User /Programmer Guide Chapter 5. Local Operations (3272 Models 1 and 2 and 3274 Models IB and ID)

A utilização das células de tensão total objetiva quantificar os esforços atuantes, especialmente em zonas de contato entre materiais de características distintas, e avaliar seus efeitos, uma vez que esses esforços podem ocasionar fissuras e zonas de tração ou plastificação do solo e assim afetar as condições de segurança das barragens.

Segundo Silveira & Santos Jr (2005), as células de pressão total podem ser basicamente de dois tipos: diafragma e hidráulica. Nas células de diafragma, a pressão aplicada pelo solo flexiona uma lâmina de aço circular, suportada em seu perímetro por um anel de aço. A deformação sofrida pela lâmina é medida por um transdutor de deformação que pode ser do tipo corda vibrante ou de resistência elétrica. Esse tipo de célula é mais apropriado para os casos em que as tensões atuantes são uniformes, como em estruturas de concreto.

Em barragens de terra podem ocorrer cargas pontuais, como a presença de partículas de cascalho, ou efeitos localizados de arqueamento. Por isso são normalmente utilizadas as células hidráulicas, cujo desempenho não é tão influenciado por carregamentos não uniformes. Esses instrumentos são constituídos por uma “almofada” metálica, retangular ou circular, preenchida por um óleo deaerado. A tensão aplicada pelo solo na almofada é transmitida ao fluido e medida por um transdutor de deformação, de forma análoga a um piezômetro.

A instalação desses instrumentos requer cuidados especiais a fim de se minimizar os erros decorrentes de eventuais mudanças de orientação das células após sua instalação. Além disso, deve-se garantir a continuidade das características do solo adjacente à célula em relação ao maciço. A Tabela 2.2, de Dunnicliff (1998), baseada em dados de Weiler & Kulhawy (1982), apresenta os fatores que interferem nas tensões medidas em uma barragem de solos.

Tabela 2.2 – Fatores que interferem nas medições com células de pressão total (Adaptado de Dunnicliff, 1988)

Fator Descrição do erro Método de Correção

Relação de forma (espessura /

diâmetro)

A espessura da célula altera o campo de tensões em seu

entorno

Empregar células relativamente esbeltas (E/D <1/20) Relação entre

rigidez do solo / célula

Pode causar a sub ou sobre tensão na célula. Sofre alterações com a mudança de

rigidez do solo

Escolher células de elevada rigidez e usar fator de correção

Tamanho da Célula

Células pequenas estão sujeitas a erros de escala e instalação. Células grandes são difíceis de

instalar e submetidas a acamamento desuniforme

Usar tamanhos intermediários de células, geralmente entre 230 e

300 milímetros Comportamento

tensão-deformação do solo

Medições influenciadas pelas condições de confinamento

Calibrar a célula nas condições de campo (de utilização) Efeitos de

instalação

Instalação e reaterro causam alterações nas propriedades dos

materiais e no campo de tensões ao redor da célula

Utilizar técnica de instalação que cause a mínima alteração nas propriedades do material e no campo de tensões Excentricidade, não uniformidade e pontualidade do carregamento Granulometria acentuada do solo em relação ao tamanho da

célula

Aumentar o diâmetro efetivo da célula. Usar células hidráulicas com

ranhuras na face ativa. Tomar cuidado na uniformidade das

camadas Proximidade de estruturas e outros instrumentos embutidos Interações de campos de tensões nas proximidades do instrumento ou de estruturas,

causam erros de leitura

Usar espaçamento adequado entre os instrumentos

Orientação da célula

Mudanças na orientação da célula durante a instalação podem causar erros de leitura

Utilizar métodos de instalação que minimizem alterações na orientação. Instalar eletroníveis

junto à célula Concentração de

tensões normais na extremidade da

célula

Causa uma diminuição ou aumento na leitura, de acordo com a relação da rigidez entre o

solo e a célula

Para células diafragma, usar anel inativo de borda rígida, para reduzir

a área sensível (d/D = 0,6). Para células hidráulicas, utilizar camada

líquida delgada

Deflexão na face ativa

Excessiva deflexão na face ativa da célula, causa mudança no

campo das tensões por arqueamento

Projetar células de baixa flexibilidade: para célula diafragma,

a relação diâmetro/deflexão > 2.000 – 5.000; para células hidráulicas, utilizar camada líquida

delgada Tensões de

Instalação

Sobretensão durante a compactação do solo pode danificar permanentemente a

célula

Verificar se a célula e o transdutor são adequados para as condições

de campo Corrosão e

Umidade

Podem causar falha nos componentes da célula

Utilizar materiais apropriados e alta resistência à prova d’água

Temperatura

Mudanças de temperatura causam alterações na leitura da

célula

Escolher células com pouca sensibilidade à temperatura. Caso seja necessário, utilizar um fator de

correção determinado na calibração em laboratório

Um aspecto que influencia de forma expressiva a acurácia das células de tensão total refere-se à compatibilidade entre as rigidezes do solo e do material da célula. Uma vez que, em virtude desta diferença, pode ocorrer concentração de tensões na célula ou arqueamento na massa de solo, como ilustrado na Figura 2.9.

Em pontos relevantes, nos quais se deseja caracterizar estados de tensões, são necessárias, pelo menos, quatro células: duas verticais, uma paralela ao eixo longitudinal da barragem e a outra normal a este eixo; uma instalada na horizontal e a última inclinada a 45º com a horizontal.

De maneira geral, as células de tensão total são instaladas em conjunto com piezômetros, a fim de se avaliar a distribuição das tensões efetivas atuantes no maciço e nas demais estruturas. As células de tensão total se distinguem das células de carga, porque estas se destinam à medida de esforços concentrados de tração ou compressão.

Figura 2.9 – Influência da diferença de rigidezes na acurácia da célula – a) Célula mais rígida que o solo; b) Solo mais rígido que a célula