Análise experimental e numérica do processo de ressecamento e fissuramento de solos expansivos com inclusão de elementos rígidos

Abstract

O comportamento dos solos argilosos expansivos é um grande desafio para a Engenharia Civil, pois, ao longo do ano, com as estações de seca e chuva, quando submetidos a chuvas esses solos aumentam de volume, e quando submetidos a estiagens, esses solos retraem, e diante desse comportamento, as obras de engenharia sofrem danos. Esse trabalho investigou a formação e a propagação de fissuras em solos expansivos para viabilizar a previsão do comportamento geomecânico desses solos através de análises de correlação de imagens digitais (DIC) e da simulação numérica em elementos finitos. Foi realizado o ensaio de ressecamento com a argila expansiva Romainville em laboratório, no qual buscou-se investigar a influência de inclusões rígidas randomicamente distribuídas no corpo da amostra com a presença de bases com diferente aderência da amostra. Durante o ensaio, foram capturadas imagens das amostras a cada 10 minutos por uma câmera. De posse dessas imagens, foi realizada a correlação de digital de imagens (DIC) através do programa Ncorr do MATLAB para apresentar a possibilidade de previsão da iniciação e da propagação das fissuras na superfície do solo, inclusive antes da iniciação de fissuras. Com o intuito de apresentar uma metodologia numérica para a investigação desse comportamento de ressecamento, foi realizada uma modelagem numérica em elementos finitos para representar o fissuramento de uma argila expansiva. Foi utilizado o modelo constitutivo elastoplástico Barcelona Basic Model (BBM), juntamente com o modelo de Dano à tração, para representar o mecanismo de formação e propagação das fissuras na superfície dos materiais, inseridos através da Técnica de Elementos Finitos de Alta Razão de Aspecto. Com isso foi possível investigar, numericamente, o comportamento de fissuração um solo expansivo frente a inclusão de elementos rígidos com a mesma configuração geométrica do ensaio experimental realizado. Esse trabalho permitiu observar que a presença de elementos rígidos nos solos argilosos expansivos influenciou fortemente a formação e a propagação de fissuras. A presença dessas estruturas fez com que fissuras fossem iniciadas próximo a esses elementos rígidos, apresentando uma tendência de conectar esses elementos, quando da presença de 3 ou mais dessas estruturas. Foi observado que aumento no número de elementos rígidos aumentou o número de fissuras nas amostras, enquanto que o aumento no seu diâmetro reduziu o número de fissuras, mas aumentaram a abertura das fissuras. Observou-se, também, que o atrito do solo com a base também influenciou a formação de fissuras, de maneira que quanto maior o atrito, maior o número de fissuras. A simulação numérica se mostrou eficiente para representar esse comportamento de fissuramento em argilas expansivas. Foi observada, através da comparação entre a simulação numérica e o experimento, uma tendência comum de formação de fissuras próximo às inclusões, com tendências similares de propagação entre inclusões.