesta dissertação é estudado o uso de vácuo em dois ensaios convencionais

de um laboratório de geotecnia:

• Ensaio de Adensamento convencional (de carregamento incremental) com

oedômetro na prensa tipo Bishop;

• Ensaio de Adensamento isotrópico, na célula triaxial, com drenagem por

um extremo do corpo de prova e medição de poro pressão no outro

extremo.

1.1. Objetivos

• Desenvolver procedimentos para usar vácuo para adensamento de corpos

de prova de solo mole remoldado, no ensaio de adensamento convencional

na prensa tipo Bishop e no ensaio de adensamento isotrópico na célula

triaxial.

• No ensaio de adensamento convencional na prensa tipo Bishop procura-se

conhecer a compressibilidade do solo mole quando submetido a uma

21

pressão de vácuo e comparar esta compressibilidade com a obtida por

carregamento convencional com pesos.

• No ensaio de adensamento isotrópico na célula triaxial procura-se

conhecer a variação da poro pressão ao longo do tempo durante um

processo de adensamento produzido pela ação conjunta de carregamento

por tensão de confinamento triaxial e vácuo aplicado na base do corpo de

prova.

• Aplicar os procedimentos desenvolvidos na realização de ensaios com um

material remoldado e analisar os resultados que estes ensaios fornecem.

1.2. Fora do Escopo

• A medição da variação de volume no ensaio de adensamento isotrópico na

célula triaxial.

• A aplicação dos resultados destes ensaios para a realização de um projeto.

1.3. Estrutura

Esta dissertação foi organizada em 7 capítulos, uma descrição do conteúdo

de cada capítulo é apresentada a seguir:

Inicialmente no presente capítulo introdutório é feita uma descrição geral do

que representam os solos moles para o desenvolvimento de projetos. São

apresentados os objetivos e a estrutura da organização da dissertação.

No segundo capítulo é apresentada a revisão bibliográfica, onde se faz uma

descrição do desafio que significa a realização de aterros sobre solos moles e as

técnicas usadas para o melhoramento destes solos. É descrita a técnica de

melhoramento de solos moles com carregamento com vácuo, e são apresentados

alguns trabalhos de pesquisa que têm sido desenvolvidos internacionalmente para

a aplicação desta técnica em obras e em estudos de laboratório.

No terceiro capítulo são descritos os procedimentos desenvolvidos para a

realização dos ensaios, são detalhadas as dificuldades enfrentadas e as soluções

22

utilizadas para o desenvolvimento destes procedimentos. São apresentados

também resultados obtidos nos primeiros ensaios teste.

No quarto capítulo são apresentados os resultados obtidos em ensaios feitos

com um material remoldado, usando os procedimentos descritos no Capítulo 3.

No quinto capítulo são apresentadas as análises feitas com os resultados

apresentados no capítulo 4.

No sexto capítulo são apresentadas as conclusões deste trabalho e são

descritas sugestões para futuras pesquisas.

No sétimo capítulo são apresentadas as referências bibliográficas utilizadas

para o desenvolvimento desta dissertação.

2 Revisão Bibliográfica

2.1. Aterros construídos sobre depósitos de argilas moles

A construção de um aterro sobre solos moles constitui-se num desafio para

o controle dos recalques e da estabilidade, devido à alta compressibilidade e a

baixa resistência destes tipos de solos. O melhoramento destes solos é

fundamental para o desenvolvimento de muitos projetos.

A projeção de uma técnica de melhoramento de solos moles deve ser

apropriadamente estudada com informação suficiente e de boa qualidade, obtida

tanto em ensaios de campo como de laboratório, além de um seguimento a etapa

construtiva com métodos observacionais de instrumentação de campo (placas de

recalque, inclinômetros, piezômetros, etc.) que permitam ter um completo

controle, tendo em conta os riscos envolvidos, entre os quais se destacam:

• Recalques superiores aos projetados podem produzir nas estruturas fissuras

ou inclinações e até comprometer a estabilidade.

• O período para o melhoramento do solo, quando for superior ao previsto

pode produzir atrasos na programação da obra e consequentemente trazer

problemas financeiros para o projeto.

• Maiores recalques que os projetados pode levar a um volume maior de

aterro, o que pode afetar o orçamento do projeto.

Os ensaios de laboratório, ainda que tenham uma serie de limitações, são

uma das principais metodologias usadas para o conhecimento das características

dos solos, as quais ao serem confrontadas com as características obtidas em

ensaios de campo fornecem informações fundamentais para a projeção.

24

2.2. Breve descrição das técnicas de melhoramento de solos moles

Existem diferentes técnicas para o melhoramento de solos moles, a seguir

são descritas:

2.2.1. Carregamento com aterro

Um material compactado para aterro pode ter um peso específico ao redor

de 18kN/m3. Somente uma camada de aterro de 3m de altura gera na superfície do

solo uma pressão de 54kPa (5.40tf/m2) o que pode equivaler a uma carga

transmitida por uma sapata de um prédio de 4 andares. Em conclusão é uma carga

bastante considerável.

O princípio de como um carregamento com aterro melhora as características

de um solo é explicado a seguir:

A tensão total ( ) em um solo saturado antes de ser carregado

, esta dada pela equação:

Onde;

’ é a tensão suportada diretamente pelos grãos do solo conhecida como

tensão efetiva.

u é a pressão no interior dos poros cheios de água (poro pressão).

Uma vez que o solo é carregado , a pressão gerada pelo peso do

aterro ( p) é imediatamente suportada pela água no interior dos poros do solo,

gerando um excesso de poro pressão ( u), a tensão total no solo passa a ser:

Onde

u= p

25

Esta pressão é transmitida aos grãos do solo, ao longo do tempo, à medida

que a água do interior dos poros do solo vai drenando para fora da camada.

No o excesso de poro pressão u é totalmente dissipado e

transmitido em totalidade aos grãos do solo, finalmente a tensão total do solo é,

Onde

´= p

u

tempo

p

´

tempo

p

a)

b)

Figura 2.1 - Variação ao longo do tempo, em um processo de carregamento com aterro, a) do excesso de poro pressão, b) da tensão efetiva.

Na Figura 2.1 são apresentadas curvas de variação do excesso de poro

pressão e de tensão efetiva ao longo do tempo. O volume que ocupava a água que

saiu do solo no processo de dissipação de poro pressão (adensamento) é um

volume que a camada de solo perde o que se reflete em recalques, assim os grãos

26

de solo ficam mais perto uns dos outros, o que faz com que a resistência do solo

seja maior, com o tempo.

Este processo de adensamento depende diretamente da permeabilidade do

solo. As argilas apresentam baixa permeabilidade, o que faz com que o tempo de

adensamento tenha uma duração importante. Dependendo do projeto e do solo

pode ser de vários meses.

Vantagens:

• É o método mais amplamente usado e conhecido o que gera confiança para

a sua aplicação;

• São usados equipamentos convencionais para movimento de terra.

Desvantagens:

• Tempos consideráveis para o cronograma da obra;

• Depende da disponibilidade do material;

• Precisa-se de boas vias entre a jazida do material e a obra;

• Depois de atingidos os recalques projetados o material usado para o

carregamento adicional precisa de um lugar para disposição;

• É necessário estender horizontalmente o aterro fora do perímetro do aterro

definitivo da obra, o que pode não ser possível em algumas obras;

• Deve ser estudada e garantida a estabilidade do aterro, dependendo do

projeto podem ser usadas bermas de estabilização ou execução do aterro

por etapas.

2.2.2. Carregamento com aterro junto com o uso de drenos verticais para aceleração de recalque

O uso de drenos verticais não aumenta o valor do recalque, mas faz com que

os tempos de adensamento por carregamento com aterro sejam menores, ao

oferecer uma rota adicional de drenagem que aproveita a permeabilidade

horizontal do solo, a qual em vários tipos de depósitos de solos é maior que a

27

permeabilidade vertical. Além de oferecer distâncias de drenagem, menores. Um

espaçamento entre drenos comum pode ser 1.5m, o que oferece uma distância de

drenagem de 0.75m que pelo geral é bem menor que a metade da espessura da

camada (menor distância de drenagem vertical).

Figura 2.2 - Equipamentos instalando drenos verticais, Kirstein 2007

Vantagens:

• Melhora muito os tempos de adensamento de um carregamento com

aterro.

• É uma técnica que tem sido usada em vários projetos com sucesso o que

ajuda na hora de decidir ser usada.

Desvantagens:

• O equipamento para sua instalação não é um equipamento tradicional o

que pode limitar o uso.

• O equipamento para a instalação dos drenos é um equipamento grande,

sendo assim o projeto precisa ter uma área importante para cobrir os custos

de transporte deste equipamento, ver Figura 2.2.

28

2.2.3. Colunas granulares

É um sistema de reforço do solo mole com colunas de solo granular (brita

ou areia) com ou sem camisa geotêxtil. Estas colunas tem um funcionamento mais

de tratamento massivo do que um sistema de transferência de carga para camadas

inferiores. Também funcionam como drenos verticais.

Existem diferentes métodos de execução das colunas granulares em uso no

Brasil:

1. Vibro-substituição a seco: este método não gera resíduos, mas gera

deslocamentos horizontais e levantamento da área tratada, no caso de solos

muito moles pode gerar embarrigamentos.

2. Pré-furo com hélice: seguido de inserção de tubo de aço com ponta aberta ou

fechada. O pré-furo gera resíduos que precisam de transporte e disposição

final.

3. Furo com ponta fechada: Colunas sem camisa são executadas com tubo de

ponta fechada (com ou sem pré-furo). Quando há risco de se gerar

embarrigamentos usa-se camisa.

A Figura 2.3, apresenta graficamente o processo construtivo de uma coluna

granular com um vibrador de ponta fechada.

29

a)

b) c)

Figura 2.3 - Execução de colunas granulares com vibrador profundo, (Referência: site da

Keller). a) A caçamba do equipamento é abastecida com brita

b) Vibrador profundo penetra no solo. A medida que vai subindo vai depositando e vibrando brita no solo.

c) Coluna granular pronta

Figura 2.4 - Equipamento com vibrador profundo para execução de colunas granulares,

Sandroni, 2012.

Vantagens:

• Menores tempos de melhoramento de solos.

Desventagens:

30

• No caso do método com pré-furo a geração de resíduos precisa de

transporte e disposição final.

• O equipamento para a execução das colunas granulares é especial, não é

convencional, o que pode limitar o uso desta técnica pela disponibilidade

do equipamento.

• O equipamento é de grande porte, pelo qual a área do melhoramento deve

ser grande para dividir os custos de transporte deste equipamento. Ver

Figura 2.4.

• A profundidade em que se encontra a camada de solo mole pode ser uma

limitante, ainda mais se esta camada não estiver na superfície.

2.2.4. Mistura com cimento seco (STABTEC ou Dry Mix)

Esta técnica consiste em misturar a camada de solo mole que deve

encontrar-se na superfície com cimento seco. O cimento reage com a água contida

no solo endurecendo a mistura. A presença de cloretos e/ou sulfatos pode retardar

ou inibir a reação do cimento com a água, o uso de aditivos pode ajudar a

enfrentar estas situações. Na Figura 2.5 é apresentado um esquema geral do

processo de execução desta técnica.

Vantagens

• Tempo de melhora do solo mole inferior ao tempo usando a técnica de

carregamento com aterro;

• A camada tratada chega a ter uma compressibilidade muito baixa.

Desvantagens

• A homogeneidade depende da habilidade do operador;

• A camada a ser tratada deve ser superficial;

• A profundidade é limitada pela capacidade do equipamento de alcance e

de força de rotação da cabeça injetora;

31

• É importante medir a resistência do solo ao final do tempo de reação do

cimento, para o qual é necessário fazer ensaios penetrométricos (SPT,

CPT, etc.) ou levantamentos geofísicos;

• Dependendo do projeto geralmente é uma técnica custosa comparada com

a técnica de carregamento com aterro.

a)

b)

Figura 2.5 - Esquema geral de estabilização de solos moles com mistura com cimento seco,

(Referência site da Stabtecno). a) Tanques de armazenamento de cimento seco

b) Cabeça injetora, penetra na camada de solo mole varias vezes dosificando o cimento seco até obter uma mistura homogênea.

2.2.5. Carregamento com vácuo

Esta técnica trabalha com a aplicação de uma pressão constante e

ininterrupta de vácuo, a qual chega à camada de solo mole por meio de drenos

verticais. Esta técnica será explicada com detalhes no item 1.3.

Vantagens

• Não utiliza material de aterro adicional, assim evitam-se todos os

inconvenientes decorrentes da técnica de carregamento com aterro.

• Pode equivaler a usar cerca de 4m de sobrecarga com aterro (80kPa).

32

• Os equipamentos para a aplicação de vácuo são de pequeno porte

comparados com os equipamentos tradicionais de movimento de terra, o

que leva a ter um tráfego menor de veículos pesados.

• Carga com vácuo pode ser aplicada em somente uma etapa.

• Ao ser usado junto com carregamento com aterro se logra melhorar os

tempos de adensamento.

Desvantagens

• Precisa-se de um fornecimento continuo e constante de energia elétrica.

• Precisa-se de técnicos durante todo o tempo em que os equipamentos de

vácuo estejam em funcionamento.

• Caso se apresentem camadas granulares continuas na horizontal a

eficiência cai.

2.3. Detalhes do usa da técnica de carregamento com vácuo

O adensamento com vácuo é uma técnica para melhoramento de solos moles

que foi proposta por W. Kjellman (1952). Este método tem sido usado com

sucesso em vários países para melhoramento de solos (Holtz, 1975; Chen e Bao

1983; Choa, 1990; Jacob et al., 1994; Bergado et al., 1998; Chu et al., 2000).

Nesta técnica são utilizados drenos de areia e recentemente drenos verticais

pré-fabricados (PVDs prefabricated vertical drains) para distribuir a pressão de

vácuo e dissipação de poro pressão (Chu, Yan, Indraratna, 2008). Uma carga

nominal de vácuo de 80kPa é normalmente utilizada nestes projetos (Chu, Yan,

Indraratna, 2008). Quando é necessário utilizar um sobre carregamento maior a

80kPa, pode ser utilizada uma combinação de sobre carregamento com vácuo e

com aterro. O método de carregamento com vácuo é também utilizado em

recuperação de terras que possuem lama de argila, a qual é muito mole como para

usar carregamento com aterro. Milhares de hectares de solo foram recuperados em

Tianjim, China, usando este método (Chen e Bao 1983; Chu e Yan, 2005).

33

2.3.1. Mecanismo de funcionamento do carregamento com vácuo

A tensão total ( ) em um solo saturado, antes de ser submetido a

carregamento com vácuo , é dada pela equação:

Uma vez aplicado o carregamento com vácuo , a tensão total não

muda e a poro pressão se mantém no mesmo valor:

Ao longo do tempo, à medida que a água do interior dos poros do solo vai

drenando para fora da camada, a poro pressão vai diminuído e a tensão efetiva vai

aumentando, mas a tensão total permanece inalterada.

No a poro pressão chega ao menor valor e ao mesmo tempo a

tensão efetiva atinge o maior valor (que é igual em magnitude ao valor de redução

na poro pressão), e a tensão total do solo não muda,

Onde

, incremento na tensão de vácuo aplicada.

Na Figura 2.6 apresenta graficamente a variação do excesso de poro pressão

e de tensão efetiva ao longo do tempo.

34

u

tempo

vac

´

tempo

a)

b)

vac

Figura 2.6 - Variação ao longo do tempo, em um processo de carregamento com vácuo.

a) do excesso de poro pressão b) da tensão efetiva

2.3.2. Técnicas de aplicação de vácuo no campo

Para a aplicação de vácuo é usado um tanque com uma interface ar-água

como se apresenta na Figura 2.7.

Este sistema de válvulas funciona assim:

1. Com a válvula C fechada e as válvulas A e B abertas o vácuo é transmitido

para os drenos verticais e consequentemente à camada de solo mole. A água

que sai da camada de solo mole é depositada neste tanque.

35

Ar

ÁguaA

B

C

Drenos verticais

Sistema bombas de vácuo

Descarga excesso de água

Limite sup.

Limite inf.

Figura 2.7 - Tanque com interface ar-água para ligação do sistema de bombas de vácuo e

drenos verticais.

2. Quando a quantidade de água no interior do tanque chega ao limite superior

automaticamente se fecham as válvulas A e B, e se abre a válvula C, para

retirar o excesso de água até o nível inferior. Com o fechamento da válvula A

procura-se fazer com que a pressão de vácuo nos drenos verticais seja mantida,

a ocorrência de uma redução brusca desta pressão e equivalente a um

descarregamento, que pode acontecer, por exemplo, se falta energia elétrica.

3. Quando a água atinge o nível inferior automaticamente se fecha a válvula C e

se abrem as válvulas A e B, para permitir novamente a saída de água.

A ligação deste tanque aos drenos verticais pode ser feita de duas formas, as

quais são explicadas a seguir:

2.3.2.1. Sistema com membrana

Todas as técnicas de melhoramento de solos precisam de uma primeira

camada de aterro de conquista, fundamental para o tráfego dos equipamentos

necessários para a implantação do sistema de melhoramento do solo.

Nesta técnica, como se pode observar na Figura 2.8 e na

Figura 2.9, trabalha-se com uma vala no perímetro da área a sofrer

intervenção, esta vala é escavada até abaixo do lençol freático.

36

Material drenanteAterro

Drenos verticais

Valaperimetral

Membrana

Solo Mole

Outra camada

Hi

Hs

VácuoA

Dreno horizontal

Aterro de conquista

Figura 2.8 - Sistema de carregamento com vácuo com membrana. Detalhe A, ver Figura 8

Figura 2.9 - Vala perimetral, (Referência Masse 2001).

No topo dos drenos é construída uma camada com material drenante

(granular) na qual são instalados drenos horizontais que serão ligados ao tanque

da interface (ver Figura 2.7). Normalmente são usados tubos horizontais flexíveis,

corrugados de 50 ou 100mm de diâmetro (Chu, Yan, Indraratna, 2008). Estes

tubos são perfurados e envoltos com um têxtil permeável que trabalha como uma

camada filtrante (ver Figura 2.10). A membrana vai desde o fundo da vala

37

perimetral em um extremo até o fundo da vala no outro extremo, cobrindo

totalmente a camada de material drenante.

Figura 2.10 - Tubo corrugado flexível

Nesta técnica é fundamental para manter a pressão de vácuo durante todo o

processo em que o vácuo estará ligado (tempo necessário para o solo atingir os

recalques projetados), que a membrana ofereça um selo de vedação apropriada

sem buracos, sendo críticas as junções entre trechos de membrana e as junções

com os drenos horizontais.

Figura 2.11 - Sistema de bombas de vácuo. Do lado a vala perimetral. Pode se observar as

mangueiras que se ligam aos drenos horizontais entrando através da membrana, (Referência Masse 2001).

Na Figura 2.11 é apresentada uma foto de um sistema de bombas de vácuo

do lado de uma vala perimetral.

38

Quanto maior é a altura Hs menor é a pressão do vácuo que chega até a

camada de solo mole, afetando a eficiência do sistema. A altura Hi é necessária

para evitar que no sistema entre água da camada permeável inferior, o que levaria

a uma perda de pressão.

Vantagens

• É o sistema mais típico usado para carregamento com vácuo e, portanto

oferece um histórico importante de sucesso.

Na Figura 2.12 se apresenta uma fotografia de uma área intervinda com

esta técnica.

Figura 2.12 - Foto aérea, zona tratada com carregamento com vácuo, técnica com membrana,

Menard 2012.

Desvantagens

• A vedação da membrana precisa de pessoal e ferramentas especializadas e

cuidado durante a execução do aterro para não perfurar a membrana;

• A construção da vala perimetral pode ser limitada dependendo das

características de cada projeto e apresentar dificuldades quando há NA

profundo.

39

2.3.2.2. Sistema dreno a dreno (sem membrana)

Neste sistema os drenos verticais são ligados a um sistema de tubulações

que são ligadas no tanque da interface, como se apresenta na Figura 2.13.

Drenos verticais

Outra camada

Hi

Solo Mole

Aterro

NAHo

Tubos

Colector

VácuoA

Aterro de conquista

Figura 2.13 - Sistema de carregamento com vácuo dreno a dreno (sem membrana). Detalhe A,

ver figura 8. Todos os tubos impermeáveis.

Os tubos devem ser impermeáveis até uma profundidade que garanta uma

penetração Ho na camada de solo mole, isso é necessário para não ter perdas na

pressão. O valor de Ho é um valor empírico que deve ser ao redor de 0.50m.

A ligação entre os tubos e os drenos verticais pode ser feita de diferentes

formas dependendo do tipo de dreno vertical que seja usado, ver Figura 2.14.

a) b)

Figura 2.14 - a) Dreno stardrain, b) Junção entre PVD convencional e tubulação.

40

Na Figura 2.15 se apresenta uma foto das ligações entre as tubulações e no

fundo da foto um equipamento para instalação de drenos verticais.

Figura 2.15 - Vista das conexões entre tubos ligados a drenos verticais. Referência Sandroni

2012.

Vantagens

• Não precisa de vala perimetral, o que pode ser muito conveniente caso

tenha limitação de espaço;

• A vedação das tubulações precisa somente de ferramentas convencionais,

para conexão de tubulações de PVC.

Desvantagens

• A junção entre o dreno e as tubulações pode complicar o processo de

cravação dos drenos, dependendo do tipo de dreno utilizado.

41

2.4. Descrição de pesquisas sobre adensamento com vácuo

Têm sido desenvolvidas diferentes pesquisas no mundo para o estudo da

técnica de melhoramento de solos moles com carregamento com vácuo, tanto em

trabalhos de campo como em trabalhos de laboratório. A seguir se explica um

pouco sobre alguns destes trabalhos:

2.4.1. Trabalhos de Campo

Tang e Shang, 2000, fizeram um estudo de aplicação desta técnica em uma

via do aeroporto de Yaoqiang utilizando a técnica com membrana e usando

paredes de vedação (no lugar de valas perimetrais), construídas com lama de

argila de baixa permeabilidade até a profundidade do fundo da camada de solo

mole a ser tratada. Fizeram uma comparação entre duas áreas, uma tratada com

carregamento com aterro e outra com a técnica de carregamento com vácuo, as

duas áreas instrumentadas, o resultado da comparação foi que se obtiveram

recalques, resistências não drenadas (medidas com ensaios de palheta),

resistências de ponta CPT, com a técnica de carregamento com vácuo, bastante

similares aos obtidos na técnica de carregamento com aterro. Como resultado

deste teste a técnica com vácuo foi escolhida para o melhoramento de toda a via.

Foram tratadas, com vácuo, 11 áreas individuais que somam um total de

145,000m2, obtendo-se recalques, depois de 85 dias de tratamento, entre 11% e

37% maiores aos esperados.

Chu, Yan e Yang, 2000, apresentam o estudo de um caso de aplicação do

método de carregamento com vácuo para melhoramento de solo em Tianjin,

China, em uma área destinada à construção de uma estação de armazenamento de

petróleo. Foi tratada uma área 50,000m2 com uma camada de solo mole ao redor

de 20m de espessura que contém de 4 a 5m de lama de argila dragada. Foi usada a

técnica com membrana com vala perimetral. Os drenos verticais foram espaçados

1m e foram usados coletores horizontais de 10mm corrugados flexíveis. O

conteúdo de água desta camada era bem maior ou igual ao limite liquido. Foi

aplicado um carregamento com vácuo de 80kPa durante 4 meses foi obtido um

recalque ao redor de 1m e o grau de adensamento foi mais de 80%. A resistência

42

não drenada do solo, medida com ensaios de palheta, se aumentou de duas ou três

vezes. Foi medido um deslocamento horizontal máximo de 48.3cm. Foi observada

a formação de trincas na superfície do terreno. Não foi usado carregamento com

aterro.

Masse, Spaulding e Varaksin, 2001, apresentaram um trabalho titulado

Adensamento com Vácuo – Uma revisão a 12 anos de desenvolvimento com

sucesso. Neste trabalho são apresentadas experiências de 20 casos históricos em

projetos em diferentes países da Europa e em países orientais como Korea do Sul,

Malásia e Tailândia. Nestes projetos foi usada a metodologia com membrana e

com valas perimetrais, desenvolvida pela empresa Menard.

Chu e Yan, 2005, apresentaram um trabalho onde estudam um caso de

aplicação do carregamento com vácuo para melhoramento de solos moles e outro

caso de aplicação de carregamento com vácuo junto com carregamento com

aterro. Ambos os casos de obras feitas em Tianjin, China. No segundo caso os

autores concluem que o uso de carregamento com aterro ajuda a reduzir o

deslocamento horizontal quando é usada à técnica de carregamento com vácuo.

Nos dois casos o vácuo foi aplicado a profundidades maiores que 10m (20 e 16m)

obtendo-se resultados satisfatórios.

Chai, Carter e Hayashi, 2006, apresentaram um estudo onde analisam as

vantagens de usar carregamento com vácuo junto com carregamento com aterro

para reduzir deslocamentos horizontais, para usar um carregamento maior (tensão

pelo peso do aterro mais a pressão do vácuo) e para reduzir tempos. É descrito um

caso de melhoramento de solos moles com carregamento com vácuo e com aterro

para a construção de uma estrada em Saga, Japão. Apresentam resultados obtidos

com instrumentação e analisados usando um método de elementos finitos de duas

dimensões. É proposta também uma equação para calcular a penetração ótima do

PVD (estimar o valor de Hi) na camada de solo mole para os casos que a camada

seguinte, abaixo da camada de solo mole, é um material de alta permeabilidade,

com o objetivo de não perder pressão.

Existem vários outros trabalhos feitos por diferentes autores para o estudo

da aplicação desta técnica em obras em diferentes países, como são os trabalhos

de Varaksin e Abt 2007, Miyakoshi et al., 2007a e b; Indraratna, et al. 2011;

43

Hayashi et al. 2003; Saowapakpiboon et al., 2008 (caso de aplicação técnica sem

membrana); entre outros. No Brasil foi feito um trabalho usando a técnica de

dreno a dreno, esta experiência encontra-se detalhada no trabalho de Sandroni,

Andrade e Odebrecht, 2012.

Em campo também tem sido desenvolvidos testes para o estudo de

características específicas desta técnica, como são os trabalhos de Qiu et al., 2007

que estudou a distribuição do vácuo e a variação das poro pressões em aterros

experimentais tratados com carregamento com vácuo e o trabalho de Marques,

Leroueil e Almeida, 2003, que estudaram o uso de carregamento com vácuo

combinado com aquecimento em aterros experimentais.

2.4.2. Trabalhos de Laboratório

A técnica de melhoramento de solos moles com carregamento com vácuo

também tem sido objeto de pesquisa em trabalhos desenvolvidos em laboratórios

de geotecnia.

O trabalho de Chai, Sakai, Hayashi e Hino, 2007, é um completo estudo de

aplicação de vácuo em ensaios de adensamento com oedômetro. Ver Figura 2.16.

Inglês Português

Sample Corpo de Prova

Earth pressure gauge

Medidor depressãohorizontal

Pore pressuregauge

Medidor deporo pressão

PressureIncrement

Incrementode tensão

Initial effective stress

Tensão efetivainicial

Tradução

Figura 2.16 - Esquema geral do ensaio . v em alguns ensaios foi feito com vácuo e em outros com carregamento convencional. Chai et al., 2007.

Neste trabalho foram usados corpos de prova de 6cm de diâmetro e 2cm de

altura. Foi usada a argila Ariake (31% de argila, 67.8% de silte, 1.2% de areia, e =

44

3.63) e uma mistura de 50% de argila Ariake e 50% de areia. Foi feita uma

campanha de ensaios de uma camada de argila Ariake usando diferentes cargas

verticais ( ´vo de 0, 20, 40, 60, 80, 100, 120) em cada ensaio antes de aplicar uma

tensão de 80kPa que em uma campanha foi feita com pressão de vácuo e em outra

com carregamento convencional. Também fizeram ensaios para duas camadas

usando em um ensaio na parte superior a argila Ariake e na parte inferior a

mistura de solo e outro ensaio o mesmo, mas com a posição das camadas

invertida. Os resultados destes ensaios indicaram que a pressão de vácuo induz um

recalque menor ou igual que o obtido com um carregamento convencional da

mesma magnitude. Se a tensão vertical efetiva inicial é pequena e a pressão de

vácuo é maior que a pressão lateral requerida para manter a condição ko (sem

deslocamento lateral) vai se obtiver um deslocamento horizontal para o interior e

a pressão de vácuo vai induzir um recalque menor que a um carregamento

convencional da mesma magnitude.

Li, Wu, Chu, e Lam, 2011 apresentam um estudo que compara as duas

técnicas de utilização de carregamento com vácuo Menard (com membrana) e a

Beudrain (dreno a dreno, sem membrana). Ver Figura 2.17.

Inglês Português

Vertical Drain

Dreno Vertical

Horizontal Drain (graves)

Dreno horizontal

Filter Paper & Geo-texture

Papel filtroe Geotêxtil

Soil Solo

Piston Pistom

Water Água

Tank Tanque

Vacuum Pump

Bomba de vácuo

Tradução

Figura 2.17 - Modelo usado por Li, 2011. Para simular o modelo dreno a dreno o vácuo foi ligado diretamente no dreno, no caso do modelo Menard o vácuo foi ligado no dreno horizontal

na base do corpo de prova.

Também compararam o uso de dreno circular e o dreno de banda. Foram

usados modelos de laboratório de 30cm de diâmetro e 100cm de altura, o vácuo

45

foi aplicado usando um dreno vertical cravado no centro dos modelos. O resultado

destes ensaios foi que o sistema Menard é mais efetivo baixo às condições do

ensaio, isso é parcialmente devido à aplicação adicional de pressão de vácuo

através do dreno horizontal, de qualquer maneira isso pode ser insignificante

quando a espessura do solo é grande. Outro resultado obtido neste trabalho é que

não há muita diferença entre o uso do dreno circular e o dreno de banda.

Rujikaitkamjorn, Indraratna e Sakr, 2008 fizeram um estudo usando

modelos de 45cm de diâmetro e 95cm de altura. Ver Figura 2.18.

Ing lê s P o rt ug uê s

Pulley Po lia

Line Co nnecting to Mandrel Linha para lig ar o mandril

Vo lumetric Buret te Buret a vo lumétrica

Up per d rainag e line Linha de d renagem superio r

Lo ad ing Pis ton Pis to m de Carga

Ho ist Vertical p ara levantar p eças

Axial Disp lacement Red out Unit

Unidad e d e leitura d e d es lo camento axial

Press ure g aug e Medido r d e Pres são

To p Plate Prato d o To po

Po re Pres sure Red out Unit Unidad e d e leitura d e po ro p ress ão

Press ure Chamber Câmara de p ress ão

Mo vab le Plate Prato movimentável

Po ro us material Material Poros o

So il So lo

Vertical Drain Dreno vertical

Piezo meter Po int s Po nto s Piezomét ricos

Bo tt om d rainage line Linha de d renagem inferior

Steel Cell (2 half cylinders ) Célula d a Aço (d ois meios cilind ro s)

2 mm Teflo n sheet Fo lha d e 2 mm de teflo n

Press ure g aug e Medido r d e Pres são

Press ure reg ulato r Regulad o r d e Press ão

Release valve Válvula de alivio

Mo b ile Compres so r Unit Co mp ress or

Trad uç ã o

Figura 2.18 - Consolidômetro de grande escala usado por Rujikaitkamjorn et al., 2008.

O vácuo foi aplicado usando um dreno vertical no centro do modelo e foi

estudada a distribuição da poro pressão nos modelos usando vários transdutores

de poro pressão localizados a diferentes alturas e a diferentes distâncias do centro

do modelo. Também foi estudada a variação da deformação vertical ao longo do

46

tempo. Os resultados destes ensaios indicam que um sistema de drenos pré-

fabricados (PVD) junto ao carregamento com vácuo é um método efetivo de

acelerar o adensamento. Sempre que uma carga adicional for aplicada é esperado

um aumento no recalque e na poro pressão.

Duong, Teparaksa e Tanaka 2012, estudaram o carregamento com vácuo,

usando uma célula triaxial para corpos de prova de 7.50cm de diâmetro e 15.00cm

de altura, usando drenagem radial com o uso de uma lâmina metálica no contato

entre o corpo de prova e a pedra porosa e o uso de papel filtro na superfície lateral

do corpo de prova (ver Figura 2.19). Este ensaio, com corpos de prova pequenos,

pode ser feito em uma semana, comparado com os ensaios com corpos de prova

de grande escala que precisam de um mês para ser feitos. Neste trabalho foram

feitas modelagens com elementos finitos os quais estiveram concordantes com os

resultados obtidos nos ensaios.

Ing lê s P o rt ug uê s

Vo lume g auge and back pres sure system

Med id or d e vo lume e sis tema d e co nt ra p res são

Vo lume g auge and cell p ress ure system

Med id or d e vo lume e sis tema d e p res são da célula

Filter p ap er overlap s po ro us dis c

Pap el filt ro s ob re p as sa pedra p oros a

Ho rizontal (radial) drainag e

Drenag em ho rizo ntal (radial)

Samp le Corpo d e Pro va

Po ro us d isc Ped ra po ro sa

St eel p lat e Disco de aço

Drainag e layer (filter p ap er)

Pap el filt ro

Rubb er memb rane Memb rana

PWP measurement Med id or d e p o ro p res são

Tra d uç ão

Figura 2.19 - Esquema do ensaio triaxial estudado por Duong et al., 2012.

Saowapakpiboon, Bergado, Voottipruex, Lam e Nakakuma, 2011, fizeram

estudos usando modelos de 45cm de diâmetro e 70cm de altura (ver Figura 2.20),

aplicando o vácuo através de um dreno vertical cravado no centro do modelo com

o objetivo de estudar a técnica de melhoramento de solos moles de carregamento

com vácuo e a técnica de carregamento com aterro. Os resultados dos ensaios

foram comparados com modelagens feitas com FEM (Finite element method,

método de elementos finitos). Foram feitos ensaios com carregamento

47

convencional de 100kPa e comparados com ensaios feitos com 50kPa de

carregamento convencional e 50kPa de pressão de vácuo. O resultado destes

ensaios foi que no ensaio com vácuo teve uma taxa de adensamento mais rápida,

mas os recalques finais obtidos em cada um dos ensaios foram iguais. Foi

desenvolvido um software com uso de elementos finitos, muito útil para o calculo

de recalques de melhoramento de solos com uso de PVD com e sem uso de

carregamento com vácuo.

Ing lê s P o rt ug uê s

Vacuum press ure

Pressão d e vácuo

Air p res sure Pressão d e ar

Natural rubber memb rane

Membrana

Vacuum - PVD

PVD p ara vácuo

Cros s-sectio n

Seção transversal

Fixing st eel ro d

Barra fixa de aço

Geot ext ile Geo têxtil

PVD cap Cap do PVD

"O" ring O-rings

Trad uç ã o

Figura 2.20 - Esquema do equipamento usado (consolidômetro de grande escala) por Saowapakpiboon et al. 2011.

Entre outros estudos em laboratórios de geotecnia encontram-se os trabalhos

de Mohamedelhassan, Shang, 2002; Leong, Soemitro e Rahardjo, 2000; Chai, et

al., 2009, Manfouz et al., 2005.

3 Desenvolvimento dos Ensaios

Os ensaios de laboratório escolhidos nesta dissertação para a utilização de

vácuo e para estudar o comportamento de um solo mole, submetido a este tipo de

pressão, são:

• Ensaio de Adensamento convencional (de carregamento incremental) com

oedômetro na prensa tipo Bishop. Este ensaio permite conhecer a

compressibilidade do solo, ao longo do tempo. É um dos ensaios de

laboratório mais apropriados e um dos mais comumente usados para o

estudo de um projeto de aterro sobre argilas moles.

• Ensaio de Adensamento, isotrópico, na célula triaxial, com drenagem por

um extremo do corpo de prova e medição de poro pressão no outro

extremo. Este ensaio permite estudar a variação de poro pressões ao longo

do tempo, durante um processo de adensamento.

Estes ensaios têm uma importante vantagem: são uns dos ensaios mais

comumente usados em laboratórios de Geotecnia. Implementar o uso de vácuo,

nestes ensaios seria menos difícil do que desenvolver ensaios novos com

equipamentos novos ou pouco comuns, o que poderia ajudar a um maior uso da

técnica de melhoramento de solos moles por adensamento com vácuo.

Neste capítulo é apresentada uma descrição do procedimento usado para o

desenvolvimento dos ensaios, mostrando, não somente o procedimento que deu

bons resultados, senão também as dificuldades encontradas no normal processo de

ensaio e erro.

49

3.1. Utilização de vácuo em um ensaio de adensamento convencional.

3.1.1. Objetivo do ensaio

O objetivo deste ensaio é conhecer como é o comportamento ao longo do

tempo de um corpo de prova de solo mole, no oedômetro na prensa tipo Bishop,

em um ensaio de carregamento incremental, quando submetido à aplicação de

uma pressão de vácuo. Espera-se obter, de acordo com as pesquisas já existentes

sobre o tema, a compressibilidade e comparar com a obtida num estágio

convencional de carregamento com pesos.

3.1.2. Equipamento desenvolvido e breve descrição do ensaio

Primeiramente são realizados estágios convencionais de carregamento com

pesos até atingir uma tensão ´v de 160kPa, depois é feito um estágio com vácuo

com uma pressão de 80kPa. Na Figura 3.1 é apresentado um esquema detalhado

do oedômetro e as ligações feitas para a aplicação do vácuo.

8

7

12

11

2

3

4

56

1 1

9 10

13 14

157

1 Suporte ligado com braço da Prensa com ´v aplicada2 Suporte fixo da Prensa3 Graxa de vaselina4 Cap5 Papel filtro6 Corpo de prova (C.P.)7 Parte superior do oedomêtro8 Parte inferior do oedômetro sem canais e em forma de funil9 Valvula fechada10 Valvula aberta, ligação pressão de vácuo11 Pedra porosa12 Suporte Prensa13 Ligação manomêtro para controle da pressão14 Ligação a sistema de vácuo15 Interfase ar-água nivelada com o centro da altura do C.P.

Figura 3.1 – Esquema do oedômetro utilizado e ligações para o estágio com vácuo.

50

3.1.3. Dificuldades encontradas durante o desenvolvimento

Durante o desenvolvimento deste ensaio, apresentaram-se uma série de

dificuldades que obrigaram à implementação de técnicas que permitiram a

apropriada realização do ensaio. Em seguida são descritos os problemas e as

soluções adotadas.

3.1.3.1. Transmissão da pressão do vácuo até o corpo de prova

Inicialmente, foi usado um oedômetro convencional (ver Figura 3.2). Ao ser

ligado o vácuo, no ensaio montado com este equipamento, obteve-se nenhum

resultado: não saiu água do corpo de prova e não se registraram recalques.

Foi concluído, após esta experiência, que a base de um oedômetro

convencional não permite que o vácuo seja transmitido apropriadamente até o

corpo de prova pela geometria do sistema de canais que tem na parte inferior

(onde se apoia a pedra porosa, ver Figura 3.3).

Figura 3.2 - Montagem do ensaio de adensamento em um oedômetro convencional

51

Figura 3.3 - Interior da base de oedômetro convencional

Foi fabricada uma base para o oedômetro, com a superfície de apoio da

pedra porosa em forma de funil (ver Figura 3.4).

Figura 3.4 - Base de oedômetro fabricada com fundo em forma de funil.

Com esta base para o eodômetro, foi feito um ensaio, somente com um

estágio de 3.75kPa de tensão convencional com pesos e um segundo estágio com

vácuo de 80kPa. Durante a aplicação do vácuo se observou água saindo do corpo

de prova e se registraram recalques. Foi então assumido que este instrumento era

52

apropriado para a realização dos ensaios com vácuo, resolvendo-se o problema de

transmissão de pressão de vácuo até o corpo de prova.

Neste primeiro ensaio com pouca carga vertical por pesos

, foi observado o descrito no artigo “Characteristics

of vacum consolidation comparing with surcharge load induced consolidation”

realizado por Jin-Chun Chai e Akira Sakai (ver bibliografia), onde se fala que

quando , o corpo de prova se separa do anel de

confinamento, ver Figura 3.5. Neste ensaio, além disso, observou-se a formação

de trincas no corpo de prova pela grande diferença entre e

.

Figura 3.5 - Foto de amostra trincada e afastada do anel de confinamento, depois de ser

submetida a uma pressão de vácuo bem maior que a tensão por carga vertical.

3.1.3.2. Vedação no oedômetro para manter a pressão do vácuo

Quando se iniciou a realização destes ensaios, foi observada na interface ar-

água (Ver primeiro parágrafo do item 3.3.) a presença de um borbulhamento, o

que evidenciava entradas de ar, em alguma das conexões. Foi identificado como a

principal zona de entrada de ar, os contatos entre o anel de ajuste (ver Figura 3.11)

e a parte superior do oedômetro (contato A) e entre o anel de ajuste e o cap

53

(contato B), ver Figura 3.6. Para vedar estas conexões foram testadas algumas

técnicas (cada qual, independente da outra) as quais se numeram a seguir:

Contato B

Contato AAnel de ajuste

Figura 3.6 - Contato A, entre o anel de ajuste e a parte superior do oedômetro. Contato B, entre

o anel de ajuste e o cap.

1. No contato A, aplicou-se silicone e no contato B aplicou-se graxa de vaselina,

em quantidades suficientes somente para tapar o espaço entre as peças. Esta

vedação não funcionou, (por ser usada pouca quantidade destes materiais),

depois de um tempo começou-se a apresentar pequenos buracos na graxa de

vaselina. Além disso, o silicone demora mais de duas horas para se secar.

2. No contato A aplicou-se silicone e no contato B foi colocada uma borracha de

pouca espessura com o objetivo de quando o vácuo for aplicado à borracha

fosse puxada até que o contato ficasse bem vedado. Esta vedação não

funcionou porque a borracha, com o tempo, se deformava, provavelmente

porque reagia com o silicone, formando canais por onde se permitia a entrada

de ar. Ver Figura 3.7 e Figura 3.8

54

Contato B, quando o vácuofor aplicado a borracha secola fazendo a vedação

Contato A, foi vedado comsilicone

Figura 3.7 - Vedação no contato B, com borracha de pequena espessura; no contato B com

silicone.

Deformações por onde entrou ar

Figura 3.8 - Deformações que se apresentaram na borracha de vedação, depois de certo tempo,

por onde entrou ar.

3. No contato A foi colocada grande quantidade de graxa de vaselina para cobrir

todo o espaço, e no contato B foi colocando água durante os estágios

convencionais de carregamento com pesos, justo antes de iniciar o estágio de

aplicação do vácuo, a água foi retirada com cuidado, a superfície do cap. foi

seca e depois foi coberto com graxa de vaselina todo o volume entre o cap. e a

parte mais superior do anel de vedação. Ver Figura 3.9 e Figura 3.10. Esta

vedação funcionou muito bem e parou totalmente com o borbulhamento,

durante todo o estágio de aplicação do vácuo.

55

Figura 3.9 - Vedação durante os estágios convencionais de carregamento com pesos. No

contato A, graxa de vaselina em grande quantidade, No contato B, água.

Figura 3.10 - Vedação durante o estágio de aplicação do vácuo. Nos contatos A e B se botou

graxa de vaselina em grande quantidade.

3.1.3.3. Tempo do ensaio e aquisição de dados

O tempo usado com mais frequência, para um estágio de carregamento

convencional com pesos, na prensa tipo Bishop, é de 24 horas, tempo para estudo

de adensamento primário e parte do adensamento secundário. Geralmente depois

56

deste tempo obtém-se uma curva na que se pode observar, claramente, em seu

tramo final, uma inclinação razoavelmente constante. No estágio com vácuo se

procurou obter uma curva na qual se possa observar claramente o trecho final.

Para obter isso é necessário um tempo de, pelo menos, 38 horas, de aplicação de

vácuo constante e ininterrupto.

Foram usados os mesmos tempos para tomadas de leituras de um estágio de

carregamento convencional com pesos, a exceção daqueles tempos que têm

intervalos maiores que duas horas, nestes casos tomaram-se leituras cada máximo

duas horas, com o objetivo de ter mais pontos o que permite conhecer mais

detalhadamente a forma da curva.

3.1.4. Descrição do procedimento do ensaio

Em seguida se descreve, passo a passo, o procedimento obtido para a

realização do ensaio: A Figura 3.11 mostra as figuras que compõem o oedômetro

usado para ensaios com vácuo.

12

3 4

56

Figura 3.11 - Peças do oedômetro para fazer o ensaio de adensamento com um estágio de

vácuo, 1. Anel de ajuste, 2. Pedra porosa e papel filtro inferior,

57

3. Cap e papel filtro superior, 4. Porcas, 5. Parte superior do oedômetro, 6. Parte inferior do oedômetro

I. Antes de moldar o corpo de prova:

1. Cortar os papéis filtro com as dimensões das pedras porosas.

2. Saturar as pedras porosas submergindo-as em uma chaleira com água e

esquentando até que a água ferva.

3. Medir a altura e o diâmetro do anel de confinamento onde é colocado o corpo

de prova.

4. Pesar o anel de confinamento bem limpo.

5. Pesar três cápsulas limpas que serão usadas para a medição do teor de umidade

inicial da amostra.

6. Arrumar todas as ferramentas necessárias para a montagem do ensaio (chave

para apertar as porcas, peça para o ajuste do anel com o corpo de prova no

oedômetro, ver figura 3.13., etc.), e os materiais (graxa de vaselina, água

desaerada).

II. Preparação Corpo de Prova.

1. Pegar uma quantidade de material amassado e colocá-lo sobre uma superfície

acrílica limpa.

2. Cravar aos poucos o anel de confinamento no material e ir cortando os

remanescentes com cuidado para não formar trincas no corpo de prova.

3. Cortar as porções de material saliente, com o objetivo de que o corpo de prova

tenha a mesma altura do anel de confinamento.

4. Limpar a parte exterior do anel

5. Com as porções de material remanescente preencher e pesar as cápsulas para

medir o teor de umidade inicial do corpo de prova. Ver Figura 3.12

58

Figura 3.12 - Anel de confinamento com amostra e cápsulas com material para medir o teor de

umidade inicial.

III. Montagem do ensaio

1. Na base do oedômetro introduzir água destilada e desaerada até garantir que a

pedra porosa fique submersa em água, mas sem ultrapassar o nível superior da

pedra.

2. Instalar a pedra porosa da parte inferior e logo depois o correspondente papel

filtro.

3. Colocar a parte superior do oedômetro sem apertar as porcas.

4. Colocar o anel (que contém o corpo de prova) e ajustar com a peça especial

para este ajuste (Ver Figura 3.13).

59

Figura 3.13 - Peça para o ajuste do anel de confinamento, que contém o corpo de prova, no

oedômetro.

5. Botar o anel de ajuste sobre o anel de confinamento

6. Botar o papel filtro sobre a parte superior do corpo de prova.

7. Botar o cap.

8. Apertar as porcas.

9. Aplicar, abundantemente vaselina no contanto entre o anel de ajuste e a parte

superior do oedômetro (contato A).

10. Nivelar a superfície da prensa, onde se apoia o oedômetro, em uma altura

apropriada para a montagem do ensaio.

11. Colocar o oedômetro na prensa e nivelar o braço da prensa (Ver Figura 3.14),

e o suporte do extensômetro (o extensômetro deve ficar com o espaço

suficiente para a realização das medições durante o ensaio todo).

60

Figura 3.14 - Técnico fazendo o nivelamento da prensa tipo Bishop.

12. Por em contato o cap do oedômetro com a peça da prensa de adensamento

que suporta o extensômetro. Ver Figura 3.15

Manômetro digital

Tanque interfase ar-

água

A B

(a) (b)

Figura 3.15 - Oedômetro montado na prensa tipo Bishop (a) Pronto para o inicio de estágios convencionais com carregamento por pesos (b) Pronto para o inicio de estágio de carregamento com vácuo

A. Ligação linha da pressão do vácuo. B. Ligação do manômetro digital.

61

IV. Ensaio

1. Botar água no contato B.

2. Fazer o primeiro estágio de carregamento com uma tensão de 3,75kPa (carga

de nivelamento) durante um dia e tomar leituras de recalque.

3. Fazer estágios de carregamento convencionais com pesos para obter tensões

de 10, 20, 40, 80 e 160kPa.

4. Tirar a água que há sobre o cap, secar bem esta superfície (com cuidado para

não deformar o corpo de prova, nem de afetar a leitura do extensomêtro), e

preencher com graxa de vaselina todo o espaço entre o a parte superior do

cap. e o anel de ajuste, até um nível que cubra totalmente a parte superior do

anel de ajuste.

5. Botar água desaerada no tanque da interface ar-água, aonde se ligará o

sistema de vácuo até uma altura de ¼ da capacidade do tanque e saturar a

mangueira, com a que vai ser feita a ligação ao oedômetro.

6. Ligar o tanque da interface ar-água a uma das válvulas da base do oedômetro

e fechar a outra válvula, nivelar o tanque até que a interface ar-água fique a

uma altura igual à metade da altura onde se encontra o corpo de prova.

7. Ligar o manômetro ao tanque da interface ar-água.

8. Ligar o sistema de vácuo com a válvula da entrada ao oedômetro fechada até

que a pressão do vácuo se estabilize.

9. Uma vez que a pressão do vácuo se estabilize, abrir a válvula. Nesse

momento começa o estágio de carregamento com vácuo (ativar o

cronômetro).

10. O estágio termina quando a curva de porcentagem de deformação vs. raiz de

tempo chega a uma forma na que se aprecie, claramente, que se estabilizou a

inclinação em uma forma razoavelmente constante.

11. Nesse momento começa o estágio seguinte, que é o descarregamento do

vácuo (tirar o vácuo). Este estágio começa desligando o sistema de vácuo do

tanque da interface ar-água e ligando-o a atmosfera.

12. Fazer um estágio de carregamento com um carregamento igual à pressão de

vácuo (80kPa) e posteriormente outro estágio com um carregamento do dobro

da carga aplicada no corpo de prova nesse momento (2 x 240kPa = 480kPa).

13. Fazer estágios de descarregamento, ao menos dois para poder calcular o Cr.

62

14. Desmontar o ensaio, medir a espessura final do corpo de prova (como dado

para revisão dos resultados do ensaio) e medir o teor de umidade final.

15. Paralelamente a realização do ensaio, foram desenhadas as curvas

(Porcentagem de deformação Vs. raiz de tempo, porcentagem de deformação

Vs. logaritmo de tempo, índice de vazios Vs. logaritmo da tensão vertical,

porcentagem de adensamento Vs. Tv, entre outras), e feitos os cálculos

respectivos (índice de vazios inicial, cv pelos diferentes métodos, etc.) para

poder ir conhecendo os resultados.

3.1.5. Ensaios teste

3.1.5.1. Material usado para os ensaios teste

Foi usada uma argila fabricada com uma mistura de argilas de diferentes

profundidades, obtidas em sondagens feitas na Baia de Guanabara, com adição de

água.

As características deste material remoldado são apresentadas na tabela 3.1. e

na figura 3.16.

Tabela 3.1 - Caracterização material usado nos ensaios teste

Característica Valor Unidade

Limite de liquidez (LL) 75 %

Limite de plasticidade (LP) 26 %

Índice de plasticidade (IP) 49 %

Teor de matéria orgânica 4,45 %

Massa específica real dos grãos 2,65 g/cm3

Fração granulométrica

Argila (% peso) 27,70 %

Silte (% peso) 28,00 %

Areia (% peso) 44,30 %

63

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

Porc

enta

gem

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 1000

Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)

Diâmetro dos Grãos (mm)

Calhau MatacãoABNT Argila Silte

Areia Pedregulho

fina média grossa fino médio grosso

Argila SilteAreia Pedregulho

fina média grossa 1 2 3 4

Argila SilteAreia

Pedregulhofina média grossa

SUCS

MIT

Figura 3.16 - Curva granulométrica material usado nos ensaio s teste

3.1.5.2. Resultados obtidos nos ensaios teste

Para o desenvolvimento de uma metodologia de ensaio, foram feitos vários

testes, nos quais se apresentaram dificuldades e problemas que obrigaram a fazer

mudanças na metodologia e realizar mais ensaios para testar novas técnicas que

permitissem chegar a soluções. Assim, foi obtida uma metodologia satisfatória por

via de ensaio e erro, o que permitiu conhecer, não somente como fazer o ensaio,

mas também como não fazer. Muitos resultados foram descartados pelos

problemas apresentados nos ensaios. Os resultados do primeiro ensaio satisfatório

são apresentados à seguir.

O ensaio V-6 é um ensaio de 14 estágios, onde o estágio 7 é feito com

vácuo; no estágio 8 o vácuo é desligado e a linha por onde drena água do corpo de

prova é ligada à pressão atmosférica. A Tabela 3.2 apresenta as características

iniciais e finais do material testado.

64

Tabela 3.2 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio No. 6.

ENSAIO No. V-6

14-ago-121.00 g/cm3

63.54% %1.589 g/cm3

2.650 g/cm3

1.72797.52% %0.7284 cm39.80% %

Grau de Saturação inicial Altura de Sólidos - HoUmidade Final

Data moldagemPeso Específico da águaUmidade InicialPeso Específico Total Inicial

Peso Específico dos GrãosÍndice de Vazios Inicial

Departamento de Engenharia Civil, PUC-RioDissertação de Mestrado em Geotecnia

Titulo: "Utilização de vácuo em laboratório para ensaios de adensamento com carregamento unidimensional e isotrópico para material remoldado"

Ensaio adensamento com vácuo na prensa de adensamento

Caraterísticas material testadoMaterial: Mescla Argilas mole da Bahia de Guanabara

A Tabela 3.3 apresenta os resultados obtidos no ensaio.

65

Tabela 3.3 - Resultados ensaio No. 6.

ENSAIO No. V-6

´vm (kPa)

9.72 0.2217.95 0.036

w 9.81 kN/m3

Estágio de carga No.

PressãokPa

Duração estágio(horas)

Recalqueacumulado

cm

Altura CPmm

Altura CPcm

Índice de Vazios

Cv - Taylorcm2/seg

Cv - Casagrandecm2/seg

Cv - Ajuste curva Tv Vs.U (%)

cm2/seg -V6, BG (COM VÁCUO)

av(1 /kPa)

mv(1 /kPa)

k(cm/s)

0 0.00 0.000 19.860 1.986 1.727 - - -

C 1 3.76 14.72 0.067 19.193 1.919 1.635 6.66E-05 8.39E-05 7.00E-05 0.024 0.009 6.13E-08

C 2 10.03 8.33 0.131 18.547 1.855 1.546 6.61E-05 7.00E-05 0.014 0.005 3.69E-08

C 3 20.06 16.00 0.216 17.698 1.770 1.430 8.28E-05 6.86E-05 6.90E-05 0.012 0.005 3.09E-08

C 4 40.10 48.30 0.325 16.609 1.661 1.280 7.15E-05 5.72E-05 7.50E-05 0.007 0.003 2.26E-08

C 5 80.22 24.10 0.436 15.498 1.550 1.128 9.24E-05 7.26E-05 1.00E-04 0.004 0.002 1.64E-08

C 6 160.42 100.48 0.578 14.077 1.408 0.933 1.24E-04 1.18E-04 1.50E-04 0.002 0.001 1.68E-08

V 7V 240.43 28.00 0.646 13.399 1.340 0.840 3.85E-04 2.00E-04

D 8 160.43 20.33 0.637 13.490 1.349 0.852

C 9 240.64 24.35 0.657 13.290 1.329 0.825

C 10 481.28 25.27 0.820 11.661 1.166 0.601 7.95E-04 5.35E-04 8.00E-04 0.001 0.001 4.00E-08

D 11 240.64 22.87 0.775 12.115 1.212 0.663

D 12 80.21 3.33 0.727 12.592 1.259 0.729

D 13 40.10 3.73 0.691 12.953 1.295 0.778

D 14 10.03 16.28 0.622 13.645 1.365 0.873

Resultado dos Estágios

Departamento de Engenharia Civil, PUC-Rio

Dissertação de Mestrado em GeotecniaTitulo provisional: "Utilização de vácuo em ensaios de laboratório para material fabricado: carregamento unidimensional e isotropico"

Ensaio adensamento com vácuo na prensa de adensamento

Cc

Cr

Presssão de pré-adensamento

Casagrande

Pacheco Silva

Parametros de compressibilidade

66

A Figura 3.17 apresenta a curva % de deformação Vs. raiz quadrada de tempo

(método de Taylor), obtida no estágio 7V feito com vácuo.

Figura 3.17 - Curva % deformação Vs. raiz de tempo para o estágio com pressão de vácuo,

ensaio No. 6.

A Figura 3.18 apresenta a curva de índice de vazios Vs. Log `v, onde

pode-se observar que o estágio 7V tem um comportamento bastante similar aos

outros estágios feitos com carregamento convencional.

67

12

3

4

5

6

7V8

9

10

1112

13

14

y = -0.221ln(x) + 2.0781R² = 0.9919

-6.36%

0.00%

6.36%

12.72%

19.08%

25.44%

31.80%

38.16%

44.52%0.50

0.70

0.90

1.10

1.30

1.50

1.70

1.90

1 10 100 1,000

% d

e de

form

ação

Índi

ce d

e va

zios

(e)

Log 'v (kPa)

Índice de Vazios Vs. Log 'vMétodo de Pacheco Silva para determinação presssão de pré-adensamento ´vm

Ensaio No. V-6

Figura 3.18 - Curva e Vs. Log ’v para o ensaio No. 6

O estágio 9, é feito com pesos que equivalem ao valor da pressão do vácuo

80kPa), obtendo-se um índice de vazios final bastante similar ao obtido no final

do estágio 7V.

O ensaio V-7 foi feito em um oedômetro convencional com as mesmas

tensões verticais usadas no ensaio V-6 para comparação de resultados. Na Tabela

3.4 apresentam-se as características iniciais e finais do material usado neste

ensaio. Os resultados deste ensaio se apresentam na tabela 3.5. A Figura 3.19.

apresenta a curva de índice de vazios Vs. Log `v obtida neste ensaio.

68

Tabela 3.4 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio No. 7.

ENSAIO No. V-7

29-ago-121.00 g/cm3

62.56% %1.589 g/cm3

2.650 g/cm3

1.712171.16% %0.7320 cm36.91% %

Grau de Saturação inicial Altura de Sólidos - HoUmidade Final

Data moldagemPeso Específico da águaUmidade InicialPeso Específico Total Inicial

Peso Específico dos GrãosÍndice de Vazios Inicial

Departamento de Engenharia Civil, PUC-RioDissertação de Mestrado em Geotecnia

Titulo: "Utilização de vácuo em laboratório para ensaios de adensamento com carregamento unidimensional e isotrópico para material remoldado"

Ensaio adensamento com vácuo na prensa de adensamento

Caraterísticas material testadoMaterial: Mescla Argilas mole da Bahia de Guanabara

69

Tabela 3.5 - Resultados ensaio N. 7.

ENSAIO No. V-7

´vm (kPa)

11.97 0.2168.66 0.027

w 9.81 kN/m3

Estágio de carga No.

PressãokPa

Duração estágio(horas)

Recalqueacumulado

cm

Altura CPmm

Altura CPcm

Índice de Vazios

Cv - Taylorcm2/seg

Cv - Casagrandecm2/seg

Cv - Ajuste curva Tv Vs.U (%)

cm2/seg - V7, BG - (SEM VÁCUO)

av(1 /kPa)

mv(1 /kPa)

k(cm/s)

0 0.00 0.000 19.850 1.985 1.712 - - -

C 1 3.75 15.733 0.100 18.851 1.885 1.575

C 2 10.00 23.900 0.172 18.132 1.813 1.477 6.02E-05 6.89E-05 7.00E-05 0.016 0.006 4.19E-08

C 3 20.02 25.333 0.247 17.383 1.738 1.375 6.48E-05 5.85E-05 6.90E-05 0.010 0.004 2.79E-08

C 4 40.02 26.650 0.340 16.448 1.645 1.247 8.11E-05 7.36E-05 8.00E-05 0.006 0.003 2.11E-08

C 5 80.06 20.417 0.455 15.302 1.530 1.090 9.62E-05 8.18E-05 8.00E-05 0.004 0.002 1.37E-08

C 6 160.12 23.850 0.574 14.114 1.411 0.928 1.21E-04 1.09E-04 1.30E-04 0.002 0.001 1.24E-08

C 7 240.17 23.667 0.643 13.424 1.342 0.834 1.14E-04 6.22E-05 8.00E-05 0.001 0.001 4.79E-09

D 8 160.11 26.383 0.636 13.494 1.349 0.843

C 9 240.17 24.150 0.648 13.370 1.337 0.826

C 10 480.34 28.567 0.767 12.185 1.219 0.665 1.93E-04 1.11E-04 2.00E-04 0.001 0.000 7.24E-09

D 11 240.17 18.350 0.749 12.359 1.236 0.688

D 12 40.03 46.633 0.683 13.018 1.302 0.778

Parametros de compressibilidade

Resultado dos Estágios

Departamento de Engenharia Civil, PUC-Rio

Dissertação de Mestrado em GeotecniaTitulo provisional: "Utilização de vácuo em ensaios de laboratório para material fabricado: carregamento unidimensional e isotropico"

Ensaio adensamento com vácuo na prensa de adensamento

Cc

Cr

Presssão de pré-adensamento

Casagrande

Pacheco Silva

70

1

2

3

4

5

6

78

9

1011

12

y = -0.216ln(x) + 2.0313R² = 0.9971

-6.95%

0.00%

6.95%

13.90%

20.85%

27.80%

34.75%

41.70%

48.65%

0.50

0.70

0.90

1.10

1.30

1.50

1.70

1.90

1 10 100 1,000

% d

e de

form

aççã

o

Índi

ce d

e va

zios

(e)

Log 'v (kPa)

Índice de Vazios Vs. Log 'vMétodo de Pacheco Silva para determinação presssão de pré-adensamento ´vm

Ensaio No. V-7

Figura 3.19 - Curva e Vs. Log ’v para o ensaio No. 7.

A comparação das curvas de índice de vazios Vs. Log `v do ensaio V-6 e o

ensaio V-7 se apresentam na Figura 3.20. É evidente que estas duas curvas têm

muita semelhança.

Figura 3.20 - Comparação entre as curvas e Vs. Log ’v do ensaio No. 6 (com estágio 7V com

vácuo) e do ensaio No. 7 (sem vácuo).

71

3.2. Ensaio de adensamento isotrópico, na célula triaxial.

Neste ensaio de adensamento isotrópico é feito com drenagem por um dos

extremos do corpo de prova (neste trabalho pela base) e medição de poro pressão

no outro extremo (neste trabalho pelo topo).

Com este ensaio busca-se conhecer o comportamento da variação de poro

pressão ao longo do tempo em um corpo de prova. O transdutor para medição de

pressões, fornecido pelo laboratório para este ensaio tinha um limite máximo de

leitura de pressão de vácuo de -50kPa. O que fornecia um intervalo baixo de

variação de poro pressão (0 a -50kPa) para o estudo. Então optou-se por aplicar

uma tensão de confinamento, sob condições não drenadas de 200kPa, para

aumentar o valor da poro pressão e assim ter um intervalo de variação de poro

pressões maior (200 a -50kPa). Além disso, é necessário, aplicar uma pressão

confinante sob condições não drenadas para medir o B de Skeptom, o que também

ajuda, ainda que não seja o objetivo do ensaio, ao sistema de medição de variação

de volume usado a dissolver bolhas de ar que possam ter ficado presas no interior

da célula (ver item 3.2.2.2.). Como foi observado no ensaio na prensa tipo Bishop,

aplicar uma tensão antes da aplicação da pressão de vácuo permite evitar a

formação de trincas no corpo de prova.

3.2.1. Objetivo do ensaio

O objetivo deste ensaio é conhecer a variação da poro pressão ao longo do

tempo em corpos de prova de diferentes alturas, durante um processo de

adensamento produzido pela ação conjunta de carregamento por tensão de

confinamento triaxial e vácuo aplicado na base do C.P. (corpo de prova) com

leituras de poro pressão no topo do C.P.

72

3.2.2. Esquema montagem do ensaio

Na Figura 3.21 se apresenta o esquema da montagem do ensaio na célula

triaxial.

MVV

2

4

5

6

1

7

3

3

8

109

11

1 Célula triaxial totalmente preenchida de água2 Topo onde são feitas as medições de poro pressão3 Orings para segurar membrana de borracha4 Pedra porosa5 Papel filtro6 Corpo de prova (C.P.)7 Membrana de borracha8 Transdutor de poro pressão9 Ligação manomêtro para controle da pressão de vácuo10 Ligação a sistema de vácuo11 Interfase ar-água nivelada com o centro da altura do C.P.

Figura 3.21 - Esquema montagem do ensaio na célula triaxial 3.2.3. Dificuldades encontradas durante o desenvolvimento do ensaio

3.2.3.1. Tempo do ensaio (aquisição de dados)

No objetivo desde ensaio está contemplado ensaiar corpos de prova de

diferentes alturas, foram escolhidas três alturas de 3, 4.5 e 6cm.

73

O material testado tem um cv de 4x10-4 cm2/s, usando a equação para

cálculo de tempo de adensamento, e usando a maior altura hC.P.= 6cm,

para completar um adensamento de 99.1% para o qual corresponde um fator

tempo (Tv) de 2, para adensamento isotrópico (Bishop e Henkel) , obtém-se um

tempo de 50 horas. Para a menor altura hC.P = 3cm, obtém-se um tempo de 12.5

horas. Estes tempos são grandes para tomar leituras com instrumentos sem

aquisição de dados eletrônico. Instrumentos para tomada de leituras por meio

visual não são adequados (ver Figura 3.22), porque para a plotagem da curva de

variação de poro pressão ao longo do tempo e de variação volumétrica são

necessários vários pontos em intervalos de tempo máximo de uma hora. Sendo

assim, não é apropriado que um único técnico faça esta tomada de leituras durante

todo tempo que o ensaio demora, tornando-se fundamental a utilização de

instrumentos ligados a sistemas de aquisição de dados computorizados.

Figura 3.22 - Instrumentos para medição de variação volumétrica de leitura visual,

inadequados para um ensaio de altos tempos de duração.

3.2.3.2. Medição da variação de volume

Medir a variação de volume não é o objetivo deste ensaio, no entanto,

tentou-se desenvolver uma metodologia que permitisse fazer esta medição com os

recursos disponíveis e as condições que se tinham no laboratório, obtendo-se uma

74

metodologia que tem limitações e que embora não tenha uma alta precisão,

fornece resultados com comportamentos lógicos.

Descrição da metodologia

Os instrumentos para medição de variação de volume nos ensaios triaxiais

drenados convencionais para materiais saturados trabalham medindo o volume de

água que sai do corpo de prova. Neste ensaio a água sai do corpo de prova pela

mesma linha por onde é ligado o vácuo. Submeter um instrumento de medição de

variação de volume de borrachas de Bellofram (que geralmente trabalham com

uma pressão positiva ou contrapressão) a uma pressão negativa (de vácuo) pode

danificar o mecanismo do instrumento, o que levaria a obter leituras erradas.

Optou-se então, trabalhando com a célula totalmente preenchida de água,

por fazer a medição da variação de volume medindo a quantidade de água que

entra na célula.

Descrição do Funcionamento do Sistema de Medição de Variação

Volumétrica do C.P.

1. Abrir a válvula do reservatório de água destilada.

2. Abrir a válvula B para preencher a célula (Ver Figura 3.23).

A

D

C

B

A. Do reservatório de agua destiladaB. Para a célulaC. Para o transdutor (medição tensão

confiante)D. Para o MVV

Figura 3.23 - Válvulas que ligam célula, reservatório, transdutor e o MVV.

3. Preencher totalmente a célula, com água destilada (Ver Figura 3.24).

75

Célula totalmentepreenchida de água.

Figura 3.24 - Célula totalmente preenchida de água

4. Fechar a válvula do reservatório

5. Aplicar tensões confinantes para a medição do B de Skempton do C.P. (Ver

3.2.4. Procedimento do ensaio). É aplicada pressão ao ar da parte inferior

do instrumento para medição de variação de volume (MVV) (Ver Figura

3.25. e Figura 3.26). Esta pressão é transmitida à água da parte superior do

MVV. Tendo abertas as válvulas D e B (Ver Figura 3.23), a pressão chega

à água do interior da célula.

MVV

Entrada ar com tensão confinante

LSCDT, ligado a um sistema de aquisição de dados computadorizado.

Entrada e saída de água

Figura 3.25 - Instrumento para a medição da variação volumétrica (MVV).

76

Mangueira por onde entra águado reservatório antes de iniciaro ensaio e por onde sai águapara a célula quando o C.P. estadiminuindo de volume.

Figura 3.26 - Vista superior do instrumento para medição da variação volumétrica (MVV).

6. Aplicar tensão confinante do ensaio (200kPa, que é constante durante todo

o ensaio).

7. Esperar 24 horas, mantendo constante a tensão confinante de 200kPa, o que

vai permitir que as poucas bolhas de ar que estejam presas no topo da

célula se dissolvam na água destilada e que o Creep da célula se estabilize,

levando em conta os ensaios realizados para medição do creep da célula e

cujos resultados se apresentam na Figura 3.27.

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0 5 10 15 20 25

Vol

(mL)

Tempo (hora)

Curva 1 Curva 2

Figura 3.27 - Resultados de dois ensaios de medição do Creep da célula triaxial ao longo do

tempo com uma pressão de confinamento constante de 200kPa.

8. Abrir a válvula que liga a base do C.P. ao tanque onde é ligada a pressão de

vácuo (Ver 3.2.4. Descrição do procedimento do ensaio). Nesse momento

começa a sair água do C.P. e, portanto, começa a diminuir de volume,

volume esse que passa a ser ocupado por água que sai do MVV para entrar

na célula.

77

9. As leituras registradas pelo MVV correspondem à quantidade de água que

saiu do MVV para entrar na célula, para ocupar o volume que ocupava a

água que saiu do C.P.

Limitações deste sistema

Em seguida há uma numeração das limitações deste sistema de medição da

variação de volume que é necessário estudar detalhadamente para ter um melhor

controle destas variáveis e assim melhorar a precisão das medições.

1. Sensibilidade do instrumento à variação de temperatura ambiente no

interior do laboratório

2. Sensibilidade do acrílico da célula à variação de temperatura ambiente no

interior do laboratório

3. Creep da célula durante todo o tempo que demora o ensaio

4. Presença de bolhas de ar no interior do topo da célula, em espaços, que pela

geometria, são difíceis de enxergar.

5. Creep das mangueiras que ligam as conexões do equipamento.

3.2.3.3. Saturação e limpeza das linhas

A presença de bolhas de ar nas linhas atrapalha a medição das pressões

(confinamento, poro pressão), fazendo com que os tempos de estabilização destas

medições, para poder tomar as leituras, sejam maiores, além de que podem afetar

o valor das medições. O equipamento, inicialmente, tinha as mangueiras de cor

vermelha (ver Figura 3.28) o que não permitia ver a presença de bolhas de ar.

Foram trocadas as mangueiras por outras transparentes que permitiram fazer a

saturação das linhas com melhor efetividade.

78

Figura 3.28 - Mangueiras inadequadas de cor vermelha que impedem observar a presença de

bolhas de ar nas linhas.

Quando era realizada a saturação das linhas observou-se nas saídas que a

vazão de água em algumas era inferior. Inicialmente achou-se que isso não

afetaria o ensaio, mas durante a realização de alguns ensaios as linhas ficavam

entupidas. Como não é possível desentupir as linhas com o ensaio em andamento,

perderam-se alguns ensaios. As linhas eram desentupidas com água a pressão,

observando-se que não saía nada (não tinha partículas de solo, nem qualquer outro

material).

Depois de alguns ensaios perdidos deste jeito, procedeu-se a desarmar as

peças do equipamento onde se encontravam as ligações das linhas e foi feita uma

limpeza mais profunda. Encontrou-se um material branco acumulado. Depois de

retirar este material e armar o equipamento conseguiu-se, em todas as saídas das

linhas, a mesma vazão, solucionando definitivamente o problema do entupimento

das linhas.

3.2.4. Descrição do procedimento do ensaio

I. Preparação do equipamento e dos acessórios

1. Cortar papel filtro com o diâmetro do C.P.

79

2. Saturar o papel filtro e as pedras porosas.

3. Avaliar que o comprimento da membrana esteja em acordo com o

comprimento do C.P.

4. Testar que a membrana não tenha nenhum furo por onde possa entrar água

ao C.P, ver Figura 3.29.

Figura 3.29 - Teste para detectar presença de furos na membrana

5. Saturar as linhas do equipamento (verificando visualmente que nas

mangueiras transparentes não tenham bolhas de ar).

6. Verificar que o reservatório de água destilada possui a quantidade

suficiente para encher toda a célula triaxial.

II. Moldagem corpo de prova (material remoldado)

7. Pesar três cápsulas vazias para medição do teor de umidade inicial.

8. Pegar um volume de material de dimensões maiores as do corpo de prova a

ensaiar.

9. Montar o volume de material em um moldador e cortar o material com

cuidado até obter o diâmetro do corpo de prova (3.81cm), ver Figura 3.30.

80

Figura 3.30 - Moldagem corpo de prova.

10. Colocar o C.P. em um berço (com o diâmetro do C.P.), retirando o C.P. do

moldador, com o maior cuidado para não afetar a geometria.

11. Cortar o C.P. com corda de violão a longitude necessária.

12. Botar parte das porções cortadas do material nas cápsulas para a medição

do teor de umidade inicial. Ver Figura 3.31.

13. Pesar o berço com o C.P. e as cápsulas para a medição do teor de umidade

inicial.

Figura 3.31 - Corpo de Prova cortado no comprimento necessário no berço e cápsulas para a

medição do teor de umidade inicial.

81

III. Montagem do C.P.

1. Colocar a pedra porosa e o papel filtro na base.

2. Colocar o C.P. na base com o maior cuidado.

3. Ingressar no C.P. o tubo bipartido com a membrana, fazendo sucção para

colar a membrana às paredes do tubo para que a membrana não toque o

C.P. enquanto o tubo ingressa. Ver Figura 3.32.

Figura 3.32 - Membrana em tubo bipartido pronta para a instalação no C.P.

4. Botar papel filtro, pedra porosa e o cap no topo do corpo de prova.

5. Esticar os extremos da membrana e botar o-rings de borracha para segurar a

membrana cuidadosamente para não afetar o C.P. Ver Figura 3.33.

Figura 3.33 - C.P. montado.

6. Fechar a célula e encher a célula totalmente (ver 3.2.2.2. Descrição do

Funcionamento do Sistema de Medição de Variação Volumétrica do C.P. e

Figura 3.34).

82

Figura 3.34 - Parte superior da célula triaxial

IV. Ensaio

1. Medir o B de Skempton

• Aplicar uma tensão confinante ( c) de 100kPa (não drenado), ver Figura

3.35.

Figura 3.35 - Tabuleiro de válvulas para regulagem das pressões na célula triaxial

• Medir a poro pressão na linha 1 da base, ver Figura 3.36.

83

B1

B2T

R

Figura 3.36 - Base do equipamento triaxial antes da montagem do C.P.

B1: Linha 1 da base e do transdutor para medir pressões. B2: Linha 2 da base T: Linha do Topo R: Conexões do Reservatório, MVV e da célula (Ver figura 3.21.)

• Aplicar uma tensão confinante de c = 120kPa (não drenado).

• Medir a poro pressão na linha 1 da base.

• Cálcular o B de Skempton, (tem que ser maior a 98%, se não, é necessário

fazer procedimentos para saturação do C.P. por percolação ou por tensão

efetiva).

2. Aplicar tensão confinante do ensaio.

• Aplicar tensão confinante de c = 200kPa, não drenado.

• Medir poro pressão na linha 1 da base.

• Medir poro pressão na linha do topo.

• Esperar 24 horas, (ver 3.2.2.2. Medição da variação de volume).

3. Aplicar a pressão de vácuo

• Ligar a linha da base 2 ao tanque de interface ar-água.

• Com a válvula de saída do tanque da interface ar-água fechada, ligar a

linha de pressão de vácuo e o manômetro digital ao tanque da interface ar-

água. Ver Figura 3.37.

• Depois que a leitura da pressão do vácuo no manômetro digital se

estabilizar em um valor fixo, regular a pressão a 80kPa.

• Nivelar a interface ar-água até que fique a uma altura igual à metade da

altura do C.P.

84

1 2

3

4

Figura 3.37 - Ligações no tanque da interface ar-água

1. Ligação linha da pressão do vácuo 2. Ligação do manômetro digital 3. Interface ar-água 4. Base pantográfica para nivelar a interface ar-água até a metade da altura do C.P.

• Abrir ao mesmo tempo a válvula de saída do tanque da interface ar-água e

a válvula da linha 2 da base, ficando ligada a pressão de vácuo na base do

C.P.

• Registrar as seguintes leituras durante o tempo necessário para que a poro

pressão se estabilize:

o Tempo

o Poro pressão no topo

o Pressão do vácuo

o Variação volume do C.P.

Na Figura 3.38 se mostra um corpo de prova deformado durante o ensaio.

85

1

2

3

Figura 3.38 - Corpo de Prova adensado por a ação conjunta da tensão confinante e a pressão

vácuo. 1. As leituras de poro pressão são tomadas no topo do C.P. 2. Corpo de prova (C.P.) 3. A pressão de vácuo é aplicada na base do C.P.

• Foram feitos ensaios sem vácuo para a comparação dos resultados. Para a

realização de um ensaio sem vácuo, é necessário ligar o tanque da

interface ar-água a pressão da atmosfera e permitir a drenagem pela base

do C.P. para um adensamento somente pela ação da tensão confinante.

4. Desligar a pressão de vácuo

• Depois que a leitura de poro pressão no topo se estabilizar, desligar a

pressão de vácuo do tanque da interface ar-água.

• Ligar o tanque da interface ar-água à pressão atmosférica com a instalação

de um engate rápido.

• Anotar as seguintes leituras durante o tempo necessário para que a

variação da poro pressão se estabilize:

o Tempo

o Variação volume

o Poro pressão no topo

V. Desmontagem do ensaio

1. Fechar válvula da linha do topo e da linha 2 da base.

2. Tirar a tensão confinante.

3. Tirar água da célula triaxial.

4. Tirar o C.P. cuidadosamente para não afetar a geometria.

5. Cortar o C.P. em fatias de, aproximadamente, 1cm de comprimento.

86

6. Pesar cada fatia (para a medição da umidade final de cada fatia).

7. Medir o diâmetro e a altura de cada fatia.

3.2.5. Ensaios teste

3.2.5.1. Material usado para os ensaios teste

Nos ensaios teste deste ensaio foi usado o mesmo material descrito no item

3.1.5.1.

3.2.5.2. Resultados obtidos nos ensaios teste

Para o desenvolvimento dos ensaios foram feitos 25 ensaios nos quais

somente os quatro últimos ensaios teste foram obtidos resultados satisfatórios. Os

outros ensaios foram experiências que permitiram solucionar os problemas que se

apresentaram e conhecer o comportamento dos resultados que este ensaio fornece.

Destes quatro ensaios, três foram feitos sem vácuo e um foi feito com vácuo

até o tempo em que o sistema de vácuo que se tinha nesse momento permitiu.

Uma vez obtidos estes resultados, o esforço da pesquisa se concentrou no

desenvolvimento de um sistema de vácuo que permitisse fazer o ensaio com um

tempo de duração suficiente para a poro pressão se estabilizar o que é descrito no

item 3.3.

A Figura 3.39 apresenta as curvas de variação de poro pressão Vs. tempo,

obtidas em ensaios sem vácuo, para corpos de prova de alturas de 2.90cm, 4.50cm

e 5.90cm. A curva para o C.P. de 2.90cm de altura tem um intervalo de tempo sem

leituras porque surgiu um problema com o adquisidor de dados.

87

Figura 3.39 - Curvas de poro pressão Vs. tempo para corpos de prova de diferentes alturas.

A Tabela 3.6, Tabela 3.7 e Tabela 3.8 apresentam as características iniciais e

finais do material para cada um dos ensaios sem vácuo para corpos de prova de

alturas de 2.90cm, 4.50cm e 5.90cm.

88

Tabela 3.6 - Características iniciais e finais do ensaio 1BG

SEM VÁCUO

TOPO 1BG12

Material Argila Bahía Gauanabara - Marina da Gloria

Caraterísticas Finais Topo Base

Umidade 64.59% Umidade 40.030% 39.610%

Diametro (cm) 3.810 Diametro (cm) 3.417 3.429

Altura (cm) 2.900 Altura (cm) 1.191 1.296

Volume (cm3) 33.06 Volume (cm3) 10.922 11.968

Peso (g) 50.38 Peso (g) 19.520 21.960

P. Especifico total (g/cm3) 1.524 P. Especifico total (g/cm3) 1.787 1.835

Peso Específico dos Grãos 2.6500 Peso Específico dos Grãos 2.650 2.650

Índice de Vazios Inicial 1.862 Índice de Vazios final 1.076 1.016

Grau de Saturação (%) 91.91% Grau de Saturação (%) 98.564% 103.281%

Vs (mL) 5.260 5.936

vol (mL) por dif w 4.135 5.022

Composição Inicial Peso (g) Vol (cm3) Variação de Volume vol (mL) % L. inicial L. Final

Sólidos 30.61 11.55 vol (mL) por dif w 9.16 27.70%

Água 19.77 19.77 vol (mL) por dif geo 10.17 30.77% 33.06 22.89

Ar 0.00 1.74 vol (mL) MVV C.P. 11.44 34.59% 134.82 123.38

Saturaçãao 91.91% vol (mL) MVV câmara 9.88 29.88% 2187.20 2555.00

TENSÃO CONFINANTE 200 kPa Observações:

CONTRAPRESSÃO 9 kPa Sistema bombeo da Tecnogeo

Data 10-jul-12

Caraterísticas Inicais

Departamento de Engenharia Civil, PUC-Rio

Dissertação de Mestrado em GeotecniaTitulo provisional: " Utilização de vácuo em ensaios de laboratório para material fabricado: carregamento unidimensional e isotropico"

Variação Poropressão ao Longo do Tempo

Vácuo aplicado em

Poropressões medidas CÓD. ENSAIOENSAIO

89

Tabela 3.7 - Características iniciais e finais do ensaio 3BG

SEM VÁCUO

TOPO 3BG15

Material Argila Bahía Gauanabara - Marina da Gloria

Caraterísticas Finais Topo 2 Base

Umidade 62.18% Umidade 38.780% 37.740% 38.500%

Diametro (cm) 3.810 Diametro (cm) 3.505 3.401 3.463

Altura (cm) 4.500 Altura (cm) 1.151 1.615 1.397

Volume (cm3) 51.30 Volume (cm3) 11.106 14.672 13.158

Peso (g) 81.08 Peso (g) 19.180 25.840 22.590

P. Especifico total (g/cm3) 1.580 P. Especifico total (g/cm3) 1.727 1.761 1.717

Peso Específico dos Grãos 2.6500 Peso Específico dos Grãos 2.650 2.650 2.650

Índice de Vazios Inicial 1.719 Índice de Vazios final 1.129 1.072 1.138

Grau de Saturação (%) 95.83% Grau de Saturação (%) 90.989% 93.253% 89.667%

Vs (mL) 5.215 7.079 6.155

vol (mL) por dif w 3.077 4.580 3.580

Composição Inicial Peso (g) Vol (cm3) Variação de Volume vol (mL) % L. inicial L. Final

Sólidos 49.99 18.87 vol (mL) por dif w 11.24 21.90%

Água 31.09 31.09 vol (mL) por dif geo 12.37 24.11% 51.30 38.94

Ar 0.00 1.35 vol (mL) MVV C.P. 0.00 0.00%

Saturaçãao 95.83% vol (mL) MVV câmara 18.66 36.37% 4190.90 4885.50

TENSÃO CONFINANTE 200 kPa Observações:

CONTRAPRESSÃO 0 kPa Sistema bombeo da Tecnogeo

Data 23-ago-12

Caraterísticas Inicais

Departamento de Engenharia Civil, PUC-Rio

Dissertação de Mestrado em GeotecniaTitulo provisional: " Utilização de vácuo em ensaios de laboratório para material fabricado: carregamento unidimensional e isotropico"

Variação Poropressão ao Longo do Tempo

Vácuo aplicado em

Poropressões medidas CÓD. ENSAIOENSAIO

90

Tabela 3.8 - Características iniciais e finais do ensaio 4BG

SEM VÁCUO DRENAGEM PELA BASE

TOPO 4BG13

Material Argila Bahía Gauanabara - Marina da Gloria

Caraterísticas Finais Topo 2 3 Base

Umidade 64.55% Umidade 39.410% 38.030% 37.900% 38.810%

Diametro (cm) 3.810 Diametro (cm) 3.709 3.440 3.488 3.734

Altura (cm) 5.950 Altura (cm) 1.078 1.286 1.220 1.407

Volume (cm3) 67.84 Volume (cm3) 11.647 11.952 11.657 15.408

Peso (g) 106.46 Peso (g) 19.210 21.270 20.450 26.540

P. Especifico total (g/cm3) 1.569 P. Especifico total (g/cm3) 1.649 1.780 1.754 1.723

Peso Específico dos Grãos 2.6500 Peso Específico dos Grãos 2.650 2.650 2.650 2.650

Índice de Vazios Inicial 1.779 Índice de Vazios final 1.240 1.055 1.083 1.135

Grau de Saturação (%) 96.18% Grau de Saturação (%) 84.228% 95.488% 92.725% 90.574%

Vs (mL) 5.200 5.815 5.596 7.215

vol (mL) por dif w 2.801 4.205 3.891 4.639

Composição Inicial Peso (g) Vol (cm3) Variação de Volume vol (mL) % L. inicial L. Final

Sólidos 64.70 24.41 vol (mL) por dif w 15.54 22.90%

Água 41.76 41.76 vol (mL) por dif geo 17.17 25.31% 67.84 50.66

Ar 0.00 1.66 vol (mL) MVV C.P. 19.52 28.77% 120.15 100.64

Saturaçãao 96.18% vol (mL) MVV câmara 19.12 28.18% 2647.20 3358.80

TENSÃO CONFINANTE 300 kPa Observações:

CONTRAPRESSÃO 102.96 kPa

Data 01-ago-12

Caraterísticas Inicais

Departamento de Engenharia Civil, PUC-Rio

Dissertação de Mestrado em GeotecniaTitulo provisional: " Utilização de vácuo em ensaios de laboratório para material fabricado: carregamento unidimensional e isotropico"

Variação Poropressão ao Longo do Tempo

Vácuo aplicado em

Poropressões medidas CÓD. ENSAIOENSAIO

91

A Figura 3.40, Figura 3.41 e Figura 3.42 . apresentam as curvas de porcentagem

de adensamento Vs. fator tempo (U% Vs. Tv) de cada um dos ensaios comparadas

com as curvas teóricas de adensamento isotrópico. Nesta comparação utilizou-se

para calcular um cv que permitisse a curva do ensaio ficar o mais similar possível

com a curva teórica de adensamento isotrópico.

0%

20%

40%

60%

80%

100%0.01 0.10 1.00 10.00

U (%

)

Tv

1BG, Ensaio No. 12, SEM VÁCUOTv Vs. U(%)

C.P. (h = 2.90cm)Curva teórica de adensamento IsotropicoCurva teórica de adensamento UnidimensionalEnsaio

Cv = 8.00x10-05 cm2/s

Figura 3.40 - Cálculo de coeficiente de adensamento para o ensaio 1BG, por confrontação de

curva U(%) Vs. Tv do ensaio com a curva teórica de adensamento isotrópico.

0%

20%

40%

60%

80%

100%0.01 0.10 1.00 10.00

U (

%)

Tv

3BG, Ensaio No. 15, SEM VÁCUOTv Vs. U(%)

C.P. (h = 4.50cm)Curva teórica de adensamento Isotropico

Curva teórica de adensamento Unidimensional

Ensaio

Cv = 7.50x10-05 cm2/s

Figura 3.41 - Cálculo de coeficiente de adensamento para o ensaio 3BG.

92

0%

20%

40%

60%

80%

100%0.01 0.10 1.00 10.00

U (

%)

Tv

4 BG, Ensaio No. 13, SEM VÁCUOTv Vs. U(%)

C.P. (h = 5.95cm)Curva teórica de adensamento IsotropicoCurva teórica de adensamento UnidimensionalEnsaio

Cv = 8.50x10-05 cm2/s

Figura 3.42 - Cálculo de coeficiente de adensamento para o ensaio 4BG.

A Figura 3.43 apresenta a curva de poro pressão Vs. tempo obtida em um

ensaio com vácuo, comparada com a curva obtida em um ensaio sem vácuo com a

mesma altura do corpo de prova de 2.90cm.

Este ensaio com vácuo mostra, claramente, que a poro pressão de

estabilização é uma pressão negativa, mas neste ensaio não foi atingida porque

ainda não se tinha a tecnologia para manter por tempos prolongados a pressão de

vácuo.

93

Figura 3.43 - Comparação das curvas de poro pressão Vs. tempo obtidas para C.P. de 2.90cm,

em azul ensaio com vácuo e em verde ensaio sem vácuo.

A Figura 3.9 apresenta as características iniciais e finais do ensaio 2BG feito

com vácuo.

94

Tabela 3.9 - Características iniciais e finais do ensaio 2BG

NA BASE DO C.P.

TOPO 2BG14

Material Argila Bahía Gauanabara - Marina da Gloria

Caraterísticas Finais Topo Base

Umidade 64.54% Umidade 38.970% 36.960%

Diametro (cm) 3.810 Diametro (cm) 3.498 3.476

Altura (cm) 2.900 Altura (cm) 1.127 1.447

Volume (cm3) 33.06 Volume (cm3) 10.831 13.731

Peso (g) 51.67 Peso (g) 18.970 23.270

P. Especifico total (g/cm3) 1.563 P. Especifico total (g/cm3) 1.752 1.695

Peso Específico dos Grãos 2.6500 Peso Específico dos Grãos 2.650 2.650

Índice de Vazios Inicial 1.790 Índice de Vazios final 1.103 1.142

Grau de Saturação (%) 95.54% Grau de Saturação (%) 93.662% 85.787%

Vs (mL) 5.151 6.411

vol (mL) por dif w 3.541 4.157

Composição Inicial Peso (g) Vol (cm3) Variação de Volume vol (mL) % L. inicial L. Final

Sólidos 31.40 11.85 vol (mL) por dif w 7.70 23.28%

Água 20.27 20.27 vol (mL) por dif geo 8.50 25.71% 33.06 24.56

Ar 0.00 0.95 vol (mL) MVV C.P. 0.00 0.00%

Saturaçãao 95.54% vol (mL) MVV câmara 0.00 0.00% 0.00 0.00

TENSÃO CONFINANTE 200 kPa Observações:

CONTRAPRESSÃO 0 kPa Sistema bombeo da Tecnogeo

Data 14-ago-12

Caraterísticas Inicais

Departamento de Engenharia Civil, PUC-Rio

Dissertação de Mestrado em GeotecniaTitulo provisional: " Utilização de vácuo em ensaios de laboratório para material fabricado: carregamento unidimensional e isotropico"

Variação Poropressão ao Longo do Tempo

Vácuo aplicado em

Poropressões medidas CÓD. ENSAIOENSAIO

95

A Figura 3.44 apresenta a curva U(%) Vs. Tv obtida no ensaio 2BG

confrontada com a curva de adensamento isotrópico para o cálculo do coeficiente

de adensamento.

Figura 3.44 - Cálculo de coeficiente de adensamento para o ensaio 2BG e comparação com o

correspondente cálculo para o ensaio 1BG.

3.3. Sistema de aplicação de vácuo

O vácuo, no campo, é aplicado em um tanque fechado que contém uma

interface ar-água (água na parte inferior do tanque e ar na parte superior). Uma

bomba de vácuo é ligada na parte superior (ar) assim a pressão de vácuo é

transmitida à água da parte inferior. Esta parte do tanque é ligada com um sistema

de tubulações a drenos verticais (dependendo da técnica usada), cravados na

camada de argila mole. No laboratório foi usada uma interface ar-água em um

tanque com dimensões apropriadas para a realização dos ensaios (muito menor

que os tanques que são usados no campo), ver Figura 3.15 (b) e Figura 3.37.

A empresa Tecnogeo, única, no Brasil, com experiência na aplicação de

vácuo em obra (até a data em que foram realizados os ensaios) doou a bomba de

vácuo que foi usada para a realização dos ensaios apresentados no capítulo 4, ver

Figura 3.45.

96

A bomba doada pela Tecnogeo é uma bomba de vácuo de anel líquido,

refrigerada com água com um motor de 1.5HP, trifásico a 220V. Esta bomba tem

as mesmas características das bombas de vácuo que a Tecnogeo usa em obra.

Com este tipo de bomba refrigerada à água é possível manter a pressão de vácuo

durante os prolongados tempos que os ensaios precisam sem parar e mantendo a

pressão constante.

3

2

4

1

Figura 3.45 - Sistema de vácuo usado nos ensaios apresentados no capítulo 4.

1. Bomba de vácuo com refrigeração a vácuo 2. Motor da bomba 3. Tanque de armazenamento de vácuo 4. Manômetro

Esta bomba por ser refrigerada com água precisa de um fornecimento

constante de água fresca (temperatura entre 15 e 35ºC). Para conseguir isso foi

montado um trocador de calor. Pelas dimensões dos equipamentos para a

montagem do traçador de calor foi necessário colocar todo o sistema de vácuo

fora do laboratório, sendo necessária a instalação de uma tubulação para ligar o

sistema (fora do laboratório) até o ponto onde foram feitos os ensaios (dentro do

laboratório). Foi usada uma tubulação metálica, galvanizada de ½”.

O sistema de aplicação de pressão de vácuo deve cumprir com as seguintes

condições:

97

1. Manter a pressão de vácuo constante durante o tempo que demore o ensaio.

2. Trabalhar sem parar durante todo o tempo do ensaio, sem nenhum

problema em seu funcionamento. Uma queda grande na pressão de vácuo

pode danificar o ensaio.

3. O sistema de vácuo deve conseguir levar a pressão de vácuo desde a bomba

até o ponto de aplicação (no ensaio) em um tempo que não produza atrasos

na realização do ensaio.

4. O sistema deve ser hermético para impedir a entrada de ar, o que afetaria a

pressão e, caso haja alguma falha no sistema por um pequeno problema,

consiga manter a pressão por um tempo que permita solucionar o problema.

Uma queda grande na pressão levaria à perda do ensaio.

3.3.1. Trocador de calor

Para fornecer, durante o funcionamento do sistema de vácuo, água fresca

para refrigeração da bomba, foi montado um trocador de calor, o qual funciona

com um freezer. Foi testado usar gelo para refrescar a água, mas o gelo tinha que

ser trocado a cada duas horas, o que fazia com que o sistema se tornasse

totalmente ineficiente.

Este trocador de calor, que funciona com um freezer, é capaz de manter

300lt de água a uma temperatura menor a 35ºC durante 6 horas, depois desse

tempo é necessário trocar a água já aquecida por água fresca da torneira (de

temperatura < 25ºC).

O trocador de calor encontra-se composto por varias peças interligadas

como se mostra na Figura 3.46.

O funcionamento do trocador de calor é descrito a seguir:

98

3 1

2

4

Figura 3.46 - Partes do trocador de calor.

1. Tanque reservatório de 300 lt. de água para refrigeração da bomba 2. Freezer, cheio de água onde esta submergida uma condensadora (ver figura

3.46.). 3. Sistema de vácuo 4. Tanque para suspiro da água aquecida que saí da bomba.

1. Ligar o freezer, ver Figura 3.47.

1

2

Figura 3.47 - Conexões do Freezer.

1. Entrada de água que vem do tanque reservatório 2. Saída de água refrescada para a bomba

99

2. Encher com água fresca da torneira o tanque reservatório de água e o

freezer.

3. Ligar a bomba.

4. Abrir bem pouco a válvula da bomba que dá contato com a atmosfera para

permitir a entrada de uma mínima quantidade de ar, o que permitirá manter,

por mais tempo, a água de refrigeração fresca.

5. A água sai do tanque reservatório e circula para o interior do freezer (ver

Figura 3.48), passando pela condensadora (24m de tubo de cobre de

diâmetro de 3/8” e de parede delgada) onde entra em contato com o frio

transmitido pela água onde esta submergida, diminuindo a temperatura da

água que circula no interior da condensadora.

2

1

Figura 3.48 - Condensadora submergida em água dentro do freezer. 1. Entrada de água que vem do tanque reservatório 2. Saída de água refrescada para a bomba

A água sai do freezer e entra na bomba de vácuo onde se esquenta. A água

sai da bomba em direção ao tanque para suspiro onde o ar quente, que saí

junto com a água da bomba, é disperso. A água sai do tanque de suspiro

novamente para o tanque reservatório, completando o ciclo de circulação.

6. Depois de seis horas é necessário trocar a água do tanque reservatório.

Abrir, primeiro, a válvula na base do tanque que está um pouco acima da

100

válvula que da saída à água que vai para o freezer, para assim evitar o

tanque do reservatório fique sem água para a alimentação do sistema.

Depois se preenche o tanque com água fresca da torneira.

7. Repetir o passo 6 até o ensaio terminar.

Na Figura 3.49 apresenta um esquema geral do funcionamento do trocador de

calor.

1

2

4

5

6

3

Figura 3.49 - Esquema funcionamento trocador de calor.

1. Tanque reservatório de 300 lt. de água para refrigeração da bomba 2. Freezer, cheio de água 3. Condensadora submergida na água dentro do freezer 4. Bomba de vácuo 5. Tanque para suspiro da água aquecida que saí da bomba. 6. Ar quente sai para a atmosfera

4 Resultados dos Ensaios

Para implementar a metodologia desenvolvida na pesquisa e descrita no

capítulo 3 foi feita uma campanha de ensaios para conhecer e estudar os

resultados que estes ensaios fornecem.

Os ensaios realizados são os seguintes:

I. Ensaio de adensamento (de carregamento incremental) com oedômetro, na

prensa tipo Bishop, realizado com as tensões detalhadas na Tabela 4.1:

Tabela 4.1 - Tensões usadas em cada um dos estágios de um ensaio.

EstágioCarregamento ou descarregamento

Tensão aplicada no

estágio (kPa)

Tensão total (kPa)

1 Carregamento 3.76 3.762 Carregamento 6.24 103 Carregamento 10 204 Carregamento 20 405 Carregamento 40 806 Carregamento 80 1607 Carregamento 80 2408 Descarregamento -80 1609 Carregamento 80 240

10 Carregamento 240 48011 Descarregamento -240 24012 Descarregamento -160 80

1. Um ensaio com o estágio 7 com vácuo e o estágio 8 de desligar o vácuo.

Ensaio V-10.

2. Um ensaio com todos os estágios convencionais de carregamento com

pesos para comparação dos resultados obtidos no ensaio V-10. Ensaio V-

11.

Na Tabela 4.2 se apresenta um resumo da campanha de ensaios de

adensamento unidimensional.

102

Tabela 4.2 - Resumo ensaios de adensamento unidimensional

No. Código Ensaio Vácuo?1 V-10 Sim, no estágio 72 V-11 Não

II. Ensaio de adensamento isotrópico, na célula triaxial, com drenagem por um

extremo da amostra e medição de poro pressão no outro extremo.

1. Para um corpo de prova de altura de 2.90cm, adensamento por tensão de

confinamento, sem vácuo. Ensaio 1BJ.

2. Para um corpo de prova de altura de 4.53cm, adensamento por tensão de

confinamento, sem vácuo. Ensaio 3BJ

3. Para um corpo de prova de altura de 6.16cm, adensamento por tensão de

confinamento, sem vácuo. Ensaio 5BJ

4. Para um corpo de prova de altura de 2.97cm, adensamento pela ação

conjunta e simultânea de tensão por confinamento e pressão de vácuo.

Ensaio 2BJ.

5. Para um corpo de prova de altura de 4.62cm, adensamento pela ação

conjunta e simultânea de tensão por confinamento e pressão de vácuo.

Ensaio 4BJ.

6. Para um corpo de prova de altura de 5.93cm, adensamento pela ação

conjunta e simultânea de tensão por confinamento e pressão de vácuo.

Ensaio 6BJ.

7. Para um corpo de prova de altura de 5.95cm, com uma primeira etapa de

adensamento somente por tensão de confinamento ao final desta etapa

(quando a poro pressão se estabilizar) uma segunda etapa de adensamento

somente por pressão de vácuo. Ensaio 7BJ.

103

Tabela 4.3 – Resumo ensaios de adensamento isotrópico No. Código Ensaio Vácuo? Altura C.P.1 1BJ Sem vácuo 2.90cm2 2BJ Com vácuo 2.97cm3 3BJ Sem vácuo 4.53cm4 4BJ Com vácuo 4.62cm5 5BJ Sem vácuo 6.16cm6 6BJ Com vácuo 5.93cm

7 7BJPrimer estágio sem vácuo

Segunto estágio com vácuo5.95cm

4.1. Caracterização do material usado

O material usado para esta campanha de ensaios é proveniente de um

depósito de solos muito moles da Barra da Tijuca, que pertence a uma planície

costeira do Rio de Janeiro (RJ), conhecida como Baixada de Jacarepaguá. O

material foi retirado a uma profundidade de 12.70m em uma campanha de

extração de amostras feita em junho de 2009, para o projeto de um aterro nesta

região.

Este material foi parte do material usado na tese de doutorado titulada

“Análise dos Recalques de um Aterro Sobre Solos Muito Moles da Barra da

Tijuca – RJ” de Christiano Faria Teixeira, 2012.

O material encontrava-se em um amostrador Shelby na câmara úmida do

Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente (LGMA) da PUC-Rio, mas

infelizmente as vedações estavam soltas e o material tinha perdido umidade a um

ponto que não permitia tirar corpos de prova porque o material se desmoronava.

Este material foi remoldado com adição de água até se obter uma massa

homogênea e de consistência apropriada para preparar corpos de prova.

A caracterização deste material se resume na seguinte tabela:

104

Tabela 4.4 - Caracterização material usado nos ensaios Capítulo 4.

Característica Valor Unidade

Limite de liquidez (LL) 245,00 %

Limite de plasticidade (LP) 113,50 %

Índice de plasticidade (IP) 131,50 %

Teor de matéria orgânica 19,80% %

Massa específica real dos grãos 2,39 g/cm3

Fração granulométrica

Argila (% peso) 23,50 %

Silte (% peso) 47,40 %

Areia (% peso) 29,10 %

Peneira No (SUCS) 30"

20"

16"

12"

8"6"4"3"2"1 ½

"1"3/

4"1/

2"3/

8"1/

4"46810162050 406010

0

200

100

90

80

70

60

50Po

rcen

tage

m r

etid

a (%

)

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 1000

Porc

enta

gem

que

pas

sa

(%

)

Diâmetro dos Grãos (mm)

Calhau MatacãoABNT Argila Silte Areia Pedregulho

fina média grossa fino médio grosso

Argila SilteAreia Pedregulho

fina média grossa 1 2 3 4

Argila SilteAreia

Pedregulhofina média grossa

SUCS

MIT

Figura 4.1 - Curva granulométrica do material usado nos ensaio Capitulo 4.

105

4.2. Resultados ensaios de adensamento convencional na prensa tipo Bishop.

4.2.1. Ensaio V-10 (Um estágio com vácuo)

O ensaio foi feito seguindo cada um dos passos descritos no capítulo 3.

(item 3.1.3.).

As características iniciais e finais do material ensaiado são apresentadas na

Tabela 4.5

Os estágios do 1 ao 6 foram feitos pelo procedimento convencional, obtendo-se

curvas de porcentagem de deformação Vs. raiz quadrada de tempo típicas para

este tipo de ensaio, ver

Figura 4.2. Tabela 4.5 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio V-10.

ENSAIO No. V-10

19-ene-131.00 g/cm3

201.13%1.233 g/cm3

2.390 g/cm3

4.83699.41%0.3424 cm

114.00%Altura de Sólidos - Ho

Data moldagem

Departamento de Engenharia Civil, PUC-RioDissertação de Mestrado em Geotecnia

Titulo: "Utilização de vácuo em laboratório para ensaios de adensamento com carregamento unidimensional e isotrópico para material remoldado"

Ensaio adensamento com vácuo na prensa de adensamento

Baixada de Jacarepaguá, RJ, AM. 705 -12.70m

Peso Específico dos GrãosÍndice de Vazios InicialGrau de Saturação (%)

Umidade Inicial (%)

Umidade Final (%)

Peso Específico Total

Caraterísticas material testadoMaterial:

Peso Específico da água

106

Figura 4.2 - Curva típica de % de deformação Vs. raiz quadrada de tempo para os estágios por

carregamento convencional com pesos do ensaio No. V-10.

No estágio 7, com duração de 50 horas, se obteve a curva de porcentagem

de deformação Vs. raiz quadrada de tempo, apresentada na Figura 4.3 Em

vermelho a variação do vácuo ao longo do tempo.

107

Figura 4.3 - Curva % deformação Vs. raiz quadrada de tempo para o estágio com vácuo do

ensaio No. V-10.

Na Tabela 4.6 se apresentam os resultados obtidos nos estágios do ensaio V-

10.

Na Figura 4.4 se apresenta a curva de índice de vazios Vs. log ’v obtida no

ensaio V-10.

108

Tabela 4.6 - Resultados dos estágios do ensaio V-10.

ENSAIO No. V-10

´vm (kPa)

12.06 0.5878.66 0.087

w 9.81 kN/m3

Estágio de carga No.

PressãokPa

Duração estágio(horas)

Recalqueacumulado

cm

Altura CPmm

Altura CPcm

Índice de Vazios

Cv - Taylorcm2/seg

Cv - Casagrandecm2/seg

Cv - Ajuste curva Tv Vs.U (%)

cm2/seg - V10, BJ (COM VÁCUO)

av(1 /kPa)

mv(1 /kPa)

k(cm/s)

0 0.00 0.000 19.980 1.998 4.836 - - -

C 1 3.74 15.767 0.105 18.935 1.894 4.531

C 2 9.98 22.367 0.217 17.809 1.781 4.202 3.96E-04 3.13E-04 4.00E-04 0.053 0.010 3.74E-07

C 3 19.96 23.683 0.303 16.952 1.695 3.951 3.70E-04 2.68E-04 3.80E-04 0.025 0.005 1.80E-07

C 4 39.92 23.900 0.410 15.884 1.588 3.639 3.31E-04 3.53E-04 3.50E-04 0.016 0.003 1.08E-07

C 5 79.84 23.767 0.535 14.632 1.463 3.274 3.70E-04 3.09E-04 4.00E-04 0.009 0.002 7.75E-08

C 6 159.66 35.083 0.698 12.995 1.300 2.796 4.13E-04 3.88E-04 3.80E-04 0.006 0.001 5.22E-08

V 7V 239.49 50.283 0.800 11.975 1.198 2.498 9.70E-04 5.00E-04 0.004 0.001 4.82E-08

D 8 159.67 34.433 0.790 12.080 1.208 2.528

C 9 239.49 24.250 0.819 11.788 1.179 2.443

C 10 479.00 23.850 1.015 9.832 0.983 1.872 1.26E-03 1.42E-03 1.20E-03 0.002 0.001 8.16E-08

D 11 239.49 23.867 0.982 10.160 1.016 1.968

D 12 79.84 25.583 0.923 10.745 1.075 2.138

Parametros de compressibilidade

Resultado dos Estágios

Departamento de Engenharia Civil, PUC-Rio

Dissertação de Mestrado em GeotecniaTitulo provisional: "Utilização de vácuo em ensaios de laboratório para material fabricado: carregamento unidimensional e isotrópico"

Ensaio adensamento com vácuo na prensa de adensamento

Cc

Cr

Presssão de pré-adensamento

Casagrande

Pacheco Silva

109

Figura 4.4 - Curva e Vs. Log ’v para o ensaio No. V-10.

4.2.2. Ensaio V-11 (Todos os estágios carregamento convencional com pesos)

Este ensaio foi feito usando um oedômetro convencional seguindo todo o

procedimento para um ensaio de adensamento convencional (de carregamento

incremental com pesos) na prensa tipo Bishop.

Este ensaio foi feito para comparar os resultados obtidos em o oedômetro

desenvolvido para ensaios usando vácuo com os resultados obtidos em um

oedômetro convencional.

Na Tabela 4.7 se apresentam as caraterísticas iniciais e finais e finais do

material testado no ensaio No. V-11.

Na Tabela 4.8 se apresentam os resultados para cada um dos estágios do

ensaio V-11 e na Figura 4.6 se apresenta a curva de índice de vazios Vs. log ’v

obtida neste ensaio.

110

Figura 4.5 - Ensaio No. V-11, feito com um oedômetro convencional.

Tabela 4.7 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio V-11.

ENSAIO No. V-11

20-ene-131.00 g/cm3

200.15% %1.249 g/cm3

2.390 g/cm3

4.742100.87% %0.3446 cm

117.99% %

Grau de Saturação inicial Altura de Sólidos - HoUmidade Final

Data moldagemPeso Específico da águaUmidade InicialPeso Específico Total Inicial

Peso Específico dos GrãosÍndice de Vazios Inicial

Departamento de Engenharia Civil, PUC-RioDissertação de Mestrado em Geotecnia

Titulo: "Utilização de vácuo em laboratório para ensaios de adensamento com carregamento unidimensional e isotrópico para material remoldado"

Ensaio adensamento com vácuo na prensa de adensamento

Caraterísticas material testadoMaterial: Baixada de Jacarepaguá, RJ, AM. 705 -12.70m

111

Tabela 4.8 - Resultados dos estágios do ensaio V-11.

ENSAIO No. V-11

´vm (kPa)

13.95 0.55610.48 0.071

w 9.81 kN/m3

Estágio de carga No.

PressãokPa

Duração estágio(horas)

Recalqueacumulado

cm

Altura CPmm

Altura CPcm

Índice de Vazios

Cv - Taylorcm2/seg

Cv - Casagrandecm2/seg

Cv - Ajuste curva Tv Vs.U (%)

cm2/seg - V11, BJ (SEM VÁCUO)

av(1 /kPa)

mv(1 /kPa)

k(cm/s)

0 0.00 0.000 19.790 1.979 4.742 - - -

C 1 3.76 16.150 0.096 18.835 1.884 4.465

C 2 10.03 23.683 0.175 18.045 1.805 4.236 2.60E-04 2.20E-04 2.70E-04 0.037 0.007 1.77E-07

C 3 20.08 23.933 0.257 17.221 1.722 3.997 3.63E-04 2.44E-04 3.70E-04 0.024 0.005 1.65E-07

C 4 40.16 23.783 0.356 16.232 1.623 3.710 3.59E-04 2.82E-04 4.00E-04 0.014 0.003 1.12E-07

C 5 80.32 95.667 0.496 14.829 1.483 3.303 4.60E-04 2.87E-04 4.50E-04 0.010 0.002 9.50E-08

C 6 160.64 24.300 0.629 13.502 1.350 2.918 3.59E-04 4.00E-04 0.005 0.001 4.37E-08

C 7 240.96 23.817 0.733 12.457 1.246 2.614 5.46E-04 3.20E-04 0.004 0.001 3.02E-08

D 8 160.64 24.033 0.725 12.543 1.254 2.639

C 9 240.96 23.683 0.747 12.325 1.233 2.576

C 10 481.92 25.683 0.909 10.703 1.070 2.106 6.19E-04 2.45E-04 5.30E-04 0.002 0.001 2.84E-08

D 11 240.95 4.917 0.889 10.903 1.090 2.164

D 12 80.32 149.433 0.830 11.490 1.149 2.334

Parametros de compressibilidade

Resultado dos Estágios

Departamento de Engenharia Civil, PUC-Rio

Dissertação de Mestrado em GeotecniaTitulo provisional: "Utilização de vácuo em ensaios de laboratório para material fabricado: carregamento unidimensional e isotrópico"

Ensaio adensamento com vácuo na prensa de adensamento

Cc

Cr

Presssão de pré-adensamento

Casagrande

Pacheco Silva

112

Figura 4.6 - Curva e Vs. Log ’v para o ensaio No. 11.

4.2.3. Resultados ensaios de adensamento, isotrópico, na célula triaxial.

4.2.3.1. Ensaio 1BJ, 3BJ, 5BJ (feitos sem vácuo)

Na Tabela 4.9,Tabela 4.10 e na Tabela 4.11 se apresentam as caraterísticas

iniciais e finais do material testado nos ensaios 1BJ, 3BJ e 5BJ respectivamente.

113

Tabela 4.9 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio 1BJ.

SEM VÁCUO

TOPO 1 BJ19

Material Baixada de Jacarepaguá - Barra de Tijuca - RJ, AM. 705 -12.70m, material amassado

Caraterísticas Finais Topo Base

Umidade 198.42% Umidade 125.620% 123.650%

Diametro (cm) 3.800 Diametro (cm) 3.191 3.182

Altura (cm) 2.900 Altura (cm) 1.190 1.307

Volume (cm3) 32.89 Volume (cm3) 9.517 10.394

Peso (g) 38.64 Peso (g) 11.800 13.620

P. Especifico total (g/cm3) 1.175 P. Especifico total (g/cm3) 1.240 1.310

Peso Específico dos Grãos 2.3900 4.742238 Peso Específico dos Grãos 2.390 2.390

Índice de Vazios Inicial 4.974 5.070770034 Índice de Vazios final 3.349 3.079

Grau de Saturação (%) 95.33% Grau de Saturação (%) 89.650% 95.980%

Vs (mL) 2.188 2.548

vol (mL) por dif w 3.557 4.830

Composição Inicial Peso (g) Vol (cm3) Variação de Volume vol (mL) % L. inicial L. Final

Sólidos 12.95 5.42 vol (mL) por dif w 8.39 25.50%

Água 25.69 25.69 vol (mL) por dif geo 12.98 39.46% 32.89 19.91

Ar 0.00 1.78 vol (mL) MVV C.P. 0.00 0.00%

Saturaçãao 93.52% vol (mL) MVV câmara 10.69 32.51% 202.33 213.02

TENSÃO CONFINANTE 200 kPa Observações:

CONTRAPRESSÃO 0 kPa Sistema bombeo da Tecnogeo

Data 10-oct-12

Caraterísticas Inicais

Departamento de Engenharia Civil, PUC-Rio

Dissertação de Mestrado em GeotecniaTitulo provisional: " Utilização de vácuo em ensaios de laboratório para material fabricado: carregamento unidimensional e isotropico"

Variação Poropressão ao Longo do Tempo

Vácuo aplicado em

Poropressões medidas CÓD. ENSAIOENSAIO

114

Tabela 4.10 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio 3BJ.

SEM VÁCUO

TOPO 3 BJ20

Material Baixada de Jacarepaguá - Barra de Tijuca - RJ, AM. 705 -12.70m, material amassado

Caraterísticas Finais Topo 2 Base

Umidade 201.10% Umidade 121.940% 116.530% 118.680%

Diametro (cm) 3.800 Diametro (cm) 3.175 3.120 3.263

Altura (cm) 4.530 Altura (cm) 1.338 1.326 1.144

Volume (cm3) 51.38 Volume (cm3) 10.593 10.138 9.566

Peso (g) 59.68 Peso (g) 15.070 13.490 12.880

P. Especifico total (g/cm3) 1.162 P. Especifico total (g/cm3) 1.423 1.331 1.346

Peso Específico dos Grãos 2.3900 Peso Específico dos Grãos 2.390 2.390 2.390

Índice de Vazios Inicial 5.096 Índice de Vazios final 2.729 2.889 2.882

Grau de Saturação (%) 94.31% Grau de Saturação (%) 106.805% 96.400% 98.424%

Vs (mL) 2.841 2.607 2.464

vol (mL) por dif w 6.726 5.753 5.457

Composição Inicial Peso (g) Vol (cm3) Variação de Volume vol (mL) % L. inicial L. Final

Sólidos 19.82 8.29 vol (mL) por dif w 17.94 34.91%

Água 39.86 39.86 vol (mL) por dif geo 21.08 41.03% 51.38 30.30

Ar 0.00 3.22 vol (mL) MVV C.P. 0.00 0.00%

Saturaçãao 92.52% vol (mL) MVV câmara 20.01 38.95% 194.30 214.31

TENSÃO CONFINANTE 200 kPa Observações:

CONTRAPRESSÃO 0 kPa Sistema bombeo da Tecnogeo

Data 12-oct-12

Caraterísticas Inicais

Departamento de Engenharia Civil, PUC-Rio

Dissertação de Mestrado em GeotecniaTitulo provisional: " Utilização de vácuo em ensaios de laboratório para material fabricado: carregamento unidimensional e isotropico"

Variação Poropressão ao Longo do Tempo

Vácuo aplicado em

Poropressões medidas CÓD. ENSAIOENSAIO

115

Tabela 4.11 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio 5BJ.

SEM VÁCUO

TOPO 5 BJ21

Material Baixada de Jacarepaguá - Barra de Tijuca - RJ, AM. 705 -12.70m, material amassado

Caraterísticas Finais Topo 2 3 Base

Umidade 196.41% Umidade 122.300% 116.340% 116.690% 119.880%

Diametro (cm) 3.800 Diametro (cm) 3.192 3.138 3.100 3.231

Altura (cm) 6.160 Altura (cm) 1.403 1.244 1.403 1.383

Volume (cm3) 69.86 Volume (cm3) 11.227 9.621 10.589 11.339

Peso (g) 81.13 Peso (g) 15.050 12.310 13.890 15.040

P. Especifico total (g/cm3) 1.161 P. Especifico total (g/cm3) 1.340 1.280 1.312 1.326

Peso Específico dos Grãos 2.3900 Peso Específico dos Grãos 2.390 2.390 2.390 2.390

Índice de Vazios Inicial 5.003 Índice de Vazios final 2.963 3.041 2.948 2.962

Grau de Saturação (%) 93.82% Grau de Saturação (%) 98.634% 91.433% 94.595% 96.727%

Vs (mL) 2.833 2.381 2.682 2.862

vol (mL) por dif w 5.778 4.672 5.512 5.842

Composição Inicial Peso (g) Vol (cm3) Variação de Volume vol (mL) % L. inicial L. Final

Sólidos 27.37 11.45 vol (mL) por dif w 21.80 31.21%

Água 53.76 53.76 vol (mL) por dif geo 27.08 38.77% 69.86 42.78

Ar 0.00 4.65 vol (mL) MVV C.P. 0.00 0.00%

Saturaçãao 92.04% vol (mL) MVV câmara 23.61 33.80% 157.97 181.58

TENSÃO CONFINANTE 200 kPa Observações:

CONTRAPRESSÃO 0 kPa Sistema bombeo da Tecnogeo

Data 16-oct-12

Caraterísticas Inicais

Departamento de Engenharia Civil, PUC-Rio

Dissertação de Mestrado em GeotecniaTitulo provisional: " Uti lização de vácuo em ensaios de laboratório para material fabricado: carregamento unidimensional e isotropico"

Variação Poropressão ao Longo do Tempo

Vácuo aplicado em

Poropressões medidas CÓD. ENSAIOENSAIO

116

Na Figura 4.7 se apresentam as curvas de Poro pressão (kPa) Vs. tempo

(hora) obtidas nos ensaios 1BJ, 3BJ e 5BJ.

Figura 4.7 - Curvas de Poro pressão (kPa) Vs. tempo (hora) obtidas nos ensaios 1BJ, 3BJ e

5BJ.

4.2.3.2. Ensaio 2BJ, 4BJ, 6BJ (feitos com vácuo)

Na Tabela 4.12, Tabela 4.13 e Tabela 4.14 se apresentam as caraterísticas

iniciais e finais do material testado nos ensaios 2BJ, 4BJ e 6BJ, respectivamente.

Na Figura 4.8 se apresentam as curvas de Poro pressão (kPa) Vs. tempo

(hora) obtidas nos ensaios 2BJ, 4BJ e 6BJ.

117

Tabela 4.12 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio 2BJ.

NA BASE DO C.P.

TOPO 2 BJ22

Material Baixada de Jacarepaguá - Barra de Tijuca - RJ, AM. 705 -12.70m, material amassado

Caraterísticas Finais Topo Base

Umidade 203.53% Umidade 127.120% 101.530%

Diametro (cm) 3.800 Diametro (cm) 3.173 3.272

Altura (cm) 2.970 Altura (cm) 1.201 1.169

Volume (cm3) 33.68 Volume (cm3) 9.497 9.829

Peso (g) 39.11 Peso (g) 13.900 11.830

P. Especifico total (g/cm3) 1.161 P. Especifico total (g/cm3) 1.464 1.204

Peso Específico dos Grãos 2.3900 Peso Específico dos Grãos 2.390 2.390

Índice de Vazios Inicial 5.148 Índice de Vazios final 2.709 3.002

Grau de Saturação (%) 94.49% Grau de Saturação (%) 112.167% 80.830%

Vs (mL) 2.561 2.456

vol (mL) por dif w 6.247 5.271

Composição Inicial Peso (g) Vol (cm3) Variação de Volume vol (mL) % L. inicial L. Final

Sólidos 12.89 5.39 vol (mL) por dif w 11.52 34.19%

Água 26.22 26.22 vol (mL) por dif geo 14.36 42.62% 33.68 19.33

Ar 0.00 2.07 vol (mL) MVV C.P. 0.00 0.00%

Saturaçãao 92.69% vol (mL) MVV câmara 13.97 41.47% 183.78 197.75

TENSÃO CONFINANTE 200 kPa Observações:

CONTRAPRESSÃO 0 kPa Sistema bombeo da Tecnogeo

Data 20-oct-12

Caraterísticas Inicais

Departamento de Engenharia Civil, PUC-Rio

Dissertação de Mestrado em GeotecniaTitulo provisional: " Utilização de vácuo em ensaios de laboratório para material fabricado: carregamento unidimensional e isotropico"

Variação Poropressão ao Longo do Tempo

Vácuo aplicado em

Poropressões medidas CÓD. ENSAIOENSAIO

118

Tabela 4.13 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio 4BJ.

NA BASE DO C.P.

TOPO 4 BJ24

Material Baixada de Jacarepaguá - Barra de Tijuca - RJ, AM. 705 -12.70m, material amassado

Caraterísticas Finais Topo Base Base

Umidade 201.83% Umidade 117.250% 114.130% 113.400%

Diametro (cm) 3.800 Diametro (cm) 3.051 3.065 3.201

Altura (cm) 4.620 Altura (cm) 1.412 1.212 1.280

Volume (cm3) 52.40 Volume (cm3) 10.323 8.942 10.301

Peso (g) 61.17 Peso (g) 14.360 12.120 14.020

P. Especifico total (g/cm3) 1.167 P. Especifico total (g/cm3) 1.391 1.355 1.361

Peso Específico dos Grãos 2.3900 Peso Específico dos Grãos 2.390 2.390 2.390

Índice de Vazios Inicial 5.081 Índice de Vazios final 2.733 2.776 2.747

Grau de Saturação (%) 94.94% Grau de Saturação (%) 102.550% 98.262% 98.653%

Vs (mL) 2.766 2.368 2.749

vol (mL) por dif w 6.494 5.458 6.414

Composição Inicial Peso (g) Vol (cm3) Variação de Volume vol (mL) % L. inicial L. Final

Sólidos 20.27 8.48 vol (mL) por dif w 18.37 35.05%

Água 40.90 40.90 vol (mL) por di f geo 22.83 43.57% 52.40 29.57

Ar 0.00 3.01 vol (mL) MVV C.P. 0.00 0.00%

Saturaçãao 93.14% vol (mL) MVV câmara 21.68 41.38% 151.06 172.74

TENSÃO CONFINANTE 200 kPa Observações:

CONTRAPRESSÃO 0 kPa Sistema bombeo da Tecnogeo

Data 24-oct-12

Caraterísticas Inicais

Departamento de Engenharia Civil, PUC-Rio

Dissertação de Mestrado em GeotecniaTitulo provisional: " Utilização de vácuo em ensaios de laboratório para material fabricado: carregamento unidimensional e isotropico"

Variação Poropressão ao Longo do Tempo

Vácuo aplicado em

Poropressões medidas CÓD. ENSAIOENSAIO

119

Tabela 4.14 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio 6BJ.

NA BASE DO C.P.

TOPO 6 BJ25

Material Baixada de Jacarepaguá - Barra de Tijuca - RJ, AM. 705 -12.70m, material amassado

Caraterísticas Finais Topo 2 3 Base

Umidade 200.89% Umidade 121.360% 115.240% 113.420% 113.830%

Diametro (cm) 3.800 Diametro (cm) 3.162 3.033 3.053 3.154

Altura (cm) 5.930 Altura (cm) 1.103 1.364 1.171 1.449

Volume (cm3) 67.25 Volume (cm3) 8.661 9.855 8.572 11.321

Peso (g) 78.19 Peso (g) 11.710 13.130 11.290 15.310

P. Especifico total (g/cm3) 1.163 P. Especifico total (g/cm3) 1.352 1.332 1.317 1.352

Peso Específico dos Grãos 2.3900 Peso Específico dos Grãos 2.390 2.390 2.390 2.390

Índice de Vazios Inicial 5.087 Índice de Vazios final 2.913 2.861 2.873 2.779

Grau de Saturação (%) 94.39% Grau de Saturação (%) 99.565% 96.267% 94.355% 97.897%

Vs (mL) 2.213 2.552 2.213 2.996

vol (mL) por dif w 4.811 5.681 4.900 6.914

Composição Inicial Peso (g) Vol (cm3) Variação de Volume vol (mL) % L. inicial L. Final

Sólidos 25.99 10.87 vol (mL) por dif w 22.31 33.17%

Água 52.20 52.20 vol (mL) por dif geo 28.84 42.89% 67.25 38.41

Ar 0.00 4.18 vol (mL) MVV C.P. 0.00 0.00%

Saturaçãao 92.59% vol (mL) MVV câmara 27.02 40.18% 165.08 192.10

TENSÃO CONFINANTE 200 kPa Observações:

CONTRAPRESSÃO 0 kPa Sistema bombeo da Tecnogeo

Data 28-oct-12

Caraterísticas Inicais

Departamento de Engenharia Civil, PUC-Rio

Dissertação de Mestrado em GeotecniaTitulo provisional: " Utilização de vácuo em ensaios de laboratório para material fabricado: carregamento unidimensional e isotropico"

Variação Poropressão ao Longo do Tempo

Vácuo aplicado em

Poropressões medidas CÓD. ENSAIOENSAIO

120

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 160.00 180.00

Poro

pres

ssão

(kPa

)

Tempo (hora)

Poropresssão (kPa) Vs. Tempo (hora)2 BJ, ENSAIO, 22, COM VÁCUO NA BASE DO C.P., h C.P. = 2.97 cm4 BJ, ENSAIO, 24, COM VÁCUO NA BASE DO C.P., h C.P. = 4.62 cm6 BJ, ENSAIO, 25, COM VÁCUO NA BASE DO C.P., h C.P. = 5.93 cm

Momento que o vácuo foi desligado

Figura 4.8 - Curvas de Poro pressão (kPa) Vs. tempo (hora) obtidas nos ensaios 2BJ, 4BJ e 6BJ.

4.2.3.3. Ensaio 7BJ (feito numa primeira etapa sem vácuo e na segunda etapa com vácuo).

Na Tabela 4.15 se apresentam as caraterísticas iniciais e finais do material

testado no ensaio 7BJ.

Na Figura 4.9 se apresenta a curva de Poro pressão (kPa) Vs. tempo (hora)

obtida no ensaio 7BJ comparada com as correspondentes curvas obtidas nos

ensaios 5BJ e 6BJ.

121

Tabela 4.15 - Características iniciais e finais do material testado no ensaio 7BJ.

NA BASE DO C.P.

TOPO 7BJ26

Material Baixada de Jacarepaguá - Barra de Tijuca - RJ, AM. 705 -12.70m, material amassado

Caraterísticas Finais Topo 2 3 Base

Umidade 203.24% Umidade 118.960% 114.750% 113.700% 115.120%

Diametro (cm) 3.810 Diametro (cm) 3.195 3.060 3.090 3.126

Altura (cm) 5.950 Altura (cm) 1.208 1.261 1.266 1.528

Volume (cm3) 67.84 Volume (cm3) 9.685 9.274 9.494 11.727

Peso (g) 75.41 Peso (g) 12.240 11.940 11.390 15.940

P. Especifico total (g/cm3) 1.112 P. Especifico total (g/cm3) 1.264 1.288 1.200 1.359

Peso Específico dos Grãos 2.3900 Peso Específico dos Grãos 2.390 2.390 2.390 2.390

Índice de Vazios Inicial 5.519 Índice de Vazios final 3.141 2.986 3.257 2.783

Grau de Saturação (%) 88.01% Grau de Saturação (%) 90.524% 91.836% 83.430% 98.880%

Vs (mL) 2.339 2.326 2.230 3.100

vol (mL) por dif w 5.564 5.893 5.045 8.485

Composição Inicial Peso (g) Vol (cm3) Variação de Volume vol (mL) L. inicial L. Final %

Sólidos 24.87 10.41 vol (mL) por dif w 24.99 36.84%

Água 50.54 50.54 vol (mL) por dif geo 27.66 67.84 40.18 40.77%

Ar 0.00 6.89 vol (mL) MVV C.P. 0.00 0.00%

Saturaçãao 88.01% vol (mL) MVV câmara 26.49 155.92 182.42 39.05%

TENSÃO CONFINANTE 200 kPa Observações:

CONTRAPRESSÃO 0 kPa Sistema bombeo da Tecnogeo

Data 06-nov-12

Caraterísticas Inicais

Departamento de Engenharia Civil, PUC-Rio

Dissertação de Mestrado em GeotecniaTitulo provisional: " Utili zação de vácuo em ensaios de laboratório para material fabricado: carregamento unidimensional e isotropico"

Variação Poropressão ao Longo do Tempo

Vácuo aplicado em

Poropressões medidas CÓD. ENSAIOENSAIO

122

Figura 4.9 - Curva de Poro pressão (kPa) Vs. tempo (hora) obtida no ensaio 7BJ comparada

com as correspondentes curvas obtidas nos ensaios 5BJ e 6BJ.

5 Análises dos Resultados

Neste capítulo se apresentam análises feitas aos resultados apresentados no

capítulo 4.

5.1. Ensaios de adensamento convencional na prensa tipo Bishop.

5.1.1.Comparação dos resultados estágio com vácuo Vs. estágio sem vácuo.

Na Figura 5.1 se apresenta uma comparação, das curvas de porcentagem de

deformação Vs. raiz quadrada de tempo, obtidas no estágio No.7, dos ensaios 10 e

11. Estas curvas são plotadas calculando as porcentagens de deformação usando

com ho (altura inicial) a altura do cada corpo de prova ao começo do estágio em

cada um dos ensaios. Levando-se em conta que as porcentagens de deformação

acumuladas no começo deste estágio em cada ensaio, são diferentes. Este fato

pode ser explicado porque os dois corpos de prova apresentam mínimas diferenças

em cada um das características iniciais (umidade, altura, índice de vazios, etc.).

124

Figura 5.1 - Comparação curvas, % deformação (ho = altura inicial no estágio) Vs. raiz

quadrada do tempo, obtidas no estágio 7 dos ensaios No. 10. e No. 11.

A curva do estágio feito com vácuo apresenta em muitos tempos,

porcentagens de deformação inferiores às obtidas na curva do estágio feito com a

mesma pressão mas com pesos (método convencional de carregamento), até que

as duas curvas chegam a um ponto, no qual os recalques são similares para o

mesmo tempo. Neste caso, isto acontece depois de (270seg)2 = 20horas e

15minutos, na fase de compressão secundária onde as duas curvas apresentam

uma inclinação bastante similar.

Este fato também pode ser observado nos resultados dos ensaios teste

(apresentados no capítulo 3), ver Figura 5.2. Estes ensaios foram feitos com um

material que possui um cv menor (8x10-4cm2/seg). Mas quando foi feito este

ensaio não se tinha a tecnologia para manter o vácuo por mais tempo o que não

permitiu levar as curvas até o ponto em que elas se encontram. O fato de que este

ponto seja diferente nestes dois materiais pode ser explicado pela diferença

evidente nos cv.

125

Figura 5.2 - Comparação curvas, % deformação (ho = altura inicial no estágio) Vs. raiz

quadrada do tempo, obtidas no estágio 7 dos ensaios No. 6. e No. 7.

Na Figura 5.3 pode-se observar a curva de U(%) Vs. Tv (porcentagem de

adensamento Vs. fator tempo) calculada com os resultados obtidos no estágio 7 do

ensaio V-10, feito com vácuo. É evidente que o comportamento deste estágio de

adensamento é regido pela curva de adensamento unidimensional.

126

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25

U (%

)

Tv

U (%) Vs Tv Teórica adensamento unidimensional Estágio No. 7, Ensaio No. V-10Teórica adensamento Isotrópico

Figura 5.3 - Curva U(%) Vs. Tv, calculada com os resultados obtidos no estágio 7, do ensaio V-

10.

Neste momento é claro que a aplicação de vácuo produz recalque como a

aplicação de carregamento, sai água da amostra e se registram recalques, pode-se

então chamar, aos estágios feitos como o estágio 7 do ensaio V-10, de estágios de

carregamento com vácuo.

Na Tabela 5.1 se observa que o coeficiente de adensamento (cv) obtido no

estágio 7 em um ensaio com vácuo é 2.50 vezes maior que o obtido em um ensaio

sem vácuo, nos ensaios feitos com o material dos ensaios teste (material da Baia

de Guanabara) e 1.56 vezes maior no material da Baixada de Jacarapaguá. Na

Tabela 5.2 se apresenta o correspondente para o estágio 10.

No estágio com vácuo se considerou uma fase de drenagem e no estágio

sem vácuo se consideraram duas fases de drenagem.

127

Caso se tivessem considerado duas fases de drenagem no cálculo do

coeficiente de adensamento no estágio com vácuo a relação com o correspondente

em um estágio sem vácuo se aproxima mais a 1, mas esta consideração deve ser

objeto de um analise profundo porque o mais logico é considerar que durante este

estágio não há drenagem pelo topo, somente pela base.

Tabela 5.1 – Cálculo relação entre cv obtido no estágio 7 com vácuo e no estágio 7 feito sem vácuo.

Taylor Comparação

6to Com vácuo 3.85E-04 2.00E-04

7mo Sem vácuo 1.06E-04 8.00E-05

10mo Com vácuo 9.70E-04 5.00E-04

11ero Sem vácuo 5.46E-04 3.20E-04

Relação

Estágio 7

3.62 2.50

1.78 1.56

cv

(cm/s2)Comparação

cv

(cm/s2)Taylor

VácuoNo. Ensaio

Tabela 5.2 - Cálculo relação entre cv obtido no estágio 10 com vácuo e no estágio 10 feito sem vácuo.

Taylor Comparação

6to Com vácuo 7.95E-04 8.00E-04

7mo Sem vácuo 1.93E-04 2.00E-04

10mo Com vácuo 1.26E-03 1.20E-03

11ero Sem vácuo 6.19E-04 5.30E-04

4.004.12

2.262.04

Estágio 10

RelaçãoNo. Ensaio Vácuo

cv

(cm/s2)Taylor

cv

(cm/s2)Comparação

Nas Figura 5.4 e Figura 5.5 se apresentam a comparação das curvas coeficiente de

adensamento (cv) Vs. logaritmo de tensão vertical para ensaios feitos com vácuo e

sem vácuo.

128

Figura 5.4 - cv (cm2/s) vs. log 'v (kPa) para os ensaios teste feitos com material da Baia de

Guanabara

Figura 5.5 - cv (cm2/s) vs. log 'v (kPa) para os ensaios teste feitos com material da Baixada de

Jacarepaguá 5.1.2. Comparação das curvas índice de vazios (e) Vs. Log ’v do ensaio V-10 e do ensaio V-11.

A Figura 5.6 se apresenta as curvas de e Vs. Log ’v obtidas nos ensaios

No. V-10. e No. V-.11.

Pode se observar que as duas curvas são muito parecidas. As pequenas

diferenças que se apresentam podem ser explicadas pelo fato de que há pequenas

diferenças nas características iniciais dos corpos de prova de cada um dos ensaios.

É evidente que o estágio 7, feito com vácuo, tem no final do estágio um

comportamento similar ao obtido no mesmo estágio feito com carregamento

convencional com pesos.

129

Figura 5.6 - Comparação curvas e Vs. Log ’v obtidas nos ensaios No. 10. e No. 11.

5.2. Ensaio de adensamento isotrópico, na célula triaxial.

5.2.1. Cálculo do coeficiente de adensamento para cada um dos ensaios

A Figura 5.7, Figura 5.8, Figura 5.9, Figura 5.10, Figura 5.11 e Figura 5.12

apresentam as curvas U(%) Vs. Tv (porcentagem de adensamento Vs. fator

tempo) calculadas com os resultados obtidos nos ensaios 1BJ, 3BJ, 5BJ, 2BJ, 4BJ,

6BJ respectivamente. É evidente que o comportamento deste estágio de

adensamento é regido pela curva de adensamento isotrópico.

Os valores de cv obtidos correspondem a valores similares aos obtidos em

estágios convencionais dos ensaios de adensamento na prensa tipo Bishop de ao

redor de 4.00x10-4cm2/s.

130

0%

20%

40%

60%

80%

100%0.01 0.10 1.00 10.00

U (

%)

Tv

1 BJ, Ensaio No. 19, SEM VÁCUOTv Vs. U(%)

C.P. (h = 2.90cm)Curva teórica de adensamento IsotropicoCurva teórica de adensamento UnidimensionalEnsaio

Cv = 3.80x10-04 cm2/s

Figura 5.7 - Curva U(%) Vs. Tv. para o calculo do cv do material testado no ensaio 1BJ.

0%

20%

40%

60%

80%

100%0.01 0.10 1.00 10.00

U (%

)

Tv

3 BJ, Ensaio No. 20, SEM VÁCUOTv Vs. U(%)

C.P. (h = 4.53cm)Curva teórica de adensamento IsotropicoCurva teórica de adensamento UnidimensionalEnsaio

Cv = 2.70x10-04 cm2/s

Figura 5.8 - Curva U(%) Vs. Tv. para o calculo do cv do material testado no ensaio 3BJ.

131

0%

20%

40%

60%

80%

100%0.01 0.10 1.00 10.00

U (

%)

Tv

5 BJ, Ensaio No. 21, SEM VÁCUOTv Vs. U(%)

C.P. (h = 6.16cm)Curva teórica de adensamento IsotropicoCurva teórica de adensamento UnidimensionalEnsaio

Cv = 3.00x10-04 cm2/s

Figura 5.9 - Curva U(%) Vs. Tv. para o cálculo do cv do material testado no ensaio 5BJ.

0%

20%

40%

60%

80%

100%0.01 0.10 1.00 10.00

U (%

)

Tv

2 BJ, Ensaio No. 22, VÁCUO NA BASE DO C.P.Tv Vs. U(%)

C.P. (h = 2.97cm)Curva teórica de adensamento IsotropicoCurva teórica de adensamento UnidimensionalEnsaio

Cv = 3.00x10-04 cm2/s

Figura 5.10 - Curva U(%) Vs. Tv. para o cálculo do cv do material testado no ensaio 2BJ.

132

0%

20%

40%

60%

80%

100%0.01 0.10 1.00 10.00

U (

%)

Tv

4 BJ, Ensaio No. 24, VÁCUO NA BASE DO C.P.Tv Vs. U(%)

C.P. (h = 4.62cm)Curva teórica de adensamento IsotropicoCurva teórica de adensamento UnidimensionalEnsaio

Cv = 4.00x10-04 cm2/s

Figura 5.11 - Curva U(%) Vs. Tv. para o cálculo do cv do material testado no ensaio 4BJ.

0%

20%

40%

60%

80%

100%0.01 0.10 1.00 10.00

U (

%)

Tv

6 BJ, Ensaio No. 25, VÁCUO NA BASE DO C.P.Tv Vs. U(%)

C.P. (h = 5.93cm)Isotropico Ensaio Unidimensional

Cv = 3.30x10-04 cm2/s

Figura 5.12 - Curva U(%) Vs. Tv. para o cálculo do cv do material testado no ensaio 6BJ.

5.2.2. Comparação dos resultados obtidos nos ensaios com vácuo com os ensaios sem vácuo.

Na Figura 5.13 apresenta-se em um gráfico as curvas de Poro pressão (kPa)

Vs. tempo (hora) obtidas nos ensaios 2BJ e 1BJ, feitos com C.P. de 2.90cm de

altura.

133

Figura 5.13 - Comparação curvas de Poro pressão (kPa) Vs. tempo (hora) obtidas nos ensaios

2BJ e 1BJ, feitos com C.P. de 2.90cm de altura.

Pode-se observar que as duas curvas são bastante parecidas até certo ponto,

neste caso até pouco antes de 5 horas. Antes deste ponto a diferença pode ser

explicada pelo fato que as características iniciais, dos dois corpos de prova

apresentam pequenas diferenças. Por exemplo, há uma diferença de 7mm na

altura. Depois deste ponto a curva sem vácuo começa a estabilizar-se enquanto a

curva do ensaio com vácuo continua descendo até que se estabiliza em uma

pressão de-30kPa.

A Figura 5.14 apresenta as curvas de porcentagem de variação volumétrica

Vs. tempo, obtidas nos ensaios 2BJ e 1BJ, O ensaio 2BJ depois de 16 horas

apresentou problemas na medição de variação de volume por um vazamento

menor de água. Embora o sistema de medição de variação volumétrica tem muitas

incertezas em sua precisão (ver item 3.2.2.2.) fornece resultados que tem um

comportamento lógico, pois o ensaio com vácuo apresenta maiores deformações.

134

70

75

80

85

90

950%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00

% d

efor

maç

ão v

olum

étri

ca

t (hora)

% Deformação volumétrica Vs. Raiz tempo2 BJ, ENSAIO 22, Vácuo na base do C.P., h C.P. = 2.97 cm 1 BJ, ENSAIO 19, Sem Vácuo, h C.P. = 2.9 cm Vácuo

(kPa)

70

75

80

85

90

950%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%0 5 10 15 20 25 30 35

% d

efor

maç

ão v

olum

étri

ca

tempo (hora)

% Deformação volumétrica Vs. Tempo2 BJ, ENSAIO 22, Vácuo na base do C.P., h C.P. = 2.97 cm 1 BJ, ENSAIO 19, Sem Vácuo, h C.P. = 2.9 cm Vácuo

(kPa)

a.

b.

Figura 5.14 - Comparação curvas de % de deformação volumétrica Vs. tempo (hora), dos

ensaios 2BJ e 1BJ. 1. Curvas de % de deformação volumétrica Vs. Raiz quadrada de tempo (hora) 2. Curvas de % de deformação volumétrica Vs. Tempo (hora)

Nestas curvas pode-se observar que as duas curvas são bastante similares até

certo ponto. Neste caso, até 3 horas. Depois deste ponto a curva do ensaio sem

vácuo começa a estabilizar enquanto que a curva onde é utilizado o vácuo desce

mais até se estabilizar. Após de um tempo de 7.5 horas a curva do ensaio sem

vácuo desce mais, fato que pode ser produzido pelas incertezas que se têm no

sistema de medição de variação de volume.

135

As mesmas observações podem ser feitas nos ensaios feitos para corpos de

prova de 4.50cm e de 5.95cm de altura. Os correspondentes gráficos são

apresentados na Figura 5.15, Figura 5.16, Figura 5.17 e Figura 5.18.

Figura 5.15 - Comparação curvas de Poro pressão (kPa) Vs. tempo (hora) obtidas nos ensaios

4BJ e 3BJ, feitos com C.P. de 4.50cm de altura.

136

70

75

80

85

90

950%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00

% d

efor

maç

ão v

olum

étri

ca

t (hora)

% Deformação volumétrica Vs. Raiz tempo4 BJ, ENSAIO 24, Vácuo na base do C.P., h C.P. = 4.62 cm 3 BJ, ENSAIO 20, Sem Vácuo, h C.P. = 4.53 cm Vácuo

(kPa)

70

75

80

85

90

950%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%0 10 20 30 40 50 60 70 80

% de

form

ação

vol

umét

rica

tempo (hora)

% Deformação volumétrica Vs. Tempo4 BJ, ENSAIO 24, Vácuo na base do C.P., h C.P. = 4.62 cm 3 BJ, ENSAIO 20, Sem Vácuo, h C.P. = 4.53 cm Vácuo

(kPa)

a.

b.

Figura 5.16 - Comparação curvas de % de deformação volumétrica Vs. tempo (hora), dos

ensaios 4BJ e 5BJ. 1. Curvas de % de deformação volumétrica Vs. Raiz quadrada de tempo (hora) 2. Curvas de % de deformação volumétrica Vs. Tempo (hora)

137

Figura 5.17 - Comparação curvas de Poro pressão (kPa) Vs. tempo (hora) obtidas nos ensaios

6BJ e 5BJ, feitos com C.P. de 5.95cm de altura.

138

70

75

80

85

90

950%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00

% d

efor

maç

ão v

olum

étri

ca

t (hora)

% Deformação volumétrica Vs. Raiz tempo6 BJ, ENSAIO 25, Vácuo na base do C.P., h C.P. = 5.93 cm 5 BJ, ENSAIO 21, Sem Vácuo, h C.P. = 6.16 cm Vácuo

(kPa)

70

75

80

85

90

950%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

% d

efor

maç

ão v

olum

étri

ca

tempo (hora)

% Deformação volumétrica Vs. Tempo6 BJ, ENSAIO 25, Vácuo na base do C.P., h C.P. = 5.93 cm 5 BJ, ENSAIO 21, Sem Vácuo, h C.P. = 6.16 cm Vácuo

(kPa)

a.

b.

Figura 5.18 - Comparação curvas de % de deformação volumétrica Vs. tempo (hora), dos

ensaios 6BJ e 5BJ. 1. Curvas de % de deformação volumétrica Vs. Raiz quadrada de tempo (hora) 2. Curvas de % de deformação volumétrica Vs. Tempo (hora)

Na Figura 5.19 se apresentam as curvas de porcentagem de variação

volumétrica obtidas nos ensaios 5BJ, 6BJ e 7BJ.

139

Figura 5.19 - Comparação curvas de Poro pressão (kPa) Vs. tempo (hora) obtidas nos ensaios

5BJ, 6BJ e 7BJ feitos com C.P. de 5.95cm de altura.

O ensaio 7BJ foi feito em uma primeira etapa sem vácuo. Somente teve

adensamento pela ação da tensão confinante (200kPa) depois que a poro pressão

se estabilizou em 6kPa aplicou-se pressão de vácuo até a poro pressão se

estabilizou em 42kPa. A curva da primeira etapa é bastante similar a curva obtida

no ensaio 5BJ e toda a curva obtida pelas duas etapas chega a uma pressão de

estabilização bastante similar a obtida no ensaio 6BJ. Este ensaio permite observar

uma curva de variação de poro pressão somente pela ação do vácuo.

A Figura 5.20 apresenta de forma similar uma comparação das curvas de

porcentagem de deformação volumétrica Vs. tempo (hora), dos ensaios 6BJ e 5BJ

e 7BJ.

140

70

75

80

85

90

950%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00

% d

efor

maç

ão v

olum

étri

ca

t (hora)

% Deformação volumétrica Vs. Raiz tempo6 BJ, ENSAIO 25, Vácuo na base do C.P., h C.P. = 5.93 cm

5 BJ, ENSAIO 21, Sem Vácuo, h C.P. = 6.16 cm

7BJ, ENSAIO 26, Vácuo na base do C.P. depois de adensamento por confinamento, h C.P. = 5.95 cm

Vácuo Ensaio 6BJ (kPa)

Vácuo Ensaio 7BJ (kPa)

70

75

80

85

90

950%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

% d

efor

maç

ão v

olum

étri

ca

tempo (hora)

% Deformação volumétrica Vs. Tempo6 BJ, ENSAIO 25, Vácuo na base do C.P., h C.P. = 5.93 cm

5 BJ, ENSAIO 21, Sem Vácuo, h C.P. = 6.16 cm

7BJ, ENSAIO 26, Vácuo na base do C.P. depois de adensamento por confinamento, h C.P. = 5.95 cm

Vácuo Ensaio 6BJ (kPa)

Vácuo Ensaio 7BJ (kPa)

a.

b.

Figura 5.20 - Comparação curvas de % de deformação volumétrica Vs. tempo (hora), dos

ensaios 6BJ e 5BJ e 7BJ 1. Curvas de % de deformação volumétrica Vs. Raiz quadrada de tempo (hora) 2. Curvas de % de deformação volumétrica Vs. Tempo (hora)

5.2.3. Pressão de estabilização dos ensaios sem vácuo

Nos ensaios sem vácuo a poro pressão se estabilizou, em média, em 5 kPa.

Esperava-se que estabilizasse-se em 0kPa porque a drenagem se ligou a

atmosfera. O fato da pressão de estabilização ser um pouco maior de 0kPa pode

ser explicado porque a água que sai do corpo de prova não ser água desaerada,

141

podendo assim conter pequenas bolhas de ar que podem ter ficado nos poros

mantendo essa pequena tensão.

5.2.4. Poro pressão de estabilização dos ensaios com vácuo

Em dois dos ensaios com vácuo a pressão se estabilizou, em média, em

-30kPa (ensaios 2BJ e 4BJ) e em outros dois, em média, em -44kPa (ensaios 6BJ

e 7BJ). A pressão de vácuo aplicada foi de-80kPa. Nos ensaios de laboratório

apresentados nos trabalhos de Li, 2011, Rujikaitkamjorn, 2008, entre outros, a

poro pressão se estabilizou em um valor igual a pressão de vácuo aplicada. Chai

2007 apresenta duas medições de poro pressão, feitas em dois ensaios nos quais

foi usada uma pressão de vácuo de -80kPa. No ensaio que o vácuo é aplicado em

um silte argiloso (67.8% de silte, 31% de argila, k=1.44x10-9m/s) a poro pressão

se estabilizou em -20kPa (depois de 2,880min = 48horas) enquanto que no ensaio

em que a pressão de vácuo se aplicou em um material arenoso (50% de areia) a

poro pressão se estabilizou em -45.6kPa, neste trabalho não é explicado porque a

poro pressão não chega a ser igual a pressão de vácuo aplicada.

Para intentar explicar este fato foi feito um ensaio para medir a pressão de

borbulhamento das pedras porosas (Ver Figura 5.21). Para realizar este ensaio foi

fabricada uma peça especial de acrílico transparente. A pedra porosa é saturada e

colocada no meio da peça. Em um extremo (extremo A) é aplicada uma pressão

positiva a qual se vai incrementando até que se observe no outro extremo

(extremo B), água saindo da pedra porosa. O resultado deste ensaio é que a

pressão de borbulhamento de uma pedra porosa é inferior a 5kPa o que leva a

conclusão de que a pressão de borbulhamento das pedras porosas não é a única

responsável da perda da pressão de vácuo.

Este fato poderia ser explicado porque a água no interior do corpo de prova

não é desaerada esta água pode cavitar a uma pressão que como foi observado nos

medições de Chai (2007) em diferentes valores dependendo da granulometria do

solo ensaiado.

142

A B

Figura 5.21 - Teste para medição de pressão de borbulhamento das pedras porosas usadas nos

ensaios de adensamento isotrópico na célula triaxial.

6 Conclusões e Sugestões para Futuras Pesquisas

6.1. Conclusões

A utilização de vácuo em um laboratório de geotecnia para a realização de

ensaios de adensamento apresenta uma série de desafios para a montagem do

ensaio. Nesta dissertação estão descritas as dificuldades encontradas e as soluções

utilizadas para garantir a funcionalidade dos ensaios.

Para os ensaios realizados com os procedimentos descritos no Capítulo 3,

foram determinadas as seguintes conclusões:

I. No ensaio de adensamento convencional na prensa tipo Bishop

• Observou- se que um corpo de prova de solo mole remoldado e adensado

com uma carga vertical de 160kPa, ao ser submetido a ação de uma

pressão de vácuo de 80kPa, apresenta uma compressibilidade bastante

similar a obtida com a mesma pressão utilizando carregamento com pesos.

Comprova-se experimentalmente que o vácuo trabalha como um

carregamento para adensamento de solos moles.

• A forma da curva de porcentagem de adensamento (%U) Vs. fator tempo

(Tv) obtida em um estágio com carregamento com vácuo, corresponde à

forma da curva de adensamento unidimensional.

II. No ensaio de adensamento isotrópico na célula triaxial

• A forma da curva de porcentagem de adensamento (%U) Vs. fator tempo

(Tv), obtida em um ensaio com utilização de vácuo, corresponde à forma

da curva de adensamento isotrópico.

• Em um ensaio de adensamento isotrópico na célula triaxial utilizando

vácuo, a forma da curva de porcentagem de deformação Vs. tempo têm um

trecho inicial bastante similar ao correspondente na curva obtida em um

144

• ensaio sem vácuo. A diferença se encontra nas pressões de estabilização.

A curva do ensaio sem vácuo se estabiliza em um valor próximo a 8kPa,

enquanto que a curva obtida no ensaio com vácuo se estabiliza em uma

pressão em torno de -40kPa.

6.2. Sugestões para futuras pesquisas

Para medição da variação de volume no ensaio triaxial:

• Garantir uma temperatura constante no interior do laboratório durante todo

o tempo que demore o ensaio;

• Usar mangueiras de maior espessura e, portanto menor creep;

• Usar uma célula triaxial reforçada ou uma célula dupla;

• Usar como instrumento de medição de variação de volume um instrumento

de buretas com líquido, assim se evita o uso de instrumentos que

trabalham com borrachas Bellofram as quais tem um atrito que interfere na

precisão da medição;

• Usar água desaerada para o enchimento da célula triaxial.

No caso do ensaio de adensamento convencional na prensa tipo Bishop,

medir o K0 do material para determinar a tensão vertical mínima sem risco de

formação de trincas no corpo de prova e evitar o afastamento do corpo de prova

das paredes do anel de confinamento. Assim, poderão ser feitos ensaios com

corpos de prova adensados com uma pressão menor a 160kPa .

Usar os resultados destes ensaios em um projeto de melhoramento de solos

moles com carregamento com vácuo.

Desenvolver um trocador de calor mais eficiente que garanta uma total

autonomia do sistema de refrigeração com um menor consumo de recursos.

No procedimento descrito nesta dissertação para o ensaio na prensa de

adensamento, o estágio com vácuo se inicia depois que o corpo de prova

desenvolveu 100% de porcentagem de adensamento pela aplicação da carga de

160kPa. A sugestão é estudar as vantagens de trabalhar com porcentagens

menores.

145

Usar sempre as mesmas pedras porosas, ter muito cuidado com isso e fazer

uma boa limpeza das pedras porosas antes começar qualquer ensaio. Usar papeis

filtros novos e limpos para cada ensaio.

7 Referências Bibliográficas

7.1. Trabalhos sobre o uso de carregamento com vácuo em campo

Bergado, D.T., Chai, J.C., Miura, N. & Balasubramaniam, A.S. PVD

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7.2. Trabalhos sobre o uso de carregamento com vácuo em laboratório

Chai, J.C., Matsunaga, K., Sakai, A., e Hayashi, S., Comparison of vacuum

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Li, B., Wu, S.F., Chu, J., Lam, K. P., Evaluation of Two Vacuum

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Mahfouz, A., Hanlong, L., Chiu, C. F., Yufeng, G., Xiuyong, Z., Laboratory

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Saowapakpiboon, J., Bergado, D. T., Voottipruex, P., Lam, L. G.,

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7.3. Trabalhos sobre outros temas de geotecnia

Bishop, A. W., Henkel, D. J., The measurement of soil properties in the

triaxial test, London Edward Arnold (Publishers) Ltd, Segunda edição, 1962.

Sandroni, S. S. Notas de aula curso de prática geotécnica para aterros sobre

solos moles, 2012.

TEIXEIRA, C. Análise dos Recalques de um Aterro Sobre Solos Muito

Moles da Barra da Tijuca – RJ, Tese (Doutorado), Departamento de Engenharia

Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, 2012.

Anexos

Anexo 1. Calibração transdutor utilizado nos ensaios triaxiais

Transdutor:Pressão Nº Serie: 95290391 Fabricante: GefranCap.: 150 psi Função: Pressâo

Canal: Equipamento: PermeâmetroLaboratorista: Josué/Amaury Data:

Pressâo Pressão Leitura 1 Leitura 2 Leitura 3 Leitura 4 Leitura 5 Leitura 6 Média leituras

(kg/cm2) (Pa) mV/V mV/V mV/V mV/V mV/V mV/V mV/V0.00 0.00 0.077130 0.078098 0.078521 0.078481 0.0780581.00 98066.50 0.221357 0.221112 0.221871 0.231485 0.2239561.50 147099.75 0.292575 0.297108 0.294196 0.299485 0.2958412.00 196133.00 0.234850 0.364754 0.366446 0.368216 0.3335672.50 245166.25 0.439080 0.439714 0.437667 0.439989 0.4391133.00 294199.50 0.512022 0.512940 0.513442 0.512456 0.5127153.50 343232.75 0.582433 0.580443 0.585399 0.585812 0.5835224.00 392266.00 0.655358 0.659028 0.661391 0.659268 0.6587614.50 441299.25 0.728182 0.736463 0.733601 0.732513 0.7326905.00 490332.50 0.801257 0.805032 0.805673 0.805442 0.8043515.50 539365.75 0.877659 0.878093 0.878574 0.879442 0.8784426.00 588399.00 0.950705 0.951999 0.951991 0.952058 0.9516886.50 637432.25 1.023983 1.024837 1.024823 1.024496 1.0245357.00 686465.50 1.096865 1.097969 1.097314 1.098001 1.0975377.50 735498.75 1.170127 1.171577 1.171243 1.171210 1.1710398.00 784532.00 1.243234 1.243760 1.244159 1.244053 1.2438028.50 833565.25 1.316332 1.316886 1.317321 1.317419 1.3169909.00 882598.50 1.389333 1.389128 1.389206 1.389673 1.3893359.50 931631.75 1.461356 1.461928 1.462104 1.463077 1.462116

10.00 980665.00 1.534814 1.534814 1.535328 1.535328 1.535071

12/09/2011

Pontifícia Universidade Católica do Rio de JaneiroLaboratório de Geotecnia e Meio Ambiente

Calibração

y = 669030.746.064x - 47351.367.903R² = 0.999.708

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

.00 .200 .400 .600 .800 1.00 1.200 1.400 1.600 1.800

Pre

ssão

(Pa

)

Leitura (mV/V)

Calibração Transdutor