Comportamento hidromecânico de um solo tropical compactado

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2013.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. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACTThe 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. _______________________________________________________________________________________ RESUMENEsta 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

Caracterización de la respuesta dinámica de sitio en el Gabro de Medellín

Cerca del 90% de la población colombiana ocupa la región Andina del país, zona donde se localiza casi la totalidad de la industria, que se caracteriza por una amenaza sísmica intermedia y alta, en la cual se pueden presentar aceleraciones en roca superiores a 0.25 g, de acuerdo con el estudio general de amenaza sísmica (AIS 300, 1998). Sumado a esto la ciudad de Medellín desde el punto de vista geotécnico es caracterizada por la variedad de materiales parentales y tipos de suelo originados por procesos geomorfológicos diferenciables; además es común encontrar diferentes accidentes topográficos denotados por las laderas, lomos y cerros, haciendo de Medellín un ambiente sismo-geotécnico complejo. Esta variedad genera múltiples contrastes de materiales geotécnicos y propiedades que modifican la propagación de las ondas sísmicas, generando un nivel de amenaza alto en la superficie del terreno. Este trabajo es motivado por las condiciones descritas y por el desarrollo vertiginoso de la Ciudad hacia las laderas. En este trabajo es revisada la respuesta dinámica de sitio al interior de la zona homogénea 12 de la Microzonificación Sísmica de Medellín (GSM, 1999), a partir de modelos de propagación en una dimensión

Caracterización de la respuesta dinámica de sitio en el Gabro de Medellín

Cerca del 90% de la población colombiana ocupa la región Andina del país, zona donde se localiza casi la totalidad de la industria, que se caracteriza por una amenaza sísmica intermedia y alta, en la cual se pueden presentar aceleraciones en roca superiores a 0.25 g, de acuerdo con el estudio general de amenaza sísmica (AIS 300, 1998). Sumado a esto la ciudad de Medellín desde el punto de vista geotécnico es caracterizada por la variedad de materiales parentales y tipos de suelo originados por procesos geomorfológicos diferenciables; además es común encontrar diferentes accidentes topográficos denotados por las laderas, lomos y cerros, haciendo de Medellín un ambiente sismo-geotécnico complejo. Esta variedad genera múltiples contrastes de materiales geotécnicos y propiedades que modifican la propagación de las ondas sísmicas, generando un nivel de amenaza alto en la superficie del terreno. Este trabajo es motivado por las condiciones descritas y por el desarrollo vertiginoso de la Ciudad hacia las laderas. En este trabajo es revisada la respuesta dinámica de sitio al interior de la zona homogénea 12 de la Microzonificación Sísmica de Medellín (GSM, 1999), a partir de modelos de propagación en una dimensión

Evaluación de Algunas Propiedades de las Rocas encontradas en la Zona Central de la Vertiente Oriental de Medellín

El creciente y constante crecimiento urbanístico sobre las laderas de la ciudad de Medellín enfrenta dificultades constructivas importantes debido a la presencia de fragmentos de roca en las diferentes unidades litológicas, tanto en superficie como en profundidad. Este hecho estimula que en algunas investigaciones geotécnicas de tipo académico se intente caracterizar los materiales presentes, ya sean suelo o roca. En este artículo se presentan algunas propiedades mecánicas relevantes de las rocas de la vertiente oriental del Valle de Aburra, evaluadas sobre núcleos cilíndricos de roca intacta y en afloramientos rocosos. Las unidades litológicas estudiadas son el Stock de San Diego (KgD) y la Dunita de Medellín (KuM) y las propiedades evaluadas fueron compresión uniaxial, módulos de elasticidad estático y dinámico, índice de rebote, velocidad de propagación de ondas compresivas y modulo dinámico de rigidez a cortante

Evaluación de Algunas Propiedades de las Rocas encontradas en la Zona Central de la Vertiente Oriental de Medellín

The increasing and constant urban growth on the hillsides of the city of Medellín face large construction problems due to the presence of subsurface rock fragments. Such a fact motivates geotechnical engineers to characterize the materials present, soil or rock. This paperpresents some mechanical properties of the rocks found on the eastern hillsides of Aburra Valley which were measured on intact cylindrical rock cores and rock outcrops. The studied geological units are the San Diego Stock (KgD) and the Dunite of Medellín (KuM) and the measured rock properties are the uniaxial compressive strength, the static and dynamic module, the compressive shear wave velocity and the dynamic shear stiffness modulus.El creciente y constante crecimiento urbanístico sobre las laderas de la ciudad de Medellín enfrenta dificultades constructivas importantes debido a la presencia de fragmentos de roca en las diferentes unidades litológicas, tanto en superficie como en profundidad. Este hecho estimula que en algunas investigaciones geotécnicas de tipo académico se intente caracterizar los materiales presentes, ya sean suelo o roca. En este artículo se presentan algunas propiedades mecánicas relevantes de las rocas de la vertiente oriental del Valle de Aburra, evaluadas sobre núcleos cilíndricos de roca intacta y en afloramientos rocosos. Las unidades litológicas estudiadas son el Stock de San Diego (KgD) y la Dunita de Medellín (KuM) y las propiedades evaluadas fueron compresión uniaxial, módulos de elasticidad estático y dinámico, índice de rebote, velocidad de propagación de ondas compresivas y modulo dinámico de rigidez a cortante

Uso de las escorias de horno de arco eléctrico (EHAE) en la construcción – estado del arte

El aumento de la población mundial ha tenido como consecuencia el crecimiento de la industria de la construcción. Lo anterior, implica la explotación de recursos naturales no renovables y por ende un mayor impacto ambiental por la contaminación del suelo, el agua y el aire. Así, el desarrollo sostenible se ha convertido en una prioridad en la industria, por ejemplo, por medio de la incorporación de residuos en la cadena productiva. El acero puede producirse por dos métodos: el alto horno (se funden minerales de hierro) y el horno de arco eléctrico (se funde chatarra metálica reciclada). En este último, el proceso más utilizado en Colombia, se forma la escoria horno de arco eléctrico (EHAE). Este residuo representa una oportunidad de aprovechamiento en la construcción. Varias investigaciones han estudiado el uso de este material como agregado y como materia prima del cemento. Así mismo, su utilización como sustituto de material granular en la construcción de terraplenes, bases, subbases y capas de rodadura, siendo en el área de pavimentos donde mayor aplicación puede darse a la escoria. Este trabajo tiene como objetivo realizar una revisión actualizada del estado del arte sobre el uso de la EHAE en la construcción, para promover la implementación correcta y segura de este residuo y aportar a la sostenibilidad de la industria siderúrgica.The increase in the world population has resulted in the growth of the construction industry. This involves the exploitation of non-renewable natural resources and therefore a greater environmental impact by pollution of soil, water, and air. Thus, sustainable development has become a priority in the industry, with the objective of incorporating waste into the production chain. The methods for producing steel are the blast furnace (iron mining) and the electric arc furnace (recycled metal scrap). In the latter, the most widely used process in Colombia, the electric arc furnace slag (EAFS) is formed. This waste represents an opportunity for use in construction. Several investigations have studied the use of this material as an aggregate and as a cement raw material. In addition, its use as a substitute for granular material in the construction of embankments, bases, sub-bases and rolling layers, the greatest application of slag are the pavements. This work aims to carry out an updated review of the state of the art on the use of EAFS in construction to promote the correct and safe implementation of this waste and contribute to the sustainability of the steel industry

Elementos Para Obtener El Módulo De Reacción De Subrasante

Current trend in the stress strain analysis of the structure-geomaterial interaction is to use discrete element models, frecuently using finite element techniques. However, it is still common practice to use the Winkler hypothesis where simplicity of the calculation wants to be kept, since it allows for soil structure interaction analysis. This paper describes the most common methods to determine the coefficient of subgrade reaction, known as kS of Winkler as well. The effect of compositional and environmental factors on kS is illustrated, including examples of tropical residual soils.En la actualidad el análisis tensión deformación del conjunto estructura-geomaterial se suele abordar a partir de modelos discretos, en algunas ocasiones mediante métodos numéricos tales como los elementos finitos. Sin embargo, sigue siendo bastante común representar los geomateriales a partir de la hipótesis de Winkler, ya que ofrece una mayor simplicidad para efectos de cálculo y es posible modelar simultáneamente el suelo y la estructura de cimentación. En este documento se describen los métodos más comunes empleados para determinar o estimar el coeficiente de reacción de la subrasante, o coeficiente de balasto, conocido también como kS de Winkler. Adicionalmente se muestra el efecto en el kS de algunos factores composicionales y ambientales que afectan el comportamiento del suelo, incluyendo algunos ejemplos en suelos residuales tropicales

Elementos para obtener el módulo de reacción de subrasante

En la actualidad el análisis tensión deformación del conjunto estructura-geomaterial se suele abordar a partir de modelos discretos, en algunas ocasiones mediante métodos numéricos tales como los elementos finitos. Sin embargo, sigue siendo bastante común representar los geomateriales a partir de la hipótesis de Winkler, ya que ofrece una mayor simplicidad para efectos de cálculo y es posible modelar simultáneamente el suelo y la estructura de cimentación. En este documento se describen los métodos más comunes empleados para determinar o estimar el coeficiente de reacción de la subrasante, o coeficiente de balasto, conocido también como kS de Winkler.Adicionalmente se muestra el efecto en el kS de algunos factores composicionales y ambientales que afectan el comportamiento del suelo, incluyendo algunos ejemplos en suelos residuales tropicales

Evaluación de la respuesta dinámica de sitio para el sector de aragón en medellín

En el presente documento se describen los resultados de la investigación de campo y el análisis numérico de la respuesta de sitio para el sector de Aragón de la vertiente centro oriental del Valle de Aburrá, en Medellín. Son descritos los resultados de la exploración del subsuelo así como los perfiles de propagación de velocidad de ondas sísmicas obtenidos a partir de down-hole. En los sitios estudiados se presentan suelos originados a partir de la meteorización del Stock de San Diego en ambientes tropicales. Se presenta la modelación del movimiento del terreno para el sismo sintético de diseño desarrollado por el Grupo de Sismología de Medellín (2002) mediante modelos de propagación unidimensionales utilizando el SHAKE91.Los resultados mostrados en este trabajo pueden ser útiles en el diseño de estructuras que se planeen construir sobre el mismo cuerpo y cuyo perfil litológico difiera de los típicos propuestos en la Microzonificación Sísmica de Medellín. Adicionalmente los ingenieros geotecnistas encontraran trayectorias de comportamiento dinámico generadas en muestras con diferentes intensidades de meteorización, los cuales pueden ser útiles para análisis posteriores

Caracterización de la respuesta dinámica de sitio en el Gabro de Medellín Characterization of the dynamic response of site on Medellin's Gabbro

Cerca del 90% de la población colombiana ocupa la región Andina del país, zona donde se localiza casi la totalidad de la industria, que se caracteriza por una amenaza sísmica intermedia y alta, en la cual se pueden presentar aceleraciones en roca superiores a 0.25 g, de acuerdo con el estudio general de amenaza sísmica (AIS 300, 1998). Sumado a esto la ciudad de Medellín desde el punto de vista geotécnico es caracterizada por la variedad de materiales parentales y tipos de suelo originados por procesos geomorfológicos diferenciables; además es común encontrar diferentes accidentes topográficos denotados por las laderas, lomos y cerros, haciendo de Medellín un ambiente sismo-geotécnico complejo. Esta variedad genera múltiples contrastes de materiales geotécnicos y propiedades que modifican la propagación de las ondas sísmicas, generando un nivel de amenaza alto en la superficie del terreno. Este trabajo es motivado por las condiciones descritas y por el desarrollo vertiginoso de la Ciudad hacia las laderas. En este trabajo es revisada la respuesta dinámica de sitio al interior de la zona homogénea 12 de la Microzonificación Sísmica de Medellín (GSM, 1999), a partir de modelos de propagación en una dimensión.<br>About 90% of Colombian population occupies the Andean region, where most of the country's industry is located; it is characterized by medium and high seismic hazard in which rock acceleration can occur over 0.25 g, according to the 1984 General Seismic Hazard Study (AIS 300, 1998). Additionally, Medellin city, from a geotechnical point of view, is characterized by the variety of parental materials and types of soils originated by distinctive geomorphologic processes; besides, it is common to find different topographic features in slopes, ridges, and hills, which make of Medellin a complex seismic geotechnical environment. This variety of features generates multiple contrasts of geotechnical materials which modify propagation of seismic waves, thus generating a high hazard level in the land surface. This research was motivated by above described conditions and by the growing development of the city up the hills. This research makes a review of dynamic response of site in the homogeneous zone No. 12 of Medellin Seismic Microzoning (GSM, 1999)