O ensaio de palheta de campo em material siltoso levanta problemáticas relacionadas à sua execução e à interpretação dos resultados. O presente trabalho apresenta uma modelagem em poroelasticidade do ensaio de palheta. O modelo de ensaio é definido pelo problema de rotação de um cilindro infinito em um solo poroso. A solução do problema é buscada adotando um comportamento poroelástico não linear fictício tal que a resposta é localmente equivalente àquela do comportamento plástico perfeito. O modelo considera que a rotação do cilindro gera deformações volumétricas não desprezíveis e que a solução fechada de poropressão é garantida por um módulo de cisalhamento equivalente. As soluções do campo de tensões e deformações descritas por equações analíticas são obtidas numericamente por meio do método de diferenças finitas. O modelo é avaliado através de uma comparação com os resultados de simulação em elementos finitos e de solução do modelo com o uso de software de álgebra computacional. Os critérios de Tresca e de Drucker-Prager são considerados nas avaliações. As condições de drenagem foram estudadas através da curva característica de drenagem no espação grau de drenagem U versus velocidade normalizada V. A influência da rigidez e da resistência do material sobre o fenômeno de dissipação foram interpretados no mesmo espaço U ×V . Também foi demonstrado que a dissipação é sensível à definição da zona de influência. O parâmetro numérico de discretização do domínio para o método de diferenças finitas para a obtenção de resultados de boa precisão foi identificado. O modelo foi aplicado para a modelagem do ensaio de palheta em resíduo de zinco e para a interpretação dos resultados desse ensaio. Demonstrou-se que o modelo proposto permite a identificações dos padrões de ensaio que garantem os comportamentos desejados, além de possibilitar o estudo da sensibilidade do processo de dissipação em relação à rigidez e resistência do material. / The Field Vane Test in silty materials raises problematics related to its execution and interpretation of results. The work presents a model for the vane test based on poroelasticity. The modeling of the test is characterized by the problem of the rotation of an infinite cylinder in a porous soil. The solution of the problem is sought by adopting a fictitious non-linear poroelastic behavior such that the answer is locally equivalent to the one corresponding to a perfect plastic behavior. The revised model assumes that rotation of the cylinder does generate volumetric deformation which one is not negligible and the close form of solution for pore pressure is guaranteed by an equivalent shear modulus. The solutions of stresses and displacement field are obtained numerically using the finite difference method. The model is evaluated for materials characterized by two criteria Tresca and Drucker-Prager through a comparison of results obtained by simulation in finite element model and by simulation using computer algebra software. The drainage conditions have been studied through the drainage characteristic curve U ×V . The influence of the stiffness and strength of the material on the dissipation phenomena were interpreted in the same space U ×V . It was also demonstrated that the dissipation process is sensitive to the definition of the influence zone. The numerical parameters to obtain good precision results were identified. The model was applied to the modeling Vane Test in zinc residue and the interpretation of experimental results. It has been shown that the proposed model allows the identification of test patterns that ensures the desired drainage behavior and allows the study of the sensitivity of the dissipation process for stiffness and strength of the material.

O ensaio de palheta de campo em material siltoso levanta problemáticas relacionadas à sua execução e à interpretação dos resultados. O presente trabalho apresenta uma modelagem em poroelasticidade do ensaio de palheta. O modelo de ensaio é definido pelo problema de rotação de um cilindro infinito em um solo poroso. A solução do problema é buscada adotando um comportamento poroelástico não linear fictício tal que a resposta é localmente equivalente àquela do comportamento plástico perfeito. O modelo considera que a rotação do cilindro gera deformações volumétricas não desprezíveis e que a solução fechada de poropressão é garantida por um módulo de cisalhamento equivalente. As soluções do campo de tensões e deformações descritas por equações analíticas são obtidas numericamente por meio do método de diferenças finitas. O modelo é avaliado através de uma comparação com os resultados de simulação em elementos finitos e de solução do modelo com o uso de software de álgebra computacional. Os critérios de Tresca e de Drucker-Prager são considerados nas avaliações. As condições de drenagem foram estudadas através da curva característica de drenagem no espação grau de drenagem U versus velocidade normalizada V. A influência da rigidez e da resistência do material sobre o fenômeno de dissipação foram interpretados no mesmo espaço U ×V . Também foi demonstrado que a dissipação é sensível à definição da zona de influência. O parâmetro numérico de discretização do domínio para o método de diferenças finitas para a obtenção de resultados de boa precisão foi identificado. O modelo foi aplicado para a modelagem do ensaio de palheta em resíduo de zinco e para a interpretação dos resultados desse ensaio. Demonstrou-se que o modelo proposto permite a identificações dos padrões de ensaio que garantem os comportamentos desejados, além de possibilitar o estudo da sensibilidade do processo de dissipação em relação à rigidez e resistência do material. / The Field Vane Test in silty materials raises problematics related to its execution and interpretation of results. The work presents a model for the vane test based on poroelasticity. The modeling of the test is characterized by the problem of the rotation of an infinite cylinder in a porous soil. The solution of the problem is sought by adopting a fictitious non-linear poroelastic behavior such that the answer is locally equivalent to the one corresponding to a perfect plastic behavior. The revised model assumes that rotation of the cylinder does generate volumetric deformation which one is not negligible and the close form of solution for pore pressure is guaranteed by an equivalent shear modulus. The solutions of stresses and displacement field are obtained numerically using the finite difference method. The model is evaluated for materials characterized by two criteria Tresca and Drucker-Prager through a comparison of results obtained by simulation in finite element model and by simulation using computer algebra software. The drainage conditions have been studied through the drainage characteristic curve U ×V . The influence of the stiffness and strength of the material on the dissipation phenomena were interpreted in the same space U ×V . It was also demonstrated that the dissipation process is sensitive to the definition of the influence zone. The numerical parameters to obtain good precision results were identified. The model was applied to the modeling Vane Test in zinc residue and the interpretation of experimental results. It has been shown that the proposed model allows the identification of test patterns that ensures the desired drainage behavior and allows the study of the sensitivity of the dissipation process for stiffness and strength of the material.

O ensaio de palheta de campo em material siltoso levanta problemáticas relacionadas à sua execução e à interpretação dos resultados. O presente trabalho apresenta uma modelagem em poroelasticidade do ensaio de palheta. O modelo de ensaio é definido pelo problema de rotação de um cilindro infinito em um solo poroso. A solução do problema é buscada adotando um comportamento poroelástico não linear fictício tal que a resposta é localmente equivalente àquela do comportamento plástico perfeito. O modelo considera que a rotação do cilindro gera deformações volumétricas não desprezíveis e que a solução fechada de poropressão é garantida por um módulo de cisalhamento equivalente. As soluções do campo de tensões e deformações descritas por equações analíticas são obtidas numericamente por meio do método de diferenças finitas. O modelo é avaliado através de uma comparação com os resultados de simulação em elementos finitos e de solução do modelo com o uso de software de álgebra computacional. Os critérios de Tresca e de Drucker-Prager são considerados nas avaliações. As condições de drenagem foram estudadas através da curva característica de drenagem no espação grau de drenagem U versus velocidade normalizada V. A influência da rigidez e da resistência do material sobre o fenômeno de dissipação foram interpretados no mesmo espaço U ×V . Também foi demonstrado que a dissipação é sensível à definição da zona de influência. O parâmetro numérico de discretização do domínio para o método de diferenças finitas para a obtenção de resultados de boa precisão foi identificado. O modelo foi aplicado para a modelagem do ensaio de palheta em resíduo de zinco e para a interpretação dos resultados desse ensaio. Demonstrou-se que o modelo proposto permite a identificações dos padrões de ensaio que garantem os comportamentos desejados, além de possibilitar o estudo da sensibilidade do processo de dissipação em relação à rigidez e resistência do material. / The Field Vane Test in silty materials raises problematics related to its execution and interpretation of results. The work presents a model for the vane test based on poroelasticity. The modeling of the test is characterized by the problem of the rotation of an infinite cylinder in a porous soil. The solution of the problem is sought by adopting a fictitious non-linear poroelastic behavior such that the answer is locally equivalent to the one corresponding to a perfect plastic behavior. The revised model assumes that rotation of the cylinder does generate volumetric deformation which one is not negligible and the close form of solution for pore pressure is guaranteed by an equivalent shear modulus. The solutions of stresses and displacement field are obtained numerically using the finite difference method. The model is evaluated for materials characterized by two criteria Tresca and Drucker-Prager through a comparison of results obtained by simulation in finite element model and by simulation using computer algebra software. The drainage conditions have been studied through the drainage characteristic curve U ×V . The influence of the stiffness and strength of the material on the dissipation phenomena were interpreted in the same space U ×V . It was also demonstrated that the dissipation process is sensitive to the definition of the influence zone. The numerical parameters to obtain good precision results were identified. The model was applied to the modeling Vane Test in zinc residue and the interpretation of experimental results. It has been shown that the proposed model allows the identification of test patterns that ensures the desired drainage behavior and allows the study of the sensitivity of the dissipation process for stiffness and strength of the material.

A problemática associada à execução e interpretação de ensaios de campo (e.g. palheta e pizocone) em materiais siltosos motiva a presente pesquisa, onde são desenvolvidas modelagens analíticas em poroelasticidade para o estudo do efeito de fluxo transiente no solo. As modelagens desenvolvidas referem-se aos problemas de rotação e expansão de um cilindro inserido na massa de solo. A abordagem adotada para solução dos problemas baseia-se na equivalência entre a resposta local de um comportamento perfeitamente plástico, em processo de carregamento monotônico, e um comportamento fictício não-linear poroelástico apropriado. Soluções fechadas para o campo de tensões, deformações e poropressões foram obtidas para o problema simplificado de rotação. Para a solução do problema de expansão considerou-se que um módulo equivalente elástico condiciona o fluxo, o que possibilita a obtenção de uma solução fechada para as distribuições de poropressões, tensões e deformações foram calculadas numericamente. Os modelos desenvolvidos foram criticamente comparados a resultados de simulações numéricas em elementos finitos, demostrando capturar a mesma tendência de comportamento. As condições de drenagem foram interpretadas no espaço de velocidade normalizada V e grau de drenagem U, demostrando que o processo de dissipação é sensível à rigidez do material. Uma tentativa de aplicação dos modelos foi realizada para a interpretação de ensaios de palheta em resíduo de zinco, e piezocone em resíduo de ouro. Destaca-se que as aplicações propostas não são determinísticas, e foram utilizadas para identificação de padrões de comportamento e análise de sensibilidade de parâmetros. Neste contexto, verificou-se que os modelos podem ser utilizados para a estimativa das velocidades não drenadas de ensaio, porém a transição de comportamento parcialmente drenado para drenado é subestimada pelos modelos. Por fim observa-se que, de maneira geral, os modelos se demonstram úteis para o entendimento do comportamento de materiais siltosos em fluxo transiente. / The problems associated with the in situ tests interpretation in silty materials motivates the present research where analytical models were developed for the study of transient flow. The developed models refer to the rotation and expansion of a cylinder considered deeply embedded into an infinite nonlinear poroelastic medium. The approach is based on the local equivalence between the response of a perfectly plastic behavior to monotonic loading and an appropriate fictitious non-linear poroelastic response. Closed-form solutions for pore pressures, stresses and displacements were derived for the rotation problem within a simplified poroelastic framework. The expansion problem was solved considering a simplified framework for the diffusion equation to derive a closed-form expression for pore pressure distribution, while stresses and displacements were computed numerically. The results are discretised and critically compared to finite element solutions showing good agreement in terms of radial stresses and pore pressure distributions. Results are also displayed in the space of normalized velocity (V) versus degree of drainage (U), showing to be sensitive to the soil rigidity. An attempt to apply the models was made: a) for the interpretation of vane tests in zinc tailings; b) for the interpretation of piezocone tests in gold tailings. Applications are considered approximate, showing that the models can be used to estimate the onset of the undrained regime, wheres the transition from partially drained to drained is underestimated by the models. In general, the models prove to be useful in understanding rate effects in silty soils.

A problemática associada à execução e interpretação de ensaios de campo (e.g. palheta e pizocone) em materiais siltosos motiva a presente pesquisa, onde são desenvolvidas modelagens analíticas em poroelasticidade para o estudo do efeito de fluxo transiente no solo. As modelagens desenvolvidas referem-se aos problemas de rotação e expansão de um cilindro inserido na massa de solo. A abordagem adotada para solução dos problemas baseia-se na equivalência entre a resposta local de um comportamento perfeitamente plástico, em processo de carregamento monotônico, e um comportamento fictício não-linear poroelástico apropriado. Soluções fechadas para o campo de tensões, deformações e poropressões foram obtidas para o problema simplificado de rotação. Para a solução do problema de expansão considerou-se que um módulo equivalente elástico condiciona o fluxo, o que possibilita a obtenção de uma solução fechada para as distribuições de poropressões, tensões e deformações foram calculadas numericamente. Os modelos desenvolvidos foram criticamente comparados a resultados de simulações numéricas em elementos finitos, demostrando capturar a mesma tendência de comportamento. As condições de drenagem foram interpretadas no espaço de velocidade normalizada V e grau de drenagem U, demostrando que o processo de dissipação é sensível à rigidez do material. Uma tentativa de aplicação dos modelos foi realizada para a interpretação de ensaios de palheta em resíduo de zinco, e piezocone em resíduo de ouro. Destaca-se que as aplicações propostas não são determinísticas, e foram utilizadas para identificação de padrões de comportamento e análise de sensibilidade de parâmetros. Neste contexto, verificou-se que os modelos podem ser utilizados para a estimativa das velocidades não drenadas de ensaio, porém a transição de comportamento parcialmente drenado para drenado é subestimada pelos modelos. Por fim observa-se que, de maneira geral, os modelos se demonstram úteis para o entendimento do comportamento de materiais siltosos em fluxo transiente. / The problems associated with the in situ tests interpretation in silty materials motivates the present research where analytical models were developed for the study of transient flow. The developed models refer to the rotation and expansion of a cylinder considered deeply embedded into an infinite nonlinear poroelastic medium. The approach is based on the local equivalence between the response of a perfectly plastic behavior to monotonic loading and an appropriate fictitious non-linear poroelastic response. Closed-form solutions for pore pressures, stresses and displacements were derived for the rotation problem within a simplified poroelastic framework. The expansion problem was solved considering a simplified framework for the diffusion equation to derive a closed-form expression for pore pressure distribution, while stresses and displacements were computed numerically. The results are discretised and critically compared to finite element solutions showing good agreement in terms of radial stresses and pore pressure distributions. Results are also displayed in the space of normalized velocity (V) versus degree of drainage (U), showing to be sensitive to the soil rigidity. An attempt to apply the models was made: a) for the interpretation of vane tests in zinc tailings; b) for the interpretation of piezocone tests in gold tailings. Applications are considered approximate, showing that the models can be used to estimate the onset of the undrained regime, wheres the transition from partially drained to drained is underestimated by the models. In general, the models prove to be useful in understanding rate effects in silty soils.

A problemática associada à execução e interpretação de ensaios de campo (e.g. palheta e pizocone) em materiais siltosos motiva a presente pesquisa, onde são desenvolvidas modelagens analíticas em poroelasticidade para o estudo do efeito de fluxo transiente no solo. As modelagens desenvolvidas referem-se aos problemas de rotação e expansão de um cilindro inserido na massa de solo. A abordagem adotada para solução dos problemas baseia-se na equivalência entre a resposta local de um comportamento perfeitamente plástico, em processo de carregamento monotônico, e um comportamento fictício não-linear poroelástico apropriado. Soluções fechadas para o campo de tensões, deformações e poropressões foram obtidas para o problema simplificado de rotação. Para a solução do problema de expansão considerou-se que um módulo equivalente elástico condiciona o fluxo, o que possibilita a obtenção de uma solução fechada para as distribuições de poropressões, tensões e deformações foram calculadas numericamente. Os modelos desenvolvidos foram criticamente comparados a resultados de simulações numéricas em elementos finitos, demostrando capturar a mesma tendência de comportamento. As condições de drenagem foram interpretadas no espaço de velocidade normalizada V e grau de drenagem U, demostrando que o processo de dissipação é sensível à rigidez do material. Uma tentativa de aplicação dos modelos foi realizada para a interpretação de ensaios de palheta em resíduo de zinco, e piezocone em resíduo de ouro. Destaca-se que as aplicações propostas não são determinísticas, e foram utilizadas para identificação de padrões de comportamento e análise de sensibilidade de parâmetros. Neste contexto, verificou-se que os modelos podem ser utilizados para a estimativa das velocidades não drenadas de ensaio, porém a transição de comportamento parcialmente drenado para drenado é subestimada pelos modelos. Por fim observa-se que, de maneira geral, os modelos se demonstram úteis para o entendimento do comportamento de materiais siltosos em fluxo transiente. / The problems associated with the in situ tests interpretation in silty materials motivates the present research where analytical models were developed for the study of transient flow. The developed models refer to the rotation and expansion of a cylinder considered deeply embedded into an infinite nonlinear poroelastic medium. The approach is based on the local equivalence between the response of a perfectly plastic behavior to monotonic loading and an appropriate fictitious non-linear poroelastic response. Closed-form solutions for pore pressures, stresses and displacements were derived for the rotation problem within a simplified poroelastic framework. The expansion problem was solved considering a simplified framework for the diffusion equation to derive a closed-form expression for pore pressure distribution, while stresses and displacements were computed numerically. The results are discretised and critically compared to finite element solutions showing good agreement in terms of radial stresses and pore pressure distributions. Results are also displayed in the space of normalized velocity (V) versus degree of drainage (U), showing to be sensitive to the soil rigidity. An attempt to apply the models was made: a) for the interpretation of vane tests in zinc tailings; b) for the interpretation of piezocone tests in gold tailings. Applications are considered approximate, showing that the models can be used to estimate the onset of the undrained regime, wheres the transition from partially drained to drained is underestimated by the models. In general, the models prove to be useful in understanding rate effects in silty soils.