[pt] Este estudo apresenta o comportamento de misturas de areia e solo argiloso com teores variados de cinza volante, proveniente do processo de queima de carvão mineral no Complexo Termelétrico Jorge Lacerda, localizado no município Capivari de Baixo, no estado de Santa Catarina. O objetivo da presente pesquisa consiste em avaliar a aplicabilidade do uso de misturas solo-cinza e solocinza- cal em obras geotécnicas, como camadas de aterros sanitários, solos de fundação e estabilização de taludes. Foram realizados ensaios de caracterização física, química e mecânica (ensaio de compactação e ensaio de cisalhamento direto). Os ensaios de cisalhamento direto foram realizados em amostras de solo argiloso compactadas na umidade ótima e no peso específico seco máximo correspondente, com teores de cinza volante de 15 por cento e 30 por cento em relação ao peso seco do solo. Já os ensaios em amostras de areia foram realizados para uma densidade relativa de 50 por cento e umidade ótima de 10 por cento, com teores de cinza volante de 15, 30 e 40 por cento em relação ao peso seco do solo. Para as misturas solo-cinza-cal, adicionou-se 3 por cento de cal em substituição ao peso seco da cinza. Foi analisada a influência do tipo de solo, teor de cinza, adição de cal e tempo de cura (0, 30, 100, 125 e 140 dias) para as misturas, sendo a cura adotada somente para as misturas com areia. Os resultados mostraram-se mais satisfatórios para as misturas com solo argiloso, sendo a adição de cal mais eficiente para a mistura com menor teor de cinza. Na ausência de cal, o melhor comportamento obtido foi para a mistura com 15 por cento de cinza. Quanto às misturas com areia e sem cal, os resultados foram inferiores à areia; já no caso das misturas areia-cinza-cal, não foi possível definir um padrão do comportamento com relação ao tempo de cura, pois ainda que tenha havido um aumento da coesão a determinados dias, este ganho veio acompanhado de uma redução no ângulo de atrito, fazendo com que a areia mantivesse um comportamento melhor. Contudo, o teor de 27 por cento de cinza, sob 140 dias de cura, proporcionou ao solo um aumento de ambos os parâmetros, sendo, portanto, o teor ótimo a ser utilizado. Dessa forma, ainda que o emprego da cinza volante em misturas com o solo argiloso tenha se mostrado mais satisfatório, este material também pode ser utilizado em misturas com areia, desde que submetido a elevados períodos de cura e que contenham uma porcentagem de cinza em torno do teor ótimo encontrado, o que viabiliza o emprego positivo deste material em aplicações geotécnicas, possibilitando uma destinação ambientalmente correta deste resíduo e dando um fim mais nobre a este material. / [en] This study presents the behavior of sand and clay soil mixtures with different contents of fly ash, which comes from the coal burning process in Thermoelectric Complex Jorge Lacerda, located in the city of Capivari de Baixo, in Santa Catarina. The aim of this research is to assess the applicability of using soil-ash and soil-ash-lime mixtures in geotechnical works, like landfill layers, foundation soils and slope stabilization. Physical, chemical and mechanical (compaction test and direct shear test) were performed. Direct shear tests were performed on clay soil samples compacted at the optimum moisture content and the corresponding maximum dry specific gravity, with fly ash contents of 15 and 30 per cent, related to the dry weight of soil. Tests on sandy soil samples were performed at the relative density of 50 per cent and optimum humidity of 10 per cent, with fly ash contents of 15, 30 and 40 per cent related to the dry weight of soil. For soil-ash-lime mixtures, it was added 3 per cent of lime to replace the dry weight of ash. It was studied the influence of different parameters: soil type, ash content, lime addition and curing time (0, 30, 100, 125 and 140 days) for the mixtures. Curing process was adopted only for sandy soil mixtures. Results were more suitable for clay soil mixtures, and lime addition was more efficient for the mixture with the lowest ash content, related to 12 per cent. In the absence of lime, the best performance was obtained for the mixture with 15 per cent of ash. For sandy soil mixtures and without lime, the results were inferior to sand; and in the case of soil-ash-lime mixtures, it was not possible to define a pattern of behavior to the curing time, because although there has been an increase in cohesion certain days, this gain was followed by a reduction in friction angle, which has maintained the best performance of sand. However, the ash content of 27 per cent, at 140 days of curing, caused an increase of both parameters, what means that this ash content is the optimum content to be used. Thus, although the use of fly ash in mixtures with clay soil has been more satisfactory, this material can also be used in mixtures with sandy soil, since it contains an ash content around the optimum content found, and since it has been submitted to elevated curing periods, what enables the positive employment of this material in geotechnical applications, providing an environmentally correct disposal of this waste and giving it a noblest destination.

[pt] Apresenta-se o estudo experimental do comportamento de um solo arenoso e de um solo argiloso, reforçado e não reforçado com cinza de bagaço de cana-deaçúcar e com cinza de casca de arroz, por meio da realização de ensaios de caracterização física e química e de ensaios de cisalhamento direto. Busca-se estabelecer padrões de comportamento que possam explicar a influência da adição das cinzas, relacionando-os com os parâmetros de resistência ao cisalhamento e de deformação do solo. Os ensaios foram realizados em amostras com teores que variaram entre 5-20 por cento. Por meio dos resultados obtidos, foi possível concluir que a inserção de cinza de bagaço de cana-de-açúcar, aos solos argiloso e arenoso em estudo, mostra-se viável, uma vez que resultaram em melhoria dos parâmetros de resistência ou não causaram alterações significativas. Para a cinza de casca de arroz, em misturas com solo arenoso, a aplicação não se mostrou viável, visto que, para ambos os teores de cinza, houve um decréscimo no ângulo de atrito e nenhum acréscimo de coesão. Nas misturas com solo argiloso, a aplicação da mesma cinza mostrou-se viável, haja vista que sua aplicação resultou em melhoria dos parâmetros de resistência. Quanto ao teor de cinza para as misturas com solo argiloso, verificou-se que o melhor comportamento obtido foi com o teor de 20 por cento, para as misturas com ambas as cinzas. Para as misturas com areia, como não houve um aumento proporcional da resistência com o aumento do teor das cinzas foi difícil determinar um teor ótimo de cinza a ser utilizado. Os resultados obtidos neste estudo, em geral, mostraram-se satisfatórios e cumpriram os objetivos iniciais propostos com relação à investigação do comportamento solo-cinza para utilização em obras geotécnicas. / [en] This paper presents the experimental study of the behavior of a sandy soil and a clay soil, reinforced and unreinforced with sugarcane bagasse ash and rice husk ash, by performing physical and chemical characterization tests and direct shear tests. The aim is to establish patterns of behavior that may explain the influence of the addition of ashes, relating them to the shear strength parameters and soil deformation. The tests were carried out on samples with concentrations ranging from 5-20 percent. Through the results, it was possible to conclude that the inclusion of sugarcane bagasse ash, to clay and sandy soils under study, proves viable, since it resulted in improved strength parameters or did not cause significant alterations. For the rice husk ash in mixtures with sandy soil, the application was not feasible, since for both ash contents there was a decrease in the friction angle and no increase in the cohesion. In blends with clay soil, the application of the same ash proved to be feasible, given that its application resulted in improvement of resistance parameters. As for the ash content for mixtures containing clay soil, it was found that the best performance was obtained with 20 percent content for mixtures with both ashes. For mixtures with sand, as there was not a proportional increase in resistance with increasing content of ash it was difficult to determine an optimal ash content to be used. The results of this study generally were satisfactory and met the initial proposed objectives in relation to soil-ash behavioral research for use in geotechnical works.

[pt] Neste trabalho, analisou-se a influência da sucção na resistência ao cisalhamento de um solo residual jovem de filito da região metropolitana de Belo Horizonte (MG). A fim de determinar a resistência ao cisalhamento do solo não saturado, foram realizados ensaios de cisalhamento direto com sucção controlada em amostras indeformadas e teor de umidade natural. Foram feitos também ensaios de cisalhamento direto convencional, em corpos de prova indeformados e submersos. Tais ensaios foram executados com diferentes níveis de tensão. Determinaram-se as curvas de retenção de umidade através do método do papel filtro, para se obter a relação entre a sucção e o teor de umidade do solo. O programa experimental compreendeu também ensaios de caracterização geotécnica, análises químico- mineralógicas. A partir da análise dos resultados de ensaios de cisalhamento direto convencional e com sucção controlada foi possível estabelecer uma envoltória de resistência ao cisalhamento em três dimensões para o solo estudado, função das variáveis de tensão ((sigma)-ua) e (ua-uw). Também são apresentadas algumas considerações sobre a influência da sucção na compressibilidade do material. Por fim, fez-se uma comparação dos resultados obtidos para a resistência ao cisalhamento com estimativas indiretas através de formulações simplificadas que usam os parâmetros efetivos de resistência e a curva característica de sucção (i.e. Lytton, 1995; Vanapalli et al., 1996; Fredlund et al., 1996; Oberg e Sallfors, 1997), assim como com outros resultados encontrados na literatura técnica. / [en] This work intends to evaluate the influence of suction in the shear strength of a young residual filite soil from Belo Horizonte city, of Minas Gerais, Brazil. The experimental program included conventional tests of geotechnical, chemical and mineralogical characterization. The relationship between suction and water content of soil was obtained by the filter paper method and represented graphically by soil-water characteristic curves (SWCC). In order to determine the shear strength of unsaturated soil, direct shear tests with controlled suction were executed with soil samples in their natural state. In addition, conventional shear strength tests were performed with undisturbed and submersed specimens. Both types of tests were performed with different values of stress. From the analysis of the tests´ results it was possible to establish a three- dimensional shear strength envelope in function of the stress state variables ((sigma)-ua) and (ua-uw). Moreover, some considerations about the influence of stress variables in compressibility of soil are discussed. Finally, a comparison of the results obtained for the soil´s shear strength was made with different prediction models using the SWCC and the effective strength parameters (i.e. Lytton, 1995; Vanapalli et al., 1996; Fredlund et al., 1996; Oberg e Sallfors, 1997). The results were also compared with other data found in the literature.

[pt] Esta pesquisa teve como objetivo investigar o comportamento tensão-deformação-resistência da areia da Praia de Ipanema, RJ, em ensaios de cisalhamento simples (DSS) realizados em corpos de prova secos, cisalhados a volume constante sob carregamento monótono de deformação controlada. Foi desenvolvido um procedimento para moldagem de corpos de prova de areia na condição seca para ensaios de DSS. Os corpos de prova foram moldados nos domínios de compacidade relativa (CR) fofo, médio, compacto e muito compacto. Para cada um desses domínios de CR, foram realizados ensaios de DSS sob os seguintes valores de tensão vertical inicial: 25, 50, 100, 150, 300, 500 e 750 kPa. Os resultados permitiram avaliar a influência da tensão vertical inicial e do índice de vazios pré-cisalhamento (epc) na variação da tensão vertical (variação da tensão vertical no cisalhamento) necessária para manter a altura (e o volume) do corpo de prova constante durante o cisalhamento, na taxa de mobilização de ângulo de atrito no plano horizontal em relação à distorção, no valor do ângulo de atrito máximo mobilizado no plano horizontal, no valor da tensão cisalhante na ruptura, no valor da distorção na ruptura, bem como nos valores dos módulos de cisalhamento secantes G25 e G50. / [en] This research aimed to investigate the stress-strain-strength behavior of the Ipanema Beach (RJ) sand in direct simple shear tests (DSS) carried out on dry specimens, sheared at constant volume under strain-controlled static loading. A procedure for preparing dry sand specimens was developed for DSS tests. The specimens were prepared in loose, medium, dense and very dense domains of relative density (Dr). For each of these Dr domains, DSS tests were carried out under the following initial vertical stress values: 25, 50, 100, 150, 300, 500 and 750 kPa. The results allowed to evaluate the influence of the initial vertical stressand the pre-shear void ratio (epc) on the vertical stress change (variation of vertical stress in shear) necessary to keep the specimen height (and volume) constant during shear, on the rate ofmobilization of the friction angle in the horizontal plane in relation to distortion, on the value of the maximum friction angle mobilized in the horizontal plane, on the value of the shear stress at failure, on the value of the distortion at failure, as well as on the values of the secant shear modulus G25and G50.

[pt] O estudo avalia o comportamento mecânico de uma areia reforçada com polímero, em comparação à areia pura. Foram realizados ensaios cisalhamento direto em amostras de areia pura e desta com a adição do copolímero de butadieno e estireno modificado (XSBR). O copolímero de butadieno e estireno é um elastômero composto de aproximadamente 75 porcento de butadieno e 25 porcento de estireno, presente em solução aquosa, sendo muito utilizada na indústria automobilística, para a produção de pneus. Pode ser produzido a partir dos processos de polimerização em emulsão ou polimerização em solução. A escolha destes materiais está relacionada às suas propriedades serem compatíveis as exigências para melhoramento de solos em obras geotécnicas. As amostras de areia com polímero apresentavam 50 porcento de densidade relativa, 10 porcento de umidade, nas proporções em volume água-polímero de 1:1, 1:2 e 1:4, sem tempo de cura, ou com tempos de cura de 24, 48, 72, 96, 576, 720 e 1080 horas. Foram constatadas melhorias nos parâmetros de resistência das amostras de areia com adição de polímero, em comparação aos parâmetros da areia pura, mostrando que a melhoria de solos com polímero é satisfatória para a aplicação em obras geotécnicas, como por exemplo: aterros sobre solos moles, solos de fundações superficiais e para a estabilidade de taludes. / [en] The study evaluates the mechanical behavior of a sand reinforced with polymer compared to pure sand. Direct-cut tests were carried out on pure sand samples and with the addition of modified styrene butadiene-styrene (XSBR) copolymer. The copolymer of butadiene and styrene is an elastomer composed of approximately 75 percent butadiene and 25 percent styrene, purchased in aqueous solution, being widely used in the automotive industry for the production of tires. It may be produced from the emulsion polymerization or solution polymerization processes. The choice of these materials is related to their properties being compatible the requirements for soil improvement in geotechnical works. Polymer sand samples had 50 percent relative density, 10% moisture, in water-polymer volume ratios of 1:1, 1:2 and 1:4, without curing time, or with times of cure 24, 48, 72, 96, 576, 720 and 1080 hours. Improvements in the resistance parameters of the sand samples with polymer addition were verified in comparison to the pure sand parameters, showing that the improvement of soils with polymers is satisfactory for the application in geotechnical works, such as: landfills on soft soils, soils of shallow foundations and for slope stability.

[pt] Este estudo apresenta o comportamento de solos reforçados com adição de pérolas de EPS (Poliestireno Expandido) através de estudo experimental. Os solos utilizados foram: um solo argiloso de origem coluvionar, uma areia limpa, mal graduada e bentonita. Foram realizados ensaios de caracterização física e de caracterização mecânica, como ensaios de compactação Proctor Normal, ensaios triaxiais consolidados isotropicamente drenados (CID) e ensaios de cisalhamento direto para buscar estabelecer padrões de comportamento que possam explicar a influência da adição de pérolas de EPS, relacionando-a com os parâmetros de resistência ao cisalhamento. Os ensaios triaxiais CID foram realizados em amostras de solo argiloso compactadas na densidade máxima seca e umidade ótima, com teores de pérolas de EPS de 0 por cento, 0,25 por cento, 0,50 por cento, 0,75 por cento e 1 por cento, em relação ao peso seco do solo e os ensaios triaxiais CID em amostras de areia foram realizados para uma densidade relativa de 50 por cento e umidade de 10 por cento, com teores de pérolas de EPS de 0 por cento, 0,50 por cento e 0,75 por cento, em relação ao peso seco do solo. Os ensaios de cisalhamento direto com bentonita foram realizados com teores de pérolas de EPS de 0 por cento, 0,50 por cento e 0,75 por cento, em relação ao peso seco do solo. Os resultados mostraram que o tipo de solo, o teor de pérolas de EPS e o nível de tensão confinante influenciam positivamente o comportamento mecânico final dos compósitos com relação aos parâmetros de resistência, porém não há uma tendência de comportamento bem definida ao analisar cada fator independentemente. Portanto, o uso de pérolas de EPS em obras geotécnicas de carregamento estático contribuiria com o menor consumo de material natural e a consequente redução dos custos de transporte e volume de material mobilizado. / [en] This study presents the behavior of soils reinforced with EPS (Expanded Polystyrene) beads through experimental study. The soils used were a coluvionar soil, a clean and barely graduated sand and bentonite. Physical characterization, Standard Proctor, consolidated drained triaxial and direct shear tests were performed to establish patterns of behavior that may explain the influence of the addition of expanded polystyrene beads, linking it with shear strength parameters. The CID triaxial was performed on samples of clayey soil compacted within the maximum dry density and optimum moisture content with expanded polystyrene beads ratios of 0 percent, 0.25 percent, 0.50 percent, 0.75 percent and 1 percent by dry weight of soil. CID triaxial tests on sand samples were made to a relative density of 50 per cent and 10 per cent of moisture content, with EPS beads ratios of 0 percent, 0.50 percent and 0.75 percent by dry weight of soil. The direct shear tests with bentonite were made with EPS beads ratios of 0 percent, 0.50 percent and 0.75 percent by dry weight of soil. The results showed that the kind of soil, the EPS content and level of confining stress level influence positively on the final mechanical behavior of the composites with respect to strength parameters, but there is no well-defined pattern of behavior to examine each factor independently. Therefore, the use of EPS beads in geotechnical works, contribute to lower consumption of natural material and the consequent reduction in transport costs and volume of mobilized material.

[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).