Automação de equipamento triaxial visando o estudo de solos tropicais cimentados

O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um equipamento de ensaios triaxiais, com aquisição automática de dados e controle automático de trajetórias de tensões, e resultados de ensaios utilizando este equipamento. Medidores locais de deformaçòes axial e radial foram utilizados viabilizando a análise do comportamento de solos a baixos níveis de deformações. O equipamento foi construído com componentes já existentes e elementos de baixo custo. Um programa de controle foi desenvolvido para controlar tanto trajetórias lineares de tensões como a trajetória de deformação radial nula. O sistema foi desenvolvido visando o estudo de solos tropicais cimentados, tendo sido utilizado na execução de ensaios triaxiais em um solo residual regional de arenito - arenito Botucatu. Os resultados evidenciam a adequabilidade do sistema construído ao estudo proposto tornando possível a determinação de importantes características de comportamento deste solo.

Stress tests of ODP Site 131-808 sediments

Sediments undergoing accretion in trench-forearc systems are subjected to conditions of large lateral thrusting. This stress regime controls the mechanism of faulting as well as the yield and strength properties of the sediment. Understanding them is therefore crucial for the construction of quantitative models of sediment dynamics in convergent margin settings. For this purpose triaxial and oedometer tests were performed on six whole-round core samples recovered from Site 808 from depths between 173 and 705 mbsf. Samples from five depth intervals were subjected to a triaxial test program that was primarily designed to define yield and strength behavior. Test specimens were cut parallel and normal to the core axis. Additional five oedometer tests with similarly prepared specimens were performed on samples from four depth intervals to evaluate the directional state and degree of sediment compaction. Test results show that the degree of sediment compaction is higher than expected from overburden. This overcompaction increases with depth. A well-developed mechanical anisotropy is evident in all samples tested, regardless of their depth and lithology. Values of yield limit, stiffness, and shear strength are up to 40% higher in the horizontal direction compared to the vertical direction. In addition the test data demonstrate that the axis of the volumetric yield loci have rotated into extensional stress field. This verifies that the mechanical state of sediment in the accretionary wedge is controlled by in-situ stress conditions of extensional nature. The coefficients of lateral stress inferred suggest that the extensional stress regime becomes increasingly effective with depth.

Laboratory evaluation of recycled construction and demolition waste for pavements

The wide production of construction and demolition waste and its illegal deposition are serious current problems in Brazil. This research proposes to evaluate the feasibility of using aggregate from recycled construction and demolition waste (RCDW) in pavement applications. A laboratory program was conducted by geotechnical characterization, bearing capacity and repeated load triaxial tests. The results show that the composition and the compactive effort influence on the physical characteristics of the RCDW aggregate. The compaction process has promoted a partial crushing and breakage of RCDW particles, changing the grain-size distribution and increasing the percentage of cubic grains. This physical change contributes to a better densification of the RCDW aggregate and consequently an improvement in bearing capacity, resilient modulus and resistance to permanent deformation. The results have shown that the RCDW aggregate may be utilized as coarse base and sub-base layer for low-volume roads. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Caracterização mecânica de misturas betuminosas a aplicar em infra-estruturas de transportes

A maioria das infra-estruturas de transportes, nomeadamente os pavimentos rodoviários e aeroportuários, são constituídas por misturas betuminosas, o que permite um bom desempenho e uma adequada durabilidade, nas condições usuais de serviço. As misturas betuminosas são ainda amplamente utilizadas na construção de zonas de estacionamento de veículos, tendo-se verificado recentemente a sua aplicação também em infra-estruturas ferroviárias. Face à necessidade de melhorar o desempenho das vias-férreas, permitindo uma concepção mais durável de linhas de alta velocidade e uma redução dos custos da sua manutenção, tem-se vindo a desenvolver diversos estudos para promover a utilização de novos materiais, principalmente através da incorporação de misturas betuminosas. O presente trabalho tem como objectivo a caracterização do comportamento mecânico de misturas betuminosas a aplicar em infra-estruturas de transportes. Como metodologia para o estudo do comportamento mecânico das misturas betuminosas foram realizados em laboratório ensaios de cargas repetidas, nomeadamente, ensaios de flexão em quatro pontos para determinação da rigidez e da resistência à fadiga e ensaios de compressão triaxiais cíclicos para avaliação do comportamento à deformação permanente. A resistência à fadiga das misturas betuminosas em estudo foi avaliada através do ensaio de flexão em quatro pontos, com extensão controlada, e aplicação de um carregamento sinusoidal com diferentes frequências, de acordo com o procedimento de ensaio da norma europeia EN 12697-24 (2004 + A1: 2007). A resistência à deformação permanente das misturas betuminosas foi analisada através de ensaios de compressão triaxiais cíclicos, submetendo-as a uma tensão de confinamento estática pela aplicação parcial de vácuo e a uma pressão axial cíclica sob a forma rectangular, de acordo com a norma europeia EN 12697-25 (2004). O conhecimento destas propriedades mecânicas assume particular importância ao nível da formulação das misturas betuminosas, do dimensionamento de uma estrutura ou do estabelecimento de uma adequada solução para uma obra de reabilitação duma infra-estrutura de transportes. Para este estudo foi utilizado um modelo físico construído numa fossa no LNEC, com o propósito de serem testadas três substruturas ferroviárias não convencionais, utilizando sub-balastro betuminoso. A selecção das substruturas foi efectuada após uma análise de várias secções de estruturas já testadas e aplicadas noutros países, de forma a proporcionar comparações fiáveis entre elas. Os resultados obtidos mostraram que a mistura betuminosa AC20 base 50/70 (MB) aplicada na camada de sub-balastro é adequada para ser aplicada nas infra-estruturas de transportes pois apresenta um bom desempenho à fadiga e à deformação permanente. Através dos ensaios efectuados foi ainda possível entender a importante influência das características volumétricas, principalmente da porosidade para o bom comportamento da mistura betuminosa.

Assessment of the mechanical performance of recycled unbound materials for pavement subbase layers

The cyclic load triaxial test is a laboratory test that allows studying the mechanical behaviour of unbound granular materials used in base/subbase layers of road pavements. The resilient modulus and permanent strains are required as inputs in structural pavement design. This paper presents some results obtained for recycled materials (crushed concrete aggregate and blended crushed waste aggregate), with a view to promoting their use in pavement structures. Results relating to a reference material (limestone) are also presented, for comparison. All the test results discussed in this paper were obtained in variable cyclic radial pressure (VCP) tests. The tests performed (VCP) aim to study the influence of water content on the resilient modulus of recycled materials, as well as on the resistance to permanent deformation. Using the experimental data as a basis, further modelling work was carried out to establish the stresses developing in base/capping layers in typical Belgian road pavements. These numerical results allow to propose some simplifications of the stress paths applied in the testing procedures and to establish a new test protocol that also considers compaction during construction works. The results of this research work provide an excellent set of findings for the mechanical characterization of unbound base materials through the cyclic triaxial test, and contribute to a better understanding and correct application of recycled materials under geotechnical engineering background

MEPDG Work Plan Task No. 5: Characterization of Unbound Materials (Soils/Aggregates) for Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide, 2009

The resilient modulus (MR) input parameters in the Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide (MEPDG) program have a significant effect on the projected pavement performance. The MEPDG program uses three different levels of inputs depending on the desired level of accuracy. The primary objective of this research was to develop a laboratory testing program utilizing the Iowa DOT servo-hydraulic machine system for evaluating typical Iowa unbound materials and to establish a database of input values for MEPDG analysis. This was achieved by carrying out a detailed laboratory testing program designed in accordance with the AASHTO T307 resilient modulus test protocol using common Iowa unbound materials. The program included laboratory tests to characterize basic physical properties of the unbound materials, specimen preparation and repeated load triaxial tests to determine the resilient modulus. The MEPDG resilient modulus input parameter library for Iowa typical unbound pavement materials was established from the repeated load triaxial MR test results. This library includes the non-linear, stress-dependent resilient modulus model coefficients values for level 1 analysis, the unbound material properties values correlated to resilient modulus for level 2 analysis, and the typical resilient modulus values for level 3 analysis. The resilient modulus input parameters library can be utilized when designing low volume roads in the absence of any basic soil testing. Based on the results of this study, the use of level 2 analysis for MEPDG resilient modulus input is recommended since the repeated load triaxial test for level 1 analysis is complicated, time consuming, expensive, and requires sophisticated equipment and skilled operators.

Granular Base Materials for Flexible Pavements, HR-131, 1970

The coefficients of relative strength (CORS) of base courses for use in the American association state highway officials (AASHO) interim guide for the design of flexible pavements are determined here. Based on (1) volumetric strain--axial strain relationships at minimum volume, and (2) effective stress ratio-cohesion relationships at maximum effective stress ratio, CORS were determined from the results of laboratory triaxial tests on both asphalt-treated and untreated aggregate base course materials. The researchers conclude that volumetric strain-axial strain at minimum volume appear to be appropriate parameters for determining CORS.

Waste plastic as a stabilizing additive in Stone Mastic Asphalt

The present study investigates the benefits of stabilizing the stone mastic asphalt (SMA) mixture in flexible pavement with shredded waste plastic. Conventional (without plastic) and the stabilized SMA mixtures were subjected to performance tests including Marshall Stability, tensile strength and compressive strength tests. Triaxial tests were also conducted with varying percentage bitumen by weight of mineral aggregate (6% to 8%) and by varying percentage plastic by weight of mix (6% to 12% with an increment of 1%). Plastic content of 10% by weight of bitumen is recommended for the improvement of the performance of Stone Mastic Asphalt mixtures. 10% plastic content gives an increase in the stability, split tensile strength and compressive strength of about 64%, 18% and 75% respectively compared to the conventional SMA mix. Triaxial test results show a 44% increase in cohesion and 3% decrease in angle of shearing resistance showing an increase in the shear strength. The drain down value decreases with an increase in plastic content and the value is only 0.09 % at 10% plastic content and proves to be an effective stabilizing additive in SMA mixtures

Análise numérica e experimental do comportamento de fundações superficiais assentes em solo melhorado

O presente trabalho tem como objetivo estudar o comportamento de camadas superficiais de solo melhorado como base de fundações superficiais. Nesta pesquisa foram realizados ensaios de placa de 30 cm de diâmetro sobre camadas de solo residual compactado e de solo tratado com cimento (teor de 5% de cimento), ambas com 60 cm de espessura. O programa experimental também incluiu a retirada de amostras de campo das camadas de solo melhorado para a execução de ensaios triaxiais drenados (CID) com medida interna de deformações, a fim de obter parâmetros constitutivos para a realização de simulações numéricas. Uma comparação entre os resultados dos ensaios triaxiais com amostras retiradas em campo e moldadas em laboratório (Rohlfes Junior, 1996) é apresentada. A diferença entre os resultados dos ensaios triaxiais com amostras de campo e laboratório foi significativa para o caso das amostras de solo melhorado com cimento, tal fato é atribuído principalmente a dificuldade de mistura em campo. O Método dos Elementos Finitos foi utilizado para simular o comportamento carga x recalque das placas assentes sobre camadas de solo melhorado. O modelo Pseudo-Elástico Não Linear (Hiperbólico) foi empregado na análise numérica para modelar o comportamento dos novos materiais. Os resultados dos ensaios de placa sobre camadas de solo melhorado demonstraram que houve um aumento significativo da capacidade de suporte, além de uma redução considerável dos recalques, quando comparados ao comportamento carga x recalque do solo natural (Cudmani, 1994). A analise do comportamento de fundações superficiais assentes em solos estratificados, através de simulações numéricas, demonstrou ser eficiente para a previsão do comportamento carga x recalque das mesmas.

Estudo do comportamento de um solo residual melhorado atraves de tecnicas mecanicas e fisico-quimicas e sua aplicacao a analise de fundacoes superficiais

O presente trabalho tem como objetivo estudar o comportamento de um solo residual melhorado através do uso de técnicas mecânicas de compactação e da adição de cimento. Complementarmente foram realizadas análises numéricas destes materiais tratados quando utilizados como base de fundações superficiais. O programa experimental incluiu a retirada de amostras intactas e de material amolgado para a execução de ensaios triaxiais saturados drenados com medida interna de deformações, a fim de estudar o comportamento do solo natural e do solo tratado, quer por compactação, quer por adição de cimento e compactação. Além disto, tais ensaios são determinantes na obtenção de parâmetros constitutivos para a realização de simulações numéricas. O Método dos Elementos Finitos foi utilizado para simular o comportamento carga versus recalque de placas assentes sobre o solo natural e sobre camadas de solo melhorado. O modelo Hiperbólico foi empregado na análise numérica para modelar o comportamento tensãodeformação dos materiais. Os resultados das simulações dos ensaios de placa sobre camadas de solo melhorado demonstraram que houve um aumento significativo da capacidade de suporte, além de uma redução considerável dos recalques, quando comparados ao comportamento do solo natural.

Plastificação de um solo cimentado curado sob tensão

A fim de avaliar a contribuição das ligações cimentantes no comportamento tensão-deformação dos solos cimentados, bem como quantificar a variação das tensões de início de plastificação e incremento de tensão de plastificação em função do índice de vazios de cura, foram realizados dezoito ensaios de compressão isotrópica em amostras artificialmente cimentadas curadas com diferentes tensões confinantes, índices de vazios e teores de cimento. As amostras foram inicialmente adensadas a várias tensões confinantes ao longo da linha de compressão normal do solo sem cimentação, simulando a formação de elementos de solos em diferentes profundidades de um depósito sedimentar cimentado. Após o adensamento, as amostras eram curadas para posterior aplicação de incrementos de tensão isotrópica. Complementarmente, dezenove ensaios triaxiais drenados foram realizados em amostras artificialmente cimentadas curadas sob diferentes tensões confinantes e índices de vazios de forma a analisar as modificações dos parâmetros de resistência, deformabilidade e plastificação em função do índice de vazios e tensão de cura. Por final, um novo modelo matemático foi proposto para simular os ensaios isotrópicos das amostras curadas com diferentes índices de vazios e teores de cura, descrevendo o comportamento teórico dos elementos de solo situados nas diferentes profundidades do depósito fictício de solo cimentado. A capacidade do modelo de simular os resultados dos ensaios isotrópicos para uma gama ampla de índice de vazios de cura e teores de cimento também foi apresentada. Comentários acerca das respostas obtidas com simulações de amostras curadas a altos e baixos índices de vazios, e solicitadas a elevadas tensões isotrópicas, também são apresentadas juntamente com uma análise dos três parâmetros adicionais requeridos pelo modelo em relação ao modelo Cam Clay: um parâmetro de medida de nível de cimentação, um parâmetro definidor do tipo de comportamento da estrutura cimentante (rígido, rígido-plástico, linear, etc.), e um parâmetro que relaciona a magnitude das tensões da estrutura cimentante com o nível de cimentação da amostra.

Resistência ao cisalhamento de solos não saturados : análise experimental e teórica

Um equipamento triaxial convencional originalmente utilizado para ensaios em amostras de solos saturados saturada foi modificado para que fosse possível a realização de ensaios triaxiais em solos não saturados. As principais modificações foram a instalação de uma pedra cerâmica de alto valor de entrada de ar (300 kPa) na nova base da câmara triaxial e uma nova linha de aplicação de pressão para aplicação de pressão de ar na amostra. A técnica de translação de eixos é utilizada para evitar cavitação no sistema de aplicação de pressão. O solo estudado nesta pesquisa consiste de um colúvio de arenito localizado nas encostas da Formação Serra Geral, entre os municípios de Timbé do Sul (SC) e São José dos Ausentes (RS). Ensaios triaxiais convencionais foram realizados nas condições drenado e não drenado em amostras indeformadas para tensões de confinamento iniciais variando de 50 até 500 kPa; ensaios triaxiais convencionais foram realizados na condição drenada em amostras remoldadas para as tensões de confinamento iniciais de 50, 100 e 200kPa. Ensaios triaxiais com sucção controlada foram realizados na condição drenado em amostras indeformadas para as tensões normais líquidas de 50, 100, 150 e 200 kPa em níveis de sucção variando de 25 até 150 kPa. A partir dos resultados dos ensaios triaxiais determinou-se os parâmetros de resistência ao cisalhamento: c’ – intercepto coesivo efetivo; f´ - ângulo de atrito interno efetivo; fb – ângulo de atrito interno que quantifica a contribuição da sucção na resistência ao cisalhamento. O comportamento encontrado foi de uma envoltória de resistência ao cisalhamento não saturada bilinear com acréscimo na resistência ao cisalhamento para baixos níveis de sucção até aproximadamente 75 kPa, e após um decréscimo na resistência ao cisalhamento. A tensão normal líquida não influencia no valor de fb e a sucção não provoca alteração no valor de f´. O valor de fb apresenta valores superiores ao valor de f´, quando se utiliza o critério de ruptura clássico de resistência ao cisalhamento. Alguns critérios de determinação dos valores máximos de ruptura foram aplicados para um melhor entendimento do comportamento resistente deste material.

Estudo do comportamento mecânico de areias artificialmente cimentadas

Soil improved with the addition of cement have been utilized as an alternative to the construction of various types of geotechnical works, almost always present economic and environmental advantages. This paper presents a study on the usage of cement in the improvement of mechanical properties of sandy soils, characteristic of the region of Natal, collected from its dunes. This research was made in order to analyze the influence of cement content, voids, and also including water immersion and confining pressure. Samples molded from cement-soil mixtures were tested for unconfined compression tests and triaxial tests. The samples had the percentage of cement mixed in 2.5%, 5% and 10% by weight. The cement agent used was the Portland Cement of High Early strength(CPV-ARI), which promoted agility to the experimental procedure for presenting a rapid gain in strenght. The void ratio used ranged from 0.7 (more compact), 0,9 and 1,1(softer). The soil under study can be considered as pure sand. In general, it can be stated that the larger the amount of cement added to the sand studied is, the greater ultimate strength will be. Likewise, as more compact the soil is, the less void ratio and more resistant it will be present. The confining pressure tends to increase the resistance of the specimens. The cementing adopted grades showed that the use of different criteria for failure did not significantly alter the stress-strain parameters for the sand studied. The angle of friction values were found within the typical range of medium and compact sands. Cementing acted in the sand providing an intercepted cohesion which increased enhancing the potential cementation. In triaxial compression tests, the sand with void ratio is equal to 0.7 and showed the expected behavior for a compact sand while the stress-strain behavior of the same sand with the void ratio of 0.9 tended to be expected for the soft sand as well

Influência da contaminação por cloreto de cobre na resistência de um solo arenoso compactado

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEB