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.

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.

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.

Orientador: Prof. Dr. Alexandre Jose de Castro Lanfredi / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2014. / Este trabalho dedica-se ao estudo da influencia das condicoes de deposicao de filmes finos de nitreto de titanio (TiN), observando o comportamento mecanico quando solicitados em um ensaio de tracao. Os filmes foram depositados utilizando a tecnica de deposicao fisica a vapor (PVD) Triodo Magnetron Sputtering (TMS) em substratos de Al. Atraves dos resultados dos ensaios mecanicos, estimou-se o espacamento maximo entre trincas a partir do valor de saturacao das mesmas, para cada condicao de sintese. Duas condicoes principais de sintese para obtencao dos filmes foram a variacao da tensao (bias) de polarizacao em -50, -100 e -150 V no substrato e o tempo de deposicao em 30, 60, 90 e 120 min, obtendo assim diferentes tensoes compressivas e espessura de filmes, respectivamente. Os filmes finos foram obtidos a partir de um alvo de uma liga de Ti6Al4V em atmosfera reagente de gas nitrogenio e foram utilizados substratos de aluminio comercial com 1 e 3 mm de espessura. Tanto os filmes quanto os substratos foram caracterizados pela tecnica do Ensaio de Tracao, Difracao de raios-X, Microscopia otica, Microscopia Eletronica de Varredura e Espectroscopia de Energia Dispersiva. Calculou-se o espacamento de saturacao de trincas utilizando o metodo proposto por Jeong, comparando esse espacamento entre as diferentes condicoes de deposicao e espessura dos filmes. A partir do metodo de sen2¿Õ (SSPP), que utiliza os resultados de difracao de raios-X obtidos em Angulos rasantes fixos (configuracao Seeman-Bohlin), calculou-se a tensao residual do filme apos a sintese com o intuito de estimar a tensao cisalhante interfacial pelo modelo proposto por Chou. Como resultado, os filmes com maior espessura tiveram um espacamento de saturacao das trincas maior quando comparados com os filmes de menor espessura. Os filmes depositados com a tensao de polarizacao negativa menor (-50V) tambem tiveram um espacamento de saturacao maior quando comparados com os filmes depositados com tensao de polarizacao negativa mais elevado (-100 e -150V). Tensoes de polarizacao tendem a gerar altas tensoes residuais compressivas no filme, o que podem levar ao destacamento do mesmo na interface. Tensoes de cisalhamento interfacial tambem estao diretamente relacionadas com tensoes residuais compressivas. Filmes com uma maior espessura podem ter uma menor tensao compressiva, mas ao mesmo tempo correm o risco de sofrerem destacamento do substrato. Assim, a escolha da amostra que obteve a melhor adesao foi aquela que ao mesmo tempo nao destacou e teve um alto valor de ¿É Sat. / This work presents a study of the influence of coating conditions on mechanical properties of titanium nitride (TiN) thin films, under tensile test. The films were deposited using a physical vapor deposition (PVD) technique, the Triode Magnetron Sputtering (TMS), on aluminum substrates. From interrupted mechanical testing results, the maximum inter-crack spacing of the cracked coating was obtained in the saturated situation (ë Sat), for each synthesis conditions applied. Two parameters used on the film deposition were the bias voltage polarization applied to the substrate (in -50, -100 and -150V) and the deposition time (30, 60, 90 and 120 min), leading to different compressive stress and film thickness, respectively. The thin films were obtained from a Ti6Al4V target in Ar and N2 atmosphere and the substrates were made from commercial laminated aluminum sheet with 1 and 3 mm thickness. The substrate and the films deposited were characterized by Tensile Test, x-ray diffraction, Optical Microscopy, Scanning Electron Microscopy and Energy Dispersive Spectrometry. The inter-crack spacing was calculated using the method proposed by Jeong and the results were compared between the several deposition conditions utilized and thickness obtained. From sen2ø (SSPP) method, obtained from x-ray diffraction pattern in grazing configuration (Seeman-Bohlin), the residual stress of the thin films was calculated and used to estimate the interfacial shear strength by the model proposed by Chou. As result, the samples with larger thickness had a saturated inter-crack spacing greater then thinner films. The deposited films using low negative bias voltage (-50V) also had a saturated inter-crack spacing greater when compared with the higher negative bias voltage (-100 and -150V). Higher negative bias voltage applied to the substrate leads to higher compressive residual stress and can induce to the detachment of the film. The interfacial shear stress is directly related with residual compressive stress. Films with higher thickness generally have lower compressive stresses, but with increase in the risk of detachment. Finally, the sample with best adhesion was the one that in same time not presented detachment and had a higher value of ëSat.

Made available in DSpace on 2015-04-22T22:08:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Karine Jussara da Costa.pdf: 6916532 bytes, checksum: 872f531f6e30b510bea0beb9ae62b8a9 (MD5) Previous issue date: 2010-04-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This teses research analyses, m ky trough an experimental project, the mechanical behavior of hot-mix asphalt, with dust of sand. The dust of sand residue was utilized as a filler in hot-mix asphalt, replacing in the Manaus city used material the Portland cement CP II. The general purpose of this work is to test hypothesis that the residue can be use as a filler in hot-mix asphalt. The reuse of these industrial residues leads to environmental gains; it not only helps to avoid the open-air deposition of this by-product but it also reduces. All the mixtures were characterized mechanically through the testing of Resilient Modulus, Static Tensile Strength, fatigue of diametrical compression under controlled stress and static creep. The results of this research show that the addition of industrial residue in hot-mix asphalt increases the binder consumptio / Esta pesquisa analisa por meio de um estudo experimental, o comportamento mecânico de misturas asfálticas, utilizando o resíduo pó de areia. O objetivo geral desta pesquisa é testar a hipótese que o resíduo pode ser utilizado como fíler em misturas asfálticas. O resíduo pó de areia foi utilizado como fíler em mistura asfáltica tipo CBUQ, em substituição ao cimento Portland CP II usado na cidade de Manaus. A reutilização destes resíduos industriais traz benefícios ambientais, pois auxilia a questão de deposição destes rejeitos. Todas as misturas foram caracterizadas mecanicamente através dos ensaios de Módulo de Resiliência, Resistência à Tração estática por compressão diametral, fadiga por compressão diametral à tensão controlada e compressão axial estática (creep estático). Os resultados obtidos demonstraram que a adição do resíduo industrial estudado em mistura asfáltica aumenta o consumo de ligante da mistura. Os resultados dos ensaios mostram desempenho adequado da mistura confeccionada com o pó de areia.

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.

Cabos são componentes estruturais utilizados desde a antiguidade, principalmente em aplicações onde o carregamento axial é elevado, enquanto a flexão e torção são relativamente baixos. Exemplos de aplicação atuais incluem sustentação de pontes, ancoragem de plataformas offshore, elevadores, transporte em minas, guindastes, entre outros. O estudo de seu comportamento mecânico envolve fatores que agregam considerável complexidade na elaboração de modelos numéricos ou analíticos que representem seu comportamento. Dentre esses fatores se destacam as tensões de contato que surgem entre as pernas do cabo à medida que deslizam em relação às outras, a geometria helicoidal, a rotação das pernas em torno da alma do cabo ao ser estendido (i.e., variação do ângulo da hélice do cabo) além de, no caso de cabos compósitos, um comportamento anisotrópico. Tendo em vista a indisponibilidade de uma solução analítica completa para cabos compósitos, buscou-se através do presente trabalho calibrar um modelo numérico elaborado em software comercial de elementos finitos, contemplando fatores comumente desprezados pelos modelos analíticos simplificados. Foram executados ensaios de tração na alma de cabos de compósitos com fibras de carbono de geometria 1×10 (nove fios envolvendo a alma) para determinar o módulo de elasticidade longitudinal e utilizada a teoria da micromecânica para avaliar as demais constantes de engenharia. O cabo foi modelado em tração, onde uma extremidade foi engastada e a outra teve rotação restrita e deslocamento longitudinal livre, e também em flexão em quatro pontos, deixando uma das extremidades com rotação livre e a outra com rotação e deslocamento longitudinal livre, com os demais graus de liberdade restritos. Em seguida foi conduzida uma análise de sensibilidade das principais variáveis que governam o problema, de onde se concluiu que o passo do cabo, o diâmetro de seus fios e o módulo de elasticidade longitudinal são as mais relevantes. O desvio da deformação de ruptura em tração e do deslocamento em flexão obtidos numericamente em relação aos dados experimentais obtidos foi de 10,8 % e 14,6 %, respectivamente. Após o processo de calibração, que fez uso do método de Programação Linear Sequencial para buscar o valor das variáveis de projeto que minimizassem o erro entre os dados experimentais e numéricos, o desvio encontrado reduziu para 2,4 % e 0,1 %, respectivamente. / Wire ropes have been used since ancient times, especially in applications were the axial stress is high and flexural and torsional stresses are relatively low. Current application include bridges, offshore platforms, elevators, mine hoisting, cranes, among others. Study of their mechanical behavior encompasses many factors, bringing considerable complexity in the construction of numerical or analytical models that represent their behavior, including contact stresses between rods as they slide past one another, helical geometry, rotation of wires around the core when in extension (i.e. variation in helix angle) and also, for composite cables, the anisotropic behavior. In view of the unavailability of a comprehensive analytical solution, this work focuses on the calibration of a numerical model built on a finite element software incorporating factors commonly neglected by simplified analytical approaches. Tensile tests were performed on the core of carbon fiber composite cables, 1×10 geometry (nine rods surrounding the core), to evaluate its longitudinal elastic modulus and employed micromechanics theory to obtain the remaining engineering constants. The cable was then modeled under tensile stress, where one end was fully constrained and the other could not rotate but was free to move in the longitudinal direction. Under 4-point bending, where one end was free only to rotate, while the other was free to move in longitudinal direction and to rotate, whereas the remaining degrees of freedom were constrained. After that, sensitivity analysis of the main variables governing the problem was conducted, concluding that cable pitch, rod diameter and longitudinal elastic modulus of the rods are the most relevant parameters. Deviation between ultimate strain under tensile stress and displacement under bending numerically obtained with those from experiments were 10.8 % and 14.6 %, respectively. After the calibration process, which used Sequential Linear Programing to search for the design variables values that minimized error between numerical and experimental data, the finite element model could reproduce the tensile stress and bending behavior with deviations of 2.4 % and 0.1 %, respectively.

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.

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.