Caracterização do comportamento mecânico da areia de Coimbra sob ações generalizadas

Palavras-chave: Areia de Coimbra,Hollow cylinder apparatus,Pequenas deformações,Comportamento monotónico e cíclico,Deformações volumétricas

O estudo e a caracterização de solos incoerentes, nomeadamente areias saturadas, foram impulsionados pela ocorrência de diversos incidentes, entre os quais se destacam os sismos de 1964 no Alasca (Estados Unidos da América) e em Niigata (Japão). Os severos danos registados durante estes sismos alertaram a comunidade científica para os efeitos associados aos fenómenos de liquefação, impulsionando o desenvolvimento da disciplina de engenharia sísmica geotécnica. No final do século XX, o início do estudo sistemático do comportamento de solos no domínio das pequenas deformações vem complementar o conhecimento da resposta não drenada de areias, fornecendo ferramentas adequadas para o dimensionamento tanto aos estados limites de utilização como aos estados limites últimos. Apesar dos avanços científicos no estudo do comportamento de areias saturadas, abalos sísmicos mais recentes, como os sismos de Kobe (1995, Japão) e Kocaeli (1999, Turquia), demonstraram que a previsão de fenómenos de liquefação e seus efeitos não estão totalmente compreendidos. Atendendo à história sísmica de Portugal bem como ao facto de as principais cidades portuguesas se situarem no litoral ou nas margens de rios, o Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra, com a colaboração de outras duas instituições de ensino superior nacionais, encetou, em 2008, um vasto programa de investigação sobre ferramentas para o dimensionamento baseado no desempenho em maciços suscetíveis à liquefação. Para esta investigação, foi escolhida uma areia local recolhida nas margens do Rio Mondego que, após o seu tratamento, origina uma fração uniforme designada de areia de Coimbra, material que se propõe caracterizar, dando seguimento a vários estudos já elaborados. Os dados da extensa investigação laboratorial concretizada resultam de ensaios realizados sobre amostras cilíndricas de secção cheia mas, essencialmente, de ensaios executados num HCA Mark II sobre provetes cilíndricos ocos cujas dimensões são 60Di:100Do:200H (mm). A conclusão da instalação deste equipamento, o desenvolvimento de procedimentos de calibração dos seus instrumentos de medição bem como o estabelecimento de técnicas de preparação de provetes e de execução de ensaios constituem a primeira parte desta dissertação. Estas informações técnicas, que incluem a descrição detalhada de todos os componentes do HCA da Universidade de Coimbra, é complementada com uma exposição dos pressupostos e conceitos teóricos que permitem a definição dos estados de tensão e deformação em amostras cilíndricas ocas. A caracterização avançada do comportamento mecânico da areia de Coimbra, que sucede estudos microscópicos e de identificação que complementam informações anteriormente publicadas, perfaz a segunda parte desta dissertação. Os ensaios laboratoriais incidem sobre amostras de areia reconstituídas e saturadas, incluindo ensaios monotónicos e cíclicos em condições não drenadas para diferentes modos de carregamento e estados iniciais. A versatilidade do HCA, além da caracterização no domínio das pequenas deformações do solo analisado, permite a imposição de condições de restrição de deformação pouco convencionais no estudo de liquefação de areias. Por fim, descreve-se o comportamento pós-liquefação da areia de Coimbra, com especial enfoque nas deformações volumétricas e na variação do estado de tensão.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias