Modelling of the hydromechanical behaviour of unsaturated swelling soils
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| Data de Publicação: | 2023 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Idioma: | eng |
| Título da fonte: | Repositório Institucional da UnB |
| Texto Completo: | http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/49258 |
Resumo: | Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2023. |
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Modelling of the hydromechanical behaviour of unsaturated swelling soilsDissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2023.Os solos expansivos são materiais compostos principalmente por minerais ativos, como a montmorilonita, que tendem a sofrer alterações volumétricas devido à migração do teor de umidade. Diferentes práticas de engenharia geotécnica, como o projeto de um núcleo de barragem ou a compactação do solo, requerem uma análise minuciosa e previsão do fenômeno de expansão sob condições transientes não saturadas. O principal problema na avaliação da resposta mecânica deste tipo de solo reside na natureza não linear da maioria das propriedades não saturadas, o que requer ferramentas sofisticadas que incluem parâmetros de difícil obtenção. Este estudo realiza uma análise matemática para entender o comportamento hidromecânico de solos expansivos sob fluxo transiente não saturado. A implementação de dois modelos matemáticos baseados na equação Richards (1931) com um acoplamento simplificado é aplicada para avaliar a abordagem. Com base em resultados experimentais obtidos em ensaios de grandes colunas, explora-se o comportamento do modelo resultante em diferentes condições de sucção e conteudo volumetrico d’água. Quatro casos de soluções analíticas são estabelecidos para construir uma estrutura de resposta específica do modelo, cada um com suposições restritivas adaptadas a uma condição inicial e duas condições de contorno. Neste caso, as previsões hidromecânicas em fluxo não saturado são ajustadas considerando as variações do índice de vazios ao longo do processo de expansão, para dar conta do impacto das deformações volumétricas nos parâmetros do modelo. Por fim, uma calibração paramétrica com resultados da literatura é realizada para avaliar a sensibilidade paramétrica e a faixa de variação volumétrica na qual o modelo está restrito. Os resultados indicam uma grande proximidade estatística entre a estimativa numérica e os dados experimentais, com fatores de correlação superiores a 97%, tanto nas trajetórias de umedecimento quanto de secagem da curva de índice de vazios versus log de sucção. Da mesma forma, as previsões das soluções analíticas para os casos 1 e 3 são consistentes para cada parâmetro analisado e funcionam para Curvas de Retenção de Água unimodais e bimodais.Expansive soils are materials composed mainly of active minerals, such as montmorillonite, which tend to undergo volumetric changes due to moisture content migration. Dierent geotechnical engineering practices, such as the design of a dam core or the compaction of the subgrade, require a thorough analysis and prediction of the expansion phenomenon under unsaturated transient conditions. The main problem in evaluating the mechanical response of this type of soil lies in the nonlinear nature of most of the unsaturated properties, which requires sophisticated tools that include parameters that are dicult to obtain. This study performs a mathematical analysis to understand the hydromechanical behaviour of swelling soils under unsaturated transient flow. The implementation of two mathematical models based on the Richards (1931) equation with a simplified coupling is applied to evaluate the approach. Based on experimental results obtained from soil-column tests, the behaviour of the resulting model under dierent suction and moisture content conditions is explored. Four cases of analytical solutions are established to build a model-specific response framework, each with restrictive assumptions tailored to an initial and two boundary conditions. In this case, the hydromechanical predictions in unsaturated flow are adjusted considering the variations of the void ratio along the swelling process to account for the impact of volumetric deformations on the model parameters. Finally, a parametric calibration with literature results is performed to evaluate the parametric sensitivity and the range of volumetric variation in which the model is constrained. The results indicate a high statistical proximity between the numerical estimation and the experimental data, with correlation factors higher than 97%, both in the wetting and drying paths of the void ratio versus log suction curve. Likewise, the predictions of the analytical solutions for cases 1 and 3 are consistent for each parameter analyzed and work for unimodal and bimodal Soil Water Retention Curves.Los suelos expansivos son materiales compuestos principalmente por minerales activos como la montmorillonita, que tienden a sufrir cambios volumétricos debido a cambios en el contenido de humedad. Diferentes prácticas de ingeniería geotécnica, como el diseño de núcleos de presas o la compactación de la subrasante en pavimentos, requieren un análisis y una predicción exhaustivos del fenómeno de expansividad en condiciones transientes no saturadas. El principal problema para evaluar la respuesta mecánica de este tipo de suelos radica en la naturaleza no lineal de la mayoría de las propiedades no saturadas, lo que requiere herramientas sofisticadas que incluyen parámetros de difícil obtención. Este estudio realiza un análisis matemático para comprender el comportamiento hidromecánico de suelos expansivos bajo flujo transiente no saturado. Es aplicada la implementación de dos modelos matemáticos basados en la ecuación Richards (1931) con un acoplamiento simplificado para evaluar el enfoque. Con base en resultados experimentales obtenidos de ensayos de columnas de suelos, se explora el comportamiento del modelo resultante bajo diferentes condiciones de succión y contenido volumétrico de agua. Se establecen cuatro casos de soluciones analíticas para construir un marco de respuesta específico del modelo, cada uno con suposiciones restrictivas adaptadas a una condición inicial y dos condiciones de contorno. En este caso, las predicciones hidromecánicas en flujo no saturado se ajustan considerando las variaciones de la relación de vacíos a lo largo del proceso de expansión para tener en cuenta el impacto de las deformaciones volumétricas en los parámetros del modelo. Finalmente, se realiza una calibración paramétrica con resultados de la literatura para evaluar la sensibilidad paramétrica y el rango de variación volumétrica a la que se restringe el modelo. Los resultados indican una alta proximidad estadística entre la estimación numérica y los datos experimentales, con factores de correlación superiores al 97%, tanto en la trayectoria de humedecimiento como en la de secado de la curva relación de vacíos versus log de succión. Asimismo, las estimaciones de las soluciones analíticas para los Casos 1 y 3 son consistentes para cada parámetro analizado, y funcionan para curvas de cetención de agua unimodales y bimodales.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (FT ENC)Programa de Pós-Graduação em GeotecniaCavalcante, André Luís BrasilGarzón, Maria Camila Olarte2024-07-29T11:27:12Z2024-07-29T11:27:12Z2024-07-292023-04-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfGARZÓN, Maria Camila Olarte. Modelling of the hydromechanical behaviour of unsaturated swelling soils. 2023. 103 f., il. Dissertação (Mestrado em Geotecnia) — Universidade de Brasília, Brasília, 2023.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/49258engA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições:Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-07-29T11:27:13Zoai:repositorio.unb.br:10482/49258Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-07-29T11:27:13Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false |
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