Thema dieser Arbeit ist eine experimentelle Untersuchung zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften von Hartmetallen auf der Basis von Wolframkarbid– Kobalt unter Benutzung von Ionen–Implantation in Kombination mit den hierbei auftretenden Struktur– und Phasen–Änderungen. Die vorliegende Arbeit unterscheidet sich von allen anderen bisherigen Arbeiten besonders durch (1.) die detaillierte Analyse der mikroskopischen Veränderungen und durch (2.) deren Verknüpfung mit der Änderung der tribologischen Eigenschaften des Materials.

Cemented carbides are composite materials consisting of a hard carbide and a ductile binder. They are powdermetallurgically manufactured, where liquid-phase sintering is one of the main steps. The most common cemented carbide consists of WC and Co and it is widely used for cutting tools. Two of the most important factors controlling the mechanical properties are the WC grain size and the grain size distribution and thus it is of great interest to understand the grain growth behavior. In this thesis the grain growth during sintering at 1430 °C is studied both experimentally and through computer simulations. The grain growth behavior in cemented carbides cannot be explained from the classical LSW-theory. The WC grains have a faceted shape necessitating growth by 2-D nucleation of new atomic layers or surface defects. A new model based on 2-D nucleation, long-range diffusion and interface friction is formulated. Three powders having different average sizes are studied and both experiments and simulations show that a fine-grained powder may grow past a coarse-grained powder, indicating that abnormal grain growth has taken place in the fine-grained powder. Fine-grained powders with various fractions of large grains are also studied and it is seen that a faster growth is obtained with increasing fraction of large grains and that an initially slightly bimodal powder can approach the logaritmic normal distribution after long sintering times. The grain size measurements are performed on 2-D sections using image analysis on SEM images or EBSD analysis. Since the growth model is based on 3-D size distributions the 2-D size distributions have to be transformed to 3-D, and a new method, Inverse Saltykov, is proposed. The 2-D size distribution is first represented with kernel estimators and the 3-D size distribution is optimized in an iterative manner. In this way both negative values in the 3-D size distribution and modifications of the raw data are avoided. / QC 20110426

Klubo sąnario endoprotezavimo operacija efektyviai sumažina arba visiškai panaikina skausmus, daugeliu atveju atstato funkcinį kojos stabilumą ir atraminę funkciją, iš dalies, bet ne visiškai atstato sąnario mobilumą (Drobniewski et al., 2012). Susidėvėjęs klubo sąnarys keičiamas cementiniu, becemenčiu arba mišriu endoprotezu (Laupacis et al., 2002). Darbo objektas: tiriamųjų emocinė būklė bei klubo sąnario funkcija po klubo endoprotezavimo operacijos. Darbo tikslas: įvertinti kineziterapijos poveikį cementinio ir becemenčio endoprotezų grupių ligoniams po klubo sąnario endoprotezavimo operacijos dėl koksartrozės, ankstyvajame reabilitacijos etape. Hipotezė: manome, kad kineziterapijos taikymas ankstyvajame reabilitacijos etape po klubo endoprotezavimo operacijos turėtų labiau pagerinti klubo sąnario funkciją becemenčio nei cementinio endoprotezo grupėje. Darbo uždaviniai: 1) Įvertinti cementinio endoprotezo grupės tiriamųjų operuoto klubo sąnario funkciją bei emocinę būklę prieš ir po kineziterapijos; 2) Įvertinti becemenčio endoprotezo grupės tiriamųjų operuoto klubo sąnario funkciją bei emocinę būklę prieš ir po kineziterapijos; 3) Palyginti operuoto klubo sąnario funkciją bei emocinę būklę tarp grupių prieš ir po kineziterapijos. Tyrimas atliktas AB „Ortopedijos technika“, kuriame dalyvavo 14 pacientų po klubo sąnario endoprotezavimo operacijos dėl koksartrozės. Jie buvo suskirstyti į dvi grupes: cementinio ir becemenčio endoprotezo grupes. Testavimai atlikti dukart –... [toliau žr. visą tekstą] / Endoprosthesis operation of the hip joint relieves or removes pain, restores functional leg stability and function of the supporting foot (Drobniewski et al., 2012). The obsolete hip joint is changed to cemented, cementless or hybrid hip prosthesis (Laupacis et al., 2002). Object: patients emotional condition and hip joint function after hip joint endoprosthesis operation. The purpose of the study was to evaluate influence of physical therapy between cemented and cementless hip prosthesis groups after hip joint endoprosthesis operation due to coxarthritis at early rehabilitation process. Hypothesis: applying physical therapy after hip joint endoprosthesis operation at early rehabilitation process should more improve hip joint function in cementless than in cemented hip prosthesis group. The tasks: 1) To evaluate operated hip joint function and emotional condition of the cemented hip prosthesis group before and after physical therapy. 2) To evaluate operated hip joint function and emotional condition of the cementless hip prosthesis group before and after physical therapy. 3) To compare hip joint function and emotional condition after operation between groups before and after physical therapy. The research has been done at AB „Ortopedijos technika“. All 14 patients were after hip joint endoprosthesis operations due to coxarthritis. They were divided into two groups: cemented and cementless hip prosthesis groups. Subjects were tested before and after psysical therapy use. It... [to full text]

Le carbure cémenté (WC-Co) est un système biphasé constitué de grains de carbure de tungstène enrobés dans un liant à base de cobalt. Dans ce matériau composite, qui allie donc la dureté du carbure à la résilience du cobalt, la maîtrise de la microstructure est un paramètre clef pour l’optimisation des propriétés mécaniques.Le but de ce travail est de mettre au jour les mécanismes régissant le développement des joint de grain et des joints de phase lors du frittage. L’effet de la teneur en liant, du taux de carbone et du temps de frittage ont été particulièrement étudiés.Ce travail est basée sur la caractérisation du matériau par EBSD (Electron BackScattered Diffraction), une méthode qui facilite la séparation des grains et donc l’utilisation de techniques d’analyse d’image pour étudier la microstructure. En outre un programme basé sur les données d’orientation des grains collectées par EBSD et permettant l’analyse de la texturation des joints de grain et des joints de phase a été développé pour cette étude.L’étude de la contiguité montre qu’elle ne dépend pas du taux de frittage ni de la teneur en carbone du liant, mais essentiellement de la fraction volumique de liant. Cela implique que l’encombrement et l’imbrication des particules sont les principaux paramètres entrant en compte dans l’établissement de la contiguité. Un grossissement plus rapide et plus marqué a été observé dans les échantillons riches en carbone, ainsi que dans ceux présentant un fort taux de liant. Un grossissement anormal a été observé dans les échantillons riches en carbone et à fort taux de liant. La désorientation aux joints de grains est caractérisée par un couple axe/angle décrivant la rotation liant les deux cristaux. L’étude de la distribution des axes a révélé que trois rotations sont particulièrement abondantes : celles autour de [101 ̅0], [21 ̅1 ̅0] et [0001]. Elles représentent environ 30% de la surface totale des joints de grains. Pour chacune des rotations particulières ont été détectées : [101 ̅0]/90°, [21 ̅1 ̅0] / (48°- 60°- 90°) et [0001]/90°. L’étude de la géométrie de ces joints suggère que leur remarquable stabilité est due au fort taux de cohérence dans le plan de joint. L’analyse statistique des plans de joint de grain et de joint de phase montre que la plupart d’entre eux correspond à un plan basal ou prismatique pour au moins l’un des deux grains (70% environ de la surface totale de joint de grain, et 50% environ de la surface totale de joint de phase). Sur la base de ces résultats, un scénario décrivant l’évolution de la microstructure durant le frittage est finalement proposé. / WC-Co cemented carbide is a two phase system constituted of a cobalt based binder matrix embedding hard tungsten carbide grains. This material is especially used in fields such as metal cutting or mining, where high mechanical properties are required. Therefore, the microstructure is a key parameter to control to optimize the mechanical properties of the alloy.This work aims at understanding the mechanisms of grain boundary and phase boundary development during sintering, and how they may influence the final microstructure. The effect of the binder content, carbon content and sintering time was especially investigated.Electron BackScattered Diffraction characterization was chosen to conduct this study. First because the precise separation of grains in the resulting images makes possible automation of the measurements, and thus allows a statistical analysis of several microstructural parameters (as grain size, contiguity) on numerous samples. Secondly because orientation data collected by this way make possible the analysis of grain boundary and phase boundary texture. To this end, an automated method was developed for analysis of grain boundaries and estimation of remarkable boundary planes fraction from 2D EBSD measurements.The study of contiguity shows that it does not depend on sintering time or carbon content in the binder, but essentially of the carbide grain volume fraction. This result implies that impingement is the first order parameter in the evolution of contiguity. Grains appear to grow faster and in a larger extent in samples with a carbon rich binder, as well as in high binder content samples. Abnormal grain growth seems to be favored by high binder content in carbon rich samples. All grain boundaries were characterized by a couple of rotation axis and misorientation angle. Three particular rotation axes were identified: [101 ̅0], [21 ̅1 ̅0] and [0001]. They represent around 30% of the total grain boundary surface area. In addition, specific rotations were found to be particularly abundant in the microstructure: [101 ̅0]/90°, [21 ̅1 ̅0] / (48°- 60°- 90°) and [0001]/90°.A study of their geometry suggests that their stability would be due to a particularly coherent boundary plane. A statistical analysis shows that most grain boundaries and phase boundaries have a habit plane parallel to a basal or prismatic plane (about 70% of the total grain boundary surface area and 50% of the total phase boundary area. Finally, a scenario is proposed for the microstructure development model during sintering of cemented carbides on the basis of the results.

This diploma work is performed at Sandvik Mining and Rock Technology, Rock Tools division, a world-leading mining equipment manufacturer. The aim is to study the wear of cemented carbide rock drill inserts worn against granite and sandstone countersurfaces, with focus on the impact of binder phase composition and flushing agent chemistry. A brief introduction to rock drilling, cemented carbides and the wear and degradation mechanisms of cemented carbides in rock drilling is given. Wear is induced in a lab test by sliding cemented carbide inserts against granite and sandstone countersurfaces while flushing with deionized water or synthetic mine water. The wear is quantified by measuring material weight loss, and worn inserts are studied by SEM. All wear marks feature crushed, fragmented and heavily deformed WC grains and cavities left after individually removed WC grains. Rock adhere strongly on inserts worn against both granite and sandstone, and adhered material from both rock types sometimes endure the mechanical contact between insert and rock without significant spalling. Inserts tested with deionized water against sandstone wear 2.2 - 5.1 times more relative to against granite, and the only distinct difference observed is the distribution of adhered rock. The use of synthetic mine water relative to deionized water impacts the wear of all inserts, though corrosion products are only found on some of them. Further, the tribological contact greatly impacts the corrosive attack. The relative wear difference using different water chemistries is larger for inserts with a smaller relative amount of binder. In most cases, increased wear is measured for inserts tested with synthetic mine water. For reasons yet unknown, this trend is reversed for inserts with a high relative amount of binder tested against sandstone, where a decrease in wear is measured instead. / Detta examensarbete har utförts åt Sandvik Mining and Rock Technology, Rock Tools avdelningen, som är en världsledande utrustningstillverkare inom gruvindustrin. I arbetet undersöks nötningen av så kallade bergborrstift av hårdmetall. Berg är generellt ett mycket hårt och sprött material, och borrning i berg går därför i huvudsak ut på att krossa och spola bort krossad sten. Längst fram på bergborrar sitter borrkronor som till största del är gjorda i stål. Då stål är för mjukt för att effektivt kunna avverka berg monterar man in stift av hårdmetall längst fram på borrkronan. Hårdmetall är ett kompositmaterial av mycket hårda men spröda wolframkarbidkorn (WC) som hålls ihop av en, jämfört med WC, mjuk och formbar metall som kallas bindefas. Resultatet är ett mycket hårt men fortfarande relativt segt material som dessutom klarar de mycket höga temperaturer som uppstår vid bergborrning. Traditionellt används kobolt som bindefas, men nu tros det finnas hälsorisker med kobolt och dessutom sker en stor del av världens koboltutvinning under oetiska förhållanden i konfliktländer i Afrika. Detta i kombination med att koboltpriserna ökat dramatiskt de senaste åren leder till att man nu söker efter alternativa bindefaser. Bland annat undersöker man olika legeringar av nickel och järn. I detta arbete jämförs nötningen av stift med nickel-, järn- och olika koboltbindefaser. I ett labtest fås nötning genom att stiften trycks mot en roterande stencylinder av antingen granit eller sandsten. I verkliga förhållanden används ofta så kallat gruvvatten som sipprar in i gruvan som spolvatten för att ta bort stenkrosset och kyla borrkronan. För att se hur kemin i spolvattnet påverkar nötningen spolas kontaktytan mellan stift och stencylinder med antingen avjoniserat vatten eller syntetiskt gruvvatten under testerna. Stiftens materialförlust under provningen beräknas genom att mäta deras vikt innan och efter. För att se om skillnader i nötningshastighet mellan olika stifttyper eller testvillkor avspeglas i olika utseenden på slitytorna undersöks stiften med hjälp av ett svepelektronmikroskop (SEM). Från SEM-bilderna ser man att alla stift från alla testvillkor har krossade och fragmenterade WC-korn på ytan och att stora delar av slitytorna täckts av påkletat berg. Bergpåsmetningarna är ibland mycket tunna (< 1 μm) och delvis inblandade i bindefasen, och ibland betydligt tjockare (flertal μm). De tjockare påsmetningarna är bundna så pass hårt till ytan att de kan upprätthålla delar av kontakten mellan stiftet och berget under testningen utan att lossna. Huruvida detta skyddar hårdmetallen från att nötas eller om det påkletade berget reagerar med, och därmed ökar den kemiska nedbrytningen av stiftet är inte utrett. Berget skyddar dock den underliggande hårdmetallen mot den korrosion som uppstår i kontakt med spolvattnet. Resultaten visar att stiften nöts betydligt mer mot sandsten än mot granit. Förutom att bergpåsmetningarna har en annan fördelning över ytan så syns inga tydliga skillnader mellan stiften testade mot de båda bergarterna. De flesta stiften nöts mer när de testas med gruvvatten än med avjoniserat vatten. Detta gäller alla stift utom de som har hög relativ mängd bindefas och som testats mot sandsten. Dessa stift nöts tvärt om mindre när de testas med gruvvatten än med avjoniserat vatten. Hittills har ingen anledning till denna konsekventa avvikelse hittats.

Cada vez mais freqüente, a utilização de técnicas tradicionais da engenharia geotécnica depara-se com obstáculos de caráter econômico e ambiental. A técnica do solo-cimento tornase atrativa quando o melhoramento das propriedades do solo do local constitui-se em uma alternativa de projeto. A técnica de tratamento de solos com cimento encontra aplicação, por exemplo, na construção de bases para pavimentos, na proteção de taludes em barragens de terra, como camada de suporte para fundações superficiais, como remediação de solos contaminados e como barreiras de contenção de contaminantes. Desta forma, esta tese tem por objetivo analisar a influência da quantidade de cimento, da porosidade e da umidade de moldagem sobre o comportamento físico e químico de um solo argiloso artificialmente cimentado e contaminado. O programa experimental consiste em caracterizar os materiais utilizados, analisar fisicamente as misturas solo-cimento e solo-cimento-contaminante, através de ensaios de resistência à compressão simples, medidas de sucção e condutividade hidráulica. Quimicamente serão realizados ensaios de lixiviação em coluna e análises químicas e físico-químicas do lixiviado. Os resultados, quanto à caracterização, apresentam um material argiloso, oriundo de rochas riodacitos (riolito/dacito); quanto à resistência à compressão simples houve um aumento de resistência com o aumento da quantidade de cimento e com o aumento do peso especifico de compactação; quanto ao solo contaminado e cimentado ocorreu o mesmo comportamento, porém, com queda de resistência. A condutividade hidráulica obteve um decréscimo quando aumentado o peso especifico de moldagem, tanto para solo-cimento como para solo-cimento-contaminante. Para as análises químicas, a partir do ensaio de lixiviação, contatou-se redução de parâmetros de contaminação com a adição de cimento, principalmente com o aumento significativo do pH, devido ao aumento da quantidade de cimento. Concluiu-se que a quantidade de cimento e a diminuição da porosidade ocorrida pela maior densificação influenciam em ganho de resistência, à uma baixa permeabilidade e à uma baixa concentração de contaminante no lixiviado. / More and more the use of traditional techniques of the geotechnical engineering comes across obstacles of economic and environmental character. The technique of the soil-cement becomes attractive when the improvement of the properties of the local soil constituted in a project alternative. The technique of treatment of soils with cement finds application, for instance, in the construction of bases for pavements, in the protection of talus in land dams, as support layer for superficial foundations, as remediation of polluted soils and as barriers of contention of pollutants. This way, this theory has as objective to analyze the influence of the amount of cement, of the porosity and of the molding humidity over the physical and chemical behavior of a loamy soil artificially cemented and polluted. The experimental program consists of characterizing the used materials, to analyze the mixtures soil-cement and soil-cement-pollutant physically, through resistance samples to the simple compression, suction measures and hydraulic conductivity. The lixiviation samples will be chemically accomplished in column and chemical and physiochemical analyses of the lixiviated. The results, according to the characterization, present a loamy material, originating from rocks rhyodacite (rhyolite/dacite); according to the resistance to the simple compression there was a resistance increase with the rise of the amount of cement and with the increase of the weight specific of compaction; as for the polluted soil and cemented happened the same behavior, however, with resistance fall. The hydraulic conductivity suffered a decrease when increased the specific weight of molding, for soil-cement and for soil-cement-pollutant. (Continue For the chemical analyses, starting from the lixiviation samples, it was reached a reduction of parameters of contamination with the cement addition, mainly with the significant increase of the pH, due to the increase of the amount of cement. It was concluded that the amount of cement and the decrease of the porosity happened by the largest densification influence in resistance adding, as well as they provide a low permeability and a low pollutant concentration in the lixiviated. / Cada vez más la utilización de técnicas tradicionales de la ingeniería geotécnica se depara con obstáculos de carácter económico y ambiental. La técnica del suelo-cemento se vuelve atractiva cuando el mejoramiento de las propiedades del suelo local se constituye en una alternativa de proyecto. La técnica de tratamiento de suelos con cemento encuentra aplicación, por ejemplo, en la construcción de bases para pavimentos, en la protección de taludes, en presas de tierra, como camada de soporte para fundaciones superficiales, como remediación de suelos contaminados y como barreras de contención de contaminantes. Esta tesis tiene por objetivo analizar la influencia de la cantidad de cemento, de la porosidad y de la humedad del molde, sobre el comportamiento físico y químico de un suelo arcilloso artificialmente cementado y contaminado. El programa experimental consiste en caracterizar los materiales utilizados, analizar físicamente las mezclas suelo-cemento y suelo-cementocontaminante a través de ensayos de resistencia a compresión simple, medidas de succión y conductividad hidráulica. Químicamente serán realizados ensayos de lixiviación en columna y análisis químicos y físico-químicos del lixiviado. Los resultados, con respecto a la caracterización, presentan un material arcilloso, oriundo de rocas riodacitos (riolito/dacito). En cuanto a la resistencia el aumento de la misma es directamente proporcional al aumento de la cantidad de cemento y del peso especifico de compactación, referente al suelo contaminado y cementado ocurrió el mismo comportamiento, pero con disminución de resistencia. La conductividad hidráulica obtuvo una reducción cuando se produjo el aumento del peso específico, tanto para suelo-cemento como para suelo-cemento-contaminante. Para los análisis químicos, a partir del ensayo de lixiviación, se constato reducción de parámetros de contaminación con la adición de cemento, principalmente con el aumento significativo del pH. Se concluyó que la cantidad de cemento y la disminución de la porosidad ocurrida por l mayor compampactacion influencio en el aumento de resistencia, asi como porporciono baja permeabilidad y baja concentración de contaminante en el lixiviado.

As obras de engenharia atuais envolvem unidades estruturais de grande porte cujo projeto e execução devem ser cuidadosamente observados. Devido à complexidade das cargas e solicitações estruturais, as metodologias de projeto devem atender a necessidades específicas. A variabilidade geotécnica associada à diversidade de carregamentos, impõe a necessidade de desenvolvimento de metodologias aplicadas especificamente a projetos de fundações que serão sujeitas a carregamentos laterais, tais como pontes, obras portuárias, torres de linhas de transmissão, aerogeradores (onshore e offshore) e plataformas (offshore e nearshore) de exploração de petróleo e gás natural. Existem alguns métodos relatados na literatura geotécnica para projeto de fundações submetidas a esforços horizontais. Nenhum destes métodos considera uma solução baseada no simples reforço, através de técnicas de cimentação, dos solos na sua camada superficial, radial à estaca. Dessa forma, procura-se na presente pesquisa estudar o comportamento de fundações profundas com reforço do solo na sua camada superficial, sujeitas a carregamentos horizontais. São apresentadas diretrizes de projeto, estabelecendo-se ainda um modelo de previsão da capacidade de carga de fundações profundas submetidas a este tipo de carregamentos. Ensaios em campo experimental e simulações numéricas tridimensionais, usando o Método dos Elementos Finitos foram realizados, por forma a se obter uma melhor compreensão do comportamento de estacas carregadas lateralmente. Considerando o diâmetro da estaca (D) e a sua profundidade (L), no campo experimental, foram definidas razões L/D representando o comportamento de estacas rígidas e flexíveis. Diversos ensaios de carregamento horizontal foram realizados para estas relações L/D, em solo natural e com solo melhorado radial às estacas. As análises numéricas consistiram numa análise paramétrica onde foram variados parâmetros geométricos (da estaca e do solo tratado) e geotécnicos, necessários à caracterização dos materiais no modelo utilizado, o de Mohr-Coulomb. O modelo de previsão proposto foi obtido com base na análise dos resultados de simulações numéricas usando o software ABAQUS®, validados com provas de cargas no campo experimental. É também de salientar que nesta pesquisa apenas será considerada a ruptura geotécnica, pelo que é assumido que as estacas têm comportamento elástico. Do estudo realizado pode-se concluir que o uso de uma camada superficial de solo tratado radial à estaca melhora significativamente o desempenho do sistema, aumentando a sua capacidade de carga e diminuindo a sua deformação, mostrando ser uma ótima e promissora alternativa para fundações profundas sujeitas a carregamentos horizontais. / Current engineering works typically envolve large structural units whose design and implementation should be closely observed. Due to the complexity of the loads and structural needs, the design methodologies should comply specific requirements. The geotechnical variability combined with the loads diversity imposes the need to develop methodologies applied specifically to projects whose foundations will be laterally loaded, like bridges, harbors, transmission line towers, onshore and offshore wind turbines, among others. There are several methods reported in geotechnical literature to design piles that will be subjected to horizontal loads. However, none of these methods consider a solution based on a simple soil reinforcement using cementation techniques, in a superficial layer, radial to pile. The main goal of this research is to study the behavior of deep foundations with a reinforced soil system, subjected to lateral loads. Design guidelines are presented, leading to a model that predicts the ultimate load capacity of deep foundations subjected to these types of efforts. Field tests and tridimensional numerical simulations using the Finite Element Method were performed in order to achieve a better understanding of the behaviour of laterally loaded piles. Considering the pile diameter (D) and its depth (L), different L/D ratio were defined, corresponding to rigid and flexible piles. Using these L/D ratios, in both natural and reinforced soils, numerical and field tests were performed to provide experimental evidences of its behaviour. Numerical tests consisted in a parametric analysis where different geometric (pile and treated soil) and geotechnical parameters, necessaries to the Mohr-Coulomb model, have been modified. The proposed prediction model is based on the analysis of the numerical simulations results, using ABAQUS® software, validated with the field tests. It is important to point that in this study only geotechnical rupture is considered. Therefore it is assumed that piles have elastic behaviour. Has been concluded that the use of a superficial treated layer, radial to pile, considerably improves the system performance, increasing the lateral load capacity and decreasing their deformation, showing that this technique could be a promising solution to deep foundations subjected to horizontal loads.

Cada vez mais freqüente, a utilização de técnicas tradicionais da engenharia geotécnica depara-se com obstáculos de caráter econômico e ambiental. A técnica do solo-cimento tornase atrativa quando o melhoramento das propriedades do solo do local constitui-se em uma alternativa de projeto. A técnica de tratamento de solos com cimento encontra aplicação, por exemplo, na construção de bases para pavimentos, na proteção de taludes em barragens de terra, como camada de suporte para fundações superficiais, como remediação de solos contaminados e como barreiras de contenção de contaminantes. Desta forma, esta tese tem por objetivo analisar a influência da quantidade de cimento, da porosidade e da umidade de moldagem sobre o comportamento físico e químico de um solo argiloso artificialmente cimentado e contaminado. O programa experimental consiste em caracterizar os materiais utilizados, analisar fisicamente as misturas solo-cimento e solo-cimento-contaminante, através de ensaios de resistência à compressão simples, medidas de sucção e condutividade hidráulica. Quimicamente serão realizados ensaios de lixiviação em coluna e análises químicas e físico-químicas do lixiviado. Os resultados, quanto à caracterização, apresentam um material argiloso, oriundo de rochas riodacitos (riolito/dacito); quanto à resistência à compressão simples houve um aumento de resistência com o aumento da quantidade de cimento e com o aumento do peso especifico de compactação; quanto ao solo contaminado e cimentado ocorreu o mesmo comportamento, porém, com queda de resistência. A condutividade hidráulica obteve um decréscimo quando aumentado o peso especifico de moldagem, tanto para solo-cimento como para solo-cimento-contaminante. Para as análises químicas, a partir do ensaio de lixiviação, contatou-se redução de parâmetros de contaminação com a adição de cimento, principalmente com o aumento significativo do pH, devido ao aumento da quantidade de cimento. Concluiu-se que a quantidade de cimento e a diminuição da porosidade ocorrida pela maior densificação influenciam em ganho de resistência, à uma baixa permeabilidade e à uma baixa concentração de contaminante no lixiviado. / More and more the use of traditional techniques of the geotechnical engineering comes across obstacles of economic and environmental character. The technique of the soil-cement becomes attractive when the improvement of the properties of the local soil constituted in a project alternative. The technique of treatment of soils with cement finds application, for instance, in the construction of bases for pavements, in the protection of talus in land dams, as support layer for superficial foundations, as remediation of polluted soils and as barriers of contention of pollutants. This way, this theory has as objective to analyze the influence of the amount of cement, of the porosity and of the molding humidity over the physical and chemical behavior of a loamy soil artificially cemented and polluted. The experimental program consists of characterizing the used materials, to analyze the mixtures soil-cement and soil-cement-pollutant physically, through resistance samples to the simple compression, suction measures and hydraulic conductivity. The lixiviation samples will be chemically accomplished in column and chemical and physiochemical analyses of the lixiviated. The results, according to the characterization, present a loamy material, originating from rocks rhyodacite (rhyolite/dacite); according to the resistance to the simple compression there was a resistance increase with the rise of the amount of cement and with the increase of the weight specific of compaction; as for the polluted soil and cemented happened the same behavior, however, with resistance fall. The hydraulic conductivity suffered a decrease when increased the specific weight of molding, for soil-cement and for soil-cement-pollutant. (Continue For the chemical analyses, starting from the lixiviation samples, it was reached a reduction of parameters of contamination with the cement addition, mainly with the significant increase of the pH, due to the increase of the amount of cement. It was concluded that the amount of cement and the decrease of the porosity happened by the largest densification influence in resistance adding, as well as they provide a low permeability and a low pollutant concentration in the lixiviated. / Cada vez más la utilización de técnicas tradicionales de la ingeniería geotécnica se depara con obstáculos de carácter económico y ambiental. La técnica del suelo-cemento se vuelve atractiva cuando el mejoramiento de las propiedades del suelo local se constituye en una alternativa de proyecto. La técnica de tratamiento de suelos con cemento encuentra aplicación, por ejemplo, en la construcción de bases para pavimentos, en la protección de taludes, en presas de tierra, como camada de soporte para fundaciones superficiales, como remediación de suelos contaminados y como barreras de contención de contaminantes. Esta tesis tiene por objetivo analizar la influencia de la cantidad de cemento, de la porosidad y de la humedad del molde, sobre el comportamiento físico y químico de un suelo arcilloso artificialmente cementado y contaminado. El programa experimental consiste en caracterizar los materiales utilizados, analizar físicamente las mezclas suelo-cemento y suelo-cementocontaminante a través de ensayos de resistencia a compresión simple, medidas de succión y conductividad hidráulica. Químicamente serán realizados ensayos de lixiviación en columna y análisis químicos y físico-químicos del lixiviado. Los resultados, con respecto a la caracterización, presentan un material arcilloso, oriundo de rocas riodacitos (riolito/dacito). En cuanto a la resistencia el aumento de la misma es directamente proporcional al aumento de la cantidad de cemento y del peso especifico de compactación, referente al suelo contaminado y cementado ocurrió el mismo comportamiento, pero con disminución de resistencia. La conductividad hidráulica obtuvo una reducción cuando se produjo el aumento del peso específico, tanto para suelo-cemento como para suelo-cemento-contaminante. Para los análisis químicos, a partir del ensayo de lixiviación, se constato reducción de parámetros de contaminación con la adición de cemento, principalmente con el aumento significativo del pH. Se concluyó que la cantidad de cemento y la disminución de la porosidad ocurrida por l mayor compampactacion influencio en el aumento de resistencia, asi como porporciono baja permeabilidad y baja concentración de contaminante en el lixiviado.

As obras de engenharia atuais envolvem unidades estruturais de grande porte cujo projeto e execução devem ser cuidadosamente observados. Devido à complexidade das cargas e solicitações estruturais, as metodologias de projeto devem atender a necessidades específicas. A variabilidade geotécnica associada à diversidade de carregamentos, impõe a necessidade de desenvolvimento de metodologias aplicadas especificamente a projetos de fundações que serão sujeitas a carregamentos laterais, tais como pontes, obras portuárias, torres de linhas de transmissão, aerogeradores (onshore e offshore) e plataformas (offshore e nearshore) de exploração de petróleo e gás natural. Existem alguns métodos relatados na literatura geotécnica para projeto de fundações submetidas a esforços horizontais. Nenhum destes métodos considera uma solução baseada no simples reforço, através de técnicas de cimentação, dos solos na sua camada superficial, radial à estaca. Dessa forma, procura-se na presente pesquisa estudar o comportamento de fundações profundas com reforço do solo na sua camada superficial, sujeitas a carregamentos horizontais. São apresentadas diretrizes de projeto, estabelecendo-se ainda um modelo de previsão da capacidade de carga de fundações profundas submetidas a este tipo de carregamentos. Ensaios em campo experimental e simulações numéricas tridimensionais, usando o Método dos Elementos Finitos foram realizados, por forma a se obter uma melhor compreensão do comportamento de estacas carregadas lateralmente. Considerando o diâmetro da estaca (D) e a sua profundidade (L), no campo experimental, foram definidas razões L/D representando o comportamento de estacas rígidas e flexíveis. Diversos ensaios de carregamento horizontal foram realizados para estas relações L/D, em solo natural e com solo melhorado radial às estacas. As análises numéricas consistiram numa análise paramétrica onde foram variados parâmetros geométricos (da estaca e do solo tratado) e geotécnicos, necessários à caracterização dos materiais no modelo utilizado, o de Mohr-Coulomb. O modelo de previsão proposto foi obtido com base na análise dos resultados de simulações numéricas usando o software ABAQUS®, validados com provas de cargas no campo experimental. É também de salientar que nesta pesquisa apenas será considerada a ruptura geotécnica, pelo que é assumido que as estacas têm comportamento elástico. Do estudo realizado pode-se concluir que o uso de uma camada superficial de solo tratado radial à estaca melhora significativamente o desempenho do sistema, aumentando a sua capacidade de carga e diminuindo a sua deformação, mostrando ser uma ótima e promissora alternativa para fundações profundas sujeitas a carregamentos horizontais. / Current engineering works typically envolve large structural units whose design and implementation should be closely observed. Due to the complexity of the loads and structural needs, the design methodologies should comply specific requirements. The geotechnical variability combined with the loads diversity imposes the need to develop methodologies applied specifically to projects whose foundations will be laterally loaded, like bridges, harbors, transmission line towers, onshore and offshore wind turbines, among others. There are several methods reported in geotechnical literature to design piles that will be subjected to horizontal loads. However, none of these methods consider a solution based on a simple soil reinforcement using cementation techniques, in a superficial layer, radial to pile. The main goal of this research is to study the behavior of deep foundations with a reinforced soil system, subjected to lateral loads. Design guidelines are presented, leading to a model that predicts the ultimate load capacity of deep foundations subjected to these types of efforts. Field tests and tridimensional numerical simulations using the Finite Element Method were performed in order to achieve a better understanding of the behaviour of laterally loaded piles. Considering the pile diameter (D) and its depth (L), different L/D ratio were defined, corresponding to rigid and flexible piles. Using these L/D ratios, in both natural and reinforced soils, numerical and field tests were performed to provide experimental evidences of its behaviour. Numerical tests consisted in a parametric analysis where different geometric (pile and treated soil) and geotechnical parameters, necessaries to the Mohr-Coulomb model, have been modified. The proposed prediction model is based on the analysis of the numerical simulations results, using ABAQUS® software, validated with the field tests. It is important to point that in this study only geotechnical rupture is considered. Therefore it is assumed that piles have elastic behaviour. Has been concluded that the use of a superficial treated layer, radial to pile, considerably improves the system performance, increasing the lateral load capacity and decreasing their deformation, showing that this technique could be a promising solution to deep foundations subjected to horizontal loads.

Considering the similarity between the mechanical behavior of artificially cemented soils and rock masses, this study proposes a methodology to obtain the envelopes resistance of artificially cemented soils, using the Hoek-Brown failure criterion. The proposed methodology consists basically in performing two triaxial tests, with the soil non-cemented and cemented with a high cement content, and estimate the strength envelopes for intermediate cement contents, using the equations presented in this research. To develop the methodology, initially, a number of unconfined compression tests and triaxial tests were carried out in order to quantify the influence of the porosity/cement ratio (n/Civ) on the strength parameters of the cement mixtures used. From the tests results and the Hoek-Brown failure criterion, new equations were developed to calculate the envelope parameters (a, m, s), as functions of porosity/cement ratio. The proposed method was applied to triaxial tests data presented in four different studies and the results showed that the Hoek-Brown envelope is suitable to represent the resistance of artificial cemented soils, being able to incorporate the effects caused by the confining pressure and by the cement content. The envelopes estimated and those obtained from the triaxial tests were very close, indicating that the proposed methodology can be used with a reasonable degree of reliability. The results obtained with the proposed methodology were used to simulate, by the Finite Element Method, the pressuresettlement behavior and the variation of the safety factor of a shallow foundation bearing on a double-layered system formed by an artificially cemented soil layer overlaying a soil stratum. The simulations were performed using as variables the cement content of the enhanced layer and the relationship between the thickness of the treated layer (H) and the diameter of the foundation (D). The results show that the use of artificially cemented layers considerably increases the vertical pressure required for an specific settlement and also the foundation safety factor. Thus, the execution of shallow foundations, replacing deep foundations, becomes feasible / Considerando a semelhanÃa existente entre o comportamento mecÃnico dos solos artificialmente cimentados e dos maciÃos rochosos, o presente trabalho propÃe uma metodologia para a obtenÃÃo das envoltÃrias de resistÃncia dos solos artificialmente cimentados, utilizando o critÃrio de ruptura geral de Hoek-Brown. A metodologia proposta consiste, basicamente, em realizar dois ensaios triaxiais, um com o solo nÃo cimentado e outro com o solo cimentado com um teor de cimento elevado, e estimar as envoltÃrias de resistÃncia para os teores de cimento intermediÃrios, atravÃs das equaÃÃes desenvolvidas. Para o desenvolvimento da metodologia, inicialmente, foram realizados ensaios de compressÃo simples e triaxiais nÃo drenados, com o objetivo quantificar a influÃncia do fator vazio/cimento (n/Civ) sobre os parÃmetros de resistÃncia das misturas cimentadas utilizadas. A partir dos resultados dos ensaios de resistÃncia e da equaÃÃo geral do critÃrio de Hoek-Brown, foram desenvolvidas equaÃÃes para calcular os parÃmetros da envoltÃria (a, m, s), em funÃÃo do fator vazio/cimento. A metodologia proposta foi aplicada aos resultados dos ensaios triaxiais apresentados em outros quatro trabalhos e os resultados mostraram que a envoltÃria de Hoek-Brown à adequada para representar a resistÃncia dos solos artificialmente cimentados, sendo capaz de incorporar os efeitos causados pela tensÃo confinante e pelo nÃvel de cimentaÃÃo. As envoltÃrias estimadas e as obtidas com os ensaios triaxiais ficaram bem prÃximas, indicando que a metodologia proposta pode ser empregada com um razoÃvel grau de confiabilidade. Os resultados obtidos com a metodologia proposta foram utilizados para simular, atravÃs do MÃtodo dos Elementos Finitos, o comportamento carga-recalque e a variaÃÃo do fator de seguranÃa de uma fundaÃÃo superficial assente sobre um sistema de dupla camada, sendo a superior cimentada. As simulaÃÃes foram realizadas utilizando como variÃveis o teor de cimento da camada reforÃada e a relaÃÃo entre a altura da camada cimentada (H) e o diÃmetro da fundaÃÃo (D). Os resultados obtidos mostram que a utilizaÃÃo de camadas artificialmente cimentadas eleva consideravelmente as tensÃes verticais necessÃrias para um recalque relativo especÃfico e, tambÃm, o fator de seguranÃa da fundaÃÃo. Com isso, a execuÃÃo de fundaÃÃes superficiais, em substituiÃÃo a fundaÃÃes profundas, torna-se viÃvel.