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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2017.tde-20012017-155300
Document
Author
Full name
Rafael Ribeiro Plácido
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2016
Supervisor
Committee
Futai, Marcos Massao (President)
Correia, Natália de Souza
Ehrlich, Mauricio
Palmeira, Ennio Marques
Vilar, Orencio Monje
Title in Portuguese
Análises de campo e laboratório do comportamento ao longo do tempo de muros de solos tropicais finos reforçados com geossintéticos.
Keywords in Portuguese
Confinamento
Fluência
Geossintéticos
Muros
Relaxação
Solo tropical
Abstract in Portuguese
Este trabalho apresenta um estudo sobre o comportamento ao longo do tempo de estruturas em solos finos reforçados com geossintéticos. O programa de atividades desenvolvido para este fim compreendeu três etapas: leituras de deformações de uma estrutura real de solo reforçado com geossintéticos, ensaios de laboratório de fluência confinada e isolada e modelagens computacionais da obra de referência. A estrutura real foi monitorada em duas seções distintas, sendo uma delas construída em geotêxteis não tecidos e a outra em geotêxteis tecidos. As leituras de deformação foram realizadas por um período de quatro anos. As condições da obra real foram utilizadas como referência para o planejamento dos ensaios de fluência em isolamento e confinamento. Os ensaios confinados foram conduzidos inicialmente no equipamento de fluência confinada desenvolvido por Costa (2004), no qual o carregamento é imposto de forma indireta ao reforço. Os ensaios foram realizados empregando o mesmo solo de aterro da obra real, com diferentes níveis de carregamento vertical (140, 200, 300 e 400 kPa) e com diferentes umidades de compactação (8%, 11,7% e 16%). Os ensaios com carregamento de 140 kPa foram repetidos no equipamento de fluência confinada-acelerada desenvolvido por França (2011), permitindo uma comparação teórica e prática entre os dois equipamento utilizados. Ensaios adicionais foram realizados para avaliar o comportamento ao longo do tempo de geossintéticos confinados submetidos a um processo de inundação do solo. E para finalizar a campanha de ensaios foram realizados testes para a verificação do incremento de cargas nos reforços devido aos efeitos da compactação do maciço. As modelagens computacionais foram realizadas empregando o software Plaxis 2D. A partir dos modelos numéricos foi possível verificar os mecanismos desenvolvidos ao longo do tempo de estruturas de solos reforçados com geossintéticos. A modelagem numérica permitiu extrapolar o comportamento da estrutura para outro tipo de reforço (geogrelha) e para tempos bem mais elevados do que os tempos reais de leitura. As previsões de comportamento foram realizadas para tempos de até 100 anos. Os resultados da campanha de ensaios mostraram que os reforços confinados em solo estão sujeitos aos fenômenos da fluência e da relaxação ao longo do tempo. Os resultados mostraram que as taxas de fluência e de relaxação foram mais elevadas para os maiores carregamentos verticais. Os ensaios adicionais mostraram que os reforços sofreram um incremento significativo de carga devido aos efeitos da compactação e que a rigidez confinada dos reforços praticamente não se alterou devido aos efeitos da inundação. A previsão do comportamento do muro de referência utilizando o MEF mostrou que a estrutura deve apresentar baixos níveis de deformação para períodos de até 100 anos. A análise conjunta de todos os resultados obtidos ao longo do trabalho permitiu o desenvolvimento de um modelo analítico que permite a previsão do comportamento de muros reforçados com geossintéticos a partir de resultados de ensaios de fluência em isolamento. A aplicação do modelo proposto para o caso do muro real mostrou uma boa coerência entre os resultados previstos e os resultados medidos em campo.
Title in English
Field and laboratory analysis of time dependent behavior of geosynthetic reinforced soil walls with fine soil.
Keywords in English
Confinement
Creep
Fine soils
Geosynthetics
Reinforced walls
Stress relaxation
Abstract in English
This dissertation presents a study on time-dependent behavior of geosynthetic reinforced soil walls with fine soil. The testing program comprised of three distinct steps: field assessment of an instrumented geotextile reinforced soil wall, in-air and in-soil laboratory creep tests, and numerical analysis of the instrumented wall. Reinforcement strains were monitored in two different cross-sections: one built with nonwoven geotextile and the other built with woven geotextile. The strains were monitored during four years of service. The field conditions were used as the basis for planning in-air and in-soil creep tests. The in-soil creep tests were initially conducted using the confined-creep test apparatus developed by Costa (2004), which simulates the typical load transfer mechanism in reinforced soil structures. The in-soil tests were performed using the same soil used in the instrumented wall. These tests were carried out at different levels of vertical load (140, 200, 300 and 400 kPa) at the optimum water content (11.7%) and at different compaction water content of the soil (8%, 11.7% and 16%) at 140 kPa. The tests with 140 kPa of vertical load were replicated using the confined-accelerated creep test apparatus developed by França (2011). These tests allowed a theoretical and practical comparison between the two different in-soil creep testing apparatuses utilized in the testing program. Additional in-soil creep tests were conducted to evaluate the behavior of confined geosynthetics with time submitted to flooding of the top soil layer above the reinforcement. Compaction tests were also performed to check the increase of reinforcement loads due to soil compaction. Numerical modelling was carried out with the Finite Element Method (FEM) using Plaxis 2D. The numerical models allowed evaluation of the geotechnical mechanisms developed with time on geosynthetic reinforced soil wall structures. These models were also used to predict timedependent strains for longer periods (until 100 years) and for different types of reinforcements. The results of the testing program showed that the reinforcements confined in soil presented creep and stress relaxation behavior with time. The results also showed that the creep and relaxation rates were higher for larger vertical loads. It was observed that the confined stiffness of the reinforcement was virtually the same regardless the occurrence of flooding in the top soil layer. Additionally, the compaction tests showed that the larger the difference of the soil compaction water content from the optimum, the larger the loads in the reinforcement. Behavior prediction of the monitored, full-scale wall using FEM showed that the structure should have low strain levels for periods up to 100 years. The laboratory test results and the mechanisms learned from the FEM analysis allowed the development of an analytical model for predicting geosynthetic-reinforced soil wall behavior from results of in-air creep tests. The strain results of the analytical model applied to the monitored full-scale wall showed that the predicted strains are in good agreement with the field strains.
 
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Publishing Date
2017-01-23
 
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