Uma nova abordagem simples para simular o comportamento de solos em condições unidimensionais : um estudo analítico e experimental

Abstract

A modelagem na engenharia geotécnica é de fundamental importância para o entendimento do comportamento das obras, podendo-se adotar soluções de melhor qualidade técnica e viabilidade econômica. Para alcançar isso deve-se entender o comportamento do material de trabalho, que no caso de solos apresenta grande complexidade. Ao longo do tempo foram formulados modelos constitutivos que superaram estas adversidades, mas a maioria destes modelos são complexos, e/ou as condições em que podem ser aplicados são ainda restritas. Entre os avanços encontram-se os realizados pelo grupo de pesquisa do Instituto de Tecnologia de Nagoya (NIT, Japão). Este propôs recentemente um modelo constitutivo simples e unificado para solos que pode considerar vários efeitos importantes, como a influência da densidade, da cimentação e do comportamento dependente do tempo. A introdução de uma variável interna de estado (ρ), relacionada à densidade, descreve o comportamento de solos pré-adensados. Esta formulação pode ser interpretada como uma representação unidimensional do conceito de superfície de subcarregamento. Além disso, se introduz outra variável de estado (ω) que representa o efeito de cimentação, podendo representar o comportamento de solos estruturados. Adicionalmente, pode ser considerado efeitos que desloquem a posição da NCL, tais como a taxa de deformação, a temperatura, a sucção etc., mediante a definição de uma nova variável de estado (Ψ), estabelecendo assim um método geral para o comportamento de geomateriais. Neste trabalho é validada esta formulação mediante ensaios de compressão confinada unidimensional de deformação controlada, usando dois tamanhos de microesferas de vidro e diferentes índices de vazios inicial para verificar a influência da densidade. O efeito da cimentação é verificado através da mistura das microesferas com diferentes quantidades de cimento epóxi. Finalmente, os efeitos do tempo são investigados usando uma mistura de microesferas com asfalto mediante testes a diferentes taxas de deformação. O modelo possui uma precisão excelente para a simulação de todos os casos aplicados nesta pesquisa, mostrando facilidade na calibração os parâmetros extra exigido pelo modelo generalizado. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The modeling in geotechnical engineering is fundamental to understand the behavior of the soil structures, since the designer can be able to adopt solutions with better technical quality and economic viability. To achieve this, is necessary understanding the geomaterial response when you want to solve specific geotechnical problems which are of great complexity. In the last decades, constitutive models were formulated to overcome these adversities, but most of these models are complex and their applications in determined conditions are still restricted. Some of theadvances that have been achieved by the research group of Nagoya Institute of Technology (NIT, Japan), are related with this topic, there is a recent proposal of a simple and unified constitutive model for soils, that consider several important effects, like the density influence, bonding and time-dependent behavior. The inclusion of an internal variable of state (ρ) related to density, describes the over consolidated soils behavior. This formulation can be interpreted as a one-dimensional representation of the concept of subloading surface. Furthermore, this model introduces another state variable (ω), showing the effect of bonding, which may represent the structured soil behavior. Additionally, some effects can be considered too, such as the displacement NCL’s position, strain rate, temperature, suction, etc., with the definition of a new state variable (Ψ), thus it can be established like a general method for geomaterials behavior. This study validate this formulation, through one-dimensional confined compression test with controlled strain, using two sizes of glass microsphere and different initial void ratios to determine the density influence. The effect of bonding is achieved by mixing the microspheres with different amounts of epoxy cement. Finally, the effects of time are considered using a mixture of microspheres with asphalt, by means of tests under different strain rates. The model has an excellent fit for the simulation of all cases used in this research, showing a easy calibration of the parameters required by the generalized model.