[pt] O presente estudo experimental apresenta o comportamento mecânico e a durabilidade de compósitos de solo arenoso reforçado com fibras de polipropileno e de fibras vegetais de coco, sisal e curauá, aleatoriamente distribuídas, submetidos ao envelhecimento natural, com o objetivo de estudar a sua aplicação em obras geotécnicas. O programa experimental consistiu na execução de ensaios triaxiais drenados nas amostras de areia pura, areia-fibra no tempo zero (amostras de controle) e nos compósitos expostos por um período máximo de 8 meses, com o objetivo de avaliar a durabilidade dos compósitos. Foram realizados ensaios de tração direta nas fibras vegetais sem degradação e nas fibras utilizadas como reforço em compósitos expostos ao ambiente externo e ao tempo, localizadas nas profundidades de 75 e 125 cm. Para um melhor entendimento da variação dos resultados obtidos, os ensaios triaxiais e de tração foram executados nos intervalos de tempo: 0, 60, 120 e 240 dias. Foi possível observar que todos os compósitos expostos apresentaram queda na resistência de cisalhamento, em relação às amostras de controle, inclusive os reforçados com fibra de polipropileno. Os compósitos reforçados com fibra de coco apresentaram baixa degradação, se comparados com as amostras reforçadas com outras fibras vegetais. Quanto aos ensaios de tração, a fibra de curauá apresentou as maiores resistências à tração inicial e final, após os 8 meses, porém foi a fibra que mais sofreu degradação durante o período em exposição, sofrendo grandes per-das de resistência. Todas as fibras analisadas apresentaram degradação maior na profundidade de 75 cm. / [en] The present experimental study presents the mechanical behavior and the du-rability of composites of sandy soil reinforced with polypropylene fibers and vegetal fibers of coconut, sisal and curauá, randomly distributed, submitted to the natural aging, with the objective of studying their application in earthworks. The experimental program consisted in the execution of triaxial tests in the sand, sand-fiber samples at zero time (control samples) and in the exposed composites for up to 8 months, in order to evaluate the durability of the composites. Direct tensile tests were done on the non-degraded natural fibers and on the fibers used as reinforcement in samples exposed to the external environment and to the time, located at depths of 75 and 125 cm. For a better understanding of the variation of the obtained results, the triaxial and tensile tests were performed in the time intervals: 0, 60, 120 and 240 days. It was possible to observe that all exposed composites presented a drop in shear strength, in relation to the control samples, inclusive those reinforced with polypropylene fiber. The composites reinforced with coconut fiber presented low degradation when compared with the samples forced with other vegetable fibers. Regarding the tensile tests, the curaua fiber showed the greatest resistance to the initial and final traction, after 8 months, but it was the fiber that suffered the most degradation during the exposure period, suffering great losses of resistance. All the analyzed fibers presented degradation greater in the depth of 75 cm.

[pt] O presente trabalho permite avaliar o comportamento de um solo reforçado e não reforçado com fibras de polipropileno (teor de 0.5 por cento em relação ao peso seco do solo) submetido a ensaios triaxiais de extensão, bem como a influência da adição de fibras na resistência e nos mecanismos de ruptura do solo reforçado. Para tanto, desenvolveu-se um programa experimental compreendendo a etapa final de um equipamento triaxial do tipo Bishop e Wesley de grandes dimensões e a execução de ensaios triaxiais drenados de extensão. Os ensaios triaxiais realizados permitiram a determinação dos parâmetros de resistência do solo e da mistura solo–fibra. Os resultados obtidos propiciaram a um melhor entendimento das alterações geradas pela inclusão aleatória de fibras de polipropileno à matriz da areia estudada. O desempenho das fibras no interior da massa de solo indica que estas sofreram deformações plásticas de tração, alongando-se, porém este alongamento é atribuído à fase de adensamento e não à fase de cisalhamento dos ensaios triaxiais de extensão realizados, já que foi possível observar que a adição das fibras não incrementa a resistência à tração do solo, quando este estiver submetido a esforços de extensão. / [en] The present study allows evaluating the behavior of a reinforced and unreinforced soil with fibers of polypropylene (0.5 per cent content of dry weight of soil) subjected to triaxial extension tests, as the influence of adding fibers in the resistance and the rupture mechanisms of reinforced soil. Therefore, it was developed an experimental program comprising the development of a Bishop and Wesley’s triaxial-type equipment which has a larger size than conventional triaxial equipment and an execution of drained triaxial extension tests. The present study submits triaxial tests results aiming the determination of strength parameters of soil and soil – fiber mixture. The obtained results led a better understanding of the alterations generated by the random inclusion of polypropylene fibers to the pattern sand studied. The accomplishment of fiber performance within soil mass indicates that they undergo tensile plastic deformation, elongating, but this elongating is attributed to shear stage in the triaxial extension tests realized, as was conferred that the addition of fiber does not increase the tensile strength of soil.

[pt] O presente estudo teve como principal objetivo demonstrar que fibras derivadas da reciclagem de garrafas PET (Polietileno Tereftalato), confeccionadas com 100 porcento do resíduo, pela indústria têxtil, podem ser uma boa alternativa se utilizadas como reforço de solos, quando submetidos a diferentes níveis de cargas. Buscando uma melhor aplicabilidade para este material, foram executados ensaios de compressão triaxial drenados em laboratório, bem como ensaios de prova de carga em placa e também com simulação de um talude em modelo físico reduzido, para a determinação do comportamento mecânico de uma areia e do compósito areia-fibras PET. Para os ensaios triaxiais drenados, foram utilizadas fibras PET com dois títulos (correspondente ao diâmetro das fibras) e comprimentos distintos (1,4 dtex com 38 mm e 3,3 dtex com 56 mm), inseridas aleatoriamente na massa de solo, onde foi utilizado o teor de 0,5 porcento de fibras, em relação ao peso seco do solo, teor de umidade de 10 porcento e densidade relativa de 50 porcento. Os resultados mostraram que o comportamento da areia pura é influenciado pela adição de fibras PET, melhorando os parâmetros de resistência, como o intercepto coesivo e o ângulo de atrito, definidos pelo critério de Mohr-Coulomb. O compósito reforçado com as fibras PET de menor título e menor comprimento apresentou um maior ganho na resistência ao cisalhamento, mas ambos os compósitos, em comparação ao solo não reforçado, apresentaram uma maior resistência. Para os ensaios de prova de carga em placa e para a simulação do talude, ambos realizados em modelo físico reduzido, foram utilizadas as fibras de menor título e menor comprimento como elemento de reforço. Observa-se que a inserção das fibras PET melhora o comportamento carga-recalque da areia pura, onde o compósito reforçado apresenta uma maior capacidade de suporte e a redução dos recalques, bem como uma mudança na propagação e formação das fissuras ao redor da placa. Na simulação do talude, a inserção das fibras PET promove uma alteração completa no mecanismo de ruptura ocorrido no compósito, quando comparado à ruptura da areia pura. Ressalta-se o emprego positivo das fibras PET para aplicação como reforço de solos em obras geotécnicas (como por exemplo, em camadas de aterros sanitários, aterros sobre solos moles, reforço de taludes, base de fundações superficiais e controle de erosão), além de eliminar problemas atuais de disposição de resíduos, dando um fim mais nobre a este material, com benefícios ambientais, sociais e econômicos. / [en] The main objective of this study was to demonstrate that fibers derived from the recycling of PET (Polyethylene Terephthalate) bottle, 100 percent made from the residue by the textile industry, can be a good alternative if used as reinforcement of soil, when submitted to different load levels. Looking for a better applicability for this material, were executed drained triaxial compression tests in laboratory, as well as plate load tests, also with slope simulation in a reduced physic model, to evaluate the mechanical behavior of a sand and a composite sand-PET fibers. For the drained triaxial tests, were used PET fibers with two different titles (corresponding to the fiber diameters) and lenghts (1,4 dtex com 38 mm e 3,3 dtex com 56 mm), distributed randomly in the soil mass, where was used a fiber contente of 0,5 percent by relation to the soil s dry weight, moisture content of 10 percent and relative density of 50 percent. The results showed that the pure sand behavior was influenced by the addition of PET fibers, improving the strenght parameters as the cohesion intercept and the friction angle, defined by the Mohr-Coulomb criteria. The composite reinforced with PET fibers with minor title and lenght presented a better improvement in the shear strenght, but both composites, compared to the non reinforced soil, showed greater resistence. For the plate load tests and for the slope simulation, both performed in a reduced physic model, it was used the fiber with minor title and lenght as reinforcement element. The addiction of PET fibers improve the load-settlement behavior of the sand, where the reinforced composite shows a greater bearing capacity, a reduction of the settlements and a change in the propagation and formation of fissures around the plate. In the slope simulation, the addiction of PET fibers promove a complete alteration in the rupture mechanism that occurred in the composite, when compared to the rupture of the pure sand. It is highlighted the positive use of PET fibers for application as soil reinforcement in geotechnical works (as an example, in landfill layers, embankment on soft soil, slope reinforcement, base of shallow foundations and erosion control), eliminating current problems of waste disposal, giving a noble end to this material, with environmental, social and economical benefits.

[pt] O presente estudo apresenta o comportamento dos solos reforçados com PET em pó e triturado, através de ensaios de laboratório. Foram utilizados três solos: um solo coluvionar, uma areia limpa e mal graduada e uma bentonita. Caracterização física, química e ensaios mecânicos (triaxiais CIU e cisalhamento direto) foram realizadas para cada material e misturas. O ensaio triaxial foi realizado em amostras de solo argiloso compactado com porcentagens de pó de PET de 0, 10, 20 e 30 por cento de PET triturado de 3,0 e 5,0 por cento, por seco peso de solo. Os ensaios triaxiais, em amostras de areia foram feitas a uma densidade relativa de 50 por cento e 10 por cento de teor de umidade, e com 0, 10 e 20 por cento de pó de PET, em relação ao peso seco do solo. Os ensaios de cisalhamento direto com bentonita foram feitos com porcentagens de 0 e 30 por cento de pó de PET e 3,0 e 5,0 por cento de PET triturado, por peso seco de solo. Os resultados mostraram que o teor de PET e nível de confinamento têm influência sobre o comportamento mecânico final das misturas. Com ambos os resíduos de PET, as misturas apresentam um comportamento satisfatório, aumentando ou mantendo os parâmetros de resistência ao cisalhamento semelhantes ao solo puro. Assim, para as misturas argilosos, a mistura com 30 por cento de pó de PET e a com 5 por cento de PET triturado são mais eficazes, uma vez que nelas observou-se maior melhora nos parâmetros de resistência. Para misturas de areia a inclusão PET é mais eficaz com 10 por cento de pó PET em tensões confinantes menores e umidade ótima de 10 por cento. Para misturas bentonita, a inserção de PET é mais eficaz para o PET triturado na porcentagem de 5 por cento. Portanto, o uso de resíduos de PET para o reforço do solo poderia minimizar os problemas atuais disposição do resíduo, contribuir com a redução do consumo de recursos naturais e dar um uso nobre para este material. / [en] This study presents the behavior of soils reinforced with crushed PET (Polyethylene Terephthalate) residue through experimental study. Three soils were used: a coluvionar soil, a clean and poorly graduated sand and a bentonite. Physical characterization, chemical and mechanical tests (isotropically consolidated-drained triaxial and direct shear) were performed for each material and mixtures. The triaxial test was performed on samples of clayey soil compacted within the maximum dry density and optimum moisture content with ratios of 0, 10, 20 and 30 per cent of fine crushed PET and 3,0 and 5,0 per cent of PET flakes, by dry weight of soil. The triaxial tests on sand samples were made to a relative density of 50 percent and 10 per cent of water content, and with 0, 10 and 20 percent fine crushed PET, by dry weight of soil. The direct shear tests with bentonite were made with ratios of 0 and 30 percent of fine crushed PET and 3,0 and 5,0 percent of PET flakes, by dry weight of soil. The results have shown that the PET content and level of confining stress have influence on the final mechanical behavior of the mixtures. With both residue of PET, the mixtures present a satisfactory behavior, increasing or maintaining the shear strength parameters similar to the pure soil. Thus, for the clayey mixtures, the fine crushed PET content of 30 percent and the PET flakes content of 5 percent are more effective, once they increase the strength parameters. For sandy mixtures the PET inclusions is more effective with 10 percent of fine crushed PET at lower confining stresses and the optimum content is 10 percent. For bentonite mixtures the PET inclusions is more effective for PET flakes and the optimum content is 5. Therefore, the use of PET waste for soil reinforcement could minimize the current problems of waste disposal, contribute with the reduction of consumption of natural resources and give a noble use for this material.

[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] O presente trabalho tem como objetivo a implementação e avaliação de um modelo constitutivo para solos reforçados com fibra (compósito). A principal característica do modelo constitutivo implementado é que cada material (matriz de solo e fibra) segue sua própria lei constitutiva e ao mesmo tempo interagem entre si. Utilizando um algoritmo explícito, são implementados os modelos Cam Clay Modificado e Lade-Kim para a matriz de solo, cuja verificação é feita mediante o programa PLAXIS 2D e curvas tensão-deformação obtidas da literatura, respectivamente. Posteriormente, é adicionado o comportamento da fibra no desenvolvimento das tensões no compósito e verificado mediante a comparação das curvas tensão-deformação com as apresentadas por Diambra et al. (2013). As linguagens de programação utilizadas neste trabalho foram duas, a primeira é a utilizada no programa MATLAB, onde os códigos dos modelos são verificados e validados em relação à um conjunto de ensaios triaxiais de areia reforçada com fibra. Posteriormente foi usada a linguagem de programação FORTRAN para incluir o modelo constitutivo para solo reforçado com fibras no programa de elementos finitos ABAQUS, através da sub-rotina UMAT. Porém, para a implementação na sub-rotina UMAT os códigos dos modelos implementados no MATLAB sofrem algumas modificações com a finalidade de que o ABAQUS consiga compilar e representar adequadamento o comportamento do modelo constitutivo, mediante a correta utilização de vetores e propriedades desta. Finalmente, são modelados ensaios triaxiais drenados para verificar que a implementação mediante a sub-rotina UMAT é satisfatória. / [en] The present work aims to implement and evaluate a constitutive model for fiber-reinforced soils (composite). The main characteristic of the constitutive model implemented is that each material (soil and fiber matrix) follows its own constitutive law and at the same time interact with each other. Using an explicit algorithm, the Cam Clay Modified and Lade-Kim models are implemented for the soil matrix, verified by the PLAXIS 2D software and stress-strain curves obtained from the literature, respectively. Later, it is included the behavior of the fiber in the development of the stresses in the composite and verified by the comparison of the stress-strain curves with those presented by Diambra et al. (2013). The programming languages used in this work were two, the first one is the one used in the MATLAB program, where the codes of the models are verified and validated in relation to a set of triaxial tests of fiber-reinforced sands. Later the programming language was converted into FORTRAN to include the constitutive model for fiber reinforced soil in the ABAQUS finite element software, through the UMAT subroutine. However, for the implementation in the UMAT subroutine the codes of the models implemented in MATLAB undergo some modifications in order that ABAQUS can compile and represent adequately the behavior of the constitutive model through the correct use of vectors and its properties. Finally, drained triaxial tests are modeled to verify that the implementation through the UMAT subroutine is satisfactory.