Freqüentemente, a utilização de técnicas tradicionais da engenharia geotécnica depara-se com obstáculos de caráter econômico e ambiental. A técnica do solo-cimento torna-se atrativa quando a melhora das propriedades do solo do local constitui-se numa 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 e como camada de suporte para fundações superficiais. Entretanto, ainda não existem metodologias de dosagem e projeto das misturas de solo-cimento baseadas em critérios racionais como existe, por exemplo, para o concreto, onde a relação água/cimento desempenha papel fundamental na obtenção da resistência desejada. Nesse sentido, este estudo tem por objetivo quantificar a influência do teor de cimento, da porosidade e do teor de umidade de moldagem, sobre a resistência mecânica de um solo arenoso artificialmente cimentado e avaliar a adequação do uso das relações água/cimento e vazios/cimento na estimativa da sua resistência à compressão simples. Para isso foram realizados ensaios de compressão simples, triaxiais não-drenados e medidas de sucção matricial. Os resultados mostram que a resistência à compressão simples cresceu linearmente com o aumento do teor de cimento e exponencialmente com a redução na porosidade da mistura compactada. Além disso, a variação do teor de umidade de moldagem afetou significativamente a resistência à compressão simples em misturas compactadas numa mesma massa específica aparente seca. Verificou-se que, para o solo-cimento no estado não-saturado (estado em que normalmente se encontram os aterros compactados), o fator água/cimento não é um bom parâmetro para estimativa da resistência à compressão simples. Ao contrário, a relação vazios/cimento, definida pela razão entre a porosidade da mistura compactada e o teor volumétrico de cimento, ajustado por um expoente, demonstrou ser o parâmetro mais adequado na estimativa da resistência à compressão simples do solo-cimento estudado. / Often, the use of traditional techniques in geotechnical engineering faces obstacles of economical and environmental nature. The soil-cement technique becomes attractive when the improvement of the local soil is a project alternative. The treatment of soils with cement finds application, for instance, in the construction of pavement base layers, in slope protection of earth dams and as a support layer for shallow foundations. However, there are no dosage methodologies based on a rational criteria as it exists in the case of the concrete technology, where the water/cement ratio plays a fundamental role in the assessment of the target strength. In that sense, this study aims to quantify the influence of the amount of cement, the porosity and the moisture content on the strength of a sandy soil artificially cemented, as well as to evaluate the use of a water/cement ratio and a voids/cement ratio to assess its unconfined compression strength. A number of unconfined compression tests, undrained triaxial tests and measures of matric suction were carried out. The results show that the unconfined compression strength increased linearly with the increase of the amount of cement and exponentially with the reduction in the porosity of the compacted mixture. Besides, the change in moisture content has remarkably affected the unconfined compression strength of mixtures compacted in a same dry density. It was verified that, for the soil-cement in the unsaturated state (state usually met by compacted fills), the water/cement ratio is not a good parameter for assessment of unconfined compression strength. In the other hand, the voids/cement ratio, defined by the reason between the porosity of the compacted mixture and the volumetric cement content, adjusted by an exponent, demonstrated to be the most appropriate parameter in the assessment of unconfined compression strenght of the studied soil-cement.

O aumento da longevidade da população mundial e dos acidentes com consequências traumáticas nas últimas décadas provocaram um incremento na demanda de materiais e tecnologias destinados à substituição de alguma função ou porção do organismo humano para assegurar a qualidade de vida do ser humano. Neste contexto, o desenvolvimento de novos biomateriais para a ortopedia e odontologia baseados nos fosfatos de cálcio é relevante, uma vez que estes apresentam composição química semelhante à fase mineral de ossos e dentes. Os cimentos de fosfatos de cálcio (CPC) possuem composição de fases cristalinas e resposta biológica similares às biocerâmicas de fosfato de cálcio utilizadas como material de implante por excelência devido à sua alta biocompatibilidade e excelente bioatividade; mas com a diferença de que estes podem ser facilmente moldados e adaptados ao local de implantação, injetados através de vias minimamente invasivas, ou misturados com diversos fármacos para obter uma ação terapêutica determinada e localizada no local de implantação. Em geral, tanto as biocerâmicas como os CPC apresentam baixas resistências mecânicas, pelo qual o objetivo principal deste trabalho foi a obtenção de novas formulações de CPC com propriedades mecânicas melhoradas mediante a adição de componentes de cimento Portland tradicional ou de cimento de aluminato de cálcio. Outras propriedades que se pretende melhorar com a adição de compostos portadores de silício são a bioatividade e osteogenicidade dos materiais resultantes, uma vez que os cimentos baseados em silicato de cálcio são altamente osteogênicos. Para isto, foi escolhido o sistema baseado em a-Ca3(PO4)2 e foram desenhadas diferentes formulações através da introdução de Ca3SiO5 (C3S) ou CaAl2O4 (CA), fases majoritárias dos cimentos Portland e cimentos de aluminato de cálcio que apresentam uma excelente resistência mecânica, além de ser biocompatíveis e bioativas. Do estudo realizado verificou-se que a adição de um 5% de C3S ao cimento baseado em a- Ca3(PO4)2 produz um incremento das propriedades mecânicas em longo prazo (14d) e melhora a bioatividade e citotoxicidade dos CPC tradicionais; no entanto, retarda a pega do cimento e a hidrólise do a-Ca3(PO4)2 e aumenta a o grau de degradação dos materiais. A introdução de SiO2 como modificação de esta formulação, embora diminuiu o pH resultante, retardou a pega do cimento provocando uma perda notável da resistência mecânica durante os primeiros estágios da reação. Por outro lado, a introdução de CA provocou uma diminuição da resistência à compressão dos cimentos, independente do teor adicionado, e não se observou a melhoria desta propriedade com o aumento do tempo. Contudo, a presença de CA permitiu a obtenção de materiais menos citotóxicos, e por consiguiente mais biocompatíves, assim como o aumento da bioatividade em relação aos CPC tradicionais. / The increased longevity of the world population and the growth of traumatic accidents in last decades, led to an increase in demand of materials and technologies for replacement of any portion or function of the human body to ensure the quality of human life. In this context, the development of new biomaterials for orthopedics and dentistry based on calcium phosphates is relevant, since they have similar chemical composition to the mineral phase of bones and teeth. The calcium phosphate cements (CPC) have composition of crystalline phases and biological response similar to calcium phosphate bioceramics used as implant material par excellence due to its high biocompatibility and excellent bioactivity; but with the difference that these can be easily shaped and adapted to the site, injected through minimally invasive means, or mixed with various drugs for a specific therapeutic action at the site of implantation. In general, both bioceramics such as CPC have low mechanical strength; whereby, the main objective of this study was to obtain new formulations of CPC with improved mechanical properties by adding components of traditional Portland cement or calcium aluminate cement. Other properties that are intended to improve with the addition of silicon compounds, are the bioactivity and osteogenic potential of the resulting materials, as it cements based on calcium silicate are highly osteogenic. For this, we chose a system based a-Ca3(PO4)2 and different formulations were designed by introducing Ca3SiO5 (C3S) or CaAl2O4 (CA), majority phases of Portland cement and calcium aluminate cements that have an excellent mechanical strength, and are biocompatible and bioactive. From the study it was found that the adittion of a 5% C3S to the a-Ca3(PO4)2 based cement, produces an increase in the mechanical properties in the long term (14d) and enhances bioactivity and cytotoxicity; however, enlarge the setting times and the degree of degradation ofaand hydrolysis of materials. The introduction of SiO2 as a modification of this formulation, resulted in a pH decreased, but in the increased of the setting times causing a noticeable loss of strength during the early stages of the reaction. Moreover, the introduction of CA reduced the compressive strength of cements, regardless of content added, and there was no improvement of this property with increasing time. However, the presence of CA allowed the production of materials less cytotoxic, and thereby to more biocompatible, as well as the increase in bioactivity relative to traditional CPC.

Nas últimas décadas, a busca pelo desenvolvimento sustentável vem influenciando indústrias de diversos setores a procurar uma destinação correta para os seus resíduos, esta ação visa reduzir os impactos ambientais gerados pelas diversas atividades de cada indústria. Neste sentido, a construção civil se mostra um setor potencial para este emprego, visto a elevada quantidade de matéria-prima de origem natural consumida. No estado do Rio Grande do Sul, onde há a terceira maior produção de pedras preciosas do Brasil, as etapas do beneficiamento de pedras, como a ágata, geram resíduos que requerem solução quanto ao seu destino final. O resíduo de ágata apresenta-se sob três formas: pó, com formato mais arredondado; agregado miúdo, alongado, e a terceira no formato de agregado graúdo, também alongado, todos de coloração clara. No entanto, sempre que se almeja empregar um resíduo, inicialmente é preciso avaliar suas possibilidades de aplicação, frente a questões de sua aplicabilidade técnica, ambiental e econômica. O presente trabalho tem por objetivo estimar a influência dos agregados de ágata, quando substituindo o agregado miúdo de calcário, tradicionalmente utilizado em matrizes cimentícias de cimento Portland branco. O estudo foi desenvolvido iniciando-se pela caraterização dos materiais que foram utilizados, passando posteriormente à realização de ensaios de caracterização de argamassas no estado fresco e no estado endurecido. No estado fresco foram avaliados o índice de consistência e a reologia da mistura, através da reometria rotacional e do squeeze flow. No estado endurecido foram avaliadas as propriedades mecânicas, através dos ensaios de resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral, densidade de massa aparente, módulo de elasticidade dinâmico, e de durabilidade, avaliando a absorção de água por capilaridade e a reação álcali-agregado. Verificou-se influências significativas quanto à substituição dos agregados miúdos por pó de rolagem de ágata. No estado fresco observou-se que as argamassas com pó de rolagem de ágata demandaram maior consumo de água e apresentaram maior plasticidade. Já no estado endurecido, as argamassas produzidas com o agregado miúdo de ágata apresentaram uma resistência à compressão e resistência à tração na compressão diametral inferior quando comparadas às argamassas produzidas com calcário, com diferentes relações água aglomerante. Além disso, as argamassas produzidas com agregado miúdo de ágata apresentaram densidade de massa aparente e módulo de elasticidade inferior quando comparada com as argamassas com agregado miúdo de calcário. Quanto à absorção de água por capilaridade, as argamassas produzidas com pó de rolagem de ágata apresentaram menor índice de absorção, com exceção dos traços produzidos sem pó de rolagem de ágata, onde o calcário apresentou uma menor absorção de água por capilaridade. No ensaio de reação álcali-agregado, o agregado miúdo de ágata foi considerado reativo, no entanto a combinação entre este agregado e o pó de rolagem de ágata gerou resultados inócuos. / In recent decades, the demand for sustainable development has been influencing industries from many sectors to seek a proper destination for their waste. The use of waste for other purposes aims to reduce the environmental impacts. In this context, the civil construction industry is a potential sector for this use, since the high amount of natural raw material used, being a viable alternative to reduce their environmental impact. Thus, in the state of Rio Grande do Sul, where there is the third largest production of precious stones of Brazil, processing stages of the stones, such as agate, generate waste that requires solution in relation to its final destination. Agate residues are found in three different forms: powder, with rounded shape; fine aggregate, with elongated shape, and coarse aggregate, also with elongated shape, all light-colored. The use of waste requires knowledge of their application possibilities, trying to evaluate the feasibility of its use in the technical, environmental and economic point of view. The objective of this study was to evaluate the influence of the use of agate aggregates in mortar for white concrete, replacing limestone fine aggregate, usually employed in cementitious matrices of white Portland cement. The study started with the characterization of the materials that were used and conducting to perform the tests in fresh and hardened state. The samples in fresh state were investigated by consistency index and squeeze flow. In the hardened state, samples were subjected to compression tests, tensile strength in diametrical compression, bulk density, dynamic modulus of elasticity, and also durability tests were used to evaluate the absorption of water by capillarity and the alkali-aggregate reaction. The results have shown significant influences in the substitution of fine aggregates by agate powder. In the fresh state it was observed that the mortars with agate powder required higher consumption of water and had better plasticity. In the hardened state, it was observed that mortars with agate fine aggregate showed lower compressive and tensile strength in diametrical compression, bulk density and modulus of elasticity compared to mortars made with limestone. In addition, the mortars produced with agate powder showed lower absorption of water by capillarity, except for mixtures produced without agate powder, where the limestone causes a lower water absorption by capillarity. In the alkali-aggregate reaction the agate fine aggregate can be considered reactive. However, the combination of this aggregate and agate powder can be considered innocuous.

Alguns materiais, constituídos quase que exclusivamente por sílica, são empregados, de forma suplementar ao cimento Portland, por promoverem melhorias ao concreto, devido aos seus efeitos físicos e pozolânicos, além de atenderem a questões ambientais. No entanto, essa sílica pode gerar produtos indesejados na presença de álcalis, sendo este fenômeno conhecido como reação álcali sílica (RAS). Na presença de água, esses produtos são capazes de expandir no interior da massa de concreto, provocando fissuras internas e externas e, em casos mais graves, a degradação do elemento estrutural. Com a finalidade de evitar essa manifestação patológica, o presente trabalho propõe-se avaliar o potencial reativo frente à RAS da sílica ativa e dois tipos de cinzas da casca do arroz (CCA), uma comercial e outra residual. Nessa investigação foram adotados os teores de 5 a 50 %, utilizados como substituição parcial ao cimento Portland padrão. Os métodos de ensaio adotados nesta pesquisa foram o método acelerado em barras de argamassa segundo a NBR 15577 - 4/5, e dois novos métodos acelerados (cubos de pasta e prismas). O métodos acelerado em cubos de pasta avaliou a resistência à compressão, enquanto o método em prismas de pasta avaliou a variação dimensional. Os resultados obtidos em barras de argamassa apontaram que ambas as CCA investigadas, foram reativos frente à RAS. No entanto, o teor de 50 %, em ambas as CCA, se mostrou inócuo para essa reação. A sílica ativa foi considerada inócua em todos os teores avaliados. O aditivo superplastificante empregado não foi eficiente em reduzir a expansão provocada pela CCA. Os ensaios que avaliaram a expansão em prismas de pasta apresentaram uma ótima correlação positiva com o método normalizado em barras de argamassa. Nos prismas de pasta com 25 % de CCA industrial foram identificados os compostos franzinite, chessexite e thaumasite. Estes compostos apresentaram morfologia de acículas ora tortuosas ora delgadas e retilíneas compondo todas as amostras coletadas dessa pasta. A análise termogravimétrica apontou o alto poder adsorvente de água dessa pasta. Em conclusão, o ensaio em prismas de pastas a 48°C com 1,25 % de Na2Oeq demonstrou ser um método prático laboratorialmente e apresentou um grande potencial para avaliar os materiais suplementares ao cimento Portland frente a RAS, além de facilitar identificação dos produtos que provocaram expansão. / Some materials, consisting almost exclusively for silica, are employed, supplementary form to Portland cement, for promoting improvements to concrete, due to their physical and pozzolanic effects and environmental issues. However, this silica may generate unwanted products in presence of alkalis. This phenomenon is known as alkali-silica reaction (ASR). In the presence of water, these products are able to expand inside concrete, generating internal and external cracks and, in severe cases, structural element degradation. In order to prevent this pathologic manifestation, the aim of the present study was to evaluate reactive potential in ASR of fume silica and two types of rice husk ash (RHA), a manufacturing and residual. Levels of 5 to 50 % were used as partial replacement to standard Portland cement. In the present study, accelerated method in mortar bars according to NBR 15577 - 4/5 and two new accelerated methods (pastes cubes and prisms) were used. Accelerated method in paste cubes evaluated compressive strength, while method in paste prims evaluated dimensional change. Results in mortar bars demonstrated, both RHA, were reactive to ASR. However, level of 50 %, both RHA, was innocuous to ASR. Fume silica was innocuous to ASR at all levels evaluated. Superplasticizer additive was not effective to reduce to expansion caused by RHA. In the cubes assay was possible to evaluate the reactive potential to ASR by analysis of variation coefficient. Results demonstrated a positive correlation between expansion in paste prism and standard method in mortar bars. In the paste prism with 25 % of RHA manufacturing were identified compounds of franzinite, chessexite and thaumasite. These compounds presented morphology of needles sometimes tortuous and sometimes thin and straight in all samples. Thermogravimetric analysis showed the high adsorbent power of water in this paste. In conclusion, paste prims assay at 48ºC with Na2Oeq 1.25 % demonstrated to be a practical laboratory method and presented a great potential to evaluate additional material to Portland cement in front of ARS, and this assay facilitates the identifications of products that cause expansion.

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.

O final da vida útil de pavimentos com bases rígidas se caracteriza pelo aparecimento de trincas de blocos e de fadiga. Neste cenário, a reciclagem das camadas de base e revestimento asfáltico, com adição de cimento, surge como técnica importante para reabilitação dessas estruturas. Além de se tratar de uma solução vantajosa do ponto de vista técnico, é competitiva em termos econômicos, além de sustentável. Entretanto, a escassa normatização nacional dificulta sua aplicação, destacando-se a falta de um procedimento de dosagem. Objetivando contribuir para o desenvolvimento de um método de dosagem de camadas recicladas com cimento, desenvolveu-se um programa experimental, contemplando a caracterização mecânica (resistência e rigidez), a variação volumétrica e a erodibilidade de misturas contendo fresado asfáltico, materiais de bases rígidas (brita graduada tratada com cimento e solo-cimento) e cimento Portland. Foram analisados os efeitos da porcentagem de fresado, do teor de cimento e do tempo de cura, compactando-se os corpos de prova na energia Modificada. Com auxílio de um software estatístico, foi elaborado um planejamento experimental para definição das misturas analisadas, contemplando-se diversos níveis para as variáveis independentes (teores de cimento entre 1% e 7%, e porcentagens de fresado variando entre 8% e 92%, aproximadamente). Os tempos de cura considerados foram extrínsecos ao planejamento e variaram de acordo com o ensaio, sendo de 3, 7 e 14 dias para os ensaios de comportamento mecânico e de 7 dias para os demais ensaios. Obtiveram-se modelos com efeitos estatisticamente significativos, com exceção da expansão. Os demais modelos apresentaram coeficientes de determinação de médios a elevados, tendo em vista a heterogeneidade dos materiais estudados, além do tamanho amostral considerável. Foi verificado que todas as variáveis afetam as propriedades analisadas, sendo que o teor de cimento demonstrou maior efeito, sendo que sua adição melhora consideravelmente o comportamento das misturas empregadas, frente à ação do tráfego e da água. Foram alcançados resultados bastante elevados de resistência à compressão simples (1,00 MPa a 6,49 MPa) e resistência à tração na compressão diametral (0,17 MPa a 1,22 MPa); já a rigidez das misturas apresentou uma ampla variação de resultados (484 MPa a 20.031 MPa). Com relação aos materiais de base empregados (brita graduada tratada com cimento e solo-cimento), não se observou uma tendência única; as misturas com solo-cimento apresentaram maior resistência, entretanto, com comportamento ligeiramente inferior quanto à variação volumétrica e à erodibilidade. Na análise da rigidez, os materiais de base mostraram comportamento bastante similar. Para concluir, foi verificado que o procedimento proposto por Fedrigo (2015) também é satisfatório para a dosagem de misturas recicladas constituídas por antigas bases cimentadas e fresado asfáltico, restando ainda quantificar a possível retração por secagem das misturas estudadas. / The end of the useful life of pavements with rigid bases characterizes by the appearance of block and fatigue cracking. The full-depth reclamation with cement (FDR-C) of this layer combined with the asphalt layer seem to be a good choice for the rehabilitation of the pavement structure. Besides being an advantageous solution from a technical point of view, it is competitive in economic terms, besides being sustainable. However, the Brazilian standards are scarce thus limiting its application, highlighting the lack of an appropriated mix design method to this technique. In order to contribute for the development of an FDR-C mix design method, an experimental program was developed aiming to test the mechanical characterization (strength and stiffness), volumetric variation and the erodibility of mixtures made of reclaimed asphalt pavement (RAP), rigid base materials (cement treated crushed stone and soil-cement) and Portland cement. There were analyzed the effects of the RAP percentage, the cement content and the curing time of the specimens. For that, the compaction effort used was the Brazilian Modified one. Through a statistic software, an experimental planning was prepared for mixtures determination, with several levels for the independent variables (cement content between 1% and 7%, and RAP percentage varying by 8% up to 92%, approximately). The curing time analyzed was outward of experimental planning and it varied according to the kind of test. The specimens of mechanical performance were cured for 3, 7 and 14 days, and the other tests were examined at the 7th day of curing time. Models with statically significant effects were obtained, except the swell one. The others had medium and high coefficients of determination, given the heterogeneity of the studied materials, in addition to considerable sample size. It was found that all variables affect the analyzed properties, and the cement content proved to be with the greatest effect among the analyzed factors. Cement addition improves considerably the behavior of the mixtures for the traffic and water actions. Moreover, higher results were achieved for UCS (1.00 MPa up to 6.49 MPa) and ITS (0.17 MPa up to 1.22 MPa) tests. While the mixtures stiffness presented a wide range of results (484 MPa up to 20,031 MPa). Regarding the studied materials, it was observed that they do not have a single trend. The mixtures with soil-cement presented stronger, but with slightly lower behavior for volumetric variation and erodibility. At the stiffness analysis, different materials showed very similar behavior. All in all, it was found that the mix design method proposed by Fedrigo (2015) is also suitable for employment in semi-rigid FDR-C, still remaining to measure the possible drying shrinkage of specimens.

A produção de cimento gera um impacto ambiental negativo, principalmente relacionado à emissão de dióxido de carbono (CO2). O clínquer do cimento sulfoaluminato de cálcio belítico (CSAB) possui um menor teor de óxido de cálcio e é produzido com uma reduzida temperatura de sinterização (aproximadamente 200ºC a menos em relação ao clínquer Portland), sendo considerado mais eco-amigável. Para a produção do cimento CSAB são necessárias matérias-primas ricas em alumínio e convencionalmente a bauxita é o minério utilizado para compor a farinha, o que mais onera a produção desse tipo de cimento. Soma-se ainda o fato que a geração de resíduos e subprodutos industriais torna-se inerente aos processos e o coprocessamento de resíduos vem sendo cada vez mais utilizado por razões ambientais e energéticas. Logo, fontes alternativas de alumina são fundamentais para a viabilização deste cimento e o aproveitamento de resíduos agregaria um valor econômico e sustentável ao produto final. De modo estequiométrico, a bauxita pode ser completamente substituída pelo lodo de anodização do alumínio (LAA), o qual também pode complementar o conteúdo de alumínio de outros resíduos, valorizando-os. O objetivo deste estudo foi avaliar a produção e as propriedades de clínqueres/cimentos CSAB a partir da substituição da bauxita por cinza pesada e LAA. Para a caracterização das matérias-primas, clínqueres e cimentos nos estados anidro e hidratado foram utilizadas as seguintes técnicas: fluorescência de raios X; microscopia eletrônica de varredura e espectrometria por energia dispersiva; termogravimentria; calorimetria; e difração de raios X com refinamento pelo método de Rietveld. A partir dos resultados obtidos, a substituição da bauxita foi limitada a nível parcial devido à elevada formação de belita e periclásio. Nos clínqueres produzidos, foi constatado que a presença da cinza pesada favorece a formação da estrutura cristalina ortorrômbica da fase ye’elimita. A presença dos resíduos altera a quantificação das fases, porém não compromete a estabilização das mesmas. A presença dos resíduos na composição dos cimentos afeta o período inicial de hidratação devido à redução do conteúdo de ye’elimita. Nos clínqueres produzidos com cinza pesada, ocorre a formação de até 12,6% da fase alita a 1250ºC, principal constituinte do clínquer Portland. / Cement production generates high negative environmental impact, mainly associated to CO2 emissions. Calcium sulfoaluminate belite cement clinker (CSAB) has lower content of calcium oxide, and sintering reduced temperature (about 200°C lower than that used for Portland clinker), being considered as eco-friendly binder. For its production high amount of alumina is required, however the scarcity and high cost of bauxite make these cements costly. Additionally, the generation of waste and by-products becomes a drawback in the industrial processes and the coprocessing of wastes in cement plants is increasing for environmental and energy savings reasons. Alternative sources of alumina would add an economic and sustainable value to the final product and previous work has shown that the aluminum anodizing sludge can replace bauxite in the production process. Other sources of wastes can also be a possibility to increase the production and reduce the raw materials costs of these cements. Thus, the objective of this study was the evaluation of novel CSAB cements produced with bauxite replacement by bottom ash and aluminum anodizing sludge. CSAB cements were produced in the laboratory from different amounts of sludge and ashes. The raw materials, clinkers/cements and hydration products were physicaly-chemicaly and mechanical characterized. Results showed that the mineralogy composition of CSAB clinker was strongly affected due to the addition of bottom ash. The amount of bottom ash waste replacing bauxite controls the belite and periclase formation. Also it influences the early age hydration due the reduced ye’elimite formation and important changes in the crystalline structures of this phase occurs in the clinkers. Clinkers prepared from these replacement, are able to form 12.6% of alite (main phase Portland clinker), not normally found in CSAB clinkers, being sintered at 1250°C.

Pesquisas recentes têm mostrado que a utilização de camada de reforço em solo-cimento é uma alternativa para o aumento da capacidade de carga e redução dos recalques de fundações superficiais em solos de baixa resistência. Os métodos para previsão da capacidade de carga em sistemas de dupla camada encontrados na literatura trazem implícita a premissa de que a camada superior é contínua ou suficientemente maior que a largura da fundação. O objetivo desta pesquisa foi desenvolver um novo método para o cálculo de capacidade de carga de fundações superficiais assentes sobre uma camada de reforço em solo-cimento, considerando sua extensão lateral. Para tanto, foram realizados ensaios em modelos reduzidos de fundações contínuas assentes sobre um solo arenoso fofo, bem como, análises numéricas através do método dos elementos finitos. Observaram-se dois tipos distintos de ruptura. No primeiro, a camada de reforço é puncionada para dentro do solo natural, sem apresentar fissuras, até o deslocamento correspondente à capacidade de carga do solo natural No segundo, após um recalque inicial, a camada de reforço rompe com o aparecimento de uma fissura, que pode localizar-se junto à borda ou no eixo da fundação, e se propaga de baixo para cima, à medida que aumentam os recalques. Verificou-se que a máxima tensão de tração na camada de reforço é função da reação do solo na base do reforço e da relação Tr/Hr, onde Tr é a distância horizontal entre a borda da fundação e a borda do reforço e Hr é a espessura do reforço. A partir destas observações, foi desenvolvido um novo método de cálculo com a premissa de que a ruptura ocorra no solo e não na camada de reforço. Assim, é possível calcular a capacidade de carga considerando que fundação e reforço atuam como um elemento único, apoiado na mesma profundidade de assentamento do reforço. Ao mesmo tempo, é apresentada uma equação para previsão da máxima tensão de tração que atuará no reforço, a partir da qual, se pode dimensioná-lo com segurança. / Recent researches have shown that the use of soil-cement reinforcement layer is an alternative to increase bearing capacity and reduce settlements of shallow foundations in low resistance soils. The existing methods for predicting bearing capacity of double layer systems implicitly assume that the top layer is continuous or sufficiently greater than the foundation width. This study aims to develop a new method for bearing capacity calculation of shallow foundations supported by a soil-cement reinforcing layer, considering its lateral extension. Therefore, small scale tests of continuous foundations on a loose sandy soil, as well as, numerical analysis by the finite element method were carried out. It was observed two distinct types of failure. In the first, the reinforcement layer is punched through the sandy soil, without showing any cracking, up to a settlement which corresponds to the sand bearing capacity. In the second, after an initial settlement, the reinforcement layer breaks up, showing a fissure, which may be located near the edge or the axis of foundation, and propagates upward as the settlements continues. It was found that the maximum tensile stress in the reinforcement layer is a function of soil reaction on the reinforcement and the ratio Tr/Hr, where Tr is the horizontal distance between the edge of the foundation and the edge soil-cement layer and Hr is the thickness of the soil-cement layer. From these observations, it was developed a new calculation method, with the assumption that the failure occurs in the soil and not in the reinforcement layer. Thus, it is possible to calculate the bearing capacity considering that foundation and reinforcement act as a single element, supported at the same depth of the reinforcement base. In order to design the soil-cement layer, an equation for the maximum tensile stress prediction is provided.

A adoção de técnicas de melhoramento de solos é prática cada vez mais recorrente em obras geotécnicas, contudo, os critérios de dosagem e parâmetros de previsão do comportamento desses solos parecem não acompanhar a evolução tecnológica das referidas técnicas. O parâmetro de estado para areias (ψ) não consegue representar o comportamento de areias artificialmente cimentadas, por levar em consideração apenas a influência do índice de vazios e do estado de tensões. Propõe-se, neste estudo, instituir o índice porosidade/teor volumétrico de cimento (η/Civ) como um parâmetro de estado para areias artificialmente cimentadas, por ser um critério racional que relaciona a porosidade da mistura compactada com o teor volumétrico de cimento adicionado. A partir da utilização desse parâmetro, é possível calibrar a quantidade de cimento e a energia de compactação utilizada, a fim de proporcionar uma mistura que atenda aos requisitos de projeto e que seja viável de executar em obra com os recursos materiais e financeiros disponíveis. O programa experimental compreendeu a realização de 17 ensaios triaxiais, drenados e não drenados, analisados em conjunto com resultados já obtidos em estudos anteriores. Análises do comportamento tensão-deformação, variação volumétrica-deformação axial, geração de poropressão, trajetórias de tensões drenadas e não drenadas, envoltórias de resistência, comportamento tensão-dilatância, da aplicação da teoria do estado crítico e uma breve análise estatística embasaram a comprovação de que o parâmetro η/Civ é adequado para previsão do comportamento de corpos de prova de areia artificialmente cimentados. / The adoption of soil improvement techniques is becoming more frequent in geotechnical works, however, the dosage criteria and the parameters used to predict the soil behavior do not seem to follow the technological evolution of these techniques. The state parameter for sands (ψ) cannot represent the behavior of artificially cemented sands because it considers only the influence of the void ratio and the stress state. It is proposed to establish the porosity/volumetric content of cement (η/Civ) as a state parameter for artificially cemented sands, since it is a rational criterion which relates the porosity of the compacted mixture to the volumetric content of cement added. By using this parameter, it is possible to calibrate the amount of cement and the compaction energy used in order to provide a mixture that meets the design requirements and that is feasible to perform on site construction with the material and financial resources available there. The experimental program included the realization of 17 triaxial testes, performed in the drained and undrained conditions, analyzed simultaneously with other results obtained from previous studies. Analysis of stress-strain behavior, volumetric variation-axial strain, pore pressure development, drained and non-drained stress paths, resistance envelope, stress-dilatation behavior, the application of the critical state theory, and a brief statistical analysis supported that the η/Civ parameter is suitable for predicting the behavior of artificially cemented sand specimens.

Fundações diretas submetidas a carregamentos de compressão vertical têm sido frequentemente ensaiadas e seus comportamentos já são bem conhecidos no ramo de projeto de fundações. Fundações submetidas à tração têm crescido em importância devido ao aumento de perspectivas de uso de fontes de energia renováveis tais como turbinas de energia eólica e não renováveis tais como plataformas petrolíferas, bem como torres de transmissão de energia, cujas cargas de tração podem ser de grande importância. Contudo, esforços de tração em fundações é ainda um tema não consolidado que merece atenção tanto quanto ao comportamento carga-deslocamento quanto ao s modos de ruptura, principalmente quanto ao potencial uso de camadas de solos reaterrados reforçados com fibras e ou cimentados. Para isso, ensaios triaxiais para obtenção de parâmetros de resistência da areia e da areia reforçada com fibras foram realizados e analisados. Uma metodologia para determinação do ângulo de atrito e da coesão de areia cimentada com e sem fibras também foi proposta, baseada apenas em resultados de ensaios de compressão simples e tração por compressão diametral, ensaios que podem ser realizados em praticamente todos os laboratórios de solos devido a sua simplicidade, sem a necessidade de execução de ensaios mais complexos como os triaxiais e de cisalhamento direto. Ensaios de arrancamento de placas circulares embutidas em camadas de areia, areia-fibra, areiacimento, e areia-cimento-fibra foram executados, a fim de se obter cargas de ruptura e acréscimo de resistência com o aumento dos agentes de reforço e também com o aumento da relação de embutimento da placa nas camadas de areia e areia reforçada. As formas de ruptura também são avaliadas através da exumação das camadas de solo após a realização dos ensaios em areia e areia reforçada com fibras. A metodologia proposta para determinação de ângulo de atrito e coesão através de ensaios de compressão simples e tração por compressão diametral se mostrou eficiente, com resultados satisfatórios dos materiais estudados. Resultados indicam aumento da força necessária para arrancamento das placas embutidas nas camadas de areia-cimento, areia-cimento-fibras e até mesmo nas camadas somente de areia-fibra, quando comparadas ao arrancamento de placas embutidas em areia. A forma de ruptura também se apresentou diferente na areia em relação ao solo tratado e reforçado, indicando a influência dos agentes cimentantes e de reforço não só na resistência, como também ocasionando uma mudança na forma de ruptura. / Shallow foundations submitted to vertical compression loading have been largely tested and their behavior is well understood in project conception. Foundations submitted to tension have growing importance with increasing perspectives of worldwide developments of new energy sources such as wind turbines farms and oil platforms, as well as for energy transmission towers, whose tension loads might be of great importance. However, vertical tension is a non-consolidated matter that deserves attention regarding general behavior and failure modes, mainly after potential use of fiberreinforced and/or cemented soils for backfilling. Triaxial testing was carried out in present research to establish strength parameters of sand and fiber-reinforced sand. A methodology to determinate friction angle and cohesion intercept of fiber-reinforced and non-reinforced artificially cemented sands, based on unconfined compression and splitting tensile test results, was developed in present research as an alternative to complex lab testing such as triaxial and simple shear tests, once it could be accomplished in any basic soil laboratory. Such methodology has been shown to be quite efficient. Pullout testing of circular plates embedded in layers of sand, fiber-reinforced sand, cemented sand and fiber-reinforced cemented sand were carried out in order to achieve increasing pullout forces after fiber-reinforcement of soils and/or due to soil stabilization with cement insertion. Results indicate a growth of pullout forces for artificially cemented sands, fiber-reinforced cemented sands and for fiber-reinforced sands, when compared to plain sands. Failure modes were assessed through exhumation of soil layers after testing was finished. Failure shapes were deeply affected by insertion of cement, fibers and increasing embedment depth.