Estudo da influência do tamanho e forma das partículas no comportamento mecânico de solos granulares

Abstract

Os estudos dos parâmetros mecânicos dos materiais granulares têm sido, simplificadamente, baseados no contínuo. A simplicidade de estudar o meio através de modelos constitutivos fenomenológicos e ensaios de volume representativos, impossibilitou analises que medem as características das amostras em nível particulado. Com o desenvolvimento de novas ferramentas como supercomputadores e analisados de imagem, o método dos elementos discretos, que se baseia, na interação dos grãos, vem ganhando força. Nesta abordagem é possível considerar as características microscópicas das partículas na avaliação do comportamento mecânico de materiais granulares. Neste trabalho é estudada a influência do tamanho, forma e textura superficial das partículas, nos ângulos de repouso e atrito de granulares. Para isto, foram executados ensaios de caracterização granulométrica e morfológica, evidenciando parâmetros como D50, esfericidade, circularidade, redondeza. Através dos ensaios de ângulo de repouso, cisalhamento direto e triaxial CD saturado, foram determinados os ângulos mencionados. Os resultados experimentais mostraram uma mesma tendência de comportamento dos materiais em relação aos ângulos de repouso e atrito. Já a caracterização das partículas evidenciou que materiais fabricados, esferas e poliedros, se assemelham em relação à textura superficial enquanto os índices de textura das areias se distinguem, devido se trata de um material natural. Os tamanhos foram distintos bem como os índices de forma, embora as esferas tenham tido índices semelhantes. Nesta pesquisa os parâmetros de tamanho não apresentaram boa relação com os ângulos. Já dentre os índices de forma, a redondeza foi a que teve melhor coeficiente de determinação. Utilizando do índice de redondeza, foram selecionadas equações da literatura que o tinham como variável. Além dos testes com equações já existentes ainda fora proposto equações com uma e duas variáveis para cada tipo de ângulo estudado. Os parâmetros escolhidos foram a redondeza, já que se relacionou melhor com os ângulos, e o D50 (para o atrito no cisalhamento direto), emáx (ângulo de repouso) e D10 (atrito no triaxial CD saturado), nas funções de duas variáveis. Por fim foram realizadas analises estatísticas com as equações da literatura e as propostas verificando que as equações deste estudo possuíram melhor índice de precisão e acurácia.