Microstructural-based approach to the interpretation of clays and transitional soils behaviour

Abstract

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.