Efeito da forma da partícula de areia na modelagem micromecânica em testes de cisalhamento direto

A representação do solo em simulações do método dos elementos discretos (DEM) é um processo complexo devido à variabilidade intrínseca na forma dos grãos. Muitos métodos foram propostos para incluir os efeitos da forma no DEM, desde o atrito de rolamento até representações de partículas assimétricas, como elipsoides ou poliedros. Neste artigo, as diferenças micromecânicas entre dois métodos comumente usados de representação da forma, o atrito de rolamento aplicado a partículas esféricas e elipsoides, são investigadas para testes de cisalhamento direto. Este estudo de simulação é apoiado por testes de cisalhamento direto a seco no laboratório usando uma areia mal graduada e três pressões de confinamento vertical: 50, 100 e 200 kPa. Embora o comportamento global observado no laboratório possa ser correspondido usando ambas as abordagens de representação da forma, a micromecânica mostra diferenças significativas. A rotação acumulativa média das partículas elipsoides é uma ordem de grandeza menor do que a das esferas com atrito de rolamento. A adição do atrito de rolamento afeta significativamente a redundância mecânica do sistema, tornando as amostras de partículas esféricas mais hiperestáticas do que suas equivalentes elipsoides. Embora o uso de elipsoides possibilite uma melhor representação do comportamento micromecânico, isso aumenta o custo computacional em cinco vezes em comparação ao uso de atrito de rolamento e esferas.