Influence of specimen preparation methods on the structure and on the hydraulic and mechanical properties of a lateritic tropical soil

Solos tropicais lateríticos apresentam propriedades e comportamentos que diferem dos solos sedimentares devido às transformações químico-mineralógicas e estruturais promovidas pela ação intempérica em regiões tropicais. Apesar do crescente interesse em incorporar aspectos microestruturais na previsão do comportamento geotécnico de diversos solos, poucos estudos foram destinados à avaliação do efeito de diferentes técnicas de reconstituição de corpos de prova na estrutura e no comportamento de engenharia de solos lateríticos. Esta pesquisa trata da análise da influência dos aspectos microestruturais produzidos por diferentes técnicas de reconstituição de corpos de prova nas propriedades hidráulicas e mecânicas de um solo tropical laterítico. Os corpos de prova obtidos por compactação estática (SC) e compactação dinâmica (DC) foram reconstituídos com os parâmetros do ponto ótimo da curva de compactação obtida na energia do ensaio de Proctor Normal. Os corpos de prova obtidos por compressão de lama (S) foram reconstituídos com a mesma densidade seca dos corpos de prova SC e DC, porém sob teor de umidade de moldagem correspondente à condição de saturação. Foram avaliadas as propriedades físicas, as características químicas e mineralógicas, os arranjos estruturais dos corpos de prova, as propriedades de mobilidade e retenção de água, de compressibilidade e resistência ao cisalhamento do solo. A caracterização física apontou a formação de agregações no solo e as análises química-mineralógicas apontaram a presença de minerais típicos dos solos profundamente intemperizados, comum em regiões de clima tropical, responsáveis pela formação dessas agregações. O formato bimodal das curvas de retenção de água foi determinado pela estrutura inicial produzida na reconstituição dos corpos de prova, caracterizada pela distribuição dos poros em dois níveis estruturais. As curvas de distribuição do tamanho dos poros e as imagens de microscopia eletrônica de varredura apontaram a similaridade do arranjo das agregações e da distribuição dos poros dos corpos de prova SC e DC. No entanto, a estrutura dos corpos de prova S foi caracterizada pela predominância de macroporos de diâmetros inferiores aos detectados para os demais corpos de prova (SC e DC) e pela menor interconectividade dos poros. A condutividade hidráulica saturada (k) dos corpos de prova S foram inferiores em duas ordens de magnitude em comparação aos valores de k dos corpos de prova SC e DC. A redução do índice de vazios (promovida pela consolidação isotrópica) não foi suficiente para diminuir a diferença entre os valores de k obtidos para os corpos de prova. A microporosidade do solo laterítico analisado não foi afetada por trajetórias de carregamento ou pelas condições de reconstituição (método de reconstituição, esforço de reconstituição ou teor de umidade de moldagem). As trajetórias de carregamento seguidas durante a compressão edométrica e compressão triaxial foram responsáveis por eliminar as características do arranjo estrutural bimodal, produto do processo de reconstituição dos corpos de prova, fazendo com que a resposta mecânica do material seja a mesma e independente das técnicas de reconstituição. Palavras-chave: Solo tropical laterítico. Reconstituição de corpos de prova. Estrutura do solo. Curva característica de retenção. Condutividade hidráulica saturada. Compressibilidade. Resistência ao cisalhamento.Lateritic tropical soils have properties and behavior that are different from sedimentary soils due to chemical-mineralogical and structural transformation caused by weathering in tropical regions. Despite the growing interest in incorporating microstructural aspects to predict the geotechnical behavior of various soils, very few studies aimed to evaluate the effect of different specimen preparation methods on the structure and engineering behaviour of lateritic soils. This study evaluated the influence of the microstructural aspects generated by different specimen preparation methods on the hydraulic and mechanical properties of a lateritic tropical soil. The specimens obtained by static compaction (SC) and dynamic compaction (DC) were reconstituted with maximum dry density and optimum moisture content of the Standard Proctor curve. The specimens obtained by oedometric compression (S) were reconstituted with the same dry density as the SC and DC specimens, though under moulding moisture content corresponding to saturation. Physical properties, chemical and mineralogical characteristics, specimen structural arrangements, water mobility and water retention properties, compressibility and shear strength were evaluated. The physical characterization indicated the soil aggregation and the chemical-mineralogical analysis detected typical minerals of deeply weathered soils, common in tropical regions. These minerals are related to the formation process of soil aggregation. The bimodal shape of the water retention curves was determined by the initial structure generated during the specimen reconstitution, characterized by pore distribution in two structural levels. The pore size distribution functions and scanning electron microscopy images pointed to the similarity of aggregation arrangements and pore distribution of the SC and DC specimens. However, the structure of the S specimens was characterized by the predominance of macropores with diameters smaller than those detected for the other specimens (SC e DC), in addition to the reduced pore interconnectivity. The saturated hydraulic conductivity (k) of the S specimens was two orders of magnitude lower than the k values of the SC and DC specimens. The decrease in void ratio (due to isotropic consolidation) was not enough to reduce the difference in the k values of the specimens. Soil microporosity was not affected by loading paths or reconstitution conditions (specimen preparation method, reconstitution effort or moulding moisture content). The load paths, followed during oedometric consolidation and triaxial compression, erased the initial bimodal structural arrangement product of the specimen reconstitution. It caused the mechanical response of the material to be the same and independent of the reconstitution techniques. Keywords: Lateritic tropical soil. Specimen preparation. Soil structure. Soil water retention curve. Saturated hydraulic conductivity. Compressibility. Shear strength.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES