Tese de mestrado. Vias de Comunicação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Materiais e Processos de Construção). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Este trabalho apresenta resultados de ensaios de arrancamento de geogrelha, obtidos com a utilização de equipamento de dimensões reduzidas. A força de arrancamento foi aplicada por uma máquina universal com capacidade máxima de 30kN, dotada de instrumentação que permitiu registrar a força de arrancamento e o deslocamento da geogrelha em relação ao solo envolvente. Além disto, o ensaio foi instrumentado com uma célula de tensão total instalada no nível da inclusão. A grande vantagem deste equipamento é o pequeno volume de solo utilizado, resultando em um ensaio mais rápido e econômico, proporcionando um controle maior do teor de umidade e do grau de compactação do solo. Considerando que uma grande parte do estado de São Paulo é coberto por solos de granulometria fina, esse equipamento passa a ser uma excelente alternativa para obtenção dos parâmetros de ensaios de arrancamento necessários ao desenvolvimento de projetos em solo reforçado. Para averiguar a possibilidade de uso do ensaio de pequeno porte, nestas condições, para substituir uso das caixas de grandes dimensões foram inicialmente realizadas comparações, através do coeficiente de interação, entre os resultados obtidos através desses dois tipos de ensaios. Os resultados obtidos mostraram que, para as condições de ensaio empregadas utilizando solos com 100% passando na peneira de abertura 2mm e geogrelhas de abertura de malha aproximadamente de 20mm, a resposta do equipamento, se comparada à de ensaios de grandes dimensões, foi excelente. Isto permitiu que se procedesse a uma ampla análise paramétrica, de cunho experimental, em que se variou a velocidade de ensaio, a tensão confinante, as dimensões das amostras de geogrelha, o tipo de solo e a geogrelha, com o intuído de cobrir diferentes situações possíveis de se encontrar nos projetos de engenharia. O trabalho apresenta os principais resultados desta análise / This work presents results of geogrid pullout tests conducted using small scale equipment. The pullout load was applied using a universal load frame, with a maximum capacity of 30kN, capable of recording the pullout load and front displacement. In addition, the test was instrumented with an earth pressure cell installed at the level of the geogrid inclusion. The primary advantage of this equipment is the small volume of soil used in test preparation, resulting in reduced testing time, greater control of the water content and degree of compaction, and significant reduction in overall testing costs. Furthermore, a significant area of the state of Sao Paulo in Brazil is covered by fine grained soils which could be tested according to its pullout behavior using the proposed equipment. To investigate the feasibility of the small scale test facility, comparisons were made between the coefficient of interaction obtained from tests of small and large dimensions. The results show that for the tested materials there were no differences between pull out parameters from both equipment. Additionally it was investigated the effects of testing speed, confining pressure, sample dimensions, and soil and geogrid materials. Results of these tests are presented and discussed

Este trabalho apresenta resultados de ensaios de arrancamento de geogrelha, obtidos com a utilização de equipamento de dimensões reduzidas. A força de arrancamento foi aplicada por uma máquina universal com capacidade máxima de 30kN, dotada de instrumentação que permitiu registrar a força de arrancamento e o deslocamento da geogrelha em relação ao solo envolvente. Além disto, o ensaio foi instrumentado com uma célula de tensão total instalada no nível da inclusão. A grande vantagem deste equipamento é o pequeno volume de solo utilizado, resultando em um ensaio mais rápido e econômico, proporcionando um controle maior do teor de umidade e do grau de compactação do solo. Considerando que uma grande parte do estado de São Paulo é coberto por solos de granulometria fina, esse equipamento passa a ser uma excelente alternativa para obtenção dos parâmetros de ensaios de arrancamento necessários ao desenvolvimento de projetos em solo reforçado. Para averiguar a possibilidade de uso do ensaio de pequeno porte, nestas condições, para substituir uso das caixas de grandes dimensões foram inicialmente realizadas comparações, através do coeficiente de interação, entre os resultados obtidos através desses dois tipos de ensaios. Os resultados obtidos mostraram que, para as condições de ensaio empregadas utilizando solos com 100% passando na peneira de abertura 2mm e geogrelhas de abertura de malha aproximadamente de 20mm, a resposta do equipamento, se comparada à de ensaios de grandes dimensões, foi excelente. Isto permitiu que se procedesse a uma ampla análise paramétrica, de cunho experimental, em que se variou a velocidade de ensaio, a tensão confinante, as dimensões das amostras de geogrelha, o tipo de solo e a geogrelha, com o intuído de cobrir diferentes situações possíveis de se encontrar nos projetos de engenharia. O trabalho apresenta os principais resultados desta análise / This work presents results of geogrid pullout tests conducted using small scale equipment. The pullout load was applied using a universal load frame, with a maximum capacity of 30kN, capable of recording the pullout load and front displacement. In addition, the test was instrumented with an earth pressure cell installed at the level of the geogrid inclusion. The primary advantage of this equipment is the small volume of soil used in test preparation, resulting in reduced testing time, greater control of the water content and degree of compaction, and significant reduction in overall testing costs. Furthermore, a significant area of the state of Sao Paulo in Brazil is covered by fine grained soils which could be tested according to its pullout behavior using the proposed equipment. To investigate the feasibility of the small scale test facility, comparisons were made between the coefficient of interaction obtained from tests of small and large dimensions. The results show that for the tested materials there were no differences between pull out parameters from both equipment. Additionally it was investigated the effects of testing speed, confining pressure, sample dimensions, and soil and geogrid materials. Results of these tests are presented and discussed

O melhor comportamento de uma estrutura de solo reforçado com geossintéticos não depende só da elevada resistência à tração da inclusão, mas também da sua rigidez e do nível de carregamento sob o qual a estrutura está submetida. Dessa maneira, a interação entre o reforço e as respectivas camadas de solo ao seu redor torna-se de grande importância, pois a mobilização cisalhante combina a deformação da interface solo-reforço e o alongamento do geossintético. Sendo que a melhor forma de avaliar a interação entre o solo e a geogrelha é por meio de ensaios de arrancamento, pensa-se na realização de ensaios de arrancamento cíclico para analisar a interação dinâmica entre o solo e a inclusão quando certas estruturas são submetidas a esse tipo de solicitação. Por causa disso, o objetivo principal deste trabalho é analisar o efeito produzido por carregamentos monotônicos e cíclicos de interface numa geogrelha biaxial de polipropileno, quando inserida na interface de um solo argiloso e um solo arenoso sob diferentes tensões de confinamento. Para isso, são utilizados os equipamentos de pequenas e grandes dimensões do Laboratório de Geossintéticos da EESC-USP, visando avaliar a sua relação e a viabilidade de uso do equipamento de pequenas dimensões. Inicialmente foram realizados ensaios de arrancamento monotônico em ambos os equipamentos sob tensões de confinamento de 25, 50 e 100 kPa, sendo que as resistências obtidas com as tensões de 25 e 100 kPa permitiram definir as amplitudes do carregamento cíclico correspondentes ao 20% de tais valores. Adicionalmente, após a aplicação dos 10.000 ciclos de carga correspondentes à capacidade do equipamento, foi aplicado novamente um carregamento monotônico com o intuito de determinar o efeito do carregamento dinâmico na resistência ao arrancamento e assim poder realizar as respectivas comparações com os valores iniciais. Com base nos resultados obtidos, foi possível observar a diferença no grau de confinamento entre ambos os equipamentos, sendo maior no de grandes dimensões por causa da melhor distribuição das tensões sobre a área ocupada pela geogrelha. Adicionalmente, o grau de confinamento em ambos os equipamentos também influenciou a diferença no efeito do carregamento dinâmico, sendo de desconfinamento no de grandes dimensões e de densificação no de pequenas dimensões. / The best behavior of a reinforced soil structure with geosynthetics not only depends on the high tensile strength of the inclusion, but also on its rigidity and the loading level in which the structure is subjected. Thus, the interaction between the reinforcement and the respective layers of soil around, becomes very important because the shear mobilization combines the deformation of the soil-reinforcement interface and the lengthening of the geosynthetic. Since the best way to assess the soil-geogrid interaction is through pullout tests, it is thought in performing cyclic pullout tests to examine the dynamic soil-inclusion interaction when some structures are submitted to that kind of loads. Because of that, the main objective of this work is to analize the effect that is produced by monotonic and cyclic interface loading on a biaxial polypropylene geogrid, when it is inserted into the interface of a clayey soil and a sandy soil under different confinement stresses. For that, the small and large dimensions equipments of the Geosynthetics Laboratory at EESC-USP are used, looking to evaluate their relationship and the feasibility of using a small dimensions equipment. Initially, they were performed monotonic pullout tests in both equipments under confinement stresses of 25, 50 and 100 kPa, wherein the pullout strengths obtained with 25 and 100 kPa allowed the definition of the load cyclic amplitudes, which corresponded to 20% of such values. Additionally, after applying 10.000 load cycles, corresponding to the capacity of the equipment, it was applied a monotonic loading in order to determine the dynamic loading effect on pullout strength, being useful to compare such values with the initial response. Based on the obtained results, it was possible to observe the difference in the confinement degree between both equipments, being higher in the large one because of the better stress distribution on the geogrid area. Aditionally, the confinement degree in both equipments also influenced the difference in the dynamic loading effect, being deconfinement in the soil-geogrid interface of the large one and densification in the other one.

O melhor comportamento de uma estrutura de solo reforçado com geossintéticos não depende só da elevada resistência à tração da inclusão, mas também da sua rigidez e do nível de carregamento sob o qual a estrutura está submetida. Dessa maneira, a interação entre o reforço e as respectivas camadas de solo ao seu redor torna-se de grande importância, pois a mobilização cisalhante combina a deformação da interface solo-reforço e o alongamento do geossintético. Sendo que a melhor forma de avaliar a interação entre o solo e a geogrelha é por meio de ensaios de arrancamento, pensa-se na realização de ensaios de arrancamento cíclico para analisar a interação dinâmica entre o solo e a inclusão quando certas estruturas são submetidas a esse tipo de solicitação. Por causa disso, o objetivo principal deste trabalho é analisar o efeito produzido por carregamentos monotônicos e cíclicos de interface numa geogrelha biaxial de polipropileno, quando inserida na interface de um solo argiloso e um solo arenoso sob diferentes tensões de confinamento. Para isso, são utilizados os equipamentos de pequenas e grandes dimensões do Laboratório de Geossintéticos da EESC-USP, visando avaliar a sua relação e a viabilidade de uso do equipamento de pequenas dimensões. Inicialmente foram realizados ensaios de arrancamento monotônico em ambos os equipamentos sob tensões de confinamento de 25, 50 e 100 kPa, sendo que as resistências obtidas com as tensões de 25 e 100 kPa permitiram definir as amplitudes do carregamento cíclico correspondentes ao 20% de tais valores. Adicionalmente, após a aplicação dos 10.000 ciclos de carga correspondentes à capacidade do equipamento, foi aplicado novamente um carregamento monotônico com o intuito de determinar o efeito do carregamento dinâmico na resistência ao arrancamento e assim poder realizar as respectivas comparações com os valores iniciais. Com base nos resultados obtidos, foi possível observar a diferença no grau de confinamento entre ambos os equipamentos, sendo maior no de grandes dimensões por causa da melhor distribuição das tensões sobre a área ocupada pela geogrelha. Adicionalmente, o grau de confinamento em ambos os equipamentos também influenciou a diferença no efeito do carregamento dinâmico, sendo de desconfinamento no de grandes dimensões e de densificação no de pequenas dimensões. / The best behavior of a reinforced soil structure with geosynthetics not only depends on the high tensile strength of the inclusion, but also on its rigidity and the loading level in which the structure is subjected. Thus, the interaction between the reinforcement and the respective layers of soil around, becomes very important because the shear mobilization combines the deformation of the soil-reinforcement interface and the lengthening of the geosynthetic. Since the best way to assess the soil-geogrid interaction is through pullout tests, it is thought in performing cyclic pullout tests to examine the dynamic soil-inclusion interaction when some structures are submitted to that kind of loads. Because of that, the main objective of this work is to analize the effect that is produced by monotonic and cyclic interface loading on a biaxial polypropylene geogrid, when it is inserted into the interface of a clayey soil and a sandy soil under different confinement stresses. For that, the small and large dimensions equipments of the Geosynthetics Laboratory at EESC-USP are used, looking to evaluate their relationship and the feasibility of using a small dimensions equipment. Initially, they were performed monotonic pullout tests in both equipments under confinement stresses of 25, 50 and 100 kPa, wherein the pullout strengths obtained with 25 and 100 kPa allowed the definition of the load cyclic amplitudes, which corresponded to 20% of such values. Additionally, after applying 10.000 load cycles, corresponding to the capacity of the equipment, it was applied a monotonic loading in order to determine the dynamic loading effect on pullout strength, being useful to compare such values with the initial response. Based on the obtained results, it was possible to observe the difference in the confinement degree between both equipments, being higher in the large one because of the better stress distribution on the geogrid area. Aditionally, the confinement degree in both equipments also influenced the difference in the dynamic loading effect, being deconfinement in the soil-geogrid interface of the large one and densification in the other one.