Análise da resistência ao cisalhamento de interfaces entre solos granulares e concretos

Abstract

Resumo: Na execução de estacas escavadas ocorrem pequenos deslocamentos ao longo do fuste devido à cura do concreto, que geram tensões cisalhantes entre a estaca e o solo, denominadas tensões residuais. Uma consequência prática desse fenômeno pode ser a extração imprecisa dos resultados de provas de carga estática. Portanto, com este estudo se busca melhorar o entendimento dos mecanismos de interação solo-estrutura na interface de estacas escavadas de concreto, moldadas em solos arenosos. Além disso, almejou-se quantificar a resistência ao cisalhamento da interface e identificar os fatores que influenciam na resposta. Foram realizados ensaios de cisalhamento direto em interface entre duas amostras de areia (média e grossa) e concreto curado sob tensão. A partir dos resultados dos ensaios foi analisada, de forma estatística, a influência dos fatores densidade relativa, umidade, tempo de cura e diâmetro médio dos grãos sobre à resistência ao cisalhamento da interface. Ainda, foram elaborados modelos matemáticos, através da Metodologia de Superfície de Resposta (RSM), que descrevem o comportamento da resistência ao cisalhamento. Esses modelos foram comparados com os resultados experimentais e foi percebida uma grande semelhança entre os valores de adesão e dos ângulos de atrito. Também foi medida a rugosidade obtida nos corpos de prova através da impressão da areia durante a cura sob tensão do concreto, que resultou em superfícies rugosas. Outro objetivo da pesquisa foi a avaliação da superfície de ruptura, realizada por meio da comparação entre medições de deslocamentos verticais da interface e da areia pura e de ensaios de cisalhamento direto em interface, através dos quais foi concluído que o cisalhamento ocorre em uma superfície areia-areia. Por fim, foi realizada a comparação dos resultados experimentais da presente pesquisa com os dados de cisalhamento na interface areia-concreto de 9 autores, através dos seguintes fatores: rugosidade, diâmetro médios dos grãos, densidade relativa, morfologia das partículas e classificação SUCS. Concluiu-se que os resultados deste estudo obtiveram valores com comportamento coerente, mas superiores à literatura. Infere-se que a causa desta discrepância sejam os dois fatores analisados neste trabalho que não foram utilizados pelos outros autores: a umidade e o tempo de cura.

Abstract: In the execution of bored piles, small displacements occur along the shaft due to concrete curing, which generate shear stresses between the pile and the soil, called residual stresses. A practical consequence of this phenomenon can be the inaccurate extraction of static load test results. Therefore, this study aims to improve the understanding of soil-structure interaction mechanisms at the interface of concrete bored piles, cast in sandy soils. In addition, it was intended to quantify the shear strength of the interface and identify the factors that influence the response. Direct shear tests were performed at the interface between two samples of sand (medium and coarse) and concrete cured under stress. From the test results, the influence of the factors relative density, water content, curing time and average grain diameter on the interface shear strength was statistically analyzed. Also, mathematical models were developed, through the Response Surface Methodology (RSM), that describe the behavior of the shear strength. These models were compared with the experimental results and a great similarity between the adhesion and friction angle values was noticed. The roughness obtained on the specimens was also measured through the sand impression during stress curing of the concrete, which resulted in rough surfaces. Another aim of the research was the evaluation of the rupture surface, carried out by comparing measurements of vertical displacements of the interface and pure sand and direct shear tests on the interface, through which it was concluded that shear occurs on a sand-sand surface. Finally, the comparison of the experimental results of the present research with the shear data at the sand-concrete interface of 9 authors was carried out, through the following factors: roughness, average grain diameter, relative density, particle morphology and USCS classification. It was concluded that the results of this study obtained values with consistent behavior, but higher than the literature. It is inferred that the cause of this discrepancy are the two factors analyzed in this work that were not used by other authors: water content and curing time.