Investigação do comportamento mecânico de um solo naturalmente estruturado

Abstract

O solo residual de arenito Botucatu tem sido objeto de pesquisa na UFRGS devido à sua estrutura natural remanescente, com feições bem definidas da rocha de origem tais como a estratificação que intercala bandas escuras com bandas claras. Esta estrutura confere ao solo propriedades diferenciadas de comportamento, como excelente estabilidade em cortes. Consiste, portanto, em um solo estruturado, pertencendo a uma classe de materiais que não podem ter seu comportamento descrito pela aplicação exclusiva dos conceitos clássicos da mecânica dos solos, e também não se classificam como rocha. São materiais que têm sido objeto de pesquisa principalmente a partir da última década. Nesta tese, o comportamento mecânico deste solo foi investigado através de ensaios de compressão unidimensional, ensaios triaxiais, ensaios pressiométricos e ensaios dinâmicos. Foram realizados ensaios de compressão unidimensional e triaxiais convencionais em amostras naturais, reconstituídas e artificialmente cimentadas. Ensaios triaxiais seguindo trajetórias de tensões não convencionais foram realizados em amostras naturais. Foram ainda realizadas análises por microscopia ótica e eletrôrúca. Foi dada ênfase aos aspectos de compressibilidade e rigidez, tendo sido também analisado o comportamento na ruptma por cisalharnento. Nos ensaios de compressão unidimensional realizados em amostras reconstituídas foi verificado que o comportamento deste solo não pode ser associado nem ao comportamento clássico de argilas, nem ao comportamento de areias. As diferenças observadas foram associadas à granulometria do solo estudado. Quanto ao solo natural, concluiu-se, com base nos ensaios triaxiais, pressiométricos e dinâminos, que o material apresenta caracteristicas anisotrópicas que definem seu comportamento para baixos níveis de deformação. Outros aspectos de comportamento identificados revelaram que este material não se enquadra no padrão descrito por Leroueil & Vaughan ( 1990) para solos estruturados. O comportamento observado foi relacionado à microestrutura identificada nas análises por microscopia ótica e eletrôrúca.

The residual soil o f Botucatu sandstone bas been studied at UFRGS due to its natural structure, which shows well defined traces of the parent rode, such as altemate white and dark bands resulting from the strati.fication. This natural structure brings particular engineering properties to the soil, such as its excellent slope stability. This soil consist, therefore, of a structmed soil, inserted in a class of materials that cannot have their behaviour explained by the direct application of soil mechanics classical concepts, and that cannot be denoted as rock, too. The research on the behaviour of 1hese materiais has been perfonned mainly in 1he 1ast decade. In this thesis, the mechanical behaviour of 1he residual soil of Botucatu sandstone was investigated by oedometer, triaxial, pressuremeter and dynamics tests. Oedometer and triaxial tests were performed on naturaL reconstituted and artificially cemented samples. Triaxial tests following nonconventional stress paths were conducted on natural samples. Optical and electronic microscopic analyses were also conducted on both natmal and reconstituted samples. Aspects o f the behaviour o f this soil relative to its compressibility and stiffiJ.ess are discussed in this thesis with major emphasis, but some observations are also made about strength characteristics. The ontXlimensional compression tests on reconstituted samples showed some differences in relation to the expected classical pattem; it could not be associated to the behaviour of sands, nor to the behaviour of clays. These differences were associated to the granulometric characteristics of the Botucatu residual soil. Based on results of triaxial, pressuremeter and dynamic tests, it was concluded that the natural soil has anisotropic stiffiJ.ess characteristics that define its behaviour at small strains. Some aspects o f the behaviour o f the natural samples indicate that this soil has important differences in relation to the well-established model descnOOd by Leroueil & Vaughan (1990) for structmed soils and soft rocks. These differences were associated to the natural microstructure identified by the microscopic analyses.