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Título: Microstructural-based approach to the interpretation of clays and transitional soils behaviour
Autor(es): Lopes, Bruna de Carvalho Faria Lima
Orientador(es): Cordão Neto, Manoel Porfírio
Assunto: Argila
Solos
Mercúrio
Microestrutura
Data de publicação: 26-Mai-2016
Data de defesa: 29-Mar-2016
Citação: LOPES, Bruna de Carvalho Faria Lima. Microstructural-based approach to the interpretation of clays and transitional soils behaviour. 2016. xxix, 133 f., il. Tese (Doutorado em Geotecnia)—Universidade de Brasília, Brasília, 2016.
Resumo: O futuro da prática da engenharia é a incorporação de aspectos da microestrutura nas características macroestruturais dos solos de modo a simplificar e tornar mais realistas as análises geotécnicas. Consequentemente, é de fundamental importância que se entenda a estrutura dos solos em diferentes estados (inderformado, reconstitutído, remouldado, compactado, etc.) e se correlacionem os mesmos, já que se sabe que o estado inicial do solo dita o seu comportamento. Neste sentido, esta pesquisa está focada no desenvolvimento do entendimento das mudanças na estrutura do solo através dos tamanhos dos seus poros e sua distribuição quando submetido a carregamentos mecânicos assim como a determinação do estado mais apropriado para descrever um estado de referência do comportamento do solo. Os solos testados foram duas argilas: Caulinita e Ball; e um solo tropical transicional: Solo de Brasília. A partir dos solos estudados foram produzidas amostras com pH 9, reconstituídas, remoldadas e indeformadas, esta última somente para o solo de Brasília. Cada uma destas amostras foi submetida à compressão unidimensional combinada no oedometro e aparelho de taxa constante de deformação a diferentes tensões: 2, 90, 360, 2.000, 5.000 e 11.000kPa. Em seguida as amostras foram congeladas e secas pelo processo de liofilização e por último foram submetidas ao ensaio de porosimetria por intrusão de mercúrio. Adicionalmente, mediu-se a sucção inicial de algumas das amostras dos três solos estudados. A partir dos resultados dos ensaios realizados foram propostos dois modelos conceituais um para as argilas e outro para o solo transicional. Os resultados do ensaio de adensamento foram modelados usando uma adaptação do modelo constitutivo SCLAY-1S (Koskinen et al., 2002) na qual a variável x descreve os efeitos da estrutura ao invés de cimentação como proposto originalmente. Além disto, a amostra pH 9 foi considerada a amostra de referência, assim para este estado x = 0 e todas as outras amostras tem estrutura, de acordo com a metodologia aqui proposta. Os resultados mostraram que a metodologia proposta para obtenção das amostras é adequada. A sucção inicial foi satisfatoriamente correlacionada à tensão de preadensamento. Resultados das análises de porosimetria confirmam que o estado da estrutura das amostras com pH 9 é mais adequado para representar um estado de referência que o estado das amostras reconstituídas. As amostras com pH 9 apresentam uma estrutura dispersa já que as laterais da partícula de caulinita são carregadas negativamente assim como as faces. Dessa forma com o aumento do carregamento não há muitas configurações possíveis, a estrutura da amostra irá ficar cada vez mais orientada e alinhada paralelamente. O mesmo acontece com as amostras em outros estados. A amostra indeformada apresenta inicialmente a estrutura mais aberta, seguida da reconstituída e remouldada. À medida que o carregamento aumenta a estrutura destas outras amostras tende para uma configuração dispersa com as partículas de caulinita orientadas e alinhadas paralelamente. A modelagem constitutiva se mostrou apropriada, embora ainda haja necessidade de aprimoramento nos estudos para que o parâmetro ax possa ser correlacionado com a variável x. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT
The future of engineering practice is to incorporate aspects of the microstructure into the macroscopic characteristics of soils in order to simplify and make the geotechnical analysis more realistic. Therefore, it is fundamentally important to understand the structure of soils in various states (undisturbed, reconstituted, remoulded, compacted, etc.) and correlate them, as it is already known that the initial state of the soil dictates its behaviour. Hence, this research focuses on developing an understanding of the changes in the soil structure through its pore sizes and distribution under mechanical loading, as well as determining which state is appropriate to describe a reference state of the soil behaviour. The soils tested were the two clays: Kaolin and Ball; and the tropical transitional soil: Brasilia Soil. From the studied soils, samples with pH9, reconstituted, remoulded and undisturbed (for the Brasilia Soil only), were produced. Each of these samples was subjected to uniaxial compression combined with oedometer and Constant Rate of Strain (CRS) apparatus up to: 2, 90, 360, 2,000, 5,000 and 11,000 kPa. Specimens of these samples were then freeze-dried by the lyophilization process and lastly subjected to the Mercury Intrusion Porosimetry (MIP) test. Additionally, the initial suction of a few samples of the three soils was measured. From the results of the laboratory tests carried out, two conceptual models were proposed: one for the clays and one for the transitional soil. The results of the consolidation test were modelled using an adaptation of the constitutive model, SCLAY-1S (Koskinen et al., 2002), in which the variable x describes the structure rather than bonding as originally proposed. Furthermore, the pH9 sample was considered the reference state; thus this state has x = 0, while all other states have some structure, according to the methodology herein proposed. Results showed that the methodology proposed for obtaining the specimens is adequate. The initial suction measured was satisfactorily correlated to the preconsolidation stress. Results of the MIP confirmed that the pH9 state is the most suitable to represent a reference state, rather than the reconstituted state. The pH9 state presents a disperse structure, as the edges of the kaolinite particle are charged negatively as well as the faces. Therefore, as the loading increases there are not many possible configurations for this sample, hence the structure will orient in a preferential direction. The same happens for the samples in other states. The undisturbed sample has the most open structure, followed by the reconstituted and remoulded states. As the loading progresses, the structure of these samples tends towards the dispersed configuration with the kaolinite particles well-oriented and aligned in parallel with each other. The constitutive modelling is appropriate; however, there is still room for improvement studies to correlate the parameter ax with the state variable x.
Descrição: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016.
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Coorientador(es): Alessandro, Tarantino
Aparece nas coleções:ENC - Doutorado em Geotecnia (Teses)

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