Ensaio triaxial

O Ensaio triaxial ou ensaio de compressão triaxial consiste na determinação dos parâmetros de resistência ao cisalhamento dos solos que é utilizado principalmente para cálculos de fundações e pavimentos em estradas e rodovias. A principal vantagem de se utilizar o ensaio triaxial se deve ao fato de ser o método que mais se aproxima as condições reais do solo, pois é possível simular as cargas axiais e radiais que o solo está submetido. Os principais tipos de ensaio de compressão triaxial estático são: Ensaio de compressão não confinada, Ensaio não consolidado não drenado, Ensaio consolidado não drenado, e Ensaio consolidado drenado.

O Ensaio triaxial dinâmico consiste na aplicação de cargas cíclicas similares as sofridas pelos pavimentos rodoviários originadas do tráfego de veículos sobre o pavimento. Para isso é necessário se determinar o Módulo de Resiliência e Deformação Permanente, onde-se combina aplicações de diferentes pares de tensões no corpo de prova, tensões desviadoras cíclicas (com frequência ajustável) combinada com pressões confinantes.

Nesse artigo iremos abordar as principais características e normas para a realização destes ensaios, mas antes vamos sanar algumas dúvidas recorrentes com relação aos ensaios que são:

Ensaio triaxial:
Principais tipos de ensaio

Com o uso da máquina de ensaio triaxial é possível a realização de diversos tipos de ensaios, dentre os quais podemos citar:

● Ensaio de compressão não confinada (UC)

● Ensaio não consolidado não drenado (UU)

● Ensaio consolidado não drenado (CU)

● Ensaio consolidado drenado (CD)

Testes triaxiais UU são denominados testes de estresse total e testes triaxiais CU / CD são denominados testes de estresse efetivos. 

Os testes de Triaxial CU e CD geralmente começam com um estágio de saturação, que então leva a um estágio de consolidação. O estágio consolidado também pode ser isotrópico, cuja a tensão em torno da amostra é igual em todas as direções ou anisotrópico; a tensão em torno da amostra não é igual em todas as direções. 

Os testes são comumente abreviados para CIU (Consolidated Isotropic Undrained) ou CAU (Consolidated Anisotropic Undrained). No último estágio, a amostra é cortada para falha. 

Lembramos que os testes triaxiais UU não possuem um estágio de saturação ou consolidação realizado; o teste normalmente consiste apenas em um estágio de cisalhamento. 

Testes triaxiais UU são testes rápidos, levando menos de 30 minutos para serem executados. 

Os testes triaxiais CU e CD levam muito mais tempo para serem executados e podem levar semanas ou até meses para serem concluídos. 

O CD Triaxial apresenta a maior duração de teste, pois durante o estágio de cisalhamento do teste, a pressão de poros não é permitida, resultando em taxas de deformação muito baixas. 

Lembramos que Triaxiais de UC são mais rápidos de realizar, à medida que o PWP é permitido aumentar e o excesso de PWP é medido ao longo do estágio de cisalhamento.

Ensaio Triaxial:
Principais normas

A prensa para ensaio triaxial estático atende as seguintes normas:

ASTM D2166 – Unconfined Compression (UC) – Ensaio de compressão não confinada

ASTM D2850 – Unconsolidated undrained (UU) – Ensaio não consolidado não drenado

ASTM D4767 – Consolidated undrained (CU) – Ensaio consolidado não drenado

ASTM D7181 – Consolidated drained (CD) – Ensaio consolidado drenado

Ensaio Triaxial:
O que é triaxial testing?

Proveniente do termo em inglês “triaxial testing”, o teste triaxial é considerado um dos testes mais amplamente realizados em um laboratório geotécnico. Apresenta vantagens importantes como a drenagem da amostra pode ser controlada e a pressão dos poros pode ser medida.

Essa a principal vantagem em relação a outros métodos de ensaios usados ​​no laboratório geotécnico usado para determinar a resistência ao cisalhamento, como o cisalhamento direto.

O ensaio triaxial permite que parâmetros como coesão ( c ‘ ), ângulo interno de atrito ( φ ‘ ) e resistência ao cisalhamento sejam determinados.

Geralmente, o ensaio triaxial (UU) é utilizado ​​para resolver problemas de engenharia de curto prazo e triaxiais (CU) e (CD) para examinar problemas de engenharia de longo prazo.

O ensaio triaxial pode ser usado para determinar outras variáveis previsíveis no projeto, como rigidez e permeabilidade com o equipamento correto.

Selecionamos uma lista de alguns dos problemas comuns de engenharia para os quais o teste triaxial podem ser usados ​​para ajudar a superar os problemas.

 Tabela 1 – Ensaio triaxial típico que são utilizados ​​em problemas comuns de engenharia

Ensaio adicional

Podemos citar um teste adicional chamado resistência à compressão não confinada (UCS), ele também pode ser realizado com um sistema triaxial. Isso corta uma amostra sob carga axial sem pressão de confinamento.

Ensaio Triaxial:
Equipamento para realização do ensaio

O funcionamento

A máquina mais utilizada apresenta acionamento eletromecânico possui capacidades de carga de 5000 kgf.

Durante a realização do ensaio triaxial existem diversos modelos de dispositivos, extensômetros, LVDT’s, sistema de pressurização pneumático e automático, sistemas estáticos e dinâmicos para os mais variados ensaios de solos.

Ela também possui mecanização com software integrado que ajuda na realização de ajustes, configurações, aquisição, análise e geração de relatórios dos ensaios mecânicos para a determinação das propriedades do solo.

Célula Triaxial Típica

O dispositivo possui entradas e saídas munidas de registro de esfera e engate rápido para aplicação de pressão confinante, contra pressão para saturação dos corpos de prova e medida de pressão neutra.

Fabricadas em alumínio duro com camisa em acrílico e vedação radial para altas pressões, munidas de base e cabeçote para realização de ensaios em corpos de prova com diversos diâmetros.

Características:
Diâmetro: 76 mm
Pressão de trabalho: 3,4 Mpa
Capacidade volumétrica: 300 cm^3
Resolução: 0,001 cm^3

Uma célula triaxial típica possui configuração mostrada é usada para o ensaio triaxial CU e CD. O ensaio UU também pode ser aplicado com este sistema ou um sistema mais simples e menor custo, podendo ser adquirido se forem necessários apenas o ensaio UU.

Nesse procedimento, cada amostra é selada dentro de uma membrana de borracha e depois envolvida com água (pressão da célula).

Essa pressão da célula é utilizada para aplicar uma tensão à amostra (σ 3 ).

Posteriormente, a pressão de retorno pode ser adicionada para saturar a amostra, se necessário. Nesse processo mais longo, a amostra é carregada axialmente durante o cisalhamento com a força medida pela célula de carga, a deformação medida pelo transdutor de deslocamento e, se necessário, a pressão de poros na amostra pode ser medida.

Ocorre uma mudança de volume da amostra que é medida a partir da linha de contrapressão usando uma unidade de mudança de volume ou um controlador automático de pressão.

Sistema de pressurização

O sistema de pressurização utilizado na prensa de ensaio triaxial é uma ferramenta instalada junto a uma fonte de abastecimento de água para garantir uma pressão e volume de água uniforme na amostra.

O controle do equipamento é realizado manualmente através dos botões do painel de comandos, localizado na parte superior do equipamento. O equipamento possui sistema de proteção contra a sobrecarga de pressão e volume.

Características:

Capacidade de Pressurização:  1,6 Mpa
Volume: 150 cm^3
Resolução da medição e controle de pressão: 0,1 kPa
Alimentação: 220 V

02 (dois) transdutores de pressão de no mínimo 1600 kPa com bloco de aeração para ensaios não drenados (Precisão mínima: 0,5%) (σ3 e µ).
 01 (um) transdutor de poro pressão de no mínimo 1600 kPa com bloco de aeração para ensaios não drenados (Precisão mínima: 0,5%).
01 (um) sensor de monitoramento do volume (Δv).

Sistema de pressurização

Condições da amostra

Geralmente, a amostra é saturada, posteriormente, ela é depois consolidada e finalmente cortada, mais comumente apenas em compressão. Por outro lado, os testes de extensão podem ser realizados com o equipamento correto.

Na aplicação dos testes, a amostra é submetida a condições de estresse que tentam simular as tensões in situ.

Ensaio Triaxial:
Vídeos e apresentações sobre a prensa triaxial

Abaixo são apresentados os videos da prensa de ensaio triaxial estática.

Conclusão

Portanto, o ensaio triaxial implica o uso de métodos e equipamentos corretos que devem ser utilizados pela equipe de engenheiros de forma segura e precisa para o estudo e preparação do solo.

Caso necessite de mais informações sobre o assunto ou sobre os equipamentos mais indicados para ensaios mecânicos, fale com um de nossos especialistas, teremos o maior prazer em ajudá-lo(a). 

Ensaio Triaxial:
Principais dúvidas