Comportamento cíclico de um solo fracamente cimentado curado sob tensão

No âmbito da Engenharia Geotécnica, poucos são os estudos que associam o peculiar comportamento dos solos estruturados e a relevante influência que a estrutura cimentada fornece no desempenho desses materiais quando sujeitos a solicitações de repetidos ciclos de carga. Assim, o presente trabalho visa a compreensão da contribuição que a estrutura cimentada proporciona à resistência e rigidez do material, diante de carregamentos cíclicos em diferentes níveis de tensões, que conferem diferentes condições em relação à superfície de plastificação. Para avaliar o comportamento cíclico de um material estruturado por matriz fracamente cimentada, curado sob diferentes tensões – atmosférica, 100 kPa, 200 kPa e 400 kPa -, inicialmente foram executados ensaios triaxiais monotônicos, a fim de caracterizar o material e definir as superfícies de plastificação, bem como as envoltórias de resistência. A seguir o programa experimental contemplou ensaios triaxiais cíclicos realizados sob diferentes tensões de cura e condições de carregamento. Os resultados demonstraram que o comportamento frente ao carregamento cíclico depende fundamentalmente do estado de tensões em que a amostra se apresenta em situação anterior à aplicação dos ciclos de carregamento. As amostras que se mantiveram no espaço de tensões p’-q interno à superfície de plastificação, apresentaram comportamento estável em relação às deformações e às tensões desenvolvidas, mantendo rigidez, excesso de poropressão e tensões constantes ao longo de, pelo menos, 1000 ciclos de carregamento. Já aquelas amostras ensaiadas em um estado de tensões que excede a plastificação, demonstraram excessivas deformações, queda do módulo cisalhante e ruptura logo nos primeiros ciclos de carregamento. Como apontam os resultados obtidos, é possível afirmar que a estrutura cimentada é fundamental no comportamento de um solo, mesmo que em baixos níveis de cimentação. Nesse sentido, a cura sob tensão foi de extrema relevância ao trabalho, por preservar o arranjo estrutural e as ligações cimentantes para que se estudasse o material em tensões superiores às de plastificação do material.In the Geotechnical Engineering field, there is limited research that associates the distinct behavior of structured soils and the relevant influence that the cemented structure provides on the performance of these materials, when subjected to repeated load cycles. Therefore, this thesis aims to understand the contribution that the cemented structure provides to the strength and stiffness of the material, in the face of cyclic loading at distinct stress levels, which confer specific conditions in regard to its yielding surface. To investigate the cyclic behavior of a material structured by a very weakly cemented arrangement, cured under stress at different levels – atmospheric pressure, 100 kPa, 200 kPa and 400 kPa -, at first monotonic triaxial tests were performed in order to describe the material and to establish the yield surfaces, as well as the failure envelopes. The next step included to the experimental program consisted of cyclic triaxial tests carried out under different curing stresses and loading conditions. The results showed that the behavior against cyclic loading depends essentially on the state of stresses to which the samples are subjected before the first loading cycles. The specimens which performed under the yield surface, in the p’-q location, presented a stable behavior against the strain and stresses developed, maintaining stable stiffness, excess pore pressure and constant stresses over at least 1000 cycles of loading. On the other hand, those samples tested above the proposed yield surface, showed excessive strains, reduced shear modulus and then reached failure in the first loading cycles. Nevertheless, as indicated by the results, cemented structure is fundamental to the soil behavior, even at low cementation levels. In this sense, curing under stress presented itself to be of extreme relevance to the research, mostly because it preserves the structural arrangement and cementing bonds, so that the soil behavior at stresses greater than the yield stress might be studied

Comportamento de um solo residual levemente cimentado : estimativa de capacidade de carga para estacas submetidas a esforços transversais

Fundações profundas, quando solicitadas ao carregamento lateral, são regidas por três critérios de projeto: resistência última do solo, carga última do elemento estrutural e deflexão máxima. Esses critérios atuam em conjunto e é necessário que sejam analisados dessa forma, visto que a falha de um deles é capaz de acarretar o colapso de todo sistema. No que tange à resistência do solo, metodologias de capacidade de carga existentes traduzem o comportamento de solos granulares e coesivos. Dada a particularidade da atuação de solos residuais na mecânica dos solos, não há uma metodologia abrangente para estacas sujeitas a solicitação de carregamento lateral nesse tipo de solo, o qual apresenta comportamento intermediário e estrutura levemente cimentada. Em vista disso, o presente trabalho propõe um método de estimativa de capacidade de carga para estacas carregadas horizontalmente, quando inseridas em solo residual e em casos em que as mesmas apresentam topo locado em superfície de solo tratado. Dessa forma, dados de provas de carga lateral pré-existentes e ensaios de laboratório executados ao longo da pesquisa serviram como base para a proposição do método, fundamentado no comportamento do material quando solicitado ao carregamento lateral Ensaios de resistência à compressão simples, compressão oedométrica, compressão isotrópica e ensaios triaxiais com medidas de módulo cisalhante demonstram que há um ponto em que se dá a quebra da estrutura cimentada do solo, passando o mesmo a se apresentar num arranjo desestruturado, refletido em maiores deformações. Uma relação linear é capaz de equacionar a capacidade de carga, tanto para estacas inseridas em solo residual quanto para estacas executadas em solo com camada superficial melhorada. Essa relação é estabelecida entre a carga de ruptura das estacas ensaiadas e a área de solo adjacente à mesma, mobilizada pelo carregamento. Os resultados demonstram que a capacidade de carga das estacas estudadas é regida pela tensão de plastificação do material. O equacionamento proposto possibilita a obtenção da carga de ruptura com base em ensaios simples e de fácil execução, tal como o ensaio de resistência à compressão simples que estabelece relação direta com a tensão de plastificação do solo estudado.Deep foundations, when requested to lateral loading, are governed by three design criteria: ultimate soil strength, piles’ ultimate load, and maximum deflection. These criteria act together and must be analyzed in this way, since the failure of one of them is capable of causing the collapse of the entire system. Regarding soil resistance, the current bearing capacity methodologies describe the behavior of granular and cohesive soils. Given the particular behavior of the residual soils in the soil mechanics, there is no comprehensive methodology for piles subject to lateral loads and inserted in this soil type, which presents an intermediate behavior and a lightly cemented structure. Thus, the present work proposes an estimated bearing capacity for crosswise loaded piles, when inserted in residual soil and in soil with the top layer cemented. So, data from preexisting lateral loading tests and laboratory tests, performed during the research, served as a basis for the proposition of the method, based on the behavior of the material when requested to lateral loading Unconfined compression tests, oedometer consolidation tests, isotropic compression, and triaxial tests with measures of shear modulus demonstrate that there is a point where the soil's cemented structure breaks down, presenting itself in a destructured arrangement, reflected by larger strains. A linear relationship is capable of equating the bearing capacity for both, piles inserted in residual soil and piles carried out in soil with improved surface layer. This relationship is established between the rupture load of the piles tested and the area of soil adjacent to it mobilized by the loading. The results shows that the piles' bearing capacity is governed by the yield stress of the material. The proposed equation makes it possible to obtain the rupture load based on simple and easy tests, such as the unconfined compression test that establishes a direct relationship with the yield stress of the studied soil

Comportamento de um solo residual levemente cimentado : estimativa de capacidade de carga para estacas submetidas a esforços transversais

Fundações profundas, quando solicitadas ao carregamento lateral, são regidas por três critérios de projeto: resistência última do solo, carga última do elemento estrutural e deflexão máxima. Esses critérios atuam em conjunto e é necessário que sejam analisados dessa forma, visto que a falha de um deles é capaz de acarretar o colapso de todo sistema. No que tange à resistência do solo, metodologias de capacidade de carga existentes traduzem o comportamento de solos granulares e coesivos. Dada a particularidade da atuação de solos residuais na mecânica dos solos, não há uma metodologia abrangente para estacas sujeitas a solicitação de carregamento lateral nesse tipo de solo, o qual apresenta comportamento intermediário e estrutura levemente cimentada. Em vista disso, o presente trabalho propõe um método de estimativa de capacidade de carga para estacas carregadas horizontalmente, quando inseridas em solo residual e em casos em que as mesmas apresentam topo locado em superfície de solo tratado. Dessa forma, dados de provas de carga lateral pré-existentes e ensaios de laboratório executados ao longo da pesquisa serviram como base para a proposição do método, fundamentado no comportamento do material quando solicitado ao carregamento lateral Ensaios de resistência à compressão simples, compressão oedométrica, compressão isotrópica e ensaios triaxiais com medidas de módulo cisalhante demonstram que há um ponto em que se dá a quebra da estrutura cimentada do solo, passando o mesmo a se apresentar num arranjo desestruturado, refletido em maiores deformações. Uma relação linear é capaz de equacionar a capacidade de carga, tanto para estacas inseridas em solo residual quanto para estacas executadas em solo com camada superficial melhorada. Essa relação é estabelecida entre a carga de ruptura das estacas ensaiadas e a área de solo adjacente à mesma, mobilizada pelo carregamento. Os resultados demonstram que a capacidade de carga das estacas estudadas é regida pela tensão de plastificação do material. O equacionamento proposto possibilita a obtenção da carga de ruptura com base em ensaios simples e de fácil execução, tal como o ensaio de resistência à compressão simples que estabelece relação direta com a tensão de plastificação do solo estudado.Deep foundations, when requested to lateral loading, are governed by three design criteria: ultimate soil strength, piles’ ultimate load, and maximum deflection. These criteria act together and must be analyzed in this way, since the failure of one of them is capable of causing the collapse of the entire system. Regarding soil resistance, the current bearing capacity methodologies describe the behavior of granular and cohesive soils. Given the particular behavior of the residual soils in the soil mechanics, there is no comprehensive methodology for piles subject to lateral loads and inserted in this soil type, which presents an intermediate behavior and a lightly cemented structure. Thus, the present work proposes an estimated bearing capacity for crosswise loaded piles, when inserted in residual soil and in soil with the top layer cemented. So, data from preexisting lateral loading tests and laboratory tests, performed during the research, served as a basis for the proposition of the method, based on the behavior of the material when requested to lateral loading Unconfined compression tests, oedometer consolidation tests, isotropic compression, and triaxial tests with measures of shear modulus demonstrate that there is a point where the soil's cemented structure breaks down, presenting itself in a destructured arrangement, reflected by larger strains. A linear relationship is capable of equating the bearing capacity for both, piles inserted in residual soil and piles carried out in soil with improved surface layer. This relationship is established between the rupture load of the piles tested and the area of soil adjacent to it mobilized by the loading. The results shows that the piles' bearing capacity is governed by the yield stress of the material. The proposed equation makes it possible to obtain the rupture load based on simple and easy tests, such as the unconfined compression test that establishes a direct relationship with the yield stress of the studied soil