Dissertação
Estudo experimental, numérico e analítico de colunas granulares encamisadas
Autor
Penasso, Sabrina Medeiros
Institución
Resumen
Structures on soft soil deposits are a challenge for geotechnical engineering due to their low
bearing capacity and high compressibility. Stability with granular encased columns is one of
the most used solutions, however, when applied to extremely soft soils, there may be no lateral
confinement. For this, a geosynthetic casing is used, which promotes additional confinement,
leading to the mobilization of greater shear strength. Thus, it’s important to deepen the study
on the action of lateral loading, since the request can occur at the tip of the embankments and
in the movement of soil during earthquakes. Thus, the objective of this document is to analyze
the behavior of granular encased columns behavior subjected to shear, approaching the
methodology of Raithel and Renne (2000), performing direct shear tests in miniaturized GEC's,
and numerical modeling representative of the behavior observed in the reduced model. (1g
type). In the field, the use of granular encased columns takes place in soft soil, however, for the
simulation, sandy was used to fill the column and the area surrounding it. The material was
rained with relative densities of 40% and 100%. Direct shear strength tests were carried out
with a granular encased columns with LDPE plastic canvas (stiffness equal to 20, 40, 80 and
160 kN/m) and plastic film (1.34 and 3.46 kN/m), seeking to obtain rigidities equivalent to
those used in practice. A group analysis was also performed with LDPE plastic tarpaulin lining
with 1, 2, 4 and 9 columns. Numerical analyses were carried out using the PLAXIS 3D software
in order to verify the occurrence of liner rotation during shear and the deformation of the
geosynthetic associated with the post-peak condition. The comparison of the tests with the
metodology of Raithel and Henne (2000) was carried out with the results obtained with the
lining in plastic film. The results showed that the addition of columns and the stiffness of the
casing increases the shear strength of the set. The calculation method for increased friction
angle led to satisfactory values. The calculation method for increased cohesion had a small
correspondence with the values obtained in the tests. The numerical modelling has shown that
GEC's do not rotate significantly at the base of the shear box and its fixation is not necessary As estruturas sobre depósitos de solo mole são um desafio para a engenharia geotécnica, devido
à sua baixa capacidade de suporte e alta compressibilidade. A estabilização com colunas
granulares é uma das soluções mais utilizadas, porém, quando aplicadas em solos extremamente
moles, pode não haver confinamento lateral. Para tal, é utilizado um invólucro geossintético,
que promove confinamento adicional, levando à mobilização de maior resistência ao
cisalhamento. Assim, é importante aprofundar os estudos acerca da ação do carregamento
lateral, uma vez que a solicitação pode ocorrer na ponta dos aterros e na movimentação de solo
durante terremotos. Desse modo, o objetivo deste trabalho é analisar o comportamento de
colunas granulares encamisadas submetidas ao cisalhamento, abordando a teoria de Raithel e
Renne (2000), realização de ensaios de cisalhamento direto em GEC’s miniaturizadas, e
modelagem numérica representativa do comportamento observado no modelo reduzido (tipo
1g). Em campo, o uso de colunas granulares encamisadas se dá em solo argiloso mole, porém,
para a simulação foi utilizado solo arenoso no preenchimento da coluna e da área circundante
a ela. O material foi pluviado com densidades relativas de 40% e 100%. Foram realizados
ensaios de resistência ao cisalhamento direto com uma coluna encamisada com lona plástica de
PEBD (rigidezes iguais a 20, 40, 80 e 160 kN/m) e plástico filme (1,34 e 3,46 kN/m), buscando
obter rigidezes equivalentes às utilizadas na prática. Também foi feita análise de grupo com
encamisamento de lona plástica de PEBD com 1, 2, 4 e 9 colunas. A modelagem numérica foi
realizada no programa Plaxis 3D a fim de se verificar a ocorrência de rotação da camisa durante
o cisalhamento e a deformação do geossintético associada à condição pós-pico. A comparação
dos ensaios com a previsão teórica de Raithel e Henne (2000) foi realizada com os resultados
obtidos com encamisamento em plástico filme. Os resultados mostraram que o acréscimo de
colunas e da rigidez do encamisamento eleva a resistência cisalhante do conjunto. A abordagem
do cálculo do ângulo de atrito aumentado conduziu a valores mais satisfatórios, sendo que o
cálculo da coesão aumentada teve pouca correspondência com os valores obtidos nos ensaios.
Pela modelagem numérica observou-se que a camisa não rotaciona de forma significativa na
base da caixa de cisalhamento, não sendo necessária sua fixação. FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais