Relação entre características microestruturais e o comportamento macroscópico de solos granulares

Abstract

O entendimento do comportamento dos solos, comumente, tem sido interpretado com base na mecânica do meio contínuo. Para isso, modelos constitutivos fenomenológicos devem ser formulados, a fim de representar o comportamento dos materiais em escala macroscópica, sem considerar a influência de fatores tais como a forma, a distribuição granulométrica, a quebra das partículas etc. Outra abordagem para esse problema é a mecânica dos meios descontínuos, a qual baseia-se na interação explícita dos elementos (partículas). Nesta abordagem é possível considerar diferentes caraterísticas na escala micro para a avaliação do comportamento de materiais granulares. Neste trabalho é estudada a influência de algumas caraterísticas em nível de partícula no comportamento de materiais granulares. São abordados, principalmente, os fenômenos de fragmentação de partículas e desestruturação de materiais cimentados. Para isto, foram executados ensaios de compressão confinada com esferas de vidro secas, com e sem cimentação artificial. Além disso, foi feito o monitoramento das emissões acústicas para compreender melhor os processos micromecânicos. Como complemento, foram registradas imagens microscópicas das partículas, úteis para as análises da evolução da forma do grão com o processo de quebra. Simulações numéricas simplificadas foram feitas com o objetivo de verificar a capacidade do Método dos Elementos Discretos reproduzir os fenômenos de quebra de partículas. Os resultados experimentais obtidos mostraram as mudanças de comportamentos de materiais granulares com e sem cimentação. Observou-se que o início da quebra das partículas ocorre para níveis de tensão elevados e não depende das condições iniciais de índice de vazios. Além disso, a evolução de quebra pode ser representada por vários índices propostos na literatura. Foram observados diferentes estágios de evolução da quebra de grãos e da cimentação, identificados com base em níveis de tensão e energia acústica acumulada emitida. Cada estágio pode ser delimitado por pontos de mudança, os quais estão relacionados com certos valores de índice de quebra e relação de aspecto.