Ensaios estáticos versus Ensaios "dinâmicos"

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1 E.Estáticos vs E.Dinâmicos - 1 Mestrado em Geotecnia para Engenharia Civil Projecto Geotécnico I Ensaios estáticos versus Ensaios "dinâmicos" Jaime A. Santos (IST)

2 Questões E.Estáticos vs E.Dinâmicos - 2 As propriedades elásticas só podem ser obtidas a partir de ensaios dinâmicos? As propriedades elásticas obtidas em ensaios estáticos e em ensaios dinâmicos são diferentes? ou será que, O valor de G (ou E) aproxima-se de G 0 (ou E 0 ) obtido a partir de V S quando as deformações são inferiores a Ensaios estáticos (monotónicos ou cíclicos) - propriedades inferidas a partir das tensões e das deformações Ensaios dinâmicos (coluna ressonante, bender elements e outros baseados na teoria de propagação das ondas) - propriedades obtidas a partir da resposta "dinâmica"

3 E.Estáticos vs E.Dinâmicos - 3 O valor de G para deformações da ordem de 10-5 é praticamente o mesmo para os diferentes ensaios - dinâmicos e estáticos (monotónico e cíclico)

4 E.Estáticos vs E.Dinâmicos - 4 G 0 da argila de Pisa versus tensão de consolidação (Lo Presti et al. 1995) 100 Módulo normalizado G 0 /F(e) (MPa) F(e) =e e=1.35 to 1.7 IP=30 to 55% 20% ajustamento -20% RCT MLTST TX BE OE (LOAD) BE OE (UNLOAD) BE TX (LOAD) BE TX (UNLOAD) Ensaios estáticos Ensaios dinâmicos Tensão de consolidação σ ' v x σ ' h (kpa) (kpa)

5 Qual é a influência da taxa de deformação nas propriedades elásticas? E 0 obtido em ensaios estáticos (triaxiais cíclicos) Taksuoka (1991) E v (kgf/cm 2 ) E.Estáticos vs E.Dinâmicos - 5 Concrete Mortar Hard rock core Ultrasonic wave Resonant-column Sagamihara soft rock (U) Metramo silty sand (U) OAP clay (U) Sandy gravel (D) Wet Chiba gravel (D) Saturated Toyoura sand (U) Air-dried Hostun sand (D) 10 3 Vallericca clay N.C. Kaolin (CU TC) Axial strain rate,. dε v /dt (%/min)

6 10 6 E.Estáticos vs E.Dinâmicos - 6 Hard rock core Concrete Mortar Resonant-column Ultrasonic wave 10 5 E v (kgf/cm 2 ) Metramo silty sand (U) Sagamihara soft rock (U) OAP clay (U)

7 E v (k 10 4 Metramo silty sand (U) OAP clay (U) Sandy gravel (D) E.Estáticos vs E.Dinâmicos - 7 Wet Chiba gravel (D) Saturated Toyoura sand (U) Air-dried Hostun sand (D) 10 3 Vallericca clay N.C. Kaolin (CU TC) Axial strain rate,. dε v /dt (%/min)

8 Deviator stress, q (kpa) Chiba gravel 5 th cycle σ h =19.6 kpa Chiba gravel Axial strain, ε 2 5 th v (%) cycle σ h =19.6 kpa Deviator stress, q (kpa) f (Hz) E v(s) (MPa) Axial strain, ε v (%) E.Estáticos vs E.Dinâmicos - 8 f(hz) d ε v /dt (%/min) x x x x x x x x10-5

9 Radial strain, ε h (%) Chiba gravel 5 th cycle 5 th cycle σ h = 19.6 kpa σ h = 19.6 kpa E.Estáticos vs E.Dinâmicos - 9 f (Hz) Radial strain, ε h (%) f (Hz) Axial strain, ε v (%) Axial strain, ε v (%)

10 E v (k 10 4 Metramo silty sand (U) OAP clay (U) Sandy gravel (D) E.Estáticos vs E.Dinâmicos - 10 Wet Chiba gravel (D) Saturated Toyoura sand (U) Air-dried Hostun sand (D) 10 3 Vallericca clay N.C. Kaolin (CU TC) Axial strain rate,. dε v /dt (%/min)

11 1400 E.Estáticos vs E.Dinâmicos - 11 Módulo de Young inicial E 0 (MPa) σ' c = 98.1 kpa σ' c =196.2 kpa σ' c =392.4 kpa Deformação axial (%/min) E 0 para deformações inferiores a 10-5 obtidos em ensaios triaxiais (CU) Metramo silty sand (Santucci de Magistris et al., 1999)

12 Incremento da tensão deviatórica (kpa) Metramo silty sand 3º ciclo σ' c = kpa Maior taxa de deformação Início do carregamento Taxa de Deformação (%/min) 3.52x x x x x x x Incremento da deformação axial (%) Relação tensão-deformação não perfeitamente linear (deformações inferiores a 10-3 ) E.Estáticos vs E.Dinâmicos - 12

13 E.Estáticos vs E.Dinâmicos Módulo secante E sec (MPa) Deformação axial Metramo silty sand 1.05x10-6 3º ciclo 2.02x10-6 σ' 5.00x10-6 c = kpa 1.47x Taxa de deformação (%/min) Elástico Quasi-elástico

14 E.Estáticos vs E.Dinâmicos - 14 Limite elástico q Linha do limite elástico Declive E 0 Taxa de def.1 Taxa de deformação Taxa de def.2 Taxa de def % ε Limite elástico para det. taxa de deformação

15 Valores de G 0 obtidos em triaxiais cíclicos (CU) em laboratório versus G f obtidos em ensaios sísmicos no campo E.Estáticos vs E.Dinâmicos - 15 TS=fixed-piston thin-wall sampling Cement-treated soil BS=block sampling Slurry Dry DMM DC=direct coring RCT RCT=rotary coring BS+DC Sedimentary soft rock Kazusa Kobe Sagara Miura Tokoname Uraga-A Uraga-B RCT BS+DC 5000 Local axial strain measurements G 0 =E 0 /{2(1+ν)} (MPa) (ν=0.5 for clays and 0.42 for softrocks) Range for Soft rocks and Cement-treated soils (BS+DC) and clays (1:1) (1:2) Tokyo bay Pleistocene clay site Osaka bay OAP Suginami TS BS G f =ρ(v s ) 2 vh (MPa)

16 E.Estáticos vs E.Dinâmicos - 16 Ensinamentos a extrair dos estudos experimentais recentes 1) As propriedades elásticas também podem ser obtidas em ensaios estáticos (necessita de equipamento de elevadíssima precisão). 2) As propriedades elásticas obtidas em ensaios estáticos ou dinâmicos são praticamente as mesmas nos materiais granulares com granulometria fina (Hardin, 1978; Woods, 1991; Taksuoka, 2000; Atkinson, ).

17 E.Estáticos vs E.Dinâmicos - 17 Ensinamentos a extrair dos estudos experimentais recentes Mas, os valores podem ser bastante diferentes para o caso de materiais granulares com granulometria grosseira e maciços rochosos com descontinuidades dominantes. Nestes casos os valores obtidos nos ensaios dinâmicos não são representativos das propriedades elásticas médias das massas envolvidas. Taksuoka, 2000