[Truncated abstract] This research has studied the penetration and extraction resistance profiles of different types of penetrometers in soft clay. The penetrometers of interest include the cone, T–bar, ball and plate. Effects of the surface roughness and aspect ratio of the T–bar penetrometer on its resistance have also been investigated. Undrained shear strength, Su, profiles derived from the penetration tests are compared with the shear strengths measured from field vane shear tests and laboratory (triaxial and simple shear) tests. Both in situ and centrifuge model penetration tests were undertaken for the research. In addition, ‘undisturbed’? tube samples were retrieved from both the field and the centrifuge strongbox samples (after completion of the centrifuge tests) for laboratory testing. The in situ testing was carried out in Western Australia, at the Burswood site near Perth, with tests including cone, T–bar, ball and plate penetrometer tests, and vane shear tests. Interestingly, the T–bar, ball and plate (‘full-flow’) penetrometers showed a narrow band of resistance profiles both during penetration and extraction, with a range of around 15 % between the highest and lowest profiles and standard deviation of 15 %. However, the cone penetrometer gave similar resistance at shallow depths but increasingly higher penetration resistance at depths greater than 7 m – a phenomenon that is also common in offshore results. During extraction, the cone penetrometer gave a higher resistance profile than the full–flow penetrometers for much of the depth of interest. The Su profile measured directly from the vane shear tests falls within the Su profiles derived from the penetration resistances of the full–flow penetrometers, using a single bearing factor, N = 10.5 (the value originally suggested in the literature for a T–bar penetration test). Again, the cone penetrometer demonstrated diverging results, requiring two separate values for the cone factor, Nkt (10.5 initially increasing to 13 for depths below 10 m) in order to give Su similar to the vane shear tests. This highlights the possible variability of the cone factor with depth. Cyclic penetration and extraction tests were performed at specific depths for each fullflow penetrometer. These tests comprised displacement cycles of ±0.5 m about the relevant depth, recording the penetration and extraction resistances over five full cycles. The results may be used to derive the remoulded strength and sensitivity of the soil. Laboratory tests such as triaxial and simple shear tests were performed on ‘undisturbed’ tube samples retrieved from the same site to evaluate the in situ shear strengths in the laboratory. However, the resulting Su data were rather scattered, much of which may be attributed to variable sample quality due to the presence of frequent shell fragments and occasional silt lenses within the test samples. In general, N factors for the full–low penetrometers, back–calculated using Su values measured from the simple shear tests, fell mainly in a range between 9.7 and 12.8 (between 10.4 and 12.2 for the standard size T–bar (250 mm x 40 mm))

[pt] O conhecimento do comportamento de solos residuais é de grande importância para projetos geotécnicos no Brasil e, em particular, na região do Rio de Janeiro, tendo em vista que o clima tropical e as características geológicas favorecem a ocorrência de mantos residuais de grande espessura. O presente trabalho trata do estudo do comportamento tensão-deformação de um solo residual proveniente de um perfil de alteração de rocha gnáissica do maciço da Tijuca, Rio de Janeiro. Como os solos residuais gnáissicos preservam as foliações herdadas da rocha matriz, investigou-se em particular a relevância de se considerar a ocorrência de anisotropia nas características de resistência e deformabilidade destes solos. No estudo foi utilizado o equipamento triaxial cúbico desenvolvido na PUC-Rio. Este equipamento possibilita o controle independente das três tensões principais, sendo mais adequado para a reprodução das trajetórias de tensões tridimensionais, usualmente associadas com obras geotécnicas no campo, e em particular, para estudos sobre as características de anisotropia de solos. O programa experimental constou de ensaios de compressão axial e hidrostática, sob condições drenadas de carregamento, utilizando o equipamento triaxial cúbico. Foram realizados também ensaios oedométricos convencionais, de modo a se obter as características de compressibilidade do solo. Foram moldados corpos de prova a partir de blocos indeformados, paralelos e perpendiculares à foliação observada no solo, o que possibilitou a análise dos resultados para direções distintas de carregamento. Para efeito de comparação sobre a relevância do arranjo estrutural dos grãos do solo, foram ensaiados também corpos de prova compactados dos mesmos materiais. A análise dos resultados permitiu a obtenção dos módulos de deformabilidade e dos parâmetros de resistência do solo residual. Em particular, foram verificados os efeitos da direção de carregamento dos corpos de prova, do nível das tensões de confinamento, do grau de intemperismo, do arranjo estrutural dos grãos e dos efeitos do grau de saturação. Pode-se concluir que os solos estudados não apresentaram efeitos marcantes de anisotropia nas características de resistência. No entanto, quanto à deformabilidade, pode-se considerar que o solo residual jovem apresentou características anisotrópicas. / [en] The knowledge of the mechanical behaviour of residual soils is of great importance in geotechnical projects, because of its abundance in tropical regions, such as Brazil and particularly in the area of Rio de Janeiro. The present work presents a study on the fundamental stress-strain behaviour of a residual soil resulting from a profile of a gneiss rock in Rio de Janeiro. As the gneiss residual soils preservethe bedding planes from the parent rock, the relevance of considering anisotropy in the stress- strain characteristics of these soils was investigated. The cubic triaxial equipment developed at PUC-Rio was used in this research. This equipment allows the independent control of the three principal stresses, allowing the reprodution of three-dimensional stress paths, usually associated with geotechnical works in the field. The experimental program consisted of axial and hidrostatic tests, under drained loading conditions, using the cubic triaxial equipment. One- dimensional oedometer tests were also performed, in order to obtain the compressibility characteristics of the residual soil. Undisturbed specimens were prepared with the bedding planes parallel or perpendicular to the loading direction. Analysis of the test results showed the effects of load direction, confining stress level, weathering degree, structural soil fabric and saturation degree. It may be concluded that the gneiss residual soils which were selected for this research do not present significant effects of anisotropy in the strength characteristics. In the stress- strain characteristics, however, it may be concluded that the young residual soil showed effects of anisotropy. / [es] EL conocimiento sobre el comportamiento de suelos residuales resulta de gran importancia para los proyectos geotécnicos en Brasil y, en particular, en la región de Rio de Janeiro, considerando que el clima tropical y las características geológicas favorecen la existencia de mantos residuales de gran espesor. El presente trabajo estudia el comportamiento tensión-deformación de un suelo residual proveniente de un perfil de alteración de roca gnáisica del macizo de la Tijuca, Rio de Janeiro. Como los suelos residuales gnáisicos preservan las foliaciones heredadas de la roca matriz, fue necesario estudiar si resultaba relevante considerar la aparición de anisotropía en las características de resistencia y deformabilidad de estos suelos. En el estudio se utilizó el equipo triaxial cúbico desarrollado en la PUC-Rio. Este equipo permite el control independente de las tres tensiones principales, siendo más adecuado para la reproducción de las trayectorias de tensiones tridimensionales, usualmente asociadas a obras geotécnicas en el campo, y en particular, para estudios sobre las características de anisotropía de suelos. El programa experimental incluyó ensayos de compresión axial e hidrostática, sobre condiciones drenadas de carga, utilizando el equipo triaxial cúbico. Fueron realizados también ensayos oedométricos convencionales, con el objetivo de obtener las características de compresibilidad del suelo. Fueron moldados cuerpos de prueba a partir de bloques no deformados, paralelos y perpendiculares a la foliación observada en el suelo, lo que permitió el análisis de los resultados para distintas direcciones de carga. Para efecto de comparación sobre la relevancia del arreglo extructural de los granos del suelo, se realizaron ensayos con cuerpos de prueba compactados de los mismos materiales. El análisis de los resultados permitió la obtención de los módulos de deformabilidad y de los parámetros de resistencia del suelo residual. En particular, se verificaron los efectos de la dirección de carga de los cuerpos de prueba, del nível de las tensiones de contensión, del grado de intemperización, de la disposición extructural de los granos y de los efectos del grado de saturación. Se puede concluir que los suelos estudiados no presentaran efectos marcantes de anisotropía en las características de resistencia. Sin embargo, con respecto a la deformabilidad, se puede considerar que el suelo residual joven presentó características anisotrópicas.

[pt] O presente trabalho estudou o comportamento de rejeitos de minério de ferro e de ouro, reforçados com fibras de polipropileno, com o objetivo da aplicabilidade destes compósitos em aterros (pilhas) de rejeitos de mineração. As fibras foram distribuídas de forma aleatória nos rejeitos (matriz) em um teor de 0.5 por cento em relação ao peso seco da matriz. Os rejeitos de minério de ferro e de ouro são classificados como uma areia siltosa e uma argila siltosa, respectivamente. O programa experimental consistiu em ensaios triaxiais convencionais drenados e não drenados (tensões efetivas de confinamento de 50, 100, 200 e 400 kPa) em amostras não reforçados e reforçados com fibras. Ensaios de cisalhamento direto com superfície polida (tensões normais de 25, 50, 100, 200 e 400 kPa) foram realizados para determinar a influência do reforço na fase residual dos compósitos. Ensaios de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) foram realizados para visualizar a interação fibra-matriz. A análise global dos resultados permitiu mostrar que fibras de polipropileno não modificam o comportamento elastoplástico do rejeito de minério de ferro, porém no rejeito de minério de ouro o comportamento muda para elastoplástico de enrijecimento. A resistência ao cisalhamento incrementou em ambos os rejeitos reforçados, com um ganho mínimo equivalente ao dobro da tensão cisalhante dos rejeitos sem reforço. Com relação à variação volumétrica, o rejeito de minério de ferro apresenta um comportamento dilatante e a adição de fibras incrementa esse comportamento. No rejeito de minério de ouro observa-se que a tendência volumétrica inicial é de contração e depois apresenta uma leve dilatância, porém, com a adição de fibras, o comportamento dilatante é eliminado. Em conclusão, a aplicabilidade das fibras de polipropileno se mostra como alternativa de reforço e melhoria do comportamento geotécnico dos rejeitos de mineração estudados. / [en] The objective of this work is to study the behavior of iron and gold mine tailings reinforced with polypropylene fibers with the objective of the applicability of these composites in landfills (piles) of mine tailings. The fibers were randomly distributed in the mine tailings (matrix), where was used a content of 0.5 percent in relation to the dry weight of the matrix. The iron and gold mine tailings are classified as a silty sand and a silty clay, respectively. The experimental program consisted of conventional drained and undrained triaxial tests (effective confinement stresses of 50, 100, 200 and 400 kPa) in non-reinforced and reinforced samples. Direct shear tests with a polished surface (normal stresses of 25, 50, 100, 200 and 400 kPa) were performed to determine the influence of reinforcement on the residual phase of the composites. Scanning Electron Microscopy (SEM) tests were performed to visualize the fiber-matrix interaction. The global analysis of the results allowed to show that polypropylene fibers do not modify the elastoplastic behavior of the iron mine tailings, but in the gold mine tailings the behavior changes to the strain hardening elastoplastic. Shear strength increased in both reinforced tailings, with a minimum gain equivalent to twice the shear stress of non-reinforced tailings. The strength parameters in the drained, undrained and residual condition of both mine tailings were increased with the addition of fiber. Regarding the volumetric variation, the iron mine tailings exhibits a dilative behavior and the fiber addition increases this behavior. In the gold mine tailings, it is observed that the initial volumetric tendency is contractive and then presents a slight dilatancy, however, with the fiber addition, the dilative behavior is eliminated. In conclusion, the applicability of the polypropylene fibers is showed as an alternative of reinforcement and improvement of the geotechnical behavior of the studied tailings.

Formaldehyde-based adhesives have been reported to be detrimental to health. Petrochemical-based adhesives are non-renewable, limited and costly. Therefore, the improvement of environmental-friendly adhesive from natural agricultural products has awakened noteworthy attention. A novel adhesive for wood application was successfully prepared with enhanced shear strength and water resistance. The Fourier transmform infrared spectra showed the surface functionalities of the functionalized carbon nanotubes (FCNTs) and soy protein isolate nanocomposite adhesive. The attachment of carboxylic functional group on the surface of the carbon nanotubes (CNTs) after purification contributed to the effective dispersion of the CNTs in the nanocomposite adhesive. Hence, enhanced properties of FCNTs were successfully transferred into the SPI/CNTs nanocomposite adhesive. These unique functionalities on FCNTs however, improved the mechanical properties of the adhesive. The shear strength and water resistance of SPI/FCNTs was higher than that of the SPI/CNTs. SEM images showed the homogenous dispersion of CNTs in the SPI/CNTs nanocomposite adhesive. The carbon nanotubes were distributed uniformly in the soy protein adhesive with no noticeable clusters at relatively reduced fractions of CNTs as shown in the SEM images, which resulted into better adhesion on wood surface. Mechanical (shear) mixing and ultrasonication with 30 minutes of shear mixing both showed an improved dispersion of CNTs in the soy protein matrix. However, ultrasonication method of dispersion showed higher tensile shear strength and water resistance than in mechanical (shear) mixing method. Thermogravimetric analysis of the samples also showed that the CNTs incorporated increases the thermal stability of the nanocomposite adhesive at higher loading fraction. Incorporation of CNTs into soy protein isolate adhesive improved both the shear strength and water resistance of the adhesive prepared at a relatively reduced concentration of 0.3%.The result showed that tensile shear strength of SPI/FCNTs adhesive was 0.8 MPa and 7.25MPa at dry and wet state respectively, while SPI/CNTs adhesive had 6.91 MPa and 5.48MPa at dry and wet state respectively. There was over 100% increase in shear strength both at dry and wet state compared to the pure SPI adhesive. The 19% decrease in value of the new adhesive developed compared to the minimum value of ≥10MPa of European standard for interior wood application may be attributed to the presence of metallic particles remaining after purification of CNTs. The presence of metallic particles will prevent the proper penetration of the adhesive into the wood substrate. The type of wood used in this study as well as the processing parameters could also result into lower value compared to the value of European standard. Therefore, optimization of the processing parameter as well as the conversion of carboxylic acid group on the surface of the CNTs into acyl chloride group may be employed in future investigation. However, the preparation of new nanocomposite adhesive from soy protein isolate will replace the formaldehyde and petrochemical adhesive in the market and be of useful application in the wood industry. / Civil and Chemical Engineering / M. Tech. (Chemical Engineering)

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-10-02T15:59:06Z No. of bitstreams: 1 ADEMILSON MONTES FERREIRA - DISSERTAÇÃO PPGECA 1976..pdf: 19885507 bytes, checksum: d1ca0c059c79f92f4c6eed90665dcfc4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-02T15:59:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ADEMILSON MONTES FERREIRA - DISSERTAÇÃO PPGECA 1976..pdf: 19885507 bytes, checksum: d1ca0c059c79f92f4c6eed90665dcfc4 (MD5) Previous issue date: 1976-05 / Esta pesquisa de laboratório trata da influência do tempo de percolação e do nível de acidez da água nas características de permeabilidade e resistência de um solo vermelho do Estado da Paraíba. Amostras estaticamente compactadas foram submetidas a percolação de agua por diversos tempos (24,48,7 2 e 96 horas), suas permeabilidades medidas a intervalos de 12 horas e seus parâmetros de resistência triaxial no fim dos vários tempos de percolação. Três níveis de acidez da agua de percolação foram usados, 3,25, 7,3 e 12,4. Equipamento constituído de moldes e um multipermeâmetro de nível constante foi projetado e construído para o estudo, e uma nova técnica para saturação das amostras utilizadas. 0 equipamento usado mostrou resultados estatisticamente aceitáveis e seu uso tem a vantagem de diminuir o tempo de ensaio. O coeficiente de permeabilidade variou in versamente com o pH da água de percolação. Tempo de percola ção por fluxo unidirecional causou uma diminuição de permeabilidade para qualquer dos níveis de acidez investigado. Os parâmetros de resistência em termos de coesão total e efetiva e ângulo de atrito são afetados pela acidez da água de percolação. Os valores de C e f diminuem quando o pH é diminuído de 7,3 para 3,25. Aumentando o pH para 12,4 ocorre um decréscimo adicional nos valores de C e Ø' . É feita uma interpretação qualitativa deste fenômeno. Um estudo piloto limitado dos efeitos da secagem na resistência ao cisalhamento do solo Sapê-Mari mostrou que a secagem por 6 horas a 609C aumenta os valores de C e diminui Ø' para todas as condições de tempo de percolação e nível de pH. / This laboratory investigation deals with the influence of seepage time and levei of acidity of water on the permeability and strength behaviour of a red soil from the State of Paraiba. Specimens statically compacted were subjected to water percolation for varying times (24, 48, 7 2 and 96 hours), their permeabilities measured at intervals of 12 hours and their triaxial strength parameters at the end of the various percolation times. Three leveis of acidity of the seepage water were used, i.e, 3.25, 7.3 and 12.4. Equipment consisting of molds and a multipermeameter of constant head were designed and constructed for the study, and a novel technique for saturation of specimens employed. It is shown that the equipment used provides statistically aceptable results and that its use has the advantaje of shortening the time of testing. The coeficient of permeability was found to vary inversely with the pH of the seepage water. Time of seepage by unidirectional flow caused a decrease of permeability for any of the acidity leveis investigated. The strength parameters in terms of total and efective cohesion and angle of internai friction are noticeably affected by the acidity of the seepage water. The values of C and Ø' decrease slightly when the pH is lowered from 7.3 to 3.25. Increasing the pH to 12.4 causes a further decrease in the values of C and Ø'. A qualitative interpretation of this phenomena is oferred. A limited pilot study of the effects of controlled drying on the shear strength of the Sapé-Mari soil showed that drying 6 hours at 6 09C increases the values of C and decrease 4>1 for ali the conditions of time of seepage and pH levei.

[pt] Neste presente trabalho buscou-se avaliar a características de resistência ao cisalhamento e da relação sucção-umidade de um solo tropical maduro encontrado no campo experimental II da PUC-Rio, localizado na cidade do Rio de Janeiro. Para a determinação da resistência ao cisalhamento deste solo, foram executados ensaios de cisalhamento direto em amostras submersas utilizando equipamento convencional e ensaios de cisalhamento direto com sucção controlada em amostras com umidade natural. Os ensaios de cisalhamento direto com sucção controlada foram executados utilizando o equipamento desenvolvido na PUC-Rio por de Campos (1988), na qual utiliza a técnica de translação de eixos desenvolvida por Hilf (1956) para o controle da sucção aplicada. Para a determinação da relação sucção-umidade, foram realizados ensaios para a medição da sucção utilizando-se o método do papel filtro. Através dos resultados deste ensaio foi possível a determinação da curva característica do solo em estudo. Foram realizados também ensaios de compressão diametral a fim de se estabelecer uma relação entre a resistência à tração deste solo versus sua sucção. Através da análise dos resultados experimentais, foi possível a determinação da envoltória de resistência ao cisalhamento em 3 dimensões considerando a proposta de Fredlund et al. (1978), na qual se baseia na utilização das variáveis de tensão (tensão normal n - ua) e (ua - uw). / [en] In this present work one searched to evaluate the characteristics of shear strength and the suction-moisture relation of a tropical mature soil found in experimental field II of PUC-Rio, located in the city of Rio de Janeiro. For the determination of the shear strength of this soil, direct shear test in submerged samples using conventional equipment and direct shear tests with controlled suction in samples with natural moisture had been executed. The direct shear tests with controlled suction had been executed using the equipment developed in PUC-Rio for De Campos (1988), in which it uses the technique of translation of axles developed by Hilf (1956) for the control of the applied suction. Tests for the measurement of the suction which uses the filter paper method was carried through for the determination of the suction-moisture relation. Through the results of this test, the determination of the soil-water characteristic curve of this soil was possible. Diametrical compression test had also been carried through in order to establish a relation between the tensile strength of this soil versus its suction. Through the analysis of the experimental results, the determination of the shear strength envelope in tri-dimensions was possible considering the proposal of Fredlund et al. (1978), on which it bases on the use of the variables of tension (normal tension n - ua) and (ua - uw).

Submitted by Daniele Amaral (daniee_ni@hotmail.com) on 2017-10-09T20:25:42Z No. of bitstreams: 1 DissSBML.pdf: 11036305 bytes, checksum: bfd6a7dc18c9f75ffae64cce4523adf4 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (bco.producao.intelectual@gmail.com) on 2018-01-25T12:34:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissSBML.pdf: 11036305 bytes, checksum: bfd6a7dc18c9f75ffae64cce4523adf4 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (bco.producao.intelectual@gmail.com) on 2018-01-25T12:34:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissSBML.pdf: 11036305 bytes, checksum: bfd6a7dc18c9f75ffae64cce4523adf4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-25T12:39:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissSBML.pdf: 11036305 bytes, checksum: bfd6a7dc18c9f75ffae64cce4523adf4 (MD5) Previous issue date: 2017-08-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Aluminum alloys are widely used in transportation industry to reduce structural weight and fuel consumption. The development of advanced alloys and more effective technologies for joining materials contribute to achieve such objectives. AlMgSc alloys emerge as an interesting option to structural applications due to low density and high mechanical performance, as well as an attractive cost. Friction spot welding (FSpW) process is a novel solid state joining technology that has proven to be suitable for joining lightweight materials. This process is carried out in a few steps and in a short time with low thermal cycles and energy consumption as well as without extra materials addition. Thus, this process is an alternative to industrial techniques such as riveting and resistance spot welding. This work presents, for the first time, the application results of FSpW on AlMgSc sheets in overlapping configuration. The effect of the process parameters, such as rotational speed, plunge depth and plunge time, was investigated in order to obtain joints with higher lap shear strength. The Taguchi method and the analysis of variance were applied to study the influence of each parameter on mechanical properties of the joints. In addition, the welds were submitted to microstructural characterization and a material flow analysis provided an initial understanding about the formation of microstructural features. Therefore, the fatigue performance was analyzed for the condition of higher lap shear strength and the S-N curve was drawn. The results indicated a good static performance of the welds, although the fatigue performance was less satisfactory. Finally, failure mechanisms of static and dynamic tests seemed to be strongly related to geometric features, such as hook, bonding ligament and microstructural transition regions. / Ligas de alumínio são amplamente utilizadas em indústrias de transporte visando a redução do peso estrutural e consumo de combustíveis. O desenvolvimento de ligas avançadas e tecnologias mais efetivas de união contribuem para o alcance de tais objetivos. Ligas do sistema AlMgSc surgem como opção interessante para utilização estrutural devido à baixa densidade e alto desempenho mecânico, aliados a um custo atrativo. O processo de soldagem a ponto por fricção (FSpW) é uma tecnologia recente de união de materiais no estado sólido, que tem se mostrado adequado para a união de ligas leves. Tal processo é realizado em poucas etapas e curto tempo, com baixos ciclos térmicos e consumo energético e sem adição de materiais extras, se mostrando, portanto, uma alternativa a técnicas utilizadas industrialmente, como rebitagem e solda a ponto por resistência. Esse trabalho apresenta, pela primeira vez, resultados de aplicação do FSpW em chapas AlMgSc sobrepostas. O efeito dos parâmetros do processo, como velocidade de rotação, profundidade e tempo de penetração da ferramenta, foi investigado visando a obtenção de soldas com maior resistência em ensaios de cisalhamento, dita condição otimizada. Para tal, foi aplicado o método Taguchi e análise de variância para estudar a importância de cada parâmetro na resistência mecânica das juntas. Além disso, as soldas foram caracterizadas microestruturalmente e uma análise do fluxo de material proporcionou um entendimento inicial acerca da formação de algumas características microestruturais. Ademais, o desempenho em fadiga foi analisado para a condição otimizada de soldagem e a curva S-N foi levantada. Os resultados obtidos apontam um bom desempenho estático das soldas, embora o desempenho em fadiga tenha sido menos satisfatório. Finalmente, os mecanismos de falha, de ensaios estáticos e dinâmicos, foram observados e se mostraram fortemente relacionados a elementos geométricos, como cunha, e linha de união, além de regiões de transições microestruturais. / CNPq: 134654/2016-1

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:03:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KarisiaLBF_DISSERT.pdf: 5553904 bytes, checksum: bd332662da6ffbc4e0c2609d1d3928c7 (MD5) Previous issue date: 2012-01-27 / A technological alternative for the correct disposal of tires is the use in the construction of embankment with soil and shredded tires. The use of waste tires in tropical soils requires prior knowledge of the properties and limitations of these materials. In this work, the results of an experimental program was devised to characterize the behavior of mixtures of waste tires and a lateritic soil. The residue used in this study is classified as tire buffings with an average size of 1.4 mm. The laboratory program included testing of particle size analysis, Atterberg limits, compaction, direct shear tests, permeability and confined compression tests with pure soil, pure tire and the mixtures. Proportions of 0% (pure soil), 10%, 20%, 40%, 50 % and 100% (pure tire) by weight were used. For the confining stress levels used in the study, the presence of tire residue provided a considerable increase in shear strength of the mixture. The maximum shear strength was obtained for a residue content of 40% by weight. Permeability tests on samples of waste under a confining stress of 100 kPa showed that the permeability increases significantly with increasing residue content until a residue content of 20%. The increase in permeability after that value showed to be negligible. Confined compression tests showed that the soil mixed with tire residue becomes more compressible than the pure soil. The secant constrained modulus (Msec) for the same vertical stress decreases with increasing percentage of residue. / Dentre as alternativas tecnol?gicas para a destina??o correta de pneus est? o uso na constru??o de aterros de misturas de solo e res?duo de pneus triturados. A utiliza??o de res?duo de pneus em solos tropicais requer o conhecimento pr?vio das propriedades e limita??es desses materiais. Nesta disserta??o, apresentam-se os resultados de um programa experimental para caracteriza??o de misturas de res?duo de pneus em um solo later?tico. O res?duo utilizado neste estudo ? classificado como desbastes de pneus, com tamanho m?dio de 1,4 mm. O programa laboratorial incluiu ensaios de an?lise granulom?trica, limites de consist?ncia, compacta??o, cisalhamento direto, permeabilidade e compress?o confinada com as misturas de solo res?duos de pneus. Foram utilizadas propor??es de 0% (solo puro), 10%, 20%, 40%, 50% e 100% (res?duo puro) em peso. Para os n?veis de tens?o confinantes utilizados no estudo, a presen?a do res?duo de pneu proporcionou um aumento consider?vel da resist?ncia ao cisalhamento da mistura. A m?xima resist?ncia ao cisalhamento foi obtida para um teor de res?duo de 40% em peso. Os ensaios de permeabilidade em amostras de res?duos sob uma tens?o confinante de 100 kPa revelaram que a permeabilidade cresce significativamente com o aumento do teor de res?duo at? um teor de 20%, estabilizando-se em seguida. Os ensaios de compress?o confinada evidenciaram que o solo misturado ao res?duo de pneus torna-se mais compress?vel que o solo puro. O estudo demonstra que o m?dulo de compress?o confinada secante (Msec) para uma mesma tens?o vertical diminui com o aumento da porcentagem de res?duo.

Nas últimas décadas, teorias têm sido formuladas para interpretar o comportamento de solos não saturados e estas têm se mostrado coerentes com resultados experimentais. Paralelamente, várias técnicas de campo e de laboratório têm sido desenvolvidas. No entanto, a determinação experimental dos parâmetros dos solos não saturados é cara, morosa, exige equipamentos especiais e técnicos experientes. Como resultado, essas teorias têm aplicação limitada a pesquisas acadêmicas e são pouco utilizados na prática da engenharia. Para superar este problema, vários pesquisadores propuseram equações para representar matematicamente o comportamento de solos não saturados. Estas proposições são baseadas em índices físicos, caracterização do solo, em ensaios convencionais ou simplesmente em ajustes de curvas. A relação entre a umidade e a sucção matricial, convencionalmente denominada curva característica de sucção do solo (SWCC) é também uma ferramenta útil na previsão do comportamento de engenharia de solos não saturados. Existem muitas equações para representar matematicamente a SWCC. Algumas são baseadas no pressuposto de que sua forma está diretamente relacionada com a distribuição dos poros e, portanto, com a granulometria. Nestas proposições, os parâmetros são calibrados pelo ajuste da curva de dados experimentais. Outros métodos supõem que a curva pode ser estimada diretamente a partir de propriedades físicas dos solos. Estas propostas são simples e conveniente para a utilização prática, mas são substancialmente incorretas, uma vez que ignoram a influência do teor de umidade, nível de tensões, estrutura do solo e mineralogia. Como resultado, a maioria tem sucesso limitado, dependendo do tipo de solo. Algumas tentativas têm sido feitas para prever a variação da resistência ao cisalhamento com relação a sucção matricial. Estes procedimentos usam, como uma ferramenta, direta ou indiretamente, a SWCC em conjunto com os parâmetros efetivos de resistência c e . Este trabalho discute a aplicabilidade de três equações para previsão da SWCC (Gardner, 1958; van Genuchten, 1980; Fredlund; Xing, 1994) para vinte e quatro amostras de solos residuais brasileiros. A adequação do uso da curva característica normalizada, proposta por Camapum de Carvalho e Leroueil (2004), também foi investigada. Os parâmetros dos modelos foram determinados por ajuste de curva, utilizando técnicas de problema inverso; dois métodos foram usados: algoritmo genético (AG) e Levenberq-Marquardt. Vários parâmetros que influênciam o comportamento da SWCC são discutidos. A relação entre a sucção matricial e resistência ao cisalhamento foi avaliada através de ajuste de curva utilizando as equações propostas por Öberg (1995); Sällfors (1997), Vanapalli et al., (1996), Vilar (2007); Futai (2002); oito resultados experimentais foram analisados. Os vários parâmetros que influênciam a forma da SWCC e a parcela não saturadas da resistência ao cisalhamento são discutidos. / In the last decades, theories have been formulated to interpret the behavior of unsaturated soils and found to be consistent with the experimental response. Besides, several techniques for field and laboratory testing have been developed, as well. However, the experimental determination of unsaturated soil parameters is costly, time-consuming, requires particular test equipments and experienced technicians. As a result, these theories application are limited to academic researches and are barely used in engineering practice. To overcome this issue, several researchers proposed equations to mathematically represent the experimental behavior unsaturated soils. These propositions are based on physical indexes, soil characterization, and current laboratory tests or simply curve fitting. The relationship of soil-water content and matric suction, conventionally referred to as the soil-water characteristic curve (SWCC) is also useful tool in the prediction of the engineering behavior of unsaturated soils. There are many equations to mathematically represent SWCC. Some are based on the assumption that its shape is directly related to the pore distribution, and, therefore, the grain size distribution. In these propositions the parameters are calibrated by curve adjustment of the experimental data. Others assume that the curve can be directly estimated from physical properties of soils. These proposals are simple and convenient for practical use, but are substantially incorrect since they disregard the influence of moisture content, stress level, soil structure and mineralogy. As a result, most of them have limited success depending on soil types. Some attempts have also been made to predict the variation of the shear strength with respect to matric suction. These procedures use SWCC as a tool either directly or indirectly along with the saturated strength parameters c and . This work discusses the applicability of three SWCC equations (Gardner, 1958; van Genuchten, 1980; and Fredlund and Xing, 1994) for twenty four residual soils from Brazil. The suitability of the normalized soil-water characteristic curve, proposed by Camapum de Carvalho and Leroueil (2004), was also investigated. Models parameters were determined by curve fitting, using inverse problem techniques; two optimization methods were used: Genetic Algorithm (GA) and Levenberq-Marquardt method. Several parameters that influence the SWCC behavior are discussed, as well. The relationship between matric suction and shear strength was evaluated by curve fitting using the equations proposed by Öberg and Sällfors (1995, 1997), Vanapalli et al., (1996), Vilar (2007) and Futai (2002); eight experimental results were analyzed. Several parameters that influence the SWCC behavior and the unsaturated shear strength are discussed, as well.

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:30:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Guilherme_Zdradk_ Guimaraes.pdf: 689162 bytes, checksum: bf7171adce4262e2641a3db4c51d4cd3 (MD5) Previous issue date: 2011-08-12 / In this study the effect of concentration and type of acidic monomer on the bond strength (BS) of experimental primers to zirconia before and after aging simulation was investigated. Primers were formulated from the mixture of the monomers urethane dimethacrylate and 2-hidroxyethyl methacrylate with the phosphate monomer (PAM) 1,3-glycerol dimethacrylate phosphate or the carboxylic monomer (CAM)mono-2-(methacryloyloxy)ethyl maleate, and ethanol. In each primer, PAM or CAM were be added at concentrations of 10, 20, 40 or 60 mass%. Degree of conversion (DC) of the primers was evaluated by infrared spectroscopy (n=5). For the BS test, sintered yttria-stabilized zirconia blocks (Zircon-CAD, Angelus) were used. The primers were applied to the ceramic and cylinders of dual-cure resin cement (Eco-Link, Ivoclar Vivadent) built-up on the surfaces for the shear BS test (n=20). In the control group, adhesion of the cylinders will be carried out without using primer. In half the number of specimens in each group, the BS test was carried out after 24h on a mechanical testing machine. In order to simulate aging and evaluate the stability of the zirconia bonds, the other half the number of specimens was submitted to 3000 thermal cycles before the BS test. The failure modes were classified under a 40× magnification.DC data were submitted to one-way ANOVA for each monomer; BS data were submitted to two-way ANOVA for each storage condition. The Student-Newman-Keuls post-hoc test was used. BS comparison between 24h and after thermalcycling was carried out using t-tests. (Non-)linear regression analyses were used to investigate the relationship between acidic monomer concentration and DC or BS (α=0.05 for all analyses). Increase in acidic monomers concentration was associated with a linear decrease in DC. The BS for PAM-based primers was higher than CAM-based materials for all groups except 10% at 24h. For PAM, the primer with 40% of acidic monomers yielded higher BS than all the other primers, either at 24h or after thermalcycling. For CAM, the BS results were at 24h were 10% > 60% > 40% > 20%, while after thermalcycling the primer with 60% of acidic monomers generally showed higher BS. All PAM groups except 10% showed lower BS after the thermal cycles, while 10% was the only concentration that showed lower BS after thermalcycling for CAM. Increased PAM concentration had a significant relationship with the zirconia bonds according to a peak model, while increase in CAM content had a polynomial inverse relationship. Regression models after thermalcycling were not significant. The only group that showed mixed failures was PAM 40%, while the other groups failed adhesively. In conclusion, both the acidic monomer type and concentration have a significant role on the adhesion to zirconia. The primer with 40% of PAM showed the best performance on bonding to zirconia / Neste estudo avaliou-se o efeito da concentração e tipo de monômero ácido na resistência de união (RU) de primers experimentais à zircônia antes e após simulação de envelhecimento. Primers foram formulados a partir da mistura dos monômeros dimetacrilato de uretano e metacrilato de 2-hidroxietila com o monômero ácido fosfórico (MAF) dimetacrilato de glicerol-fosfato ou o monômero ácido carboxílico (MAC) maleato de mono(2-metacriloiloxi)etila, além de etanol. Em cada primer, MAF ou MAC foram adicionados nas concentrações 10, 20, 40 ou 60% em massa. O grau de conversão (GC) dos primers foi avaliado por espectroscopia infravermelha (n=5). Para o teste de RU, blocos sinterizados de zircônia estabilizada por ítria (Zircon-CAD, Angelus) foram utilizados. Os primers foram aplicados na superfície da cerâmica e nesta obtidos cilindros de cimento resinoso dual (Eco-Link, Ivoclar Vivadent) para teste de RU ao cisalhamento (n=20). Em metade do número de espécimes de cada grupo, o teste de RU foi realizado após 24h, em máquina de ensaios mecânicos.Para simular envelhecimento e avaliar a estabilidade da união à zircônia, a outra metade do número de espécimes foi submetida a 3000 ciclos térmicos antes do teste de RU. Os modos de falha foram classificados sob aumento de 40×. Os dados de GC foram submetidos a Análise de Variância de 1 critério para cada monômero; os dados de RU foram submetidos a Análise de Variância de 2 critérios para cada condição de armazenamento. O teste post-hoc de Student-Newman-Keuls foi utilizado. Comparação de RU entre 24h e após termociclagem foi realizada com testes-t. Análises de regressão (não-)linear foram utilizadas para investigar a relação entre concentração de monômero ácido e GC ou RU (α=0,05 para todas as análises). Aumento na concentração de monômeros ácidos foi associado a diminuição linear no GC. A RU de primers à base de MAF foi maior que materiais à base de MAC para todos os grupos exceto 10% a 24h. Para o MAF, o primer com 40% de monômeros ácidos gerou RU maior que todos os demais, a 24h ou após termociclagem. Para o MAC, os resultados de RU a 24h foram 10% > 60% > 40% > 20%, enquanto após ciclagem o primer com 60% de monômeros ácidos em geral mostrou maior RU. Todos os grupos do MAF exceto 10% mostraram RU menor após os ciclos térmicos, enquanto 10% foi a única concentração que apresentou menor RU após a ciclagem para o MAC. Aumento na concentração de MAF teve relação significativa com a adesão á zircônia de acordo com um modelo de pico, enquanto aumento no conteúdo de MAC teve uma relação polinomial inversa.Os modelos de regressão após termociclagem não foram significativos. O único grupo que teve falhas mistas foi o MAF 40%, enquanto todos os outros falharam adesivamente. Como conclusão, tanto o tipo quanto a concentração de monômeros ácidos têm papel significativo na adesão de primers à zircônia. O primer com 40% de MAF mostrou o melhor desempenho na adesão à zircônia