Publication
Comportamento de Camadas de Agregado Reforçadas na Base com Geogrelhas
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia::Engenharia Civil | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Falorca, Isabel Maria da Conceição Fonseca Gonçalves | |
| dc.contributor.author | Oliveira, Gabriel Marchi de | |
| dc.date.accessioned | 2023-09-12T09:39:48Z | |
| dc.date.available | 2023-09-12T09:39:48Z | |
| dc.date.issued | 2023-07 | |
| dc.description.abstract | As geogrelhas são comumente utilizadas em estruturas geotécnicas para o reforço e estabilização de camadas de agregado, como por exemplo, estradas não revestidas e plataformas de trabalho. No futuro próximo, a tecnologia de impressão 3D pode alcançar processos produtivos em larga escala e pode vir a substituir os processos produtivos atuais da geogrelha. Além dos benefícios dos solos reforçados com geogrelha que são aumentar a capacidade suporte e diminuir as deformações perante o carregamento, pode-se considerar que a utilização deste solo visa a poupar recursos, ser durável e ecologicamente sustentável. O comportamento de camadas de agregado reforçadas com geogrelha não pode ser derivado apenas da combinação das propriedades dos seus componentes isolados, mas considerando a interação agregado-geogrelha. Em particular, a transferência de carga na interface agregado-geogrelha é determinante para o seu desempenho e envolve uma necessidade fundamental de investigação em termos de deformações e forças. Esta tese apresenta o desenvolvimento de uma configuração experimental para facultar uma representação realista da interface agregado-geogrelha onde o imbricamento domina a interação entre os componentes e mobiliza indiretamente a força de tração da geogrelha. O objetivo fundamental é complementar o conhecimento de base científica do comportamento de interação entre agregado-geogrelha, sobretudo, em condições de carregamento axissimétrico e com geogrelha situada na base da camada de agregado. Para tal, as geogrelhas foram desenhadas em software CAD e foi utilizado a tecnologia de impressão 3D para fabricação dos modelos, com o intuito de avaliar a influência do tamanho de abertura da geogrelha e da rigidez. Foi selecionado um agregado de granito britado e o subleito fraco foi reproduzido utilizando areia ou mistura entre granulado de borracha de pneu e areia. O programa experimental inclui diversos ensaios preliminares e duas séries de ensaios de compressão triaxial a baixa pressão de confinamento sobre amostras modelo da interface agregado-geogrelha. Um método analítico para correção da área da amostra durante o ensaio triaxial de solos em camadas é desenvolvido. Os dados experimentais do ensaio foram cuidadosamente analisados e os resultados foram interpretados principalmente em termos de energia de deformação no material. Modelos de elementos finitos tridimensionais são simulados utilizando o módulo explícito do software ABAQUS. Este programa foi empregado para simular os ensaios de tração nas tiras e geogrelhas e os ensaios triaxiais em solos em camadas reforçadas. Os principais objetivos das simulações numéricas envolvem a compreensão dos mecanismos que governam a interação solo–geogrelha. A resistência à compressão triaxial das amostras de solos em camadas aumentou à medida que a relação entre o tamanho de abertura da geogrelha e diâmetro mediano das partículas de agregado foi mais próximo da unidade. Resultados consistentes foram encontrados para as geogrelhas de poliácido láctico (PLA), material digital (RGD 8560) e polipropileno (PP), mas foi observado um melhor comportamento mecânico com as geogrelhas de RGD 8560 devido a melhor compatibilidade de deformações. A rigidez das geogrelhas mostrou ter o maior efeito na força de tração mobilizada na geogrelha para o ponto de cedência considerado dos solos em camadas, seguida pelo tipo de subleito. Foi realçado o papel desempenhado pelo comportamento volumétrico da interface. As simulações numéricas mostraram uma boa correspondência com os ensaios, mas não para a extensão local prevista nas geogrelhas. Apesar de todos os ensaios terem sido realizados com o mesmo tipo de agregado, o estudo fornece novas e relevantes informações sobre a transferência de carga na interface agregado-geogrelha. Os resultados podem ser transferidos para aplicações específicas de estruturas geotécnicas reforçadas com geogrelhas se as limitações discutidas forem consideradas. | pt_PT |
| dc.description.abstract | Geogrids are commonly used in geotechnical structures to reinforce and stabilise aggregate layers, such as unlined roads and work platforms. In the near future, 3D printing technology may reach large-scale production processes and could replace current geogrid production processes. In addition to the benefits of geogrid-reinforced soils, which are to increase the bearing capacity and reduce deformations when loaded, it can be considered that the use of this soil aims to save resources, be durable and ecologically sustainable. The behaviour of aggregate layers reinforced with geogrid cannot be derived solely from the combination of the properties of its isolated components, but by considering the aggregate-geogrid interaction. In particular, load transfer at the aggregate-geogrid interface is decisive for its performance and involves a fundamental need for research in terms of deformations and forces. This thesis presents the development of an experimental setup to provide a realistic representation of the aggregate-geogrid interface where imbrication dominates the interaction between the components and indirectly mobilises the tensile force of the geogrid. The fundamental objective is to complement the scientific knowledge of the interaction behaviour between aggregate and geogrid, especially under axisymmetric loading conditions and with the geogrid located at the base of the aggregate layer. To this end, the geogrids were designed using CAD software and 3D printing technology was used to manufacture the models, in order to assess the influence of the geogrid opening size and stiffness. A crushed granite aggregate was selected and the weak subgrade was reproduced using sand or a mixture of tyre rubber granules and sand. The experimental programme includes several preliminary tests and two series of triaxial compression tests at low confining pressure on model samples of the aggregate-geogrid interface. An analytical method for sample area correction during triaxial testing of layered soils is developed. Experimental test data were carefully analysed and the results were interpreted mainly in terms of strain energy in the material. Three-dimensional finite element models are simulated using the explicit module of the ABAQUS software. This programme was used to simulate tensile tests on strips and geogrids and triaxial tests on soils in reinforced layers. The main objectives of the numerical simulations involve understanding the mechanisms governing soil-geogrid interaction. The triaxial compressive strength of the layered soil samples increased as the ratio between the opening size of the geogrid and the median diameter of the aggregate particles was closer to unity. Consistent results were found for poly lactic acid (PLA), digital material (RGD 8560) and polypropylene (PP) geogrids, but better mechanical behaviour was observed with RGD 8560 geogrids due to better deformation compatibility. The stiffness of the geogrids was shown to have the greatest effect on the tensile force mobilised in the geogrid for the yield point considered for layered soils, followed by the type of subgrade. The role played by the volumetric behaviour of the interface was highlighted. The numerical simulations showed good correspondence with the tests, but not for the local extension predicted in the geogrids. Although all the tests were carried out with the same type of aggregate, the study provides new and relevant information on load transfer at the aggregate-geogrid interface. The results can be transferred to specific applications of geotechnical structures reinforced with geogrids if the limitations discussed are taken into account. | pt_PT |
| dc.description.sponsorship | Bolsa de incentivo ao doutoramento BID/UBI-Santander Universidades/2018 | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 101558473 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.6/13420 | |
| dc.language.iso | por | pt_PT |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ | pt_PT |
| dc.subject | Geossintéticos | pt_PT |
| dc.subject | Geogrelha modelo | pt_PT |
| dc.subject | Interação solo-geossintético | pt_PT |
| dc.subject | Geotecnia nos pavimentos | pt_PT |
| dc.subject | Sustentabilidade | pt_PT |
| dc.title | Comportamento de Camadas de Agregado Reforçadas na Base com Geogrelhas | pt_PT |
| dc.type | doctoral thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| person.familyName | Oliveira | |
| person.givenName | Gabriel Marchi de | |
| person.identifier.ciencia-id | 3E1B-14EB-CFC2 | |
| person.identifier.orcid | 0000-0001-8800-285X | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | doctoralThesis | pt_PT |
| relation.isAuthorOfPublication | 300caa34-6b88-4c58-a407-c98412d09a0e | |
| relation.isAuthorOfPublication.latestForDiscovery | 300caa34-6b88-4c58-a407-c98412d09a0e | |
| thesis.degree.name | Doutoramento em Engenharia Civil | pt_PT |