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
| Problema de campo | Tipo de Análise | Tipo de teste |
|---|---|---|
| Falha na inclinação da primeira vez | Estresse Eficaz | Ensaio CU ou CD |
| Cut Slope Failure | Estresse Eficaz | Ensaio CU |
| Barragens de Terra | Estresse total / Estresse Eficaz | Ensaio UU / Ensaio CU / Permeabilidade triaxial |
| Revestimentos de Túnel | Estresse total / Estresse Eficaz | Ensaio UU / Ensaio CU |
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
Para a realização do ensaio triaxial estático é necessário a utilização de um equipamento específico que pode ser a prensa de ensaio triaxial. O Equipamento é constituído das seguintes partes principais:
- Prensa eletromecânica
- Sistema de pressurização
- Célula triaxial
- Célula de carga
- LVDT
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 cm³
Resolução: 0,001 cm³
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 (σ3).
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 cm³
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).
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 vídeos 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).
Perguntas frequentes
O que é o ensaio triaxial?
O ensaio triaxial consiste em uma técnica para a mensuração dos parâmetros de resistência ao cisalhamento de solos que pode ser: arenoso, argiloso, humoso e calcário. O ensaio de compressão triaxial também pode ser aplicado a rochas.
Quais os tipos de ensaio triaxial e suas aplicações?
São quatro tipos principais, cada um com sua norma: compressão não confinada (UC), pela ASTM D2166; não consolidado não drenado (UU), pela ASTM D2850; consolidado não drenado (CU), pela ASTM D4767; e consolidado drenado (CD), pela ASTM D7181. A escolha depende do prazo do problema — o UU responde questões de curto prazo e leva menos de 30 minutos, enquanto o CU e o CD examinam o comportamento de longo prazo e podem levar semanas. A aplicação está na construção civil e na geotecnia, principalmente em cálculos de fundações e de pavimentos de estradas e rodovias.
Como é realizado o ensaio triaxial do solo?
O ensaio triaxial é realizado através da confecção de corpo de prova de uma amostra de solo no formato cilíndrico. Esse corpo de prova é posicionado dentro de uma membrana de látex e posicionado na célula triaxial contendo água. Esse corpo de prova é submetido a uma força axial e uma pressão de confinamento.
Quais as vantagens do ensaio triaxial sobre o ensaio de cisalhamento direto?
A principal vantagem de se utilizar o ensaio triaxial se deve ao fato 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.
Quais as diferenças entre ensaio triaxial e ensaio de cisalhamento direto?
São quatro diferenças práticas. Drenagem: o cisalhamento direto só ensaia no modo drenado, o triaxial ensaia drenado e não drenado. Poropressão: o cisalhamento direto não permite medi-la, o triaxial mede. Saturação: no cisalhamento direto ela vem do enchimento da cuba com água, no triaxial vem de contrapressão ajustável dentro da célula, o que é mais efetivo. Plano de ruptura: o cisalhamento direto impõe a ruptura na horizontal, enquanto no triaxial a amostra rompe no seu ponto mais fraco — que é o que de fato acontece em campo.
Para que serve o ensaio triaxial?
O ensaio triaxial serve para determinar as propriedades mecânicas dos solos ou rochas: resistência ao cisalhamento ou resistência ao corte e comportamento tensões-deformações.
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