Simulação do comportamento de um solo artificialmente estabilizado com o modelo Cam Clay estruturado modificado

Abstract

A execução de obras de Engenharia Civil (aterros, fundações, etc.) sobre solos moles requer frequentemente a melhoria do comportamento destes solos, os quais em geral exibem elevada deformabilidade e baixa resistência ao corte. Uma das técnicas de melhoramento consiste na mistura in situ do solo natural com ligantes formando colunas de solo estabilizado, técnica designada de deep mixing. A estabilização química induzida por esta técnica origina profundas alterações face ao solo não estabilizado, sendo essas alterações justificadas pela resistência da estrutura do solo. A simulação numérica do comportamento mecânico do solo quimicamente estabilizado com ligantes requer por isso a utilização de modelos constitutivos que incluam o efeito da estrutura deste novo material. A presente dissertação é elaborada com o propósito de simular o comportamento de solos estabilizados considerando o efeito da estrutura, para se analisar as características e os aspetos mais relevantes do seu comportamento, e visando a sua interpretação nos modelos constitutivos usados para o simular. Constata-se que as ligações cimentícias tem como objetivo unir os agregados de argilas, dando continuidade à fábrica, e que os efeitos da coesão, e o processo de desestruturação dessas ligações, representam as principais características a serem incorporadas em modelação constitutiva. O modelo Cam Clay Estruturado Modificado, é descrito e implementado numa análise de elementos finitos, para se simular o comportamento do solo mole do Baixo Mondego quimicamente estabilizado com ligante, tendo as suas potencialidades sido estudadas comparando os resultados numéricos com os obtidos nos ensaios triaxiais de corte não drenado e edométricos. Conclui-se que o modelo consegue captar com êxito a influência da estrutura na caracterização da compressibilidade, na relação tensão-deformação-resistência, e na evolução qualitativa das pressões intersticiais, embora se registem importantes discrepâncias em termos quantitativos

The execution of Civil Engineering projects (embankments, foundations, etc.) on soft soils requires frequently the improvement of the behavior in these soils, which generally present high deformability and low strength. One of the improvement techniques consists on the in situ mixture of the natural soil with cement, forming stabilized soil columns, a technique called deep mixing. The chemical stabilization induced by this technique induces profound alterations compared to the non-stabilized soil, alterations justified by the resistance of soil structure. The numerical simulation of chemically stabilized with aggregates soil's mechanical behavior requires therefore the use of constitutive models that include the effect of structure on this new material. This study is elaborated with the purpose of simulating stabilized soil behavior considering the structural effect, in order to analyse the most relevant characteristics and aspects of its behavior, and focusing on their interpretation in the constitutive models used to simulate. It is noted that the cement links have the objective of joining the clay aggregates, giving continuity to the fabric, and that the cohesion effects and the destructuring process of those links represent the main characteristics to be included on the constitutive modelation. The Cam Clay Structured Modified model is described and implemented in a finite element analysis context, to simulate the Baixo Mondego soft soil behavior, chemically stabilized with aggregates, having its potentialities been studied comparing the numerical results with the obtained on the undrained triaxial shear and edometric tests. It is concluded that the model can simulate the effect of structure into compressibility and stress-strain-strength behavior, as well as, in the qualitative evolution of pore water pressure, even though, quantitatively speaking, was different