Influence of particle size distribution on the behaviour of sands

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaO conhecimento do comportamento dos solos é fundamental para o dimensionamento de qualquer obra geotécnica. Em solos arenosos o seu comportamento depende de diversos fatores, entre os quais se destacam a densidade relativa e o estado de tensão ao qual o solo está sujeito. Dependendo da combinação destes fatores, um solo pode transitar de um comportamento contrativo (diminuição de volume) com baixa rigidez e aumento progressivo de resistência até se atingir um valor a volume constante, geralmente designado por estado crítico, para exibir um comportamento dilatante (aumento de volume), apresentando um pico de resistência pronunciado e rigidez inicial elevada, seguido de amolecimento até se alcançar a condição de volume constante. Se a influência destes fatores é unanimemente conhecida, existem outros fatores que, não sendo aparentemente tão relevantes, também afetam o comportamento de solos arenosos e cujo impacto não se encontra tão bem identificado. Um destes fatores está relacionado como a dimensão das partículas de areia que constituem o solo, a sua granulometria.Nesta dissertação procura-se avaliar a influência deste parâmetro, tendo como referência a Areia de Coimbra, anteriormente estudada e caracterizada em detalhe no laboratório de Geotecnia da Universidade de Coimbra. A partir da Areia de Coimbra são preparadas e ensaiadas no aparelho triaxial duas misturas, uma mais fina e uma mais grossa, em condições similares. Particular ênfase é dado ao método de preparação e realização dos ensaios triaxiais, discutindo-se mais pormenorizadamente quais as implicações que cada etapa tem nos resultados finais. A partir de ensaios drenados, efetuados com uma tensão média efetiva constante para diferentes densidades e níveis de tensão, procura-se avaliar a importância da granulometria no comportamento da areia para pequenas e grandes deformações, bem como nos parâmetros de resistência ao corte. Tendo por base os resultados obtidos pode confirmar-se a importância do nível de tensão e da densidade relativa no comportamento das misturas, podendo igualmente concluir-se que a granulometria é um fator relevante que afeta quer a rigidez, quer a resistência, bem como o comportamento volumétrico dos solos.An adequate knowledge of the soil behaviour is essential for the design of any geotechnical structure. The behaviour of sandy soils depends on several factors, such as the relative density and the stress state conditions. Depending on the combination of these factors, a soil can switch from a contractive behaviour (decrease of volume) with small stiffness and progressive increase of strength until a threshold at constant volume, usually designated as critical state conditions, is reached, to exhibit dilatancy (increase of volume) with pronounced peak strength and high initial stiffness followed by softening until the condition of constant volume is reached. The influence of these factors is unanimously acknowledged, but there are other factors that, although not so relevant, also affect the behaviour of sandy soils and which influence is not thoroughly known. One of these factors is related with the particle size distribution of the soil.In this thesis the influence of this parameter is assessed, having as reference the ‘Areia de Coimbra’, previously studied and characterised in detail in the Geotechnics Group of the University of Coimbra. From the particle size distribution of the ‘Areia de Coimbra’ two distinct fractions, one finer and one coarser, were prepared and tested in similar conditions in the triaxial apparatus. Particular emphasis is given to the preparation method and performance of the triaxial tests. The impact that each preparation stage has on the final results is discussed and assessed. The influence of the particle size distribution on the behaviour of the fractions at small and large strains and also on their strength is assessed based on the results of drained triaxial tests performed following a constant mean effective stress path and for different relative densities and stress levels. Based on the results, the effects of stress levels and relative density can be confirmed in the behaviour of the fractions, can also be concluded that the particle size distribution is a relevant factor that affects the stiffness and strength, as well as the volumetric behaviour of soils