Este trabalho apresenta um estudo sobre o comportamento ao longo do tempo de estruturas em solos finos reforçados com geossintéticos. O programa de atividades desenvolvido para este fim compreendeu três etapas: leituras de deformações de uma estrutura real de solo reforçado com geossintéticos, ensaios de laboratório de fluência confinada e isolada e modelagens computacionais da obra de referência. A estrutura real foi monitorada em duas seções distintas, sendo uma delas construída em geotêxteis não tecidos e a outra em geotêxteis tecidos. As leituras de deformação foram realizadas por um período de quatro anos. As condições da obra real foram utilizadas como referência para o planejamento dos ensaios de fluência em isolamento e confinamento. Os ensaios confinados foram conduzidos inicialmente no equipamento de fluência confinada desenvolvido por Costa (2004), no qual o carregamento é imposto de forma indireta ao reforço. Os ensaios foram realizados empregando o mesmo solo de aterro da obra real, com diferentes níveis de carregamento vertical (140, 200, 300 e 400 kPa) e com diferentes umidades de compactação (8%, 11,7% e 16%). Os ensaios com carregamento de 140 kPa foram repetidos no equipamento de fluência confinada-acelerada desenvolvido por França (2011), permitindo uma comparação teórica e prática entre os dois equipamento utilizados. Ensaios adicionais foram realizados para avaliar o comportamento ao longo do tempo de geossintéticos confinados submetidos a um processo de inundação do solo. E para finalizar a campanha de ensaios foram realizados testes para a verificação do incremento de cargas nos reforços devido aos efeitos da compactação do maciço. As modelagens computacionais foram realizadas empregando o software Plaxis 2D. A partir dos modelos numéricos foi possível verificar os mecanismos desenvolvidos ao longo do tempo de estruturas de solos reforçados com geossintéticos. A modelagem numérica permitiu extrapolar o comportamento da estrutura para outro tipo de reforço (geogrelha) e para tempos bem mais elevados do que os tempos reais de leitura. As previsões de comportamento foram realizadas para tempos de até 100 anos. Os resultados da campanha de ensaios mostraram que os reforços confinados em solo estão sujeitos aos fenômenos da fluência e da relaxação ao longo do tempo. Os resultados mostraram que as taxas de fluência e de relaxação foram mais elevadas para os maiores carregamentos verticais. Os ensaios adicionais mostraram que os reforços sofreram um incremento significativo de carga devido aos efeitos da compactação e que a rigidez confinada dos reforços praticamente não se alterou devido aos efeitos da inundação. A previsão do comportamento do muro de referência utilizando o MEF mostrou que a estrutura deve apresentar baixos níveis de deformação para períodos de até 100 anos. A análise conjunta de todos os resultados obtidos ao longo do trabalho permitiu o desenvolvimento de um modelo analítico que permite a previsão do comportamento de muros reforçados com geossintéticos a partir de resultados de ensaios de fluência em isolamento. A aplicação do modelo proposto para o caso do muro real mostrou uma boa coerência entre os resultados previstos e os resultados medidos em campo. / This dissertation presents a study on time-dependent behavior of geosynthetic reinforced soil walls with fine soil. The testing program comprised of three distinct steps: field assessment of an instrumented geotextile reinforced soil wall, in-air and in-soil laboratory creep tests, and numerical analysis of the instrumented wall. Reinforcement strains were monitored in two different cross-sections: one built with nonwoven geotextile and the other built with woven geotextile. The strains were monitored during four years of service. The field conditions were used as the basis for planning in-air and in-soil creep tests. The in-soil creep tests were initially conducted using the confined-creep test apparatus developed by Costa (2004), which simulates the typical load transfer mechanism in reinforced soil structures. The in-soil tests were performed using the same soil used in the instrumented wall. These tests were carried out at different levels of vertical load (140, 200, 300 and 400 kPa) at the optimum water content (11.7%) and at different compaction water content of the soil (8%, 11.7% and 16%) at 140 kPa. The tests with 140 kPa of vertical load were replicated using the confined-accelerated creep test apparatus developed by França (2011). These tests allowed a theoretical and practical comparison between the two different in-soil creep testing apparatuses utilized in the testing program. Additional in-soil creep tests were conducted to evaluate the behavior of confined geosynthetics with time submitted to flooding of the top soil layer above the reinforcement. Compaction tests were also performed to check the increase of reinforcement loads due to soil compaction. Numerical modelling was carried out with the Finite Element Method (FEM) using Plaxis 2D. The numerical models allowed evaluation of the geotechnical mechanisms developed with time on geosynthetic reinforced soil wall structures. These models were also used to predict timedependent strains for longer periods (until 100 years) and for different types of reinforcements. The results of the testing program showed that the reinforcements confined in soil presented creep and stress relaxation behavior with time. The results also showed that the creep and relaxation rates were higher for larger vertical loads. It was observed that the confined stiffness of the reinforcement was virtually the same regardless the occurrence of flooding in the top soil layer. Additionally, the compaction tests showed that the larger the difference of the soil compaction water content from the optimum, the larger the loads in the reinforcement. Behavior prediction of the monitored, full-scale wall using FEM showed that the structure should have low strain levels for periods up to 100 years. The laboratory test results and the mechanisms learned from the FEM analysis allowed the development of an analytical model for predicting geosynthetic-reinforced soil wall behavior from results of in-air creep tests. The strain results of the analytical model applied to the monitored full-scale wall showed that the predicted strains are in good agreement with the field strains.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Construções). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2013

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (especialização em Construções). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Professor José Couto Marques

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

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

O presente trabalho tem por objetivo avaliar a técnica de desaguamento de resíduos sólidos gerados em estações de tratamento de água utilizando tubos geotêxteis - Bags, que representam uma alternativa tecnológica para a redução do teor de umidade dos resíduos. O trabalho foi dividido em duas etapas: ensaios com Bags suspensos e com Bags dispostos sobre o solo. Nos estudos são abordadas as características mais relevantes do processo de desaguamento face às solicitações mecânicas e hidráulicas a que qualquer sistema está submetido, bem como são apresentados resultados e discussões sobre as características físico-químicas dos resíduos gerados, geocondicionados nos Bags geotêxteis e da água drenada. A técnica de desaguamento por Bags mostrou-se uma alternativa viável para a redução do teor de umidade, apresentando um melhor desempenho em relação às técnicas convencionais. Pode-se também utilizá-la em paralelo com outras técnicas já existentes para a otimização do processo de desaguamento. Ressalta-se que a correta operação da tecnologia garante a eficiência da drenagem, sendo, então, necessária a adição de polímeros como agentes coagulantes, de forma a promover a separação da fase líquida da fase sólida. Observou-se que os resíduos geocondicionados ao reduzirem o teor de umidade passam a concentrar alguns componentes químicos tais como: sílica, nitrogênio e alumínio. As dificuldades relacionadas à disposição de resíduos sólidos em estações de tratamento de água justificam esse estudo. A despeito dos resultados satisfatórios desse estudo, é importante salientar a necessidade de mais projetos que avaliem os resultados obtidos nos ensaios e o comportamento dos Bags com o passar do tempo, já que a técnica mostrou-se viável ambiental, econômica e tecnicamente. / The present study aims at evaluating the disposal process of slurry from a water treatment plant. In replacement to the conventional technique of disposing slurry in pools, a geotextile tube has been used to dehydrate and retain the slurry inside the Bag. This is achieved because the geotextile is permeable, yet soil-tight, and any excess water pressure is expelled from the tube. The work has been divided in two sets of tests: suspended Bags to define a treatment methodology and a prototype geoBag laid on the ground over a drained layer to simulate the treatment process. The mechanical, hydraulic and chemical responses associated with this process considering both solid waste and drained water contents have been evaluated and discussed. As a whole, the use of geoBags has proved to be a viable option to reduce the water content in slurry, as well as an attractive alternative to replace or to be combined with other techniques currently in use in Brazil. A critical aspect controlling the efficiency of the operation is the addition of polymers for flocculation before introducing slurry into the Bag so that liquid and solid phases are dissociated. Upon monitoring the process, it has been observed that solids retained inside the Bag exhibit concentrated levels of chemical components such as silica, nitrogen and aluminum. This study has been considered relevant in face of the environmental needs and public policy control of the disposal of solid wastes. In spite of being a promising alternative technique to slurry treatment, further investigation is needed to evaluate the trials results of this research and bag behavior as time goes by. So far, the technique has proved to be environmentally, economically and technically feasible.

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

O presente trabalho tem por objetivo avaliar a técnica de desaguamento de resíduos sólidos gerados em estações de tratamento de água utilizando tubos geotêxteis - Bags, que representam uma alternativa tecnológica para a redução do teor de umidade dos resíduos. O trabalho foi dividido em duas etapas: ensaios com Bags suspensos e com Bags dispostos sobre o solo. Nos estudos são abordadas as características mais relevantes do processo de desaguamento face às solicitações mecânicas e hidráulicas a que qualquer sistema está submetido, bem como são apresentados resultados e discussões sobre as características físico-químicas dos resíduos gerados, geocondicionados nos Bags geotêxteis e da água drenada. A técnica de desaguamento por Bags mostrou-se uma alternativa viável para a redução do teor de umidade, apresentando um melhor desempenho em relação às técnicas convencionais. Pode-se também utilizá-la em paralelo com outras técnicas já existentes para a otimização do processo de desaguamento. Ressalta-se que a correta operação da tecnologia garante a eficiência da drenagem, sendo, então, necessária a adição de polímeros como agentes coagulantes, de forma a promover a separação da fase líquida da fase sólida. Observou-se que os resíduos geocondicionados ao reduzirem o teor de umidade passam a concentrar alguns componentes químicos tais como: sílica, nitrogênio e alumínio. As dificuldades relacionadas à disposição de resíduos sólidos em estações de tratamento de água justificam esse estudo. A despeito dos resultados satisfatórios desse estudo, é importante salientar a necessidade de mais projetos que avaliem os resultados obtidos nos ensaios e o comportamento dos Bags com o passar do tempo, já que a técnica mostrou-se viável ambiental, econômica e tecnicamente. / The present study aims at evaluating the disposal process of slurry from a water treatment plant. In replacement to the conventional technique of disposing slurry in pools, a geotextile tube has been used to dehydrate and retain the slurry inside the Bag. This is achieved because the geotextile is permeable, yet soil-tight, and any excess water pressure is expelled from the tube. The work has been divided in two sets of tests: suspended Bags to define a treatment methodology and a prototype geoBag laid on the ground over a drained layer to simulate the treatment process. The mechanical, hydraulic and chemical responses associated with this process considering both solid waste and drained water contents have been evaluated and discussed. As a whole, the use of geoBags has proved to be a viable option to reduce the water content in slurry, as well as an attractive alternative to replace or to be combined with other techniques currently in use in Brazil. A critical aspect controlling the efficiency of the operation is the addition of polymers for flocculation before introducing slurry into the Bag so that liquid and solid phases are dissociated. Upon monitoring the process, it has been observed that solids retained inside the Bag exhibit concentrated levels of chemical components such as silica, nitrogen and aluminum. This study has been considered relevant in face of the environmental needs and public policy control of the disposal of solid wastes. In spite of being a promising alternative technique to slurry treatment, further investigation is needed to evaluate the trials results of this research and bag behavior as time goes by. So far, the technique has proved to be environmentally, economically and technically feasible.

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