[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.

Submitted by Edineia Teixeira (edineia.teixeira@unioeste.br) on 2017-08-24T19:35:51Z No. of bitstreams: 2 Daniele _Ficanha2016.pdf: 2114781 bytes, checksum: 4cf98bf8089cd41a33e68e5cfc4c1ba8 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-24T19:35:51Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Daniele _Ficanha2016.pdf: 2114781 bytes, checksum: 4cf98bf8089cd41a33e68e5cfc4c1ba8 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-07-11 / The function of metal silos consists in storing and preserving the quality of the grains. For that, it is extremely important the correct dimensioning in order to guarantee efficiency and security of the set. The possibility of a metal silo implantation is based mainly in the cost and weight of the primary raw material, the steel. The side plates represent the biggest part of the raw material used. The feasibility of a new fixation element, the alternative bolt, responsible for the connections of the silo body’s elements increase the resistance of the side plate, becoming attractive and economic for all users of metal silos. The elaboration of an alternative bolt was based on ISO 4016 (2000) regarding chemical composition and mechanical properties. Mass from the hexagonal head of the traditional bolt was withdrawn and added in the cut plan of the alternative bolt, making it an oblong element and round head. Prototypes of the alternative bolt were developed with the same raw material, temper process and bichromatization as the executed in the traditional bolts. Twenty-three samples of the traditional bolt and sixteen samples of the alternative bolt were produced through the method of direct shearing. The model’s premises were verified, in which the increase in shearing area in the alternative bolt’s cutting plan produced effects in the shearing resistance in the traditional bolt. Through the result of the alternative bolt, it was possible to determine the random error average variable of the model , validating the theoretical functions of the probability distribution for the representation of the statistic information of this random variable, determining the correct strength of the alternative bolt as 107,40 kN. In order to use the alternative bolt in metal silos, 27 samples of the traditional bolt and 3 samples of the alternative bolt were compared, both using support plates of the same material used in the silos, to verify if the plate influences the bolt’s shearing resistance. The parameters used in the definition of the crushing and tearing resistance were determined by tensile tests on the support plates, quantification to the breaking point, as well as the distance between the hole and the edge were determined, to be superior to the resistance of the bolts calculations. It was not possible to determine the influence of the support plate in the resistance of the alternative bolt shear, since the support plate crushed it and it reached only deformed plastic state. The comparison between the averages for the sample of the alternative bolt may have produced positive effects in the shear bolt resistance. / A função dos silos metálicos consiste em armazenar e preservar a qualidade dos grãos. Para isso, é de suma importância o dimensionamento adequado, a fim de garantir a eficiência e a segurança do conjunto. A possibilidade de implantação de um silo metálico baseia-se principalmente no custo e no peso da matéria prima: o aço. As chapas laterais representam a maior parte da matéria prima utilizada. A viabilização de um novo elemento de fixação, o parafuso alternativo, responsável pelas ligações dos elementos do corpo do silo aumentam a resistência da chapa lateral, tornando-se atrativo e econômico para todas as fontes usufruintes dos silos metálicos. A elaboração do parafuso alternativo baseou-se na ISO 4016 (2000) quanto à composição química e às propriedades mecânicas. Retirou-se massa da cabeça sextavada do parafuso tradicional e adicionou-se no plano de corte do parafuso alternativo, formando um elemento oblongo de cabeça redonda. Confeccionaram-se protótipos do parafuso alternativo com a mesma matéria prima, processo de têmpera e bicromatização que a executada nos parafusos tradicionais. Ensaiaram-se 23 amostras do parafuso tradicional e 16 amostras do parafuso alternativo pelo método do cisalhamento direto. Foram verificadas as suposições do modelo, no qual o aumento da área de cisalhamento no plano de corte do parafuso alternativo produziu efeitos na resistência ao cisalhamento do parafuso tradicional. A partir do resultado do parafuso alternativo foi possível determinar a média da variável aleatória erro do modelo, validando as funções teóricas de distribuição de probabilidades para a representação da informação estatística dessa variável aleatória, determinando a força correta do parafuso alternativo, de 107,40 kN. Com o intuito de utilizar o parafuso alternativo nas chapas do corpo de silos metálicos, comparou-se através do ensaio de 27 amostras do parafuso tradicional e 3 amostras do parafuso alternativo, ambos utilizando chapas laterais de silos metálicos para verificar se há influência da mesma na resistência ao cisalhamento dos parafusos. Os parâmetros utilizados na definição da resistência ao esmagamento e rasgamento foram determinados a partir do ensaio de tração das chapas de apoio, quantificação da tensão de ruptura, tal que as distâncias entre furo e borda foram determinadas para serem superiores à resistência de cálculo dos parafusos. Não foi possível a determinação da influência da chapa de apoio na resistência ao cisalhamento do parafuso alternativo, visto que a chapa de apoio esmagou e o mesmo chegou apenas ao estado de deformação plástica. A comparação entre as médias para a amostra de parafuso alternativo produziu efeitos positivos na resistência ao cisalhamento dos parafusos

[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.

Esta tese apresenta os princípios e a formulação de um modelo não-linear de atrito estático em interface de concreto areia. A hipótese básica para desenvolvimento das equações consiste na ocorrência do atrito de deslizamento (atrito verdadeiro), do atrito de rolamento (rearranjo das partículas) e da dilatância (variação de volume durante o cisalhamento). A solução analítica do modelo considera o efeito da rugosidade da superfície de contato, da curva granulométrica da areia e do seu estado de compacidade inicial. Foram realizados ensaios de cisalhamento direto com carga normal constante em interface de contato entre concreto e areia com seção de 500 mm x 500 mm com o objetivo de permitir a calibração do modelo proposto. É discutida e sugerida a incorporação da equação constitutiva desse modelo em análises de interação solo-estrutura via método dos elementos finitos. Sua aplicabilidade é demonstrada através da análise 1D e 2D de estacas de atrito executadas em areia e submetidas a carregamentos de compressão / This thesis presents the principles and formulation underlying a concrete-sand interface nonlinear static friction model. The basic hypothesis employed in the development of the model equation takes into account the interface sliding friction (true friction), a rolling friction (particle rearrangement) and dilatancy(volume variation during shear). The model analytical solution considers the effect of roughness of the contact surface, the grain size distribution and its initial state of compactness of the sand. To calibrate the proposed model, a direct shear stress test under constant load was carried out along a 500mm x 500mm section concrete-sand interface. Furthermore, a discussion and suggestion of the inclusion of the model constitutive equation applied to the analysis of soil-structure interaction using the finite element method are presented. The applicability of the proposed model is proven through the analysis of 1-D and 2-D skin friction piles made of sand mass subjected to compression load

Este trabalho apresenta a caracterização in situ de propriedades de interesse geotécnico de maciços de resíduos sólidos urbanos (RSU) e o estudo das propriedades de resistência ao cisalhamento de RSU com diferentes idades. Foram realizadas investigações por sondagens e com métodos geofísicos sísmicos no Aterro Sanitário de São Carlos (ASSC) e ensaios de cisalhamento direto de grandes dimensões (50x50 cm2) com amostras de diferentes idades de aterramento coletadas no ASSC, no Lixão Desativado de São Carlos e em Aterro Experimental construído nas proximidades do Lixão. As investigações realizadas no ASSC revelaram que as diferentes fases de operação do maciço (aterro controlado e aterro sanitário) produziram dois estratos com diferentes propriedades geotécnicas. A umidade, as velocidades de propagação de ondas sísmicas e o peso específico in situ dos dois estratos são distintos, sendo sempre menores e menos dispersos no estrato mais raso (operado como aterro sanitário) e maiores e mais dispersos no estrato mais profundo (operado como aterro controlado). Realizaram-se tentativas de determinação do peso específico in situ dos RSU com medição dos volumes escavados por substituição de volume. Notou-se que os furos tendiam a diminuir de diâmetro assim que a composição de sondagem era retirada e que o método adotado para avanço dos furos, com trado helicoidal de haste oca, promovia segregação dos componentes atravessados, realizando uma amostragem parcial dos mesmos. Foram calculados valores médios de peso específico in situ para o maciço investigado (9 a 15 kN/m3) e identificadas as principais limitações da aplicação deste método a aterros sanitários. A aplicação de métodos geofísicos sísmicos foi fundamental para a diferenciação dos dois estratos e permitiu que se calculasse o módulo de cisalhamento máximo (Go) dos resíduos, que variou significativamente de um estrato para outro. Foi possível comparar os resultados obtidos com a aplicação do método crosshole e do método multichannel analysis of surface waves (MASW) no mesmo aterro sanitário. A caracterização das seis amostras utilizadas nos ensaios de cisalhamento direto revelou que, apesar de elas representarem idades distintas de disposição dos resíduos (2 a 25 anos) e condições de aterramento variadas (formas de operação dos depósitos, ambientes de decomposição e condições de confinamento), a maioria delas se encontrava em estágio avançado de degradação (fase metanogênica) e apenas a mais recente (2 anos de aterramento) encontrava-se em estágio um pouco menos avançado de degradação (início da fase metanogênica). Todas elas exibiram curvas tensão-deslocamento semelhantes, sem pico ou valor de máxima resistência bem caracterizados. Os parâmetros de resistência ao cisalhamento foram obtidos a partir de níveis específicos de deslocamento. Avaliou-se a influência da amostragem, dos procedimentos de preparação das amostras e da composição gravimétrica de cada uma delas sobre os valores calculados para coesão e ângulo de atrito. Para deslocamentos de 100 mm o resíduo aterrado há dois anos apresentou coesão de 13,7 kPa e ângulo de atrito de 22º. Os resíduos mais degradados, com idades de disposição entre 5 e 25 anos, apresentaram coesão de 4,4 kPa e ângulo de atrito de 30º. Utilizaram-se tensões normais de 50, 150 e 250 kPa. Realizaram-se ainda ensaios de cisalhamento direto de grandes dimensões em uma das amostras com corpos de prova em duas posições: paralela e perpendicular à direção de compactação. Os resultados confirmaram que os RSU têm comportamento anisotrópico, sendo que os corpos de prova ensaiados com os componentes alinhados preferencialmente na posição vertical (rotacionados) têm comportamento de endurecimento ainda mais pronunciado que aqueles ensaiados com os componentes orientados preferencialmente no plano horizontal. / Field and laboratory tests were combined to characterize some in-place geotechnical properties of the waste body in the São Carlos Sanitary Landfill (SCSL). The investigation was carried out using hollow stem auger soundings and seismic geophysical methods in the field, and large-scale direct shear testing in the laboratory. The field investigation revealed two strata with different geotechnical properties and they could be related to the different operational phases of the landfill (controlled landfill and sanitary landfill). Moisture content, seismic wave velocities and in-place unit weight were systematically lower and less scattered in the upper stratum than in the lower stratum. The upper stratum was operated as a sanitary landfill and the lower stratum was operated as a controlled landfill. The investigations with geophysical seismic methods were essential for identifying the two strata and allowed for the calculation of the Poisson ratio and the small strain shear modulus (Go) of the waste body. The Poisson ratio showed no sensibility to the waste stratigraphy, but Go values were significantly higher in the lower stratum. Moreover, the results of two different geophysical methods, namely crosshole and multichannel analysis of surface waves (MASW), could be compared. An attempt was made to estimate overboring using a volume substitution method by filling the boreholes with gravel. This aimed at incorporating this aspect in the calculations of the MSW in-place unit weight. Nevertheless, the borings tended to cave in as soon as the augers were removed and this prevented the evaluation of the overboring. Moreover, the hollow stem auger tended to segregate the larger components of the waste and to bring only the smaller ones to the surface. Despite all these difficulties, average values for the MSW inplace unit weight were be calculated (9 to 15 kN/m3). In the laboratory, large-scale direct shear tests (500 x 500 mm2) were performed to provide an insight on the shear strength response of municipal solid waste (MSW) of different landfilling ages. The test samples were collected from the SCSL, a dumpsite and an experimental landfill. Their landfilling ages ranged from 2 to 25 years. Physico-chemical characterization of the samples revealed that most of them were subjected to the metanogenesis degradation phase, in spite of their different landfilling ages and burial conditions (operational characteristics of the deposits, decomposition environment and confining pressures). Only the newest one (2 years old sample) was subjected to an earlier stage of degradation. In the direct shear tests, all samples showed similar stress-strain curves, with continuous strain hardening and no identifiable maximum stress, despite the large displacements. The influence of sampling method, sample preparation and sample gravimetric composition on the calculated shear resistance parameters is discussed. For a 100-mm displacement the shear resistance of the less degraded waste (2 years of landfilling) is best characterized by cohesion = 13.7 kPa and friction angle = 22º. The more degraded wastes (5 to 25 years old samples) are best characterized by cohesion = 4.4 kPa and friction angle = 30º. The tests were performed with initial normal stresses of 50, 150 and 250 kPa. Specific large direct shear tests were performed to evaluate anisotropy in the MSW shear response. The test samples had the fibrous materials oriented perpendicular or parallel to the horizontal shear surface. Results confirmed the expected anisotropy by showing a hardening behaviour that was more pronounced when the fibrous materials were oriented perpendicular to the shear plan.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:38:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6632_1.pdf: 6764865 bytes, checksum: 22507d03f369d858a9f0f728efb1c48b (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta tese apresenta uma avaliação da resistência ao cisalhamento de resíduos sólidos urbanos com codisposição de lodo de tratamento de esgoto. Neste sentido, verifica-se através de ensaios de cisalhamento direto de grandes dimensões sua influência nos parâmetros de resistência, e por outro lado, verifica-se através de reatores em escala de laboratório a alteração dos processos biodegradativos dos resíduos sólidos na geração de gases (concentração, pressão e vazão). Avalia-se também, a influência de materiais fibrosos presentes nos resíduos (plásticos, têxteis, dentre outros) como elemento de reforço na resistência ao cisalhamento. Para o desenvolvimento desta pesquisa, foi construído um equipamento de cisalhamento direto de grandes dimensões onde foram realizados ensaios com amostras com três diferentes composições, utilizando-se resíduos sólidos pré-tratados mecanicamente, sendo: 1) amostra total; 2) resíduos com redução dos materiais fibrosos; 3) resíduos com adição de lodo. Finalmente, foi realizada uma análise de estabilidade de taludes de RSU, utilizando-se a geometria usual de projetos de aterros sanitários, onde foram considerados: sua composição com e sem codisposição de lodo; o efeito das fibras como componente de reforço; e a influência de poro-pressão de lixiviados e do biogás. Os resultados da pesquisa mostram a importância dos componentes fibrosos na resistência ao cisalhamento dos resíduos sólidos, conferindo altos valores aos parâmetros de resistência devido à tensão de tração das fibras. Verificou-se também que é possível se atingir poro-pressões de biogás e lixiviado muito altas, dentro de uma situação de estabilidade

[pt] A resistência ao cisalhamento de descontinuidades é fortemente influenciada pela rugosidade e pela tensão normal aplicada, além de outras propriedades das descontinuidades. A sua avaliação é de vital importância nos projetos de escavações subterrâneas, estabilidade de taludes, túneis, fundações e outros tipos de obras da engenharia em rochas. O propósito principal deste trabalho foi o desenvolvimento de um equipamento de cisalhamento direto convencional que permite avaliar a resistência ao cisalhamento em descontinuidades de rochas sem preenchimento, em escala de laboratório. A força normal e a força cisalhante foram aplicadas através de atuadores hidráulicos servo controlados. Encontram-se acoplados nos atuadores os dispositivos para medir cargas e deslocamentos verticais e horizontais. O controlador de aquisição de dados converte os sinais mecânicos e elétricos em dados digitais. Os dados foram registrados nos intervalos desejados num computador. Foram feitos ensaios de cisalhamento em juntas artificiais e naturais de dois tipos de gnaisse, o Microclina Gnaisse e o Plagioclásio biotita hornblenda gnaisse. Os resultados obtidos apresentaram uma variação no padrão da rugosidade, com uma diminuição da dispersão com o aumento da escala das amostras, as juntas naturais apresentaram uma dispersão maior nos resultados do que as juntas artificiais. Os parâmetros de resistência obtidos experimentalmente foram então comparados, com os parâmetros de resistência obtidos através do método empírico de Barton e Choubey (1977) e também com dados encontrados na bibliografia. Os resultados mostram-se satisfatórios, validando o equipamento desenvolvido. / [en] The shear strength of discontinuities is strongly influenced by the roughness and the normal stress applied, as well as other properties of the discontinuities. Their assessment is of vital importance in underground excavation projects, slope stability, tunnels, foundations and other types of rock engineering activities. The main purpose of this work was the development of a conventional direct shear equipment to determine the shear strength of unfilled rock discontinuities at laboratory scale. Normal force and shear force were applied with servo controlled hydraulic actuators. The devices for measuring loads and vertical and horizontal displacements are coupled to the actuators. The data acquisition controller converts the mechanical and electrical signals into digital data. The data was recorded at the desired intervals on a computer. Shear tests were performed on artificial and natural joints of two types of gneiss, the Microcline gneiss and the Plagioclase biotite hornblende gneiss, common rocks in the southern region of Rio de Janeiro city. The results showed a variation in the roughness pattern, with a decrease of the dispersion with the increase of the samples size, the natural joints presented a greater dispersion in results than the artificial joints. The resistance parameters obtained experimentally were then compared with the resistance parameters obtained through the empirical method of Barton and Choubey (1977) and also with data found in the literature. The results obtained are satisfactory, validating the developed equipment.

[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.

Este trabalho apresenta a caracterização in situ de propriedades de interesse geotécnico de maciços de resíduos sólidos urbanos (RSU) e o estudo das propriedades de resistência ao cisalhamento de RSU com diferentes idades. Foram realizadas investigações por sondagens e com métodos geofísicos sísmicos no Aterro Sanitário de São Carlos (ASSC) e ensaios de cisalhamento direto de grandes dimensões (50x50 cm2) com amostras de diferentes idades de aterramento coletadas no ASSC, no Lixão Desativado de São Carlos e em Aterro Experimental construído nas proximidades do Lixão. As investigações realizadas no ASSC revelaram que as diferentes fases de operação do maciço (aterro controlado e aterro sanitário) produziram dois estratos com diferentes propriedades geotécnicas. A umidade, as velocidades de propagação de ondas sísmicas e o peso específico in situ dos dois estratos são distintos, sendo sempre menores e menos dispersos no estrato mais raso (operado como aterro sanitário) e maiores e mais dispersos no estrato mais profundo (operado como aterro controlado). Realizaram-se tentativas de determinação do peso específico in situ dos RSU com medição dos volumes escavados por substituição de volume. Notou-se que os furos tendiam a diminuir de diâmetro assim que a composição de sondagem era retirada e que o método adotado para avanço dos furos, com trado helicoidal de haste oca, promovia segregação dos componentes atravessados, realizando uma amostragem parcial dos mesmos. Foram calculados valores médios de peso específico in situ para o maciço investigado (9 a 15 kN/m3) e identificadas as principais limitações da aplicação deste método a aterros sanitários. A aplicação de métodos geofísicos sísmicos foi fundamental para a diferenciação dos dois estratos e permitiu que se calculasse o módulo de cisalhamento máximo (Go) dos resíduos, que variou significativamente de um estrato para outro. Foi possível comparar os resultados obtidos com a aplicação do método crosshole e do método multichannel analysis of surface waves (MASW) no mesmo aterro sanitário. A caracterização das seis amostras utilizadas nos ensaios de cisalhamento direto revelou que, apesar de elas representarem idades distintas de disposição dos resíduos (2 a 25 anos) e condições de aterramento variadas (formas de operação dos depósitos, ambientes de decomposição e condições de confinamento), a maioria delas se encontrava em estágio avançado de degradação (fase metanogênica) e apenas a mais recente (2 anos de aterramento) encontrava-se em estágio um pouco menos avançado de degradação (início da fase metanogênica). Todas elas exibiram curvas tensão-deslocamento semelhantes, sem pico ou valor de máxima resistência bem caracterizados. Os parâmetros de resistência ao cisalhamento foram obtidos a partir de níveis específicos de deslocamento. Avaliou-se a influência da amostragem, dos procedimentos de preparação das amostras e da composição gravimétrica de cada uma delas sobre os valores calculados para coesão e ângulo de atrito. Para deslocamentos de 100 mm o resíduo aterrado há dois anos apresentou coesão de 13,7 kPa e ângulo de atrito de 22º. Os resíduos mais degradados, com idades de disposição entre 5 e 25 anos, apresentaram coesão de 4,4 kPa e ângulo de atrito de 30º. Utilizaram-se tensões normais de 50, 150 e 250 kPa. Realizaram-se ainda ensaios de cisalhamento direto de grandes dimensões em uma das amostras com corpos de prova em duas posições: paralela e perpendicular à direção de compactação. Os resultados confirmaram que os RSU têm comportamento anisotrópico, sendo que os corpos de prova ensaiados com os componentes alinhados preferencialmente na posição vertical (rotacionados) têm comportamento de endurecimento ainda mais pronunciado que aqueles ensaiados com os componentes orientados preferencialmente no plano horizontal. / Field and laboratory tests were combined to characterize some in-place geotechnical properties of the waste body in the São Carlos Sanitary Landfill (SCSL). The investigation was carried out using hollow stem auger soundings and seismic geophysical methods in the field, and large-scale direct shear testing in the laboratory. The field investigation revealed two strata with different geotechnical properties and they could be related to the different operational phases of the landfill (controlled landfill and sanitary landfill). Moisture content, seismic wave velocities and in-place unit weight were systematically lower and less scattered in the upper stratum than in the lower stratum. The upper stratum was operated as a sanitary landfill and the lower stratum was operated as a controlled landfill. The investigations with geophysical seismic methods were essential for identifying the two strata and allowed for the calculation of the Poisson ratio and the small strain shear modulus (Go) of the waste body. The Poisson ratio showed no sensibility to the waste stratigraphy, but Go values were significantly higher in the lower stratum. Moreover, the results of two different geophysical methods, namely crosshole and multichannel analysis of surface waves (MASW), could be compared. An attempt was made to estimate overboring using a volume substitution method by filling the boreholes with gravel. This aimed at incorporating this aspect in the calculations of the MSW in-place unit weight. Nevertheless, the borings tended to cave in as soon as the augers were removed and this prevented the evaluation of the overboring. Moreover, the hollow stem auger tended to segregate the larger components of the waste and to bring only the smaller ones to the surface. Despite all these difficulties, average values for the MSW inplace unit weight were be calculated (9 to 15 kN/m3). In the laboratory, large-scale direct shear tests (500 x 500 mm2) were performed to provide an insight on the shear strength response of municipal solid waste (MSW) of different landfilling ages. The test samples were collected from the SCSL, a dumpsite and an experimental landfill. Their landfilling ages ranged from 2 to 25 years. Physico-chemical characterization of the samples revealed that most of them were subjected to the metanogenesis degradation phase, in spite of their different landfilling ages and burial conditions (operational characteristics of the deposits, decomposition environment and confining pressures). Only the newest one (2 years old sample) was subjected to an earlier stage of degradation. In the direct shear tests, all samples showed similar stress-strain curves, with continuous strain hardening and no identifiable maximum stress, despite the large displacements. The influence of sampling method, sample preparation and sample gravimetric composition on the calculated shear resistance parameters is discussed. For a 100-mm displacement the shear resistance of the less degraded waste (2 years of landfilling) is best characterized by cohesion = 13.7 kPa and friction angle = 22º. The more degraded wastes (5 to 25 years old samples) are best characterized by cohesion = 4.4 kPa and friction angle = 30º. The tests were performed with initial normal stresses of 50, 150 and 250 kPa. Specific large direct shear tests were performed to evaluate anisotropy in the MSW shear response. The test samples had the fibrous materials oriented perpendicular or parallel to the horizontal shear surface. Results confirmed the expected anisotropy by showing a hardening behaviour that was more pronounced when the fibrous materials were oriented perpendicular to the shear plan.

Esta tese apresenta os princípios e a formulação de um modelo não-linear de atrito estático em interface de concreto areia. A hipótese básica para desenvolvimento das equações consiste na ocorrência do atrito de deslizamento (atrito verdadeiro), do atrito de rolamento (rearranjo das partículas) e da dilatância (variação de volume durante o cisalhamento). A solução analítica do modelo considera o efeito da rugosidade da superfície de contato, da curva granulométrica da areia e do seu estado de compacidade inicial. Foram realizados ensaios de cisalhamento direto com carga normal constante em interface de contato entre concreto e areia com seção de 500 mm x 500 mm com o objetivo de permitir a calibração do modelo proposto. É discutida e sugerida a incorporação da equação constitutiva desse modelo em análises de interação solo-estrutura via método dos elementos finitos. Sua aplicabilidade é demonstrada através da análise 1D e 2D de estacas de atrito executadas em areia e submetidas a carregamentos de compressão / This thesis presents the principles and formulation underlying a concrete-sand interface nonlinear static friction model. The basic hypothesis employed in the development of the model equation takes into account the interface sliding friction (true friction), a rolling friction (particle rearrangement) and dilatancy(volume variation during shear). The model analytical solution considers the effect of roughness of the contact surface, the grain size distribution and its initial state of compactness of the sand. To calibrate the proposed model, a direct shear stress test under constant load was carried out along a 500mm x 500mm section concrete-sand interface. Furthermore, a discussion and suggestion of the inclusion of the model constitutive equation applied to the analysis of soil-structure interaction using the finite element method are presented. The applicability of the proposed model is proven through the analysis of 1-D and 2-D skin friction piles made of sand mass subjected to compression load