Com uma necessidade cada vez maior da utilização de materiais mais sustentáveis na construção civil, existe uma grande busca por novas substâncias que possam suprir as nossas necessidades de maneira mais “limpa”. O presente trabalho tem como foco propor uma metodologia de dosagem para a obtenção de solos artificialmente cimentados, com determinadas resistências e rigidezes, de maneira que eles sejam duráveis, com a adição de diferentes resíduos. O solo inicialmente estudado é a areia de Osório e os resíduos são a cal de carbureto e o pó de vidro. A cal de carbureto consiste basicamente de hidróxido de cálcio e o pó de vidro de sílica em estado amorfo, gerando assim uma combinação adequada para a ocorrência das reações pozolânicas. A metodologia de dosagem proposta relaciona as propriedades dos materiais com o fator η/Biv0,28, aos sete dias de cura, sendo η a porosidade do solo artificialmente cimentado e, Biv o teor volumétrico de agente cimentante no interior do mesmo (neste caso pó de vidro e cal de carbureto). O expoente externo 0,28 se assemelha ao encontrado em outras metodologias de dosagem para solos artificialmente cimentados com cimento Portland Com a finalidade de validar a metodologia proposta, para condições distintas das analisadas, foram executados ensaios com diferentes períodos de cura (180 dias), diferentes resíduos (cinza de casca de arroz) e um solo distinto (arenito Botucatu), chegando também a correlações do comportamento mecânico destes materiais com o fator η/Biv0,28. Os dados obtidos nesta pesquisa foram comparados com os resultados de outros pesquisadores que utilizaram cal com cinza volante de usinas de carvão juntamente com cal hidratada e de outros trabalhos que utilizaram cimento Portland, todos para criar solos artificialmente cimentados, e, mais uma vez, a metodologia proposta se mostrou eficaz. Foi possível ainda normalizar em função de um valor médio todos os resultados de rigidez, resistência e durabilidade obtendo assim equações únicas em função de η/Biv0,28 para todos os materiais analisados, chegando a uma correlação com mais de 1000 pontos no caso da resistência. / With a growing need for the use of more sustainable materials in construction, there is a great search for new substances that can meet our needs in a "cleaner" way. The present work aims to propose a dosing methodology for obtaining artificially cemented soils, with certain strengths and stiffness, so that they are durable, with the addition of different residues. The initially studied soil is the Osório sand and the residues are carbide lime and glass powder. The carbide lime basically consists of calcium hydroxide and the glass powder consists of silica in the amorphous state, thus generating a great combination for the occurrence of the pozolanic reactions. The proposed dosage methodology relates the properties of the materials with the factor η/Biv0.28, at the seven days of curing, in which η is the porosity of the artificially cemented soil and Biv is the volumetric content of the cementitious agent inside it (in this case powder glass and carbide lime) The external exponent 0.28 resembles that found in other dosing methodologies for artificially cemented soils with Portland cement. The methodology led to a unique correlation for all the dosages used. To validate the hypothesis which was raised, tests were carried out with different curing periods (180 days), different residues (rice husk ash) and a different soil (Botucatu sandstone), reaching optimum correlations. The data obtained in this research were compared with the results of other researchers who used lime with fly ash from coal plants together with hydrated lime and from other works that used Portland cement, all to create artificially cemented soils, and, once again, the proposed methodology proved to be excellent. It was also possible to normalize all the results of stiffness, strength and durability thus obtaining unique equations as a function of η/Biv0.28 for all materials analyzed, reaching a correlation with more than 1000 points.

O objetivo do presente trabalho foi estudar o comportamento mecânico de uma areia não saturada, com e sem reforço de fibras, através de ensaios de placa realizados em densidade relativa de 50% e 90%. Para o reforço da areia foi acrescentada a quantidade de 0,5% de fibra de polipropileno em relação ao peso seco de solo. A análise dos resultados dos ensaios de placa indica que a inclusão de fibras influencia significativamente no comportamento carga-recalque do material. O melhor resultado foi obtido para o ensaio realizado na maior densidade relativa (DR = 90%) com adição de fibras, apresentando uma mudança significativa no comportamento carga-recalque. Ensaios triaxiais também foram realizados a fim de obter os parâmetros de resistência e deformação dos materiais estudados. Além disso, ensaios de sucção foram realizados para avaliar a sua influência sobre os parâmetros de resistência do solo não saturado, com e sem reforço. / The aim of present research was to study the mechanical behavior of unreinforced and fiber-reinforced unsaturated sand through plate load tests carried out at relative densities of 50% and 90%. For the reinforced sand, 50 mm long polypropylene fibers were added at a concentration of 0.5% by dry weight. The analysis of the plate test results indicates that the soil load-settlement behavior is significantly influenced by the fiber inclusion. The best performance was obtained for the densest (DR=90%) fiber-sand mixture, where a significant change in the load-settlement behavior was observed. Triaxial tests were also carried out in order to establish the strength and deformation parameters of the materials studied. Furthermore, suction tests were carried out to investigate its potential influence on the strength parameters of the unsaturated fiber-reinforced and unreinforced materials.

O presente trabalho investigou o comportamento mecânico e hidráulico de novos materiais geotécnicos compósitos para a utilização em barreiras verticais do tipo Slurry Walls. Fundamentalmente, o objetivo do programa experimental foi analisar o comportamento tensão-deformação e a influência da poro-pressão, através de ensaios triaxiais e ensaios de compressão não-confinada em misturas solo-cimento-bentonita (SCB) e solo-cimentobentonita- fibra (SCBF) e também a condutividade hidráulica em misturas solo-bentonita-fibra (SBF) e solo-cimento-bentonita-fibra. As misturas testadas nos ensaios triaxiais, cisalhadas na condição não-drenada (CIU) com tensões efetivas entre 50 e 470 kPa, foram rompidas após um período de 7 dias de cura. Nestes ensaios, foram medidas as condutividades hidráulicas antes e após o cisalhamento dos corpos de prova, a fim de comparar e identificar o comportamento da condutividade quando as barreiras verticais são solicitadas.A condutividade hidráulica avaliada em permeâmetro de parede rígida para as misturas SBF e SCBF foram comparadas com resultados de misturas SB e SCB obtidos na literatura. Os resultados dos ensaios realizados indicaram uma mudança dos padrões de comportamento dos materiais compósitos em relação à situação sem reforço, como o aumento dos parâmetros de resistência ao cisalhamento e a diminuição das deformações volumétricas sob carregamento isotrópico. Os ensaios de condutividade hidráulica confirmaram que o comportamento do material não foi afetado pela adição das fibras. Já os ensaios de condutividade hidráulica realizados no equipamento triaxial demonstraram que a condutividade hidráulica aumenta após o cisalhamento do corpo de prova. / The present work aimed the investigation of the mechanical and hydraulic behavior of new geotechnical composite materials for use in vertical barrier walls (Slurry Walls). Fundamentally, the objective of the experimental program was to analyze the stress-strain behavior as well as the pore-pressure influence by means of triaxial tests, unconfined compression tests on mixtures of soil-cement-bentonite (SCB) and soil-cement-bentonitefiber (SCBF), and hydraulic conductivity tests on soil-bentonite-fiber (SBF) and soil-cementbentonite- fiber mixtures. The speciments formatted by the different mixtures were tested in the triaxial equipment, and sheared under consolidated isotropically undrained conditions (CIU) and efective stresses ranging from 50 to 470 kPa, after 7 days of curing. In these tests, the hydraulic conductivities were measured previously and after shearing the samples, in order to compare and identify the conductivity behavior at the moment in which the vertical barriers are requested. The hydraulic conductivity coefficients of SBF and SCBF mixtures obtained from rigid wall permeameter tests were compared with results existent in the literature for SB and SCB mixtures. The results indicated changes of the behavior standards for composite materials if compared with the unreinforced situation, such as increases of shear strength parameters and decreases of volumetric deformations under isotropic loading. The results of hydraulic conductivity tests confirmed that the behavior of the material is not affected by the addition of fibers. The results of hydraulic conductivity tests conducted in the triaxial equipment showed increases of the hydraulic conductivity coefficient after the shearing of the samples.

A tentativa de modificar algumas propriedades dos solos é antiga. Alguns autores fazem considerações a tentativas ocorridas a três mil anos atrás. Com o crescimento populacional e o desenvolvimento de novos sistemas de produção ocorridos após a Revolução Industrial no século XVIII, houve uma intensa ocupação territorial exigindo obras de infra-estrutura e obras complementares, tornando cada vez mais comum o melhoramento de solos. Uma técnica in situ passível de aplicação para melhorar as propriedades mecânicas dos solos é a técnica de eletrocinética associada à injeção de soluções químicas. Esta é caracterizada pela aplicação de um baixo gradiente elétrico através de eletrodos num meio poroso inundado com soluções químicas. Nesta pesquisa, foram realizados ensaios associando as soluções de cloreto de cálcio com água carbonatada, cloreto de cálcio com bicarbonato de sódio além de cloreto de cálcio com silicato de sódio. Para verificação da ocorrência da cimentação entre as partículas de areia, após a saturação do corpo de prova com as devidas soluções, mas anterior à aplicação da diferença de potencial elétrico ao solo, foram realizados três ensaios de prospecção com um Miniature Cone, desenvolvido nesta pesquisa. Esses foram comparados a outros três ensaios que foram realizados após o período de aplicação da técnica. Todas as associações resultaram em regiões cimentadas não homogêneas, sendo que os melhores resultados foram obtidos com a associação das soluções de cloreto de cálcio e silicato de sódio. A aplicação da técnica de eletrocinética associada a injeções de soluções químicas mostrou se complexa e difícil de predizer devido ao número de variáveis que podem modificar o seu resultado final. / The attempt to change some soil properties of the soil is not new. Some authors describes attempts occurred three thousand years ago. With population growth and the new production systems development that occurred after the Industrial Revolution in the eighteenth century, there was an intense territorial occupation requiring infrastructure works and complementary works, becoming the soils improvement usual. One of the in situ soil improvement techniques is the eletrokinetics associated with injection of chemical solutions. This technique is characterized by the application of a low electrical gradient through electrodes in a porous media flooded with chemical solutions. In this study, tests were carried out associating the solutions of calcium chloride with soda water, calcium chloride with sodium bicarbonate, and calcium chloride with sodium silicate. To verify the occurrence of the cementation among the sand particles, after the samples flooded with the appropriate solutions, but prior to the application of electric potential difference in the soil, three exploration tests were performed with a Miniature Cone, developed in this study. These tests were compared to other three tests that were carried out after the application of the technique. All associations resulted in not homogeneous cemented regions, and the best results were obtained with the combination of the solutions of calcium chloride and sodium silicate. The application of the eletrokinetics technique associated with injections of chemical solutions is proved to be complex and difficult to be predicted due to the number of variables that can change its final result.

Usualmente as propriedades do solo não são adequadas às características e às necessidades de projeto. É apresentada, como alternativa, a técnica de reforço com inclusão de elementos fibrosos à matriz de solo. Nesse sentido, a análise do comportamento mecânico de um solo micro-reforçado com fibras de distintos índices aspecto é objetivada. Para tanto, uma célula de compressão triaxial com medidas internas de deformações é construída, instrumentada e calibrada para realização de ensaios, sob trajetórias de tensões convencionais, em amostras com 100mm de diâmetro e 200mm de altura. O solo, uma areia fina, de granulometria uniforme, é reforçado com fibras de polipropileno com diferentes comprimentos, 12, 24, 36 e 50mm, e diferentes diâmetros, 0,023 e 0,100mm, equivalentes a índices aspecto entre 120 e 2174. As amostras apresentam densidade relativa de 50%, teor de umidade de 10% e adição de 0,5% de fibras em relação à massa de solo seco. Os resultados demonstram a eficácia da utilização do reforço no ganho de resistência das amostras em relação ao material nãoreforçado. Dessa forma, os parâmetros de resistência da matriz reforçada apresentam notável aumento. Os valores de ângulo de atrito interno das misturas não são influenciados pelo índice aspecto das fibras. Em contrapartida, os valores de intercepto coesivo dos compósitos são fortemente influenciados pelo índice aspecto dos reforços. Ainda, é verificado um valor de índice aspecto a partir do qual o compósito passa a apresentar comportamento de enrijecimento mais pronunciado, em torno de 300 neste estudo. É verificado, também, que a rigidez da areia não é alterada pela inclusão dos micro-reforços. Semelhantemente, o comportamento dilatante da areia não é sensivelmente afetado pela adição de fibras. Todavia, a relação de tensões final das misturas é reduzida com o aumento da tensão confinante e ampliada com o aumento do índice aspecto das fibras. Por fim, a medida dos comprimentos das fibras antes e após a realização dos ensaios mostra que os reforços não rompem por tração. A interação entre a matriz de solo e as fibras se dá através do deslizamento e do alongamento das fibras. / The study of the mechanical behavior of a soil micro-reinforced with distinct aspect ratios fibers is the purpose of this investigation. Thus, a triaxial compression cell is built and drained standard triaxial tests on 100mm diameter and 200mm high specimens are carried out. The soil, a uniform fine sand, is reinforced with polypropylene fibers with different lengths, 12, 24, 36 and 50mm, different diameters, 0.023 and 0.100mm, and consequently with a large spectrum of aspect ratios, up to about 2200. The samples are compacted to a relative density of 50% and a water content of 10% with a fiber content of 0.5% by weight of soil. The results show the effectiveness of fiber reinforcement in the strength increase of the samples compared to non-reinforced material. Thus, the parameters of resistance of the reinforced matrix exhibit remarkable increase. The values of mixtures friction angles are not influenced by aspect ratio of the fibers. However, the values of cohesive intercepts of the composites are strongly influenced by fibers aspect ratio. In addition, it is found an aspect ratio value from which the composites present more pronounced strain hardening features, around 300 in this study. It is also found that sand stiffness is not influenced by the micro-reinforcements inclusion. Similarly, the dilation behavior of sand is not significantly affected by fibers addition. However, the mixtures final stress ratio is reduced with the confining pressure increase and with the decrease of fibers aspect ratio value. Finally, the measurement of fiber lengths before and after the tests shows that the reinforcements do not break in tension. The failure is a composite of slippage and yielding of fibers.

O intenso crescimento populacional traz consigo uma preocupação ambiental, já que, diante da necessidade de exploração dos recursos naturais, a adoção de políticas de reciclagem faz-se fundamental para alcançar o desenvolvimento sustentável. Neste cenário, apesar dos resíduos de construção e demolição (RCD) possuírem alto potencial de reciclagem, a estes sempre foi dispensado o tratamento de lixo. Além disso, os estudos realizados visando à reciclagem dos RCD mostram-se bastante concentrados na produção de agregados para a fabricação de concreto e para a aplicação em pavimentação. Diante disso, neste trabalho procurou-se definir uma nova aplicação para os resíduos de construção e demolição reciclados (RCD-R), buscando caracterizar suas propriedades geotécnicas como material de construção e verificando o seu desempenho como material de preenchimento de estruturas de solo reforçado. Ensaios de caracterização, de resistência ao cisalhamento e ensaios de arrancamento de geogrelha revelaram que o RCD-R apresentou baixos coeficientes de variação nas suas propriedades e excelente comportamento mecânico, o que justifica a sua utilização na aplicação proposta. / The intense population growth brings some environmental concerns due to the need of exploitation of natural resources, and the adoption of recycling policies is basic principle to reach sustainable development. In this scenario, however, the high potential of recycling the construction and demolition wastes (CDW) has been ignored. Moreover, studies focus mainly on the recycling of CDW for the production of aggregates for use in pavements and concrete. The present study deals with a new application of the recycled construction and demolition waste (RCDW) as backfill of reinforced soil structures. Characterization, direct shear and pullout tests on geogrids has depicted that RCDW shows low coefficients of variation of its properties and excellent mechanical behavior that justify its use for proposed application.

Este trabalho apresenta resultados de ensaios de arrancamento de geogrelha, obtidos com a utilização de equipamento de dimensões reduzidas. A força de arrancamento foi aplicada por uma máquina universal com capacidade máxima de 30kN, dotada de instrumentação que permitiu registrar a força de arrancamento e o deslocamento da geogrelha em relação ao solo envolvente. Além disto, o ensaio foi instrumentado com uma célula de tensão total instalada no nível da inclusão. A grande vantagem deste equipamento é o pequeno volume de solo utilizado, resultando em um ensaio mais rápido e econômico, proporcionando um controle maior do teor de umidade e do grau de compactação do solo. Considerando que uma grande parte do estado de São Paulo é coberto por solos de granulometria fina, esse equipamento passa a ser uma excelente alternativa para obtenção dos parâmetros de ensaios de arrancamento necessários ao desenvolvimento de projetos em solo reforçado. Para averiguar a possibilidade de uso do ensaio de pequeno porte, nestas condições, para substituir uso das caixas de grandes dimensões foram inicialmente realizadas comparações, através do coeficiente de interação, entre os resultados obtidos através desses dois tipos de ensaios. Os resultados obtidos mostraram que, para as condições de ensaio empregadas utilizando solos com 100% passando na peneira de abertura 2mm e geogrelhas de abertura de malha aproximadamente de 20mm, a resposta do equipamento, se comparada à de ensaios de grandes dimensões, foi excelente. Isto permitiu que se procedesse a uma ampla análise paramétrica, de cunho experimental, em que se variou a velocidade de ensaio, a tensão confinante, as dimensões das amostras de geogrelha, o tipo de solo e a geogrelha, com o intuído de cobrir diferentes situações possíveis de se encontrar nos projetos de engenharia. O trabalho apresenta os principais resultados desta análise / This work presents results of geogrid pullout tests conducted using small scale equipment. The pullout load was applied using a universal load frame, with a maximum capacity of 30kN, capable of recording the pullout load and front displacement. In addition, the test was instrumented with an earth pressure cell installed at the level of the geogrid inclusion. The primary advantage of this equipment is the small volume of soil used in test preparation, resulting in reduced testing time, greater control of the water content and degree of compaction, and significant reduction in overall testing costs. Furthermore, a significant area of the state of Sao Paulo in Brazil is covered by fine grained soils which could be tested according to its pullout behavior using the proposed equipment. To investigate the feasibility of the small scale test facility, comparisons were made between the coefficient of interaction obtained from tests of small and large dimensions. The results show that for the tested materials there were no differences between pull out parameters from both equipment. Additionally it was investigated the effects of testing speed, confining pressure, sample dimensions, and soil and geogrid materials. Results of these tests are presented and discussed

Este trabalho apresenta um estudo sobre deformações de geotêxteis ao longo do tempo, considerando interações entre reforço e solo confinante em muros de solo reforçado. O programa experimental desenvolvido para esse fim envolveu duas etapas básicas. Na primeira etapa, um novo equipamento foi desenvolvido na Escola de Engenharia de São Carlos/USP, para a realização de ensaios de fluência com um elemento de solo reforçado. O equipamento desenvolvido permite simular o mecanismo típico de transferência de carga em estruturas de solo reforçado, isto é, o solo solicita o geotêxtil. Esse equipamento também possibilita que solo e geotêxtil apresentem deformações ao longo do tempo de forma interativa. Nessa etapa, o programa de ensaios foi conduzido utilizando-se uma areia pura e um geotêxtil de polipropileno. Na segunda etapa deste trabalho, modelos de muros de solo reforçado foram ensaiados em centrífuga na Universidade do Colorado em Boulder, EUA. Os referidos modelos foram construídos utilizando-se uma areia e mantas de poliéster e de polipropileno. Alguns modelos foram carregados até a ruptura com acréscimo de aceleração, enquanto outros foram observados, no decorrer do tempo, sob aceleração constante. Nos ensaios para investigação de fluência, deformações significativas foram observadas, ocorrendo, inclusive, a manifestação de ruptura em determinados modelos, após algumas horas de ensaio. Os ensaios realizados nas duas etapas do trabalho revelaram aspectos importantes relativos à interação solo-reforço. Com base na interpretação dos resultados experimentais, apresenta-se uma discussão sobre mecanismos de deformação, em função do tempo, em muros de solo reforçado. / This thesis presents a study on the time- ependent deformations of geotextiles in reinforced soil walls considering the long-term interactive behavior between the reinforcement and the confining soil. The experimental program comprised two distinct phases. In the first phase, a new equipment was designed and constructed at the School of Engineering at Sao Carlos/USP, Brazil, in an attempt to perform creep tests with an element of reinforced soil. This equipment simulates the typical load transfer mechanism in reinforced soil structures, that is, the load is transferred from the soil to the reinforcement. This equipment also allows long-term interactive deformations between the soil and the geotextile. The testing program of this phase was conducted using a pure dry sand and a polypropylene geotextile. In the second phase of this research, models of reinforced soil walls were tested in a centrifuge facility at the University of Colorado at Boulder, USA. The models were built using a pure dry sand and a polyester or polypropylene geotextile. The models were either loaded until failure increasing the centrifugal acceleration or tested under constant acceleration. Considerable strains were observed in the creep tests, and some of the models failed after a few hours. The testing programs carried out in this study revealed important aspects of the soil-reinforcement interaction. Based on the analyses of the experimental results a broad discussion on long-term deformation mechanisms in reinforced soil walls is made herein.

Avaliou-se experimentalmente o comportamento da resistência ao cisalhamento de interface em reforços unidirecionais utilizados em estruturas de contenção. Para tal, foram realizados ensaios de arrancamento em fitas metálicas, utilizadas para soluções em terra armada e chumbadores, para soluções em solo grampeado. Os ensaios, em campo e laboratório, permitiram constatar a pouca influência do diâmetro dos chumbadores no valor da resistência ao cisalhamento de interface (qs). Ainda em relação aos chumbadores, os resultados mostraram que o volume de calda de cimento para preenchimento da cavidade escavada está diretamente associado ao ganho de qs. Os ensaios em fitas metálicas, em obras executados com solos finos, mostraram que o seu uso requer um estudo mais detalhado do seu comportamento, visto que os parâmetros sugeridos pela NBR 9286/86 não condiz com os resultados experimentais desta pesquisa. / This study evaluated experimentally the behavior of interface shear strength in unidirectional reinforcements used in reinforced soil structures. Pullout tests were carried out on reinforcements used in reinforced earth and soil nailing techniques. Nail diameter has little influence on interface shear strength (qs), according to field and laboratory tests. Additionally, increasing grout volume in nail cavity was directly linked to gain of qs. Tests on reinforced earth reinforcements using fine-grained soils showed that the results do not match with the suggestion of NBR 9286/86.

Este trabalho apresenta a construção e instrumentação de uma estrutura de contenção reforçada com geotêxtil, com 4,0 m de altura, construída na cidade de Nova Odessa-SP. A instrumentação consistiu em medir os deslocamentos horizontais e verticais com barras de aço e placas magnéticas, respectivamente. Além disso, foram realizadas simulações numéricas para comparar os resultados medidos e simulados do protótipo e avaliar o comportamento da estrutura para alguns tipos de solo, rigidez da inclusão e arranjos das inclusões. Pode-se concluir que os resultados medidos e simulados estão concordantes. Através das análises paramétricas concluiu-se que aumentando-se a rigidez do solo reduz-se os deslocamentos horizontais da estrutura. Com o aumento na rigidez da inclusão obtém-se menores deslocamentos, no entanto, em solos muito rígidos esta redução é pouco significativa. As estruturas com maior número de reforços reduzem as tensões em cada inclusão e diminuem os deslocamentos horizontais da estrutura. As forças de tração máximas, mobilizadas nas inclusões, são maiores para solos menos rígidos. Alguns resultados de obras instrumentadas, encontrados na literatura, são apresentados e comparados com os medidos e simulados. Destas comparações concluiu-se que o tipo de solo é o fator que mais influencia no desempenho de estruturas de contenção reforçadas com geossintéticos / This work presents the construction and instrumentation of a geotextile reinforced retaining structure, with 4,0 m height, built in the city of Nova Odessa-SP. The instrumentation consisted of measuring the horizontal and vertical displacements with steel bars and magnetic plates, respectively. Numeric simulations were accomplished to compare the measured and simulated results of the prototype and to evaluate the behavior of the structure for some soil types, reinforcement rigidity and different reinforcement layout. It was concluded that the measured and simulated results are in good agreement. The parametric analyses showed that the amount of horizontal displacements of the structure are reduced when the rigidity of the soil increases. Although smaller displacements are obtained when the rigidity of the inclusion is increased, in very rigid soils this reduction is not very significant. Structures with larger number of reinforcements reduce the stresses in each inclusion, decreasing the horizontal displacements of the structure. The maximum tensile forces mobilized in the inclusions, are larger for less rigid soils. Some case record results documented in the literature are presented and compared with the measured and simulated results obtained in this work. These comparisons allowed to conclude that the soil type is the most relevant factor in the performance of reinforced retaining structure with geosynthetics