É extremamente comum que o solo de uma determinada região não tenha os parâmetros geotécnicos favoráveis a implementação de projetos de pavimentação e fundações. Com o passar do tempo, o homem ocupou praticamente todos os locais onde as características do solo são favoráveis à construção civil, principalmente nos grandes centros urbanos, restando os locais que desafiam os projetistas a fazerem obras de baixo custo e qualidade técnica. Com intuito de solucionar este problema, vários trabalhos estão sendo desenvolvidos através da técnica de melhoramento ou estabilização de solos com agentes cimentantes. Deste modo, o presente trabalho teve como objetivo validar uma nova abordagem para a obtenção de parâmetros de resistência ao cisalhamento de uma areia artificialmente cimentada. Para aplicação desta abordagem, utilizou-se resultados de compressão simples e diametral, sendo estes comparados com os resultados obtidos a partir de ensaios de compressão triaxial consolidados e drenados com as mesmas características dos ensaios de compressão não confinada. Com o intuito de enriquecer o conhecimento sobre o assunto, também foram aplicados outros modelos de previsão de resistência ao cisalhamento, tais como, o critério de ruptura de Griffith (1921) e o modelo experimental de Mitchell (1981). Para isto, o solo utilizado foi uma areia de granulometria fina com adição de Cimento Portland CPV-ARI, com três diferentes porcentagens de cimento em relação a massa de solo seco (3, 5,1 e 8,6) e, para tempos de cura de 03, 07, 28 e 90 dias. Baseados nos resultados obtidos através deste trabalho, concluiu-se que: quanto ao comportamento tensão-deformação, os ensaios apresentaram pico de resistência bem definido com comportamento de material rígido e queda acentuada da resistência após a ruptura; quanto a utilização da nova abordagem proposta, os parâmetros de resistência do modelo quando comparados com os resultados obtidos pelos ensaios triaxiais foram satisfatórios, deste modo validando esta metodologia. O emprego da teoria de Griffith e do modelo de Mitchell, não apresentaram resultados com a mesma qualidade obtida pela nova abordagem proposta. / It is extremely common that the soil of a particular region does not have the favorable geotechnical parameters for implementing paving and foundations projects. With the passage of time men has occupied virtually all locations where soil characteristics are favorable for constructions, especially in large urban centers, leaving the places that challenge engineers to design works of low cost and technical quality. In order to solve this problem, several studies are being developed through soil improvement and stabilization technique with cementing agents. Thus, the present study aimed to validate a new approach to obtain shear strength parameters of an artificially cemented sand. To apply this approach, results of unconfined compression tests were used, which were compared to the results obtained from consolidated and drained triaxial compression tests, with the same characteristics of the unconfined compressive tests. In order to enrich the knowledge on this subject, other models were applied to predict parameters of resistance, such as the Griffith (1921) failure criterion and the experimental model of Mitchell (1981). The soil used was a fine grained sand with addition of Portland cement CPV-ARI, with 3.00, 5.06 and 8.60 percentage of cement in relation to the mass of dry soil at curing times of 03, 07, 28 and 90 days. Based on the results obtained through this work, it was concluded that the use of the new approach proposed is valid because the strength parameters of the model when compared with the results obtained by the triaxial tests were satisfactory. The use of the Griffith theory and Mitchell model did not obtain results with the same quality obtained by the new approach proposed. Regarding the stress-strain behavior, the triaxial tests showed peak strength with well-defined behavior of rigid material and sharp drop in resistance after the rupture.

É extremamente comum que o solo de uma determinada região não tenha os parâmetros geotécnicos favoráveis a implementação de projetos de pavimentação e fundações. Com o passar do tempo, o homem ocupou praticamente todos os locais onde as características do solo são favoráveis à construção civil, principalmente nos grandes centros urbanos, restando os locais que desafiam os projetistas a fazerem obras de baixo custo e qualidade técnica. Com intuito de solucionar este problema, vários trabalhos estão sendo desenvolvidos através da técnica de melhoramento ou estabilização de solos com agentes cimentantes. Deste modo, o presente trabalho teve como objetivo validar uma nova abordagem para a obtenção de parâmetros de resistência ao cisalhamento de uma areia artificialmente cimentada. Para aplicação desta abordagem, utilizou-se resultados de compressão simples e diametral, sendo estes comparados com os resultados obtidos a partir de ensaios de compressão triaxial consolidados e drenados com as mesmas características dos ensaios de compressão não confinada. Com o intuito de enriquecer o conhecimento sobre o assunto, também foram aplicados outros modelos de previsão de resistência ao cisalhamento, tais como, o critério de ruptura de Griffith (1921) e o modelo experimental de Mitchell (1981). Para isto, o solo utilizado foi uma areia de granulometria fina com adição de Cimento Portland CPV-ARI, com três diferentes porcentagens de cimento em relação a massa de solo seco (3, 5,1 e 8,6) e, para tempos de cura de 03, 07, 28 e 90 dias. Baseados nos resultados obtidos através deste trabalho, concluiu-se que: quanto ao comportamento tensão-deformação, os ensaios apresentaram pico de resistência bem definido com comportamento de material rígido e queda acentuada da resistência após a ruptura; quanto a utilização da nova abordagem proposta, os parâmetros de resistência do modelo quando comparados com os resultados obtidos pelos ensaios triaxiais foram satisfatórios, deste modo validando esta metodologia. O emprego da teoria de Griffith e do modelo de Mitchell, não apresentaram resultados com a mesma qualidade obtida pela nova abordagem proposta. / It is extremely common that the soil of a particular region does not have the favorable geotechnical parameters for implementing paving and foundations projects. With the passage of time men has occupied virtually all locations where soil characteristics are favorable for constructions, especially in large urban centers, leaving the places that challenge engineers to design works of low cost and technical quality. In order to solve this problem, several studies are being developed through soil improvement and stabilization technique with cementing agents. Thus, the present study aimed to validate a new approach to obtain shear strength parameters of an artificially cemented sand. To apply this approach, results of unconfined compression tests were used, which were compared to the results obtained from consolidated and drained triaxial compression tests, with the same characteristics of the unconfined compressive tests. In order to enrich the knowledge on this subject, other models were applied to predict parameters of resistance, such as the Griffith (1921) failure criterion and the experimental model of Mitchell (1981). The soil used was a fine grained sand with addition of Portland cement CPV-ARI, with 3.00, 5.06 and 8.60 percentage of cement in relation to the mass of dry soil at curing times of 03, 07, 28 and 90 days. Based on the results obtained through this work, it was concluded that the use of the new approach proposed is valid because the strength parameters of the model when compared with the results obtained by the triaxial tests were satisfactory. The use of the Griffith theory and Mitchell model did not obtain results with the same quality obtained by the new approach proposed. Regarding the stress-strain behavior, the triaxial tests showed peak strength with well-defined behavior of rigid material and sharp drop in resistance after the rupture.

É extremamente comum que o solo de uma determinada região não tenha os parâmetros geotécnicos favoráveis a implementação de projetos de pavimentação e fundações. Com o passar do tempo, o homem ocupou praticamente todos os locais onde as características do solo são favoráveis à construção civil, principalmente nos grandes centros urbanos, restando os locais que desafiam os projetistas a fazerem obras de baixo custo e qualidade técnica. Com intuito de solucionar este problema, vários trabalhos estão sendo desenvolvidos através da técnica de melhoramento ou estabilização de solos com agentes cimentantes. Deste modo, o presente trabalho teve como objetivo validar uma nova abordagem para a obtenção de parâmetros de resistência ao cisalhamento de uma areia artificialmente cimentada. Para aplicação desta abordagem, utilizou-se resultados de compressão simples e diametral, sendo estes comparados com os resultados obtidos a partir de ensaios de compressão triaxial consolidados e drenados com as mesmas características dos ensaios de compressão não confinada. Com o intuito de enriquecer o conhecimento sobre o assunto, também foram aplicados outros modelos de previsão de resistência ao cisalhamento, tais como, o critério de ruptura de Griffith (1921) e o modelo experimental de Mitchell (1981). Para isto, o solo utilizado foi uma areia de granulometria fina com adição de Cimento Portland CPV-ARI, com três diferentes porcentagens de cimento em relação a massa de solo seco (3, 5,1 e 8,6) e, para tempos de cura de 03, 07, 28 e 90 dias. Baseados nos resultados obtidos através deste trabalho, concluiu-se que: quanto ao comportamento tensão-deformação, os ensaios apresentaram pico de resistência bem definido com comportamento de material rígido e queda acentuada da resistência após a ruptura; quanto a utilização da nova abordagem proposta, os parâmetros de resistência do modelo quando comparados com os resultados obtidos pelos ensaios triaxiais foram satisfatórios, deste modo validando esta metodologia. O emprego da teoria de Griffith e do modelo de Mitchell, não apresentaram resultados com a mesma qualidade obtida pela nova abordagem proposta. / It is extremely common that the soil of a particular region does not have the favorable geotechnical parameters for implementing paving and foundations projects. With the passage of time men has occupied virtually all locations where soil characteristics are favorable for constructions, especially in large urban centers, leaving the places that challenge engineers to design works of low cost and technical quality. In order to solve this problem, several studies are being developed through soil improvement and stabilization technique with cementing agents. Thus, the present study aimed to validate a new approach to obtain shear strength parameters of an artificially cemented sand. To apply this approach, results of unconfined compression tests were used, which were compared to the results obtained from consolidated and drained triaxial compression tests, with the same characteristics of the unconfined compressive tests. In order to enrich the knowledge on this subject, other models were applied to predict parameters of resistance, such as the Griffith (1921) failure criterion and the experimental model of Mitchell (1981). The soil used was a fine grained sand with addition of Portland cement CPV-ARI, with 3.00, 5.06 and 8.60 percentage of cement in relation to the mass of dry soil at curing times of 03, 07, 28 and 90 days. Based on the results obtained through this work, it was concluded that the use of the new approach proposed is valid because the strength parameters of the model when compared with the results obtained by the triaxial tests were satisfactory. The use of the Griffith theory and Mitchell model did not obtain results with the same quality obtained by the new approach proposed. Regarding the stress-strain behavior, the triaxial tests showed peak strength with well-defined behavior of rigid material and sharp drop in resistance after the rupture.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:48:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FranciscoMGL_DISSERT.pdf: 2920200 bytes, checksum: c9c74c01a86db791fd1fef40b8b653c2 (MD5) Previous issue date: 2012-03-09 / Soil improved with the addition of cement have been utilized as an alternative to the construction of various types of geotechnical works, almost always present economic and environmental advantages. This paper presents a study on the usage of cement in the improvement of mechanical properties of sandy soils, characteristic of the region of Natal, collected from its dunes. This research was made in order to analyze the influence of cement content, voids, and also including water immersion and confining pressure. Samples molded from cement-soil mixtures were tested for unconfined compression tests and triaxial tests. The samples had the percentage of cement mixed in 2.5%, 5% and 10% by weight. The cement agent used was the Portland Cement of High Early strength(CPV-ARI), which promoted agility to the experimental procedure for presenting a rapid gain in strenght. The void ratio used ranged from 0.7 (more compact), 0,9 and 1,1(softer). The soil under study can be considered as pure sand. In general, it can be stated that the larger the amount of cement added to the sand studied is, the greater ultimate strength will be. Likewise, as more compact the soil is, the less void ratio and more resistant it will be present. The confining pressure tends to increase the resistance of the specimens. The cementing adopted grades showed that the use of different criteria for failure did not significantly alter the stress-strain parameters for the sand studied. The angle of friction values were found within the typical range of medium and compact sands. Cementing acted in the sand providing an intercepted cohesion which increased enhancing the potential cementation. In triaxial compression tests, the sand with void ratio is equal to 0.7 and showed the expected behavior for a compact sand while the stress-strain behavior of the same sand with the void ratio of 0.9 tended to be expected for the soft sand as well / Solos melhorados com adi??o de cimento t?m sido bastante utilizados como alternativa na constru??o de diversos tipos de obras geot?cnicas, quase sempre por apresentar vantagens econ?micas e ambientais. Este trabalho apresenta um estudo sobre a utiliza??o de cimento no melhoramento das propriedades mec?nicas de solos arenosos caracter?sticos da regi?o de Natal, coletados em dunas. Foi avaliada a influ?ncia do teor de cimento, do ?ndice de vazios, da inunda??o e da tens?o confinante. Corpos-de-prova moldados a partir de misturas de solo-cimento foram submetidos a ensaios de resist?ncia ? compress?o simples e ? compress?o triaxial convencional. Nas amostras as porcentagens de cimento foram variadas em 2,5%, 5% e 10% em peso. O agente cimentante utilizado foi o Cimento Portland de Alta resist?ncia inicial (CP-V ARI), que promoveu agilidade ao procedimento experimental por apresentar um processo de cura mais r?pido.Os ?ndices de vazios utilizados variaram de 0,7 (mais compacto), 0,9 e 1,1(mais fofo). O solo estudado pode ser considerado como uma areia pura. De uma forma geral, pode-se afirmar que quanto maior a quantidade de cimento adicionado ? areia estudada, maior a sua resist?ncia final. Da mesma forma, quanto mais compacto estiver esse solo, isto ?, quanto menor o ?ndice de vazios, mais resistente ele se apresentar?. A tens?o confinante tende a aumentar a resist?ncia dos corpos de prova. Nos graus de cimenta??o adotados, a utiliza??o de diferentes crit?rios de ruptura n?o alterou significativamente os par?metros tens?o-deforma??o para a areia estudada. Os valores de ?ngulo de atrito encontrados estavam dentro dos valores t?picos para areias m?dias e compactas. A cimenta??o agiu na areia de modo a proporcionar um intercepto de coes?o que aumentou com o incremento da cimenta??o. Nos ensaios de compress?o triaxial, a areia com ?ndice de vazios igual a 0,7 apresentou o comportamento esperado para uma areia compacta, enquanto o comportamento tens?o deforma??o da mesma areia com ?ndice de vazios de 0,9 tendeu ao esperado para a areia fofa

Em virtude da necessidade de novas obras de infraestruturas, por muitas vezes, em locais onde o solo não atendia às necessidades básicas exigidas por elas, originam-se problemas de ordem geotécnica, os quais foram resolvidos por meio de misturas solo-cimento. O presente trabalho teve como objetivo o estudo de propriedades mecânicas e elásticas de misturas de areia e cimento, sendo este dividido em duas abordagens: experimental e micromecânica. Para a execução da abordagem experimental, além da execução de ensaios de resistência a compressão simples e medidas de parâmetros de rigidez ao longo do tempo, foi desenvolvido um minicone e também uma câmara triaxial de grandes proporções com os quais foram executados ensaios. A abordagem micromecânica foi realizada através da aplicação da teoria da homogeneização. Para avaliar as propriedades elásticas do compósito foram utilizados os modelos Mori-Tanaka e Auto-Consistente, enquanto que a obtenção da resistência homogeneizada foi baseada na teoria do estado limite. Os ensaios experimentais demostraram que os módulos medidos e a resistência à compressão simples possuem comportamentos semelhantes em relação ao aumento de sua magnitude. Os ensaios de prospecção do minicone demostraram que a tensão de confinamento influencia até corpos de prova cimentados. Ainda foram observadas relações entre o módulo de cisalhamento, a resistência à compressão simples e a resistência média de ponta. Os resultados obtidos através da abordagem micromecânica, quando confrontados com os resultados experimentais, apresentaram diferenças irrelevantes tanto para a resistência quanto para os módulos. Baseados nos resultados obtidos através desse trabalho concluiu-se que o comportamento das misturas areias-cimento é regido pelo índice oriundo da razão entre a porosidade e a quantidade volumétrica de cimento. Também foi comprovado o potencial da micromecânica como ferramenta de modelagem de misturas areia-cimento. / The necessity of new infrastructure earthworks in areas where the soil does not present the required mechanical properties originates problems of geotechnical order. These problems can be solved through the improvement of mechanical characteristics of the materials by reducing porosity through compaction, as well as the addition of cementitious materials such as Portland cement. This research aimed to evaluate the mechanical properties of sand-cement mixtures through two approaches: experimental and micromechanics. In the experimental approach were carried out unconfined compression tests and bender elements measurements over time in sand-cement specimens varying the porosity and the cement content. Furthermore, a mini-cone (MCPT) and a triaxial chamber of large proportions were developed, in which MCPT tests have been carried out under distinct confining pressures and distinctive sand-cement mixtures. In these tests, the variation of porosity and cement content was evaluated. The experimental results were analyzed from the perspective of the recently developed porosity-cement index. The results have shown that the porosity-cement index controls the mechanical properties of sand-cement mixtures from very small strains to failure. The micromechanical approach was performed by the theory of homogenization. To evaluate the elastic properties of the sand-cement composite, the Mori-Tanaka and self-consistent models were used, while the homogenized shear strength was obtained based on the limit state theory. The results obtained by the micromechanical approach, when compared with the experimental results, showed irrelevant differences to both strength and stiffness.

Em virtude da necessidade de novas obras de infraestruturas, por muitas vezes, em locais onde o solo não atendia às necessidades básicas exigidas por elas, originam-se problemas de ordem geotécnica, os quais foram resolvidos por meio de misturas solo-cimento. O presente trabalho teve como objetivo o estudo de propriedades mecânicas e elásticas de misturas de areia e cimento, sendo este dividido em duas abordagens: experimental e micromecânica. Para a execução da abordagem experimental, além da execução de ensaios de resistência a compressão simples e medidas de parâmetros de rigidez ao longo do tempo, foi desenvolvido um minicone e também uma câmara triaxial de grandes proporções com os quais foram executados ensaios. A abordagem micromecânica foi realizada através da aplicação da teoria da homogeneização. Para avaliar as propriedades elásticas do compósito foram utilizados os modelos Mori-Tanaka e Auto-Consistente, enquanto que a obtenção da resistência homogeneizada foi baseada na teoria do estado limite. Os ensaios experimentais demostraram que os módulos medidos e a resistência à compressão simples possuem comportamentos semelhantes em relação ao aumento de sua magnitude. Os ensaios de prospecção do minicone demostraram que a tensão de confinamento influencia até corpos de prova cimentados. Ainda foram observadas relações entre o módulo de cisalhamento, a resistência à compressão simples e a resistência média de ponta. Os resultados obtidos através da abordagem micromecânica, quando confrontados com os resultados experimentais, apresentaram diferenças irrelevantes tanto para a resistência quanto para os módulos. Baseados nos resultados obtidos através desse trabalho concluiu-se que o comportamento das misturas areias-cimento é regido pelo índice oriundo da razão entre a porosidade e a quantidade volumétrica de cimento. Também foi comprovado o potencial da micromecânica como ferramenta de modelagem de misturas areia-cimento. / The necessity of new infrastructure earthworks in areas where the soil does not present the required mechanical properties originates problems of geotechnical order. These problems can be solved through the improvement of mechanical characteristics of the materials by reducing porosity through compaction, as well as the addition of cementitious materials such as Portland cement. This research aimed to evaluate the mechanical properties of sand-cement mixtures through two approaches: experimental and micromechanics. In the experimental approach were carried out unconfined compression tests and bender elements measurements over time in sand-cement specimens varying the porosity and the cement content. Furthermore, a mini-cone (MCPT) and a triaxial chamber of large proportions were developed, in which MCPT tests have been carried out under distinct confining pressures and distinctive sand-cement mixtures. In these tests, the variation of porosity and cement content was evaluated. The experimental results were analyzed from the perspective of the recently developed porosity-cement index. The results have shown that the porosity-cement index controls the mechanical properties of sand-cement mixtures from very small strains to failure. The micromechanical approach was performed by the theory of homogenization. To evaluate the elastic properties of the sand-cement composite, the Mori-Tanaka and self-consistent models were used, while the homogenized shear strength was obtained based on the limit state theory. The results obtained by the micromechanical approach, when compared with the experimental results, showed irrelevant differences to both strength and stiffness.

Em virtude da necessidade de novas obras de infraestruturas, por muitas vezes, em locais onde o solo não atendia às necessidades básicas exigidas por elas, originam-se problemas de ordem geotécnica, os quais foram resolvidos por meio de misturas solo-cimento. O presente trabalho teve como objetivo o estudo de propriedades mecânicas e elásticas de misturas de areia e cimento, sendo este dividido em duas abordagens: experimental e micromecânica. Para a execução da abordagem experimental, além da execução de ensaios de resistência a compressão simples e medidas de parâmetros de rigidez ao longo do tempo, foi desenvolvido um minicone e também uma câmara triaxial de grandes proporções com os quais foram executados ensaios. A abordagem micromecânica foi realizada através da aplicação da teoria da homogeneização. Para avaliar as propriedades elásticas do compósito foram utilizados os modelos Mori-Tanaka e Auto-Consistente, enquanto que a obtenção da resistência homogeneizada foi baseada na teoria do estado limite. Os ensaios experimentais demostraram que os módulos medidos e a resistência à compressão simples possuem comportamentos semelhantes em relação ao aumento de sua magnitude. Os ensaios de prospecção do minicone demostraram que a tensão de confinamento influencia até corpos de prova cimentados. Ainda foram observadas relações entre o módulo de cisalhamento, a resistência à compressão simples e a resistência média de ponta. Os resultados obtidos através da abordagem micromecânica, quando confrontados com os resultados experimentais, apresentaram diferenças irrelevantes tanto para a resistência quanto para os módulos. Baseados nos resultados obtidos através desse trabalho concluiu-se que o comportamento das misturas areias-cimento é regido pelo índice oriundo da razão entre a porosidade e a quantidade volumétrica de cimento. Também foi comprovado o potencial da micromecânica como ferramenta de modelagem de misturas areia-cimento. / The necessity of new infrastructure earthworks in areas where the soil does not present the required mechanical properties originates problems of geotechnical order. These problems can be solved through the improvement of mechanical characteristics of the materials by reducing porosity through compaction, as well as the addition of cementitious materials such as Portland cement. This research aimed to evaluate the mechanical properties of sand-cement mixtures through two approaches: experimental and micromechanics. In the experimental approach were carried out unconfined compression tests and bender elements measurements over time in sand-cement specimens varying the porosity and the cement content. Furthermore, a mini-cone (MCPT) and a triaxial chamber of large proportions were developed, in which MCPT tests have been carried out under distinct confining pressures and distinctive sand-cement mixtures. In these tests, the variation of porosity and cement content was evaluated. The experimental results were analyzed from the perspective of the recently developed porosity-cement index. The results have shown that the porosity-cement index controls the mechanical properties of sand-cement mixtures from very small strains to failure. The micromechanical approach was performed by the theory of homogenization. To evaluate the elastic properties of the sand-cement composite, the Mori-Tanaka and self-consistent models were used, while the homogenized shear strength was obtained based on the limit state theory. The results obtained by the micromechanical approach, when compared with the experimental results, showed irrelevant differences to both strength and stiffness.