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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ – UFPRSETOR DE TECNOLOGIADEPARTAMENTO DE CONSTRUÇÃO CIVILCURSO DE ENGENHARIA CIVIL

LABORATÓRIO de MECÂNICA dos SOLOS- Noções de Resistência à Compressão

- Ensaio de Compressão Simples e Diametral

Christiane Wagner Mainardes Krainer

SUMÁRIO

1. Introdução

2. Compressão Axial e Triaxial

3. Ensaio de Compressão Simples

4. Ensaio de Compressão Diametral

1. IntroduçãoUm dos aspectos de maior interesse da engenharia geotécnica -> determinação

das deformações devido a carregamentos verticais na superfície do terreno =>

cálculo de recalques.

Tipos de deformações

Deformações rápidas -> observadas em solos arenosos e solos argilosos não

saturados

Deformações lentas -> observadas em solos argilosos saturados => aplicação da

Teoria do Adensamento

Formas de análise

• Cálculo de recalques pela Teoria da Elasticidade

• Cálculo de recalques pela compressibilidade oedométricaProf. Cezar Bastos


Recalques pela Teoria da Elasticidade

Ensaios de compressão axial e triaxial

Aplicação de carga vertical em corpo de prova cilíndrico:

• com confinamento (ensaio de compressão triaxial) ou

• sem confinamento (ensaio de compressão axial ou compressão simples)

Medições:

• deformações axiais (a)

• deformações radiais (r)

Prof. Cezar Bastos


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Parâmetros de deformabilidade

Embora o solo apresente deformações não recuperáveis após certo

nível de tensões (material não-elástico) e apresente relação tensão-

deformação não constante (material não-linear) é frequente a

hipótese de comportamento elástico linear para os solos.

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Definição de módulo de elasticidade (E) e coeficiente de Poisson ()

É incorreta a definição de parâmetros únicos de deformabilidade para os solos

-> p.ex. E varia com o nível de tensões de confinamento e de tensão axial.

Nos casos correntes admitem-se valores constantes para intervalos de

tensões específicos.


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Ordem de grandeza de valores para o módulo de elasticidade:

Prof. Francisco Alves da Silva Júnior

Cálculo dos recalques pela Teoria da Elasticidade

A Teoria da Elasticidade, empregada no cálculo de tensões no interior do solo

devido a carregamentos externos na superfície do terreno, também pode ser

utilizadas no cálculo dos recalques.Os recalques na superfície de uma área carregada:

onde: 0 = tensão uniformemente distribuída na superfícieE e = parâmetros de deformabilidadeB = largura (ou diâmetro) do carregamentoI = coeficiente f(forma da superfície carregada e da aplicação

das pressões - elemento rígido ou flexível)




Valores para o coeficiente de forma (I):

O ensaio de compressão simples é o método mais simples e rápido para

determinar a resistência ao cisalhamento de solos coesivos e somente deste

tipo de solo.

O ensaio fornece o valor da coesão (resistência não drenada) de campo do

solo, denominada cu, para isso deve ser feito com amostra indeformada e

conservando sua umidade natural.

Pode ainda ser usado para amostras de solos compactados.


Objetivo:

O ensaio determina a resistência à compressão simples sem confinamento

lateral, que é o valor da pressão correspondente à carga que rompe um

cilindro de solo submetido à um carregamento axial.

A resistência a compressão é o valor da carga máxima de ruptura do

material ou o valor da pressão correspondente à carga na qual ocorre

deformação específica do cilindro de 20%, naqueles casos em que a curva

tensão x deformação axial não apresenta pico.


A resistência ao cisalhamento não drenada, ou cu, é a metade da resistênciaà compressão simples.

O valor medido de resistência neste ensaio é para a condição não drenada,pois o ensaio é realizado tão rapidamente que não há perda de umidadepara o meio ambiente.

O ensaio de compressão simples pode ser executado de duas maneiras: Por deformação controlada: controla-se a velocidade de deformação do

corpo de prova e mede-se a carga aplicada correspondente; Por carga controlada: controla-se a carga aplicada ao corpo de prova e

mede-se a deformação correspondente.


NORMAS A norma deste ensaio é a DNER – IE 04-71 ou a NBR 12770/1992. Resistência a compressão é o valor da pressão correspondente à carga que

rompe um corpo de prova cilíndrico de solo submetido a carregamento axial. Quando não se atinge uma carga máxima de ruptura, é o valor da pressão

correspondente a carga na qual ocorre deformação específica do corpo deprova de 20%.

Deformação específica: e a relação entre o decréscimo de altura que sofre ocorpo de prova pela aplicação de carga e sua altura inicial.

Área corrigida é a área média que o corpo de prova apresenta após a aplicaçãode uma carga e consequente deformação, supondo-se não ocorrer alteraçãode seu volume.


Corresponde a um ensaio de compressão axial sem confinamento (c = 0).Esquema do ensaio:


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Ensaio sob tensão controlada -> medidas as deformações para acréscimosestabelecidos de carga;

Ensaio sob deformação controlada -> medida a carga para acréscimosestabelecidos de deformação (a velocidade constante).

Ruptura - valor de ruptura:-identificado pela redução na tensão parauma mesma velocidade de deformação;-assumido para um valor dedeformação específica limite (p.ex. =20%)


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Por este ensaio é obtido o valor de 1 de ruptura para 3 = 0:

O ensaio se limita a determinaçãoda coesão na condição = 0:

EQUIPAMENTOSMáquina de compressão simples; Serra de arrame ou faca; Talhador deamostras; Berço de amostras; Paquímetro; Cronômetro; Balança; Cápsulas;Dissecador; Estufa; Extrator de amostras; Extensômetro; Anel dinamométrico;Prensa.

* Para solos compactados pode-se usar molde de 5 por 10 cm, soquete e

amostra preparada na umidade desejada ou então prepara-se a amostras

usando o equipamento do ensaio de compactação e então procede-se a

redução para as dimensões de 5x10 cm utilizando-se o talhador de amostras.


PROCEDIMENTOa) Preparação da amostra:1. O corpo de prova para o ensaio de compressão simples pode ser obtido deuma amostra indeformada de solo contida no tubo Shelby ou bloco de amostra,ou pode-se ainda obtê-lo por compactação.

2. Retira-se uma porção da amostra em questão com dimensões maiores que asrequeridas para o corpo de prova. Leva-se a amostra para o talhador, onde reduz-se para o diâmetro desejado com auxílio da serra de arrame fino ou faca. Emseguida coloca-se no berço de amostras que tenha a altura e o diâmetrorequeridos para o ensaio, cortando-se paralelamente as suas extremidades.



PROCEDIMENTOa) Preparação da amostra:3. Deve-se tomar as medidas da altura e diâmetro finais do corpo de prova,sendo que o diâmetro deve ser a média entre as medidas das extremidades e docentro e a altura a média de pelo menos duas medidas. A relação entre altura ediâmetro deve estar entre 2 e 3.

b) Execução do ensaio:4. Coloca-se o corpo de prova na máquina de compressão coincidindo o seu eixocom o centro da placa de carregamento.5. Zera-se os extensômetros (do anel dinamométrico e das deformações) e iniciaro carregamento.




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PROCEDIMENTOb) Execução do ensaio:6. Aplica-se a velocidade de cisalhamento escolhida para a ruptura através damanivela da prensa. A velocidade deve ser tal que permita que o cisalhamento serealize sem perda de umidade, ou seja, não drenado. Além disso, o tempo totaldo ensaio deve ser aproximadamente 10 minutos. Geralmente a velocidade éfixada em 1% da altura da amostra por minuto, o que resulta num valor de 0.5 a2%/minuto.7. Anotar os valores acusados nos dois extensômetros (de carga e dedeformação) até que se verifique a ruptura do corpo de prova, caracterizada pelaqueda no valor lido no extensômetro do anel dinamométrico. Para o caso de nãohaver queda no valor do anel dinamométrico, a ruptura deverá ser consideradacomo sendo correspondente a uma deformação específica de 20. Para umamelhor definição do gráfico de tensão axial x deformação, no início do ensaiodeverão ser feitas leituras com maior frequência.



PROCEDIMENTOb) Execução do ensaio:8. Faz-se na folha de ensaio um croquis do corpo de prova após a ruptura.9. Quando o corpo de prova não for aproveitado para execução de outrosensaios, colocar o mesmo em cápsula, pesar e secar em estufa a fim dedeterminar a umidade.




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CALCULOS1. Determinação da umidadeOnde:h é o teor de umidade (%)Ph é o peso do solo úmido (g)Ps é o peso do solo seco (g)



CALCULOS2. Determinação da deformação específicaOnde:ε é a deformação específica∆H é o decréscimo de altura do corpo de prova (mm)H0 é a altura inicial do corpo de prova (mm)

3.Determinação da área corrigidaOnde:A é a área corrigida (cm²)A0 é a área inicial do corpo de prova (cm²)ε é a deformação específica



CALCULOS4.Pressão exercida sobre o corpo de provaOnde:p é a pressão (kgf/cm²)P é a carga aplicada (kgf)A é a área corrigida (cm²)C é a carga do anel dinamométrico (kgf)PN é o peso do nivelador (kgf)

A determinação da carga C faz-se através da Curva de Calibração do AnelDinamométrico da Prensa, em que as deflexões correspondentes sãorelacionadas comas carga transmitidas por ele.



RESULTADOS Traça-se o gráfico marcando-se no eixo das abscissas as deformações

especificas do corpo de prova, e no eixo das ordenadas as pressões (tensões). A ordenada máxima (pmáx) da curva obtida corresponde á Resistência à

Compressão (R ) do solo ensaiado.R = pmáx

Quando ocorre ruptura plástica e no há pico definido na curva do corpo deprova, a resistência a compressão é a ordenada correspondente adeformação especifica de 20% (R = p20% ).

Considerando-se a execução do ensaio em condições não drenadas, ou seja,φ = 0 (ângulo de atrito nulo), a Resistência ao Cisalhamento (cu ) será dadapor:



RESULTADOS Caso o ângulo de atrito possuir um valor maior que zero, o φ pode ser

calculado com base no angulo α que a superfície de ruptura do corpo deprova forma com a horizontal:

Por sua vez, a coesão pode ser estimada mediante a construção do Círculo deMohr. Para tanto, adota-se como σ1 o valor de R e σ3 é tomado igual a zero(pressão atmosférica). A partir da origem, traça-se uma reta inclinada de αcom o eixo das abscissas pela intersecção dessa reta com o círculo de Mohrtraça-se uma tangente até o eixo das tensões tangenciais, definindo-se umnovo ponto de intersecção. A ordenada correspondente a esse pontorepresenta o valor da coesão.



RESULTADOS A ordenada correspondente a esse ponto representa o valor da coesão.



RESULTADOS A coesão pode também ser estimada analiticamente pela equação:

Deve-se observar que imperfeições na execução do ensaio muitas vezesacarretam valores de α irreais. Quando isso ocorre. O procedimento descritoacima não pode ser empregado, pois obviamente os resultados obtidosseriam inconsistentes.

O ângulo de atrito e a coesão, devem então ser avaliados com a execução denovos ensaios de compressão simples ou, por exemplo, com o ensaio decisalhamento direto.



Objetivo É a obtenção dos valores do parâmetro de resistência para

solos não saturados em diferentes umidades. Obter avariação dos valores do intercepto coesivo relacionado coma variação de sucção.

Procedimentos do Ensaio de Compressão Diametral. O ensaio consiste das seguintes etapas:


Faria et al.


Faria et al. Moraes et al.


Faria et al.

Procedimentos do Ensaio de Compressão Diametral. Mede-se as alturas e os diâmetros dos corpos de prova com um paquímetro

e adota-se as respectivas médias aritméticas das leituras; Colocam-se frisos curvos metálicos. O primeiro é colocado na base, entre o

pistão da prensa e o corpo de prova na posição horizontal. O outro friso écolocado no topo, entre a célula de carga e o corpo de prova. Deve serobservado se não há excentricidade durante a aplicação de carga.

A prensa é ajustada até que seja obtida uma pequena compressão queprenda o corpo de prova na posição. Aplica-se a carga progressivamente,fazendo leitura de carga e deslocamento, até que se observe a ruptura coma separação das duas metades do corpo de prova, ao longo do planodiametral;

Anota-se a carga de ruptura, F, e o deslocamento vertical na ruptura


Faria et al.

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