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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.18.2005.tde-01032005-172004
Documento
Autor
Nome completo
Victor Hugo Gaitán Oliva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2005
Orientador
Banca examinadora
Bortolucci, Antonio Airton (Presidente)
Celestino, Tarcisio Barreto
Nobrega, Carlos de Almeida
Título em português
Propagação de fraturas em juntas rugosas não-persistentes
Palavras-chave em português
coalescência
JCR
juntas descontínuas
juntas não-persistentes
juntas rugosas
maciços rochosos fraturados
ponte rochosa
Resumo em português
O presente trabalho foi realizado para estudar o efeito sobre a propagação de fraturas em juntas não-persistentes quando existe uma variação da rugosidade nas juntas. Para esta abordagem, foram analisados os modos de coalescência, o ângulo de início das fraturas, a resistência à compressão e deformação de modelos de argamassa contendo juntas não-persistentes e submetidos a estados biaxiais de tensão. Na literatura especializada encontram-se vários trabalhos que estudam o comportamento de juntas lisas não-persistentes. Infelizmente, este tipo de juntas não leva em conta os efeitos da dilatância e do aumento do atrito. Neste estudo, desenvolveu-se um método para produzir juntas rugosas não-persistentes dentro dos moldes de argamassa. Desta forma, conseguiu-se comparar os diferentes modos de ruptura, tanto para as juntas lisas como as rugosas. A configuração geométrica usada foi de 15 juntas com 'alfa' = 54 graus; 'beta' = 60 graus; Lj = Lb = 50mm e d = 25mm. Onde 'alfa' é o ângulo gerado entre o plano de uma junta e o plano formado entre as pontas de juntas não-coplanares, 'beta' é a inclinação da junta com respeito ao plano de tensão maior, Lb denota à distância entre juntas paralelas coplanares, Lj é o comprimento da junta e d é a distância entre juntas paralelas não coplanares. Estes parâmetros mantiveram-se constantes em todos os ensaios, tanto para as juntas lisas (JRC = 0) como as rugosas (JRC = 6,96 e JRC = 12,25). Usando os parâmetros acima mencionados, observou-se que o tipo de ruptura sempre aconteceu por escalonamento. Para as amostras contendo as juntas lisas, JRC = 0, o mecanismo principal de coalescência entre as juntas é a tração. Para estas juntas, os ângulos de início das fraturas, em média, resultaram de 64º e 65º para esquerda e direita, respectivamente. Em média, a resistência a compressão normalizada ('sigma'nor = 'sigma'1 - 'sigma'2 / 'sigma'cs; onde 'sigma'1 e 'sigma'2 são as tensões principais e 'sigma'cs é a resistência média à compressão simples) destes corpos de prova resultou ter o valor mais baixo, 'sigma'nor = 0,52, e a maior deformação, 'épsilon' = 0,0057. No caso das juntas com JRC = 6,7, a coalescência ocorreu tanto por tração como por cisalhamento, descrevendo um caminho ondulante entre as pontas das juntas. O ângulo médio de início das fraturas foi de 40º para o lado esquerdo e 48º para o lado direito. A resistência média normalizada destes corpos a compressão foi de 'sigma'nor = 0,54 e uma deformação de 'épsilon' = 0,0053. Com as juntas com JRC = 12,3, a coalescência também apresentou ambos os mecanismos, tração e cisalhamento, seguindo uma direção inclinada no início e trajetória reta no meio. Os ângulos de início obtidos foram 5º no lado esquerdo e 20º do lado direito. Os valores maiores de resistência média normalizada e o valor médio menor de deformação foram obtidos nestes tipo de juntas, sendo estes de 'sigma'nor = 0,59 e 'épsilon' = 0,0045. Verificou-se então que a rugosidade tem uma grande influência sobre a propagação da fratura, afetando grandemente o modo de coalescência, o ângulo de início de propagação das fraturas e a resistência e deformação total dos corpos de prova
Título em inglês
Fracture propagation on rough non-persistent joints
Palavras-chave em inglês
coalescence
discontinuous joints
fracture rock masses
JRC
non-persistent joints
rock-bridge
rough joints
Resumo em inglês
The present experimental study was conducted to investigate the effect of joint roughness on the fracture propagation of models with non persistent joints. For this approach the parameters investigated are : coalescence, the crack initiation angle, the compressive strength and deformation of the mortar samples containing non-persistent rough joints under biaxial loading. There are many works in specialized literature that study the behavior of non-persistent smooth joints, unfortunately, this kind of approach does not take into account the effect of the dilation and the increase of friction due to the joint roughness. In this study, a new method was developed to produce non-persistent rough joints inside the mortar models. With this method it was possible to compare the different paths of rupture generated for the smooth and for the rough joints. Each sample had 15 joints with 'alfa' = 54º; 'beta' = 60º; Lj = Lb = 50mm and d = 25mm. Where 'alfa' is the formed angle between the joint plane and the plane generated by two non coplanar joint tips, 'beta' is the joint inclination angle with the principal plane stress, Lb is the distance between coplanar joints, Lj is the length of the joint, d is the distance between two non-coplanar joints. These parameters remained constant in all the tests; the only variation permitted was in the joint roughness : from smooth joints (JRC = 0) to rough joints (JRC = 6,96 and JRC = 12,25). Using the mentioned parameters before it was always obtained the stepping failure. For the samples containing smooth joints, JRC = 0, the main mechanism of coalescence is tension. For these joints the average crack initiation angles, had resulted of 64º and 65º for left and right side, respectively. The average normalized compression strength ('sigma'nor = 'sigma'1 - 'sigma'2 / 'sigma'cs; where 'sigma'1 and 'sigma'2 are the principal stresses and 'sigma'cs is the average compression strength) of these tests resulted to have the lowest value, 'sigma'nor = 0,52, and the highest deformation, 'épsilon' = 0,0057. In the case of joints with JRC = 6,7; the mechanisms of coalescence are tension and shear, growing in a waving path between the joint tips. The average crack initiation angle was of 40º for the left side and 48º for the right side of the joint. The average normalized compression strength of these tests was of 'sigma'nor = 0,54 and deformation 'épsilon' = 0,0053. With joints having JRC = 12,3; the coalescence also presents both mechanisms, tension and shear, following a direction inclined in the beginning and a straight line in the middle of the way. The crack initiation angles had been : 5º in the left side and 20º of the right side. The highest values of average normalized strength resistant and the lowest average value of deformation were found in this type of joint, being of 'sigma'nor = 0,59 e 'épsilon' = 0,0045 respectively. With this approach, it was verified that the joint roughness influence the fracture propagation, affecting the coalescence, the crack initiation angle, the resistance and total deformation of the tested specimens
 
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Data de Publicação
2005-04-09
 
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