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Este trabalho tem por objetivo analisar a influência da quantidade de cimento, da porosidade, da umidade de moldagem e do contaminante sobre o comportamento físico de um solo argiloso artificialmente cimentado. O programa experimental consistiu em caracterizar os materiais utilizados e analisar fisicamente a mistura solo-cimento-contaminante, através de ensaios de resistência à compressão simples. O contaminante utilizado nesta pesquisa foi o resíduo borra oleosa ácida, oriundo de uma refinaria que realiza o reprocessamento de óleos lubrificantes. Para a obtenção dos parâmetros de moldagem (peso específico máximo seco e umidade ótima) do solo natural e das misturas solo/cimento e solo/cimento/contaminante, foram realizados ensaios de compactação com energia Proctor normal, intermediária e modificada. Os resultados, quanto à caracterização, apresentaram um material argiloso, oriundo de rochas riodacitos; quanto à resistência à compressão simples observou-se que a quantidade de cimento exerceu um efeito de acréscimo de resistência do material. Verificou-se que o aumento da massa específica aparente seca influenciou no ganho de resistência para um mesmo teor de cimento adotado, sendo que o acréscimo de resistência foi maior para teores de 20% de cimento, quando comparado com teores de 5%. Concluiu-se que a quantidade de cimento e a diminuição da porosidade ocorrida pela maior densificação influenciam em ganho de resistência e menor consumo de cimento. A variação de umidade de moldagem, mantendose constante o peso específico aparente seco, afetou a resistência à compressão simples do solo cimentado contaminado. The objective of this work is to analyze the influence of the amount of cement, porosity, molding moisture and contaminant on the physical behavior of an artificially cemented clay soil. The experimental program consisted in characterizing the materials used and physically analyzing the soil-cement-contaminant mixture by means of simple compression strength tests. The contaminant used in this research was the acid oily sludge residue from a refinery that performs the reprocessing of lubricating oils. In order to obtain the molding parameters (maximum specific dry weight and optimum moisture) of the natural soil and the soil / cement and soil / cement / contaminant mixtures, compaction tests were performed with normal, intermediate and modified Proctor energy. The results, presented a clayey material, originating from rocks riodacitos. As for the simple compression strength, it was observed that the amount of cement had an effect of increasing the strength of the material. It was verified that the increase of the apparent specific dry mass influenced the gain of resistance for the same cement content adopted, being that the increase of resistance was higher for 20% of cement when compared with contents of 5%. It was concluded that the amount of cement and the decrease of the porosity due to the higher densification influence in the gain of resistance and lower consumption of cement. The variation of molding moisture, keeping the specific apparent dry weight constant, affected the simple compression strength of contaminated cemented soil.

Este trabalho tem como objetivo aplicar a técnica de encapsulamento em um solo contaminado com crescentes quantidades do resíduo industrial borra oleosa ácida, utilizando como agente encapsulante o cimento Portland CP-V ARI. A aplicação da técnica de encapsulamento consistiu na realização de estudos pós-tratamento, analisando fisicamente o solo contaminado através de ensaios de resistência à compressão simples e durabilidade. Os resultados apontam que quanto maior a quantidade de borra oleosa ácida presente no solo encapsulado, menor a resistência à compressão simples e maior a perda de massa. The objective of this study is applying the encapsulation technique in soil contaminated with increasing amounts of acidic oily sludge industrial residues, using Portland cement CP-V ARI as the encapsulating agent. The application of the encapsulation technique consisted in the accomplishment of post-treatment studies, analyzing the contaminated soil physically through unconfined compressive strength and durability tests. The results showed that an increasing amount of acidic oily sludge in the encapsulated soil ends up lowering the unconfined compressive strength as well as increasing the mass loss.

This work seeks the application of solidification/stabilization techniques to contaminated soils analyzing specifically de physical behavior of the soil through tests of durability. The soil was contaminated in laboratory with acidic oily sludge industrial residues and the application of that technique had an encapsulate agent, the Portland cement CP V–ARI. The tests were carried out according to NBR 13.554 (1996), and they aimed to study the level of degradation and the vulnerability of the material with several combinations of cement and acidic oily sludge as well as study their volumetric variations. Starting from the results, it is possible to observe that the larger the contamination the larger the mass loss; however the larger the amount of cement, the smaller the mass loss and the more stable the volumetric variation. Este trabajo tiene por objetivo la aplicación de la técnica de solidificación/estabilización de suelos contaminados, analizando específicamente el comportamiento físico del suelo a través de ensayos de durabilidad. El suelo fue contaminado en laboratorio con residuo oleoso y la aplicación de la técnica tuvo cómo agente de encapsulamiento el cemento Portland CP V–ARI. Los ensayos de durabilidad, realizados según la NBR 13554 (1996), tuvieron como objetivo estudiar el grado de desagregación y vulnerabilidad del material con diversas combinaciones de dosificaciones de cemento y residuo oleoso, así cómo estudiar la variación volumétrica de los mismos. A partir de los resultados es posible observar que cuanto mayor la cantidad de contaminante, mayor es la pérdida de masa. Sin embargo, cuánto mayor es la cantidad de cemento, menor es la pérdida de masa y menor la variación volumétrica.

A melhoria das características mecânicas de solos naturais constitui uma técnica de crescente utilização na engenharia geotécnica, em especial na execução de fundações sobre solos moles. Algumas soluções passam pela utilização de materiais geotécnicos cimentados, tais como o saio-cimento, que constitui um material cujas características de àefom1ação e resistência já foram amplamente pesquisadas. Entretanto, nenhum trabalho levou em conta que a cimentação, tal como ocorre em depósitos naturais, é formada sob tensão. Além disso, esta estrutura do solo poderia ser danificada no momento em que fossem aplicadas tensões confinantes maiores que as tensões em que o mesmo encontrava-se em campo, danificando-a e conduzindo a resultados não representativos do real comportamento do solo. No presente trabalho, a partir de um programa experimental que incluiu ensaios de resistência à compressão simples, ensaios triaxiais drenados (CID) com medições internas de deformações e microscopia eletrônica de varredura, um solo arenoso artificialmente cimentado teve seu comportamento mecânico investigado, frente à variação das condições de compactação, do nível de tensões efetivas médio inicial (p'i = 100, 300 e 500 kPa) e das condições de cura, com a introdução da cimentação sob tensão. Os resultados mostraram que o comportamento do solo cimentado foi influenciado, em maior ou menor grau, por todas as variáveis investigadas. A introdução da cimentação sob tensão conduziu a mudanças significativas na mobilização da resistência ao cisalhamento, bem como nas características de deformabilidade do material estudado. The improvement of natural soils characteristics is largely used in geotechnical engineering, specially in the design of foundations on soft grounds. Sometimes, artificially cemented material layers such as soil-cement are employed These kind of adrnixture aiready has its characteristics very weii studied. Nevertheless, there is not any stuày regarding the process of cementation taking place under stress. Besides, the cemented soil structure could be damaged when a confining stress, higher than the in situ soii stress, is appiied. In this work, an experimental programme was carried out to investigate the mechanical behavior of an artificially cemented sanày soil, which includes unconfined compression tests, drained triaxial compression tests (CID) with local measurements of strains and scanning electron microscopy analysis. The influence of compaction conditions, initial mean effective stress (p'i = 1 00, 300 e 500 k:Pa) and cure conditíons, with the introduction of the cementation under stress, were evaluated. The results have shown that the cemented soil behavior was affected by both compaction conditions and initial mean effective stress. The introduction of cementations under stress induced expressive changes on the material strain and strenght characteristics.

O método da substituição dinâmica é uma alternativa bastante difundida em vários países do mundo como técnica de melhoramento de solos com baixa capacidade de suporte, compressíveis e/ou colapsíveis. Embora seja um método consagrado em variados tipos de solos, não existem relatos científicos de uso em solos saprolíticos e/ou lateríticos. Tendo em vista as lacunas técnico-científicas do método, esta pesquisa tem como proposta desenvolver um método de melhoramento de solo através da combinação da substituição dinâmica em um solo laterítico argiloso típico com adição de camadas melhoradas por misturas de solo-cimento compactadas em escala de protótipo. O programa experimental foi desenvolvido com 6 pontos de estudos (PEs) fundamentado para compreensão dos efeitos dos parâmetros L (1V e 2V) referente a coluna granular compactada e Hcam (S/ camada, 15cm e 50 cm) referente as camadas compostas por solo granular (Areia de Osório/RS) tratadas com cimento CP V ARI compactadas. Durante a construção dos PE’s foram medidas as velocidades de propagação de ondas superficiais (Vx, Vy e Vz) por meio de um sismógrafo. Estabelecidas as variáveis de investigação, após a construção dos PEs foram realizados ensaios de placa (Dpl = 30 cm), ensaios de SPT, ensaios de laboratório com testemunhos, avaliados os modos de falha, realizadas simulações numéricas por MEF e comparados as respostas dos ensaios de placa. Os resultados indicaram que a variação do parâmetro L não desempenhou melhorias expressivas no solo estudado, contrariamente ao parâmetro Hcam que desempenhou melhoria de 200% a 1200% em relação a capacidade de suporte do solo natural, como também aumento da rigidez do solo. Os ensaios de laboratório e de campo constataram densificação do solo até 3m de profundidade. Em relação ao modo de falha, em geral, as camadas romperam por punção com algumas distinções dependendo Hcam, no caso da coluna granular houve ruptura generalizada. Quanto a Vx, Vy e Vz se obteve uma relação em função Dw e H. Por fim, foi desenvolvido, testado e validado um inclinômetro experimental de proporções reduzidas e baixo custo. The dynamic replacement method is a widespread alternative in several countries around the world as a technique for improving soils with low bearing capacity, compressible and/or collapsible. Although it is an established method in various types of soils, there are no scientific reports of its use in saprolitic and/or lateritic soils. In view of the technical-scientific gaps of the method, this research aims to develop a method of soil improvement by combining the dynamic replacement in a typical clayey lateritic soil with addition of layers improved by compacted soil-cement mixtures in prototype scale. The experimental program was developed with 6 study points (PE’s) grounded for understanding the effects of the parameters L (1V and 2V) referring to the compacted granular column and Hcam (S/ layer, 15cm and 50 cm) referring to the layers composed by granular soil (Osório’sand) treated with compacted CP V ARI Portland cement. During the construction of the PE's the velocities of propagation of superficial waves (Vx, Vy and Vz) were measured by means of a seismograph. After establishing the investigation variables, after the construction of the PEs, plate tests (Dpl = 30 cm), SPT tests, laboratory tests with core samples were performed, failure modes were evaluated, numerical simulations were performed by FEM and the responses of the plate tests were compared. The results indicated that the variation of parameter L didn’t perform expressive improvements in the soil studied, contrary to the parameter Hcam that performed an improvement of 200% to 1200% in relation to the bearing capacity of the natural soil, as well as an increase in soil stiffness. The laboratory and field tests found soil densification up to 3m in depth. In relation to the failure mode, in general, the layers ruptured by punching with some distinctions depending on Hcam, in the case of the granular column there was generalized rupture. As for Vx, Vy and Vz, a relationship was obtained as a function of Dw and H. Finally, an experimental inclinometer of reduced proportions and low cost was developed, tested and validated.

Os solos são o denominador comum entre todos os empreendimentos de Engenharia Civil. Entretanto, eles também são o material de construção mais variável, apresentando características heterogêneas e complexas únicas para cada local. Sendo assim, frequentemente as características do solo não atendem às necessidades do projeto de engenharia. A inserção do cimento na matriz do solo proporciona um aumento da resistência e rigidez do material, enquanto que a adição de fibras proporciona um aumento da ductilidade, reduzindo a perda de resistência pós-pico. O comportamento destes compósitos sob condições cíclicas não confinadas, para diferentes tensões, não é completamente conhecido em nível experimental e menos ainda é conhecido em nível de modelo teórico. Neste sentido, esta pesquisa visa analisar experimentalmente o comportamento mecânico da areia cimentada reforçada com fibras sob condições de carga cíclica não confinada, e propor um modelo constitutivo qualitativo para prever seu comportamento para compressão cíclica não confinada do mesmo compósito. Para isso, foi planejado um programa experimental para uma areia siltosa (solo residual de arenito de Botucatu), cimento Portland - CP - Tipo V (ARI), e fibras de polipropileno de 24 mm de comprimento e 0,023 mm de espessura. Foram definidos três pesos específicos aparentes secos (γd) (18, 19 e 19,7 kN/m3), três teores de cimento (3, 5 e 7%) e 0 e 0,5% de fibras. Os testes planejados são divididos em: carregamento monotônico – 5 dosagens de ensaios de resistência à compressão simples e compressão diametral para validar o uso de dados apresentados por Festugato (2011) e testes de tração na flexão. Para ensaios cíclicos (compressão não confinada - CUC e fadiga - CF), foi escolhida uma mistura de referência (18 kN/m3; 5% de cimento) para três cargas aplicadas diferentes (90, 80 e 70%) e duas porcentagens de fibras (0 e 0,5%). A fase monotônica do programa experimental forneceu os valores máximos de carga utilizados na porção cíclica da pesquisa em relação ao η/Civ da mistura. Nos testes CUC, houve um aumento no número de ciclos (N) com a diminuição da carga aplicada. Entretanto, os valores de N diminuíram com a inserção de fibras quando comparados com as porcentagens aplicadas de amostras não reforçadas com fibras. Como a carga máxima para compósitos solo-cimento-fibra foi maior, as amostras reforçadas com fibras foram testadas com as mesmas cargas máximas que as não reforçadas com fibras. Houve uma grande melhoria no comportamento para todas as cargas aplicadas com inserção de fibras. Os dados do módulo de cisalhamento (G) mostraram uma diminuição nos valores totais para as amostras reforçadas com fibra. Houve um decréscimo significativo no G durante os ciclos iniciais. Compósitos que não foram levados a ruptura para os parâmetros indicados apresentaram um ligeiro aumento em G após a perda inicial. Os ensaios de fadiga também mostraram um aumento na Nf com diminuição da carga. Entretanto, as amostras reforçadas com fibras tiveram resultados drasticamente menores, o que poderia ser devido à anisotropia imposta pela inserção de fibras. Finalmente, foi desenvolvido um modelo qualitativo para descrever o comportamento da deformação axial devido à degradação cíclica de G de para testes cíclicos de compressão não confinada. Soils are the common denominator between all civil engineering endeavours. However, they are also the most variable construction material, presenting heterogeneous and complex characteristics unique to each location. In being so, frequently soil characteristics do not attend to the necessities of the engineering design. The insertion of cement to the soil matrix provides an increase in strength and rigidity of the material, whereas, fibre addition provides an increase in ductility, reducing post-peak loss in strength. The behaviour of these composites under unconfined cyclic conditions, for different stresses, is not completely known in an experimental level and even less is known in a theoretical model level. In this sense, this research aims to experimentally analyse the mechanical behaviour of fibrereinforced cemented sand under unconfined cyclic loading conditions, and to propose a qualitative constitutive model for predicting its behaviour for cyclic unconfined compression of the same composite. In order to do so, an experimental program was planned for a silty sand (Botucatu sandstone residual soil), early strength Portland cement – PC – Type III, and polypropylene fibres 24 mm long and 0.023 mm thick. Three different dry unit weights (γd) (18, 19 and 19.7 kN/m3), three cement contents (3, 5 and 7%) and 0 and 0.5% of fibres were chosen. The planned tests are divided in: monotonic loading – flexural tensile tests and 5 dosages of unconfined compressive and split tensile tests. For cyclic testing (unconfined compression – CUC and fatigue – CF), a benchmark mixture (18 kN/m3; 5% cement) was chosen for three different applied loads (90, 80 and 70%) and two fibre percentages (0 and 0.5%). The monotonic phase of the experimental program provided the maximum load values used in the cyclic portion of the research in respect to the η/Civ of the mixture. From the CUC tests, there was an increase in the number of cycles (N) with the decrease of applied load. However, the values of N decreased with fibre insertion when compared to the applied percentages unreinforced specimens. Since the maximum load for soil-cement-fibre composites was higher, fibre-reinforced specimens were tested with the same maximum loads as the unreinforced ones. Then, there was a great improvement in behaviour for all applied loads with fibre insertion. The shear modulus (G) data showed a decrease in total values for the fibre-reinforced specimens. There was a significant decrease in G during the initial cycles. Combinations that did not reach failure for the given parameters presented a slight increase in G after the initial loss; this could be attributed to the decrease in void ratio during testing. Fatigue testing also showed an increase in Nf with decrease in loading. However, fibrereinforced specimens had dramatically lower results, which could be due to anisotropy imposed by fibre insertion. Finally, a qualitative model was made to describe the behaviour of decrease in axial strain due to cyclic degradation of G of for CUC tests.

Dentre os métodos de remediação de contaminantes nos solos, as barreiras hidráulicas verticais são conhecidas por utilizar cimento e bentonita para contenção de plumas de contaminação em água subterrânea. Tendo em vista a atual preocupação com os danos causados ao meio ambiente devido à produção de cimento do tipo Portland, a dissertação tem por objetivo analisar o comportamento hidráulico e mecânico de misturas de solo, bentonita sódica e técnicas cimentantes alternativas ao cimento Portland, visando seu potencial de utilização como material de preenchimento de barreiras de contenção submetidas a contaminação por soda cáustica (NaOH). A matriz das misturas consiste de um solo areno-siltoso característico da região de São Leopoldo/RS, adicionando-se neste bentonita sódica, que auxiliará na diminuição da condutividade hidráulica das amostras, e material cimentante, para ganho de resistência. Foram comparadas misturas de Cimento Portland tipo CP V e CP IV, com duas técnicas de cimentação alternativa, com baixa e alta alcalinidade inicial, tendo como precursor o resíduo da fibra de vidro moída (RFVM), um subproduto do processo de controle de fabricação da fibra de vidro. Como ativador de baixa alcalinidade inicial, foi utilizado a cal de carbureto (CC), resíduo da produção do gás acetileno. Como ativador de alta alcalinidade inicial, foi utilizada a CC e uma solução de NaOH e Na2SiO3. Para o estudo do comportamento mecânico, foram realizados ensaios de resistência à compressão simples e mini abatimento de cone, em diversas relações água/cimento. Foram ainda avaliadas as interações entre os materiais utilizados, percolados inicialmente com água e posteriormente com o agente contaminante, medindo-se o pH durante o ensaio de condutividade hidráulica, para verificar possíveis alterações devido ao contato com esse. Os resultados demonstram que, para cimentos alternativos, a utilização de ativadores com alta alcalinidade inicial, aumentam a resistência e melhoram o desempenho da estrutura cimentada quando submetidas ao contaminante. Além disso, tais amostras apresentaram valores de condutividade hidráulica a longo prazo entre 10-8 e 10-9 cm/s, valores condizentes com os comumente utilizados para barreiras hidráulicas verticais. Among the methods of remediation of contaminants in soils, vertical hydraulic barriers are known for using cement and bentonite to contain contamination plumes in groundwater. In view of the current concern with damage to the environment due to the production of Portland cement, thid work aims to analyze the hydraulic and mechanical behavior of mixtures of soil, sodium bentonite and cementing techniques alternative to Portland cement, aiming at its potential for use as filling material for containment barriers subjected to caustic soda (NaOH) contamination. The mixtures matrix consists of a sandy-silty soil characteristic of the region of São Leopoldo/RS, adding to this sodium bentonite, which will assist in decreasing the hydraulic conductivity of the samples, and cementing material, for strength gain. Were compared mixtures of Portland cement type CP V and CP IV, with two alternative cementation techniques, with low and high initial alkalinity, having as a precursor the ground glass fiber residue (RFVM), a by-product of the manufacturing control process of the fiberglass company. As a low initial alkalinity activator, carbide lime (CC), residue from the production of acetylene gas, was used. As an initial high alkalinity activator, CC and a solution of NaOH and Na2SiO3 were used. For the study of mechanical behavior, tests of resistance to simple compression and mini cone slump were carried out, in different water/cement ratios. The interactions between the materials used were also evaluated, percolated initially with water and later with the contaminating agent, measuring the pH during the hydraulic conductivity test, to check for possible changes due to contact with it. The results demonstrate that, for alternative cements, the use of activators with high initial alkalinity, increase the strength and improve the performance of the cemented structure when subjected to the contaminant. In addition, such samples showed long-term hydraulic conductivity values between 10-8 and 10-9, values consistent with those commonly used for vertical hydraulic barriers.

Propõe-se nesta dissertação discorrer sobre a utilização de diferentes materiais no âmbito da construção civil, dada a potencialidade de alguns tipos de resíduos (muitos deles descartados de forma irregular na natureza, dando origem a passivos ambientais), ainda não ou pouco explorados. A presente pesquisa tem por objetivo estudar compostos cimentantes alternativos para o melhoramento de solos com potencial aplicação em obras geotécnicas, como alternativa ao tradicional cimento Portland, tendo em vista a grande quantidade de CO2 emitida no processo de fabricação deste. A partir da ativação alcalina pode ser feita a transformação de materiais residuais, provenientes da construção civil e/ou da indústria, em compósitos artificialmente cimentados. Este processo se dá pelo contato de um material rico em aluminossilicatos com uma solução alcalina ativadora, de modo que ao se estabelecer contato ocorre a dissolução e posterior reorganização das cadeias moleculares do material amorfo, obtendo-se como resultado um material cristalino com uma estrutura bem ordenada. Este trabalho foi elaborado a partir de um programa experimental que tem como metodologia a adição, em diferentes dosagens, de cal de carbureto (resíduo rico em óxido de cálcio), pó de telha cerâmica (material pozolânico) acrescentado de uma solução a base de hidróxido de sódio (NaOH) para a estabilização alcalina de solos granulares, neste contexto, a areia de Osório. Ao longo do experimento são testados diferentes traços de misturas para verificação do ganho de resistência, rigidez e durabilidade do material estudado. Além disso, difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de raios-X por dispersão em energia (EDS) também foram realizadas para caracterizar a mineralogia e a microestrutura dos CPs. It is proposed in this dissertation to discuss about the use of different materials in the scope of civil construction, given the potentiality of some types of waste (many of them discarded irregularly in nature, giving rise to environmental liabilities), not yet or little explored. This research aims to study alternative cement compounds for soil improvement with potential application in geotechnical works, as an alternative to the traditional Portland cement, considering the large amount of CO2 emitted in its manufacturing process. From the alkaline activation, the transformation of residual materials, from civil construction and industry, into artificially cemented composites can be done. This process occurs through the contact of a material rich in aluminosilicates with an alkaline activating solution, so that when contact is established the dissolution and subsequent reorganization of the molecular chains of the amorphous material occurs, obtaining as a result a crystalline material with a well-ordered structure. This work was elaborated from an experimental program that has as methodology the addition, in different dosages, of carbide lime (residue rich in calcium oxide), ceramic tile powder (pozzolanic material) and a sodium hydroxide-based solution (NaOH) for the alkaline stabilization of granular soils, in this context, Osório sand. Throughout the experiment different traces of mixtures will be tested to check the strength, rigidity and durability of the material studied. Moreover, x-ray diffraction (XRD), back-scattering electron microscopy (BSEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) were also performed to characterize the mineralogy and microstructure of the specimens.

A construção de qualquer obra que envolva o solo, seja como material de construção ou como suporte para receber fundações, requer uma avaliação criteriosa das propriedades geotécnicas, porém em diversos casos o solo não apresenta as características necessárias à execução do projeto, sendo possível modificar o comportamento com execução de técnicas de melhoramento de solos. Umas dessas técnicas, conhecida como compactação dinâmica, consiste em içar grandes massas (5 a 20 toneladas) a elevadas alturas (10 a 40 m) fazendo-a se chocar com o solo, compactando-o. A prática mundial é aplicada sobretudo a areias e resíduos com elevado índice de vazios, não há registros na literatura de utilização em solos coesivos friccionais típicos de regiões tropicais como o Brasil. A classificação MCT indicou se tratar de um solo argiloso de comportamento laterítico. Assim, esta dissertação visa a estudar a aplicação da técnica a um solo coesivo friccional da região de Passo Fundo – RS, por se tratar de um material com elevado teor de argila, alto índice de vazios e leve cimentação natural. A técnica foi aplicada no campo experimental da Universidade de Passo Fundo, com alturas variando de 3,0 a 12,0 m, e quantidade de golpes entre 1 e 16 em cada ponto de compactação, utilizando uma massa de 5,5 toneladas e um sistema de queda livre. O comportamento foi avaliado em função das crateras obtidas, deslocamento lateral do solo, ensaio de SPT, prova de carga e ensaios triaxiais com amostras indeformadas coletadas do fundo das crateras. Os resultados demonstram que o comportamento do solo coesivo friccional de Passo Fundo após a execução da técnica de melhoramento apresenta algumas diferenças em relação à prática mundial. O tamanho das crateras formadas é bastante grande, ocorre deslocamento lateral do solo, porém a ordem de grandeza é inferior aos deslocamentos verticais. Observou-se que não há variação nos resultados de SPT após o tratamento, independentemente da quantidade de golpes e energia por golpe aplicados. O comportamento mecânico do solo da camada superior é alterado, com aumento do ângulo de atrito de 30,5° para 35,9°, enquanto o intercepto coesivo se manteve praticamente constante (na ordem de 10 kPa). As provas de carga indicam resultados que corroboram com alterações na estrutura do material, com redução da rigidez inicial e aumento da capacidade de suporte a elevados deslocamentos. Soil is a great material for civil construction and its use demands an evaluation of its geotechnical properties, in many cases the material does not match the requirements of a specific project. In order to overcome this problem, it is possible to improve the geotechnical characteristics by using ground improvement techniques. Dynamic compaction (also known as heavy tamping) is one of these techniques, it consists on dropping heavy weights (5 to 20 tons) from heights up to 40 m repeatedly on the ground allowing the densification of the soil. The international practice is most related to granular deposits and rubble material, which exhibit a high void ratio. The dynamic compaction on lightly bonded material, such as highly pervious bonded weathered clays from tropical regions, has never been performed. The aim of this dissertation is to study the use of dynamic compaction on a lightly bonded soil from Passo Fundo, situated in Southern Brazil. The MCT methodology for soil classification identified the soil as a lateritic clay. The technique was applied on the experimental field of the Passo Fundo University, using a free fall system (no friction losses). The steel block (5,5 tons) was dropped from 3,0 meters up to 12,0 meters, the number of blows varied from 1 to 16 in a single point of compaction. The soil behavior was evaluated by the crater depth and size, lateral displacements, Standard Penetration Tests, plate load tests and triaxial laboratory tests from undisturbed samples from the bottom of the craters after the compaction. The results show that the behavior of the lightly bonded material is somehow different from the usual granular results. The crater formed is very big, with depths up to 2,0 meters, there is a lateral displacement, but very small compared to the crater depth. The SPT shows a similar result after treatment, independent of the number of blows. The mechanical behavior was changed, the friction angle increased from 30,5° to 35,9° while the cohesion intercept did not change (about 10 kPa). The plate load test indicated a reduction of initial stiffness and an increase in bearing capacity for large displacements.

No Brasil, a malha rodoviária pavimentada, em sua grande maioria, é de revestimentos de misturas asfálticas. Com o crescimento do carregamento imposto pelo tráfego às rodovias, a vida útil destes revestimentos tendem a reduzir com o aparecimento excessivo de trincas e afundamento da estrutura. Uma das formas de combater o aparecimento destas patologias, causadas por fatores externos, seria a execução de camadas cimentadas subjacentes aos revestimentos asfálticos. Paralelamente, é observada uma crescente preocupação com o meio ambiente, na questão dos rejeitos originários de processos industriais, seja no seu descarte e seu uso e as explorações de materiais naturais para aplicação na construção civil. Atualmente, há um esforço, cada vez maior, das universidades e intituições de pesquisa para que novas tecnologias e materiais utilizados se aproveitem dos rejeitos gerados pelos processos industriais.A região sul, mais particularmente, no Estado do Rio Grande do Sul, estão localizados, aproximadamente, 92% das jazidas de carvão mineral conhecidas no Brasil, de baixo poder calorífico, como consequência, foram implantadas termelétricas à carvão para geração de energia e neste processo, são gerados resíduos da queima do carvão: cinzas volante (fly ash) e de fundo (bottom ash). Neste trabalho foram estudados os resíduos gerados da Termelétrica Presidente Médici, Fase B, pertencente a Companhia de Geração Térmica de Energia Elétrica (CGTEE), localizada no município de Candiota-RS para aplicação em pavimento, mais particularmente no Concreto Compactado com Rolo (CCR). A principal finalidade foi substituir o cimento Portland por cinza volante adicionada de cal hidratada e através de uma metodologia racional, que é a relação da porosidade (n) e o teor volumétrica da cal, verificar sua influência nas propriedades mecânicas do CCR (compressões simples e diametral, resistência à tração na flexão, bem como os módulo de elasticidade estático e dinâmico), variando a energia de compactação e os teores de cal(5%, 10%, 15% e 20%). Os resultados mostram que para todas as propriedades mecânicas esta metodologia racional obteve os mesmos valores de expoentes internos e externos dentro de seu modelo matemático de previsão destas propriedade mecânicas e uma boa relação entre os modelos matemáticos da compressão simples e compressão diametral e resistência à tração na flexão, bem como uma boa relação entre os modelos matemáticos do módulos de elasticidade estático e dinâmico. In Brazil the paved road network, for the most part, is made of asphalt mixtures. With the growth of the load imposed by the traffic to the highways, the useful life of these asphaltic coating tend to reduce with the excessive appearance of cracks and sinking of the structure. One of the ways to combat the appearance of these pathologies, caused by external factors, would be the execution of cemented layers underlying the asphaltic coatings. At the same time, there is a growing concern with the environment in the issue of waste originating from industrial processes, either in their disposal and their use and the exploration of natural materials for application in civil construction. Currently, there is a growing effort by universities and research institutions to make use of the new technologies and use inorganic wastes from industrial processes that contributing to the sustainability, which includes: the economic, social and environmental aspects. The southern region, more particularly, in the state of Rio Grande do Sul, is located approximately 92% of the coal deposits known in Brazil, of low calorific value, as a consequence, coal-fired thermoelectric plants have been implemented for power generation and in this process, wastes are generated, such as coal fly ash and coal bottom ash. This aim of this thesis is to study the use of this waste generated by the Presidente Médici Thermoelectric Plant, Phase B, which is part of the Thermal Power Generation Company (CGTEE), located in the city of Candiota-RS for application in pavement, more particularly in Roller-Compacted Concrete (RCC). The main purpose was to replace the Portland cement with fly ash added with hydrated lime and through a rational methodology, which is the relation of the porosity (n) and the volumetric content of the lime (Lv), to verify its influence on the mechanical properties of the CCR (compressive strength, splitting tensile strength, flexural strength and static and dynamic modulus of elasticity), varying the compaction energy and lime contents (5%, 10%, 15% and 20%). The results show that for all the mechanical properties this rational methodology obtained the same values of internal and external exponents within its mathematical model of prediction of these mechanical properties and a good relation between the mathematical models of the simple compression and splitting tensile strength, flexural strength in the as well as a good relation between the mathematical models of static and dynamic elastic moduli.

Com uma necessidade cada vez maior da utilização de materiais mais sustentáveis na construção civil, existe uma grande busca por novas substâncias que possam suprir as nossas necessidades de maneira mais “limpa”. O presente trabalho tem como foco propor uma metodologia de dosagem para a obtenção de solos artificialmente cimentados, com determinadas resistências e rigidezes, de maneira que eles sejam duráveis, com a adição de diferentes resíduos. O solo inicialmente estudado é a areia de Osório e os resíduos são a cal de carbureto e o pó de vidro. A cal de carbureto consiste basicamente de hidróxido de cálcio e o pó de vidro de sílica em estado amorfo, gerando assim uma combinação adequada para a ocorrência das reações pozolânicas. A metodologia de dosagem proposta relaciona as propriedades dos materiais com o fator η/Biv0,28, aos sete dias de cura, sendo η a porosidade do solo artificialmente cimentado e, Biv o teor volumétrico de agente cimentante no interior do mesmo (neste caso pó de vidro e cal de carbureto). O expoente externo 0,28 se assemelha ao encontrado em outras metodologias de dosagem para solos artificialmente cimentados com cimento Portland Com a finalidade de validar a metodologia proposta, para condições distintas das analisadas, foram executados ensaios com diferentes períodos de cura (180 dias), diferentes resíduos (cinza de casca de arroz) e um solo distinto (arenito Botucatu), chegando também a correlações do comportamento mecânico destes materiais com o fator η/Biv0,28. Os dados obtidos nesta pesquisa foram comparados com os resultados de outros pesquisadores que utilizaram cal com cinza volante de usinas de carvão juntamente com cal hidratada e de outros trabalhos que utilizaram cimento Portland, todos para criar solos artificialmente cimentados, e, mais uma vez, a metodologia proposta se mostrou eficaz. Foi possível ainda normalizar em função de um valor médio todos os resultados de rigidez, resistência e durabilidade obtendo assim equações únicas em função de η/Biv0,28 para todos os materiais analisados, chegando a uma correlação com mais de 1000 pontos no caso da resistência. With a growing need for the use of more sustainable materials in construction, there is a great search for new substances that can meet our needs in a "cleaner" way. The present work aims to propose a dosing methodology for obtaining artificially cemented soils, with certain strengths and stiffness, so that they are durable, with the addition of different residues. The initially studied soil is the Osório sand and the residues are carbide lime and glass powder. The carbide lime basically consists of calcium hydroxide and the glass powder consists of silica in the amorphous state, thus generating a great combination for the occurrence of the pozolanic reactions. The proposed dosage methodology relates the properties of the materials with the factor η/Biv0.28, at the seven days of curing, in which η is the porosity of the artificially cemented soil and Biv is the volumetric content of the cementitious agent inside it (in this case powder glass and carbide lime) The external exponent 0.28 resembles that found in other dosing methodologies for artificially cemented soils with Portland cement. The methodology led to a unique correlation for all the dosages used. To validate the hypothesis which was raised, tests were carried out with different curing periods (180 days), different residues (rice husk ash) and a different soil (Botucatu sandstone), reaching optimum correlations. The data obtained in this research were compared with the results of other researchers who used lime with fly ash from coal plants together with hydrated lime and from other works that used Portland cement, all to create artificially cemented soils, and, once again, the proposed methodology proved to be excellent. It was also possible to normalize all the results of stiffness, strength and durability thus obtaining unique equations as a function of η/Biv0.28 for all materials analyzed, reaching a correlation with more than 1000 points.

O homem cada vez mais interfere e contamina o meio ambiente. Acidentes envolvendo o derramamento de substâncias químicas no solo tem sido cada vez mais frequente, gerando preocupação aos órgãos ambientais, visto que essa contaminação promove riscos à saúde humana, o que torna necessário intervenções que impulsionam o aprimoramento de técnicas de remediação. Dentre essas técnicas, a utilização de nanopartículas, em especial as nanopartículas de ferro de valência zero, têm se destacado para uso em remediação devido ao baixo custo de produção, elevada reatividade para contaminantes orgânicos e inorgânicos e baixa toxicidade. Para contaminantes inorgânicos não se tem definidas as melhores relações de nano ferro em relação ao contaminante e também o comportamento no solo. Dessa forma o objetivo do trabalho foi avaliar o transporte e a aplicação de nanopartículas de ferro para remediação de um solo residual argiloso, contaminado com cromo hexavalente. O trabalho foi dividido em três fases, em que na primeira foi avaliado a melhor concentração, tipo de nano ferro e determinação do parâmetro de filtração através do uso do ensaio em coluna de parede flexível com corpos de prova indeformados. Na segunda fase, a partir dos resultados da primeira, foram realizados ensaios de remediação do solo contaminado em bancada para se definir as melhores relações entre o nano ferro e o contaminante. E na terceira fase foram realizados ensaios com corpos de prova deformados e contaminados (800mg/Kg de Cr(VI)), para se avaliar a influência da pressão de injeção na eficiência do processo de redução do Cr (VI) Para realização dos ensaios de coluna, foi utilizado um solo residual argiloso, moldando-se corpos de prova de 5 cm de diâmetro e 5 cm de altura, utilizados na fase 1 e 3. Para avaliação do transporte e determinação do parâmetro de mobilidade de filtração foram utilizados 3 tipos de nanopartículas de ferro com e sem estabilizantes, nas concentrações de (1g/L, 4g/L, 7g/L e 10g/L), avaliando mudança na condutividade hidráulica do solo e concentração retida no meio. O parâmetro de filtração foi determinado utilizando-se o modelo analítico proposto por Reddy et al., (2014). Os resultados demonstram que as nanopartículas apresentam uma alta reatividade, porém baixa mobilidade para concentrações mais elevadas, tendo influência também o uso de estabilizantes. Os melhores valores obtidos nesta fase foram para concentrações de 1g/L e 4g/L, tanto para a mobilidade, quanto para a mudança na condutividade do meio O parâmetro de filtração, variou de 10-3s-1, para o nano ferro com surfactante e 10-2s-1, para o nano ferro sem surfactante. Para a remediação do cromo hexavalente se observou uma eficiência de 87% para a relação de 1000mg de Fe° para 23 mg de Cr(VI). Utilizando 4g/L na referida relação agente redutor e contaminante, em coluna se observou que maiores valores de pressão aumentam a eficiência da redução, porém acabam favorecendo a colmatação dos vazios do solo pelas nanopartículas. Utilizando uma pressão de 100Kpa, se obteve um valor de redução máximo próximo de 50%, muito menor que aqueles em bancada. Assim o uso de nanopartículas de ferro é eficiente para remediação de um solo argiloso contaminado com cromo (VI) ex situ, pois o contato do contaminante com o agente redutor se torna mais fácil pela melhor homogeneização do solo. As nanopartículas com surfactante apresentam melhor movimentação no solo e menor valor de filtração, sendo indicado o uso de uma concentração de até 4 g/L para não alterar as características naturais do meio. The human being is constantly interfering and contaminating the environment. Accidents evolving the spill of chemical and toxic substances in the soil has been more frequently nowadays. This topic became a concern to the environmental regulation departments around the world, since this contaminations promote risks to the human health. In this way the necessity for improvements in the remediation techniques is required. Among the techniques, the use of nanoparticles zero valent iron has being highlight for use in remediation process due it's low cost for production, low toxicity and high reactivity for organic and inorganic contaminants. For inorganic contaminants the best nanoiron/contaminant ration and also the behavior in the soil have not been defined. Thus, the objective of this work was to evaluate the transport and the application of iron nanoparticles for the remediation of residual clay soil contaminated with hexavalent chromium The work is divided in three phases: The first evaluated the best concentration, type of nanoiron and determination of the filtration parameter through the use of the flexible wall column test with undeformed specimens. In the second phase, from the results of the first phase remediation tests were carried out on the contaminated soil in the workbench to define the best relations between the nanoiron and the contaminant. In the third phase, tests with deformed and contaminated test specimens (800 mg / kg Cr (VI)) were carried out to evaluate the influence of the injection pressure on the Cr (VI) reduction efficiency. To perform the column tests, a residual clay soil was used, molding test pieces 5 cm in diameter and 5 cm in height, used in phase 1 and 3. For evaluation of the transport and determination of the parameter of mobility of filtration (1 g / L, 4 g / L, 7 g / L and 10 g / L) were used, evaluating changes in soil hydraulic conductivity and the concentration retained in the system. The filtration parameter was determined using the analytical model proposed by Reddy et al., (2014).The results demonstrate that the nanoparticles have a high reactivity, but low mobility at higher concentrations, and also the use of stabilizers. The best values obtained in this phase were for concentrations of 1g/L and 4 g/L, both for mobility and for the change in conductivity of the system The filtration parameter ranged from 10-3s-1, for the nanoiron with surfactant and 10-2s-1, to the nanoiron without surfactant. For the remediation of the hexavalent chromium, an efficiency of 87% was observed for the ratio of 1000mg Fe ° to 23mg Cr (VI). By using 4g / L in the referred reducing agent and contaminant ratio, it was observed in column that higher pressure values increase the reduction efficiency, but they end up favoring the filling of the voids of the soil by the nanoparticles. Using a pressure of 100Kpa, a maximum reduction value of around 50% was obtained, much lower than those in bench. Thus, the use of iron nanoparticles is efficient for the remediation of a clay soil contaminated with chromium (VI) in deformed samples, since the contact of the contaminant with the reducing agent is made easier by better homogenization of the soil. The nanoparticles with surfactant present better a better movement in the soil and a lower filtration value, being indicated the use of a concentration of up to 4 g/l in order not to alter the natural characteristics of the system.

Em virtude da presença cada vez mais frequente de solicitações cíclicas nas estruturas de engenharia e do aprimoramento da análise de projetos, os ensaios em solos sob carregamentos cíclicos tiveram seu interesse renovado nos últimos anos. Os ensaios de laboratório são realizados de forma que simulem, da melhor maneira possível, as condições observadas em campo. Tais condições auxiliam na escolha dos ensaios a serem conduzidos para a determinação de parâmetros geotécnicos relevantes a cada situação observada em campo. Dentre os ensaios empregados na Engenharia Geotécnica, destaca-se o simple shear. Este ensaio é conhecido e utilizado para medir a resistência ao cisalhamento e a rigidez de solos. Este é o único ensaio de laboratório capaz de submeter uma amostra a condições de deformação plana sob volume constante e permitir a rotação das tensões principais. Tais condições são frequentemente representativas em diversas situações em campo como, por exemplo, o modo de cisalhamento adjacente ao fuste de uma estaca ou sob plataformas offshore com base gravitacional. Nesse contexto, um equipamento foi desenvolvido para a realização de ensaios do tipo simple shear. O aparato conta com uma câmara, na qual é aplicada pressão à amostra de solo. Diferenciando-se do equipamento comercial para tais ensaios, que emprega uma membrana com anéis metálicos, a amostra de solo neste equipamento é envolta por uma membrana de látex, o que possibilita a consolidação de forma isotrópica ou anisotrópica. Quanto ao carregamento, o equipamento desenvolvido permite que o carregamento seja realizado de forma monotônica ou clíclica. Quando do carregamento cíclico, este pode ainda ser realizado de forma a se manter a tensão controlada ou a deformação. Foram conduzidos ensaios de calibração e validação do equipamento empregando-se uma areia fina de granulometria uniforme cujas propriedades são amplamente conhecidas através de outros ensaios. Os resultados obtidos foram então comparados com estudos no mesmo material em equipamentos triaxiais, cisalhamento direto e outro simple shear. Os resultados mostraram-se satisfatórios, validando o equipamento desenvolvido. In view of the ever more frequent presence of the cyclic solicitations on Engineering structures and the enhancement of design analysis, the soil testing under cyclic loading conditions had its interest renewed in the last years. The laboratory tests are conduced in a way that simulates, in the best way possible, the observed field conditions. Said conditions aid on the choice of the tests to be conducted in order to determinate the relevant geomechanics parameters.to each situation observed on the field. Among the employed tests in Geotechnical Engineering, it is highlighted the simple shear. This test is known and used to measure the shear strength and soil righty. This is the only laboratory test capable of submitting the sample to plane strain conditions under constant volume and allows the main stress rotations. Said conditions are frequently representative in many field situations, such as, the adjacent shear mechanism to the shaft of a pile or, under offshore platforms with gravitational base. In this context, a equipment was developed to perform simple shear tests. The apparatus has a chamber, in which it is applied confining pressure to the soil sample. Contrasting from the commercial equipment for said tests, that uses a membrane with metallic rings, in this equipment the soil sample is involved by a latex membrane, allowing the consolidation being carried out isotropically or anisotropically. The loading on this equipment can be conduced on monotonic or cyclic conditions. The cyclic loading can even be conduced by controlling the deformation or the stress. Calibration and validation testes where conduced on the equipment using a fine sand of uniform granulometry which properties are largely known through other tests. The obtained results where then compared to other tests carried out on the same material in triaxial tests, direct shear and other simple shear, The results obtained were considered satisfactory, validating the developed equipment.

Não são raros os casos onde os locais escolhidos para a implantação de determinadas obras não apresentam condições adequadas ou desejadas do ponto de vista geotécnico. Diversas metodologias foram criadas para enfrentar tal problema, seja por substituição de material, realocação da obra, uso de soluções estruturais, melhoria do material, etc. A melhoria de solos utilizando repetições de queda livre de um peso a determinada altura com o intuito de compactar o solo é uma das técnicas mais básicas e antigas que se tem relato. Esse procedimento, quando utilizadas grandes massas e alturas, é conhecido como Compactação Dinâmica. O estudo dessa prática no Brasil é extremamente raro, visto que não é atualmente praticada, apesar da sua ampla utilização mundial. A fim de se conhecer e estudar o comportamento, em termos de resistência e condutividade hidráulica, de solo residual do Estado do Rio Grande do Sul (RS) quando utilizada a Compactação Dinâmica, foi proposto um estudo, em escala real, com o objetivo de avaliar as possíveis melhorias no campo experimental da Universidade de Passo Fundo, na cidade de Passo Fundo – RS. O solo encontrado na região de Passo Fundo possui características interessantes para o estudo da compactação dinâmica, como alto teor de argila, altos índices de vazios e leve cimentação natural. No presente trabalho, foi realizada a compactação dinâmica de campo com massas de 5,5 t e 10,0 t, com alturas de queda de 1,5 a 3,0 m. Nos cinco ensaios realizados, foram feitas medidas do afundamento após cada golpe, bem como coletadas amostras do fundo das crateras. A profundidade estimada de melhoria abaixo do fundo da cratera, de acordo com o modelo de densificação indicado, é de cerca de 3,30 m. Nos ensaios de laboratório realizados nas amostras indeformadas coletadas (natural e pós-compactação), percebeu-se uma redução de duas ordens de grandeza na condutividade hidráulica, passando de 10-5 para 10-7 m/s. Nos ensaios triaxiais, verificou-se aumento da resistência, com ângulo de atrito passando de 26,6o para 35,3o, sem alteração do intercepto coesivo (aproximadamente 14 kPa). Por fim, realizados ensaios oedométricos, pode-se notar que a tensão de plastificação aumentou de 70 para 300 kPa, com mudança significativa do comportamento do material. Are not rare the situations where the site chosen to build structures does not present good geotechnical soil conditions. Many techniques have been created to deal with this issue, replacing the original soil, change the site, using structural solutions, improving the existing soil, etc. Improving the existing soil using a free falling weight dropped at determined height with the objective to densify the soils is one of the oldest and basic techniques known. Such procedure, when using really heavy masses and high dropping elevations is called Dynamic Compaction (also called Heavy Tamping). The study of this technique in Brazil is extremely rare, since it is not used in the current practice, although it has wide use in the world. With the objective of understanding and studying the behavior, in terms of resistance and permeability, of a residual soil of Passo Fundo (RS) when compacted using Dynamic Compaction, a field and laboratory investigation was proposed. An experimental field, located in the city of Passo Fundo (RS) was the site chosen to execute the proposed study. The soil founded there has some interesting characteristics to the dynamic compaction study, such as high content of clay, a high void ratio and a bonded structure. In the present study, the Dynamic Compaction was executed using steel blocks with 5,5 and 10,0 t. The dropping heights used were 1.5 and 3.0 meters. In the 5 points where the technique was tested, measurements of the displacements where made after each drop of the mass. Undisturbed samples were collected in the bottom of the crater after finished the compaction. The depth of the densified soil, below the crater was estimated at about 3,30 m. According to laboratory tests, a strong reduction of the permeability was observed, from 10-5 to 10-7 m/s. In the triaxials test, the soil showed an increase in strength. The friction angle changed from 26.6º to 35.5º, while the cohesion intercept did not change (approximately 14 kPa). According to oedometric tests, the plastification pressure increased from 70 to 300 kPa, with a change in the behavior of the material.

A técnica de estabilização de solos através da incorporação de agentes cimentantes é uma opção eficaz e amplamente utilizada em obras de engenharia geotécnica. Portanto, são relevantes os estudos que contemplam aspectos ainda não bem compreendidos relativos aos efeitos causados pela adição de agentes cimentantes na porosidade dos materiais obtidos e, por consequência, nas propriedades de desempenho destas misturas. Neste sentido, o presente trabalho pretende contribuir no que tange ao conhecimento da estrutura de poros de solos compactados tratados com cal e cimento e sua relação com o comportamento hidráulico destes materiais. Os solos utilizados têm granulometria arenosa e areno-siltosa. As variáveis de controle envolvidas nas análises são os teores dos agentes de cimentação empregados (cal e cimento), densidades de compactação e tempos de cura (para amostras com cal). Para a caracterização dos sistemas de poros empregou-se porosimetria por intrusão de Mercúrio e, de forma complementar, na quantificação das porosidades globais, microtomografia computadorizada de raios x. Um permeâmetro de parede flexível foi utilizado para as determinações das condutividades hidráulicas das amostras estudadas através de ensaios de carga constante. Para as amostras de matriz arenosa pura, os volumes de intrusão indicaram maior refinamento da rede porosa, sob efeito da cimentação, para as condições mais densas de moldagem. Para as amostras de matriz areno-siltosa, ao se variarem as condições de cimentação, e fixando-se o peso específico aparente seco, os volumes intrudidos indicaram o refinamento dos poros quando da adição de cal ou cimento em comparação à condição não cimentada. Com respeito à análise da influência do tempo de cura para as amostras moldadas com cal, os resultados sugeriram que a adição de cal (aos 7 dias de cura) não causou variação da porosidade, comparada à condição sem cimentação, mas aos 28 dias foi possível perceber o aumento da porosidade global e, com o passar do tempo (180 dias) verificou-se a redução da porosidade. O refinamento dos poros se tornou cada vez mais pronunciado conforme a evolução do tempo. Para a matriz arenosa, foi identificado que a adição de cimento e a variação da porosidade de moldagem não implicaram em mudanças mensuráveis no valor da condutividade hidráulica, quando comparadas às condições com e sem cimento. Para as amostras da matriz areno-siltosa, sob diferentes condições analisadas (adição de cal aos diferentes tempos investigados e adição de cimento), foi evidenciado que o peso específico aparente seco de moldagem causou influência significativa sobre a condutividade hidráulica. Foram obtidos bons ajustes para as correlações condutividade hidráulica versus relação porosidade/teor volumétrico do agente cimentante ao se aplicar a potência de 0,032 sobre o parâmetro teor volumétrico do agente cimentante. As curvas obtidas apresentaram relações distintas e sinalizaram aspectos do comportamento do material: aumento da condutividade hidráulica para 28 dias de cura da cal, em relação a 7 dias; para 180 dias e amostras nas condições menos densas, não ocorreu modificação em relação à idade de 28 dias, mas na condição mais densa o parâmetro investigado tornou-se sensível às modificações promovidas por efeitos do tempo de cura; ainda, para as amostras moldadas com cimento, ocorreu redução mais pronunciada da condutividade hidráulica relacionada às condições mais densas de moldagem. The soil stabilization technique which incorporates cementing agents is an effective alternative and widely used in geotechnical engineering works. Therefore, research on the aspects not well understood related to the effects caused by the addition of cementing agents on the porosity of the obtained materials and, consequently, on the performance properties of cemented blends, are relevant. In this sense, this study aims to contribute improving the knowledge on the pore structure of compacted soils treated with lime and cement, as well as to the relationship between pore structure and the hydraulic behavior of these materials. The used soils have a sandy and sandy-silty grain size distribution. The studied variables involved in the analysis are: the cement and lime contents; compaction density; and curing time (for samples with lime). To characterize the pore systems it was employed the Mercury intrusion porosimetry test and, additionally, in order to quantify the global porosities, it was used x-ray computed microtomography tests. A flexible wall permeameter was used to determinate the hydraulic conductivity of the samples through constant head tests. For sandy samples, the intrusion volumes indicated a more significant reduction of the porous media, under the effect of the cementation, when compacted in denser conditions. For the sandy-silt samples, it was observed that by maintaining the specific dry unit weight constant and by varying the cementation conditions, the intruded volumes indicated a reduction of the pores after the addition of lime or cement compared to the uncemented samples. With regards to the influence of the curing time for samples treated with lime, the results suggested that the addition of lime after 7 days of curing did not cause variation in porosity, compared to condition without cementing additions; however, after 28 days of curing it was observed a slight increase on the overall porosity and, after 180 days of curing, it was observed a reduction of the porosity. The reduction of the pores became more significant with the curing time. Related to the sandy soil, the results indicated that addition of cement to the soil and variations on the molding porosity did not result in measurable changes in the hydraulic conductivity, when compared the conditions with and without cement. For the sandy-silt samples, which were analyzed under different conditions (addition of lime and different curing times, and addition of cement), it was shown that the specific dry unit weight caused significant influence on the hydraulic conductivity. It was observed a satisfactory correlation between hydraulic conductivity and porosity/cementing agent ratio when the volumetric cementing agent content is to the power of 0,032. The obtained curves showed distinct relationships and indicated the following aspects of the material behaviour: the increasing of the hydraulic conductivity after 28 days of curing of the sample with lime, compared to 7 days of curing; after 180 days of curing and under low compaction conditions, it was observed no changes when compared to the samples tested after 28 days of curing; however, in the densest condition the investigated parameter became dependent on the curing time; moreover, for the samples molded with cement, it was observed a more significant reduction of the hydraulic conductivity related to denser molded conditions.

A técnica de solo cimento se apresenta como uma ferramenta eficaz no melhoramento de distintos solos, adequando-os às necessidades da engenharia geotécnica. Tal tratamento do solo se aplica, por exemplo, na construção de bases para plataformas rodo-ferroviárias, camada de suporte para fundações superficiais, na prevenção da liquefação de solos granulares em condições fofas, no encapsulamento de solos contaminados e como barreiras de contenção de contaminação. Dessa forma, o presente estudo visa quantificar a influência da quantidade do cimento e da porosidade em relação ao comportamento mecânico das misturas de solos granulares com cimento. Assim, ensaios de resistência à compressão simples, resistência à compressão diametral, ensaios com bender elements e ensaios triaxiais foram realizados com o objetivo de obter uma metodologia de dosagem de solos granulares com adição de cimento. Para tal, foram utilizados um solo artificial areno-pedregulhoso, um solo arenoso grosso de origem granítica, um solo arenoso fino de origem basáltica, um solo arenoso fino de origem granítica e por último, uma areia fina uniforme, estes últimos três materiais com granulometria semelhante, mas com mineralogia e formato de grãos distintos. Em todos os ensaios foram utilizados cimento Portland CP–V (alta resistência inicial), como agente cimentante e água destilada. Corpos de prova cilíndricos foram moldados com distintos teores de cimento e porosidade. Os ensaios de resistência foram realizados após 7 dias de cura em ambiente com temperatura e umidade controlada. E os ensaios com bender elements foram realizados ao longo do tempo de cura, até 7 dias. Por último foi realizada a análise e comparação de todos os dados obtidos juntamente com outros materiais já estudados, no intuito de aprimorar o entendimento da técnica e da metodologia de dosagem de solo cimento. The soil cement technique itself is an effective tool in the improvement of different soils, adapting them to the needs of geotechnical engineering. Such treatment of the soils might be used in the construction of road subgrades, railway platform subgrades, support layers for shallow foundations, in the encapsulation of contaminated soils in liquefaction prevention of loose granular soils and in barriers for containment of contamination. Thus, this study aimed at measuring the influence of the amount of cement and porosity on the mechanical behavior of granular soils – cement mixtures. Thus, unconfined compression, Brazilian tensile, bender elements and triaxial tests were carried out in order to obtain a dosage methodology for granular soils treated with cement. To this end, an artificial sand-gravel soil, a fine sand soil of basaltic origin, a fine sand soil of granitic origin and lastly, a coarse sandy soil, also of granitic origin were used. Early strength Portland cement was used as cementing agent, as well as distilled water. Cylindrical specimens were cast with different levels of cement and porosity. Strength tests were performed after 7 days curing in an environment with controlled temperature and humidity. Assays were performed using bender elements throughout the curing time, up to 7 days. Finally, a full analysis was performed using data obtained in present work, together with results of other granular soils treated with cement obtained through a literature review, in order to improve understanding of soil cement technique and enhance a dosage methodology of soil cement.

Os movimentos de massa de solo, geralmente, estão relacionados com a mobilização da resistência de uma ou várias superfícies de ruptura pré-existentes. Dessa maneira, o conhecimento da propriedade que rege esse comportamento (resistência ao cisalhamento residual) é de extrema importância no estudo da estabilidade de solos. Segundo Skempton (1985), resistência ao cisalhamento residual é a resistência mínima constante que o solo pode atingir, a baixas taxas de cisalhamento, após sofrer grandes deslocamentos. A determinação dos parâmetros de resistência ao cisalhamento residual pode ser realizada através de ensaios de cisalhamento por torção do tipo ring shear, adequado para estudar os mecanismos atuantes na ruptura, uma vez que permite a continuidade dos deslocamentos no solo. Nesse contexto, a pesquisa teve por objetivo desenvolver um equipamento de cisalhamento torsional baseado no ring shear descrito por Bishop et al. (1971) para avaliar o comportamento do solo a grandes deformações. O equipamento projetado foi validado, preliminarmente, segundo os resultados já publicados na literatura. Landslides, generally, are related with the mobilization of shear strength of one or more preexisting rupture surfaces. Thus, knowledge of the property that governs this behavior (residual shear strength) has extreme importance in the stability soils study. According to Skempton (1985), residual shear strength is the minimum constant strength attained at low shear rates, at large displacements. The residual shear strength parameters can be accomplished through ring shear tests, suitable for studying the mechanisms in the rupture, since it provides continuity of displacements in the soil. In this context, the research aimed to develop a device based on ring shear described by Bishop et al. (1971) to evaluate the soil behavior in large deformations. The equipment designed was validated, preliminarily, according to the results already published in the literature.

Cada vez mais freqüente, a utilização de técnicas tradicionais da engenharia geotécnica depara-se com obstáculos de caráter econômico e ambiental. A técnica do solo-cimento tornase atrativa quando o melhoramento das propriedades do solo do local constitui-se em uma alternativa de projeto. A técnica de tratamento de solos com cimento encontra aplicação, por exemplo, na construção de bases para pavimentos, na proteção de taludes em barragens de terra, como camada de suporte para fundações superficiais, como remediação de solos contaminados e como barreiras de contenção de contaminantes. Desta forma, esta tese tem por objetivo analisar a influência da quantidade de cimento, da porosidade e da umidade de moldagem sobre o comportamento físico e químico de um solo argiloso artificialmente cimentado e contaminado. O programa experimental consiste em caracterizar os materiais utilizados, analisar fisicamente as misturas solo-cimento e solo-cimento-contaminante, através de ensaios de resistência à compressão simples, medidas de sucção e condutividade hidráulica. Quimicamente serão realizados ensaios de lixiviação em coluna e análises químicas e físico-químicas do lixiviado. Os resultados, quanto à caracterização, apresentam um material argiloso, oriundo de rochas riodacitos (riolito/dacito); quanto à resistência à compressão simples houve um aumento de resistência com o aumento da quantidade de cimento e com o aumento do peso especifico de compactação; quanto ao solo contaminado e cimentado ocorreu o mesmo comportamento, porém, com queda de resistência. A condutividade hidráulica obteve um decréscimo quando aumentado o peso especifico de moldagem, tanto para solo-cimento como para solo-cimento-contaminante. Para as análises químicas, a partir do ensaio de lixiviação, contatou-se redução de parâmetros de contaminação com a adição de cimento, principalmente com o aumento significativo do pH, devido ao aumento da quantidade de cimento. Concluiu-se que a quantidade de cimento e a diminuição da porosidade ocorrida pela maior densificação influenciam em ganho de resistência, à uma baixa permeabilidade e à uma baixa concentração de contaminante no lixiviado. More and more the use of traditional techniques of the geotechnical engineering comes across obstacles of economic and environmental character. The technique of the soil-cement becomes attractive when the improvement of the properties of the local soil constituted in a project alternative. The technique of treatment of soils with cement finds application, for instance, in the construction of bases for pavements, in the protection of talus in land dams, as support layer for superficial foundations, as remediation of polluted soils and as barriers of contention of pollutants. This way, this theory has as objective to analyze the influence of the amount of cement, of the porosity and of the molding humidity over the physical and chemical behavior of a loamy soil artificially cemented and polluted. The experimental program consists of characterizing the used materials, to analyze the mixtures soil-cement and soil-cement-pollutant physically, through resistance samples to the simple compression, suction measures and hydraulic conductivity. The lixiviation samples will be chemically accomplished in column and chemical and physiochemical analyses of the lixiviated. The results, according to the characterization, present a loamy material, originating from rocks rhyodacite (rhyolite/dacite); according to the resistance to the simple compression there was a resistance increase with the rise of the amount of cement and with the increase of the weight specific of compaction; as for the polluted soil and cemented happened the same behavior, however, with resistance fall. The hydraulic conductivity suffered a decrease when increased the specific weight of molding, for soil-cement and for soil-cement-pollutant. (Continue For the chemical analyses, starting from the lixiviation samples, it was reached a reduction of parameters of contamination with the cement addition, mainly with the significant increase of the pH, due to the increase of the amount of cement. It was concluded that the amount of cement and the decrease of the porosity happened by the largest densification influence in resistance adding, as well as they provide a low permeability and a low pollutant concentration in the lixiviated. Cada vez más la utilización de técnicas tradicionales de la ingeniería geotécnica se depara con obstáculos de carácter económico y ambiental. La técnica del suelo-cemento se vuelve atractiva cuando el mejoramiento de las propiedades del suelo local se constituye en una alternativa de proyecto. La técnica de tratamiento de suelos con cemento encuentra aplicación, por ejemplo, en la construcción de bases para pavimentos, en la protección de taludes, en presas de tierra, como camada de soporte para fundaciones superficiales, como remediación de suelos contaminados y como barreras de contención de contaminantes. Esta tesis tiene por objetivo analizar la influencia de la cantidad de cemento, de la porosidad y de la humedad del molde, sobre el comportamiento físico y químico de un suelo arcilloso artificialmente cementado y contaminado. El programa experimental consiste en caracterizar los materiales utilizados, analizar físicamente las mezclas suelo-cemento y suelo-cementocontaminante a través de ensayos de resistencia a compresión simple, medidas de succión y conductividad hidráulica. Químicamente serán realizados ensayos de lixiviación en columna y análisis químicos y físico-químicos del lixiviado. Los resultados, con respecto a la caracterización, presentan un material arcilloso, oriundo de rocas riodacitos (riolito/dacito). En cuanto a la resistencia el aumento de la misma es directamente proporcional al aumento de la cantidad de cemento y del peso especifico de compactación, referente al suelo contaminado y cementado ocurrió el mismo comportamiento, pero con disminución de resistencia. La conductividad hidráulica obtuvo una reducción cuando se produjo el aumento del peso específico, tanto para suelo-cemento como para suelo-cemento-contaminante. Para los análisis químicos, a partir del ensayo de lixiviación, se constato reducción de parámetros de contaminación con la adición de cemento, principalmente con el aumento significativo del pH. Se concluyó que la cantidad de cemento y la disminución de la porosidad ocurrida por l mayor compampactacion influencio en el aumento de resistencia, asi como porporciono baja permeabilidad y baja concentración de contaminante en el lixiviado.

Na engenharia em geral existem técnicas consagradas de construção e materiais com comportamentos exaustivamente estudados para um melhor aproveitamento de suas características a favor do engenheiro. Pode-se dizer que uma construção está cada vez mais integrada com o meio ambiente, tanto na economia de materiais quanto no reaproveitamento dos mesmos. O uso mais racional dos materiais também é uma importante alternativa para minimizar custos em uma obra, tais como transporte, escolha do material mais adequado a ser utilizado, tanto por suas características quanto por sua disponibilidade de uso. Já foram realizadas e ainda hoje têm sido realizadas inúmeras pesquisas sobre solos artificialmente cimentados na Universidade Federal do Rio Grande do Sul, visando seu emprego como camada de suporte para fundações superficiais, no encapsulamento de solos contaminados e como barreiras de contenção de contaminação. Analisando as características mecânicas de areia fina artificialmente cimentada, o objetivo desta pesquisa é verificar a validade do uso do fator vazios/cimento na estimativa da resistência à compressão simples, rigidez inicial, resistência à compressão triaxial em condições drenadas com medidas de G0, comportamento tensão-dilatância e comportamento tensão-deformação da areia de Osório. Para tanto foi verificado que o fator vazios/cimento mostrou-se ser um parâmetro muito eficaz e confiável no que diz respeito à previsão de comportamento do material para dosagem de solo-cimento, em projetos geotécnicos que utilizem a areia de Osório. In traditional engineering, there are special construction techniques and exhausted studies in materials behavior, for a better employment of it due to the characteristics by the engineer. Today, constructions are increasingly integrated in the environment, both in the economy as in the reuse of materials from them. The more rational use of materials is also important alternative to minimize costs in a work such as transportation, choice of the most appropriate material to be used, either by their characteristics, or their availability for use. Many researches have been made until today on artificially cemented soils in the Federal University of Rio Grande do Sul, targeting their employment as layer of support for foundations surface in the encapsulation of contaminated soil and barriers of contamination containment. Analyzing the mechanical characteristics of fine artificially cemented sand, the objective of this research is to verify the validity of the use of the void/cement ratio in the estimation of the unconfined compressive strength, initial stiffness, triaxial compressive strength in drained conditions with measures of shear modulus (G0), stress-dilatancy behavior and stress-strain behavior of the Osório sand. Thus was verified that the void/cement ratio has proven to be a very effective and reliable parameter regarding prediction of material behavior for soil-cement, dosage in geotechnical projects that use the sand of Osório.

Usualmente as propriedades do solo não são adequadas às características e às necessidades de projeto. É apresentada, como alternativa, a técnica de reforço com inclusão de elementos fibrosos à matriz de solo. Nesse sentido, a análise do comportamento mecânico de um solo micro-reforçado com fibras de distintos índices aspecto é objetivada. Para tanto, uma célula de compressão triaxial com medidas internas de deformações é construída, instrumentada e calibrada para realização de ensaios, sob trajetórias de tensões convencionais, em amostras com 100mm de diâmetro e 200mm de altura. O solo, uma areia fina, de granulometria uniforme, é reforçado com fibras de polipropileno com diferentes comprimentos, 12, 24, 36 e 50mm, e diferentes diâmetros, 0,023 e 0,100mm, equivalentes a índices aspecto entre 120 e 2174. As amostras apresentam densidade relativa de 50%, teor de umidade de 10% e adição de 0,5% de fibras em relação à massa de solo seco. Os resultados demonstram a eficácia da utilização do reforço no ganho de resistência das amostras em relação ao material nãoreforçado. Dessa forma, os parâmetros de resistência da matriz reforçada apresentam notável aumento. Os valores de ângulo de atrito interno das misturas não são influenciados pelo índice aspecto das fibras. Em contrapartida, os valores de intercepto coesivo dos compósitos são fortemente influenciados pelo índice aspecto dos reforços. Ainda, é verificado um valor de índice aspecto a partir do qual o compósito passa a apresentar comportamento de enrijecimento mais pronunciado, em torno de 300 neste estudo. É verificado, também, que a rigidez da areia não é alterada pela inclusão dos micro-reforços. Semelhantemente, o comportamento dilatante da areia não é sensivelmente afetado pela adição de fibras. Todavia, a relação de tensões final das misturas é reduzida com o aumento da tensão confinante e ampliada com o aumento do índice aspecto das fibras. Por fim, a medida dos comprimentos das fibras antes e após a realização dos ensaios mostra que os reforços não rompem por tração. A interação entre a matriz de solo e as fibras se dá através do deslizamento e do alongamento das fibras. The study of the mechanical behavior of a soil micro-reinforced with distinct aspect ratios fibers is the purpose of this investigation. Thus, a triaxial compression cell is built and drained standard triaxial tests on 100mm diameter and 200mm high specimens are carried out. The soil, a uniform fine sand, is reinforced with polypropylene fibers with different lengths, 12, 24, 36 and 50mm, different diameters, 0.023 and 0.100mm, and consequently with a large spectrum of aspect ratios, up to about 2200. The samples are compacted to a relative density of 50% and a water content of 10% with a fiber content of 0.5% by weight of soil. The results show the effectiveness of fiber reinforcement in the strength increase of the samples compared to non-reinforced material. Thus, the parameters of resistance of the reinforced matrix exhibit remarkable increase. The values of mixtures friction angles are not influenced by aspect ratio of the fibers. However, the values of cohesive intercepts of the composites are strongly influenced by fibers aspect ratio. In addition, it is found an aspect ratio value from which the composites present more pronounced strain hardening features, around 300 in this study. It is also found that sand stiffness is not influenced by the micro-reinforcements inclusion. Similarly, the dilation behavior of sand is not significantly affected by fibers addition. However, the mixtures final stress ratio is reduced with the confining pressure increase and with the decrease of fibers aspect ratio value. Finally, the measurement of fiber lengths before and after the tests shows that the reinforcements do not break in tension. The failure is a composite of slippage and yielding of fibers.

Os ensaios em solos sob altas pressões tiveram seu interesse renovado nos últimos anos em parte devido a trabalhos que anseiam por uma investigação mais profunda da mecânica dos solos fundamental a altas pressões para aplicação de modelos constitutivos em solos granulares. Para desenvolvimento desses modelos é necessária uma completa compreensão do comportamento volumétrico dos solos, assim como a aplicação da teoria do estado crítico aos mesmos, o que requer ensaios em níveis de tensões que são ordens de magnitude maiores que os aplicados na maioria das estruturas de engenharia no caso de solos arenosos. Este trabalho estudou o comportamento mecânico de materiais compósitos constituídos a partir da utilização de um solo arenoso, cimento Portland CP-V e fibras de polipropileno sob altas pressões. O solo utilizado foi uma areia fina de granulometria uniforme extraída de uma jazida localizada no município de Osório - RS. Ensaios de compressão isotrópica sob altas pressões foram realizados em amostras de areia, areia-fibra, areia-cimento e areia-cimentofibra, em uma variedade de volumes específicos iniciais. Os resultados indicaram mudanças no comportamento do material não reforçado devido à inclusão de fibras e/ou cimento. Foram observadas linhas de compressão normal distintas e paralelas para cada mistura. Os comprimentos das fibras, medidos após a aplicação de altas tensões, mostraram que algumas fibras sofreram quebra e outras extensão, indicando que as fibras trabalham em compressão isotrópica. Um aumento do modulo volumétrico devido à presença de ambos: fibras e cimento foi observado. Uma redução na quebra das partículas devido à presença de fibras também foi observada. Para o estudo do estado crítico, ensaios triaxiais isotropicamente consolidados drenados levados a deformações cisalhantes de até 40% foram realizados. As envoltórias de estado crítico dos materiais reforçados no plano p': q apresentaram-se bi-lineares. As linhas de estado crítico no plano v:lnp' para a areia com e sem reforço mostraram-se inicialmente distintas e curvilíneas certo nível de tensões, a partir do qual convergiram para uma única LEC. O material cimentado apresentou o mesmo comportamento do material não cimentado no estado crítico, assim como o material cimentado reforçado em relação ao solo reforçado sem cimentação. Mesmo a tensões confinantes baixas as fibras apresentaram alongamento e ruptura para o nível de deformações cisalhantes atingidas. O aumento da tensão de confinamento ocasionou progressiva ruptura das fibras e a perda gradual da sua atuação benéfica sobre o comportamento do solo. A cimentação pode aumentar a eficiência deste sistema melhorando o ancoramento das fibras, permitindo que as fibras atuem mais efetivamente na matriz, ao menos para as tensões mais baixas. Nowadays the interest in soil testing under high stresses has been renewed dueto the greater depths reached by foundation structures as well as the need of a better understanding of fundamental soil behaviour and its application in soil models for granular materiais. To develop these models it is necessary a complete understanding of the volumetric behaviour of soils and the application of Critical State theory, which for granular materiais require triaxial tests at stresses much higher than those typical on the majority of the engineering structures. This work studied the mechanical behaviour of composite materiais, using sand, Portland cement CP-V and polypropylene fibres, under high stresses. The soil used in this study is an uniform fine sand extracted from a quarry in Osório - RS. High stress isotropic triaxial tests were undertaken in samples of sand, sand-fibre, sand-cement and sand-cement-fibre in a variety of initial specific volumes. Comparison between the test results indicated changes on the behaviour of the un-reinforced material due to the inclusion of fibres and/or cement. Distinct and parallel normal compression lines were observed for every mixture. The fibre lengths, measured after high pressure application, have shown that some fibres suffered an elongation and others were broken, indicating that fibres work in tension under isotropic compression. An increase in bulk modulus was observed in the presence of both: fibres and cement. Reduced amounts of particle breakage were also found in the mixtures containing fibres. To better determine critical state the samples were sheared up to 40% of shear deformation after the isotropic consolidation took place. The critical state envelopes of the reinforced materials, in the stress space p': q, have shown a bi-linear behaviour. The critical state line in the space v:lnp' for the sand and reinforced sand was distinct and curved and converged to a stress threshold, becoming linear and unique. On the critical state the cemented material have shown the same behaviour as the uncemented soil. The same happened to the cemented reinforced material related to the reinforced soil. It can be seen that even at small stresses the fibres present elongation and rupture after reaching high strains. The increase in confining stress led to a progressive rupture ofthe fibres anda gradual loss of the benefit of having fibres mixed in the soil. Cementation can increase the efficiency of the system, improving the bonding between fibres and soil particles, this allow the fibres to be more effective in the soil matrix, at least at low stress levels.