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Universidade Federal da Bahia |
Repositório Institucional da UFBA
Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/42824
Tipo: Dissertação
Título: Análise da anisotropia de areias reforçadas com fibras naturais e sintéticas
Título(s) alternativo(s): Analysis of the anisotropy of sands reinforced with natural and synthetic fibers
Autor(es): Batista, Vital Matos
Primeiro Orientador: Machado, Sandro Lemos
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Karimpour-Fard, Mehran
metadata.dc.contributor.referee1: Machado, Sandro Lemos
metadata.dc.contributor.referee2: Karimpour-Fard, Mehran
metadata.dc.contributor.referee3: Machado, Miriam de Fátima Carvalho
metadata.dc.contributor.referee4: Ferreira, Silvio Romero de Melo
Resumo: Quando da execução de obras de terra, nem sempre se dispõe de jazidas de solo com as características adequadas em termos de resistência e compressibilidade, sendo necessária a busca de solos em locais mais distantes ou a adoção de métodos de estabilização que adequem as suas propriedades às necessidades da obra. O uso de solos reforçados com fibras na Engenharia Civil tem apresentado resultados promissores na execução de aterros, barragens e obras de terra. Entretanto, apesar das pesquisas já realizadas para este tema, existe uma carência na abordagem da anisotropia gerada durante o processo de compactação em campo, o qual produz um alinhamento sub-horizontal das fibras. Diante disto, este trabalho apresenta e analisa resultados de ensaios de laboratório realizados em compósitos formados por duas areias distintas (areia de rio e areia de duna) e dois tipos de fibras (coco e polipropileno) em que o plano de ruptura forma diferentes orientações com a orientação preferencial das fibras, como no caso dos ensaios de compressão e extensão triaxiais e dos ensaios de cisalhamento direto. Resultados de trabalhos anteriores realizados no GEOAMB serviram de apoio a esta pesquisa e foram utilizados em conjunto com os dados produzidos pelo autor. Nos ensaios de extensão triaxial, observou-se o efeito preponderante das baixas tensões confinantes, o que, associado ao uso do modelo de Mohr-Coulomb (que assume isotropia do material), resultou em parâmetros de resistência artificialmente elevados, contrariando as expectativas de redução de resistência devido à desfavorável orientação da fibra com o plano de ruptura. Quanto à deformação volumétrica as fibras de polipropileno mostraram-se mais eficientes que as fibras de coco para redução da dilatância nas matrizes de areia de rio e duna tanto nos ensaios triaxiais de compressão e cisalhamento direto. Já nos ensaios de extensão triaxial, verificou-se que o uso de ambas fibras promoveu uma tendência ao aumento das deformações volumétricas de expansão, entretanto para as fibras de polipropileno essa tendência foi menor. A areia de rio, que possui forma subangular das partículas e melhor distribuição granulométrica que as areias de duna, apresentaram comportamento dilatante mais pronunciado nos casos analisados. Gráficos que relacionam o ganho coesivo ao ângulo entre a orientação das fibras e o plano de ruptura indicam que as fibras de coco induzem menor anisotropia em comparação ao polipropileno. Por fim, os ensaios de imagens por tomografia computadorizada e observações visuais da predisposição das fibras em amostras rompidas, confirmam sua tendência à sub-horizontalização após a compactação das amostras. Além disso, foi percebido que apesar de ambas fibras tenderem à sub-horizontalização (corroborando com a hipótese de que o processo de compactação induz uma orientação preferencial das fibras no compósito que afeta diretamente seu desempenho mecânico), as fibras de coco tendem a se dispersarem e misturarem melhor na matriz areia enquanto as fibras de polipropileno tendem a se aglomerarem em algumas regiões, o que ajuda a explicar os comportamentos menos anisotrópicos encontrados nos compósitos reforçados com a fibra de coco.
Abstract: During the execution of earthworks, suitable soil deposits with the required strength and compressibility characteristics are not always available, making it necessary to search for soils in more distant locations or to adopt stabilization methods that adjust their properties to meet the needs of the project. The use of fiber-reinforced soils in Civil Engineering has shown promising results in the construction of embankments, dams, and earth structures. However, despite the research already carried out on this topic, there is a lack of focus on the anisotropy generated during the field compaction process, which produces a sub-horizontal alignment of the fibers. In light of this, this work presents and analyzes results from laboratory tests performed on composites made with two different sands (river sand and dune sand) and two types of fibers (coconut and polypropylene) in which the failure plane forms different orientations with the preferential orientation of the fibers, as in the case of triaxial compression and extension tests and direct shear tests. Results from previous studies carried out at GEOAMB supported this research and were used alongside data produced by the author. In the triaxial extension tests, the predominant effect of low confining stresses was observed, which, when associated with the use of the Mohr-Coulomb model (which assumes material isotropy), resulted in artificially high strength parameters, contrary to the expectations of reduced strength due to the unfavorable fiber orientation relative to the failure plane. Regarding volumetric deformation, polypropylene fibers proved more effective than coconut fibers in reducing dilatancy in the river and dune sand matrices in both triaxial compression and direct shear tests. In the triaxial extension tests, however, the use of both fibers led to a trend of increased volumetric expansion, although this trend was less pronounced for the polypropylene fibers. River sand, which has sub-angular particle shapes and a better grain size distribution than dune sand, showed more pronounced dilative behavior in the cases analyzed. Graphs relating cohesive gain to the angle between fiber orientation and the failure plane indicate that coconut fibers induce less anisotropy compared to polypropylene. Finally, computed tomography image tests and visual observations of fiber predisposition in failed samples confirm their tendency toward sub-horizontal alignment after sample compaction. Furthermore, it was noted that although both fibers tend to sub-horizontalize (supporting the hypothesis that the compaction process induces a preferential fiber orientation in the composite that directly affects its mechanical performance), coconut fibers tend to disperse and mix better in the sand matrix, while polypropylene fibers tend to agglomerate in some regions, which helps explain the less anisotropic behavior found in composites reinforced with coconut fiber.
Palavras-chave: Anisotropia
Planos de ruptura
Resistência de solos reforçados
Orientação das fibras
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::GEOTECNICA::MECANICAS DOS SOLOS
Idioma: por
País: Brasil
Editora / Evento / Instituição: Universidade Federal da Bahia
Sigla da Instituição: UFBA
metadata.dc.publisher.department: Escola Politécnica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil (PPEC) 
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/42824
Data do documento: 21-Mar-2025
Aparece nas coleções:Dissertação (PPEC)

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