Thesis(M.S.)--Auburn University, 2006. / Abstract. Vita. Includes bibliographic references.

Thesis (Ph. D.)--Columbia University, 1935. / Vita. Bibliography: p. 27.

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2005. / Available online via OhioLINK's ETD Center; full text release delayed at author's request until 2008 Dec 31

Cada vez mais frequente a utilização de técnicas tradicionais da engenharia geotécnica depara-se com obstáculos de caráter econômico e ambiental. A técnica do solo-cal torna-se atrativa quando o melhoramento das propriedades do solo do local constitui-se numa alternativa de projeto. A técnica de tratamento de solos com cal encontra aplicação, por exemplo, na construção de bases para pavimentos, na proteção de taludes em barragens de terra e como camada de suporte para fundações superficiais. As últimas pesquisas em solos tratados com cal estão no desenvolvimento de metodologias de dosagem baseadas em critérios racionais onde a relação volume de vazios/volume de cal desempenha papel fundamental na obtenção da resistência desejada. Nesse sentido, este estudo tem por objetivo validar a relação volume de vazios/volume de cal na estimativa da resistência à compressão simples e triaxial, comportamento tensão-dilatância e rigidez inicial de um solo tratado com cal curado por períodos longos e quantificar a influência da adição de resíduos de diferentes potenciais de reatividade no comportamento mecânico do solo-cal. Para isso foram realizados ensaios de compressão simples e triaxial, medidas de sucção matricial e medidas de G0 através da técnica de bender elements. Os resultados mostram uma correlação entre resistência e o módulo cisalhante inicial; e que os mesmos crescem não linearmente com o aumento da quantidade de cal e com a redução na porosidade da mistura compactada curada por períodos longos. Para uma mesma relação vazios/cal, a adição de resíduos nas misturas teve um efeito significativo no comportamento do solo-cal estudado. A relação vazios/cal, definido pela razão entre a porosidade da mistura compactada e o teor volumétrico de cal, ajustado por uma potência, demonstrou ser um parâmetro eficaz na estimativa do comportamento mecânico do solo-cal estudado e independe do tempo de cura, de tensões confinantes e da adição de resíduos, na faixa de valores estudado. / Not rarely, the use of traditional techniques in geotechnical engineering faces obstacles of economical and environmental nature. The soil-lime technique becomes attractive when the improvement of the local soil is a project alternative. The treatment of soils with lime finds application, for instance, in the construction of pavement base layers, in slope protection of earth dams and as a support layer for shallow foundations. The last researches in soils treated with lime are in the development of dosage methodologies based on rational criteria where the voids/lime ratio plays a fundamental role in the assessment of the target strength. In that sense, this study has for objective to validate the use of the voids/lime ratio in the estimate of unconfined and confined compression strength, stress-dilatancy behavior and initial shear modulus of a treated soil with lime cured by long periods and to quantify the influence of the insertion of industrial wastes of different potentials reactivity in the mechanical behavior of the soil-lime. For that, a number of unconfined and confined compression tests, measurements of matric suction and bender elements were carried out. The results show a correlation between compression tests and the initial shear modulus; and that the same ones increased not linearly with the increase in lime content as well as with the reduction in the porosity of the compacted mixture cured for long periods. For a same voids/lime ratio value, the insertion of industrial wastes in the mixtures had a significant effect in the behavior of the soil-lime studied. In contrast, the voids/lime ratio, defined as the ratio between the porosity of the compacted mixture and the volumetric lime content, adjusted by a power, demonstrated to be the most appropriate parameter to assess the mechanical behavior of the soil-lime mixture studied and is independent of the curing time, of confined compression tests and of the insertion of industrial wastes, in the range of values studied.

Os postes de madeira da rede de distribuição de energia elétrica são tratados com preservantes para aumentar sua vida útil. Dentre os diversos tipos de preservantes de madeira disponíveis no mercado, o mais utilizado é o arseniato de cobre cromatado (CCA), tendo em vista a sua elevada eficiência para preservar a madeira. A presença de metais nestes preservantes exige uma destinação adequada ao fim da vida útil do poste. O presente estudo propõe a utilização do processo de pirólise como uma alternativa para a destinação final dos postes de madeira removidos da rede de distribuição de energia elétrica. A pirólise da madeira tratada com CCA promove a liberação de compostos voláteis perigosos devido à presença dos metais (Cr/Cu/As) em sua composição. Com o intuito de minimizar estas emissões, reagentes de baixo custo (a base de cálcio) podem ser utilizados durante o processo pirolítico. Neste trabalho, foram avaliados os efeitos de diferentes parâmetros de operação (temperatura, tempo de isoterma, taxa de aquecimento, razão madeira/CaO e velocidade superficial) sobre a retenção dos metais no char da madeira tratada com CCA, bem como a influência dos compostos de cálcio sobre o poder calorífico do gás combustível gerado no processo de pirólise. A caracterização da madeira tratada com CCA indicou diferenças na composição química das frações testadas (C1-alburno externo, C2-alburno interno e C3-cerne), especialmente no teor de metais. As análises para a determinação da distribuição de metais indicaram que a concentração de compostos metálicos tende à zero na linha central do poste, de forma que a elevada concentração de metais está localizada na fração externa do poste. Na análise imediata, foi observado um teor mais elevado de cinzas na fração externa da madeira. Na Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) a madeira com CCA apresentou bandas similares a de uma biomassa convencional. Na Análise Termogravimétrica (TGA), observaram-se picos próximos a 276 e 354 ºC, referentes à degradação térmica das hemiceluloses e da celulose, respectivamente. A energia de ativação determinada pelo método de Kissinger foi próxima a 156 kJ·mol-1. A Ea média calculada no método de Flynn-Wall-Ozama foi de aproximadamente 153 kJ·mol-1 para C1, 182 kJ·mol-1 para C2 e 170 kJ·mol-1 para C3. Os mecanismos de reação no estado sólido verificados no método de Criado foram comandados, em sua maioria, por processos de difusão. Sob condições controladas de operação, (temperatura, tempo de residência e vazão de ar) o carbonato de cálcio (CaCO3) foi calcinado visando a obtenção de óxido de cálcio (CaO) com elevada área superficial. Os ensaios preliminares de calcinação indicaram que o CaO com maior área superficial foi obtido a 850 ºC com um tempo de residência de 5 min. Na primeira série de ensaios de pirólise verificou-se que à medida que CaO foi adicionado ao sistema, a emissão de metais e a produção de óleo foram inferiores. No segundo lote dos ensaios de pirólise, os efeitos preponderantes para a retenção dos metais no char foram a granulometria elevada das partículas, a adição de CaO e a taxa de aquecimento. Devido à adição de CaO, obteve-se menor concentração de CO2 e foi produzido um gás combustível com poder calorífico próximo a 25 MJ·Nm-3. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2015-12-04T12:00:33Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Janaina Junges.pdf: 280866 bytes, checksum: b03a0ac95408121d4fa4ce8fd60796f8 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-04T12:00:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Janaina Junges.pdf: 280866 bytes, checksum: b03a0ac95408121d4fa4ce8fd60796f8 (MD5) / Companhia Paulista de Força e Luz, CPFL / Wooden poles of the electricity distribution network are treated with preservatives to increase their shelf life. Among the various types of wood preservatives available on the market, the most used is the chromated copper arsenate (CCA), due to its high efficiency for preserving wood. The presence of metals in these preservatives requires proper disposal at the end of pole life. This study proposes the use of pyrolysis process (under controlled conditions) as an alternative to wooden poles disposal after removed from the electricity distribution network. The pyrolysis of CCA treated wood promotes the release of dangerous volatile compounds due to the presence of metals (Cr/Cu/As) in its composition. In order to minimize these emissions, low cost reagents (based on calcium) can be used during the pyrolytic process. In this work, the effect of different operating parameters (temperature, residence time, heating rate, wood/CaO ratio and superficial velocity) on the retention of metals in the char was evaluated, as well as the influence of calcium compounds on the calorific value of the fuel gas generated in the pyrolysis process. The characterization of CCA treated wood indicated differences in the chemical composition of the tested fractions (C1-sapwood, C2- outer core and C3-cord), especially in the metal content. The metals distribution analysis indicated that the concentration of metallic compounds tend to zero at the center of the pole, so the high concentration of metal is located on the outer portion. In the proximate analysis, a higher ash content on the outer portion was observed. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) showed bands very similar to a conventional biomass. In Thermogravimetric Analysis (TGA) peaks centered at 276 and 354 ºC were observed, relating to thermal degradation of hemicellulose and cellulose respectively. The activation energy determined by the Kissinger method was approximately 156 kJ·mol-1. The mean activation energy by the Flynn-Wall-Ozama method was 153 kJ·mol-1 for C1, 182 kJ·mol-1 for C2 and 170 kJ·mol-1 for C3. The degradation reaction mechanism determined by using the Criado is mostly controlled by diffusion processes. Under controlled operating conditions (temperature, residence time and air flow) calcium carbonate (CaCO3) was heated in order to obtain calcium oxide (CaO) with a higher surface area. Preliminary tests indicated that the calcination of CaO with greater surface area was obtained at 850 ºC with a residence time of 5 min. In the first series of pyrolysis tests, as CaO was added to the system, lesser metals emission and oil yield were observed. In the second set of pyrolysis tests, the relevant effects identified on the retention of metals was the high particle size of the wood, the addition of CaO and the heating rate. Due to the addition of CaO, the CO2 concentration was reduced and it was produced a combustible gas with a calorific value close to 25 MJ·Nm-3.

Cada vez mais frequente a utilização de técnicas tradicionais da engenharia geotécnica depara-se com obstáculos de caráter econômico e ambiental. A técnica do solo-cal torna-se atrativa quando o melhoramento das propriedades do solo do local constitui-se numa alternativa de projeto. A técnica de tratamento de solos com cal encontra aplicação, por exemplo, na construção de bases para pavimentos, na proteção de taludes em barragens de terra e como camada de suporte para fundações superficiais. As últimas pesquisas em solos tratados com cal estão no desenvolvimento de metodologias de dosagem baseadas em critérios racionais onde a relação volume de vazios/volume de cal desempenha papel fundamental na obtenção da resistência desejada. Nesse sentido, este estudo tem por objetivo validar a relação volume de vazios/volume de cal na estimativa da resistência à compressão simples e triaxial, comportamento tensão-dilatância e rigidez inicial de um solo tratado com cal curado por períodos longos e quantificar a influência da adição de resíduos de diferentes potenciais de reatividade no comportamento mecânico do solo-cal. Para isso foram realizados ensaios de compressão simples e triaxial, medidas de sucção matricial e medidas de G0 através da técnica de bender elements. Os resultados mostram uma correlação entre resistência e o módulo cisalhante inicial; e que os mesmos crescem não linearmente com o aumento da quantidade de cal e com a redução na porosidade da mistura compactada curada por períodos longos. Para uma mesma relação vazios/cal, a adição de resíduos nas misturas teve um efeito significativo no comportamento do solo-cal estudado. A relação vazios/cal, definido pela razão entre a porosidade da mistura compactada e o teor volumétrico de cal, ajustado por uma potência, demonstrou ser um parâmetro eficaz na estimativa do comportamento mecânico do solo-cal estudado e independe do tempo de cura, de tensões confinantes e da adição de resíduos, na faixa de valores estudado. / Not rarely, the use of traditional techniques in geotechnical engineering faces obstacles of economical and environmental nature. The soil-lime technique becomes attractive when the improvement of the local soil is a project alternative. The treatment of soils with lime finds application, for instance, in the construction of pavement base layers, in slope protection of earth dams and as a support layer for shallow foundations. The last researches in soils treated with lime are in the development of dosage methodologies based on rational criteria where the voids/lime ratio plays a fundamental role in the assessment of the target strength. In that sense, this study has for objective to validate the use of the voids/lime ratio in the estimate of unconfined and confined compression strength, stress-dilatancy behavior and initial shear modulus of a treated soil with lime cured by long periods and to quantify the influence of the insertion of industrial wastes of different potentials reactivity in the mechanical behavior of the soil-lime. For that, a number of unconfined and confined compression tests, measurements of matric suction and bender elements were carried out. The results show a correlation between compression tests and the initial shear modulus; and that the same ones increased not linearly with the increase in lime content as well as with the reduction in the porosity of the compacted mixture cured for long periods. For a same voids/lime ratio value, the insertion of industrial wastes in the mixtures had a significant effect in the behavior of the soil-lime studied. In contrast, the voids/lime ratio, defined as the ratio between the porosity of the compacted mixture and the volumetric lime content, adjusted by a power, demonstrated to be the most appropriate parameter to assess the mechanical behavior of the soil-lime mixture studied and is independent of the curing time, of confined compression tests and of the insertion of industrial wastes, in the range of values studied.

Cada vez mais frequente a utilização de técnicas tradicionais da engenharia geotécnica depara-se com obstáculos de caráter econômico e ambiental. A técnica do solo-cal torna-se atrativa quando o melhoramento das propriedades do solo do local constitui-se numa alternativa de projeto. A técnica de tratamento de solos com cal encontra aplicação, por exemplo, na construção de bases para pavimentos, na proteção de taludes em barragens de terra e como camada de suporte para fundações superficiais. As últimas pesquisas em solos tratados com cal estão no desenvolvimento de metodologias de dosagem baseadas em critérios racionais onde a relação volume de vazios/volume de cal desempenha papel fundamental na obtenção da resistência desejada. Nesse sentido, este estudo tem por objetivo validar a relação volume de vazios/volume de cal na estimativa da resistência à compressão simples e triaxial, comportamento tensão-dilatância e rigidez inicial de um solo tratado com cal curado por períodos longos e quantificar a influência da adição de resíduos de diferentes potenciais de reatividade no comportamento mecânico do solo-cal. Para isso foram realizados ensaios de compressão simples e triaxial, medidas de sucção matricial e medidas de G0 através da técnica de bender elements. Os resultados mostram uma correlação entre resistência e o módulo cisalhante inicial; e que os mesmos crescem não linearmente com o aumento da quantidade de cal e com a redução na porosidade da mistura compactada curada por períodos longos. Para uma mesma relação vazios/cal, a adição de resíduos nas misturas teve um efeito significativo no comportamento do solo-cal estudado. A relação vazios/cal, definido pela razão entre a porosidade da mistura compactada e o teor volumétrico de cal, ajustado por uma potência, demonstrou ser um parâmetro eficaz na estimativa do comportamento mecânico do solo-cal estudado e independe do tempo de cura, de tensões confinantes e da adição de resíduos, na faixa de valores estudado. / Not rarely, the use of traditional techniques in geotechnical engineering faces obstacles of economical and environmental nature. The soil-lime technique becomes attractive when the improvement of the local soil is a project alternative. The treatment of soils with lime finds application, for instance, in the construction of pavement base layers, in slope protection of earth dams and as a support layer for shallow foundations. The last researches in soils treated with lime are in the development of dosage methodologies based on rational criteria where the voids/lime ratio plays a fundamental role in the assessment of the target strength. In that sense, this study has for objective to validate the use of the voids/lime ratio in the estimate of unconfined and confined compression strength, stress-dilatancy behavior and initial shear modulus of a treated soil with lime cured by long periods and to quantify the influence of the insertion of industrial wastes of different potentials reactivity in the mechanical behavior of the soil-lime. For that, a number of unconfined and confined compression tests, measurements of matric suction and bender elements were carried out. The results show a correlation between compression tests and the initial shear modulus; and that the same ones increased not linearly with the increase in lime content as well as with the reduction in the porosity of the compacted mixture cured for long periods. For a same voids/lime ratio value, the insertion of industrial wastes in the mixtures had a significant effect in the behavior of the soil-lime studied. In contrast, the voids/lime ratio, defined as the ratio between the porosity of the compacted mixture and the volumetric lime content, adjusted by a power, demonstrated to be the most appropriate parameter to assess the mechanical behavior of the soil-lime mixture studied and is independent of the curing time, of confined compression tests and of the insertion of industrial wastes, in the range of values studied.

Os postes de madeira da rede de distribuição de energia elétrica são tratados com preservantes para aumentar sua vida útil. Dentre os diversos tipos de preservantes de madeira disponíveis no mercado, o mais utilizado é o arseniato de cobre cromatado (CCA), tendo em vista a sua elevada eficiência para preservar a madeira. A presença de metais nestes preservantes exige uma destinação adequada ao fim da vida útil do poste. O presente estudo propõe a utilização do processo de pirólise como uma alternativa para a destinação final dos postes de madeira removidos da rede de distribuição de energia elétrica. A pirólise da madeira tratada com CCA promove a liberação de compostos voláteis perigosos devido à presença dos metais (Cr/Cu/As) em sua composição. Com o intuito de minimizar estas emissões, reagentes de baixo custo (a base de cálcio) podem ser utilizados durante o processo pirolítico. Neste trabalho, foram avaliados os efeitos de diferentes parâmetros de operação (temperatura, tempo de isoterma, taxa de aquecimento, razão madeira/CaO e velocidade superficial) sobre a retenção dos metais no char da madeira tratada com CCA, bem como a influência dos compostos de cálcio sobre o poder calorífico do gás combustível gerado no processo de pirólise. A caracterização da madeira tratada com CCA indicou diferenças na composição química das frações testadas (C1-alburno externo, C2-alburno interno e C3-cerne), especialmente no teor de metais. As análises para a determinação da distribuição de metais indicaram que a concentração de compostos metálicos tende à zero na linha central do poste, de forma que a elevada concentração de metais está localizada na fração externa do poste. Na análise imediata, foi observado um teor mais elevado de cinzas na fração externa da madeira. Na Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) a madeira com CCA apresentou bandas similares a de uma biomassa convencional. Na Análise Termogravimétrica (TGA), observaram-se picos próximos a 276 e 354 ºC, referentes à degradação térmica das hemiceluloses e da celulose, respectivamente. A energia de ativação determinada pelo método de Kissinger foi próxima a 156 kJ·mol-1. A Ea média calculada no método de Flynn-Wall-Ozama foi de aproximadamente 153 kJ·mol-1 para C1, 182 kJ·mol-1 para C2 e 170 kJ·mol-1 para C3. Os mecanismos de reação no estado sólido verificados no método de Criado foram comandados, em sua maioria, por processos de difusão. Sob condições controladas de operação, (temperatura, tempo de residência e vazão de ar) o carbonato de cálcio (CaCO3) foi calcinado visando a obtenção de óxido de cálcio (CaO) com elevada área superficial. Os ensaios preliminares de calcinação indicaram que o CaO com maior área superficial foi obtido a 850 ºC com um tempo de residência de 5 min. Na primeira série de ensaios de pirólise verificou-se que à medida que CaO foi adicionado ao sistema, a emissão de metais e a produção de óleo foram inferiores. No segundo lote dos ensaios de pirólise, os efeitos preponderantes para a retenção dos metais no char foram a granulometria elevada das partículas, a adição de CaO e a taxa de aquecimento. Devido à adição de CaO, obteve-se menor concentração de CO2 e foi produzido um gás combustível com poder calorífico próximo a 25 MJ·Nm-3. / Companhia Paulista de Força e Luz, CPFL / Wooden poles of the electricity distribution network are treated with preservatives to increase their shelf life. Among the various types of wood preservatives available on the market, the most used is the chromated copper arsenate (CCA), due to its high efficiency for preserving wood. The presence of metals in these preservatives requires proper disposal at the end of pole life. This study proposes the use of pyrolysis process (under controlled conditions) as an alternative to wooden poles disposal after removed from the electricity distribution network. The pyrolysis of CCA treated wood promotes the release of dangerous volatile compounds due to the presence of metals (Cr/Cu/As) in its composition. In order to minimize these emissions, low cost reagents (based on calcium) can be used during the pyrolytic process. In this work, the effect of different operating parameters (temperature, residence time, heating rate, wood/CaO ratio and superficial velocity) on the retention of metals in the char was evaluated, as well as the influence of calcium compounds on the calorific value of the fuel gas generated in the pyrolysis process. The characterization of CCA treated wood indicated differences in the chemical composition of the tested fractions (C1-sapwood, C2- outer core and C3-cord), especially in the metal content. The metals distribution analysis indicated that the concentration of metallic compounds tend to zero at the center of the pole, so the high concentration of metal is located on the outer portion. In the proximate analysis, a higher ash content on the outer portion was observed. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) showed bands very similar to a conventional biomass. In Thermogravimetric Analysis (TGA) peaks centered at 276 and 354 ºC were observed, relating to thermal degradation of hemicellulose and cellulose respectively. The activation energy determined by the Kissinger method was approximately 156 kJ·mol-1. The mean activation energy by the Flynn-Wall-Ozama method was 153 kJ·mol-1 for C1, 182 kJ·mol-1 for C2 and 170 kJ·mol-1 for C3. The degradation reaction mechanism determined by using the Criado is mostly controlled by diffusion processes. Under controlled operating conditions (temperature, residence time and air flow) calcium carbonate (CaCO3) was heated in order to obtain calcium oxide (CaO) with a higher surface area. Preliminary tests indicated that the calcination of CaO with greater surface area was obtained at 850 ºC with a residence time of 5 min. In the first series of pyrolysis tests, as CaO was added to the system, lesser metals emission and oil yield were observed. In the second set of pyrolysis tests, the relevant effects identified on the retention of metals was the high particle size of the wood, the addition of CaO and the heating rate. Due to the addition of CaO, the CO2 concentration was reduced and it was produced a combustible gas with a calorific value close to 25 MJ·Nm-3.

Direct capture of CO2 from ambient air is a developing technology, which is capable of removing CO2 directly from the atmosphere. Moreover, this technology is independent from sources of CO2 emissions. Hence, it can be set up at locations where pure stream of CO2 is needed such as in enhanced oil recovery. In this research, the performance of pelletized and natural limestone for CO2 capture from air in a fixed bed is studied. To compare the performance of sorbents for air capture, the effects of particle type (natural limestone and pelletized limestone), particle size (250-425 µm and 425-600 µm), gas flowrate (0.5 L/min and 1 L/min), and relative humidity, on the breakthrough time, breakthrough shape, and the global reaction rate are examined. Moreover, carbonation decay of sorbents over series of capture and regeneration cycles is studied. If the inlet stream (air) is humidified at 50% relative humidity, but the lime sorbents are not pre-hydrated, an axially non-uniform carbonated bed results. This phenomenon is due to the partial carbonation of sorbents at the first layers of the bed. While there is a competition between CO2 and water to react with CaO, partial carbonation reaction on the surface of the sorbents not only prevents further hydration, but also decreases the reaction rate at the surface. However, in comparison with a dry system where relative humidity was negligible and sorbents were not pre-hydrated, the observed carbonation conversion was higher. The best results were seen from experiments with pre-hydrated sorbents and humidified inlet stream. The smaller sorbent particles had a better performance (sharper breakthrough curve and longer breakthrough time) due to their greater surface area. A gas-solid reaction model was fitted to the breakthrough curves. Since at the beginning of carbonation there is no resistance of the product layer, it can be assumed that the process is reaction controlled. While after formation of the product layer (CaCO3), it becomes diffusion controlled. Results from fitted data also confirmed these conclusions. Moreover, each of sorbent went through 9 cycles and after each cycle the carbonation conversion of the sorbents was measured by TGA and the surface area by BET.

There are many studies about how the addition of lime and rice husk ash (RHA) gives the soil a better mechanical behavior, particularly on clayey soils, where usually fine particles reach more than 75%. However, the soils with a small presence of fine particles (59-60%) do not have much research. This analysis evaluates the influence that RHA has on this kind of soil stabilized with 3% of lime. After the initial mix of soil-lime, CBR increased 11.2 times its initial value; within the addition of the ash, the CBR averaged between 45-50% up until 28% of RHA was added, where the results decreased considerably. Soil workability improved and the specimens with more ash resulted in a more granular material, with a group index value 0 following the AASHTO standards. The greatest CBR record was obtained with the specimen of 16% RHA, 3% lime and soil, reaching a 51.3% CBR, 1.58g/cm3 of MDD and 16.5% of OMC. Yet, it only showed a 1.55% more resistance than the lime-soil specimen. The CBR with more presence of RHA tends to decrease its value, therefore for silica-rich clayey soils, the addition of lime by itself should be enough for an adequate performance.