Este trabalho apresenta a quantificação da expansão e suas características, principalmente a influência da sucção, em amostras de materiais sedimentares argilosos provenientes da Formação Corumbataí, aflorantes no interior do estado de São Paulo. Foram testadas amostras indeformadas, e amostras destorroadas e compactadas em diferentes umidades, em ensaios de pressão de expansão a volume constante por inundação, e também, com sucção controlada por meio da técnica da transferência de vapor. Foram ensaiadas, ainda, misturas compactadas desse material com bentonita em diferentes proporções, e misturas de bentonita com material não expansivo arenoso oriundo da Formação Botucatu. O controle de sucção foi realizado pelo uso de soluções salinas de NaCl em concentrações preparadas para impor sucções de 40.000, 25.000, 10.000 e 5.000 kPa. Para a realização dos ensaios, construiu-se um sistema de aplicação de cargas e de aquisição automática dos dados de pressão. Para acelerar o processo de umedecimento por vapor, utilizou-se um reservatório externo ligado em uma bomba de ar adaptada para promover a circulação do vapor de ar para dentro da célula edométrica, especialmente construída para esta pesquisa. Os resultados de expansão nos ensaios com inundação mostraram pressões de expansão crescentes com a diminuição dos teores de umidade, e consequente aumento da sucção inicial das amostras ensaiadas, bem como crescentes com o aumento na proporção de bentonita nas misturas, com valores máximos em torno de 700 kPa para o ensaio com a bentonita pura compactada seca. A análise da microestrutura das amostras por meio da porosimetria por intrusão de mercúrio permitiu constatar que as amostras indeformadas apresentaram variação, apenas, nos macroporos após a expansão; e as compactadas na umidade ótima e, posteriormente secas ao ar, não mostraram evolução significativa após a expansão. Na microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi possível verificar a mudança nos vazios das amostras, bem como, visualizar a variação na estrutura e na textura. Além disso, no MEV foram confirmados, também, os argilominerais determinados na caracterização mineralógica. Os resultados dos ensaios de expansão com sucção controlada mostraram ausência de pressão de expansão para as amostras da Formação Corumbataí nas condições indeformada, e na condição compactada na umidade ótima e posteriormente seca ao ar. No entanto, esse material, quando compactado seco na forma de pó, e também, compactado seco misturado com bentonita em diferentes proporções, revelou pressões de expansão com a transferência de vapor, assim como, as misturas de bentonita com material não expansivo da Formação Botucatu. A ausência de expansão foi justificada pela forma lenta de umedecimento proporcionada pela transferência de vapor que, apesar de promover o aumento do teor de umidade das amostras, não mobilizou variação volumétrica suficientemente capaz de transmitir como pressão de expansão. Portanto, os ensaios de expansão, com a utilização da técnica de transferência de vapor, foram efetivos para avaliar a expansão somente nos casos em que argilominerais com potencial expansivo estavam presentes em proporções consideráveis. / This thesis presents the quantification and characterization of expansion, especially the influence of suction on samples of sedimentary materials from Corumbatai Formation that occurs in Sao Paulo. Undisturbed and compacted samples with different moisture contents were tested with swelling pressure tests at constant volume method by flooding, and also with suction control by vapour transfer technique. Compacted mixtures of this material with bentonite in differents proportions, and mixtures of bentonite with sandy non-expansive material from the Botucatu Formation were also tested. The suction control was performed by the use of NaCl salt solutions at concentrations prepared to perform 40,000, 25,000, 10,000 and 5,000 kPa suctions. For the tests, it was developed a system for load application and automatic retrieval of pressure. To accelerate the wetting process by vapour, we used an external reservoir connected to an air pump adapted to promote air circulation inside the edometric cell, specially made for this study. The expansion results in flooding tests showed increasing swelling pressure with decreasing moisture content. Consequently there was an increase in the initial suction of the tested samples, which kept increasing as the rate of bentonite was raised in the mixtures, with a peak of ca. 700 kPa for the test with dry pure bentonite compacted. In the microstructure analysis of the samples by mercury intrusion porosimetry, the samples showed variation only in macropores after swell; and the ones compacted at optimum moisture, and subsequently air dried, showed no significant change after the swell. In scanning electron microscopy (SEM) it was possible to verify the change in the voids of the samples, as well as to visualize the variation in the structure and texture. In addition, the SEM confirmed clay minerals deterninated in mineralogical characterization. The results of controlled suction with swell tests showed absence of swell pressure for Corumbatai samples tested in undisturbed conditions, and compacted condition at optimum moisture content, and then air dried. However, when compacted in the form of dry powder, as well as when compacted dry, mixed with different proportions of bentonite, this material showed swelling pressures with vapor transfer technique, as well as mixtures of bentonite with non-expansive material of Botucatu Formation. The absence of swell was explained by the slow damping provided by the vapor transfer that although promoting increasing dampen, did not sufficiently mobilized volume variation capable of transmitting blowing pressure. Therefore, the swell tests with the vapor transfer technique were effective to evaluate the swelling just in cases where clay minerals with swell potential were present in significant proportions.

Este trabalho apresenta a quantificação da expansão e suas características, principalmente a influência da sucção, em amostras de materiais sedimentares argilosos provenientes da Formação Corumbataí, aflorantes no interior do estado de São Paulo. Foram testadas amostras indeformadas, e amostras destorroadas e compactadas em diferentes umidades, em ensaios de pressão de expansão a volume constante por inundação, e também, com sucção controlada por meio da técnica da transferência de vapor. Foram ensaiadas, ainda, misturas compactadas desse material com bentonita em diferentes proporções, e misturas de bentonita com material não expansivo arenoso oriundo da Formação Botucatu. O controle de sucção foi realizado pelo uso de soluções salinas de NaCl em concentrações preparadas para impor sucções de 40.000, 25.000, 10.000 e 5.000 kPa. Para a realização dos ensaios, construiu-se um sistema de aplicação de cargas e de aquisição automática dos dados de pressão. Para acelerar o processo de umedecimento por vapor, utilizou-se um reservatório externo ligado em uma bomba de ar adaptada para promover a circulação do vapor de ar para dentro da célula edométrica, especialmente construída para esta pesquisa. Os resultados de expansão nos ensaios com inundação mostraram pressões de expansão crescentes com a diminuição dos teores de umidade, e consequente aumento da sucção inicial das amostras ensaiadas, bem como crescentes com o aumento na proporção de bentonita nas misturas, com valores máximos em torno de 700 kPa para o ensaio com a bentonita pura compactada seca. A análise da microestrutura das amostras por meio da porosimetria por intrusão de mercúrio permitiu constatar que as amostras indeformadas apresentaram variação, apenas, nos macroporos após a expansão; e as compactadas na umidade ótima e, posteriormente secas ao ar, não mostraram evolução significativa após a expansão. Na microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi possível verificar a mudança nos vazios das amostras, bem como, visualizar a variação na estrutura e na textura. Além disso, no MEV foram confirmados, também, os argilominerais determinados na caracterização mineralógica. Os resultados dos ensaios de expansão com sucção controlada mostraram ausência de pressão de expansão para as amostras da Formação Corumbataí nas condições indeformada, e na condição compactada na umidade ótima e posteriormente seca ao ar. No entanto, esse material, quando compactado seco na forma de pó, e também, compactado seco misturado com bentonita em diferentes proporções, revelou pressões de expansão com a transferência de vapor, assim como, as misturas de bentonita com material não expansivo da Formação Botucatu. A ausência de expansão foi justificada pela forma lenta de umedecimento proporcionada pela transferência de vapor que, apesar de promover o aumento do teor de umidade das amostras, não mobilizou variação volumétrica suficientemente capaz de transmitir como pressão de expansão. Portanto, os ensaios de expansão, com a utilização da técnica de transferência de vapor, foram efetivos para avaliar a expansão somente nos casos em que argilominerais com potencial expansivo estavam presentes em proporções consideráveis. / This thesis presents the quantification and characterization of expansion, especially the influence of suction on samples of sedimentary materials from Corumbatai Formation that occurs in Sao Paulo. Undisturbed and compacted samples with different moisture contents were tested with swelling pressure tests at constant volume method by flooding, and also with suction control by vapour transfer technique. Compacted mixtures of this material with bentonite in differents proportions, and mixtures of bentonite with sandy non-expansive material from the Botucatu Formation were also tested. The suction control was performed by the use of NaCl salt solutions at concentrations prepared to perform 40,000, 25,000, 10,000 and 5,000 kPa suctions. For the tests, it was developed a system for load application and automatic retrieval of pressure. To accelerate the wetting process by vapour, we used an external reservoir connected to an air pump adapted to promote air circulation inside the edometric cell, specially made for this study. The expansion results in flooding tests showed increasing swelling pressure with decreasing moisture content. Consequently there was an increase in the initial suction of the tested samples, which kept increasing as the rate of bentonite was raised in the mixtures, with a peak of ca. 700 kPa for the test with dry pure bentonite compacted. In the microstructure analysis of the samples by mercury intrusion porosimetry, the samples showed variation only in macropores after swell; and the ones compacted at optimum moisture, and subsequently air dried, showed no significant change after the swell. In scanning electron microscopy (SEM) it was possible to verify the change in the voids of the samples, as well as to visualize the variation in the structure and texture. In addition, the SEM confirmed clay minerals deterninated in mineralogical characterization. The results of controlled suction with swell tests showed absence of swell pressure for Corumbatai samples tested in undisturbed conditions, and compacted condition at optimum moisture content, and then air dried. However, when compacted in the form of dry powder, as well as when compacted dry, mixed with different proportions of bentonite, this material showed swelling pressures with vapor transfer technique, as well as mixtures of bentonite with non-expansive material of Botucatu Formation. The absence of swell was explained by the slow damping provided by the vapor transfer that although promoting increasing dampen, did not sufficiently mobilized volume variation capable of transmitting blowing pressure. Therefore, the swell tests with the vapor transfer technique were effective to evaluate the swelling just in cases where clay minerals with swell potential were present in significant proportions.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-09-24T13:22:31Z No. of bitstreams: 1 ANTONO AUGUSTO PEREIRA DE SOUSA - TESE (PPGEP) 2007.pdf: 1426545 bytes, checksum: 83eb8c3bb345a67ce10d7dedea6c4ace (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-24T13:22:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANTONO AUGUSTO PEREIRA DE SOUSA - TESE (PPGEP) 2007.pdf: 1426545 bytes, checksum: 83eb8c3bb345a67ce10d7dedea6c4ace (MD5) Previous issue date: 2007-09-14 / O Brasil têm participação significativa no mercado mundial de rochas ornamentais e o Nordeste vem se destacando como uma região de granitos exclusivos e de grande aceitação no mercado externo, especialmente, no fornecimento de blocos. O emprego de argamassa expansiva para desmonte de rochas ornamentais, vem sendo um dos métodos mais procurados pelas indústrias extrativas, por suas inúmeras vantagens, ante os outros métodos para lavra. Entretanto, os aspectos econômicos inibem o incremento do uso de argamassa expansiva no Brasil, devido ao elevado custo, por se tratar de um produto importado. O objetivo deste trabalho é estudar algumas matérias-primas de origem nacional, especialmente, minerais não-metálicos do nordeste brasileiro, visando à obtenção de argamassa expansiva. Para desenvolvimento deste trabalho foram realizados ensaios de caracterização como fluorescência de raios-X (FRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-X (DRX), granulometria a laser e análises térmicas (ATD e ATG) e propriedade tecnológica da pressão de expansão das argamassas comerciais para utilizá-las como padrão, em seguida, foram estudadas composições preliminares de argamassa de diferentes formulações. Durante o estudo foi projetado e executado um equipamento para medição da pressão de expansão das argamassas. Os resultados indicaram que as formulações estudadas apresentaram características e desempenho próximos aos das argamassas comerciais. Os resultados obtidos indicaram a utilização do carbonato como principal matéria-prima para a obtenção do constituinte CaO que é o responsável pela pressão de expansão que provoca o desmonte de rochas ornamentais pelo uso de argamassa expansiva. Finalmente, foi desenvolvida e aplicada in loco num bloco de granito uma argamassa teste com 70% de CaO, 20% de CaCO3,10% de Cimento e 4% de retardador Industrial a base de carboximetilcelulose (CMC), hidratada com 42% de H20 potável, provocando a ruptura num período de 29 horas após a aplicação. / Brazil has significant participation in the ornamental rock world market and the Northeast of Brazil is outstanding as a region with fashionable granite and with great acceptation in the outside market, especially in the blocks supply. The use of expansive mortar to ornamental rock dismount is become one of most important method in the extractive industries, due to their advantages when compared with other methods. However, the economic aspects inhibit the increase in the use of expansive mortar in Brazil, due to elevated costs, once is an imported product. The aim of this work is to study some national raw materials, mainly non-metallic minerals from Brazilian northeast region, to obtain expansive mortar. To development of the research it was done characterization analysis (X-ray fluorescence (XRF), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), particle size by laser and thermal analysis (DTA and TG)) and technological properties measurement (expansion pressure) for the commercial mortar, to be used as a standard. It was studied some preliminary formulations and from this it was proposed the construction of a laboratory equipment to measure the expansion pressure of the mortars. The results indicate that the formulation show performance and characteristics close to the commercial mortars. The results also indicate the use of calcium carbonate as the main raw material to produce CaO, which is responsible for the expansion pressure and for the dismount of the ornamental rocks by expansive mortar. Finally, it was developed in laboratory and applied “in loco” in a granite block an expansive mortar with 70% of CaO, 20% of CaCO3, 10% of cement and 4% of industrial additive (carboxyl methyl cellulose) with 42% of brackish water and a rupture of the rock occurred with 29 hours after employed.

O estudo do fenômeno de expansão em solos argilosos tem-se restringido, na maioria das vezes, a estudos laboratoriais referentes ao comportamento mecânico do solo e as correlações com as propriedades índices e as classificações geotécnicas. Poucos são os estudos na área de mapeamento geotécnico em média e grande escala, existindo um vazio nas metodologias de mapeamento geotécnico no que se refere a esta classe de solos. Durante o desenvolvimento desta pesquisa sobre as características expansivas da Fm. Libertad, Quaternário (Uruguai), foram combinados os produtos obtidos das técnicas de mapeamento com os propriedades identificadas nos ensaios de caracterização e as medidas de expansão. A técnica de avaliação de terreno usando Landforms para separar unidades homogêneas, resultou em um grande auxílio permitindo direcionar os trabalhos e observações de campo e diminuir o numero de amostras a serem coletadas. O ensaio de caracterização da Capacidade de Troca Catiônica (CTC) da fração argila, usando a técnica de Azul de Metileno, mostrou-se coincidente com a identificação de argilo-minerais usando Difração de Raios X (DRX). Esses dados, associados aos valores de Pressão de Expansão e Expansão livre de amostra indeformadas, com umidade natural e secas ao ar, e de amostras compactadas com diferentes massas específicas seca (pd) e umidade constante (w=15%) permitiram identificar unidades com diferentes potenciais de expansão na Fm. Libertad. A combinação desses dados permitiu a produção da Carta de Potencial de Expansão do Solos, numa região de desenvolvimento urbano no Município de Montevidéu, Uruguai. Este documento fornece aos planejadores do uso e ocupação da área o conhecimento dos diferentes graus de restrição que devem ser levados em conta devido à presença de solos potencialmente expansivos. Elaborou-se uma proposta metodológica para a execução de trabalhos de mapeamento geotécnico de solos expansivos. / The swelling phenomenon of the clay soils has been studied mainly in laboratory with the objective of undestand the behavior of the soil and the correlations with the index properties and with the geotechnical classifications. In Engineering Geotechnical Mapping there is a lack of methodology about swell soil mapping in medium or large scale. In this research the swelling characteristics of the Libertad Formation (Uruguay) were studied by combination of the information obtained in the Engineering Geotechnical Mapping (scale 1:10.000) and the soil properties identified in the characterization and swelling tests. The technique of land evaluation using Landforms to separate homogeneous units, it resulted in a great aid allowing to guide the works and field observations and to reduce the number of samples to be collected. The characterization tests of cationic exchange capacity (CEC) of the clay, using the technique of adsorption of methilene blue, it was shown coincident with the identification of clay using X-Ray Diffraction (XRD). The swelling potentials of the Libertad Formation were determined based in the information of the values of swelling pressure and free swelling from undisturbed samples, both with natural moisture contents and air dried, besides the samples compacted with different apparent specific gravity (pd) and with constant moisture content (w= 15%). This procedure allowed the production of the Swelling Potential Chart of the soil in an suburban area of Montevideo City, Uruguay. This document can supply the information to the management of the area taken in account the different swelling potential of the soils. Finally it is presented a methodology to carry out Engineering Geological Mapping of the swelling soils.

O estudo do fenômeno de expansão em solos argilosos tem-se restringido, na maioria das vezes, a estudos laboratoriais referentes ao comportamento mecânico do solo e as correlações com as propriedades índices e as classificações geotécnicas. Poucos são os estudos na área de mapeamento geotécnico em média e grande escala, existindo um vazio nas metodologias de mapeamento geotécnico no que se refere a esta classe de solos. Durante o desenvolvimento desta pesquisa sobre as características expansivas da Fm. Libertad, Quaternário (Uruguai), foram combinados os produtos obtidos das técnicas de mapeamento com os propriedades identificadas nos ensaios de caracterização e as medidas de expansão. A técnica de avaliação de terreno usando Landforms para separar unidades homogêneas, resultou em um grande auxílio permitindo direcionar os trabalhos e observações de campo e diminuir o numero de amostras a serem coletadas. O ensaio de caracterização da Capacidade de Troca Catiônica (CTC) da fração argila, usando a técnica de Azul de Metileno, mostrou-se coincidente com a identificação de argilo-minerais usando Difração de Raios X (DRX). Esses dados, associados aos valores de Pressão de Expansão e Expansão livre de amostra indeformadas, com umidade natural e secas ao ar, e de amostras compactadas com diferentes massas específicas seca (pd) e umidade constante (w=15%) permitiram identificar unidades com diferentes potenciais de expansão na Fm. Libertad. A combinação desses dados permitiu a produção da Carta de Potencial de Expansão do Solos, numa região de desenvolvimento urbano no Município de Montevidéu, Uruguai. Este documento fornece aos planejadores do uso e ocupação da área o conhecimento dos diferentes graus de restrição que devem ser levados em conta devido à presença de solos potencialmente expansivos. Elaborou-se uma proposta metodológica para a execução de trabalhos de mapeamento geotécnico de solos expansivos. / The swelling phenomenon of the clay soils has been studied mainly in laboratory with the objective of undestand the behavior of the soil and the correlations with the index properties and with the geotechnical classifications. In Engineering Geotechnical Mapping there is a lack of methodology about swell soil mapping in medium or large scale. In this research the swelling characteristics of the Libertad Formation (Uruguay) were studied by combination of the information obtained in the Engineering Geotechnical Mapping (scale 1:10.000) and the soil properties identified in the characterization and swelling tests. The technique of land evaluation using Landforms to separate homogeneous units, it resulted in a great aid allowing to guide the works and field observations and to reduce the number of samples to be collected. The characterization tests of cationic exchange capacity (CEC) of the clay, using the technique of adsorption of methilene blue, it was shown coincident with the identification of clay using X-Ray Diffraction (XRD). The swelling potentials of the Libertad Formation were determined based in the information of the values of swelling pressure and free swelling from undisturbed samples, both with natural moisture contents and air dried, besides the samples compacted with different apparent specific gravity (pd) and with constant moisture content (w= 15%). This procedure allowed the production of the Swelling Potential Chart of the soil in an suburban area of Montevideo City, Uruguay. This document can supply the information to the management of the area taken in account the different swelling potential of the soils. Finally it is presented a methodology to carry out Engineering Geological Mapping of the swelling soils.