A presente dissertação tem por objetivo avaliar o método Bailey de seleção granulométrica de agregados para misturas asfálticas, desenvolvido no Departamento de Transportes de Illinois (IDOT) e que vem sendo usado desde o início da década de 80. Atualmente, pesquisas têm sido desenvolvidas com o intuito de aperfeiçoar a seleção granulométrica e, conseqüentemente, o desempenho de misturas asfálticas, incluindo estudos a respeito do método Bailey. Trata-se de um método de seleção granulométrica por volume que, através de um modo sistemático de ajuste da graduação dos agregados na preparação de uma mistura asfáltica, proporciona um forte esqueleto de agregado para resistir à deformação permanente. Resulta, também, em um adequado volume de vazios no agregado mineral, o que permite um maior teor de ligante e aumento da durabilidade da mistura. Os resultados obtidos neste trabalho mostram que as misturas Bailey, independentemente do tipo de agregado (basalto ou gabro), apresentam melhores resultados do que as misturas convencionais e termos de relação módulo de resiliência –resistência à tração. Os resultados do ensaio de fluência por compressão uniaxial estática indicam um melhor desempenho da mistura Bailey com basalto, embora a mistura convencional com gabro tenha apresentado um comportamento ligeiramente superior ao da mistura Bailey com gabro. / The main goal of the master thesis is the evaluation of the Bailey method of gradation selection of aggregates for hot mix asphalt (HMA). The method was developed at the Illinois Department of Transportation (IDOT) and it has been used since the early 1980s. Many researches are intending to improve the gradation selection and, consequently, the performance of HMA, including studies about the Bailey method. It is a method that uses a systematic way of selection and adjustment of the aggregate gradation to provide a strong aggregate skeleton. It also provides an adequate amount of voids in the mineral aggregate that result in higher binder content and improved durability. The results obtained in this work show that Bailey asphalt mixtures, for both aggregates considered, are better than conventional mixtures in terms of resilient modulus – tensile strength ratio. The results of static creep tests indicate that the Bailey mixture with basalt aggregates presents the best performance among the evaluated asphalt mixtures.

Este trabalho apresenta a caracterização in situ de propriedades de interesse geotécnico de maciços de resíduos sólidos urbanos (RSU) e o estudo das propriedades de resistência ao cisalhamento de RSU com diferentes idades. Foram realizadas investigações por sondagens e com métodos geofísicos sísmicos no Aterro Sanitário de São Carlos (ASSC) e ensaios de cisalhamento direto de grandes dimensões (50x50 cm2) com amostras de diferentes idades de aterramento coletadas no ASSC, no Lixão Desativado de São Carlos e em Aterro Experimental construído nas proximidades do Lixão. As investigações realizadas no ASSC revelaram que as diferentes fases de operação do maciço (aterro controlado e aterro sanitário) produziram dois estratos com diferentes propriedades geotécnicas. A umidade, as velocidades de propagação de ondas sísmicas e o peso específico in situ dos dois estratos são distintos, sendo sempre menores e menos dispersos no estrato mais raso (operado como aterro sanitário) e maiores e mais dispersos no estrato mais profundo (operado como aterro controlado). Realizaram-se tentativas de determinação do peso específico in situ dos RSU com medição dos volumes escavados por substituição de volume. Notou-se que os furos tendiam a diminuir de diâmetro assim que a composição de sondagem era retirada e que o método adotado para avanço dos furos, com trado helicoidal de haste oca, promovia segregação dos componentes atravessados, realizando uma amostragem parcial dos mesmos. Foram calculados valores médios de peso específico in situ para o maciço investigado (9 a 15 kN/m3) e identificadas as principais limitações da aplicação deste método a aterros sanitários. A aplicação de métodos geofísicos sísmicos foi fundamental para a diferenciação dos dois estratos e permitiu que se calculasse o módulo de cisalhamento máximo (Go) dos resíduos, que variou significativamente de um estrato para outro. Foi possível comparar os resultados obtidos com a aplicação do método crosshole e do método multichannel analysis of surface waves (MASW) no mesmo aterro sanitário. A caracterização das seis amostras utilizadas nos ensaios de cisalhamento direto revelou que, apesar de elas representarem idades distintas de disposição dos resíduos (2 a 25 anos) e condições de aterramento variadas (formas de operação dos depósitos, ambientes de decomposição e condições de confinamento), a maioria delas se encontrava em estágio avançado de degradação (fase metanogênica) e apenas a mais recente (2 anos de aterramento) encontrava-se em estágio um pouco menos avançado de degradação (início da fase metanogênica). Todas elas exibiram curvas tensão-deslocamento semelhantes, sem pico ou valor de máxima resistência bem caracterizados. Os parâmetros de resistência ao cisalhamento foram obtidos a partir de níveis específicos de deslocamento. Avaliou-se a influência da amostragem, dos procedimentos de preparação das amostras e da composição gravimétrica de cada uma delas sobre os valores calculados para coesão e ângulo de atrito. Para deslocamentos de 100 mm o resíduo aterrado há dois anos apresentou coesão de 13,7 kPa e ângulo de atrito de 22º. Os resíduos mais degradados, com idades de disposição entre 5 e 25 anos, apresentaram coesão de 4,4 kPa e ângulo de atrito de 30º. Utilizaram-se tensões normais de 50, 150 e 250 kPa. Realizaram-se ainda ensaios de cisalhamento direto de grandes dimensões em uma das amostras com corpos de prova em duas posições: paralela e perpendicular à direção de compactação. Os resultados confirmaram que os RSU têm comportamento anisotrópico, sendo que os corpos de prova ensaiados com os componentes alinhados preferencialmente na posição vertical (rotacionados) têm comportamento de endurecimento ainda mais pronunciado que aqueles ensaiados com os componentes orientados preferencialmente no plano horizontal. / Field and laboratory tests were combined to characterize some in-place geotechnical properties of the waste body in the São Carlos Sanitary Landfill (SCSL). The investigation was carried out using hollow stem auger soundings and seismic geophysical methods in the field, and large-scale direct shear testing in the laboratory. The field investigation revealed two strata with different geotechnical properties and they could be related to the different operational phases of the landfill (controlled landfill and sanitary landfill). Moisture content, seismic wave velocities and in-place unit weight were systematically lower and less scattered in the upper stratum than in the lower stratum. The upper stratum was operated as a sanitary landfill and the lower stratum was operated as a controlled landfill. The investigations with geophysical seismic methods were essential for identifying the two strata and allowed for the calculation of the Poisson ratio and the small strain shear modulus (Go) of the waste body. The Poisson ratio showed no sensibility to the waste stratigraphy, but Go values were significantly higher in the lower stratum. Moreover, the results of two different geophysical methods, namely crosshole and multichannel analysis of surface waves (MASW), could be compared. An attempt was made to estimate overboring using a volume substitution method by filling the boreholes with gravel. This aimed at incorporating this aspect in the calculations of the MSW in-place unit weight. Nevertheless, the borings tended to cave in as soon as the augers were removed and this prevented the evaluation of the overboring. Moreover, the hollow stem auger tended to segregate the larger components of the waste and to bring only the smaller ones to the surface. Despite all these difficulties, average values for the MSW inplace unit weight were be calculated (9 to 15 kN/m3). In the laboratory, large-scale direct shear tests (500 x 500 mm2) were performed to provide an insight on the shear strength response of municipal solid waste (MSW) of different landfilling ages. The test samples were collected from the SCSL, a dumpsite and an experimental landfill. Their landfilling ages ranged from 2 to 25 years. Physico-chemical characterization of the samples revealed that most of them were subjected to the metanogenesis degradation phase, in spite of their different landfilling ages and burial conditions (operational characteristics of the deposits, decomposition environment and confining pressures). Only the newest one (2 years old sample) was subjected to an earlier stage of degradation. In the direct shear tests, all samples showed similar stress-strain curves, with continuous strain hardening and no identifiable maximum stress, despite the large displacements. The influence of sampling method, sample preparation and sample gravimetric composition on the calculated shear resistance parameters is discussed. For a 100-mm displacement the shear resistance of the less degraded waste (2 years of landfilling) is best characterized by cohesion = 13.7 kPa and friction angle = 22º. The more degraded wastes (5 to 25 years old samples) are best characterized by cohesion = 4.4 kPa and friction angle = 30º. The tests were performed with initial normal stresses of 50, 150 and 250 kPa. Specific large direct shear tests were performed to evaluate anisotropy in the MSW shear response. The test samples had the fibrous materials oriented perpendicular or parallel to the horizontal shear surface. Results confirmed the expected anisotropy by showing a hardening behaviour that was more pronounced when the fibrous materials were oriented perpendicular to the shear plan.

Os objetivos desta pesquisa incluem: (i) estudar as características de compactação dos resíduos sólidos urbanos (RSU); (ii) avaliar os mecanismos de compressão dos RSU e o efeito de sobrecarga (aterro experimental) em maciço sanitário existente; (iii) desenvolver programa computacional para previsão de recalques em aterros sanitários. Um aterro experimental com cerca de 24.400 \'M POT.3\' de RSU e altura de até 4 m, distribuído em área aproximada de 8.400 \'M POT.2\', foi construído em São Paulo para estudar os procedimentos de compactação de aterros sanitários. Ensaios in situ de grande dimensão foram executados para avaliar o peso específico do resíduo, após a compactação, em diferentes posições e camadas do experimento. Ensaios de umidade e composição dos resíduos foram realizados, assim como o levantamento das espessuras das camadas para cada etapa construtiva. O aterro experimental foi construído sobre aterro existente, criando a oportunidade para estudar a compressão do resíduo novo e antigo. Rigoroso programa de monitoração de recalques foi implantado, de forma que as deformações do aterro experimental pudessem ser isoladas das do aterro existente. Marcos superficiais foram posicionados interna e externamente à área do experimento, e placas de recalque instaladas na base do aterro experimental. O período de monitoramento envolveu cerca de 3 anos de medidas. A pesquisa resultou em: (i) novos subsídios e relações para a compactação dos RSU, incluindo as influências do equipamento de compactação, número de passadas, espessura das camadas, plano de compactação e teor de umidade, mostrando ser este último o parâmetro de maior impacto no processo de compactação; (ii) dados de peso específico e de sua relação com a profundidade, assim como do efeito da compactação na compressibilidade dos RSU e na geração de líquidos percolados em aterros sanitários; (iii) avaliação do desempenho de modelos de compressibilidade existentes na literatura; (iv) desenvolvimento de modelo compósito para compressibilidade dos RSU, considerando a compressão mecânica primária e secundária e a parcela devido a biodegradação dos resíduos; (v) desenvolvimento do programa MSWSET usando o modelo compósito para cálculo dos recalques de aterros como função do tempo. O modelo e programa desenvolvidos apresentaram elevado desempenho, constituindo importante ferramenta para previsão de recalques de aterros sanitários. / The objectives of this research were to: (i) study the compaction characteristics of municipal solid waste (MSW); (ii) evaluate the compression mechanisms of MSW and its response to a surcharge (waste test fill) over an existing landfill; (iii) develop a computer program for landfill settlement predictions. A waste test fill with a volume of about 24,400 \'M POT.3\' and a height up to 4 m, distributed over an area of approximately 8,400 \'M POT.2\', was constructed in Sao Paulo, to study compaction procedures for sanitary landfills. Large in situ tests were performed to evaluate the unit weight of waste immediately after compaction at several locations for each lift. Water content measurements and composition determinations were carried out, as well as thickness measurements of the waste layers after each construction (compaction) phase. The test fill was constructed over an existing landfill. Thus, the test fill provided opportunities to study the compression of the new and the old waste. A rigorous program of deformation monitoring was implemented in order to separate compression of the test fill from settlement of the underlying landfill. Benchmarks were located inside and outside of the experimental area, and settlement plates were installed at the bottom of the test fill. The monitoring period encompasses around 3 years of measurements. The research provided: (i) new guidelines and relationships for compaction of municipal solid waste, including the influences of compaction equipment, number of passes, lift thickness, water content, and compaction plane. The water content has presented larger response on the compaction process than the other variables; (ii) quantitative data regarding unit weight, the influence of depth on unit weight, water content, compressibility of MSW, and leachate generation; (iii) assessment of the performance of existing MSW compressibility models described in the literature; (iv) development of a composite model of MSW compressibility that considers primary compression, secondary mechanical compression, and compression from biodegradation; (v) development of the computer program MSWSET using the composite model of MSW compressibility to calculate landfill settlement as a function of time. The developed model and program has presented a high performance, being a powerful tool for landfill settlement prediction.

A presente dissertação tem por objetivo avaliar o método Bailey de seleção granulométrica de agregados para misturas asfálticas, desenvolvido no Departamento de Transportes de Illinois (IDOT) e que vem sendo usado desde o início da década de 80. Atualmente, pesquisas têm sido desenvolvidas com o intuito de aperfeiçoar a seleção granulométrica e, conseqüentemente, o desempenho de misturas asfálticas, incluindo estudos a respeito do método Bailey. Trata-se de um método de seleção granulométrica por volume que, através de um modo sistemático de ajuste da graduação dos agregados na preparação de uma mistura asfáltica, proporciona um forte esqueleto de agregado para resistir à deformação permanente. Resulta, também, em um adequado volume de vazios no agregado mineral, o que permite um maior teor de ligante e aumento da durabilidade da mistura. Os resultados obtidos neste trabalho mostram que as misturas Bailey, independentemente do tipo de agregado (basalto ou gabro), apresentam melhores resultados do que as misturas convencionais e termos de relação módulo de resiliência –resistência à tração. Os resultados do ensaio de fluência por compressão uniaxial estática indicam um melhor desempenho da mistura Bailey com basalto, embora a mistura convencional com gabro tenha apresentado um comportamento ligeiramente superior ao da mistura Bailey com gabro. / The main goal of the master thesis is the evaluation of the Bailey method of gradation selection of aggregates for hot mix asphalt (HMA). The method was developed at the Illinois Department of Transportation (IDOT) and it has been used since the early 1980s. Many researches are intending to improve the gradation selection and, consequently, the performance of HMA, including studies about the Bailey method. It is a method that uses a systematic way of selection and adjustment of the aggregate gradation to provide a strong aggregate skeleton. It also provides an adequate amount of voids in the mineral aggregate that result in higher binder content and improved durability. The results obtained in this work show that Bailey asphalt mixtures, for both aggregates considered, are better than conventional mixtures in terms of resilient modulus – tensile strength ratio. The results of static creep tests indicate that the Bailey mixture with basalt aggregates presents the best performance among the evaluated asphalt mixtures.

Este trabalho apresenta a caracterização in situ de propriedades de interesse geotécnico de maciços de resíduos sólidos urbanos (RSU) e o estudo das propriedades de resistência ao cisalhamento de RSU com diferentes idades. Foram realizadas investigações por sondagens e com métodos geofísicos sísmicos no Aterro Sanitário de São Carlos (ASSC) e ensaios de cisalhamento direto de grandes dimensões (50x50 cm2) com amostras de diferentes idades de aterramento coletadas no ASSC, no Lixão Desativado de São Carlos e em Aterro Experimental construído nas proximidades do Lixão. As investigações realizadas no ASSC revelaram que as diferentes fases de operação do maciço (aterro controlado e aterro sanitário) produziram dois estratos com diferentes propriedades geotécnicas. A umidade, as velocidades de propagação de ondas sísmicas e o peso específico in situ dos dois estratos são distintos, sendo sempre menores e menos dispersos no estrato mais raso (operado como aterro sanitário) e maiores e mais dispersos no estrato mais profundo (operado como aterro controlado). Realizaram-se tentativas de determinação do peso específico in situ dos RSU com medição dos volumes escavados por substituição de volume. Notou-se que os furos tendiam a diminuir de diâmetro assim que a composição de sondagem era retirada e que o método adotado para avanço dos furos, com trado helicoidal de haste oca, promovia segregação dos componentes atravessados, realizando uma amostragem parcial dos mesmos. Foram calculados valores médios de peso específico in situ para o maciço investigado (9 a 15 kN/m3) e identificadas as principais limitações da aplicação deste método a aterros sanitários. A aplicação de métodos geofísicos sísmicos foi fundamental para a diferenciação dos dois estratos e permitiu que se calculasse o módulo de cisalhamento máximo (Go) dos resíduos, que variou significativamente de um estrato para outro. Foi possível comparar os resultados obtidos com a aplicação do método crosshole e do método multichannel analysis of surface waves (MASW) no mesmo aterro sanitário. A caracterização das seis amostras utilizadas nos ensaios de cisalhamento direto revelou que, apesar de elas representarem idades distintas de disposição dos resíduos (2 a 25 anos) e condições de aterramento variadas (formas de operação dos depósitos, ambientes de decomposição e condições de confinamento), a maioria delas se encontrava em estágio avançado de degradação (fase metanogênica) e apenas a mais recente (2 anos de aterramento) encontrava-se em estágio um pouco menos avançado de degradação (início da fase metanogênica). Todas elas exibiram curvas tensão-deslocamento semelhantes, sem pico ou valor de máxima resistência bem caracterizados. Os parâmetros de resistência ao cisalhamento foram obtidos a partir de níveis específicos de deslocamento. Avaliou-se a influência da amostragem, dos procedimentos de preparação das amostras e da composição gravimétrica de cada uma delas sobre os valores calculados para coesão e ângulo de atrito. Para deslocamentos de 100 mm o resíduo aterrado há dois anos apresentou coesão de 13,7 kPa e ângulo de atrito de 22º. Os resíduos mais degradados, com idades de disposição entre 5 e 25 anos, apresentaram coesão de 4,4 kPa e ângulo de atrito de 30º. Utilizaram-se tensões normais de 50, 150 e 250 kPa. Realizaram-se ainda ensaios de cisalhamento direto de grandes dimensões em uma das amostras com corpos de prova em duas posições: paralela e perpendicular à direção de compactação. Os resultados confirmaram que os RSU têm comportamento anisotrópico, sendo que os corpos de prova ensaiados com os componentes alinhados preferencialmente na posição vertical (rotacionados) têm comportamento de endurecimento ainda mais pronunciado que aqueles ensaiados com os componentes orientados preferencialmente no plano horizontal. / Field and laboratory tests were combined to characterize some in-place geotechnical properties of the waste body in the São Carlos Sanitary Landfill (SCSL). The investigation was carried out using hollow stem auger soundings and seismic geophysical methods in the field, and large-scale direct shear testing in the laboratory. The field investigation revealed two strata with different geotechnical properties and they could be related to the different operational phases of the landfill (controlled landfill and sanitary landfill). Moisture content, seismic wave velocities and in-place unit weight were systematically lower and less scattered in the upper stratum than in the lower stratum. The upper stratum was operated as a sanitary landfill and the lower stratum was operated as a controlled landfill. The investigations with geophysical seismic methods were essential for identifying the two strata and allowed for the calculation of the Poisson ratio and the small strain shear modulus (Go) of the waste body. The Poisson ratio showed no sensibility to the waste stratigraphy, but Go values were significantly higher in the lower stratum. Moreover, the results of two different geophysical methods, namely crosshole and multichannel analysis of surface waves (MASW), could be compared. An attempt was made to estimate overboring using a volume substitution method by filling the boreholes with gravel. This aimed at incorporating this aspect in the calculations of the MSW in-place unit weight. Nevertheless, the borings tended to cave in as soon as the augers were removed and this prevented the evaluation of the overboring. Moreover, the hollow stem auger tended to segregate the larger components of the waste and to bring only the smaller ones to the surface. Despite all these difficulties, average values for the MSW inplace unit weight were be calculated (9 to 15 kN/m3). In the laboratory, large-scale direct shear tests (500 x 500 mm2) were performed to provide an insight on the shear strength response of municipal solid waste (MSW) of different landfilling ages. The test samples were collected from the SCSL, a dumpsite and an experimental landfill. Their landfilling ages ranged from 2 to 25 years. Physico-chemical characterization of the samples revealed that most of them were subjected to the metanogenesis degradation phase, in spite of their different landfilling ages and burial conditions (operational characteristics of the deposits, decomposition environment and confining pressures). Only the newest one (2 years old sample) was subjected to an earlier stage of degradation. In the direct shear tests, all samples showed similar stress-strain curves, with continuous strain hardening and no identifiable maximum stress, despite the large displacements. The influence of sampling method, sample preparation and sample gravimetric composition on the calculated shear resistance parameters is discussed. For a 100-mm displacement the shear resistance of the less degraded waste (2 years of landfilling) is best characterized by cohesion = 13.7 kPa and friction angle = 22º. The more degraded wastes (5 to 25 years old samples) are best characterized by cohesion = 4.4 kPa and friction angle = 30º. The tests were performed with initial normal stresses of 50, 150 and 250 kPa. Specific large direct shear tests were performed to evaluate anisotropy in the MSW shear response. The test samples had the fibrous materials oriented perpendicular or parallel to the horizontal shear surface. Results confirmed the expected anisotropy by showing a hardening behaviour that was more pronounced when the fibrous materials were oriented perpendicular to the shear plan.

Os objetivos desta pesquisa incluem: (i) estudar as características de compactação dos resíduos sólidos urbanos (RSU); (ii) avaliar os mecanismos de compressão dos RSU e o efeito de sobrecarga (aterro experimental) em maciço sanitário existente; (iii) desenvolver programa computacional para previsão de recalques em aterros sanitários. Um aterro experimental com cerca de 24.400 \'M POT.3\' de RSU e altura de até 4 m, distribuído em área aproximada de 8.400 \'M POT.2\', foi construído em São Paulo para estudar os procedimentos de compactação de aterros sanitários. Ensaios in situ de grande dimensão foram executados para avaliar o peso específico do resíduo, após a compactação, em diferentes posições e camadas do experimento. Ensaios de umidade e composição dos resíduos foram realizados, assim como o levantamento das espessuras das camadas para cada etapa construtiva. O aterro experimental foi construído sobre aterro existente, criando a oportunidade para estudar a compressão do resíduo novo e antigo. Rigoroso programa de monitoração de recalques foi implantado, de forma que as deformações do aterro experimental pudessem ser isoladas das do aterro existente. Marcos superficiais foram posicionados interna e externamente à área do experimento, e placas de recalque instaladas na base do aterro experimental. O período de monitoramento envolveu cerca de 3 anos de medidas. A pesquisa resultou em: (i) novos subsídios e relações para a compactação dos RSU, incluindo as influências do equipamento de compactação, número de passadas, espessura das camadas, plano de compactação e teor de umidade, mostrando ser este último o parâmetro de maior impacto no processo de compactação; (ii) dados de peso específico e de sua relação com a profundidade, assim como do efeito da compactação na compressibilidade dos RSU e na geração de líquidos percolados em aterros sanitários; (iii) avaliação do desempenho de modelos de compressibilidade existentes na literatura; (iv) desenvolvimento de modelo compósito para compressibilidade dos RSU, considerando a compressão mecânica primária e secundária e a parcela devido a biodegradação dos resíduos; (v) desenvolvimento do programa MSWSET usando o modelo compósito para cálculo dos recalques de aterros como função do tempo. O modelo e programa desenvolvidos apresentaram elevado desempenho, constituindo importante ferramenta para previsão de recalques de aterros sanitários. / The objectives of this research were to: (i) study the compaction characteristics of municipal solid waste (MSW); (ii) evaluate the compression mechanisms of MSW and its response to a surcharge (waste test fill) over an existing landfill; (iii) develop a computer program for landfill settlement predictions. A waste test fill with a volume of about 24,400 \'M POT.3\' and a height up to 4 m, distributed over an area of approximately 8,400 \'M POT.2\', was constructed in Sao Paulo, to study compaction procedures for sanitary landfills. Large in situ tests were performed to evaluate the unit weight of waste immediately after compaction at several locations for each lift. Water content measurements and composition determinations were carried out, as well as thickness measurements of the waste layers after each construction (compaction) phase. The test fill was constructed over an existing landfill. Thus, the test fill provided opportunities to study the compression of the new and the old waste. A rigorous program of deformation monitoring was implemented in order to separate compression of the test fill from settlement of the underlying landfill. Benchmarks were located inside and outside of the experimental area, and settlement plates were installed at the bottom of the test fill. The monitoring period encompasses around 3 years of measurements. The research provided: (i) new guidelines and relationships for compaction of municipal solid waste, including the influences of compaction equipment, number of passes, lift thickness, water content, and compaction plane. The water content has presented larger response on the compaction process than the other variables; (ii) quantitative data regarding unit weight, the influence of depth on unit weight, water content, compressibility of MSW, and leachate generation; (iii) assessment of the performance of existing MSW compressibility models described in the literature; (iv) development of a composite model of MSW compressibility that considers primary compression, secondary mechanical compression, and compression from biodegradation; (v) development of the computer program MSWSET using the composite model of MSW compressibility to calculate landfill settlement as a function of time. The developed model and program has presented a high performance, being a powerful tool for landfill settlement prediction.