Simulação numérica de solos moles através do ensaio de t-bar utilizando o método dos elementos discretos para aplicação em infraestrutura de transportes

Abstract

O estudo do comportamento dos solos é de grande relevância para a área de infraestrutura de transportes, uma vez que a interação solo-estrutura está constantemente presente em obras relacionadas aos diversos modais de transportes. Um dos grandes desafios desse estudo é a modelagem numérica de solos moles. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de simulações do ensaio de T-Bar utilizando uma ferramenta computacional baseada no Método dos Elementos Discretos (MED). É realizada uma revisão bibliográfica sobre o comportamento macroscópico de solos argilosos e das interações microscópicas entre suas partículas constituintes, destacando-se a relação entre um e outro. Cita-se o ensaio de T-Bar, ensaio de campo desenvolvido especificamente para a determinação da resistência ao cisalhamento não-drenado (Su) de solos moles. O Método dos Elementos Discretos é descrito e faz-se referência a aplicações desse método numérico em problemas de geotecnia. A ferramenta utilizada para as simulações realizadas neste trabalho é o software VISED, que utiliza o MED e foi desenvolvido no Instituto Militar de Engenharia. A abordagem numérica e as funcionalidades do programa são citadas. As simulações são desenvolvidas conferindo ao modelo a característica de coesividade, própria dos solos moles, por meio da utilização de forças de campo interagindo entre os elementos discretos de solo. São utilizadas quatro diferentes equações, uma não-linear e três lineares, baseadas no comportamento das forças microscópicas de interação entre as partículas de argila, para a determinação da força de campo de quatro modelos distintos. São executadas diversas séries de simulações do ensaio de T-Bar, para um determinado tipo de solo, com a finalidade de definir-se a influência de cada um dos parâmetros de entrada para cálculo das forças de campo sobre o valor de Su calculado. Os resultados dessas simulações são apresentados, mostrando a obtenção de perfis de Su calculado altamente compatíveis com valores médios de Su obtidos através de ensaios reais executados no solo estudado. Obtêm-se, ainda, relações qualitativas entre parâmetros das forças de campo e parâmetros geotécnicos usuais. ____________________________________________________________________________________

ABSTRACT: The study of soils behavior has great relevance to transport infrastructure, once the soilstructure interaction is constantly present in works related to the various transportation modes. Numerical modeling of soft soils is a major challenge is this area. This work presents the development of T-Bar test simulations using a computational tool based on the Discrete Element Method (DEM). A literature review is presented on the macroscopic behavior of clay soils and the microscopic interactions between its constituent particles, highlighting the relationship between them. A field test designed specifically to adress the undrained shear strength (Su) of soft soils, the so-called T-Bar test, is mentioned. The Discrete Element Method is described and a reference to this numerical method applications in geotechnical problems is made. The tool used for the simulations in this work is the VISED software, which uses DEM and was developed at the Military Institute of Engineering. The numerical approach and the features of the program are cited. The simulations are developed adopting the soft soils characteristic of cohesiveness for the models, through the use of field forces interacting between the soil discrete elements. Four different equations, one linear and three non-linear, are used to determine the field force of four different models. These equations are based on the microscopic behavior of interaction forces between clay particles. In order to define the influence of input parameters of the field force on the calculated Su, several series of T-Bar test simulations are performed for a given soil type. Their results shows the high compatibility between calculated Su profiles and mean values of Su obtained from actual tests. Qualitative relationships between field forces parameters and usual geotechnical parameters are also obtained.