Comportamento cíclico de um solo fracamente cimentado curado sob tensão

Abstract

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.