abstract: This study presents the results of one of the first attempts to characterize the pore water pressure response of soils subjected to traffic loading under saturated and unsaturated conditions. It is widely known that pore water pressure develops within the soil pores as a response to external stimulus. Also, it has been recognized that the development of pores water pressure contributes to the degradation of the resilient modulus of unbound materials. In the last decades several efforts have been directed to model the effect of air and water pore pressures upon resilient modulus. However, none of them consider dynamic variations in pressures but rather are based on equilibrium values corresponding to initial conditions. The measurement of this response is challenging especially in soils under unsaturated conditions. Models are needed not only to overcome testing limitations but also to understand the dynamic behavior of internal pore pressures that under critical conditions may even lead to failure. A testing program was conducted to characterize the pore water pressure response of a low plasticity fine clayey sand subjected to dynamic loading. The bulk stress, initial matric suction and dwelling time parameters were controlled and their effects were analyzed. The results were used to attempt models capable of predicting the accumulated excess pore pressure at any given time during the traffic loading and unloading phases. Important findings regarding the influence of the controlled variables challenge common beliefs. The accumulated excess pore water pressure was found to be higher for unsaturated soil specimens than for saturated soil specimens. The maximum pore water pressure always increased when the high bulk stress level was applied. Higher dwelling time was found to decelerate the accumulation of pore water pressure. In addition, it was found that the higher the dwelling time, the lower the maximum pore water pressure. It was concluded that upon further research, the proposed models may become a powerful tool not only to overcome testing limitations but also to enhance current design practices and to prevent soil failure due to excessive development of pore water pressure. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Civil and Environmental Engineering 2011

Sustainability has become highly prominent, it is an important aspect of the 21st century that is gradually becoming part of everyday life. Urbanisation has also rapidly increased since the 1950s when New York was the only urban area in the world to be considered a megacity due to its extensive population; presently megacities can be found globally with predicted to arise in the future. The growth rate of some of the largest urban areas in the world has been too rapid for some cities to keep up with; resulting in environmental, social, and economic issues growing alongside the urbanisation trend. The implementation of the Sustainable Development Goals (SDGs) wants to work towards reducing and eventually removing such issues at a global scale; reducing the inequalities of the world that are more than often to visible in large urban areas. This thesis aims to examine the SDGs, specifically that of SDG 11 which focuses on cities and human settlements in line with one of the largest urban areas on the planet, Tokyo. An examination of planning and policy documents composed by the Tokyo Metropolitan Government (TMG) in the form of a comparative analysis alongside key criteria taken from SDG 11 will be conducted to gain an insight and understanding of the plans and policies that are working to create a functioning society in Tokyo.

Camadas granulares desempenham um importante papel no comportamento global de pavimentos, especialmente daqueles com revestimentos delgados ou sem revestimento. Para conhecer as características de resistência e deformabilidade de materiais componentes dessas camadas são realizados ensaios triaxiais. No caso de ensaios em materiais granulares, o corpo de prova deve ter diâmetro de pelo menos cinco vezes o tamanho máximo de partícula e altura igual a duas vezes o seu diâmetro. Como as especificações do DNIT permitem o emprego de agregados de até 5 cm em camadas de brita graduada ou solo-agregado, os corpos-de-prova devem ter diâmetro de 25 cm e altura de 50 cm. Equipamentos capazes de ensaiar corpos-deprova com estas dimensões são raros no mundo e inexistiam no Brasil até 2008. Com o intuito de superar esta carência e avançar no conhecimento do comportamento mecânico de agregados graúdos, a pesquisa relatada nesta tese teve como objetivos desenvolver um equipamento triaxial de grande porte capaz de aplicar carregamentos estáticos, monotônicos e cíclicos em corpos-de-prova de grandes dimensões (25 cm x 50 cm); bem como realizar e interpretar os primeiros ensaios. A concepção e a montagem do equipamento são descritas considerando as partes principais. Também é detalhada a instrumentação utilizada composta por: duas células de carga, três transdutores de deslocamento e dois transmissores de pressão. Para os primeiros ensaios foi escolhida uma brita graduada de basalto, anteriormente utilizada em pistas experimentais solicitadas por simulador de tráfego. Ensaios em corpos-de-prova de 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura foram realizados para comparação com resultados de ensaios em corpos-de-prova maiores, realizados no novo equipamento. Os ensaios de módulo de resiliência foram conduzidos segundo o método de ensaio do DNIT, com algumas modificações para adequá-lo ao padrão internacional. Os ensaios triaxiais monotônicos e os cíclicos de deformações permanentes foram conduzidos tanto em multiestágios, quanto em estágio único de tensões. Os resultados obtidos foram interpretados segundo diversas teorias e modelos, obtendo-se parâmetros de resistência e de deformabilidade. Uma análise mecanística utilizando os parâmetros obtidos nos ensaios permitiu analisar o comportamento do material estudado como camada de pavimento. Conclui-se que o equipamento triaxial de grande porte atende as necessidades para as quais foi projetado, permitindo obter parâmetros para caracterização do comportamento de agregados graúdos e prever desempenho de pavimentos, quanto a deformações permanentes e ruptura por cisalhamento de camadas granulares. / Unbound aggregates layers play an important role in the performance of thinly surfaced or unsurfaced pavements. In order to assess the strength-strain characteristics of soils and aggregates used in those layers, triaxial tests must be carried out on cylindrical specimens with diameter not smaller than 5 times the particle maximum size and height twice the diameter. Since Brazil National Roads Department allows using 2” aggregates in granular bases, specimens for triaxial tests should be at least 25 cm in diameter and 50 cm in height. All over the world there are only a few equipments for testing such specimens; and up to 2008 none of them in Brazil. Aiming at overcoming this deficiency and enhance the knowledge on the mechanical behavior of coarse aggregates, the objectives of research reported in this thesis were to develop a triaxial equipment capable of applying static, monotonic and repeated loadings on large specimens (25 cm x 50 cm) and perform and analyze the first tests. The design and assemblage of the equipment are describe, detailing its main components and the instrumentation, that included two load cells, three displacement transducers and two pressure transmitters. The first tests were carried out on specimens made of dense crushed aggregates, formerly used in APT test sections. Tests were also carried out on specimens with 10.0 cm diameter and 20.0 cm height, in order to compare their results to those of tests carried out in larger specimens tested in the new triaxial equipment. Resilient modulus tests were carried out according to the Brazilian standard, but some modifications were introduced to follow international patterns. Triaxial monotonic and repeated loading permanent deformation tests were carried out both in multiple stages and unique stage of stresses. The results were interpreted were calculated taking into account several theories and models, strength and strain parameters being obtained. A mechanistic analysis using parameters obtained in tests allowed analyzing the behavior of the studied aggregates making part of pavement layers. It is concluded the new triaxial equipment for large specimens fulfills the requirements that motivated its design and construction, making possible to obtain parameters for characterizing the behavior of coarse aggregates and estimating pavements performance regarding permanent deformation and shear failure of granular layers.

Com o crescimento dos grandes centros urbanos e expansão da ação do homem sobre a natureza, muitos projetos de engenharia se tornam inviáveis devido a inexistência de solos que atendam as solicitações necessárias no local, elevados custos de transporte e excessivos danos ambientais. Uma das alternativas existentes é a melhoria das condições destes solos e entre as múltiplas técnicas para melhoramento encontram-se os solos artificialmente cimentados, os quais têm como uma de suas mais corriqueiras utilizações em campo a resistência a solicitações cíclicas, principalmente na construção de pavimentos, o reforço de áreas suscetíveis a sismos e a fundação de estruturas costeiras. Assim esta pesquisa estuda o comportamento cíclico de uma determinada areia artificialmente cimentada, aferindo sua resistência a compressão simples, módulo cisalhante, sucção e focando nos parâmetros módulo de resiliência e vida de fadiga e busca correlacioná-los com a razão porosidade/teor volumétrico de cimento. Para tanto, foi projetado e construído um equipamento para realização dos ensaios de fadiga e calibrado outro equipamento já existente para execução de ensaios de módulo de resiliência conforme a norma vigente. Em conjunto com os resultados dos ensaios, são apresentadas uma relação de previsão do módulo com base no modelo composto de estado de tensões e correlações satisfatórias dos parâmetros cíclicos obtidos com a razão porosidade/teor volumétrico de cimento, comprovando a possibilidade de seu uso na previsão do comportamento e dosagem deste solo-cimento. / With the growth of large urban centers and expansion of human activities, many engineering projects become infeasible due to the absence of soils that meet the necessary requests on site, high transportation costs and excessive environmental damage. One of the alternatives is to improve the conditions of these soils and, among multiple improvement techniques, the artificially cemented soil is highlighted. This practice has one of its most usual applications on the field to improve materials strength to cyclic loads, especially in pavement designs, reinforcement of areas susceptible to earthquakes and foundations of coastal structures. This research studies the cyclic behavior of a artificially cemented sand, checking its compressive strength, shear modulus, suction and focusing on the resilient modulus and fatigue life parameters. Additionally it seeks to correlate them with the porosity/volumetric cement content ratio. To this end it was designed and built a device for carrying out the fatigue tests and calibrated another existing equipment to run resilient modulus tests according to current standards. Along with the tests results, a modulus prediction relationship is shown based on the composite model of stress state and good correlations of cyclic parameters obtained with the porosity/volumetric content of cement ratio are observed proving the possibility of its use for predicting behavior and dosage of this soil-cement.

Os parâmetros obtidos nos resultados de ensaios triaxiais de módulo de resiliência em solos têm sido cada vez mais utilizados no dimensionamento de pavimentos. Estes parâmetros são fundamentais em análises estruturais e mecanísticas de pavimentos. Pelas normas atuais o ensaio pode ser realizado em diversos tamanhos de corpo-de-prova contanto que respeite a relação entre diâmetro por altura 1:2 e a relação tamanho máximo de partícula por diâmetro do corpo-de-prova 1:5. O objetivo deste trabalho é compreender como variam os resultados de módulo de resiliência quando os ensaios são realizados em diferentes tamanhos de corpode- prova. Para realizar esta pesquisa foram utilizados quatro solos distintos ensaiados em corpos-de-prova de 7,5 x 15 cm, 10 x 20 cm e 15 x 30 cm. Os solos escolhidos foram uma areia, um solo arenoso fino laterítico, um solo argiloso e um solo residual de granito (saibro). Todos os quatro solos são utilizados como materiais para pavimentação e são provenientes do estado do Rio Grande do Sul. Os materiais foram caracterizados por ensaios de granulometria, peso específico real dos grãos e limites de liquidez e plasticidade. Foram realizados ensaios de compactação nas energias normal e intermediária obtendo-se assim os parâmetros de compactação para os ensaios triaxiais. Em dois dos quatro solos da pesquisa ainda se realizou ensaios de classificação MCT. Os ensaios triaxiais foram realizados com os quatro solos, em três tamanhos e com duas energias de compactação, totalizando 24 ensaios. Após revisão bibliográfica sobre modelos matemáticos de regressão, decidiu-se interpretar os resultados pelos modelos Tensão Confinante, Tensão Desvio, Modelo Teta e Modelo Composto. Dentre os quatro modelos utilizados, o Modelo Composto obteve os melhores resultados de ajuste. Realizaram-se análises dos parâmetros obtidos nos modelos pela variação do tamanho de corpo-de-prova, onde se observou um pequeno aumento dos valores de MR quando ensaiados em corpos-de-prova maiores. Realizou-se ainda uma comparação estatística entre os resultados dos ensaios triaxiais em que a principal conclusão foi de que a areia, dentre os quatro solos estudados, é considerada o único material que não varia seus módulos conforme o ensaio é realizado em diferentes tamanhos de corpo-de-prova. / The results of resilient modulus test of soils have been increasingly used in pavement design, once they are fundamental in structural and mechanistic analysis of pavements. By the current standards/protocols, the test may be performed in various sizes of test specimens as long as it respects the relationship between diameter and height ratio 1:2 and the relationship between maximum particle size and diameter of the test specimen 1:5. The aim of this study is to understand how the results of resilient modulus vary when the tests are conducted in different sizes of test specimen. In order to conduct this research, four different types of soil were used and tested in specimens of 7.5 x 15 cm, 10 x 20 cm and 15 x 30 cm. The soils chosen were sand, fine sandy lateritic soil, clayey soil and residual soil of granite (gravel). All the four soils are used for pavement materials and are original from the state of Rio Grande do Sul, Brazil. The tests carried out for characterization of the materials include: grain size distribution, physical characterization and Atterberg limits. Proctor compaction test were performed in two different energies, thus obtaining the compression parameters for the compaction of the specimen. Additionally, in two of the four soils of the research, experiments of MCT classification were carried out. The resilient modulus tests were performed with the four soils in three sizes and in two compaction energies, totalizing 24 experiments. After reviewing the literature on regression mathematical models, it was decided to interpret the results from models of Confining Pressure, Deviation Stress, Teta Model and Composted Model. Among the four models used, the Composted Model showed the best fitting results. Analysis were performed considering coefficients obtained in the models versus the size of the specimen. A small increase in resilient modulus values was noticed for experiments performed with larger samples. A statistical comparison between the results of the resilient modulus tests was performed, and the main conclusion was that the sand is considered the only material among the four soils that do not vary its modules as the test is performed on different sizes of specimen.

This study was developed with the aim of analyzing the resilient behavior and their contribution to the learning of the multidisciplinary health team of Multiprofessional Residence Program in Health (PRMS), in a federal institution of higher education located in the center of Rio Grande do Sul. The PRMS constitutes a mode of post-graduation lato sensu education course that aims professionals training for health care, management and education. The methodology is based on quantitative and qualitative approach type exploratory case study. For the quantitative research were applied three instruments: Work Stress Scale (TSE) of Paschoal and Tamayo (2004), Resilience Scale Job & Job (2003) and the Index of Learning Styles of Felder and Soloman (1991). The study included 97 multidisciplinary residents enrolled in PRMS. Data were organized and stored in a database in Excel (Office 2007). The sociodemographic variables and the items that comprise the instruments were statistically analyzed with SPSS software version 18.0 and SAS 9.02. The internal consistency of the scales was assessed by Cronbach's alpha coefficient, attesting trust for measurement and evaluation of the constructs. The results indicate the prevalence of females, aged 20 to 29 years, most formed in the period from 2010 to 2012 (73.19%), predominantly in two local universities, one public (40.21%) and other private (38.14%), belonging to multiple areas of knowledge in the health field. Regarding the measurement of stress 57.73% of the subjects had low average stress. As for resilience 73.20% of respondents had an average high resilience. The four factors that make up resilience, was the predominant factor 1 - dispositional with 74.23%, followed by factor 2 relational, with 73.20%, both measuring average high resilience among those surveyed. As for the learning styles, the most prevalent was sensory style 76.29%, followed by sequential 67.01%, verbal 57.73% and the active 56.7%. The qualitative research was conducted with 12 PRMS managers, based on semi-structured interview. For data analysis, we used the method of content analysis. Emerged from this analysis four categories not a priori: PRMS Management, Entrepreneurial Behaviour, Resilient Behavior and Learning Process. The complement of the two approaches was performed by the data triangulation technique. The research results have identified behavioral aspects in multidisciplinary team that directly influence their willingness to overcome the challenges of implementing the PRMS Political Pedagogical Proposed. To cope with the difficulties that emerged from the professional activity, the multidisciplinary team lay hold of their ability to positive react and adapt, by structuring on the protective factors of resilience. The results allow us to affirm the importance of resilient behavior of multidisciplinary health team before the activities in the program, based on a critical reflexive methodology, assumptions grounded by the public health system, driven by a model that excels in the learning process. / Este estudo foi desenvolvido com o objetivo de analisar o comportamento resiliente e sua contribuição para a aprendizagem de multiprofissionais da saúde do Programa de Residência Multiprofissional em Saúde (PRMS), de uma instituição federal de ensino superior, localizada no centro do Estado do Rio Grande do Sul. O PRMS constitui-se de uma modalidade de ensino de pós-graduação lato sensu visando à formação de profissionais da área da saúde para a assistência, gestão e ensino. A metodologia empregada está fundamentada na abordagem quantitativa e qualitativa do tipo estudo de caso exploratório. Para a pesquisa quantitativa foram aplicados três instrumentos: Escala de Estresse no Trabalho (EET), de Paschoal e Tamayo (2004), Escala de Resiliência Job&Job (2003) e o Índice dos Estilos de Aprendizagem de Felder e Soloman (1991). Participaram do estudo 97 multiprofissionais residentes, matriculados no PRMS. Os dados foram organizados e armazenados num banco de dados no programa Excel (Office 2007). As variáveis sóciodemográficas e os itens que compõem os instrumentos foram analisados estatisticamente com o software SPSS versão 18.0 e SAS 9,02. A consistência interna das escalas, foi avaliada pelo Coeficiente de Alfa de Cronbach, atestando fidedignidade para medida e avaliação dos constructos. Os resultados obtidos apontam a prevalência do sexo feminino, faixa etária entre 20 a 29 anos, a maioria formada no período de 2010 a 2012 (73,19%), com predomínio em duas universidades locais; sendo uma pública (40,21%) e a outra particular (38,14%), pertencentes às múltiplas áreas do conhecimento no campo da saúde. Em relação à mensuração do estresse 57,73 % dos sujeitos apresentou médio baixo estresse. Quanto à resiliência 73,20% dos entrevistados apresentaram média alta resiliência. Os quatro fatores que compõem a resiliência, o de maior predominância foi o fator 1 - disposicional com 74,23%, seguido do fator 2 relacional com 73,20% ambos mensurando média alta resiliência entre os pesquisados. Quanto aos estilos de aprendizagem os de maior prevalência foi o estilo sensorial 76,29%, seguido do sequencial 67,01%, verbal 57,73% e o ativo 56,7%. A pesquisa qualitativa foi realizada com 12 gestores do PRMS, com base na entrevista semiestruturada. Para a análise dos dados, empregou-se o método de análise de conteúdo. Desta análise, emergiram quatro categorias não a priori: Gestão do PRMS, Comportamento Empreendedor, Comportamento Resiliente e Processo da Aprendizagem. O complementando das duas abordagens foi realizado pela técnica de triangulação dos dados. Os resultados da pesquisa permitiram identificar aspectos comportamentais nos multiprofissionais que influenciam diretamente na sua disposição de superação frente aos desafios de implantação da Proposta Político Pedagógica do PRMS. Para dar conta das dificuldades emergidas da atividade profissional, os multiprofissionais lançam mão da sua capacidade de reação positiva e adaptação, estruturando-se nos fatores de proteção da resiliência. Os resultados alcançados permitem afirmar a importância do comportamento resiliente dos multiprofissionais da saúde diante das atividades desenvolvidas no programa, com base numa metodologia critico reflexiva, embasada pelos pressupostos do sistema público de saúde, conduzidas por um modelo que prima pelo processo da aprendizagem.

Camadas granulares desempenham um importante papel no comportamento global de pavimentos, especialmente daqueles com revestimentos delgados ou sem revestimento. Para conhecer as características de resistência e deformabilidade de materiais componentes dessas camadas são realizados ensaios triaxiais. No caso de ensaios em materiais granulares, o corpo de prova deve ter diâmetro de pelo menos cinco vezes o tamanho máximo de partícula e altura igual a duas vezes o seu diâmetro. Como as especificações do DNIT permitem o emprego de agregados de até 5 cm em camadas de brita graduada ou solo-agregado, os corpos-de-prova devem ter diâmetro de 25 cm e altura de 50 cm. Equipamentos capazes de ensaiar corpos-deprova com estas dimensões são raros no mundo e inexistiam no Brasil até 2008. Com o intuito de superar esta carência e avançar no conhecimento do comportamento mecânico de agregados graúdos, a pesquisa relatada nesta tese teve como objetivos desenvolver um equipamento triaxial de grande porte capaz de aplicar carregamentos estáticos, monotônicos e cíclicos em corpos-de-prova de grandes dimensões (25 cm x 50 cm); bem como realizar e interpretar os primeiros ensaios. A concepção e a montagem do equipamento são descritas considerando as partes principais. Também é detalhada a instrumentação utilizada composta por: duas células de carga, três transdutores de deslocamento e dois transmissores de pressão. Para os primeiros ensaios foi escolhida uma brita graduada de basalto, anteriormente utilizada em pistas experimentais solicitadas por simulador de tráfego. Ensaios em corpos-de-prova de 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura foram realizados para comparação com resultados de ensaios em corpos-de-prova maiores, realizados no novo equipamento. Os ensaios de módulo de resiliência foram conduzidos segundo o método de ensaio do DNIT, com algumas modificações para adequá-lo ao padrão internacional. Os ensaios triaxiais monotônicos e os cíclicos de deformações permanentes foram conduzidos tanto em multiestágios, quanto em estágio único de tensões. Os resultados obtidos foram interpretados segundo diversas teorias e modelos, obtendo-se parâmetros de resistência e de deformabilidade. Uma análise mecanística utilizando os parâmetros obtidos nos ensaios permitiu analisar o comportamento do material estudado como camada de pavimento. Conclui-se que o equipamento triaxial de grande porte atende as necessidades para as quais foi projetado, permitindo obter parâmetros para caracterização do comportamento de agregados graúdos e prever desempenho de pavimentos, quanto a deformações permanentes e ruptura por cisalhamento de camadas granulares. / Unbound aggregates layers play an important role in the performance of thinly surfaced or unsurfaced pavements. In order to assess the strength-strain characteristics of soils and aggregates used in those layers, triaxial tests must be carried out on cylindrical specimens with diameter not smaller than 5 times the particle maximum size and height twice the diameter. Since Brazil National Roads Department allows using 2” aggregates in granular bases, specimens for triaxial tests should be at least 25 cm in diameter and 50 cm in height. All over the world there are only a few equipments for testing such specimens; and up to 2008 none of them in Brazil. Aiming at overcoming this deficiency and enhance the knowledge on the mechanical behavior of coarse aggregates, the objectives of research reported in this thesis were to develop a triaxial equipment capable of applying static, monotonic and repeated loadings on large specimens (25 cm x 50 cm) and perform and analyze the first tests. The design and assemblage of the equipment are describe, detailing its main components and the instrumentation, that included two load cells, three displacement transducers and two pressure transmitters. The first tests were carried out on specimens made of dense crushed aggregates, formerly used in APT test sections. Tests were also carried out on specimens with 10.0 cm diameter and 20.0 cm height, in order to compare their results to those of tests carried out in larger specimens tested in the new triaxial equipment. Resilient modulus tests were carried out according to the Brazilian standard, but some modifications were introduced to follow international patterns. Triaxial monotonic and repeated loading permanent deformation tests were carried out both in multiple stages and unique stage of stresses. The results were interpreted were calculated taking into account several theories and models, strength and strain parameters being obtained. A mechanistic analysis using parameters obtained in tests allowed analyzing the behavior of the studied aggregates making part of pavement layers. It is concluded the new triaxial equipment for large specimens fulfills the requirements that motivated its design and construction, making possible to obtain parameters for characterizing the behavior of coarse aggregates and estimating pavements performance regarding permanent deformation and shear failure of granular layers.

abstract: Recent research efforts have been directed to improve the quality of pavement design procedures by considering the transient nature of soil properties due to environmental and aging effects on pavement performance. The main purpose of this research study was to investigate the existence of subgrade soil moisture changes that may have arisen due to thermal and hydraulic gradients at the Atlantic City NAPTF and to evaluate their effect on the material stiffness and the California Bearing Ratio (CBR) strength parameter of the clay subgrade materials. Laboratory data showed that at the same water content, matric suction decreases with increasing temperature; and at the same suction, hydraulic conductivity increases with increasing temperature. Models developed, together with moisture/temperature data collected from 30 sensors installed in the test facility, yielded a maximum variation of suction in field of 155 psi and changes in hydraulic conductivity from 2.9E-9 m/s at 100% saturation to 8.1E-12 at 93% saturation. The maximum variation in temperature was found to be 20.8oC at the shallower depth and decreased with depth; while a maximum variation in moisture content was found to be 3.7% for Dupont clay and 4.4% for County clay. Models developed that predicts CBR as a function of dry density and moisture content yielded a maximum variation of CBR of 2.4 for Dupont clay and 2.9 for County clay. Additionally, models were developed relating the temperature with the bulk stress and octahedral stress applied on the subgrade for dual gear, dual tandem and triple tandem gear types for different tire loads. It was found that as the temperature increases the stresses increase. A Modified Cary and Zapata model was used for predicting the resilient modulus(Mr) of the subgrade. Using the models developed and the temperature/moisture changes observed in the field, the variation of suction, bulk and octahedral stresses were estimated, along with the resilient modulus for three different gear types. Results indicated that changes in Mr as large as 9 ksi occur in the soils studied due to the combined effect of external loads and environmental condition changes. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Civil, Environmental and Sustainable Engineering 2017

Com o crescimento dos grandes centros urbanos e expansão da ação do homem sobre a natureza, muitos projetos de engenharia se tornam inviáveis devido a inexistência de solos que atendam as solicitações necessárias no local, elevados custos de transporte e excessivos danos ambientais. Uma das alternativas existentes é a melhoria das condições destes solos e entre as múltiplas técnicas para melhoramento encontram-se os solos artificialmente cimentados, os quais têm como uma de suas mais corriqueiras utilizações em campo a resistência a solicitações cíclicas, principalmente na construção de pavimentos, o reforço de áreas suscetíveis a sismos e a fundação de estruturas costeiras. Assim esta pesquisa estuda o comportamento cíclico de uma determinada areia artificialmente cimentada, aferindo sua resistência a compressão simples, módulo cisalhante, sucção e focando nos parâmetros módulo de resiliência e vida de fadiga e busca correlacioná-los com a razão porosidade/teor volumétrico de cimento. Para tanto, foi projetado e construído um equipamento para realização dos ensaios de fadiga e calibrado outro equipamento já existente para execução de ensaios de módulo de resiliência conforme a norma vigente. Em conjunto com os resultados dos ensaios, são apresentadas uma relação de previsão do módulo com base no modelo composto de estado de tensões e correlações satisfatórias dos parâmetros cíclicos obtidos com a razão porosidade/teor volumétrico de cimento, comprovando a possibilidade de seu uso na previsão do comportamento e dosagem deste solo-cimento. / With the growth of large urban centers and expansion of human activities, many engineering projects become infeasible due to the absence of soils that meet the necessary requests on site, high transportation costs and excessive environmental damage. One of the alternatives is to improve the conditions of these soils and, among multiple improvement techniques, the artificially cemented soil is highlighted. This practice has one of its most usual applications on the field to improve materials strength to cyclic loads, especially in pavement designs, reinforcement of areas susceptible to earthquakes and foundations of coastal structures. This research studies the cyclic behavior of a artificially cemented sand, checking its compressive strength, shear modulus, suction and focusing on the resilient modulus and fatigue life parameters. Additionally it seeks to correlate them with the porosity/volumetric cement content ratio. To this end it was designed and built a device for carrying out the fatigue tests and calibrated another existing equipment to run resilient modulus tests according to current standards. Along with the tests results, a modulus prediction relationship is shown based on the composite model of stress state and good correlations of cyclic parameters obtained with the porosity/volumetric content of cement ratio are observed proving the possibility of its use for predicting behavior and dosage of this soil-cement.

Os parâmetros obtidos nos resultados de ensaios triaxiais de módulo de resiliência em solos têm sido cada vez mais utilizados no dimensionamento de pavimentos. Estes parâmetros são fundamentais em análises estruturais e mecanísticas de pavimentos. Pelas normas atuais o ensaio pode ser realizado em diversos tamanhos de corpo-de-prova contanto que respeite a relação entre diâmetro por altura 1:2 e a relação tamanho máximo de partícula por diâmetro do corpo-de-prova 1:5. O objetivo deste trabalho é compreender como variam os resultados de módulo de resiliência quando os ensaios são realizados em diferentes tamanhos de corpode- prova. Para realizar esta pesquisa foram utilizados quatro solos distintos ensaiados em corpos-de-prova de 7,5 x 15 cm, 10 x 20 cm e 15 x 30 cm. Os solos escolhidos foram uma areia, um solo arenoso fino laterítico, um solo argiloso e um solo residual de granito (saibro). Todos os quatro solos são utilizados como materiais para pavimentação e são provenientes do estado do Rio Grande do Sul. Os materiais foram caracterizados por ensaios de granulometria, peso específico real dos grãos e limites de liquidez e plasticidade. Foram realizados ensaios de compactação nas energias normal e intermediária obtendo-se assim os parâmetros de compactação para os ensaios triaxiais. Em dois dos quatro solos da pesquisa ainda se realizou ensaios de classificação MCT. Os ensaios triaxiais foram realizados com os quatro solos, em três tamanhos e com duas energias de compactação, totalizando 24 ensaios. Após revisão bibliográfica sobre modelos matemáticos de regressão, decidiu-se interpretar os resultados pelos modelos Tensão Confinante, Tensão Desvio, Modelo Teta e Modelo Composto. Dentre os quatro modelos utilizados, o Modelo Composto obteve os melhores resultados de ajuste. Realizaram-se análises dos parâmetros obtidos nos modelos pela variação do tamanho de corpo-de-prova, onde se observou um pequeno aumento dos valores de MR quando ensaiados em corpos-de-prova maiores. Realizou-se ainda uma comparação estatística entre os resultados dos ensaios triaxiais em que a principal conclusão foi de que a areia, dentre os quatro solos estudados, é considerada o único material que não varia seus módulos conforme o ensaio é realizado em diferentes tamanhos de corpo-de-prova. / The results of resilient modulus test of soils have been increasingly used in pavement design, once they are fundamental in structural and mechanistic analysis of pavements. By the current standards/protocols, the test may be performed in various sizes of test specimens as long as it respects the relationship between diameter and height ratio 1:2 and the relationship between maximum particle size and diameter of the test specimen 1:5. The aim of this study is to understand how the results of resilient modulus vary when the tests are conducted in different sizes of test specimen. In order to conduct this research, four different types of soil were used and tested in specimens of 7.5 x 15 cm, 10 x 20 cm and 15 x 30 cm. The soils chosen were sand, fine sandy lateritic soil, clayey soil and residual soil of granite (gravel). All the four soils are used for pavement materials and are original from the state of Rio Grande do Sul, Brazil. The tests carried out for characterization of the materials include: grain size distribution, physical characterization and Atterberg limits. Proctor compaction test were performed in two different energies, thus obtaining the compression parameters for the compaction of the specimen. Additionally, in two of the four soils of the research, experiments of MCT classification were carried out. The resilient modulus tests were performed with the four soils in three sizes and in two compaction energies, totalizing 24 experiments. After reviewing the literature on regression mathematical models, it was decided to interpret the results from models of Confining Pressure, Deviation Stress, Teta Model and Composted Model. Among the four models used, the Composted Model showed the best fitting results. Analysis were performed considering coefficients obtained in the models versus the size of the specimen. A small increase in resilient modulus values was noticed for experiments performed with larger samples. A statistical comparison between the results of the resilient modulus tests was performed, and the main conclusion was that the sand is considered the only material among the four soils that do not vary its modules as the test is performed on different sizes of specimen.