Estudo da interação solo-geogrelha pelo método dos elementos discretos

Abstract

O uso dos geossintéticos como reforço de solos vem crescendo ao longo das últimas décadas, sendo esta técnica uma solução já consolidada na prática da engenharia. Nas obras com solo reforçado a interação solo-reforço consiste em um dos principais critérios de projeto e no caso de reforço com geogrelhas esta interação pode ser bastante complexa. Assim, diversos métodos analíticos e computacionais de análise da interação solo-geogrelha foram estudados nas últimas décadas, contudo o ensaio de arrancamento continua sendo a principal forma de avaliação da aderência entre solo e geogrelha. O ensaio de arrancamento, por sua vez, não é normatizado e sofre interferência de fatores como as condições de contorno e efeito de escala, sendo recomendado então, que o mesmo seja realizado em grandes dimensões, o que aumenta o custo e o tempo necessário para a realização dos projetos. Portanto, simulações computacionais do ensaio de arrancamento surgem como uma alternativa no sentido de aumentar o entendimento do comportamento da interação solo-geogrelha. O método dos elementos finitos já vem sendo utilizado, neste sentido, há algumas décadas e com resultados bastante satisfatórios, contudo sua abordagem pela mecânica dos meios contínuos não contempla todos os aspectos da interação solo-geogrelha. Neste contexto, o presente trabalho objetivou estudar o ensaio de arrancamento por meio de uma abordagem discreta, utilizando para isso o método dos elementos discretos que está implementado no programa comercial PFC2D. Assim, foram simulados ensaios de arrancamento em membros transversais isolados confinados por solo granular e os dados obtidos puderam ser comparados com resultados de ensaios de laboratório. Ensaios biaxiais e de cisalhamento direto também foram simulados para definir a influência dos parâmetros micromecânicos no comportamento do material granular. Foi verificado que o método dos elementos discretos demanda uma alta capacidade de processamento, mesmo para os padrões atuais, sendo possível realizar apenas análises em duas dimensões. Os valores obtidos para o ângulo de atrito nas simulações dos ensaios biaxiais e de cisalhamento direto foram menores do que os esperados para um material granular. Os resultados das simulações dos ensaios de arrancamento apresentaram uma boa coerência com resultados de ensaios reais, principalmente nos ensaios com a presença de uma barra transversal. Já nas simulações com duas ou três barras transversais a força de arrancamento apresentou valores menores do que os obtidos em ensaios reais. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The use of geosynthetics as soil reinforcement has been growing in the last decades, being this technique a well consolidated solution in the engineering practice. In reinforced soil works the soil-reinforcement interaction consists in one of the main project criteria and in the case of geogrids this interaction can be very complex. Thus, many analytic and computational methods have been employed in the last decades to evaluate the soil-geogrid interaction, nevertheless the pullout test keeps being the main test to evaluate bond between soil and geogrid. The pullout test, on the other hand, is not standardized and its result is influenced by factors such as boundary conditions and scale effects. So, it is recommended to execute large scale pullout tests, which increases the project cost and time. Therefore, pullout test simulations come as an alternative way to improve the understanding on soil-geogrid interaction. The finite element method has been used in the last decades with this purpose and showed satisfactory results, although its continuum mechanics approach cannot model all aspects of the soil-geogrid interaction. In this context, the present research aimed to study the pullout test by means of a discrete approach, and to do so the discrete element method implemented in the commercial software PFC2D was used. Pullout tests on isolated transverse members buried in granular material were simulated and the predictions could be compared with results of laboratory tests. Biaxial and direct shear tests were also simulated to evaluate the influence of micromechanics parameters on the granular material behaviour. It was verified that the discrete element method demands a high process capability, even for the current standards, so the analysis was restricted to two dimensional problems. The results obtained showed that the friction angle values, from biaxial and direct shear tests, were smaller than the ones expected for a granular material. The pullout tests simulations results were consistent with the results of real tests, especially in the tests with one transverse member. In the tests with two and three transverse members the pullout forces predicted were smaller than those obtained in the laboratory tests.