A indústria mineradora do país sofre constantemente com problemas ambientais devido à qualidade e volume de rejeitos gerados durante o processo de extração do minério. Os volumes gerados demandam grandes áreas para armazenagem e consequentemente obras complexas de contenção dos rejeitos. A engenharia geotécnica busca entender o comportamento mecânico de depósitos destes rejeitos através do uso de ensaios tanto de campo como de laboratório. Para isso utiliza ferramentas e procedimentos consagrados no meio técnico seguindo normas e procedimentos estabelecidos e consagrados mundialmente. No entendimento do comportamento mecânico dos solos argilosos, as análises são desenvolvidas em termos de tensões totais, já para os solos arenosos em termos de tensões efetivas. Todavia, para solos com granulometria intermediária, não se tem um consenso no que se refere à interpretação do comportamento mecânicos a partir de ensaios de campo Este trabalho apresenta resultados de ensaios de DMT e CPTU conduzidos em diferentes velocidades de penetração no intervalo de aproximadamente 1 e 57 mm/s, em depósito de rejeito de mineração, para avaliar tanto a influência da velocidade sobre as medidas do ensaio, quanto a transição das condições de fluxo ao redor do piezocone e durante a expansão da membrana do dilatômetro. Um equipamento simples e de baixo custo foi desenvolvido para monitorar a poropressão no centro da lâmina do DMT e dados são interpretados à luz das condições de drenagem impostas durante a execução do ensaio. Resultados indicam que as leituras e os valores de P0 e P1 são medidas de tensão total e por este motivo influenciadas pela magnitude da poropressão gerada durante a penetração da lâmina. Um novo Fator de Velocidade adimensional “Vt” é proposto para identificar possíveis efeitos de consolidação que ocorrem durante a penetração do piezocone e orientações são dadas para utilização de CPTU e DMT em solos de permeabilidade dentro do intervalo de 10-6 a 10-3 cm/s. / The mining industry of the country constantly suffers from environmental problems due to the quality and volume of waste generated during the mineral extraction process. Volumes generated require large areas for storage and consequently complex works of tailings. The geotechnical engineering seeks to understand the mechanical behavior of deposits of this waste by using assays well as laboratory and field. To this end tools and procedures laid down in the technical means following established rules and procedures consecrated worldwide. In the understanding of the mechanical behavior of clay soils, the analyzes are developed in terms of total stresses and for sandy soils in terms of effective stress. However, in soils with intermediate particle size, there is no consensus concerning the interpretation of the mechanical behavior from field trials. This paper presents the results of DMT and CPTU test conducted at different penetration rates in the range of about 1 to 57 mm / s in mining waste deposit to evaluate both the effect of speed on the measurements of the test, as the transition the flow conditions around the piezocone and during the expansion of the dilatometer membrane. A simple and inexpensive equipment has been developed to monitor the pore pressure in the center of the DMT blade and data are interpreted in the light of the imposed drainage conditions during the test. Results indicate that the readings that the P0 and P1 are total stress measurements and for this reason influenced by the magnitude of pore pressure generated during penetration of DMT blade. A new dimensionless Velocity Factor "Vt" is proposed to identify potential consolidation effects occurring during the penetration of piezocone and guidance is provided for use CPTU and DMT in soil permeability in the range 10-6 to 10-3 cm/s.

A indústria da construção civil utiliza grandes volumes de recursos naturais e, concomitantemente, produz elevadas quantidades de resíduos de construção e demolição (RCD), que são pouco reaproveitados e, às vezes, descartados de forma inadequada. Por reduzir a quantidade de matérias-primas extraídas da natureza, a construção de pavimentos aparece como destino nobre para os RCD. Contudo como esses materiais podem apresentar elevada heterogeneidade em sua composição, questiona-se se isso pode influenciar seu comportamento mecânico. A pesquisa relatada nesta dissertação buscou analisar as características físicas e comportamento mecânico de RCD de concreto (RCD cinza), e desse material misturado com RCD cerâmico (RCD vermelho). Acrescentando-se de 0 a 50% de tijolos maciços britados aos resíduos de concreto, reproduziram-se composições encontradas em obras civis. A partir de resultados de ensaios de granulometria, compactação, abrasão, compressão triaxial e módulo de resiliência (MR), compararam-se os comportamentos das mesmas. Com auxílio do software Everstress 5.0, foram feitas análises mecanísticas de pavimentos com bases compostas desses materiais, de forma que fossem estimados seus desempenhos frente a diferentes mecanismos de degradação. Observou -se que o aumento na porcentagem de RCD cerâmico afeta significativamente o comportamento mecânico do RCD misto, aumentando a perda de massa por abrasão e o teor de umidade ótimo de compactação, reduzindo o peso específico aparente seco máximo, a coesão e o módulo de resiliência e tornando o material menos dependente do estado de tensões. Conclui-se que a composição de resíduos de construção e demolição afeta seu comportamento mecânico e tem influência significativa no desempenho de pavimentos em que forem usados. Verifica-se que tanto os RCD cinza, quanto os mistos podem suportar as solicitações do tráfego, fortalecendo-se a filosofia de aliar a construção de pavimentos aptos estruturalmente a um modo de construir que contribua para a redução da exploração e degradação do meio ambiente. / The construction industry uses large volumes of natural resources and, at the same time, produces a high amount of construction and demolition waste (CDW), which are little reused and sometimes discarded inappropriately. In order to reduce the amount of raw materials extracted from nature, the construction of pavements appears as a noble destination for the use of CDW. However, since these materials may present high heterogeneity in their composition, it is questioned whether this may influence their mechanical behavior. The research reported in this dissertation aimed at analyzing the physical characteristics and mechanical behavior of recycled concrete aggregate (RCA) and this material mixed with crushed bricks. Adding from 0 to 50% of ceramic CDW to concrete residues, compositions found in civil works were reproduced. From the results of grain size distribution, abrasion, triaxial compression and resilience modulus tests, their behavior was compared. Using Everstress 5.0 software, mechanistic analysis of pavements with bases made of these materials were performed, so that their performances against different degradation mechanisms were estimated. It was observed that the increase in the percentage of ceramic CDW influences the behavior of the mixed CDW, increasing the abrasion mass loss and the optimum compaction moisture content, reducing the apparent maximum dry unit weight, cohesion and the modulus of resilience and making the material less dependent on the stress state. It is concluded that the composition of construction and demolition waste directly influences its mechanical behavior and has a significant influence on the performance of pavements in which they are used. Both RCA and mixed CDW have the potential to withstand traffic loads, strengthening the philosophy of combining the construction of pavements structurally capable with a construction mode that contributes to the reduction of exploration and degradation of the environment.

Resíduos de mineração, dispostos em barragens de rejeito, são materiais de baixas densidades e resistências, em geral – muitas vezes, suscetíveis à liquefação. Desta forma, técnicas de melhoramento de solos, tais como o Deep Soil Mixing, surgem como possibilidade à estabilização destes materiais. Neste sentido, baseado nesta técnica, este trabalho visa avaliar o comportamento mecânico de resíduos de mineração de ouro estabilizados com cimento, comparativamente aos rejeitos no estado natural, analisando fatores de influência (quantidade de agente cimentante, umidade inicial das amostras e líquido empregado na moldagem). Para este propósito, ensaios de resistência à compressão simples, de compressão diametral, de ondas ultrassônicas e triaxiais não-drenados (CIU) foram empregados. Os resultados mostram que os resíduos de mineração, nas condições representativas de campo, apresentam baixas resistências e suscetibilidade à liquefação a baixas tensões confinantes. Por sua vez, os ensaios com resíduo estabilizado com cimento revelaram que: o aumento nas taxas de cimentação, a diminuição dos teores de umidade iniciais das amostras e uso de licor proveniente das barragens de rejeito nas moldagens, repercutiram, em geral, em aumentos nas resistências (qu e qt) e na rigidez inicial (G0) das misturas As análises de variância comprovaram que todos os fatores controláveis estudados foram significativos para as respostas avaliadas e demonstraram que a influência da dosagem de cimento foi muito mais pronunciada, em relação às outras variáveis. O comportamento tensão-deformação das misturas, sob condições não-drenadas, foi típico de materiais cimentados submetidos à baixas tensões confinantes – com geração de poro-pressões negativas devidas à tendência à dilatação. Ainda, ficou demonstrado que o índice porosidade/teor volumétrico de cimento (η/Civ) é adequado para a previsão do comportamento mecânico das misturas resíduo-cimento, considerando os parâmetros estudados – ampliando a possibilidade de aplicação deste índice. Foi observado, que existe uma proporcionalidade direta entre as resistências à tração e à compressão das misturas, que independe da relação η/Civ, sendo esta traduzida através de um valor escalar único (ξ = 0,17). / Mine tailings are materials of low in situ densities and strengths, in general – often susceptible to liquefaction. In view of this, soil improvement methods such as Deep Soil Mixing can be alternatives for the stabilization of these materials. In this sense, based on DSM techniques, this research aims to analyze the mechanical behaviour of cemented gold mine tailings, comparing to its natural condition, evaluating factors that influence the stabilization (cement content, initial water content and type of water for preparing specimens). For this purpose, unconfined compressive tests, splitting tensile tests, ultrasonic pulse velocity tests and undrained triaxial (CIU) tests were used. The results showed that remoulded mine tailings samples presented low strength and liquefaction susceptibility under low confining pressures. In its turn, the tests with cemented gold tailings revealed that: increasing the cement content, decreasing initial water content and using water from the tailings pond (liquor) in moulding provided strength (qu and qt) and initial stiffness (G0) gains on the mixtures of gold mine tailings-Portland cement. In this regard, the variance analysis statistically demonstrated that all the factors chosen on the experiment were significant to the parameters assessed It is also showed that the cement content influence was much more pronounced than other factors. Furthermore, the stress-strain behaviour of the blends is typical of cemented materials under low confining pressures and undrained conditions – with negative pore-pressures build-up. In addition, it is demonstrated that the porosity/cement index controls the mechanical performance of gold tailings-Portland cement blends, considering the whole range of densities and cement contents studied – what broadens the applicability of such index. Finally, it was found a single relationship between tensile (qt) and compressive strength (qu) equal to 0.17, being independent of the porosity/cement ratio.

O município de Caxias do Sul está inserido em um importante contexto geológico-geotécnico do estado do Rio Grande do Sul e, em sua área urbana, são observados vários acidentes de ordem geotécnica. O conhecimento dos solos e das rochas que constituem os perfis da área urbana carece de uma caracterização mecânica que, diante de qualquer acidente geotécnico, possa servir como ponto de partida para a solução de tal evento. Esta dissertação apresenta um estudo a respeito do comportamento mecânico de um solo residual de Dacito Canyon encontrado na área urbana do município de Caxias do Sul – RS. Foram realizados ensaios de cisalhamento direto e compressão triaxial com corpos de prova indeformados e reconstituídos e também foram executados um ensaio edométrico com um corpo de prova remoldado com a umidade próxima ao limite de liquidez. Os resultados obtidos com a realização dos ensaios mostraram que o material possui uma forte influência da estrutura do solo que foi especialmente evidenciada nos resultados dos ensaios de cisalhamento Foi possível estabelecer, com base em ensaios remoldados, uma curva NCL coerente com os parâmetros N da ordem de 2,1452 e e λ similar a 0,135. Entretanto não foi possível a definição de uma CSL pelo fato do material apresentar uma forte estrutura e os ensaios em amostras remoldadas e indeformadas não indicaram uma estabilização dos índices de vazios finais. O comportamento mecânico dos ensaios indeformados varia de acordo com o nível de deformação e de acordo com os ensaios. Nos ensaios de cisalhamento direto houve uma redução da coesão (de 50kPa para ~24kPa) e aumento do ângulo de atrito com as deformações (de 23 para 24 graus). Com a remoldagem esta tendência aumentou (o ângulo de atrito alcançou 28,5 graus). Já no ensaios triaxiais, o ângulo de atrito se manteve em torno de 29-30 graus e a coesão reduziu de 26kPa para 15kPa para grandes deformações. / The municipality of Caxias do Sul is part of an important geological-geotechnical context in the state of Rio Grande do Sul and several geotechnical accidents have been observed in its urban area. The knowledge of the soils and rocks that make up the profiles of the urban area lacks a mechanical characterization which, in the face of any geotechnical accident, can serve as a starting point for the solution of such an event. This dissertation presents a study about the mechanical behavior of a residual soil of Dacito Canyon found in the urban area of the city of Caxias do Sul - RS. Direct shear and triaxial compression tests were carried out with undisturbed and reconstituted test specimens and an edometric test carried out with a test specimen remolded with humidity close to the liquidity limit. The results obtained with the tests showed that the material has a strong influence of the soil structure that was specially evidenced in the results of the shear tests It was possible to establish on the basis of remolded tests an NCL curve coherent, with the N parameter of the order of 2.1452 and λ similar to 0.135. However, it was not possible to define a CSL because the material had a strong structure and the tests on remolded and undisturbed samples did not indicate a stabilization of the final void ratios. The mechanical behavior of the undeformed tests varied according to the level of deformation and according to the test type. In the direct shear tests there was a reduction of cohesion (from 50kPa to ~ 24kPa) and an increase in the angle of friction with the deformations (from 23 to 24 degrees). In tests with the remolded soil this trend increased (the angle of friction reached 28.5 degrees). In the triaxial tests on undisturbed specimens the friction angle remained around 29-30 degrees, similar to peak, and the cohesion reduced from 26kPa to 15kPa for large deformations.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Resumo_Abstract Denise.pdf: 33614 bytes, checksum: 2d4e1e356014318dbc7b819aba64b1eb (MD5) Previous issue date: 2006-07-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Aiming at the development of biodegradable materials with good properties that become them viable in daily applications, it was studied in this work the miscibility, the morphology and the mechanical properties of P(3HB)/P(3HB-co-3HV) blends, as well as the behavior of phases in high pressures of P(3HB) and P(3HB-co-3HV) in dense gases. Two types of P(3HB), P(3HB)-1 and P(3HB)-2 were used, with different molar weights (492 and 300 kg.mol-1, respectively) and two types of P(3HB-co-3HV), P(3HB-co-3HV)- 6%3HV and P(3HB-co-3HV)-10%3HV with different molar weights (294.2 and 340 kg.mol-1, respectively). P(3HB)-1/P(3HB-co-3HV)-6%3HV and P(3HB)-2/P(3HB-co- 3HV)-10%3HV blends were prepared in the form of films by the process of casting using chloroform as solvent (1% m/v for DSC, DRX and MEV analyses; e 0.3% m/v for FTIR analyses), in an large range of mass ratios of copolymer (0 the 100%). The DSC analyses showed that the blends (where it was possible to visualize the Tg) were miscible in the amorphous phase, therefore had presented only one Tg which agreed to the Tg calculated by Fox Equation. Moreover, the linear relation between Tg versus copolymer content also suggested the miscibility. With relation to the melting process, it was obtained the linear relation between Tm versus copolymer content, indicating that the components were miscible in the melting with cocrystallization. The crystallinity degree calculated by DSC was reduced in P(3HB)-2/P(3HB-co-3HV)-10%3HV blends and practically was constant in the P(3HB)-1/P(3HB-co-3HV)-6%3HV blends, according to the increase of the copolymer content. The study of the crystallinity by FTIR showed results that agreed to the results of the crystallinity degree obtained by DSC and DRX. The MEV analyses showed that the fracture surface of the films of blends presented fragile fracture. For the evaluation of the mechanical behavior, P(3HB)-1/P(3HB-co-3HV)-6%3HV blends were prepared by injection mechanic mixture in mass ratios of 0, 20, 50, 80 and 100% of copolymer. According to the increase of the copolymer content in the blend, it was obtained that the hardness Shore D and the maximum tensile strength presented a little significant reduction, the elasticity modulus showed a significant reduction, the elongation at break presented a little significant increase and the Izod impact strength practically remained constant. The MEV analyses in the fracture surface of the samples of the mechanical tests presented morphology with fragile fracture for all blends. The pure biopolymers P(3HB)-2 and P(3HB-co-3HV)-10%3HV were insoluble in high pressures in the carbon dioxide and chloroform/propane solvents, in a large range of temperature and pressure used. However, the biopolymers were soluble in the P(3HB)-2/clorofórmio and P(3HB-co-3HV)-10%3HV/ chloroform systems, but no one cloud point was observed in any combination of temperature and pressure. / Visando o desenvolvimento de materiais biodegradáveis com boas propriedades que os tornem viáveis em aplicações cotidianas, estudou-se nesse trabalho a miscibilidade, amorfologia e as propriedades mecânicas de blendas P(3HB)/P(3HB-co-3HV), bem como o comportamento de fases em altas pressões de P(3HB) e P(3HB-co-3HV) em gases densos. Foram utilizados dois tipos de P(3HB), P(3HB)-1 e P(3HB)-2, com diferentes massas molares (492 e 300 kg.mol-1, respectivamente) e dois tipos de P(3HB-co-3HV), P(3HB-co-3HV)-6%3HV e P(3HB-co-3HV)-10%3HV com diferentes massas molares (294,2 e 340 kg.mol-1, respectivamente). Blendas P(3HB)-1/P(3HB-co-3HV)-6%3HV e P(3HB)- 2/P(3HB-co-3HV)-10%3HV foram preparadas na forma de filmes através do processo de casting usando clorofórmio como solvente (1% m/v para análises de DSC, DRX e MEV; e 0,3% m/v para análises de FTIR), numa ampla faixa de proporções mássicas de copolímero (0 a 100%). As análises de DSC revelaram que as blendas (onde foi possível visualizar a Tg) foram miscíveis na fase amorfa, pois apresentaram uma única Tg a qual concordou com a Tg calculada pela Equação de Fox. Além disso, a relação linear entre Tg versus quantidade mássica de copolímero também sugeriu a miscibilidade. Com relação ao processo de fusão, obteve-se a relação linear entre Tm versus quantidade mássica de copolímero, indicando que os componentes foram miscíveis na fusão com cocristalização. O grau de cristalinidade calculado a partir de DSC foi diminuído nas blendas P(3HB)- 2/P(3HB-co-3HV)-10%3HV e permaneceu praticamente constante nas blendas P(3HB)- 1/P(3HB-co-3HV)-6%3HV, de acordo com o aumento da quantidade mássica de copolímero. O estudo da cristalinidade através de FTIR mostrou resultados que concordaram com os resultados de grau de cristalinidade obtidos através de DSC e DRX. As análises de MEV revelaram que a superfície criofraturada dos filmes das blendas apresentaram-se com fratura frágil. Para a avaliação do comportamento mecânico, blendas P(3HB)-1/P(3HB-co-3HV)-6%3HV foram obtidas através de mistura mecânica via injeção nas proporções de 0, 20, 50, 80 e 100% em massa de copolímero. Em relação ao aumento da quantidade mássica de copolímero na blenda, obteve-se que a dureza Shore D e a tensão máxima de tração apresentaram redução pouco significativa, o módulo de elasticidade mostrou diminuição significativa, a deformação na ruptura apresentou aumento pouco significativo e a resistência ao impacto Izod permaneceu praticamente constante. As análises de MEV na superfície de fratura dos corpos de prova rompidos nos ensaios mecânicos revelaram uma morfologia com fratura frágil para todas as blendas. Os biopolímeros puros P(3HB)-2 e P(3HB-co-3HV)-10%3HV mostraram-se insolúveis em altas pressões nos solventes dióxido de carbono e clorofórmio/propano, numa ampla faixa de temperatura e pressão. Já nos sistemas P(3HB)-2/clorofórmio e P(3HB-co-3HV)- 10%3HV/clorofórmio obteve-se a solubilização dos biopolímeros, mas não foi observada a separação de fases em nenhuma combinação de temperatura e pressão utilizadas.

O presente trabalho tem como objetivo a caracterização experimental e modelagem constitutiva do comportamento de metais CFC (Cúbicos de Face Centrada) policristalinos quando submetidos a altas taxas de deformação. O material empregado no desenvolvimento do trabalho é uma liga de alumínio comercialmente pura: o alumínio AA1050. No âmbito da presente investigação, os experimentos são conduzidos à temperatura ambiente. O desenvolvimento experimental tem por objetivo evidenciar as principais características constitutivas que descrevem o comportamento macroscópico desta classe de metais quando submetidos a processos de deformação envolvendo altas taxas de deformação: (i) o endurecimento induzido pela deformação; (ii) o endurecimento induzido pela taxa de deformação; e (iii) a sensibilidade instantânea em relação à taxa de deformação. Para a caracterização de cada uma destes aspectos constitutivos, são realizados experimentos específicos utilizando equipamentos desenvolvidos, em sua maioria, no contexto da presente investigação. De forma geral, os experimentos consistem em ensaios de compressão envolvendo uma ampla faixa de taxas de deformação, variando desde condições quasi-estáticas a taxas na ordem de 104 s−1. Os resultados experimentais, juntamente com evidências experimentais macro e microscópicas disponíveis na literatura, dão suporte ao desenvolvimento de um modelo constitutivo elasto-viscoplástico. A formulação constitutiva segue uma abordagem semi-física, na qual a escolha das variáveis inelásticas e proposição de suas regras de evolução são qualitativamente guiadas por considerações metalúrgicas baseadas no acúmulo e organização de discordâncias O modelo proposto, embora consista em uma abordagem simplificada quando comparado a modelos de base física, é capaz de representar separadamente cada uma das características constitutivas destacadas anteriormente. Com base nos resultados experimentais aqui obtidos, o modelo elasto-viscoplástico proposto é então ajustado e posteriormente validado. Na sequência é desenvolvida a formulação numérica relacionada ao modelo proposto. A abordagem como um todo é inserida em um contexto de deformações finitas seguindo uma descrição Lagrangiana Total. O desenvolvimento numérico descreve o procedimento utilizado para solução de problemas de equilíbrio não lineares seguindo uma formulação incremental implícita empregando o método dos elementos finitos. Em um contexto local, é utilizado um esquema de integração implícito seguindo um mapeamento exponencial. A linearização das equações de mapeamento de retorno possibilita a derivação analítica do módulo tangente consistente. O modelo constitutivo, bem como o procedimento numérico, são utilizados para a solução de problemas numéricos clássicos como: ensaio de compressão em condições de deformações homogêneas, e compressão envolvendo contato com atrito. As simulações numéricas avaliam tanto a capacidade constitutiva do modelo proposto em descrever o comportamento de estruturas quando deformadas sob condições envolvendo elevadas taxas de deformação, quanto à eficiência do procedimento numérico a partir de análises de convergência Em conclusão, com o procedimento experimental adotado é possível evidenciar as principais características macroscópicas inerentes ao comportamento de metais quando submetidos a processos de deformação envolvendo altas velocidades. Além disso, com base nos resultados analíticos e numéricos, observa-se que o modelo constitutivo proposto é capaz de reproduzir de forma satisfatória os comportamentos evidenciados experimentalmente. / The present work aims at performing the experimental characterization and constitutive modeling associated with the mechanical behavior of polycrystalline FCC (Face Centered Cubic) metals when subjected to high strain-rate deformations. The material to be employed in the experiments is a commercially pure aluminum alloy: aluminum AA1050. Within the present investigation context, experiments are performed at room temperatures. The primary objective of the laboratory experiments is to assess the main constitutive features associated with the macroscopic mechanical behavior observed for FCC metals subjected to high strain-rate deformation processes: (i) strain-hardening; (ii) strain-rate-hardening; and (iii) instantaneous rate-sensitivity. In order to characterize each constitutive feature, experiments using equipments specifically devised to achieve the objectives are performed. The laboratory investigation consists of compression tests involving a wide strain-rate range, from quasi-static conditions to strain-rates of the order of 104 s−1. Experimental results together with micro and macroscopic experimental evidences available in the literature give support to the development of a elastic-viscoplastic model. The stress-strain formulation follows a semi-physical approach, in which inelastic variables and their evolution equations are qualitatively motivated by metallurgical considerations based on the storage and arrangement of dislocations. Although its simplified nature when compared to physically-based models, the proposed model is capable of representing separately each one of the constitutive features highlighted early In addition, in analogy to the stress-strain proposition, a model describing the material hardness evolution in terms of strain and strain-rate histories is also provided. Based on the obtained experimental results, the proposed elastic-viscoplastic and hardness evolution models are adjusted and then validated. The corresponding stress-strain numerical formulation is developed in a subsequent step. The approach as a whole is integrated into finite strain framework following a Total Lagrangian description. The procedure employed to solve nonlinear equilibrium problem follows an implicit incremental formulation implemented in the context of the finite element method. At a local level, an implicit integration scheme based on an exponential mapping is adopted. From linearization of return mapping equations, an analytical consistent tangent modulus is obtained. Both constitutive model and numerical approach are employed to simulated classical problems: a compression test involving homogeneous deformation and a compression test involving contact and frictional conditions. Numerical simulations evaluate the constitutive capabilities associated with the proposed model when predicting the structural behavior at high strain-rate loadings. Furthermore, numerical efficiency and robustness related to the present procedure are also assessed by means of convergence analysis. While the adopted experimental procedure gave fundamental evidences of the main macroscopic features inherent in the metallic material behavior when subjected to high strain-rate deformations, the analytical and numerical results demonstrated that the proposed constitutive model is able to suitably reproduce the observed behavior.

A indústria mineradora do país sofre constantemente com problemas ambientais devido à qualidade e volume de rejeitos gerados durante o processo de extração do minério. Os volumes gerados demandam grandes áreas para armazenagem e consequentemente obras complexas de contenção dos rejeitos. A engenharia geotécnica busca entender o comportamento mecânico de depósitos destes rejeitos através do uso de ensaios tanto de campo como de laboratório. Para isso utiliza ferramentas e procedimentos consagrados no meio técnico seguindo normas e procedimentos estabelecidos e consagrados mundialmente. No entendimento do comportamento mecânico dos solos argilosos, as análises são desenvolvidas em termos de tensões totais, já para os solos arenosos em termos de tensões efetivas. Todavia, para solos com granulometria intermediária, não se tem um consenso no que se refere à interpretação do comportamento mecânicos a partir de ensaios de campo Este trabalho apresenta resultados de ensaios de DMT e CPTU conduzidos em diferentes velocidades de penetração no intervalo de aproximadamente 1 e 57 mm/s, em depósito de rejeito de mineração, para avaliar tanto a influência da velocidade sobre as medidas do ensaio, quanto a transição das condições de fluxo ao redor do piezocone e durante a expansão da membrana do dilatômetro. Um equipamento simples e de baixo custo foi desenvolvido para monitorar a poropressão no centro da lâmina do DMT e dados são interpretados à luz das condições de drenagem impostas durante a execução do ensaio. Resultados indicam que as leituras e os valores de P0 e P1 são medidas de tensão total e por este motivo influenciadas pela magnitude da poropressão gerada durante a penetração da lâmina. Um novo Fator de Velocidade adimensional “Vt” é proposto para identificar possíveis efeitos de consolidação que ocorrem durante a penetração do piezocone e orientações são dadas para utilização de CPTU e DMT em solos de permeabilidade dentro do intervalo de 10-6 a 10-3 cm/s. / The mining industry of the country constantly suffers from environmental problems due to the quality and volume of waste generated during the mineral extraction process. Volumes generated require large areas for storage and consequently complex works of tailings. The geotechnical engineering seeks to understand the mechanical behavior of deposits of this waste by using assays well as laboratory and field. To this end tools and procedures laid down in the technical means following established rules and procedures consecrated worldwide. In the understanding of the mechanical behavior of clay soils, the analyzes are developed in terms of total stresses and for sandy soils in terms of effective stress. However, in soils with intermediate particle size, there is no consensus concerning the interpretation of the mechanical behavior from field trials. This paper presents the results of DMT and CPTU test conducted at different penetration rates in the range of about 1 to 57 mm / s in mining waste deposit to evaluate both the effect of speed on the measurements of the test, as the transition the flow conditions around the piezocone and during the expansion of the dilatometer membrane. A simple and inexpensive equipment has been developed to monitor the pore pressure in the center of the DMT blade and data are interpreted in the light of the imposed drainage conditions during the test. Results indicate that the readings that the P0 and P1 are total stress measurements and for this reason influenced by the magnitude of pore pressure generated during penetration of DMT blade. A new dimensionless Velocity Factor "Vt" is proposed to identify potential consolidation effects occurring during the penetration of piezocone and guidance is provided for use CPTU and DMT in soil permeability in the range 10-6 to 10-3 cm/s.

A indústria da construção civil utiliza grandes volumes de recursos naturais e, concomitantemente, produz elevadas quantidades de resíduos de construção e demolição (RCD), que são pouco reaproveitados e, às vezes, descartados de forma inadequada. Por reduzir a quantidade de matérias-primas extraídas da natureza, a construção de pavimentos aparece como destino nobre para os RCD. Contudo como esses materiais podem apresentar elevada heterogeneidade em sua composição, questiona-se se isso pode influenciar seu comportamento mecânico. A pesquisa relatada nesta dissertação buscou analisar as características físicas e comportamento mecânico de RCD de concreto (RCD cinza), e desse material misturado com RCD cerâmico (RCD vermelho). Acrescentando-se de 0 a 50% de tijolos maciços britados aos resíduos de concreto, reproduziram-se composições encontradas em obras civis. A partir de resultados de ensaios de granulometria, compactação, abrasão, compressão triaxial e módulo de resiliência (MR), compararam-se os comportamentos das mesmas. Com auxílio do software Everstress 5.0, foram feitas análises mecanísticas de pavimentos com bases compostas desses materiais, de forma que fossem estimados seus desempenhos frente a diferentes mecanismos de degradação. Observou -se que o aumento na porcentagem de RCD cerâmico afeta significativamente o comportamento mecânico do RCD misto, aumentando a perda de massa por abrasão e o teor de umidade ótimo de compactação, reduzindo o peso específico aparente seco máximo, a coesão e o módulo de resiliência e tornando o material menos dependente do estado de tensões. Conclui-se que a composição de resíduos de construção e demolição afeta seu comportamento mecânico e tem influência significativa no desempenho de pavimentos em que forem usados. Verifica-se que tanto os RCD cinza, quanto os mistos podem suportar as solicitações do tráfego, fortalecendo-se a filosofia de aliar a construção de pavimentos aptos estruturalmente a um modo de construir que contribua para a redução da exploração e degradação do meio ambiente. / The construction industry uses large volumes of natural resources and, at the same time, produces a high amount of construction and demolition waste (CDW), which are little reused and sometimes discarded inappropriately. In order to reduce the amount of raw materials extracted from nature, the construction of pavements appears as a noble destination for the use of CDW. However, since these materials may present high heterogeneity in their composition, it is questioned whether this may influence their mechanical behavior. The research reported in this dissertation aimed at analyzing the physical characteristics and mechanical behavior of recycled concrete aggregate (RCA) and this material mixed with crushed bricks. Adding from 0 to 50% of ceramic CDW to concrete residues, compositions found in civil works were reproduced. From the results of grain size distribution, abrasion, triaxial compression and resilience modulus tests, their behavior was compared. Using Everstress 5.0 software, mechanistic analysis of pavements with bases made of these materials were performed, so that their performances against different degradation mechanisms were estimated. It was observed that the increase in the percentage of ceramic CDW influences the behavior of the mixed CDW, increasing the abrasion mass loss and the optimum compaction moisture content, reducing the apparent maximum dry unit weight, cohesion and the modulus of resilience and making the material less dependent on the stress state. It is concluded that the composition of construction and demolition waste directly influences its mechanical behavior and has a significant influence on the performance of pavements in which they are used. Both RCA and mixed CDW have the potential to withstand traffic loads, strengthening the philosophy of combining the construction of pavements structurally capable with a construction mode that contributes to the reduction of exploration and degradation of the environment.

Resíduos de mineração, dispostos em barragens de rejeito, são materiais de baixas densidades e resistências, em geral – muitas vezes, suscetíveis à liquefação. Desta forma, técnicas de melhoramento de solos, tais como o Deep Soil Mixing, surgem como possibilidade à estabilização destes materiais. Neste sentido, baseado nesta técnica, este trabalho visa avaliar o comportamento mecânico de resíduos de mineração de ouro estabilizados com cimento, comparativamente aos rejeitos no estado natural, analisando fatores de influência (quantidade de agente cimentante, umidade inicial das amostras e líquido empregado na moldagem). Para este propósito, ensaios de resistência à compressão simples, de compressão diametral, de ondas ultrassônicas e triaxiais não-drenados (CIU) foram empregados. Os resultados mostram que os resíduos de mineração, nas condições representativas de campo, apresentam baixas resistências e suscetibilidade à liquefação a baixas tensões confinantes. Por sua vez, os ensaios com resíduo estabilizado com cimento revelaram que: o aumento nas taxas de cimentação, a diminuição dos teores de umidade iniciais das amostras e uso de licor proveniente das barragens de rejeito nas moldagens, repercutiram, em geral, em aumentos nas resistências (qu e qt) e na rigidez inicial (G0) das misturas As análises de variância comprovaram que todos os fatores controláveis estudados foram significativos para as respostas avaliadas e demonstraram que a influência da dosagem de cimento foi muito mais pronunciada, em relação às outras variáveis. O comportamento tensão-deformação das misturas, sob condições não-drenadas, foi típico de materiais cimentados submetidos à baixas tensões confinantes – com geração de poro-pressões negativas devidas à tendência à dilatação. Ainda, ficou demonstrado que o índice porosidade/teor volumétrico de cimento (η/Civ) é adequado para a previsão do comportamento mecânico das misturas resíduo-cimento, considerando os parâmetros estudados – ampliando a possibilidade de aplicação deste índice. Foi observado, que existe uma proporcionalidade direta entre as resistências à tração e à compressão das misturas, que independe da relação η/Civ, sendo esta traduzida através de um valor escalar único (ξ = 0,17). / Mine tailings are materials of low in situ densities and strengths, in general – often susceptible to liquefaction. In view of this, soil improvement methods such as Deep Soil Mixing can be alternatives for the stabilization of these materials. In this sense, based on DSM techniques, this research aims to analyze the mechanical behaviour of cemented gold mine tailings, comparing to its natural condition, evaluating factors that influence the stabilization (cement content, initial water content and type of water for preparing specimens). For this purpose, unconfined compressive tests, splitting tensile tests, ultrasonic pulse velocity tests and undrained triaxial (CIU) tests were used. The results showed that remoulded mine tailings samples presented low strength and liquefaction susceptibility under low confining pressures. In its turn, the tests with cemented gold tailings revealed that: increasing the cement content, decreasing initial water content and using water from the tailings pond (liquor) in moulding provided strength (qu and qt) and initial stiffness (G0) gains on the mixtures of gold mine tailings-Portland cement. In this regard, the variance analysis statistically demonstrated that all the factors chosen on the experiment were significant to the parameters assessed It is also showed that the cement content influence was much more pronounced than other factors. Furthermore, the stress-strain behaviour of the blends is typical of cemented materials under low confining pressures and undrained conditions – with negative pore-pressures build-up. In addition, it is demonstrated that the porosity/cement index controls the mechanical performance of gold tailings-Portland cement blends, considering the whole range of densities and cement contents studied – what broadens the applicability of such index. Finally, it was found a single relationship between tensile (qt) and compressive strength (qu) equal to 0.17, being independent of the porosity/cement ratio.

O município de Caxias do Sul está inserido em um importante contexto geológico-geotécnico do estado do Rio Grande do Sul e, em sua área urbana, são observados vários acidentes de ordem geotécnica. O conhecimento dos solos e das rochas que constituem os perfis da área urbana carece de uma caracterização mecânica que, diante de qualquer acidente geotécnico, possa servir como ponto de partida para a solução de tal evento. Esta dissertação apresenta um estudo a respeito do comportamento mecânico de um solo residual de Dacito Canyon encontrado na área urbana do município de Caxias do Sul – RS. Foram realizados ensaios de cisalhamento direto e compressão triaxial com corpos de prova indeformados e reconstituídos e também foram executados um ensaio edométrico com um corpo de prova remoldado com a umidade próxima ao limite de liquidez. Os resultados obtidos com a realização dos ensaios mostraram que o material possui uma forte influência da estrutura do solo que foi especialmente evidenciada nos resultados dos ensaios de cisalhamento Foi possível estabelecer, com base em ensaios remoldados, uma curva NCL coerente com os parâmetros N da ordem de 2,1452 e e λ similar a 0,135. Entretanto não foi possível a definição de uma CSL pelo fato do material apresentar uma forte estrutura e os ensaios em amostras remoldadas e indeformadas não indicaram uma estabilização dos índices de vazios finais. O comportamento mecânico dos ensaios indeformados varia de acordo com o nível de deformação e de acordo com os ensaios. Nos ensaios de cisalhamento direto houve uma redução da coesão (de 50kPa para ~24kPa) e aumento do ângulo de atrito com as deformações (de 23 para 24 graus). Com a remoldagem esta tendência aumentou (o ângulo de atrito alcançou 28,5 graus). Já no ensaios triaxiais, o ângulo de atrito se manteve em torno de 29-30 graus e a coesão reduziu de 26kPa para 15kPa para grandes deformações. / The municipality of Caxias do Sul is part of an important geological-geotechnical context in the state of Rio Grande do Sul and several geotechnical accidents have been observed in its urban area. The knowledge of the soils and rocks that make up the profiles of the urban area lacks a mechanical characterization which, in the face of any geotechnical accident, can serve as a starting point for the solution of such an event. This dissertation presents a study about the mechanical behavior of a residual soil of Dacito Canyon found in the urban area of the city of Caxias do Sul - RS. Direct shear and triaxial compression tests were carried out with undisturbed and reconstituted test specimens and an edometric test carried out with a test specimen remolded with humidity close to the liquidity limit. The results obtained with the tests showed that the material has a strong influence of the soil structure that was specially evidenced in the results of the shear tests It was possible to establish on the basis of remolded tests an NCL curve coherent, with the N parameter of the order of 2.1452 and λ similar to 0.135. However, it was not possible to define a CSL because the material had a strong structure and the tests on remolded and undisturbed samples did not indicate a stabilization of the final void ratios. The mechanical behavior of the undeformed tests varied according to the level of deformation and according to the test type. In the direct shear tests there was a reduction of cohesion (from 50kPa to ~ 24kPa) and an increase in the angle of friction with the deformations (from 23 to 24 degrees). In tests with the remolded soil this trend increased (the angle of friction reached 28.5 degrees). In the triaxial tests on undisturbed specimens the friction angle remained around 29-30 degrees, similar to peak, and the cohesion reduced from 26kPa to 15kPa for large deformations.