O comportamento de solos estruturados por cimentação é fortemente influenciado pelo estado de tensões existente durante a deposição do agente cimentante. Procedimentos rotineiros de extração e preparação de amostras em laboratório geralmente causam danos à estrutura natural do material, impedindo, muitas vezes a observação do comportamento real do ponto de vista de rigidez e de deformabilidade. A simulação, em laboratório, das condições de confinamento durante a formação da estrutura cimentante, torna-se uma condição necessária para o estudo do comportamento desses materiais. Seguindo essa linha, o trabalho busca avaliar a influência da tensão de confinamento (tensão de cura) existente durante a formação da cimentação no comportamento deste material, a partir de ensaios triaxiais drenados consolidados isotropicamente. Assim, neste estudo propõe-se a utilização de um solo artificialmente curado sob tensão, observando em conjunto a essa variável a influência do nível de cimentação bem como os efeitos oriundos da tensão confinantes utilizada na fase de cisalhamento. Procurou-se avaliar características de deformabilidade e resistência, através de uma análise do comportamento dos materiais. A avaliação das superfícies de plastificação foi realizada a partir da análise de pequenas deformações do solo cimentado. A análise tensãodilatância se desenvolveu com base no exame do comportamento do material a deformações relativamente grandes. Os resultados mostraram, no geral, que o comportamento do material cimentado foi fortemente influenciado pela variação da tensão de cura, tanto a pequenas bem como a deformações relativamente grandes. / The behavior of cemented structured soils is strongly influenced by the existing stress state during the addition of the cementation agent. The common procedures for laboratory sampling usually cause damage to the natural structure of the materials, hindering, many times, the identification of the real behavior in regard to deformability and stiffness properties. The simulation, in laboratory environment, of confining conditions during the cement structure formation turns to be a mandatory circumstance for the study of the material’s behavior. Inside this context, this work aims to evaluate the influence of the existing confining stress (stress cure) during the cement formation in the behavior of the material, through isotropic drained triaxial tests. Thus, it suggested in this study the usage of artificially cemented soil cured under stress, with parallel observation of the influence of the cement degree, as well the effects from the confining stress used during the shearing stage. It was also evaluated deformability and strength characteristics through behavior analyses of the materials. An assessment of the yield surfaces was carried on from soil cemented small deformation analysis. The evaluation of stress-dilatancy was developed based on the exam of relatively large deformation behavior. The results showed that the general behavior of this material was strongly influenced by the variation of the stress curing both at small strains and at relatively large strains.

A presente pesquisa teve por objetivo a análise do comportamento de diferentes combinações de liners de um determinado solo com e sem cimentação, submetidos à percolação de líquidos ácidos, com o objetivo de simular o comportamento de campo de liners de aterros especiais, que recebem resíduos à base de pirita. Tal resíduo em contato com água e oxigênio forma solução de ácido sulfúrico. Assim sendo, as pretensões deste trabalho foram a análise do comportamento compressivo de liners formados por um dado tipo de solo compactado, com e sem a adição de cimento, através do emprego de um equipamento de adensamento modificado desenvolvido especialmente para esta pesquisa. Da mesma forma, procedeu-se o estudo dos fenômenos de transporte de contaminantes por meio do liner em estudo, basicamente daqueles que comandam o transporte (difusão, advecção, sorção, retardamento da frente de contaminação e grau de afinidade entre o contaminante e o liner). Ensaios isotrópicos a altas tensões de confinamento também foram realizados a fim de se estudar a possível desestruturação dos liners quando percolados por resíduos ácidos. Os resultados obtidos destacam a desestruturação de amostras naturais do solo estudado quando percolado por rejeitos ácidos, em todas as concentrações estudadas, tanto em ensaios triaxiais isotrópicos quanto em ensaios de carregamento axial com deformações laterais nulas. Conclui-se que as águas ácidas quando percoladas por meio de um solo com presença de finos, tende a proporcionar um efeito de carreamento de partículas, aumentando conseqüentemente a porosidade, fator este que poderia proporcionar a falha operacional de um liner. / The objective of this work is to analyse the behavior of a liner formatted by different combinations of soil and cement, percolated by low pH waters under different hydraulic gradients and concentration of acid in the percolant, aiming to simulate in laboratory what would happen in the field to liners in contact with pyrite wastes, from mineral coal mining. Pyrite wastes in contact with water and oxygen result in sulphuric acid, what makes the objective of this research the study of the compressive behavior of the liner submitted to the percolation of acid waters, by means of a special column equipment developed during this research, which allows applying an axial load to the sample under flux. Also, the variation of the transport of contaminants values were investigated, basically diffusion, advection, sorption, retardation coefficient, distribution coefficient, hydrodynamic dispersion, ground water velocity and hydraulic conductivity). Triaxial Isotropic tests were carried out under high confinant pressures in order to verify the volume changes of the samples due to the low-pH contamination. The results show that liners formatted only by soil had rearrange of their structure due to acid percolations, according to both column and isotropic tests. The value of the hydrodynamic dispersion was considerated being totally dependent on the diffusion, because the hydraulic conductivity of the differente combination was low. The results also show that low-pH percolations make a rearrange of the fine particles into the sample, because after a grain size distribution test, the fine particles from the top of the samples were detected on the bottom of the sample, what increase the porosity on the top of the samples, what could lead the liner to a failure.

Num mundo obcecado pelas inovações e sedento pela velocidade, percebe-se a necessidade da constante busca por soluções em todas as áreas do conhecimento. Dentro da Geotecnia isso pode ser obtido com propostas geotécnicas que proporcionem custo reduzido, incluindo preservação dos recursos naturais. Promover o aproveitamento de solos que não apresentam características geotécnicas adequadas é um dos pontos observados nas pesquisas de inovações geotécnicas. Adequar o solo a características de resistência à compressão simples e valores de módulo de cisalhamento inicial, melhorando-o com o uso de cimentos já firmados no mercado nacional, e cimentos alternativos obtidos com a adição de resíduos é a linha que conduz esta pesquisa, que possui como objetivo principal verificar a influência da adição de cimentos em um solo mole orgânico do município de Porto Alegre – RS, Brasil. As misturas eram compostas por um único solo matriz e vários tipos de atente cimentante, sendo eles: cimento Portland CP V-ARI mais escória de alto forno moída (grossa); cimento Portland CP V-ARI mais escória de alto forno moída (fina); cimento Portland CP V-ARI mais fosfogesso (dihidratado); cimento Portland CP V-ARI mais fosfogesso (hemihidratado); cimento Portland CP V-ARI mais cal viva; e cimento Portland CP V-ARI. Os teores de tais agente cimentantes foram fixados em 75 kg/m³, 125 kg/m³, 175 kg/m³, 225 kg/m³ e 275 kg/m³, em massa de cimento por volume de solo, e com teor de umidade da mistura final determinado em 120%. Além da variação dos teores e do tipo de agente cimentante, também foram estipulados três tempos de cura 7, 28 e 90 dias. fim de avaliar qual mistura se comporta de maneira mais adequada, realizaram-se ensaios de resistência à compressão simples e medidas de módulo de cisalhamento inicial. Para que seja possível uma previsão de comportamento dessas misturas é proposta uma equação que leva em consideração a porosidade da mistura (h) e o teor volumétrico de agente cimentante (Civ), e também o fator de água/agente cimentante (a/c). Os resultados indicaram que o aumento no teor dos agentes cimentantes leva ao crescimento na resistência à compressão simples e também nos valores do módulo cisalhante inicial, para os três tempos de cura estudados. A tentativa de estabelecer uma metodologia de previsão de comportamento se apresentou de forma consistente através do método que leva em consideração a relação porosidade/teor volumétrico de agente cimentante e também pelo fator água/cimento (a/c), sendo que a resistência à compressão simples e os valores do módulo cisalhante inicial aumentam com o decréscimo do valores de “h/Civ” e “a/c”. A técnica de melhoramento do solo mole orgânico estudado se mostrou eficaz e capaz de ser realizada com vários tipos de agentes cimentantes, obtendo-se características distintas em função do tempo de cura, do teor e do tipo de agente cimentante adicionado ao solo. / In a world obsessed by innovation and thirsty for speed, it can be seen the need for constant search for solutions in all areas of knowledge. Within Geotechnical Engineering, it can be obtained with geotechnical proposals that provide reduced cost, including preservation of natural resources. Promoting the use of soils that do not have adequate geotechnical characteristics is one of the points observed in geotechnical research innovations. Adjusting the soil strength characteristics and initial shear modulus values, improving it with the use of standard cements and alternative cements obtained with the addition of waste is the line that leads this research, which has as main objective the verification of the influence of the addition of distinct binders in an organic soft soil of Porto Alegre - RS, Brazil. The mixtures were composed of a single soil matrix and various types of binders, namely: early strength Portland cement, early strength Portland cement mixed with ground furnace slag (coarse particles), early strength Portland cement mixed with ground furnace slag (fine particles), early strength Portland cement mixed with gypsum (di-hydrate), early strength Portland cement mixed with gypsum (hemi-hydrate) and early strength Portland cement mixed with quicklime. The binder amounts were set at 75 kg/m³, 125 kg/m³, 175 kg/m³, 225 kg/m³ and 275 kg/m³ in mass of binder per volume of soil, and moisture content of 120% regarding final mixture. In addition to changes in the amount and type of binders, three cure times were also stipulated 7, 28 and 90 days. In order to assess which mixture behaves more adequately, strength tests and initial shear modulus measures were carried out. In order to foreseen the mechanical behavior of the blends, a methodology that takes into account the porosity/volumetric cement content ratio ( /Civ), as well as the well-known water/cement ratio (a/c) are used. Results indicated that the increase in the binder content leads to an increase in compressive strength and also in the initial shear modulus, for all curing times. Both /Civ and a/c are capable to predict the unconfined compressive strength and the initial shear modulus. The studied technique of improving organic soft soils with various types of binders was successful, thus obtaining different characteristics in terms of curing time, binder content and type of binder added to the soil.

A estabilização de solos é uma técnica através da qual se busca a melhoria das características de comportamento do solo, especialmente em termos de resistência, deformabilidade, durabilidade e permeabilidade (Ingles & Metcalf, 1972). A ágil e rápida determinação do ganho de resistência de solos artificialmente cimentados ainda não é precisa, e necessita de grande aprimoramento. Com esse objetivo se desenvolveu um equipamento para previsão da resistência de solos moles orgânicos artificialmente cimentados que oferece rapidez nos ensaios e precisão nos resultados. O equipamento basicamente funciona com a cravação de uma haste com base circular alargada adaptada em um anel dinamométrico de nylon que penetra no solo e cujos resultados têm relação linear com a resistência à tração por compressão diametral e resistência à compressão simples independente do tipo de solo, adição de agente cimentante, tipo de agente cimentante, teor de umidade da mistura e tempo de cura. Neste estudo também são mostrados resultados do melhoramento de solo com diferentes teores de cimento e cal, bem como os efeitos dos teores de turfa e resíduo de folhas de eucalipto moídas. Além disso, são avaliados os efeitos do pH baixo através da acidificação das amostras com ácido clorídrico e sulfúrico. O teor de umidade do solo apresenta grande influência nos resultados, pois quanto maior a umidade menor a resistência ou maior o consumo de cimento. A adição de ácido húmico em teores de 0,5%, 2,1% e 4,0% apresentou redução de resistência à compressão simples. As misturas com resíduo de folha de eucalipto moídas e turfa apresentaram redução de resistência e também retardo na atuação dos agentes cimentantes. As misturas com adições de cimento atingiram de uma forma geral resultados superiores comparados com adições de cal virgem. No entanto a combinação de cimento e cal virgem apresentou ótimo desempenho até mesmo superior às misturas com adição de cimento. / Soil stabilization is a technique which seeks to improve the performance characteristics of the soil, especially in terms of strength, deformability, durability and permeability (Ingles & Metcalf, 1972). The agile and rapid determination of the resistance gain of artificially cemented soils is still not accurate and needs major improvement. The main objective of present research was the development and testing, as well as the correlation with standard equipments results, of an apparatus for predicting the resistance of artificially cemented organic soft soils in a fast and accurate testing procedure. The equipment developed in present research basically works with the penetration of a rod with a circular base (adapted in the tip of a dynamometer ring made of nylon) into cement treated soft soils whose results have linear relationship with the tensile strength and compression strength regardless of soil type, addition of cementing agent, type of cementing agent, moisture content of the mixture and curing time. In this study are also shown results of soil improvement due to insertion of different amounts of cement and/or lime, and the effects of the amounts of peat and crushed eucalyptus leaves into soil strength. Furthermore, the effects are evaluated from low pH by acidifying the sample with specific acids. The moisture content of the soil has a major influence on the results, the higher the humidity the lower resistance or higher cement consumption. The addition of humic acid at levels of 0.5%, 2.1% and 4.0% showed a reduction of the compressive strength. Mixtures with waste ground eucalyptus leaf and peat showed a delayed action on cementing agents. Some combinations of cements (cement, lime and ash) showed excellent performance. Combinations of cements generally obtained higher results compared to lime addition. However combinations of cement and lime came up with results better than mixtures with only cement.

A rigidez a pequenas deformações e sua respectiva degradação são informações cruciais para se determinar parâmetros de projeto mais precisos. Apesar de sua importância, estas propriedades não são usualmente investigadas. Assim, o objetivo do presente trabalho foi de estudar a degradação da rigidez da areia de Osório artificialmente cimentada por meio de diferentes métodos de laboratório. A escolha por um material cimentado ocorreu baseada em apelos ambientais, econômicos e técnicos. O presente estudo também objetiva desenvolver e validar um sistema de Bender Elements (BE), que forneça resultados confiáveis na avaliação da degradação do solo. Pares de BE foram construídos para serem utilizados em testes de bancada e ensaios triaxiais. Além disso, um amplificador de sinal, assim como scripts foram desenvolvidos especialmente para a interpretação dos dados no domínio do tempo. O aumento da rigidez durante o processo de cura foi avaliado por meio da velocidade de onda cisalhante, medida pelos BE e por um equipamento de ondas ultrassônicas (UPV), sob condições de pressão atmosférica. Ensaios de degradação da rigidez, por sua vez, foram conduzidos em uma câmara triaxial especialmente modificada para a instalação dos BE Após sete dias de cura atmosférica, os corpos-de-prova foram cisalhados no equipamento triaxial modificado enquanto mudanças de rigidez eram obtidas por meio de testes de BE e instrumentação interna. Os resultados demonstraram que o sistema BE desenvolvido foi bem sucedido na avaliação da rigidez do solo estudado. A comparação entre os resultados do BE e UPV não foi conclusiva no que se refere à dependência do solo à frequência. A degradação do módulo obtida por ambas as metodologias apresentou uma adequada concordância para o corpo-deprova com menor quantidade de cimento. Módulos obtidos por BE foram pouco maiores que os obtidos por medidas internas. Ainda, a interpretação no domínio do tempo dos resultados de BE para corpos-de-prova cimentados, especialmente durante ensaios triaxiais, foi difícil de ser executada, reforçando a necessidade de se combinar diferentes métodos de interpretação quando BE forem utilizados. / Stiffness at small strains and its respective degradation are crucial information to determine more precise design parameters. Despite their importance, these properties are not usually investigated. Thus, the objective of the present work was to study the stiffness degradation of artificially cemented Osorio sand by means of different laboratory methods. The choice for a cemented material was based on environmental, economic, and technical appeals. The present study also aimed to develop and validate a Bender Elements (BE) system that can provide reliable results in the evaluation of soil degradation. BE pairs were built for bench and triaxial tests. In addition, a signal amplifier, as well as scripts were specially developed for the interpretation of data in the time domain. Increase in stiffness during the curing process was evaluated by shear wave velocity measured by BE and an ultrasonic pulse wave velocity (UPV) equipment under atmospheric pressure conditions. Stiffness degradation tests were conducted in a specially modified triaxial chamber for BE installation After seven days of atmospheric curing, specimens were sheared in the modified triaxial equipment, while stiffness changes were obtained by BE tests and internal instrumentation. The results showed that the developed BE system was capable of successfully evaluating the studied soil. The comparison between BE and UPV results was not conclusive regarding soil dependence on frequency. Shear module degradation obtained with the two methodologies presented an adequate agreement for the specimen with the smaller amount of cement. Shear moduli obtained with BE were slightly larger than those obtained with internal measurements. Also, BE results interpretation in the time domain for cemented specimens, especially in the triaxial tests, was difficult to perform, reinforcing the need to combine different interpretation methods when BE are used.

O solo é base de praticamente todas as obras de Engenharia Civil e em algumas situações este não apresenta condições de suportar o carregamento imposto. Tal problema pode ser solucionado com técnicas de estabilização. A estabilização com cal é uma técnica clássica, porém não apresenta um método racional de dosagem e uma superfície de falha tridimensional conhecida. Entretanto este quadro vem alterando-se por meio de pesquisas que buscam utilizar o coeficiente porosidade/teor volumétrico de cal para dosar solo-cal. Assim, esta pesquisa tem como objetivo avaliar a influencia do coeficiente n/(Liv) na variação de resistência à tração na compressão diametral de misturas solo- cinza volante-cal para diferentes temperaturas e diferentes tempos de cura. Busca-se obter, também, a envoltória de ruptura tridimensional deste material. Para isso foram realizados ensaios de tração por compressão diametral em corpos de prova da mistura areia de Osório e cinza volante com 3, 5 e 7 % de cal (em peso), com peso especifico aparente seco de 14, 15 e 16 kN/m², curados a 20, 27, 35, 50, 65,80 e 90ºC por 1, 3 e 7 dias. Ensaios em Triaxial Verdadeiro e de ondas ultrassônicas foram executadas em amostras com 3 dias de cura a 35º, 3% de cal, peso específico seco de 14kN/m³ e nvariando de 0 até 180º. A relação porosidade/teor volumétrico de cal ajustado por um coeficiente [n/(Liv)0,3] mostrou-se adequada na previsão da resistência à tração para todas as temperaturas e tempos de cura estudados. O uso deste coeficiente permitiu a obtenção de curvas que permitem o cálculo da temperatura máxima que influência na resistência da mistura estudada para cada tempo de tempo. Este coeficiente também permitiu a obtenção de uma equação capaz de determinar a resistência máxima que pode ser obtida em cada tempo de cura independente da temperatura de cura. A envoltória de ruptura encontrada tem formato não circular, logo a resistência do material é dependente do caminho de tensões. A isotropia do material foi confirmada através da comparação entre caminhos de tensão iguais, porém executados em diferentes direções e através da comparação entre o Módulo Oedométrico há pequenas deformações (M0)e o Módulo de Cisalhamento há pequenas deformações (G0) das direções x, y e z da amostra. / Soil is the base of most civil engineering constructions, and when it cannot support the construction loads, such problem can be solved through the use of soil stabilization technique. Lime stabilization is a classical technique, but does not present a rational dosage method and a known three-dimensional failure envelope. This situation has been changed with researches using the porosity/lime ratio to dose soil-lime. Thereby this research aims to evaluate the influence of the quotient n/(Liv) in the assessment of splitting tensile at different temperatures and time of curing and find. It was also looked for the three dimensional rupture envelope of this material. For this research splitting tensile tests were carried out with lime contents varying from 3% to 7%, dry unit weight ranging from 14kN/m³ to 16kN/m³, time curing varying from 1 to 7 days and curing time varying from 20º to 90º. True Triaxial tests and ultrasonic waves tests were carried out with samples with 3% of lime content, 14kN/m³ of dry weight, 3 days of curing at 35º and nangle between nz and the consider stress path) in ranging from 0º to 180º. The porosity/lime ratio, defined as the ratio of the compacted mixture porosity and the lime volumetric content, adjusted by an exponent, proves to be an appropriate parameter to estimate the splitting tensile strength of the soil-fly ash-lime studied in all time and temperature studied. The use of this coefficient allowed obtaining curves that allow the calculation of the maximum temperature that influences the resistance of the studied mixture for each time period. This coefficient also allowed obtaining an equation capable of determining the maximum resistance that can be reached in each curing time independent of curing temperature. The failure envelope found has a non-circular shape, so the strength of the material is dependent on the stress path. The isotropy of the material was confirmed by comparing equal stress paths, but executed in different directions and by comparing the Oedometric Modulus in small strains (M0 ) and Shear Modulus in small strains (G0 ) of the x, y, and z directions the sample.

A fim de avaliar a contribuição das ligações cimentantes no comportamento tensão-deformação dos solos cimentados, bem como quantificar a variação das tensões de início de plastificação e incremento de tensão de plastificação em função do índice de vazios de cura, foram realizados dezoito ensaios de compressão isotrópica em amostras artificialmente cimentadas curadas com diferentes tensões confinantes, índices de vazios e teores de cimento. As amostras foram inicialmente adensadas a várias tensões confinantes ao longo da linha de compressão normal do solo sem cimentação, simulando a formação de elementos de solos em diferentes profundidades de um depósito sedimentar cimentado. Após o adensamento, as amostras eram curadas para posterior aplicação de incrementos de tensão isotrópica. Complementarmente, dezenove ensaios triaxiais drenados foram realizados em amostras artificialmente cimentadas curadas sob diferentes tensões confinantes e índices de vazios de forma a analisar as modificações dos parâmetros de resistência, deformabilidade e plastificação em função do índice de vazios e tensão de cura. Por final, um novo modelo matemático foi proposto para simular os ensaios isotrópicos das amostras curadas com diferentes índices de vazios e teores de cura, descrevendo o comportamento teórico dos elementos de solo situados nas diferentes profundidades do depósito fictício de solo cimentado. A capacidade do modelo de simular os resultados dos ensaios isotrópicos para uma gama ampla de índice de vazios de cura e teores de cimento também foi apresentada. Comentários acerca das respostas obtidas com simulações de amostras curadas a altos e baixos índices de vazios, e solicitadas a elevadas tensões isotrópicas, também são apresentadas juntamente com uma análise dos três parâmetros adicionais requeridos pelo modelo em relação ao modelo Cam Clay: um parâmetro de medida de nível de cimentação, um parâmetro definidor do tipo de comportamento da estrutura cimentante (rígido, rígido-plástico, linear, etc.), e um parâmetro que relaciona a magnitude das tensões da estrutura cimentante com o nível de cimentação da amostra. / To evaluate the contribution of cementation on the stress-strain behaviour of cemented soils, as well as to quantify the variation of the initial yielding stress and yielding stress increment based on the curing void ration, a series of eighteen isotropic compression tests were performed en artificially cemented samples cured under different confining stresses, void ratio and cement content. The samples were initially consolidated to different stresses on the normal compression line of the non-cemented soil, in order to simulate the soil formation at different depths in cemented sedimentary deposits. After consolidated, the samples were cured and then isotropic increments of tension were applied. Complementary, nineteen drained triaxial tests were performed on artificially cemented samples cured under different confining stresses and void ratio in order to analyze the modification on the shear strength parameters, deformability and yielding based on the void ratio and curing stress. At the end, a new mathematical model was proposed to simulate the isotropical tests performed on samples cured with different void ratio and cement content, describing the theorical behavior of the soil elements situated on different depths of a fictitious deposit of cement soil. The model’s ability to simulate the results of the isotropic tests performed for a wide range of curing void ratio and cement was also presented. Comments about the simulations of samples cured with low and high void ratios and consolidated to high isotropic stresses are also presented together with an analysis of the three additional parameters required by the model in relation to Cam Clay model: a parameter measuring the cementation level, a parameter defining the kind of cementing structure behaviour (rigid, rigid-plastic, linear, etc.) and a parameter that relates the stress magnitude of the cementing structure with the cementation level of the sample.

Engenheiros geotécnicos, defrontam-se frequentemente com solos de baixa capacidade de suporte. Para viabilizar projetos nestes materiais, pode-se utilizar fundações com grandes dimensões e/ou melhorar a propriedades mecânicas destes solos. Fundações de grandes dimensões podem ser extremamente onerosas e gerar impactos ambientais indesejáveis provocados por grandes movimentações de solo. Em contrapartida, o melhoramento das propriedades mecânicas do solo pode ser obtido por meio de tratamento com agentes cimentantes. Esta técnica tem-se mostrado bastante promissora nas diversas subáreas da geotecnia, como por exemplo, leito e subleito de pavimentação, estabilidade de taludes e terrenos para assentamento de fundações à compressão. A utilização desta técnica em fundações escavadas submetidas à tração ainda é incipiente. Até meados dos anos 1950, os métodos de previsão de desempenho consideravam somente o peso do solo contido em uma superfície ruptura somado ao peso da fundação, como contribuindo na capacidade de carga ao arrancamento. Estudos recentes passaram a incluir uma terceira parcela de resistência devido à resistência ao cisalhamento do solo. A partir de então diversos autores passaram a estudar técnicas de melhoramento e reforços dos reaterros. Num primeiro momento, foi estudada a influência das técnicas de compactação do reaterro e a substituição do material por outro com melhores propriedades. Atualmente, os estudos concentram-se no reforço dos reaterros com geossintéticos e adição de agentes cimentícios. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é realizar um estudo avaliando os benefícios gerados pelo aumento da capacidade de carga, de fundações escavadas e reaterradas com areia fina e homogênea (proveniente da cidade de Osório/RS), cimentada, avaliando sua influência em termos das propriedades geométricas (diâmetro das fundações, profundidade de assentamento e diâmetro de tratamento) e geotécnicas (coesão, ângulo de atrito e módulo de elasticidade, influenciados pelo teor de cimento). Para tanto foram realizadas provas de carga à tração, variando-se o diâmetro (30 e 45 cm), profundidades de embutimentos (entre 0,5 e 2,0), e teores de cimento (0%, 3% e 7%). Através das provas de carga, verificou-se que o aumento do teor de cimento e da profundidade de assentamento aumentam a capacidade de carga à tração. Os resultados experimentais foram reproduzidos pelo método de elementos finitos por meio de retroanálise. A partir do modelo numérico gerado pela retroanálise, foram executadas duas análises paramétricas. Na primeira foram definidos os parâmetros significativos – coesão e embutimento – e determinada uma equação adimensional para determinação da carga máxima para tratamento de uma camada infinita. Na segunda análise foram definidos ábacos para determinação da perda de carga em função da redução do diâmetro de tratamento, para três níveis de cimentação – baixa, média e alta. / Geotechnical engineers frequently have to deal with soils that have reduced strength. In order to carry out the design of footings in such materials, their base has to be quite large and/or mechanical properties of the soils have to be improved. Shallow foundations of large dimensions can be extremely expensive and generate undesirable environmental impacts due to large soil movements. As an alternative, the improvement of mechanical properties of the local soil can be obtained by treating it with cementitious agents. Such technique has been used with success in several earthworks such as the improvement of base and sub-base of pavements, slope stability and particularly as a soil-cement mixture of a compacted layer over a low bearing capacity soil. The use of such technique in footings subjected to pullout forces is still insipient. Until middle 1950’s, pullout design methodologies of shallow foundations embedded in soil backfills considered only the weight of the soil contained inside a specific failure surface plus the foundation self-weight as the pullout failure load. Further studies included the shear strength of the soil at the failure surface. Since then several authors considered several techniques to improve and/or reinforce the backfills. At first the influence of backfill compaction and material substitution to improve soil properties were considered. Nowadays, studies concentrate in the reinforcement of backfills with geosynthetics and in the addition of cementitious agents. In such context, the main aim of present work is to carry out a research evaluating the benefits towards the improvement of uplift performance of footings embedded in cemented stabilized backfill, analyzing the influence of the geometrical characteristics of the problem (diameter of the footings, depth of embedment and size of the improved area) and geotechnical properties of the backfill (cohesion intercept, friction angle and Young’s modulus), the latter influenced by the amount of cementitious agents inserted on the soil. For doing so, several pullout tests were carried out varying foundation diameter (0.30 and 0.45 m), embedment depth according foundation diameter (ranging from 0.5 e 2.0) and cement contents (0%, 3% and 7%) in the stabilized backfill. Results of pullout tests have shown that the increase of cement content and embedment depth of the backfill increased uplift capacity. Field results were reproduced through a back-analysis using the finite element technique. In the sequence, two distinct parametrical analyses were also carried out. In the first analysis the parameters that show significance were cohesion intercept and embedment depth – a non-dimensional equation determining the failure pullout load (considering infinite horizontal improvement) was determined. In the second analysis distinct abacus were produced to allow considering reduction of horizontal treatment area for three cementation levels – low, medium e high.

As propriedades do solo cotidianamente podem não ser 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 cimentado e não cimentado. Ainda, embora comuns, o comportamento do solo frente a solicitações cíclicas não é completamente conhecido. Nesse sentido, o estudo do comportamento de hidratação e da resposta cisalhante cíclica de um resíduo de mineração cimentado reforçado com fibras é objetivado. Para tanto, medidas de retração química, medidas de rigidez ao longo da hidratação e ensaios simple shear monotônicos e cíclicos foram realizados com resíduo de mineração cimentado e não cimentado, reforçado com fibras e não reforçado. O resíduo, oriundo da mineração de ouro, um silte arenoso com traços de argila, foi cimentado com diferentes teores de cimento Portland, entre 0% e 10% em relação à massa de solo seco, e reforçado com 0% e 0,5%, em relação à massa de sólidos secos, de fibras de polipropileno de 50mm de comprimento e 0,1mm de espessura, equivalentes a um índice aspecto de 500. Os resultados demonstraram que as fibras não afetaram o processo de hidratação das misturas de resíduo de mineração cimentadas, que apresentam tendência de atenuação logarítmica da retração química com o tempo. Quanto maiores as relações água/cimento, maior o nível de retração química. A inclusão de fibras a misturas de resíduo de mineração cimentadas, da mesma forma, não afetou a evolução dos valores de rigidez inicial, que crescem com tendência logarítmica em função do tempo e aumentam com o acréscimo do nível de cimentação. Sob condições monotônicas de cisalhamento, a adição de fibras conferiu ao material cimentado e não cimentado comportamento de endurecimento. Sob condições cíclicas de deformação cisalhante controlada, as fibras não afetaram a resposta cisalhante das amostras não cimentadas e provocaram aumento dos valores da tensão cisalhante das amostras cimentadas após sucessivos ciclos de esforços. Sob condições cíclicas de tensão cisalhante controlada, a adição de fibras às misturas não cimentadas proporcionou o aumento da resistência aos ciclos de esforços e às misturas cimentadas provocou aumento dos níveis de deformação cisalhante. A concordância das mesmas envoltórias de resistência tanto às trajetórias de tensões dos ensaios monotonônicos quanto às trajetórias dos ensaios cíclicos sob diferentes condições de carregamento possibilitou a obtenção dos mesmos parâmetros de resistência das misturas analisadas sob diferentes condições de carregamento. / The soil properties commonly may not suit the project characteristics and requirements. It is presented, as alternative, the improvement technique of fibrous elements inclusion to the cemented and uncemented soil matrix. Moreover, although common, the behaviour of soil under cyclic loads is not completely known. In this sense, the study of the hydration behaviour and the cyclic shear response of fibre reinforced cemented mine tailings is the main objective of this research. Therefore, chemical shrinkage measurements, stiffness measurements during hydration and monotonic and cyclic simple shear tests were conducted on fibre reinforced and unreinforced cemented and uncemented mine tailings. The tailings, produced from gold mining, are classified as a sandy silt with traces of clay and were cemented with different amounts of Portland cement, ranging from 0% to 10% by dry weigh of soil, and reinforced with 0% and 0.5% by dry weigh of solids of polypropylene fibers 50mm long and 0.1mm thick, equivalent to an aspect ratio of 500. The results showed fibres did not affect the hydration process of cemented mine tailings mixtures, which presents logarithmic attenuation of chemical shrinkage over time. The greater the water / cement ratio, the higher the level of chemical shrinkage. The inclusion of fibers to cemented mine tailings, likewise, did not affect the evolution of initial stiffness values, that raise logarithmic over time and increase with the increase of the cementation level. Under monotonic shear conditions, the addition of fibers confers hardening behaviour to the uncemented and cemented materials. Under shear strain controlled cyclic conditions, fibres did not affect the shear response of uncemented samples and increased shear stress values of cemented samples after successive load cycles. Under shear stress controlled cyclic conditions, the fibres addition to the uncemented mixtures increased the resistance to load cycles and to the cemented mixtures increased levels of shearing strain. The agreement of the same strength envelopes to both monotonic and cyclic stress paths, under different cyclic loading conditions, allows the use of the same strength parameters of mixtures analyzed under different loading conditions.

A técnica de solo cimento se apresenta como uma ferramenta eficaz no melhoramento de distintos solos, adequando-os às necessidades da engenharia geotécnica. Tal tratamento do solo se aplica, por exemplo, na construção de bases para plataformas rodo-ferroviárias, camada de suporte para fundações superficiais, na prevenção da liquefação de solos granulares em condições fofas, no encapsulamento de solos contaminados e como barreiras de contenção de contaminação. Dessa forma, o presente estudo visa quantificar a influência da quantidade do cimento e da porosidade em relação ao comportamento mecânico das misturas de solos granulares com cimento. Assim, ensaios de resistência à compressão simples, resistência à compressão diametral, ensaios com bender elements e ensaios triaxiais foram realizados com o objetivo de obter uma metodologia de dosagem de solos granulares com adição de cimento. Para tal, foram utilizados um solo artificial areno-pedregulhoso, um solo arenoso grosso de origem granítica, um solo arenoso fino de origem basáltica, um solo arenoso fino de origem granítica e por último, uma areia fina uniforme, estes últimos três materiais com granulometria semelhante, mas com mineralogia e formato de grãos distintos. Em todos os ensaios foram utilizados cimento Portland CP–V (alta resistência inicial), como agente cimentante e água destilada. Corpos de prova cilíndricos foram moldados com distintos teores de cimento e porosidade. Os ensaios de resistência foram realizados após 7 dias de cura em ambiente com temperatura e umidade controlada. E os ensaios com bender elements foram realizados ao longo do tempo de cura, até 7 dias. Por último foi realizada a análise e comparação de todos os dados obtidos juntamente com outros materiais já estudados, no intuito de aprimorar o entendimento da técnica e da metodologia de dosagem de solo cimento. / The soil cement technique itself is an effective tool in the improvement of different soils, adapting them to the needs of geotechnical engineering. Such treatment of the soils might be used in the construction of road subgrades, railway platform subgrades, support layers for shallow foundations, in the encapsulation of contaminated soils in liquefaction prevention of loose granular soils and in barriers for containment of contamination. Thus, this study aimed at measuring the influence of the amount of cement and porosity on the mechanical behavior of granular soils – cement mixtures. Thus, unconfined compression, Brazilian tensile, bender elements and triaxial tests were carried out in order to obtain a dosage methodology for granular soils treated with cement. To this end, an artificial sand-gravel soil, a fine sand soil of basaltic origin, a fine sand soil of granitic origin and lastly, a coarse sandy soil, also of granitic origin were used. Early strength Portland cement was used as cementing agent, as well as distilled water. Cylindrical specimens were cast with different levels of cement and porosity. Strength tests were performed after 7 days curing in an environment with controlled temperature and humidity. Assays were performed using bender elements throughout the curing time, up to 7 days. Finally, a full analysis was performed using data obtained in present work, together with results of other granular soils treated with cement obtained through a literature review, in order to improve understanding of soil cement technique and enhance a dosage methodology of soil cement.