Análise do comportamento de cortina de estacas executada em solo poroso metaestável mediante o uso de um modelo constitutivo hipoplástico considerando a resposta não saturada

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2014.A pesquisa exposta a seguir apresenta um estudo do comportamento de cortinas de estacas justapostas assentes na argila porosa de Brasilia, para este fim foi avaliado o comportamento do solo mediante ensaios saturados e não saturados de resistência e deformabilidade, porosimétricos, mineralógicos, de armazenamento de água e estrutura microscópica. A contenção foi instrumentada obtendo dados de deslocamentos e tensões atuantes nos grampos visando ter o comportamento global da estrutura durante o processo executivo, com o objetivo de simular numericamente a resposta não saturada do solo, usando um modelo constitutivo hipoplástico implementado para esta pesquisa e inserido em um programa de elementos finitos (Plaxis 2D) através da opção User Defined Soil Models(UDSM). Os parâmetros do modelo foram calibrados usando element tests apoiados em ensaios não saturados desenvolvidos em Charles University (Praga). O modelo computacional usado leva em conta variáveis relacionadas à interação ambiente-solo, i.e. foram impostas cargas de chuva no modelo para observar a resposta de contenção quando muda a sucção no perfil estratigráfico. Além do caso de análise o modelo constitutivo de referência foi validado considerando outra contenção do DF com similares características. _______________________________________________________________________________ ABSTRACTThis research presents a analysis of the behaviour of pile curtain walls (non secant) founded in the porous clay of Brasilia. The objective was the evaluation of the soil response by means of saturated and unsaturated tests of shear strength, porosimetry, mineralogy, water retention and microscopic structure. The curtain was instrumented to obtain data of the displacements and stresses acting in the anchors, in order to have the global behaviour of the structure during the construction process, allowing the numerical simulation of the unsaturated response of the soil, using a hypoplastic constitutive model implemented for these research and inserted in a FEM program (Plaxis 2D) with the User Defined Soil Models (UDSM)option. The parameters of the model were calibrated using element tests supported in unsaturated lab tests carried out in Charles University (Prague). The computational model used considers variables related to the environmental-soil interaction, i.e. rain loads were imposed in the model to observate the behaviour of the retaining structure where changes in the suction along the stratigraphic profile. Besides of the main studied case, the reference constitutive model was also validated considering another curtain wall in the DF, with similar characteristics for the purpose of evaluate the overall soil conditions

The geological history analysis of the friction angle in transported soils and their importance in the bearing capacity of shallow foundations

Este trabajo muestra el estudio de la variabilidad del ángulo de fricción con el análisis de la historia geológica y su influencia en la capacidad de carga de cimentaciones superficiales. Esto se realizó con la generación de campos aleatorios del ángulo de fricción por medio de la técnica de matriz de descomposición para una distribución lognormal autocorrelacionada. Adicionalmente, para recrear la historia geológica se crearon los campos aleatorios de forma anisotrópica por medio de la matriz de giro con ángulos de 0, 45 y 90 grados. Posteriormente estos campos aleatorios fueron implementados en un modelo de elementos finitos de una zapata continua. El modelo constitutivo usado fue un modelo lineal elástico con criterio de falla de Mohr Coulomb. Lo anterior, para el entender la influencia de la historia geológica y la variabilidad del ángulo de fricción en la capacidad de carga de cimentaciones superficiales. Como resultados se muestran los pesos de la variabilidad del ángulo de fricción en la capacidad de carga y la influencia del buzamiento de este ángulo fricción en la capacidad de carga.This work shows the variability of the friction angle based on the geological history, over the bearing capacity of shallow foundations. This study was developed through the generation of random fields of friction angle using the matrix decomposition technique for a self-correlated lognormal distribution. In addition, to recreate the geological history, the anisotropic random fields were created using the rotation matrix with angles of 0, 45 and 90 degrees. Subsequently, these random fields were implemented in a finite element model of a continuous footing. A linear elastoplastic constitutive model was selected to represent stress-strain soil behavior together with the Mohr-Coulomb failure criteria. This last work was done in order to understand the influence of geological history and the variability of the friction angle in the bearing capacity of shallow foundations. Results include the weight of the variability of the friction angle in the bearing capacity and the influence of the dip over the friction angle and the bearing capacity.Peer Reviewe

Estado del arte del uso de nano materiales en suelos para construcción de carreteras

Nano materials are becoming more and more relevant in the construction of civil works, since they can be used as additions or additives to improve and stabilize asphalt concretes, hydraulic concretes, fine soils at the level of subgrade, sub-bases, bases and even for filters in water treatment. The present article intends to collect the different experiences in the use of nano materials, in order to stabilize or improve the mechanical and geotechnical properties of soils used in road construction, especially what has to do with the manufacture of nano fibers for use in soils; finding that its use in the field of roads is to be investigated and developed with different types of solutions, as the most studied are the carbon nano fibersLos nano materiales toman cada vez más relevancia en la construcción de obras civiles, ya que se pueden usar como adiciones o aditivos para mejorar y estabilizar concretos asfalticos, concretos hidráulicos, suelos finos a nivel de sub rasantes, sub bases, bases e inclusive para filtros en el tratamiento de aguas. El presente artículo pretende recolectar las distintas experiencias plasmadas por la ciencia en el uso de nano materiales, con el fin de estabilizar o mejorar las propiedades mecánicas y geotécnicas de los suelos usados en la construcción de vías, sobre todo lo que tiene que ver con la fabricación de nano fibras para uso en los suelos; encontrándose que su uso en el campo de las carreteras está por investigarse y desarrollarse con diferentes tipos de soluciones, pues las más estudiadas son las nano fibras de carbon

Análisis numérico de excentricidad unidireccional en zapatas aisladas

The ultimate bearing capacity is defined as the load applied to a soil through the distribution of a critical stress exerted on the support material, using a geotechnical connecting element called a foundation. According to Terzaghi, most foundations are designed under a concept known as general shear failure. Theoretically, there is an influence on the calculation, detected by the effect of the load eccentricity, transmitted by the column of the structure. This eccentricity can be caused by various aspects, especially superstructural ones that are transferred to the shallow foundation. The study consists of a numerical analysis, using a computational model based on the finite element method; and an evaluation by means of empirical equations that are used in the daily practice of engineering. The results show a certain similarity, where conservative values are revealed in the numerical models with respect to traditional theories.La capacidad de carga última se define como la carga aplicada a un suelo mediante la distribución de una solicitación critica ejercida al material de soporte, valiéndose de un elemento geotécnico de conexión llamado cimentación. Según Terzaghi, la mayoría de las cimentaciones se diseñan bajo un concepto conocido como falla general por corte. Teóricamente, existe una influencia sobre el cálculo, detectada por el efecto de la excentricidad de la carga, transmitida por la columna de la estructura aporticada. Esta excentricidad puede ser causada por varios aspectos, en especial, superestructurales que son transferidos a la cimentación superficial. El estudio consta de un análisis numérico, usando un modelo computacional basado en el método de elementos finitos; y una evaluación mediante ecuaciones empíricas que son usadas en la cotidianidad de la ingeniería práctica. Los resultados muestran cierta similitud, donde se revelan valores conservadores en las modelaciones numéricas respecto a las teorías tradicionales

Study of the effect of polyolefin-aramid fibers on PA mixture

The present research seeks to investigate the performance of a PA mixture reinforced with polyolefin-aramid fibers. The functional and mechanical performance of the mixture was assessed by different volumetric and mechanical tests including total air voids, interconnected air voids, Cantabro particle loss in dry and wet conditions and binder drainage test.This research is part of a project that has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 769373

Comportamiento de una mezcla asfáltica drenante empleando agregado reciclado de concreto y asfalto modificado con grano de caucho

Concrete waste is considered an environmental liability with a negative impact. However, this type of waste presents a high potential to be used as an alternative building material. Therefore, the present study aims to evaluate the applicability of substituting the conventional natural stone aggregate (CA) of a draining asphalt mixture (MD) by a recycled concrete aggregate (RCA). Firstly, RCA was physically characterized to be compared with the AC. Then, two MD mixtures were design with rubberized asphalt concrete (GCR by its spanish acronym): one using the conventional aggregate (control sample) and one with the RCA substituting entirely the CA. Experimental tests under monotonic load (indirect tensile strength - RTI) were conducted over the mixtures, as well as  adhesion tests (susceptibility of RTI in wet and dry conditions and abrasion wear Cantabro). The results indicate that for MD mixtures with RCA, a higher content of asphalt is required than with CA. Additionally, it wasfound that the presence of higher asphalt content in MD-RCA mixtures increases its adhesion when compared with the control sample. Therefore, it can be concluded that the use the RCA for MD mixtures, in the proposed way, is technically and environmentally viable.Los residuos de concreto son considerados un pasivo ambiental e impactan negativamente el medio ambiente. Estos residuos tienen un alto potencial para ser empleados como materiales alternativos de construcción. El presente estudio evalúo la aplicabilidad de uso de un agregado reciclado de concreto (RCA, por sus siglas en inglés) como sustituto de la totalidad del agregado pétreo convencional (AC) de origen natural en una mezcla asfáltica drenante (MD). Inicialmente, se realizaron ensayos de caracterización física del RCA y se comparó con el AC. Luego se realizaron los diseños de dos mezclas MD utilizando un asfalto modificado con grano de caucho reciclado de llanta (GCR): una MD empleando como agregado AC (muestra de control) y otra donde se sustituyó la totalidad del AC por RCA. Sobre estas mezclas fueron realizados ensayos de laboratorio bajo carga monotónica (resistencia a la tracción indirecta - RTI) y pruebas de adherencia (susceptibilidad de la RTI en condiciones húmedas y secas y desgaste a la abrasión Cantabro). Los resultados indican la necesidad de emplear un mayor contenido de asfalto en la MD con RCA con respecto a la mezcla de control. Empleando este mayor contenido de asfalto, se observa similitud en la resistencia a la tracción y aumento de adherencia en la MD con RCA con respecto a la muestra de control. Por tanto, se puede concluir que la aplicación del RCA en MD de la forma propuesta es viable desde el punto de vista técnico y ambiental

Análise do comportamento de cortina de estacas executada em solo poroso metaestável mediante o uso de um modelo constitutivo hipoplástico considerando a resposta não saturada = Análisis del comportamiento de cortina de pilotes ejecutada en un suelo poroso metaestable mediante el uso de un modelo constitutivo hipoplástico considerando la respuesta no saturada

This research presents an analysis of the behaviour of pile curtain walls (non-secant) founded in the porous clay of Brasilia. The objective was the evaluation of the soil response by means of saturated and unsaturated tests of shear strength, porosimetry, mineralogy, water retention and microscopic structure. The curtain was instrumented to obtain data of the displacements and stresses acting in the anchors, in order to have the global behaviour of the structure during the construction process, allowing the numerical simulation of the unsaturated response of the soil, using a hypoplastic constitutive model implemented for these research and inserted in a FEM program (Plaxis 2D) with the User Defined Soil Models (UDSM) option. The parameters of the model were calibrated using element tests supported in unsaturated lab tests carried out in Charles University (Prague). The computational model used considers variables related to the environmental-soil interaction, i.e. rain loads were imposed in the model to observe the behaviour of the retaining structure where changes in the suction along the stratigraphic profile. Besides of the main studied case, the reference constitutive model was also validated considering another curtain wall in the DF, with similar characteristics for the purpose of evaluate the overall soil conditions. Resumen: Esta investigación presenta un análisis del comportamiento de muros cortina de pilotes (no secantes) fundados en arcilla porosa de Brasilia. El objetivo consistió en evaluar la respuesta del suelo mediante ensayos saturados y no saturados de resistencia al corte, porosimetría, mineralogía, retención de agua y estructura microscópica. La cortina fue instrumentada para obtener datos de desplazamientos y esfuerzos que actúan en los anclajes, con el fin de tener el comportamiento global de la estructura durante el proceso de construcción, permitiendo la simulación numérica de la respuesta no saturada del suelo. Utilizando un modelo constitutivo hipoplástico, implementado para esta investigación e insertado en un programa FEM (Plaxis 2D) con la opción UDSM. Los parámetros del modelo se calibraron utilizando programas Element Test respaldadas en ensayos de laboratorio no saturados realizados en Charles University (Praga). El modelo computacional utilizado considera variables relacionadas con la interacción atmosfera-suelo, es decir, se impusieron cargas de lluvia en el modelo para observar el comportamiento de la estructura de retención y los cambios en la succión a lo largo del perfil estratigráfico. Además del caso principal estudiado, el modelo constitutivo de referencia también fue validado considerando otro muro cortina en el DF, con características similares con el fin de evaluar las condiciones generales del suelo

Determinación de parámetros geomecánicos en suelos metaestables, mediante el uso de ensayos de campo

El siguiente trabajo tiene como objetivo determinar mediante el uso de ensayos in situ valores adecuados de parámetros geomecánicos útiles en la aplicación práctica según el problema geotécnico que se necesite atender. En este caso, se analizarán los parámetros relacionados con el modelo elastoplástico Mohr-Coulomb, uno de los más utilizados actualmente por la consultoría especializada en el tema. Los resultados de estos ensayos fueron obtenidos mediante pruebas realizadas en el campo experimental de la Universidad de Brasilia (UnB) sobre arcillas porosas típicas del Centro Oeste brasilero, con características intrínsecas dependientes de la metaestabilidad de su estructura interna, así como de la parcial saturación. Los parámetros del suelo se estimaron por medio de ensayos de campo (CPT, DMT, PMT y SPT-T), con el fin de entender el comportamiento mecánico de este suelo residual laterítico. Los análisis de estos resultados de ensayos de campo permiten estimar propiedades geotécnicas de este suelo, así como parámetros de resistencia, deformabilidad e identificación estratigráfica. Este análisis brinda una oportunidad interesante al momento de seleccionar los parámetros necesarios para los diseños geotécnicos de la ingeniería básica y de detalle de un proyecto específico, ya que le da una coyuntura importante al proyectista para que deje de depender exclusivamente de los resultados de ensayos de laboratorio, que en ocasiones pueden no ser del todo confiables en un suelo de estas características. Palabras clave: ensayos de campo, parámetros geomecánicos, SPT, CPT, DMT

Trayectoria de secado de una Curva de Retención de Agua (WRC) en mezclas asfálticas

The unsaturated behavior of bituminous materials has yet to be studied at present. However, the atmosphere-asphalt layer interaction in terms of humidity changes has forced different specifications or world standards to consider it appropriate to link in the designs the variable that controls this response, known as suction. This phenomenon is because it is the layer most exposed to atmospheric changes, therefore with a particular susceptibility to significant hygrometric changes. The construction of a water retention curve (WRC) is required to observe the changes in specific suction moisture ranges, which indicates the unique tandem suction-moisture value for a given material. The suction in the specimens of this research has been measured using a traditional filter-paper method, widely used in other types of soil engineering materials. Until now, suction on asphalt mixtures has only been measured using psychrometers, inducing invasive processes within the sample that can alter the results. The filter paper method only allows obtaining the drying path of the material; therefore, the probable hysteresis of the WRC cannot be obtained. Extensive experimentation time and experience in interpreting the tests was required because it is a technique that has not been used before for asphalt mixtures. The results show a restricted curve in moisture values and the suction spectrum. However, they reveal suction values that should be considered in stages of understanding the mechanical behavior of the material, especially for design purposes.El comportamiento no saturado de los materiales bituminosos ha sido poco estudiado en la actualidad. Sin embargo, la interacción atmósfera-capa asfáltica en cuanto a los cambios de humedad, ha obligado a diferentes especificaciones o estándares mundiales a considerar oportuno vincular en los diseños la variable que controla esta respuesta, conocida como succión. Esto se debe a que es la capa más expuesta a los cambios atmosféricos, por lo tanto, posee cierta susceptibilidad a grandes cambios higrométricos. Para observar los cambios en ciertos rangos de humedad de succión, se requiere la construcción de la curva de retención de agua (WRC), que indica el valor único del tándem humedad-succión para un material dado. La succión en los especímenes de esta investigación se ha medido utilizando un método tradicional de papel de filtro, ampliamente utilizado en otros tipos de geomateriales. Hasta ahora la succión en mezclas asfálticas solo se ha medido con psicrómetros, induciendo procesos invasivos dentro de la muestra que pueden alterar los resultados. El método del papel filtro solo permite obtener la trayectoria de secado del material; por lo tanto, no se puede obtener la histéresis probable del WRC. Los resultados muestran una curva restringida, tanto en valores de humedad como en el espectro de succión. Sin embargo, revelan valores de succión que nunca son considerados en las etapas de entendimiento básico del comportamiento mecánico del material, especialmente para fines de diseño