Comportamento hidromecânico de um solo tropical compactado

Abstract

Nesta tese apresenta-se o estudo teórico-experimental de um solo tropical compactado coletado na região do cerrado brasileiro na cidade de Brasília. O solo é de caráter laterítico e altamente intemperizado, apresentando uma agregação relativa da ordem de 65% da massa. O estudo experimental teve um trabalho detalhado de laboratório, onde 118 corpos de prova foram compactados com o procedimento Proctor. No processo de compactação, mudou-se a umidade e energia com o intuito de gerar solos com estruturas diferentes. Após a compactação estudaram-se as características hidráulicas e mecânicas das amostras. A caracterização do comportamento hidráulico foi feita por meio da curva de retenção de água do solo em trajetórias de umedecimento e secagem. Entretanto, o comportamento mecânico foi avaliado por meio de ensaios de compressão oedométrica e compressão triaxial convencional em condições saturadas e não saturadas. A geração de dados de laboratório demandou o projeto, a construção e a implementação de três células oedométricas, e a adaptação de duas câmaras triaxiais para controlar a sucção, bem como, o emprego das técnicas de translação de eixos e osmótica. Além da caracterização hidromecânica, o tamanho e distribuição de poros foram determinados com o auxilio da técnica de intrusão de mercúrio e adsorção de nitrogênio. A estrutura do material compactado apresentou dois tamanhos dominantes de poros, e a forma e a evolução da porosimetria influenciaram o comportamento hidromecânico. Finalmente, um novo modelo constitutivo foi apresentado para representar o comportamento do solo no espaço tensão-deformação-sucção. Duas variáveis novas introduzidas no modelo capturam o efeito da fábrica (arranjo estrutural) e da sucção na resposta mecânica. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The present work is aimed at studying the mechanical behavior of unsaturated, compacted tropical soils with respect to soil structure effects. It involves theoretical developments and constitutive modeling. The soil samples were collected from the cerrado region in Brasilia city, Brazil. This soil consists of lateritic silty clay. The grain-size distribution curve indicates 65% the fine particle aggregation. In the first experimental part, the hydraulic behavior and soil structure evolution were tested using a combination of three methods: water retention properties in drying and wetting paths (SWRC), mercury intrusion porosimetry (MIP), and out-flow with axes translation technique (ATT). The second experimental part, three new suction-controlled oedometers were developed for investigating the stress-strain response at constant suction. Based on the experimental results, a new constitutive framework was proposed for the extension of the elasto-plastic models. The new model is based on the idea in which the fabric of the soil and suction, modify its admissible states. Finally, two new state variables related to porosity measurements of the soil and the influence of suction are setting together with two news constitutive parameters that describe the evolution of those state variables as the soil structure changes. _______________________________________________________________________________________ RESUMEN

Esta tesis presenta el estudio teórico-experimental de un suelo tropical compactado, originario del cerrado brasileño recolectado en la ciudad de Brasilia. El suelo corresponde a un material laterítico altamente meteorizado que exhibe una agregación de partículas del orden del 65% de su masa. El estudio experimental involucro un extensivo trabajo de laboratorio en el cual se compactaron alrededor de 118 cuerpos de prueba con el procedimiento Proctor. Variando las condiciones de compactación, energía y humedad, fueron estudiadas las características hidráulicas y mecánicas de los suelos artificiales obtenidos. Las características hidráulicas comprendieron la determinación de la curva de retención de agua en trayectorias de humedecimiento y secado. El comportamiento mecánico en condiciones saturadas y no saturadas se evaluó con ensayos de compresión confinada y compresión triaxial convencional. Los ensayos de laboratorio en condiciones de saturación parcial de agua en el suelo involucraron el diseño, construcción y montaje de tres celdas de compresión oedométrica con control de succión, empleando las técnicas de traslación de ejes y control osmótico. Paralelamente con la caracterización se determinó el tamaño y distribución de poros con la técnica de intrusión de mercurio y adsorción de nitrógeno. Desde el punto de vista estructural todas las muestras obtenidas presentan una distribución de poros bimodal, la forma de esta distribución y su evolución controlan el comportamiento hidráulico y mecánico. Finalmente, una nueva relación constitutiva en el espacio p-e-s fue formulada para representar el comportamiento observado. Dos variables nuevas son introducidas en el modelo, las cuales representan la influencia de la fábrica y la succión en el comportamiento.