O presente trabalho trata da estabilização química de uma areia do litoral do Rio Grande do Sul com cinza volante e cal, e ainda cimento de alta resistência inicial como aditivo de cura rápida. Estudou-se quatro misturas compostas com estes materiais. Realizou-se ensaios de resistência à compressão simples, compressão diametral: módulo de resiliência e resistência à tração, com objetivo de verificar as características e o comportamento mecânico das misturas. Além desses ensaios, procedeu-se também, a realização do ensaio de fadiga à flexão, com uma das misturas estudadas. A partir da utilização do programa computacional ELSYM 5 realizou-se uma análise paramétrica, com os dados obtidos nos ensaios laboratoriais, variando-se a espessura da base e os módulos de resiliência da base e do subleito. Finalmente, apresenta-se uma metodologia de dimensionamento preliminar de pavimentos com camada de base de material cimentado, com uma camada de 5 em de revestimento asfáltico, onde relaciona-se a vida de fadiga com a espessura da base, para di versos módulos de resiliência da base e do subleito. / This work presents the results of a research on the stabilization o f sand wi th lime and fly ash. Four compacted mixtures were tested, two of them also including high initial strength cement. Besides unconfined compression strength tests, diametral compression tests (resilient modulus and tensile strength) were carried out, in arder to characterize the mixtures and determine their mechanical behavior. Specimen of one of the mixtures were also submi ted to flexural fatigue tests. A parametric analisys, where different base layer thickness and resilient modulus values were adopted, was performad with help of ELSYM 5 software, using laboratory test resuslts. Finally, a preliminary method is presented with the purpose o f designing pavements wi th stabilized base layers, considering a 5 em asphal t concrete wearing course. Fatigue life is related to the base layer thickness for the several base layer and subgrade resilient modulus adopted.

A execução da pavimentação da malha viária municipal urbana deve seguir um eficiente planejamento técnico-econômico para adequada gestão de recursos financeiros. Soluções alternativas como: bases de solo estabilizado com cinza-cal ou areia-asfalto, e revestimentos de areia-asfalto, reafirmam-se de grande valia para pavimentos de baixo custo na região litorânea do Rio Grande do sul, onde há abundância de areias e falta de agregados pétreos. Considere-se ainda, que a proximidade de usinas termoelétricas, geradoras de grandes quantidades de cinzas, facilita a utilização desde rejeito, o que diminui o passivo ambiental. Para o estudo dos materiais foi necessária a caracterização das jazidas de areia de Rio Grande, das cinzas da Usina Termoelétrica de Candiota e das cinzas da queima do carvão do secador de grãos da empresa Bianchini localizada em Rio Grande. Foram realizados ensaios de granulometria, peso específico, equivalente de areia e o ensaio Goldbeck. Com o objetivo de analisar o comportamento mecânico das misturas foram realizados os ensaios Marshall, módulo resiliente, resistência à compressão e à tração e de desgaste de misturas betuminosas. Com os resultados dos ensaios citados, realizou-se a análise paramétrica, através do programa de diferenças finitas Elsym 5, para dimensionar diversos tipos de pavimentos, onde as variáveis foram os teores de CAP do revestimento e as porcentagens de cal das misturas de cinza-cal. Concluiu-se então, que a utilização das misturas de areia-asfalto e cinza-cal são satisfatórias para pavimentos com baixo volume de tráfego, salientando os problemas de se trabalhar com as misturas a frio, devido ao elevado tempo de cura. A construção de um trecho experimental surge como sugestão para analisar o desempenho destes pavimentos quanto à durabilidade e a resistência à derrapagem.

A utilização de fibras como reforço de solos é uma técnica relativamente nova e promissora, fundamentada na tecnologia dos materiais compósitos, onde se busca criar um novo material com propriedades e características específicas através da combinação de dois ou mais materiais conhecidos. No presente trabalho, busca-se avaliar as influências provocadas pela inserção de fibras de polipropileno (teor de 0,5%) de dois comprimentos (12 e 36mm) e cimento (teor de 7% em relação ao peso de material seco) a três solos (uma argila, uma areiasiltosa e uma areia), através de ensaios triaxiais drenados e ensaios de condutividade hidráulica (estes restritos às misturas com argila). A análise global dos resultados permitiu a identificação de padrões de comportamento dos solos reforçados, que independem do tipo de solo, e outros que dependem fundamentalmente das características do solo empregado.

Neste trabalho foi estudado o comportamento de fundações superficiais apoiadas em sistema de dupla camada, quando a superior é cimentada. O estudo consistiu-se de três etapas, chamadas de Etapa de Laboratório, Etapa Numérica e Etapa de Campo. Na Etapa de Laboratório foi verificada a viabilidade técnica de utilizar os resíduos industriais cinza pesada e cal de carbureto na estabilização de um solo residual de arenito botucatu. Estudou-se a reatividade da cinza pesada com a cal de carbureto, a influência da temperatura e do tempo de cura no desenvolvimento das reações pozolânicas, a influência de diferentes teores de resíduos na resistência à compressão simples, compressão diametral e durabilidade, objetivando definir uma mistura ótima e, ainda, o impacto ambiental da utilização da mistura ótima, através de ensaios de lixiviação e solubilização. Na Etapa Numérica foi estudado, através do Método dos Elementos Finitos, o comportamento de fundações superficiais apoiadas em dupla camada. O modelo utilizado para representar o comportamento do material cimentado e não-cimentado foi o elástico-plástico com critério de ruptura de Drucker-Prager e fluxo não-associado. Verificou-se, através de análise paramétrica, a influência da espessura da camada cimentada e do diâmetro da fundação, bem como a influência dos parâmetros dos materiais cimentado e não-cimentado na resposta carga x recalque de fundações superficiais. Na Etapa de Campo foram construídos aterros experimentais utilizando a mistura ótima determinada na Etapa de Laboratório e, sobre estes aterros, foram executados provas de carga de placas. A análise dos resultados obtidos nas três etapas levou às seguintes conclusões: é possível utilizar cinza pesada e cal de carbureto para estabilizar o solo residual de botucatu; o comportamento de fundações superficiais sobre solos cimentados é controlado pela relação espessura da camada cimentada diâmetro da fundação; os parâmetros ângulo de atrito e módulo de elasticidade da camada cimentada não influenciam os resultados de prova de carga; a ruptura da fundação é função de dois mecanismos progressivos, os quais são função das tensões de tração geradas na parte inferior da camada cimentada e das tensões cisalhantes existentes logo abaixo das bordas da fundação. / In this work the behavior of shallow foundations on a double layer system when the upper is cemented was studied. The study consisted of three stages named Laboratory Stage, Numerical Stage and Field Stage. In the Laboratory Stage the technical viability of using the industrial by-products such as bottom ash and carbide lime in the stabilization of a sandstone residual soil was verified. The reactivity of the bottom ash with carbide lime, the influence of the temperature and time of curing in the development of the pozzolanic reactions, the influence of different amounts of residues in the unconfined strength, tensile strength and durability, were studied. The objective of the later study was to define the optimum mixture. The environmental impact of using the residues was verified through lixiviation and solubilization tests. In the Numerical Stage the behavior of shallow foundations on double layer system was studied using the Finite Element Method. The elastic-perfectly plastic model with Drucker-Prager failure criteria and non-associated flow rule was used to represent the behavior of the cemented and uncemented materials. The influence of cemented layer thickness and diameter of the foundation, and the cemented and uncemented material parameters in the load x settlement response of shallow foundations was verified using parametric analysis. In the Field Stage three experimental fills were built using the optimum mixture determined in the Laboratory Stage on which plate load tests were executed. The analysis of the results obtained in the three stages led to the following conclusions: it is possible to use bottom ash and carbide lime to stabilize the sandstone residual soil; the behavior of foundations is governed by the thickness of the cemented layer/diameter of the foundation ratio; the parameters friction angle and elasticity module of the cemented layer do not influence the results of load test; the rupture of the foundation is function of two progressive mechanisms, which are function of the tension stress generated in the bottom part of the cemented layer and of the shear stress below the corner of the foundation; it is possible to estimate the load capacity regarding 2% of the relative settlement, through the methodology proposed in this work.

Solos com horizontes húmicos e hísticos de ecossistemas tropicais e subtropicais de altitude desempenham importante função no estoque do C atmosférico, na regulação climática e dos fluxos hidrológicos, na retenção de água no solo e na atuação enquanto filtro ambiental. Além disso, esses solos que acumulam naturalmente C funcionam como arquivos da história natural, pois sua gênese está diretamente ligada às condições ambientais vigentes durante o processo de sua formação. O presente estudo teve como objetivo investigar a origem, composição e estabilidade da MOS e o efeito da matéria orgânica (MOS) sobre a estabilidade de agregados em perfis de solo com horizontes húmicos e hísticos sob floresta de Araucária. Amostras indeformadas foram coletadas em diferentes profundidades em uma topossequência sob Floresta Ombrófila mista na bacia sedimentar de Curitiba / PR - área de proteção ambiental do Iraí. Os solos foram classificados como Latossolo Bruno Alumínico rúbrico, Gleissolo Melânico Ta Distrófico organossólico e Organossolo Háplico Sáprico típico. Em cada perfil também foram coletadas amostras de serapilheira. No Estudo 1 nós determinamos os estoques de C e N, a estabilidade desses estoques por ensaios de mineralização de C e monitoramos a alteração da composição química da MOS antes e depois da incubação. Os resultados mostraram que o enriquecimento de C na topossequência cresceu do topo da vertente para a planície aluvial e que as diferenças observadas no teor e na composição química da MOS foram definidas pelo regime hídrico do solo. Aproximadamente 70% do estoque de C encontra-se armazenado em horizontes sub-superficiais, sendo a estabilidade desses estoques maior quando comparada à superfície. Em condições anóxicas os açúcares são relativamente mais degradados, havendo enriquecimento relativo de compostos aromáticos e alifáticos. No Estudo 2 nós investigamos a influência da composição química da MOS na estabilidade de agregados dos perfis, avaliada pela dispersão por ultrassom. Os resultados mostraram que os compostos alifáticos e estruturas do tipo carboidrato foram relevantes para a estabilidade dos agregados. No solo mais intemperizado, as interações organo-minerais entre os grupos C-O-alquil e a superfície dos argilas foi o mecanismo mais importante na agregação, ao passo que no gleissolo e no organossolo o mecanismo predominante foi a proteção hidrofóbica conferida pela autoassociação das zonas hidrofóbicas da MOS, envolvendo principalmente os grupos alifáticos da estrutura. No Estudo 3 nós utilizamos a MOS como um traçador de paleo-mudanças ambientais, com objetivo de identificar alterações vegetacionais em função de mudanças climáticas. Os resultados mostraram que no topo da vertente a ciclagem da MOS foi mais intensa, havendo maior contribuição da floresta (vegetação C3) para a composição da MOS. Entretanto, nas posições mais baixas da paisagem, a composição da MOS é derivada principalmente de vegetação C4 (campo), que teria predominado no passado. Esses resultados corroboram a mudança de um clima seco para um clima mais úmido na região, que teria ocorrido durante o Holoceno. / Soils with humic and histic horizons of tropical and subtropical ecosystems of altitude play an important role in stock of atmospheric C, climate regulation, water retention and environmental filter. Furthermore, these C-rich soils are archives of natural history, because their genesis is directly linked to environmental conditions during the process of their formation. This study aimed to investigate the origin, composition and stability of organic matter (SOM) and the effect of SOM composition on aggregate stability in soil profiles with humic and histic horizons under Araucaria forest. Undisturbed samples were collected from different depths in a toposequence under rain forest in the sedimentary basin of Curitiba, Brazil, located in the environmental protected area of Iraí. The soils were classified as Oxisol, Gleysol and Histosol. In each profile we collected different litter fractions. In the first study we determined the C and N stocks, the stability of these stocks by C mineralization experiment and we monitored the changes in the SOM chemical composition before and after incubation. The results showed that the C content increased from the top to the flood plain and that the differences in content and SOM chemical composition were defined by soil water regime. Approximately 70% of C stock is stored in subsurface horizons, with greater stability of these stocks when it is compared to the surface horizon. In anoxic conditions sugars are relatively more degraded, with greater relative enrichment of aromatic and aliphatic compounds. In the second study we investigated the influence of the SOM chemical composition on aggregate stability measured by ultrasound energy application. The results showed that aliphatic compounds and the carbohydrate structures are important for the structural stability. In the oxisol the organo-mineral interactions between the CO-alkyl groups and the clays surface was the most important mechanism of aggregation, while in the gleysol and in the histosol the predominant mechanism iwas the hydrophobic protection by the self-association of the hydrophobic zones of SOM, involving the aliphatic structures. In the third study we use the SOM as a paleoenvironmental tracer to try to identify the vegetation changes due to climate change in the past. The results showed thatin the top the SOM turnover was more effective, eith higher contribution of the forest (C3 vegetation) to the SOM composition. However, at the lower landscape positions, the SOM composition is mainly derived from the C4 vegetation (grassland) ) that would have prevailed in the past. Our results support the change of a dry to a more humid climate in that region, occurred during the Holocene.

Atualmente, os processos produtivos têm passado por amplas reavaliações no sentido de tomá-los sustentáveis, sob os mais distintos aspectos, de maneira a permitir-lhes a satisfação das demandas sócio-econômicas às quais se propõem, com respeito à outros fatores importantes como a preservação do meio ambiente, no qual estão inseridos. Este estudo trata sobre a utilização e aproveitamento de resíduos industriais no processo de estabilização físicoquímica de um solo residual de arenito da formação Botucatu, buscando-se a determinação das propriedades de engenharia do novo material, com ênfase àquelas relacionadas às características de deformação e resistência. No presente trabalho, a partir de um programa experimental que incluiu ensaios de resistência à compressão simples e diametral, ensaios triaxiais drenados (CID) e não-drenados (CIU) com medição interna de deformações axiais, e microscopia eletrônica de varredura, um solo residual teve seu comportamento mecânico investigado, frente à variação de variáveis como o nível de tensões efetivas médio inicial (p.i = 20, 60 e 100 kPa), o grau de cimentação (representado pelas quantidades de resíduos presentes nas misturas), a influência das condições de compactação (resultando em distintos arranjos micro-estruturais) e as condições de drenagem. Os resultados mostraram que o comportamento das misturas, em relação à resistência ao cisalhamento, foi influenciado em maior ou menor grau por todas as variáveis investigadas. As características de deformabilidade não pareceram ser afetadas, de maneira significativa, pela alteração das condições de drenagem. Os resíduos estudados apresentaram excelente potencialidade de utilização, na estabilização físico-química do solo residual. / Nowadays, the production processes have been largely re-examined in order to become them sustainable, under several aspects, and allowing them the fulfillment of their own socioeconomic demands, respecting other important factors like the protection of the environment in which they are inserted. This research deals with the utilization of industrial wastes in the physico-chemical stabilization of a sandstone residual soil that belongs to a geotechnical formation named Botucatu, searching for the determination o f the engineering properties of the new materiais, emphasizing the ones related to deformation and shear strength characteristics. In this current work, a residual soil did have your mechanical behavior investigated, through an experimental programme composed of unconfined compressive and indirect tensile tests, drained (CID) and undrained (CIU) triaxial tests with local axial strain measurements and scanning electron microscopy. The investigated variables were the initial average effective stress levei (pi = 20, 60 e 100 kPa), the cementation level (defined by waste quantities present in the mixtures), the influence of the compaction conditions (resulting in distinct microstructural arrangements) and the drainage conditions. The results have shown that the shear strength behavior of the mixtures was influenced in some degree by all the investigated 'lariables. The deformability characteristics did not seem to be affected, in a significant extent, by the change of the drainage conditions. The wastes studied in this research did show excellent utilization potential, in the physico-chemical stabilization of the residual soil.

A utilização de fibras como reforço de solos é uma técnica relativamente nova e promissora, fundamentada na tecnologia dos materiais compósitos, onde se busca criar um novo material com propriedades e características específicas através da combinação de dois ou mais materiais conhecidos. No presente trabalho, busca-se avaliar as influências provocadas pela inserção de fibras de polipropileno (teor de 0,5%) de dois comprimentos (12 e 36mm) e cimento (teor de 7% em relação ao peso de material seco) a três solos (uma argila, uma areiasiltosa e uma areia), através de ensaios triaxiais drenados e ensaios de condutividade hidráulica (estes restritos às misturas com argila). A análise global dos resultados permitiu a identificação de padrões de comportamento dos solos reforçados, que independem do tipo de solo, e outros que dependem fundamentalmente das características do solo empregado.

Neste trabalho foi estudado o comportamento de fundações superficiais apoiadas em sistema de dupla camada, quando a superior é cimentada. O estudo consistiu-se de três etapas, chamadas de Etapa de Laboratório, Etapa Numérica e Etapa de Campo. Na Etapa de Laboratório foi verificada a viabilidade técnica de utilizar os resíduos industriais cinza pesada e cal de carbureto na estabilização de um solo residual de arenito botucatu. Estudou-se a reatividade da cinza pesada com a cal de carbureto, a influência da temperatura e do tempo de cura no desenvolvimento das reações pozolânicas, a influência de diferentes teores de resíduos na resistência à compressão simples, compressão diametral e durabilidade, objetivando definir uma mistura ótima e, ainda, o impacto ambiental da utilização da mistura ótima, através de ensaios de lixiviação e solubilização. Na Etapa Numérica foi estudado, através do Método dos Elementos Finitos, o comportamento de fundações superficiais apoiadas em dupla camada. O modelo utilizado para representar o comportamento do material cimentado e não-cimentado foi o elástico-plástico com critério de ruptura de Drucker-Prager e fluxo não-associado. Verificou-se, através de análise paramétrica, a influência da espessura da camada cimentada e do diâmetro da fundação, bem como a influência dos parâmetros dos materiais cimentado e não-cimentado na resposta carga x recalque de fundações superficiais. Na Etapa de Campo foram construídos aterros experimentais utilizando a mistura ótima determinada na Etapa de Laboratório e, sobre estes aterros, foram executados provas de carga de placas. A análise dos resultados obtidos nas três etapas levou às seguintes conclusões: é possível utilizar cinza pesada e cal de carbureto para estabilizar o solo residual de botucatu; o comportamento de fundações superficiais sobre solos cimentados é controlado pela relação espessura da camada cimentada diâmetro da fundação; os parâmetros ângulo de atrito e módulo de elasticidade da camada cimentada não influenciam os resultados de prova de carga; a ruptura da fundação é função de dois mecanismos progressivos, os quais são função das tensões de tração geradas na parte inferior da camada cimentada e das tensões cisalhantes existentes logo abaixo das bordas da fundação. / In this work the behavior of shallow foundations on a double layer system when the upper is cemented was studied. The study consisted of three stages named Laboratory Stage, Numerical Stage and Field Stage. In the Laboratory Stage the technical viability of using the industrial by-products such as bottom ash and carbide lime in the stabilization of a sandstone residual soil was verified. The reactivity of the bottom ash with carbide lime, the influence of the temperature and time of curing in the development of the pozzolanic reactions, the influence of different amounts of residues in the unconfined strength, tensile strength and durability, were studied. The objective of the later study was to define the optimum mixture. The environmental impact of using the residues was verified through lixiviation and solubilization tests. In the Numerical Stage the behavior of shallow foundations on double layer system was studied using the Finite Element Method. The elastic-perfectly plastic model with Drucker-Prager failure criteria and non-associated flow rule was used to represent the behavior of the cemented and uncemented materials. The influence of cemented layer thickness and diameter of the foundation, and the cemented and uncemented material parameters in the load x settlement response of shallow foundations was verified using parametric analysis. In the Field Stage three experimental fills were built using the optimum mixture determined in the Laboratory Stage on which plate load tests were executed. The analysis of the results obtained in the three stages led to the following conclusions: it is possible to use bottom ash and carbide lime to stabilize the sandstone residual soil; the behavior of foundations is governed by the thickness of the cemented layer/diameter of the foundation ratio; the parameters friction angle and elasticity module of the cemented layer do not influence the results of load test; the rupture of the foundation is function of two progressive mechanisms, which are function of the tension stress generated in the bottom part of the cemented layer and of the shear stress below the corner of the foundation; it is possible to estimate the load capacity regarding 2% of the relative settlement, through the methodology proposed in this work.

O presente trabalho tem como objetivo estudar o comportamento mecânico de camadas de um solo residual areno-siltoso reforçado com a adição de fibras de polipropileno distribuídas aleatoriamente na massa de solo, sob carregamento estático, visando o assentamento de fundações superficiais. O estudo se baseou em duas etapas, uma de laboratório e outra de campo. O programa experimental de laboratório consistiu na realização de ensaios triaxiais adensados drenados a fim de se estudar o comportamento do solo residual e de misturas solo-fibra em termos de tensão-deformação-resistência. Foram analisadas tensões confinantes, comprimentos, teores e diâmetros de fibras de polipropileno. Também foi avaliado o comportamento ao longo de ciclos carga-descarga-recarga para o solo reforçado, a influência da velocidade de carregamento, bem como o comportamento do solo residual e do solo-fibra, não somente na umidade ótima e densidade máxima, como também nos ramos seco e úmido da curva de compactação, obtida sob energia Proctor Normal. Na etapa de campo foram construídos aterros experimentais com camadas de solo residual compactado e do mesmo reforçado com fibras, e sobre estes foram executadas provas de carga (placa circular) com o objetivo de avaliar o comportamento carga x recalque de fundações superficiais. Uma comparação entre os resultados de ensaios triaxiais realizados sobre amostras de solo reforçado reconstituídas em laboratório e sobre amostras retiradas em campo é apresentada. A análise global dos resultados permitiu identificar as alterações provocadas pela inclusão aleatória de fibras de polipropileno no solo residual de arenito. Os resultados dos ensaios de placa sobre camadas de solo compactado com e sem reforço fibroso demonstraram um aumento significativo da capacidade de suporte com a inclusão de fibras, além de uma redução considerável dos recalques, quando comparado ao comportamento do solo residual compactado.

A execução da pavimentação da malha viária municipal urbana deve seguir um eficiente planejamento técnico-econômico para adequada gestão de recursos financeiros. Soluções alternativas como: bases de solo estabilizado com cinza-cal ou areia-asfalto, e revestimentos de areia-asfalto, reafirmam-se de grande valia para pavimentos de baixo custo na região litorânea do Rio Grande do sul, onde há abundância de areias e falta de agregados pétreos. Considere-se ainda, que a proximidade de usinas termoelétricas, geradoras de grandes quantidades de cinzas, facilita a utilização desde rejeito, o que diminui o passivo ambiental. Para o estudo dos materiais foi necessária a caracterização das jazidas de areia de Rio Grande, das cinzas da Usina Termoelétrica de Candiota e das cinzas da queima do carvão do secador de grãos da empresa Bianchini localizada em Rio Grande. Foram realizados ensaios de granulometria, peso específico, equivalente de areia e o ensaio Goldbeck. Com o objetivo de analisar o comportamento mecânico das misturas foram realizados os ensaios Marshall, módulo resiliente, resistência à compressão e à tração e de desgaste de misturas betuminosas. Com os resultados dos ensaios citados, realizou-se a análise paramétrica, através do programa de diferenças finitas Elsym 5, para dimensionar diversos tipos de pavimentos, onde as variáveis foram os teores de CAP do revestimento e as porcentagens de cal das misturas de cinza-cal. Concluiu-se então, que a utilização das misturas de areia-asfalto e cinza-cal são satisfatórias para pavimentos com baixo volume de tráfego, salientando os problemas de se trabalhar com as misturas a frio, devido ao elevado tempo de cura. A construção de um trecho experimental surge como sugestão para analisar o desempenho destes pavimentos quanto à durabilidade e a resistência à derrapagem.