parâmetros cam-clay do caulim usado em modelos centrífugos na coppe-ufrj

7/25/2019 Parmetros Cam-Clay do caulim usado em modelos centrfugos na COPPE-UFRJ

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I

Parmetros Cam-Clay do caulim usado em modelos centrfugos na COPPE-UFRJ

Gabriel Mosqueira Cames da Silva

Projeto de Graduao apresentado ao Curso de

Engenharia Civil da Escola Politcnica.

Universidade Federal do Rio de Janeiro, comoparte dos requisitos necessrios obteno do

ttulo de Engenheiro.

Orientador(es):

Mrcio de Souza Soares de Almeida

Marcos Barreto de Mendona

Rio de Janeiro

Agosto de 2015


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II

PARMETROS CAM-CLAY DO CAULIM USADO EM MODELOS CENTRFUGOS NA

COPPE-UFRJ


PROJETO DE GRADUAO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE

ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO

RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSRIOS PARA A

OBTENO DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.

Examinado por:

_______________________________________

Prof. Mrcio de Souza Soares de Almeida, Ph.D.

_______________________________________

Prof. Marcos Barreto de Mendona, D. Sc.

_______________________________________

Prof. Alessandra Conde de Freitas, D. Sc.

_______________________________________

Prof. Diego de Freitas Fagundes, M.Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ BRASIL


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III

Silva, Gabriel Mosqueira Cames da

Parmetros Cam-Clay do caulim usado em modelos centrfugosna COPPE-UFRJ/Gabriel Mosqueira Cames da SilvaRio de Janeiro:

UFRJ/Escola Politcnica, 2015.

VI,105p.: il.; 29,7cm.

Orientadores: Mrcio de Souza Soares de Almeida, Marcos

Barreto de Mendona

Projeto de GraduaoUFRJ / Escola Politcnica/ Curso de

Engenharia Civil, 2015.

Referncias Bibliogrficas: p. 78-79.

1. Introduo. 2. Reviso bibliogrfica. 3. Material utilizado e

metodologia. 4. Resultados. 5. Concluso.

I. Almeida, Mrcio de Souza Soares de; Mendona, Marcos

Barreto de. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola

Politcnica, Curso de Engenharia Civil. III. Parmetros Cam-Clay do

caulim usado em modelos centrfugos na COPPE-UFRJ.


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IV

AGRADECIMENTOS

minha famlia, que sempre me apoiou e ajudou na minha formao,

sempre oferecendo uma palavra sbia. Aos meus amigos de faculdade e aos

amigos de longa data que sempre me motivaram durante o curso de engenharia.

Aos meus professores orientadores e demais professores que tive o prazer

de conhecer e aprender o necessrio para ser um excelente profissional e cidado.

equipe do Laboratrio de Geotecnia, em especial equipe da centrfuga, que

sempre esteve disposta a me auxiliar com o desenvolvimento do trabalho.


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V

Resumo do Projeto de Graduao apresentado Escola Politcnica/UFRJ como parte

dos requisitos necessrios para obteno do grau de Engenheiro Civil

Parmetros Cam-Clay do caulim usado em modelos centrfugos na COPPE-UFRJ


Agosto/2015

Orientadores:



Curso: Engenharia Civil

O material caulim utilizado em estudos de interao solo-estrutura no

laboratrio de geotecnia da COPPE. A obteno de parmetros que caracterizem este

material de grande valor. Este trabalho se dedicou a obter os parmetros do modelo

Cam-Clay, que modela o comportamento das argilas a partir da teoria dos estados

crticos. A obteno destes parmetros permite analisar numericamente os problemas

de interao solo-estrutura, permite o desenvolvimento de projetos, alm de servir

como comparativo com as demais pesquisas desenvolvidas com argilas.

Para que os parmetros do modelo Cam-Clay pudessem ser obtidos, foi

necessria uma campanha de ensaios de adensamento oedomtrico e isotrpico,

alm de ensaios de compresso triaxial do tipo CIU e CAU. Este trabalho apresenta a

rotina, a metodologia e um resumo dos resultados destes ensaios, a fim de facilitar

futuras pesquisas que envolvam os mesmos.

Observou-se que os parmetros do modelo Cam-Clay obtidos para o caulimapresentam uma boa correlao com resultados de ensaios centrfugos, no entanto foi

observado um comportamento atpico nos ensaios CIU e CAU.

Palavras-Chave: Cam-Clay / caulim / modelos centrfugos / parmetros


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VI

Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of

the requirements for the degree of Engineer.

Cam-Clay parameters of the kaolin for centrifuge modeling at COPPE-UFRJ


August/2015

Advisors:



Course: Civil Engineering

The kaolin material is used in soil-structure interaction studies in geotechnical

laboratory of COPPE. The acquisition of parameters that characterize this material is of

great value. This work was dedicated to get the parameters of the Cam-Clay model,

which models the behavior of clays using the theory of critical states. Obtaining these

parameters allows numerical analysis of the soil-structure interaction problems, allows

the development of designs in addition to serving as a comparison with other research

developed with clays.

To obtain the parameters of the Cam-Clay model, a campaign of oedometric

and isotropic consolidation tests, and triaxial compression tests of the type CIU and

CAU was necessary. This paper presents the routine, the methodology and a summary

of the results of these tests in order to facilitate future research involving them.

It was observed that the parameters of the Cam-Clay model of the Kaolin

presented a good correlation with results from centrifuge tests, however atypicalbehavior was observed in the CIU and CAU assays.

Keywords: Cam-Clay / kaolin / centrifuge modeling / parameters


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SUMRIO

1. Introduo .............................................................................................................................. 1

Objetivo ......................................................................................................................... 11.1. Organizao do trabalho ............................................................................................... 21.2.

2. Reviso bibliogrfica ............................................................................................................. 3

Comportamento tenso-deformao dos solos ............................................................ 32.1.

O comportamento plstico das argilas .......................................................................... 42.2.

Modelo elasto-plstico ................................................................................................... 62.3.

Modelo Cam-Clay .......................................................................................................... 72.4.

Obteno dos parmetros de estado crtico atravs de ensaios de laboratrio ......... 142.5.

Ensaio de adensamento oedomtrico ......................................................................... 152.6.

Ensaios de compresso triaxial ................................................................................... 192.7.

3. Material utilizado e metodologia .......................................................................................... 26

Material utilizado .......................................................................................................... 263.1.

Preparo das amostras ................................................................................................. 273.2.

Preparo dos corpos de prova para ensaios de laboratrio ......................................... 323.3.

Ensaios de adensamento oedomtrico ....................................................................... 363.4.

Ensaio de adensamento isotrpico ............................................................................. 373.5.

Ensaio de compresso triaxial CIU ............................................................................. 413.6.

Ensaio de compresso triaxial CAU normalmente adensado ..................................... 423.7.

Ensaio de compresso triaxial CAU sobreadensado .................................................. 423.8.

Modelagem fsica em centrfuga ................................................................................. 433.9.

4. Resultados ........................................................................................................................... 47

Ensaios de adensamento ............................................................................................ 474.1.

Ensaios Triaxiais ......................................................................................................... 544.2.

Ensaio T-bar ................................................................................................................ 674.3.

5. Concluso ............................................................................................................................ 73

Referncias Bibliogrficas ........................................................................................................... 78

ANEXO 1 ..................................................................................................................................... 80

ANEXO 2 ..................................................................................................................................... 88

ANEXO 3 ..................................................................................................................................... 90


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1

1. Introduo

Toda boa obra de engenharia precisa de um profundo conhecimento do

material de sua fundao para que possa ser erguida com segurana e eficincia. A

Mecnica dos Solos busca a compreenso do comportamento deste material, com a

finalidade de fornecer uma base slida para a elaborao e execuo de projetos de

engenharia, que so indispensveis vida moderna.

atravs de modelos fsicos, numricos, entre outros, que o comportamento

de um solo pode ser compreendido e mensurado, para isto, fez-se necessria a

criao de ensaios padronizados para fornecer dados de entrada que pudessem

representar as caractersticas do material. Foram criados ensaios como SPT, CPT,

Vane Test, etc., que pudessem ser executados em campo, e ensaios comoadensamento oedomtrico, compresso triaxial, cisalhamento simples, e outros, que

so executados em ambientes controlados.

Este trabalho se dedicou a obter parmetros geotcnicos e os parmetros do

modelo Cam-Clay atravs de ensaios de adensamento oedomtrico e isotrpico e

ensaios triaxiais (CIU, CAU normalmente adensado e CAU sobreadensado), a fim de

caracterizar o caulim (material fabricado) que utilizado na modelagem fsica em

centrfuga geotcnica da COPPE, onde se estudam diversos problemas de interaosolo-estrutura, ou ser utilizadas em demais pesquisas seja em outros ensaios ou em

modelagem com elementos finitos.

Objetivo1.1.

Este trabalho tem por objetivo:

Obter parmetros geotcnicos da argila como: ngulo de atrito interno efetivo

no estado crtico (cs), parmetros de compressibilidade (Cr, Cc e Cs) e

coeficiente de permeabilidade (cv);

Obter parmetros do modelo Cam-Clay e Cam-Clay modificado, a serem

usados em anlises numricas posteriores;

Obter a relao da resistncia no-drenada com o histrico de tenses da

argila, a ser usada na previso do perfil de resistncia no-frenada de ensaios

centrfugos futuros.


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2

Organizao do trabalho1.2.

O trabalho foi dividido em cinco captulos, so eles:

Captulo 1: introduo do trabalho e apresentao de seus objetivos;

Captulo 2: reviso bibliogrfica do trabalho, abordando os modelos elsticos,

plsticos e elasto-plsticos, modelo Cam-Clay e Cam-Clay modificado, a teoria

dos Estados Crticos, descrio dos ensaios realizados neste trabalho e como

a obter os parmetros geotcnicos e do modelo Cam-Clay a partir de seus

resultados;

Captulo 3: apresentao do material, seus ensaios de caracterizao, da

metodologia para o preparo dos corpos de prova, dos ensaios empregados

para obteno dos parmetros geotcnicos e do modelo Cam-Clay,

apresentados na reviso bibliogrfica, e apresentao do ensaio T-bar em

centrfuga geotcnica;

Captulo 4: apresentao dos resultados encontrados nos ensaios de

adensamento e triaxiais, os resultados dos clculos necessrios, a comparao

com o ensaio T-bar e o que se pde concluir dos resultados obtidos;

Captulo 5: apresentao dos resultados de forma resumida para facilitar

consulta de trabalhos futuros, consideraes finais sobre os resultados

apresentados no trabalho e propostas para ensaios futuros.


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3

2. Reviso bibliogrfica

Comportamento tenso-deformao dos solos2.1.

O comportamento elstico dos materiais pode ser descrito pela Lei de Hooke,

que relaciona a tenso com a deformao do material de forma direta. Esta relao

linear e tem como caracterstica fundamental a conservao da energia durante a

aplicao da tenso, ou seja, aps liberada a tenso sobre o material no ocorrem

deformaes permanentes.

Alguns materiais no seguem essa relao e quando atingem determinados

valores de tenso, aps o alvio das mesmas, apresentam uma deformao

permanente sob tenso nula. Estes materiais so chamados de elasto-plsticos, aFigura 1 apresenta um exemplo deste tipo de material. A tenso que d origem a essa

mudana de comportamento chamada de tenso de escoamento (y), e caracteriza

a mudana do estado de tenses onde o material deixa de apresentar um

comportamento elstico (trecho AB da Figura 1) e passa a ter um comportamento

plstico (trecho da curva direita do ponto B), com grandes deformaes para

pequenos acrscimos de tenses.

Figura 1 - Grfico tenso x deformao tpico de material elasto-plstico. p a

deformao permanente e e a deformao elstica.

Este trabalho apresenta um enfoque no comportamento elasto-plstico dos

materiais, tendo em vista que representa o comportamento mecnico das argilas. A

princpio um modelo elstico no-linear seria suficiente para descrever o


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4

comportamento deste tipo de solo quando submetido a diferentes estados de tenses,

no entanto, tendo em vista que a relao tenso-deformao varia no

descarregamento e no recarregamento, conforme aFigura 1,a utilizao de modelos

elsticos lineares ou no-lineares demonstram ser limitados para descrever tal

comportamento.

Em suma, o modelo escolhido o elasto-plstico, pois considera que ocorrer

uma deformao permanente ao final de um carregamento de maior intensidade que a

tenso de escoamento. Esta deformao permanente dever ser computada para a

obteno da deformao final, caso seja exercido um novo carregamento (como

acontece em solos argilosos quando submetidos tenses superiores tenso de

sobreadensamento).

O comportamento plstico das argilas2.2.

O comportamento das argilas observado atravs de ensaios de laboratrio e

por parmetros atravs deles obtidos, que quantificam as caractersticas de uma

determinada amostra de solo.

O ensaio mais comumente utilizado o de adensamento oedomtrico, visto

que ele permite a obteno dos parmetros de compressibilidade para adensamento

unidimensional. Atravs da aplicao de uma srie de cargas verticais em um corpo

de prova, mede-se as variaes da altura, que neste caso representa a variao do

ndice de vazios do solo, em intervalos de tempo predefinidos. Cada estgio de

carregamento permanece por 24h ou at quando no houver variao das

deformaes, sendo que cada estgio possui o dobro do carregamento anterior e a

tenso mxima aplicada escolhida a critrio do projeto (geralmente entre 200kPa e

800kPa, sujeito a limitaes do equipamento). Por conveno, os resultados so

plotados com as deformaes no eixo das ordenadas e as tenses na abscissa em

escala logartmica (Figura 2). Entretanto, se os eixos forem trocados, o grfico obtido

semelhante ao grfico tenso-deformao apresentado naFigura 3.


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5

Figura 2 - Grfico tpico de ensaio de adensamento oedomtrico

Figura 3 - Grfico do adensamento tenso x deformao volumtrica

Pelo grfico daFigura 2,pode-se observar que ocorre uma mudana brusca na

inclinao da reta, neste ponto pode ser obtida da tenso de sobreadensamento ou

pr-adensamento (vm), ou seja, a maior tenso vertical a qual o solo foi submetido na

sua histria de tenses. Observando este mesmo grfico, podemos concluir que a

tenso de sobreadensamento equivale tenso de escoamento do solo (y), pois

para tenses menores o solo apresenta um comportamento elstico e, uma vez que se

ultrapassa a tenso de sobreadensamento e em seguida reduz-se a tenso, uma

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1 10 100 1000

IndicedeVazios(e)

Tenso vertical efetiva (kPa)

'y='vm

1

10

100

1000

0 5 10 15 20 25

Tensoverticalefet

iva(kPa)

Deformao volumtrica (%)

Endurecimento (ver fig. 4c)


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6

resposta elstica do solo pode ser novamente observada assim como um

deslocamento permanente. O resultado do ensaio de adensamento oedomtrico pode

ser considerado um exemplo evidente de escoamento nos solos e do seu

comportamento elasto-plstico.

O comportamento de escoamento no exclusivo das argilas, outros tipos de

solo tambm apresentam estas caractersticas, no entanto, nas argilas que a

deformao mais significativa e apresenta uma queda de rigidez mais evidente,

quando a tenso aplicada ultrapassa a tenso de sobreadensamento.

Pode-se destacar, do fenmeno de escoamento, a existncia de uma curva

que delimita os domnios elstico e plstico. Entende-se que abaixo dessa curva o

solo trabalha em regime puramente elstico, acima em regime plstico e a curva o

limite entre esses dois domnios, e a teoria dos estados crticos (Atkinson, 2007;

Atkinson e Bransby, 1978) se desenvolve ao redor deste fenmeno.

Modelo elasto-plstico2.3.

O modelo elasto-plstico engloba as deformaes dos domnios elstico e

plstico, no entanto, trs casos distintos de comportamento de tenso-deformao

podem ocorrer aps o incio do escoamento (Ortigo 1993), e esto representados a

seguirFigura 4.

Figura 4 - Grficos tenso x deformao tpicos: a) Modelo elasto-plstico perfeito, b)

modelo elasto-plstico com amolecimento e c) modelo elasto-plstico com

endurecimento (adaptado de Ortigo, 1993)

No primeiro caso (Figura 4a) apresentado um material elasto-plstico perfeito

que, aps atingir a tenso de escoamento, apresenta um aumento das deformaes

indefinidamente sem o incremento da tenso atuante. No segundo caso (Figura 4b) o


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7

material apresenta uma perda na resistncia com o aumento das deformaes,

fenmeno conhecido por amolecimento do material. J no terceiro caso (Figura 4c),

ocorre o aumento da resistncia do material conforme as deformaes aumentam,

esse fenmeno denominado enrijecimento do material.

Para que o ponto de incio do escoamento de um modelo elasto-plstico seja

determinado, so realizados ensaios de adensamento oedomtrico, para que seja

possvel obter a curva escoamento apresentada na Figura 3. O modelo Cam-Clay

(utilizado neste trabalho) um dos principais modelos elasto-plsticos existentes, pois

descreve bem o comportamento das argilas tanto normalmente adensadas como as

sobreadensadas.

Modelo Cam-Clay2.4.

O modelo Cam-Clay (Roscoe e Schofield, 1963) se destaca porque descreve

trs aspectos importantes do comportamento das argilas: a resistncia do solo, a sua

compressibilidade e o estado crtico, situao em que o solo experimenta grandes

deformaes sem variao de tenso ou volume. Tambm pode ser destacado o

modelo Cam-Clay modificado (Roscoe e Burland,1968), que, de um modo geral,

apresenta suas teorias similares do Cam-Clay, as principais diferenas esto nas

frmulas para descrever as curvas de escoamento. Enquanto no modelo Cam-Clay ascurvas de escoamento so espirais logartmicas, no modelo Cam-Clay modificado elas

so elpticas.

Para um nvel de tenses no estado crtico, este modelo supe que a amostra

de solo caracterizada por trs parmetros: tenso efetiva mdia (p), tenso

desviadora (q) e volume especfico (). No caso da condio triaxial (2=3), estes

parmetros podem ser obtidos a partir das seguintes equaes:

(1)

(2)

(3)

onde 1, 2 e 3 so as tenses efetivas principais e e corresponde ao ndice de

vazios do solo.


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8

No modelo Cam-Clay, quando se aplica um esforo de compresso sobre uma

amostra de argila, de forma lenta sob condies isotrpicas de tenses e sob

condies de drenagem perfeita, a relao entre o volume especfico e o logaritmo

natural da tenso efetiva mdia consiste em uma reta principal conhecida por reta

virgem ou linha de compresso normal. Quando se alivia esta tenso, esta mesma

relao gera um conjunto de retas conhecidas por linhas de descompresso.

Abaixo encontra-se aFigura 5 que representa o comportamento descrito acima

e pode-se observar a reduo do volume especfico do ponto a ao b, com o aumento

da tenso isotrpica papara pb, destacando que a relao :pse desloca pela reta

virgem. Tambm demonstrado na figura o reestabelecimento de parte do volume

especfico do ponto b ao c, quando a amostra volta a ser submetida tenso pa,e a

relao :p se desloca pela linha de descompresso.

Figura 5 - Grfico de volume especfico x logaritmo natural da tenso efetiva mdia

Caso a amostra volte a ser carregada uma tenso pd, haver um

deslocamento atravs da linha de descarregamento para carregamentos abaixo de pb

e, uma vez alcanado este valor, a relao :p retornar reta virgem. Se a amostra

ento descarregada at a tenso pa, desta vez haver uma tendncia de se mover

pela linha de descarregamento do ponto d ao e.


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9

O modelo CAM-CLAY define a reta virgem atravs da seguinte equao:

(4)

onde o volume especfico sob presso unitria e o coeficiente angular do

trecho de compresso virgem da linha de adensamento isotrpico.

J a linha de descompresso-recompresso definida pela equao:

(5)

onde o coeficiente angular da linha de descompresso-recompresso e ovolume especfico ao final da descompresso (verFigura 5).

Os parmetros , e variam de acordo com a amostra e tipo de solo.

Tambm pode ser observado que o valor de k depende do histrico de tenses do

solo, como pde ser observado nas linhas de descompresso bce dedaFigura 5.

Conclui-se que se o presente estado de tenses do solo est sobre a reta

virgem este solo considerado normalmente adensado, no caso em que o estado de

tenses se encontrar sobre uma linha de descompresso, o solo ser chamado de

sobreadensado.

Existe tambm o parmetro N1D que equivale ao volume especfico tenso

unitria da linha de adensamento oedomtrico, plotada no espao v:p. A Figura 6

apresenta sua configurao quando comparada com a linha de adensamento

oedomtrico.


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10

Figura 6 - Comparao entre a reta virgem do adensamento isotrpico e oedomtrico

2.4.1. Estados crticos em solos

As situaes encontradas pela engenharia geotcnica podem ser abordadas

com base na anlise da resistncia do solo e sua deformabilidade. Entretanto, essas

anlises so comumente avaliadas de formas distintas: a resistncia avaliada pelo

critrio de Mohr-Coulomb e as deformaes atravs da teoria da Elasticidade. No

entanto, atravs da Teoria dos Estados Crticos, possvel unificar estes conceitos

para determinar o comportamento do solo.

Uma determinada amostra de solo quando cisalhada e levada a grandes

deformaes tendem a alcanar um estado estvel em que a resistncia, o ndice de

vazios e a poropresso no variam mais. Nesta situao, os valores de p e q tambm

so constantes, este fenmeno foi chamado de estado crtico (Atkinson e Bransby,

1978). Esta situao pode ser representada pelaFigura 7 e tambm pela equao:

(6)

onde u a poropresso e s a deformao cisalhante da amostra de solo.


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11

Figura 7 - Representao do estado crtico

Como pode ser visto naFigura 8,a linha de estado crtico paralela linha de

compresso normal, ou reta virgem, quando plotadas no grfico :ln(p). Neste caso o

parmetro corresponde ao volume especfico presso unitria, assim como ,

tambm variando de acordo com a unidade de medida utilizada.

Figura 8 - Comparao entre a reta virgem e a linha de estado crtico


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12

O modelo Cam-Clay relaciona os parmetros e atravs da seguinte

equao:

(7)

Vale notar que a reta virgem e a linha de estado crtico so aproximadamente

paralelas entre si.

2.4.2. Funes de escoamento no modelo Cam-Clay

Com a aplicao de uma tenso desviadora (q), os solos se comportam de

forma elstica at que a tenso de escoamento seja alcanada. No modelo CAM-

CLAY, o valor da tenso de escoamento pode ser determinado a partir da seguinte

equao:

( ) (8)

sendo o coeficiente angular da linha de estado crtico e p0a tenso de escoamento

ou tenso de pr-adensamento na condio isotrpica.

A superfcie de escoamento no modelo Cam-Clay uma curva logartmica,

quando representado no espao p:q. O parmetro p0 controla o tamanho dasuperfcie de escoamento e diferente para cada linha de descarregamento e a

caracterstica chave da linha de estado crtico que ela intercepta a curva de

escoamento no ponto em que o valor mximo de q atingido.


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13

Figura 9 - Curva do escoamento do modelo Cam-Clay (adaptado de Atkinsos e

Bransby, 1978)

2.4.3. Constantes elsticas do modelo Cam-Clay

Na mecnica dos solos, os parmetros elsticos mais comumente utilizados

so o mdulo de Young (E), o mdulo de cisalhamento (G), o coeficiente de Poisson

() e o mdulo volumtrico (K). Na teoria da elasticidade, somente dois desses

parmetros so suficientes. Os demais parmetros podem ser obtidos atravs de

correlaes.


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14

Se o mdulo de Young e o coeficiente de Poisson forem conhecidos, o mdulo

de cisalhamento pode ser obtido atravs das seguintes equaes:

(9)

(10)

(11)

(12)

onde G o mdulo de cisalhamento efetivo e Gu o mdulo de cisalhamento no-

drenado.

Caso contrrio, o modelo permite a obteno do mdulo de cisalhamento e

coeficiente de Poisson. No entanto, quando o mdulo de cisalhamento fixo, o

coeficiente de Poisson varivel. Seus valores podem ser obtidos atravs das

seguintes equaes:

(13)

(14)

No modelo CAM-CLAY, o mdulo volumtrico no constante, variando de

acordo com a tenso efetiva mdia, o volume especfico e a inclinao da linha de

descompresso. O valor de K pode ser obtido atravs da equao de

descarregamento-recarregamento (equao 5), que modela o comportamento elstico

volumtrico do solo. Conforme pode ser observado no ANEXO 2, o mdulo

volumtrico dado pela seguinte equao:

(15)

Obteno dos parmetros de estado crtico atravs de2.5.

ensaios de laboratrio

Os parmetros do modelo so obtidos de forma experimental, atravs de

ensaios triaxiais no-drenados e de ensaios de adensamento. O valor de


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15

(coeficiente angular da linha de estado crtico LEC) pode ser obtido atravs do

ngulo de atrito para a condio de estado crtico (cs=cv= ult, sendo eles o ngulo

de atrito efetivo para estado crtico, volume constante e condio ltima,

respectivamente), com o auxlio da seguinte equao:

(16)

J os parmetros e , coeficiente angular da reta virgem e da linha de

descompresso respectivamente, so obtidos atravs da linha de adensamento

isotrpico ou dos coeficientes de compresso (Cc) e descompresso (Cs) obtidos a

partir do ensaio de adensamento oedomtrico. Os valores destes parmetros so

obtidos a partir das seguintes equaes:

(17)

(18)

(19)

O modelo CAM-CLAY, a partir do parmetro M, permite relacionar a resistncia

no-drenada do material com o seu estado de tenses. No caso de solo normalmente

adensado na condio isotrpica as expresses a serem usadas so (Almeida, 1982)

(20)

vlida para o modelo Cam-clay e

(21)

vlida para o modelo Cam-clay modificado.

Ensaio de adensamento oedomtrico2.6.

O fenmeno do adensamento pode ser explicado com o modelo mecnico de

Terzaghi apresentado na Figura 10,onde o solo representado pela mola, a vlvula

representa os vazios do solo e a gua a prpria gua presente nos vazios. Neste

caso, a mola considerada um material elstico e a gua um fluido incompressvel.


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16

Figura 10 - Modelo mecnico de Terzaghi: a) instante t = 0s, b) instante t > 0s e c) final

do adensamento (adaptado de Sousa Pinto, 2002)

Quando um solo saturado submetido a uma tenso vertical, no instante t = 0s

(Figura 10a) a tenso transmitida por completo para a gua, o equivalente a vlvula

fechada, esta presso na gua denominada excesso de poropresso. Logo em

seguida, ocorre o equivalente abertura da vlvula (Figura 10b), estabelecendo o

fluxo da gua para fora do solo e a dissipao da poropresso. Com este fluxo, a

presso que antes era transferida somente para o fluido comea a ser transferida para

a mola, que representa o comportamento do solo, que comea a se deformar,dissipando a presso da gua nos poros e transmitindo esta presso para os gros

(tenso efetiva). Neste momento, parte da carga aplicada est na mola (solo) e parte

est na gua como excesso de poropreso. Ao final do fenmeno (Figura 10c), a

tenso passa a ser suportada apenas pelo solo, que apresenta sua deformao

mxima para este carregamento, e ocorre a dissipao de todo o excesso de

poropresso.

O fenmeno do adensamento est correlacionado com a permeabilidade dosolo, facilidade com que a gua flui pelos poros, e a compressibilidade do solo,

deformao com a aplicao de uma sobrecarga no solo. Segundo Lambe (1979) o

ensaio de adensamento oedomtrico popular por ser relativamente simples de se

executar e a condio de deformao ser parecida com a maioria dos problemas

encontrados, permitindo a obteno de parmetros que quantificam essas

caractersticas do solo e permitem um melhor entendimento do processo com

resultados representativos.


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2.6.1. Descrio do ensaio

O ensaio consiste em aplicar uma fora ao longo do eixo vertical da amostra

confinada lateralmente, de forma que a deformao radial seja impedida, sendo assim,

a deformao e a drenagem se do em uma nica direo, a vertical. As cargas

aplicadas atravs da prensa (Figura 11)so pr-definidas e so divididas em estgios.

Em cada estgio a carga escolhida permanece por 24 (vinte e quatro) horas, onde so

lidas as deformaes em intervalos de tempo pr-definidos. Tambm so feitos

estgios de descarregamento para a obteno de parmetros de descompresso,

sendo que a tomada de valores de deformao feita em intervalos diferentes. O

resultado uma curva de deformao vertical em funo do tempo, para cada estgio,e uma curva da deformao em funo da tenso aplicada.

Figura 11 - Prensas do ensaio de adensamento oedomtrico

As tenses usuais cara cada estgio deste ensaio so: 1,34kPa, 3,125kPa,

6,25kPa, 12,5kPa, 25kPa, 50kPa, 100kPa, 200kPa, 400kPa e 800kPa, seguido de

descarregamento para 200kPa, 100kPa e 50kPa, no entanto estes podem variar

devido limitaes do equipamento ou s caractersticas do projeto. Para a leitura das

deformaes foram adotados os seguintes intervalos de tempo em minutos: 0; 0,1;

0,25; 0,5; 1; 2; 4; 8; 15; 30; 60; 120 e 1440. Seguindo o descrito na norma NBR 12007

1990 que regula a metodologia do ensaio de adensamento unidimensional.


25/112

18

O coeficiente de permeabilidade (cv) do solo pode ser obtido pelo grfico da

deslocamento vertical pela raiz do tempo em minutos para cada estgio de carga

(Figura 12), este parmetro quantifica a rapidez em que o adensamento ocorre para

uma determinada carga aplicada. Seu clculo feito atravs do mtodo de Taylor

(NBR 12007-1990).

Figura 12Exemplo de grfico deslocamento vertical x raiz do tempo

Atravs da curva que relaciona a deformao vertical e a tenso vertical

aplicada, podem ser determinados os ndices de recompresso (Cr), ndice de

compresso (Cc) e ndice de descompresso (Cs), estes parmetros equivalem o

coeficiente angular das retas de recompresso, compresso virgem e descompresso,

respectivamente, conforme apresentado na Figura 13. Para este trabalho sero

940

960

980

1000

1020

1040

1060

0 10 20 30 40

Leituradoextensmetro(mm)

Raiz do Tempo

Exemplo - Ensaio de AdensamentoLeitura do extensmetro x raiz do tempo


26/112

19

utilizados os parmetros Cc e Cs, tendo em vista que sero utilizados na obteno de

parmetros do modelo Cam-Clay.

Figura 13 - Grfico tpico de ensaio de adensamento oedomtrico com os parmetros

de compressibilidade obtidos do ensaio

Para obter o valor da tenso de sobreadensamento (vm), necessrio

empregar o mtodo de Pacheco-Silva (NBR 12007-1990), conforme apresentado na

Figura 2.

Ensaios de compresso triaxial2.7.

2.7.1. Objetivos e descrio geral do ensaio

O ensaio de compresso triaxial permite a obteno dos parmetros de

resistncia do solo (c e ) reproduzindo os estados de tenso que podem ser

encontrados em campo e, caso o ensaio tiver a fase de adensamento, tambm

possvel obter parmetros de compressibilidade. Para a execuo do ensaio, uma

amostra de solo moldada em formato cilndrico com 10cm de altura e 5cm de

dimetro e colocada dentro de uma cmara acrlica hermeticamente fechada

preenchida com gua, onde se aplica uma presso hidrosttica de confinamento (c).


27/112

20

As tenses verticais so aplicadas atravs de um pisto presente na parte superior. A

Figura 14 apresenta uma amostra de solo nesta situao.

Figura 14 - Corpo de prova posicionado na prensa do ensaio de compresso triaxial

Estando posicionada, a amostra pode ser saturada, de forma a retirar todo o arexistente em seu interior, atravs do incremento da poropresso. A saturao

controlada atravs do parmetro B, que consiste na razo entre o acrscimo de

poropresso da amostra e o aumento da poropresso imposto pelo equipamento. O

corpo de prova considerado saturado quando esta razo atinge o valor 1 (um), ou

seja, 100% da presso acrescida transformada em excesso de poropresso. Na

prtica, valores entre 0,97 e 1,00 so aceitos para dar continuidade ao ensaio.

Terminada a saturao, pode ser iniciada a fase de adensamento, que consisteno aumento da tenso confinante (c) e tenso vertical at os valores necessrios

para a pesquisa em andamento (lembrando que para este ensaio c = 2 = 3). O

equipamento mede a deformao volumtrica do corpo de prova, que igual ao

volume de gua expulsa de seus vazios, e a deformao vertical. O resultado

apresentado no monitor, podendo ser observado quando as deformaes se

estabilizam e a poropresso dissipada.


28/112

21

Ao final desta fase, a amostra levada ruptura com a aplicao de tenses

verticais (ruptura por compresso) atravs da aplicao de deslocamentos contnuos

do pisto e mantendo estvel a tenso confinante, com velocidade dependendo do

tipo de ensaio desejado. Caso seja um ensaio drenado, a velocidade com que se

aplica a deformao deve ser lenta o suficiente para a dissipao da poropresso

durante o incremento de tenso aplicado, j no caso do ensaio no-drenado, a

velocidade pode ser maior, tendo em vista que influencia diretamente na durao do

ensaio. Durante sua execuo, so tomadas leituras referentes tenso desviadora

que sero utilizadas para a obteno dos parmetros de resistncia do solo, atravs

da envoltria de resistncia gerada.

O equipamento do ensaio triaxial capaz de realizar uma grande variedade de

ensaios e eles podem ser do tipo adensado (C) ou no adensado (U), isotrpico (I) ouanisotrpico (A), drenado (D) ou no drenado (U) e normalmente adensados ou

sobreadensados. Cada uma dessas caractersticas citadas influencia no estado de

tenses do corpo de prova e representam situaes diferentes. Neste trabalho foram

realizados quatro ensaios CIU, quatro ensaios CAU normalmente adensados e quatro

ensaios CAU sobreadensados.

2.7.2. Triaxial CIU

O ensaio de compresso triaxial, permite elaborar uma variedade de situaes

de campo. O ensaio CIU (do ingls consolidated, isotropic and undrained) apresenta

uma etapa de adensamento isotrpico antes da ruptura (CI) e a ruptura ser do tipo

no-drenada (U), ou seja, o excesso de poropresso no dissipado nesta etapa.

Neste caso, a vlvula do aparelho triaxial responsvel pela drenagem do corpo de

prova deve ser fechada aps o adensamento da amostra. No adensamento isotrpico,

as tenses nos trs eixos so iguais, ou seja, 1=2=3=c.

A linha de estado crtico, junto com a linha de compresso isotrpica e

superfcies de escoamento definidas pela mecnica dos solos dos estados crticos,

formam superfcies que limitam os estados possveis de serem atingidos pelo solo. Ela

pode ser determinada com os resultados do ensaio de adensamento e ensaios de

compresso triaxial CIU.

Primeiramente, necessrio encontrar o valor dos parmetros (equao 7) e

(equao 17), a partir do ensaio de adensamento, e (equao 16), calculado com

o ngulo de atrito interno efetivo da amostra (encontrado atravs do ensaio triaxial


29/112

22

CIU). Por definio, a linha de estado crtico obtida atravs do grfico 0 x ln(pf),

sendo que pf encontrado a partir da seguinte equao:

(22)

2.7.3. Adensamento isotrpico

Na fase de adensamento do corpo de prova utilizado no ensaio triaxial, so

feitas leituras de variao de volume e tenses de confinamento, no entanto a

deformao ocorre de forma diferente do ensaio de adensamento oedomtrico. A

deformao sofrida pela amostra ocorre nas trs dimenses visto que a pelcula de

borracha que a envolve permite que se deforme livremente, enquanto no oedomtrico

s ocorre no eixo axial devido ao confinamento com anel metlico.

Para o adensamento isotrpico so feitos estgios de carga com tenses pr-

definidas e medida a variao do volume ao longo do ensaio. Para a obteno dos

parmetros , e do modelo Cam-Clay utilizado o valor da variao volumtrica ao

final de cada estgio.

2.7.4. Triaxial CAU ou CK0U normalmente adensado

A diferena entre os ensaios CIU e CAU (do ingls consolidated, anisotropicand undrained), tambm chamado de CK0U, que este apresenta uma etapa de

adensamento anisotrpico antes da ruptura (CA), mantendo a anisotropia at o incio

da fase de ruptura, e a ruptura ser do tipo no-drenada (U). A razo que quantifica o

quo maior a diferena entre a tenso vertical e de confinamento dada pelo

parmetro K0, que pode ser calculado atravs da equao:

(23)

O ndice K0 conhecido como coeficiente de empuxo no repouso, por isto o ensaio

tambm chamado CK0U.

O ensaio CAU comumente realizado porque, na maioria das situaes de

campo, o solo encontra-se em estados de tenses anisotrpicas devido sua

formao ou histrico de carregamento, logo este ensaio permite obter os parmetros

de resistncia do solo nestas situaes. Deve-se enfatizar que no caso de

adensamento anisotrpico (caso real de campo), o OCR dado por:


30/112

23

(24)

onde vm a tenso vertical efetiva mxima histrica do material e v a tenso

vertical efetiva atuante no material.

No caso das argilas normalmente adensadas, o valor de K0varia em torno de

0,5 a 0,7 (resultados de laboratrio indicam que ele tanto maior quanto maior for o

ndice de plasticidade do solo - Sousa Pinto, 2002) e pode ser obtido atravs da

formulao de Jaky (1944). Esta equao baseada em formulaes tericas e dados

experimentais, e trata-se de uma funo do ngulo de atrito interno efetivo do solo (),

obtido do ensaio CIU. Esta equao apresentada abaixo:

(25)

vlida para as argilas normalmente adensadas.

No caso das argilas sobreadensadas, o coeficiente de empuxo no repouso

maior do que nas argilas normalmente adensadas, e so to maiores quanto maior o

OCR. Isto ocorre porque ao aliviar a carga vertical no solo, o atrito entre as partculas

de solo impede que a tenso horizontal seja tambm aliviada, sendo assim, Mayne &

Kulhawy (1982) reformularam a formulao de Jaky de forma a incluir este

comportamento, apresentado abaixo:

(26)

onde o OCR encontrado pela equao 24.

O valor do ngulo de atrito interno efetivo a ser utilizado nestas equaes o

obtido pelo ensaio triaxial CIU, em seguida, o valor de K0pode ser encontrado para o

clculo das tenses a serem utilizadas no ensaio CAU, tanto para os corpos de prova

sobreadensados e normalmente adensados.

Outra diferena que pode ser observada que no ensaio CIU o caminho de

tenses parte do eixo das abscissas, isto porque no apresenta tenso de desvio

(Figura 15a). No caso do ensaio CAU, o caminho de tenses parte de um lugar

geomtrico do grfico conhecido como reta K0 (Figura 15b), isto porque as tenses

vertical e horizontal no incio do caminho de tenses so correlacionados pelo

parmetro K0. A figura abaixo apresenta a diferena entre os dois ensaios.


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24

Figura 15a) Caminho de tenses do ensaio CIU; b) Caminho de tenses do ensaio

CAU

Os valores de s e t so dados pelas seguintes equaes:

(27)

(28)

2.7.5. Ensaio CAU sobreadensado

Para esta pesquisa foram realizados quatro ensaios de compresso triaxial do

tipo CAU para diferentes razes de sobreadensamento (OCR igual a 1,0; 1,5; 2,7 e

4,0). Este ensaio consiste em duas fases de adensamento do corpo de prova, sendo a

primeira fase com uma tenso vertical definida (neste caso 400kPa) e tenso

horizontal determinada pelas seguintes equaes:

(29)sendo 'h1a tenso horizontal utilizada na primeira fase do adensamento, 'v1a tenso

vertical utilizada na primeira fase do adensamento (nesta pesquisa foi utilizado

400kPa) e o parmetro K0,naencontrado a partir da equao 25.

A segunda fase consistem em aliviar o carregamento de tal forma que o corpo

de prova fique sobreadensado. Para isto, ao final desta fase, as tenses efetiva

vertical e horizontal devem ser iguais a:


32/112

25

(30)

(31)

sendo 'h2 a tenso horizontal utilizada na segunda fase do adensamento, 'v2 atenso vertical utilizada na segunda fase do adensamento e o parmetro K 0,sa

encontrado a partir da equao 26.

O modelo CAM-CLAY, a partir dos resultados dos ensaios CAU

sobreadensados, permite relacionar a resistncia no-drenada do material a ser

utilizado nos ensaios com a tenso vertical efetiva, para uma determinada razo de

sobreadensamento do solo (OCR). No caso de solo sobreadensado na condio

anisotrpica a resistncia no-drenada e o OCR so correlacionados pelo mtodo deShansep atravs da seguinte equao:

(32)

onde Su a resistncia no-drenada do solo, K por definio o coeficiente angular da

reta obtida no grfico Sux v0, do ensaio CAU normalmente adensado, e o parmetro

m corresponde ao coeficiente angular da reta encontrada no grfico log(Su/v) x

log(OCR), utilizando os dados obtidos nos ensaios triaxiais CAU sobreadensados.


33/112

26

3. Material utilizado e metodologia

Material utilizado3.1.

3.1.1. Origem do material

Para esta pesquisa foi escolhido o caulim por representar o comportamento

das argilas encontradas no leito martimo. O material pertence ao lote que foi adquirido

para o projeto de modelagem fsica de interao solo-estrutura do Laboratrio de

Geotecnia da COPPE. O material se apresenta seco e ilustrado naFigura 16.

Figura 16 - Amostra de caulim antes da mistura

3.1.2. Caracterizao

O solo utilizado foi submetido aos seguintes ensaios de caracterizao no

Laboratrio de Caracterizao da COPPE, so eles: o ensaio de granulometria (Figura

17 e Tabela 1), limites de Atterberg (Tabela 2) e densidade real dos gros. Os

resultados so apresentados a seguir:


34/112

27

Figura 17 - Curva granulomtrica da amostra de caulim

Tabela 1 - Composio granulomtrica da amostra

Segundo a NBR7181 (1984), este solo classificado como uma argila siltosa.

Tabela 2 - Resultado dos ensaios de Limites de Atterberg

A densidade real dos gros (Gs) obtida para o caulim foi de 2,567.

Preparo das amostras3.2.

Como a amostra um material industrializado, esta vem seca e por isso teve

que ser misturada com gua deaerada no misturador da COPPE, ilustrado naFigura

18. Todos os ensaios foram realizados com o caulim preparado com uma umidade

Fina Mdia Grossa

0 0 0

Composio Granulomtrica ( % ) ( Escala ABNT )

07723

PedregulhoAreia

SilteArgila

AmostraLimite de

Liquidez (%)

Limite de

Plasticidade (%)

ndice de

plasticidade (%)CAULIM (605-325) 54,0% 20,0% 34,0%


35/112

28

igual a uma vez e meia o Limite de Liquidez, que para esta amostra de caulim igual a

81%, para que o material tenha uma boa trabalhabilidade, conforme utilizado no

projeto de interao solo-estrutura do Laboratrio de Geotecnia da COPPE. Aps cada

mistura, so realizados ensaios de umidade para comprovar a umidade do material.

Figura 18 - Misturador de solo do Laboratrio de Geotecnia da COPPE

ATabela 3 apresenta as quantidades tpicas utilizadas no preparo de amostras

deste trabalho.

Tabela 3 - Quantidades tpicas utilizadas para preparao de amostras

O material ao ser misturado apresenta uma consistncia fluida, impossibilitando

a moldagem de corpos de prova para os ensaios de adensamento oedomtrico e

triaxiais. Como soluo, aps o preparo da amostra, esta preparada no equipamento

chamado consolidmetro, ilustrado naFigura 19.

Caulim (kg) gua deaerada (kg)5,500 4,455

Mistura tpica utilizada


36/112

29

Figura 19 - Consolidmetro da COPPE

A caixa preparada com uma placa drenante e uma folha de papel filtro no

fundo, para permitir a drenagem na face inferior, e aplica-se fluido lubrificante nas

faces laterais da caixa para diminuir o atrito lateral. Aps o preparo, a caixa

preenchida com o solo em grumos at uma altura de aproximadamente 19cm, altura

estimada para que ao final do processo de adensamento a amostra tenha altura

suficiente que permita moldar os corpos de prova para o ensaio triaxial. Em seguida,

colocada mais uma folha de papel filtro na face superior e posicionada a placa de ao

que ir transmitir a carga do pisto para o solo, conforme ilustrado naFigura 20.

A tcnica de grumos consiste em compor a amostra de solo a partir de

pequenos pedaos (grumos) que so cuidadosamente dispostos no interior da caixa,

com uma colher, at que se forme uma camada. Busca-se criar camadas com grumos

de mesmas dimenses para dar maior uniformidade amostra e a execuo por

apenas uma pessoa, para que haja uma repetibilidade nas caractersticas do material.


37/112

30

A colocao dos grumos insere macro-vazios entre eles, alm dos vazios existentes

na estrutura do solo, fazendo com que o adensamento tenha uma fase inicial

associada com rpidos recalques devidos rpida reduo dos macro-vazios

existentes entre os grumos, seguida de adensamento convencional da camada de

argila.

Figura 20 - Caixa com o pisto posicionado

Ao trmino do preparo, a caixa levada ao consolidmetro para que sejam

aplicadas as cargas. O carregamento aplicado atravs de um pisto que possui uma

clula de carga que mede a fora transferida para a placa de ao, esta etapa dividida

em cinco estgios: 6,25kPa, 12,5kPa, 25kPa, 50kPa e 80kPa. Assim, a amostra deve

apresentar uma tenso de pr-adensamento de aproximadamente 80kPa, isto porque

parte da fora transferida para as laterais da caixa por atrito.

Cada etapa de carregamento dura 15 (quinze) horas e so programados no

consolidmetro no modo semiautomtico, isto , so programados no incio do ensaio,

conforme apresentado naFigura 23.O perodo de 15 (quinze) horas foi determinado

atravs de ensaios testes, neles foi observado que houve a estabilizao dos

recalques aps este perodo. As leituras de carregamento e deformao vertical so

tomadas de forma contnua eletronicamente pelo equipamento. A seguir so

apresentados naFigura 21 eFigura 22 os grficos de presso x tempo e recalque x

tempo tpico das amostras de caulim adensadas no consolidmetro, respectivamente,

e naFigura 23 a configurao do consolidmetro.


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31

Figura 21 - Grfico de Presso x Tempo aplicado no consolidmetro

Figura 22 - Grfico de Recalque x Tempo da amostra no consolidmetro


39/112

32

Figura 23 - Monitor do consolidmetro: a) dados da caixa; b) e c) estgios de carga

Preparo dos corpos de prova para ensaios de laboratrio3.3.

Terminado a fase de preparao das amostras, a caixa retirada do

consolidmetro para proceder remoo da amostra de seu interior. As laterais da

caixa so removidas para a extrao do bloco de solo com boa consistncia para a

retirada de corpos de prova do ensaio de adensamento oedomtrico e moldar os

corpos de prova do ensaio triaxial. Cada caixa preparada permite a remoo de quatro

a)

b)

c)


40/112

33

corpos de prova para os ensaios triaxiais e at trs para o ensaio de adensamento

oedomtrico.

Para ensaios de adensamento, cravado um anel metlico de 3cm de altura e

aproximadamente 7cm de dimetro, para em seguida remover o material no entorno eo excesso da face superior e inferior (ilustrado naFigura 24). Resultando em um corpo

de prova igual ao mostrado naFigura 25.

Figura 24Moldagem do corpo de prova para o adensamento oedomtrico


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34

Figura 25 - Corpo de prova de adensamento oedomtrico ao final da moldagem

Para a moldagem de corpos de prova do ensaio de adensamento isotrpico e

de compresso triaxiais, o bloco de solo dividido em quatro partes iguais (Figura 26)

e colocado no moldador, ilustrado na Figura 27, para ser moldado em formato

cilndrico de altura igual a 10cm e dimetro igual a 5cm.

Figura 26 - Bloco de solo extrado e partido


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35

Figura 27 - Moldagem de corpos de prova de adensamento isotrpico e triaxial

Aps a moldagem, todos os corpos de prova so pesados, embalados em saco

plstico e armazenados na cmara mida para evitar a perda de gua; tambm so

feitos ensaios de umidade com o material que sobra para utilizar no tratamento dos

dados dos ensaios.

Foram elaboradas 5 amostras no consolidmetro, sendo o destino de cada

uma apresentado naTabela 4.

Tabela 4 - Quadro de amostras preparadas durante a pesquisa

Amostras Corpos de prova Ensaios realizados

Amostra 1Am1-CP1, Am1-CP2, Am1-CP3 e Am1-CP4 Triaxial CIU

Am1-CP5 e Am1-CP6 Adensamentooedomtrico

Amostra 2 Am2-CP1, Am2-CP2, Am2-CP3 e Am2-CP4Triaxial CAUnormalmente

adensado

Amostra 3 Am3-CP1, Am3-CP2, Am3-CP3 e Am3-CP4Triaxial CAU

sobreadensado(Srie 1)

Amostra 4 Am4-CP1, Am4-CP2, Am4-CP3 e Am4-CP4Triaxial CAU

sobreadensado(Srie 2)

Amostra 5 Am5-CP1Adensamento

isotrpico


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36

Ensaios de adensamento oedomtrico3.4.

Aps extrados os corpos de prova conforme mencionado no item anterior,

estes so posicionados na base de acrlico conforme mostrado naFigura 28.

Figura 28 - Amostra na base de acrlico

Em seguida colocado o top cap (pea que transfere a carga da prensa para aamostra) para em seguida deixar a amostra imersa, conformeFigura 29.

Figura 29 - Colocao do top cap e inundao da amostra

top cap


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37

Aps seu preparo, a amostra levada prensa onde sero aplicadas as

presses do ensaio. Para este trabalho, foram feitos dois corpos de prova utilizando os

seguintes estgios de carga: 1,34kPa, 3,125kPa, 6,25kPa, 12,5kPa, 25kPa, 50kPa,

100kPa, 200kPa, 400kPa e 800kPa, seguido de descarregamento para 200kPa e

50kPa, sendo que os dois primeiros estgios de carga so chamados de

assentamento, pois a aplicao de cargas maiores nos primeiros estgios pode

provocar a perda de material.

Esta presso imposta atravs da colocao de pesos na extremidade da

prensa oposta da amostra (indicado na Figura 30), que so calculados de acordo

com a rea da amostra e o brao de alavanca da prensa, variando para cada

equipamento. As leituras das deformaes verticais so feitas no extensmetro

(indicado naFigura 30)acoplado na prensa e so tomadas nos seguintes intervalos detempo em minutos: 0; 0,1; 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 8; 15; 30; 60; 120 e 1440. Seguindo o

descrito na norma NBR 12007 1990 que regula a metodologia do ensaio de

adensamento unidimensional

Figura 30 - Prensa com local para os pesos e o extensmetro indicados

Ensaio de adensamento isotrpico3.5.

Aps a moldagem do corpo de prova, este posicionado na base da cmara

com uma pedra porosa e papel filtro (Figura 31). Em seguida, com o corpo de prova

pesosextensmetro


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38

posicionado, colocada uma folha circular de papel filtro e outra pedra porosa no topo

do corpo de prova e tiras de papel filtro em seu entorno (Figura 32).

Figura 31Base preparada para receber o corpo de prova

Pedra porosa

Papel filtro


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39

Figura 32Colocao do papel filtro

Colocado o papel filtro, posicionado o top cap e colocada a membrana de

ltex envolta do corpo de prova (Figura 33), para enfim fechar a cmara acrlica,

posicionar o pisto e encher a cmara com gua (Figura 34).


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40

Figura 33Corpo de prova com top cap e membrana de ltex

Figura 34Corpo de prova confinado na cmara de acrlico

A seguir, a cmara posicionada no equipamento para dar incio ao ensaio.

Este ensaio consiste em adensar o corpo de prova sob tenses isotrpicas (tenses

Top cap

Pisto


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41

vertical e confinante iguais) em estgios. Neste trabalho foram feitos estgios de

carregamento e descarregamento conforme Tabela 5, sendo que cada estgio teve

uma durao de trs horas e o descarregamento foi feito para a obteno do

parmetro .

Tabela 5Estgios de carga do adensamento isotrpico

Estgio decarga

Tipo'v

(kPa)c(kPa)

1 Carregamento 50,0 50,02 Carregamento 100,0 100,03 Carregamento 200,0 200,04 Descarregamento 100,0 100,05 Carregamento 200,0 200,06 Carregamento 400,0 400,0

A metodologia de preparo do corpo de prova para colocao no equipamento

deste ensaio o mesmo que o realizado para os ensaios CIU, CAU normalmente

adensado e CAU sobreadensado, variando apenas a aplicao das cargas aps o

preparo.

Ensaio de compresso triaxial CIU3.6.O ensaio CIU composto por trs fases: saturao, adensamento isotrpico e

ruptura. O processo de saturao foi previamente descrito no item 2.7.1. O

adensamento feito de forma similar ao ensaio de adensamento isotrpico, no entanto

no so feitos estgios de carga, apenas aplicada a tenso efetiva vertical e

confinante do ensaio. Este trabalho apresenta quatro ensaios CIU, com tenses de

adensamento apresentados naTabela 6.Estas tenses so mantidas at o comeo

da fase de ruptura.

Tabela 6Tenses de adensamento para cada corpo de prova do ensaio CIU

EnsaioCorpo de

provav(kPa) c(kPa)

CIU

Am1-CP1 100 100Am1-CP2 200 200Am1-CP3 300 300Am1-CP4 400 400


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42

A fase de ruptura foi previamente descrita no item2.7.1.

Ensaio de compresso triaxial CAU normalmente3.7.

adensado

O ensaio CAU normalmente adensado composto por trs fases: saturao,

adensamento anisotrpico e ruptura. O processo de saturao foi previamente descrito

no item 2.7.1.A fase de adensamento anisotrpico feito atravs da aplicao de

tenses verticais efetivas maiores do que a tenso confinante efetiva e, neste trabalho,

a tenso confinante efetiva foi calculada de acordo com o K0,na, dado pela equao 25,

e seus valores so apresentados na Tabela 7. Estas tenses so mantidas at o

comeo da fase de ruptura.

Tabela 7 - Tenses de adensamento para cada corpo de prova do ensaio CAU

normalmente adensado

EnsaioCorpo de

provaK0,na

'v(kPa)

c= K0,na.'v(kPa)

d(kPa)

CAUna

Am2-CP1 0,485 100,0 48,5 51,5Am2-CP2 0,485 200,0 97,0 103,0Am2-CP3 0,485 300,0 145,5 154,5

Am2-CP4 0,485 400,0 194,0 206,0

A fase de ruptura foi previamente descrita no item2.7.1.

Ensaio de compresso triaxial CAU sobreadensado3.8.

O ensaio CAU normalmente adensado composto por trs fases: saturao,

adensamento anisotrpico e ruptura. O processo de saturao foi previamente descrito

no item 2.7.1. A fase de adensamento anisotrpico feito em duas partes:adensamento anisotrpico normalmente adensado e adensamento anisotrpico

sobreadensado. Na primeira parte todos os corpos de prova so preparados com as

tenses apresentadas naTabela 8.


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43

Tabela 8Tenses da primeira parte do adensamento anisotrpico

Parte 1 do adensamento anisotrpico

EnsaioCorpo de

provaK0,na

'v0(kPa)

c0(kPa)

CAUsa

Am2-CP1 0,485 400,0 194,0Am2-CP2 0,485 400,0 194,0Am2-CP3 0,485 400,0 194,0Am2-CP4 0,485 400,0 194,0

Quando houver a total dissipao do excesso de poropresso e estabilizao

das deformaes do corpo de prova, d-se incio ao adensamento anisotrpico

sobreadensado. Nesta parte, as tenses verticais so aliviadas para se obter o OCR

do corpo de prova e as tenses confinantes calculadas com o K0,sa, dado pela equao

26. ATabela 9 apresenta um resumo das tenses da segunda parte do adensamento.

Tabela 9Tenses da segunda parte do adensamento anisotrpico

Parte 2 do adensamento anisotrpico

EnsaioCorpo de

provaOCR K0,sa

'v= 'v0/OCR(kPa)

'c= K0,sa.'v(kPa)

d(kPa)

CAU sa

Am2-CP1 1,0 0,485 400,0 194,0 206,0

Am2-CP2 1,5 0,598 266,7 159,4 107,3Am2-CP3 2,7 0,809 148,1 119,8 28,3Am2-CP4 4,0 0,990 100,0 99,0 1,0

Aps a dissipao do excesso de poropresso e estabilizao das

deformaes, d-se incio fase de ruptura que foi previamente descrita no item2.7.1.

Modelagem fsica em centrfuga3.9.

A modelagem centrfuga possibilita a anlise de problemas reais atravs de

modelos reduzidos que utilizam o solo do local a ser estudado. Estes modelos podem

ser acelerados na centrfuga geotcnica de modo a serem submetidos uma

acelerao radial que simula a acelerao da gravidade, no entanto com um fator de

escala N (N vezes maior que a acelerao da gravidade terrestre). Algumas das

principais vantagens de sua utilizao so a reduo do tempo de adensamento e das

dimenses dos modelos. ATabela 10 apresenta os parmetros e a relao de escala

da centrfuga.


51/112

44

Tabela 10Relao de escala de ensaios centrfugos

ParmetroRelao

de escalaGravidade N

Comprimento 1/NDensidade 1

Massa 1/NTenso 1

Deformao 1Fora 1/N

Momento fletor 1/NTempo (difuso) 1/N

Tempo (relaxao) 1

3.9.1. Ensaio T-bar

Stewart e Randolph (1991) desenvolveram uma ferramenta denominada de

Penetrmetro barra T (T-bar), que fornece um perfil contnuo de resistncia do solo. A

Figura 35 apresenta uma foto do mini-T-bar que utilizado em ensaios na centrfuga

geotcnica.

Figura 35a) T-bar com clula de carga; b) dimenses do T-bar

O ensaio T-bar realizado para avaliar o perfil de resistncia do solo da

amostra onde sero realizados outros ensaios. Os ensaios T-bar so conduzidos

atravs de duas fases distintas: adensamento e penetrao da barra.

Clula decarga

a)b)

Penetrmetro

barra T (T-bar)


52/112

45

Na primeira fase, a amostra da preparada de forma semelhante dos outros

ensaios. Sua mistura feita com o misturador apresentado na Figura 18, com a

mesma umidade de preparo (81%). No entanto, no h o preparo no consolidmetro, o

resultado da mistura posto na caixa da centrfuga, tambm pela tcnica de grumos, e

adensado na centrfuga geotcnica com uma placa metlica de 18mm de espessura

exercendo uma sobrecarga. Esta caixa levada ao interior da centrfuga e gira com

uma rotao que gera uma acelerao radial de 100G (cem vezes a gravidade

terrestre). A seguir encontra-se aFigura 36 com um raio-x da centrfuga.

Figura 36Esquema da caixa no interior da centrfuga

Na fase de adensamento realizado o monitoramento dos valores de

poropresso e leituras de variao de altura da amostra. Este controle permite estimar

o tempo para o trmino do adensamento e a dimenso do recalque total ocorrido no

solo ao final do adensamento.

Na segunda fase realizada a penetrao da barra no solo, com a amostra

submetida a valores de 33G. A barra cilndrica empurrada contra o solo e a foranecessria penetrao medida atravs de uma clula de carga, posicionada acima

da barra horizontal. A obteno de Sua partir da barra T feita por meio da equao

de Stewart e Randalf (apudFagundes et al., 2012):

(33)

Caixa


53/112

46

onde Fv a fora vertical medida na clula de carga durante a cravao do T-bar; dT-bar

e L so o dimetro (5mm) e o comprimento (22mm) do T-bar e Nb o fator do T-bar

(igual a 10,5).

A seguir, apresentada aFigura 37 que representa as tenses no solo quandoa amostra submetida 33G e 100G, com e sem sobrecarga, para facilitar o

entendimento da diferena das tenses no adensamento e penetrao da barra T.

Figura 37Grfico de profundidade x tenso vertical tpico do ensaio T-bar

Esta diferena entre as declividades da reta 33G e 100G se d pelas

diferentes aceleraes que so impostas na centrfuga, j as retas 100G so

paralelas devido mesma acelerao.

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Profundidade

Tenso vertical efetiva no solo


54/112

47

4. Resultados

Este captulo dedica-se a apresentar os dados dos ensaios realizados e os

parmetros do modelo Cam-Clay do solo fabricado obtidos a partir deles.

Ensaios de adensamento4.1.

Nesta pesquisa foram preparados dois corpos de prova para a execuo de

ensaios de adensamento oedomtrico e um para o ensaio de adensamento isotrpico,

a fim de obter os parmetros de compressibilidade e parmetros do Cam-Clay ( e ) a

partir das curvas de adensamento.

4.1.1. Ensaio de adensamento oedomtrico

Os valores de e podem ser obtidos a partir dos valores de Cc e Cs, tirados

da curva de adensamento oedomtrico plotado no grfico e x v em escala

logartmica, atravs das equaes 17 e 18. As curvas encontradas para os corpos de

prova so apresentados abaixo naFigura 38.

Figura 38 - Grfico de adensamento oedomtrico

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

1,20

1,30

1 10 100 1000

Ind

icedevazios(e)

Tenso vertical (kPa)

Tenso vertical x Indice de vazios

Am1-CP5Am1-CP6


55/112

48

Foi calculada a tenso de pr-adensamento para estas amostras utilizando o

mtodo de Pacheco Silva (Sousa Pinto, 2002), resultando em 51,0kPa para o corpo de

prova AM1-CP5 e 52,2kPa para AM1-CP6. A amostra apresentou uma tenso de pr-

adensamento mdia de 51,6kPa; este valor menor do que a tenso aplicada pelo

consolidmetro, entretanto este comportamento era esperado devido ao atrito nas

paredes internas da caixa utilizada.

A partir das curvas daFigura 38,foram calculados os valores de Cc atravs de

regresso linear dos trechos da reta virgem. Para o clculo, foram considerados os

resultados para as tenses superiores de pr-adensamento e prximos das tenses

que foram utilizados no ensaio de adensamento isotrpico.

O parmetro Cc, equivale ao coeficiente angular da reta de compresso

virgem, foi encontrado para ambos os corpos de prova, resultando nos valores 0,245 e

0,250 para os corpos de prova 5 e 6, respectivamente, apresentados naFigura 39.

Ambos apresentaram o coeficiente de correlao (R) de 0,999.

Figura 39Regresso linear para determinao do parmetro Cc

y = -0,245x + 1,444R = 0,999

y = -0,250x + 1,502R = 0,999

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

1,05

1,10

1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Indicedevazios(e)

Logartmo da tenso vertical

Logartmo da tenso vertical x Indice de vazios

Am1-CP5

Am1-CP6


56/112

49

Os valores de Cs foram obtidos atravs de regresso linear da reta de

descompresso dos ensaios apresentados naFigura 38.O parmetro Cs equivale ao

coeficiente angular da reta de descompresso, foram encontrados o valor 0,033 para

os corpos de prova 5 e 6, apresentados naFigura 40.A regresso linear apresentou o

coeficiente de correlao de 0,99 para ambos corpos de prova.

Figura 40Regresso linear para determinao do parmetro Cs

Abaixo se encontra aTabela 11,nela so apresentados os resultados incluindo

os parmetros e calculados utilizando as equaes 17 e 18.

Tabela 11 - Resultados dos ensaios de adensamento oedomtrico

Amostra'vm

(kPa)Cc Cs Cs/Cc

Am1-CP5 51,0 0,245 0,033 0,137 0,106 0,015 0,86

Am1-CP6 52,2 0,250 0,033 0,131 0,108 0,014 0,87

Foi possvel obter o valor do parmetro N1D (volume especfico tenso

unitria do adensamento oedomtrico) atravs da funo da regresso linear dos

y = -0,033x + 0,818

y = -0,033x + 0,860R = 0,990

0,71

0,72

0,73

0,74

0,75

0,76

0,77

0,78

0,79

0,80

0,81

0,82

1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

Indicedevazios(e

)


Logartmo da tenso vertical x Indice de vazios

Am1-CP5

Am1-CP6


57/112

50

resultados dos ensaios plotados no espao x ln(p), igualando x zero (ln1 = 0). A

regresso linear encontra-se na Figura 41 e os resultados esto apresentados na

Tabela 12.

Figura 41Regresso linear dos resultados do adensamento oedomtrico no espao

x ln(p)

Tabela 12- Resultados de N1Dpara os ensaios de adensamento isotrpico e

oedomtrico

Amostra N1D

Am1-CP5 2,444Am1-CP6 2,502

Foram calculados os valores do coeficiente de adensamento cv para cada

estgio de carregamento, pelo mtodo de Taylor. Seu valores esto apresentados

abaixo naTabela 13.

y = -0,245x + 2,444R = 0,999

y = -0,250x + 2,502R = 0,999

1,75

1,80

1,85

1,90

1,95

2,00

2,05

1,5 2,0 2,5 3,0

Volumeespecfico


Logartmo da tenso vertical x volume especfico

Am1-CP5

Am1-CP6


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51

Tabela 13Valores de cvpara o ensaio de adensamento oedomtrico

Corpo deprova

'v(kPa) cv(m/s)

Am1-CP5

6,25 9,90E-0712,5 2,23E-0625,0 1,71E-0650,0 2,22E-06

100,0 1,95E-06200,0 2,60E-06400,0 2,90E-06800,0 3,57E-06

Am1-CP6

6,25 8,63E-0712,5 1,40E-0625,0 3,97E-0650,0 5,58E-06100,0 2,76E-06200,0 2,39E-06400,0 2,89E-06800,0 4,05E-06

Os resultados do CP5 e CP6 apresentam-se prximos entre si, com exceo

dos carregamentos de 12,5kPa, 25kPa e 50kPa. Os grficos de deslocamento vertical

x raiz do tempo so apresentados noANEXO 3 daFigura 72 Figura 87.

4.1.2. Ensaio de adensamento isotrpico

Neste ensaio foi moldado um corpo de prova para a obteno dos parmetros

e , obtido a partir da curva x ln p. O parmetro corresponde inclinao da reta

de compresso virgem da amostra, ou seja, seu coeficiente angular. A Figura 42

apresenta os resultados obtidos.


59/112

52

Figura 42Grfico de adensamento isotrpico

Para o trecho de compresso, foi feita a regresso linear dos pontos obtidospara determinar o valor de . Contudo foi necessrio executar o tratamento dos dados,

obtendo os valores de a partir do ndice de vazios utilizando a equao 3, alm do

clculo do logaritmo natural de p'. O parmetro encontrado neste ensaio foi de 0,089

com um coeficiente de correlao 0,997, a regresso linear apresentada a seguir na

Figura 43.

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

1,05

1,10

10 100 1000

IndicedeVazios(e)

Tenso (kPa)

Tenso vertical x ndice de Vazios


60/112

53

Figura 43 - Trecho da reta de compresso no ensaio de adensamento isotrpico

Foi possvel obter o valor do parmetro N (volume especfico tenso unitria

do adensamento isotrpico) atravs da funo da regresso linear dos resultados dos

ensaios plotados naFigura 43,igualando x zero (ln1 = 0), resultando num valor igual

a 2,392.

Em seguida, foi realizada a regresso linear do trecho de descompresso com

os pontos obtidos a fim de obter o valor de . O mesmo tratamento dos dados utilizado

na determinao do ndice foi utilizado. O parmetro encontrado neste ensaio foi

de 0,016, a regresso linear apresentada abaixo naFigura 44.

y = -0,089x + 2,392R = 0,997

1,80

1,82

1,84

1,86

1,88

1,90

1,92

1,94

1,96

1,98

2,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5

Volumeespecfico

()

ln p'

AdensamentoIsotrpico


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54

Figura 44 - Reta de descompresso do ensaio de adensamento isotrpico

Abaixo se encontra aTabela 14 com os resultados do ensaio de adensamento

isotrpico e o parmetro calculadoa partir da equao 19.

Tabela 14 - Resultados dos ensaios de adensamento isotrpico

Amostra e0 N

Am4-CP1 1,173 2,392 0,089 0,016 0,82

Tambm foi obtido o valor do parmetro a partir da equao 7, utilizando o

valor de encontrado no ensaio de adensamento isotrpico. Neste caso, igual a

2,320.

Ensaios Triaxiais4.2.

4.2.1. Ensaios triaxiais CIU

Nesta pesquisa foram realizados quatro ensaios CIU, cada um com uma

tenso diferente, a fim de obter a envoltria de resistncia no estado crtico, aTabela

15 apresenta os corpos de prova e tenses utilizadas.

y = -0,016x + 2,004

1,90

1,91

1,92

1,93

1,94

4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4

Volumeespecfico

()

ln p'

AdensamentoIsotrpico


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55

Tabela 15Tenses confinantes usadas nos ensaios de compresso triaxial CIU

TipoCorpo de

provav

(kPa)c

(kPa)d

(kPa)

CIU

Am1-CP1 100,0 100,0 0,0

Am1-CP2 200,0 200,0 0,0Am1-CP3 300,0 300,0 0,0

Am1-CP4 400,0 400,0 0,0

Nestes ensaios, por serem isotrpicos, a tenso vertical aplicada igual

tenso confinante (K0=1) e, pelo fato dos corpos de prova serem normalmente

adensados, o OCR igual 1,0.

Os ensaios CIU resultaram nos caminhos de tenso apresentados naFigura45.

Figura 45Caminhos de tenso dos ensaios CIU

Os valores de Su so apresentados na Tabela 16 e as curvas de tenso x

deformao, poropresso x deformao, 1/3 x deformao e parmetro A x

deformaoso apresentados daFigura 57 Figura 60,respectivamente, presentes

noANEXO 1.

y = 0,5151x

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

q(kPa)

p' ( kPa )


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56

Tabela 16 - Valores de Suencontrados nos ensaios CIU

Corpo deprova

Su(kPa)

Su/'c

Am1-CP1 81,8 0,818Am1-CP2 126,2 0,631Am1-CP3 167,3 0,558Am1-CP4 210,2 0,526

Neste caso, como a linha de tendncia dos pontos que compe a envoltria de

resistncia no estado crtico geravam uma coeso efetiva (c) negativa, esta foi forada

a passar pela origem resultando em um ngulo de atrito interno efetivo ('cs) de 31,0,

que foi encontrado a partir do coeficiente angular () da envoltria de resistncia no

estado crtico daFigura 45.Sendo 0,5151 o coeficiente angular, foi obtido o valor de

31,0 a partir da seguinte equao:

(34)

Conforme descrito no item2.5,o parmetro uma funo do ngulo de atrito

interno efetivo do solo, e definido pela equao 16. Nesta equao foi utilizado o

valor de csencontrado nos ensaios CIU (31,0) e o valor encontrado foi 1,244.

Comparando os resultados experimentais com a equao 20, tem-se para o

modelo Cam-Clay os valores de Su/p'conforme apresentado naTabela 17.

Tabela 17Valores de Su/p' para o modelo Cam-Clay

EnsaioCorpo de

prova M Su/p'

OedomtricoAm1-CP5 0,106 0,015 0,86

1,2440,262

Am1-CP6 0,108 0,014 0,87 0,261

Isotrpico Am5-CP1 0,089 0,016 0,82 0,274

Comparando os resultados experimentais com a equao 21, tem-se para o

modelo Cam-Clay modificado os valores de Su/p'conforme apresentado na

Tabela 18.


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57

Tabela 18Valores de Su/p' para o modelo Cam-Clay modificado

EnsaioCorpo de

prova M Su/p'

OedomtricoAm1-CP5 0,106 0,015 0,86

1,2440,342

Am1-CP6 0,108 0,014 0,87 0,341Isotrpico Am5-CP1 0,089 0,016 0,82 0,352

Os valores de Su/'c encontrados (0,8 < Su/'c < 0,6) so considerados

altos, tendo em vista que os valores deveriam variar entre 0,261 e 0,352, que

foram os valores encontrados nas equaes 20 e 21. Estes resultados indicam

um comportamento atpico para este material.

A partir dos dados dos ensaios triaxiais CIU, foi possvel determinar o mdulo

de elasticidade de Young e o mdulo cisalhante. Visto que os ensaios CIU so do tipo

no-drenado, o mdulo de elasticidade , por definio, o mdulo de elasticidade no-

drenado (Eu). Este encontrado atravs da razo entre tenso desviadora e

deformao especfica, que so obtidos atravs da prensa automtica. Para esta

pesquisa foi determinado o mdulo de elasticidade secante correspondente a 50% da

tenso desviadora mxima (Eu50).

Calculado o valor de Eu, pode-se definir o valor de Guatravs da equao 11,

considerando o coeficiente de Poisson do material igual a 0,50. Este valor de pode

ser obtido a partir da Teoria da Elasticidade, visto que no ensaio CIU no h variao

de volume por ser do tipo no-drenado. A Tabela 19 apresenta os resultados

encontrados para estes ensaios.

Tabela 19 - Valores de Eue G em MPa

Corpo deprova

Eu(MPa)

Gu(MPa)

Am1-CP1 0,877 0,293

Am1-CP2 2,839 0,946

Am1-CP3 3,544 1,181

Am1-CP4 6,476 2,159


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58

Este conjunto de ensaios foi necessrio para a determinao do coeficiente de

empuxo no repouso no estado normalmente adensado (K0,na), atravs da formulao

de Jaky (1944), apresentada no item 2.7.4 (equao 25). Neste caso foi encontrado

um K0,naigual a 0,485; que foi utilizado nos ensaios apresentados a seguir.

4.2.2. Ensaios triaxiais CAU normalmente adensados (srie 1

K0,na= 0,485)

Com o valor de K0,na encontrado no item anterior, foi possvel determinar as

tenses a serem utilizadas para os ensaios CAU normalmente adensado. As tenses

verticais utilizadas foram iguais s do ensaio CIU, no entanto as tenses de

confinamento foram determinadas pela multiplicao da tenso vertical efetiva pelo

parmetro K0,na. As tenses utilizadas so apresentadas naTabela 20.

Tabela 20 - Caractersticas dos ensaios CAU normalmente adensados

TipoCorpo de

provaK0

'v(kPa)

c(kPa)

d(kPa)

CAU n.a.

Am2-CP1 0,485 100,0 48,5 51,5

Am2-CP2 0,485 200,0 97,0 103,0

Am2-CP3 0,485 300,0 145,5 154,5

Am2-CP4 0,485 400,0 194,0 206,0

Os ensaios resultaram nos caminhos de tenso apresentados naFigura 46.


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59

Figura 46 - Envoltria de ruptura do ensaio CAU normalmente adensado

Neste caso, como a linha de tendncia dos pontos que compe a envoltria de

resistncia no estado crtico geravam uma coeso efetiva (c) negativa, esta foi forada

a passar pela origem resultando em um ngulo de atrito interno efetivo no estado

crtico ('cs) para a condio anisotrpica encontrado da mesma forma que a do ensaio

CIU. Sendo 0,4134 o coeficiente angular, foi obtido o valor de 24,4 para 'csa partir

da equao 34, apresentada no item anterior. Como os ngulos de atrito encontrados

no CIU e CAU foram discrepantes, foram realizadas duas sries do ensaio CAU

sobreadensado, a fim de poder analisar a diferena entre os resultados.

A Tabela 21 apresenta os dados obtidos dos ensaios CAU normalmente

adensados e as curvas de tenso x deformao, poropresso x deformao, 1/3x

deformao e parmetro A x deformaoso apresentados daFigura 61 Figura

64 noANEXO 1.

y = 0,4134x

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200 250 300 350 400

q(kPa)

p' ( kPa )


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60

Tabela 21 - Resultados do ensaio CAU normalmente adensado

Corpo deprova

Su(kPa)

'v(kPa)

Su/'v

Am2-CP 1 38,98 100 0,390*

Am2-CP 2 68,81 200 0,344Am2-CP 3 99,04 300 0,330

Am2-CP 4 132,84 400 0,332

Mdia 0,335

* valor fora do padro, no entrou no clculo da mdia.

Os resultados apresentados naTabela 21 permitem a obteno do valor de K

utilizando a equao 32. Como nos ensaios CAU normalmente adensados o OCR

igual a um, esta equao pode ser reduzida para

Logo, o valor mdio de K para os ensaios foi de 0,335.

4.2.3. Triaxiais CAU Sobreadensados (srie 1K0,na= 0,485)

Devido discrepncia encontrada entre os ngulos de atrito encontrados no

CIU e CAU normalmente adensado, optou-se por fazer duas sries de ensaios, uma

com os parmetros K0,na e K0,sacalculados com 'cs igual a 31,0 e outra igual a

24,4. A execuo de suas sries de ensaios permite observar se esta diferena entre

valores de 'csir influenciar no resultado dos ensaios CAU sobreadensados.

Ao final dos ensaios CAU normalmente adensados, deu-se incio aos

sobreadensados da primeira srie, utilizando o ngulo de atrito interno efetivo obtido

no ensaio CIU (31,0) para o clculo dos coeficientes de empuxo k 0,nae k0,sa. Nestes

casos foram escolhidos quatro razes de sobreadensamento a serem aplicadas nas

amostras variando entre 1,0 e 4,0. Todos os corpos de prova foram submetidos

tenso vertical mxima no adensamento igual a 400kPa e tenso de confinamento

mxima igual a 194,0kPa na primeira parte do adensamento anisotrpico, para em

seguida serem reduzidas para alcanar os valores de OCR determinados (com

exceo do corpo de prova 1 onde o valor 1,0) na segunda parte, conforme descrito

no item 3.8. As tenses utilizadas nos ensaios esto apresentadas na Tabela 22 e

Tabela 23.


68/112

61

Tabela 22 - Caracterstica dos corpos de prova na primeira parte do adensamento

anisotrpicosrie 1, K0,na= 0,485

Ensaio

Corpo de

prova

1 parte do adensamento

K0,na. 'v0(kPa) 'c0= K0,na.'v0(kPa)

CAU sasrie 1

Am3-CP1 0,485 400,0 194,0Am3-CP2 0,485 400,0 194,0Am3-CP3 0,485 400,0 194,0Am3-CP4 0,485 400,0 194,0

Tabela 23 - Caracterstica dos corpos de prova na segunda parte do adensamento

anisotrpicosrie 1, K0,na= 0,485

EnsaioCorpo de

prova

2 parte do adensamento

OCR K0,sa.'v= 'v0/OCR

(kPa)'c= K0,sa..'v

(kPa)d

(kPa)

CAUsa

srie 1

Am3-CP1 1,0 0,485 400,0 194,0 206,0Am3-CP2 1,5 0,598 266,7 159,4 107,3Am3-CP3 2,7 0,809 148,1 119,8 28,3Am3-CP4 4,0 0,990 100,0 99,0 1,0

Os caminhos de tenses so apresentados naFigura 47 e as curvas de tenso

x deformao, poropresso x deformao, 1/3 x deformao e parmetro A x

deformaoso apresentados daFigura 65 Figura 68,respectivamente, presentes

noANEXO 1.


69/112

62

Figura 47 - Caminhos de tenso dos ensaios CAU sobreadensados srie 1

Neste caso, como a linha de tendncia

parâmetros cam-clay do caulim usado em modelos centrífugos na coppe-ufrj

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