Caracterização no "hollow cylinder apparatus" do comportamento cíclico da Areia de Hostun

Abstract

A Universidade de Coimbra tem vindo a desenvolver trabalho experimental de caracterização do comportamento mecânico de diversas areias, entre as quais a areia de Hostun, uma areia francesa muito utilizada em estudos relacionados com os fenómenos resultantes de problemas de liquefação por ser considerada um solo bastante representativo do comportamento da areia genérico. A presente dissertação tem como principal objetivo comparar os resultados obtidos através dos ensaios realizados no HCA sobre a areia de Hostun com investigações de outros autores para o mesmo material resultantes da realização de ensaios realizados em equipamentos triaxiais convencionais, nomeadamente as investigações realizadas na Universidade de Coimbra. Para tal, realizaram-se ensaios de torção em amostras soltas, seis ensaios monotónicos e três ensaios cíclicos, com tensões efetivas de 100 kPa e 200 kPa utilizando o Hollow Cylinder Apparatus (HCA) para caracterizar o comportamento tensão-deformação desta areia tanto em condições drenadas como não drenadas. Este equipamento permite não só caracterizar a resposta da areia no domínio das pequenas deformações, mas também aplicar trajetórias de tensões pouco convencionais. Na primeira fase do trabalho elaborado insere-se a uniformização de um processo de preparação de amostras obtidas por via da deposição gravitacional por via seca. Esta descrição é complementada com a apresentação do processo utilizado para a execução de ensaios no HCA, desde a fase de preparação da amostra até à fase de corte. Os dados obtidos do trabalho laboratorial concretizado resultam de ensaios sobre amostras cilíndricas ocas com uma densidade relativa de 40% e cujas dimensões são 60Di:100Do:200H (mm), utilizando instrumentação local e global previamente calibrada para permitir um melhor conhecimento da resposta da areia. Dos resultados obtidos, observou-se que as amostras sob condições drenadas sujeitas ao corte monotónico apresentaram um comportamento contrativo na fase inicial do ensaio, passando a dilatar, concluindo-se que a amostra atingiu o estado de transformação de fase. As amostras não drenadas sobre as mesmas condições também atingiram o estado de transformação de fase, dado que se pode observar a existência de uma tensão efetiva mínima. Dos ensaios cíclicos depreendeu-se que a amostra de areia quando sujeita a um carregamento cíclico sob condições não drenadas apresenta uma degradação de rigidez ao longo de cada ciclo. Já no ensaio cíclico drenado ocorre um aumento da rigidez derivado do adensamento da amostra a cada ciclo

The Geotechnical Laboratory of University of Coimbra has been developing experimental work on the characterization of the response of different sands, including a wide range of triaxial testing on Hostun sand. Hostun sand is a french sand that has been used in various studies related with liquefaction because it represents the typical behaviour of sands. To complement the characterization of the behaviour of Hostun sand monotonic and cyclic tests were performed to analyse the characteristics of the stress-strain behaviour of this sand in drained and undrained tests carried out in a Hollow Cylinder Apparatus, HCA. This equipment allows not only to characterize the sand response in the small range of deformations, but also to apply unconventional stress paths.The first stage of the research refers to the laboratory work performed to obtain uniform air-pluviated samples. In the present dissertation the process used for the execution of HCA tests is presented, from the sample preparation stage to the shear stage. The data collected from the laboratory work resulted from torsional tests on hollow cylindrical samples whose dimensions are 60Di:100Do:200H (mm) with 40% of relative density, using local and global instrumentation previously calibrated to allow a better evaluation of the sand’s response. From the results obtained, it can be concluded that the monotonic tests in samples under drained conditions contract during the initial stage of the test. As the samples reach the phase-transformation state, they start to dilate. The undrained samples under the same conditions also reached the phase-transformation state, which is defined when the path reaches a minimum effective stress. When a sand sample is subjected to a cyclic loading under undrained conditions, the small strain stiffness decreases significantly in each cycle. However, when subjected to a cyclic loading under drained conditions it shows an increment of the small strain stiffness that can be explained by the consolidation of the sample in each cycle.