Este trabalho apresenta a quantificação da expansão e suas características, principalmente a influência da sucção, em amostras de materiais sedimentares argilosos provenientes da Formação Corumbataí, aflorantes no interior do estado de São Paulo. Foram testadas amostras indeformadas, e amostras destorroadas e compactadas em diferentes umidades, em ensaios de pressão de expansão a volume constante por inundação, e também, com sucção controlada por meio da técnica da transferência de vapor. Foram ensaiadas, ainda, misturas compactadas desse material com bentonita em diferentes proporções, e misturas de bentonita com material não expansivo arenoso oriundo da Formação Botucatu. O controle de sucção foi realizado pelo uso de soluções salinas de NaCl em concentrações preparadas para impor sucções de 40.000, 25.000, 10.000 e 5.000 kPa. Para a realização dos ensaios, construiu-se um sistema de aplicação de cargas e de aquisição automática dos dados de pressão. Para acelerar o processo de umedecimento por vapor, utilizou-se um reservatório externo ligado em uma bomba de ar adaptada para promover a circulação do vapor de ar para dentro da célula edométrica, especialmente construída para esta pesquisa. Os resultados de expansão nos ensaios com inundação mostraram pressões de expansão crescentes com a diminuição dos teores de umidade, e consequente aumento da sucção inicial das amostras ensaiadas, bem como crescentes com o aumento na proporção de bentonita nas misturas, com valores máximos em torno de 700 kPa para o ensaio com a bentonita pura compactada seca. A análise da microestrutura das amostras por meio da porosimetria por intrusão de mercúrio permitiu constatar que as amostras indeformadas apresentaram variação, apenas, nos macroporos após a expansão; e as compactadas na umidade ótima e, posteriormente secas ao ar, não mostraram evolução significativa após a expansão. Na microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi possível verificar a mudança nos vazios das amostras, bem como, visualizar a variação na estrutura e na textura. Além disso, no MEV foram confirmados, também, os argilominerais determinados na caracterização mineralógica. Os resultados dos ensaios de expansão com sucção controlada mostraram ausência de pressão de expansão para as amostras da Formação Corumbataí nas condições indeformada, e na condição compactada na umidade ótima e posteriormente seca ao ar. No entanto, esse material, quando compactado seco na forma de pó, e também, compactado seco misturado com bentonita em diferentes proporções, revelou pressões de expansão com a transferência de vapor, assim como, as misturas de bentonita com material não expansivo da Formação Botucatu. A ausência de expansão foi justificada pela forma lenta de umedecimento proporcionada pela transferência de vapor que, apesar de promover o aumento do teor de umidade das amostras, não mobilizou variação volumétrica suficientemente capaz de transmitir como pressão de expansão. Portanto, os ensaios de expansão, com a utilização da técnica de transferência de vapor, foram efetivos para avaliar a expansão somente nos casos em que argilominerais com potencial expansivo estavam presentes em proporções consideráveis. / This thesis presents the quantification and characterization of expansion, especially the influence of suction on samples of sedimentary materials from Corumbatai Formation that occurs in Sao Paulo. Undisturbed and compacted samples with different moisture contents were tested with swelling pressure tests at constant volume method by flooding, and also with suction control by vapour transfer technique. Compacted mixtures of this material with bentonite in differents proportions, and mixtures of bentonite with sandy non-expansive material from the Botucatu Formation were also tested. The suction control was performed by the use of NaCl salt solutions at concentrations prepared to perform 40,000, 25,000, 10,000 and 5,000 kPa suctions. For the tests, it was developed a system for load application and automatic retrieval of pressure. To accelerate the wetting process by vapour, we used an external reservoir connected to an air pump adapted to promote air circulation inside the edometric cell, specially made for this study. The expansion results in flooding tests showed increasing swelling pressure with decreasing moisture content. Consequently there was an increase in the initial suction of the tested samples, which kept increasing as the rate of bentonite was raised in the mixtures, with a peak of ca. 700 kPa for the test with dry pure bentonite compacted. In the microstructure analysis of the samples by mercury intrusion porosimetry, the samples showed variation only in macropores after swell; and the ones compacted at optimum moisture, and subsequently air dried, showed no significant change after the swell. In scanning electron microscopy (SEM) it was possible to verify the change in the voids of the samples, as well as to visualize the variation in the structure and texture. In addition, the SEM confirmed clay minerals deterninated in mineralogical characterization. The results of controlled suction with swell tests showed absence of swell pressure for Corumbatai samples tested in undisturbed conditions, and compacted condition at optimum moisture content, and then air dried. However, when compacted in the form of dry powder, as well as when compacted dry, mixed with different proportions of bentonite, this material showed swelling pressures with vapor transfer technique, as well as mixtures of bentonite with non-expansive material of Botucatu Formation. The absence of swell was explained by the slow damping provided by the vapor transfer that although promoting increasing dampen, did not sufficiently mobilized volume variation capable of transmitting blowing pressure. Therefore, the swell tests with the vapor transfer technique were effective to evaluate the swelling just in cases where clay minerals with swell potential were present in significant proportions.

Este trabalho apresenta a quantificação da expansão e suas características, principalmente a influência da sucção, em amostras de materiais sedimentares argilosos provenientes da Formação Corumbataí, aflorantes no interior do estado de São Paulo. Foram testadas amostras indeformadas, e amostras destorroadas e compactadas em diferentes umidades, em ensaios de pressão de expansão a volume constante por inundação, e também, com sucção controlada por meio da técnica da transferência de vapor. Foram ensaiadas, ainda, misturas compactadas desse material com bentonita em diferentes proporções, e misturas de bentonita com material não expansivo arenoso oriundo da Formação Botucatu. O controle de sucção foi realizado pelo uso de soluções salinas de NaCl em concentrações preparadas para impor sucções de 40.000, 25.000, 10.000 e 5.000 kPa. Para a realização dos ensaios, construiu-se um sistema de aplicação de cargas e de aquisição automática dos dados de pressão. Para acelerar o processo de umedecimento por vapor, utilizou-se um reservatório externo ligado em uma bomba de ar adaptada para promover a circulação do vapor de ar para dentro da célula edométrica, especialmente construída para esta pesquisa. Os resultados de expansão nos ensaios com inundação mostraram pressões de expansão crescentes com a diminuição dos teores de umidade, e consequente aumento da sucção inicial das amostras ensaiadas, bem como crescentes com o aumento na proporção de bentonita nas misturas, com valores máximos em torno de 700 kPa para o ensaio com a bentonita pura compactada seca. A análise da microestrutura das amostras por meio da porosimetria por intrusão de mercúrio permitiu constatar que as amostras indeformadas apresentaram variação, apenas, nos macroporos após a expansão; e as compactadas na umidade ótima e, posteriormente secas ao ar, não mostraram evolução significativa após a expansão. Na microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi possível verificar a mudança nos vazios das amostras, bem como, visualizar a variação na estrutura e na textura. Além disso, no MEV foram confirmados, também, os argilominerais determinados na caracterização mineralógica. Os resultados dos ensaios de expansão com sucção controlada mostraram ausência de pressão de expansão para as amostras da Formação Corumbataí nas condições indeformada, e na condição compactada na umidade ótima e posteriormente seca ao ar. No entanto, esse material, quando compactado seco na forma de pó, e também, compactado seco misturado com bentonita em diferentes proporções, revelou pressões de expansão com a transferência de vapor, assim como, as misturas de bentonita com material não expansivo da Formação Botucatu. A ausência de expansão foi justificada pela forma lenta de umedecimento proporcionada pela transferência de vapor que, apesar de promover o aumento do teor de umidade das amostras, não mobilizou variação volumétrica suficientemente capaz de transmitir como pressão de expansão. Portanto, os ensaios de expansão, com a utilização da técnica de transferência de vapor, foram efetivos para avaliar a expansão somente nos casos em que argilominerais com potencial expansivo estavam presentes em proporções consideráveis. / This thesis presents the quantification and characterization of expansion, especially the influence of suction on samples of sedimentary materials from Corumbatai Formation that occurs in Sao Paulo. Undisturbed and compacted samples with different moisture contents were tested with swelling pressure tests at constant volume method by flooding, and also with suction control by vapour transfer technique. Compacted mixtures of this material with bentonite in differents proportions, and mixtures of bentonite with sandy non-expansive material from the Botucatu Formation were also tested. The suction control was performed by the use of NaCl salt solutions at concentrations prepared to perform 40,000, 25,000, 10,000 and 5,000 kPa suctions. For the tests, it was developed a system for load application and automatic retrieval of pressure. To accelerate the wetting process by vapour, we used an external reservoir connected to an air pump adapted to promote air circulation inside the edometric cell, specially made for this study. The expansion results in flooding tests showed increasing swelling pressure with decreasing moisture content. Consequently there was an increase in the initial suction of the tested samples, which kept increasing as the rate of bentonite was raised in the mixtures, with a peak of ca. 700 kPa for the test with dry pure bentonite compacted. In the microstructure analysis of the samples by mercury intrusion porosimetry, the samples showed variation only in macropores after swell; and the ones compacted at optimum moisture, and subsequently air dried, showed no significant change after the swell. In scanning electron microscopy (SEM) it was possible to verify the change in the voids of the samples, as well as to visualize the variation in the structure and texture. In addition, the SEM confirmed clay minerals deterninated in mineralogical characterization. The results of controlled suction with swell tests showed absence of swell pressure for Corumbatai samples tested in undisturbed conditions, and compacted condition at optimum moisture content, and then air dried. However, when compacted in the form of dry powder, as well as when compacted dry, mixed with different proportions of bentonite, this material showed swelling pressures with vapor transfer technique, as well as mixtures of bentonite with non-expansive material of Botucatu Formation. The absence of swell was explained by the slow damping provided by the vapor transfer that although promoting increasing dampen, did not sufficiently mobilized volume variation capable of transmitting blowing pressure. Therefore, the swell tests with the vapor transfer technique were effective to evaluate the swelling just in cases where clay minerals with swell potential were present in significant proportions.

Muitas são as pesquisas que avaliam as variáveis intervenientes no colapso dos solos: contudo, pouco tem sido publicado a respeito da influência da trajetória de ciclos de umedecimento e secagem, no comportamento colapsível do solo, e do colapso em condições de carregamento triaxial. O presente trabalho tem como objetivo estudar o colapso de um solo arenoso, típico da região centro-oeste do Estado de São Paulo, frente a tais variáveis através de ensaios edométricos convencionais, edométricos com controle de sucção e triaxiais. Dos ensaios edométricos convencionais caracterizou-se o colapso sob vários níveis de tensão, determinando assim a sobrecarga de inundação que causa máximo colapso. Nos ensaios de compressão triaxial, cada amostra foi inundada sob um determinado estado de tensão, caracterizado pela relação &#9631/&#9633. Nestes ensaios foi observado que as deformações volumétricas são dependentes da tensão confinante e da relação &#9631/&#9633, e que as deformações axiais por colapso são menores que as medidas nos ensaios edométricos convencionais. Nos ensaios edométricos com sucção controlada verificou-se que o valor inicial da sucção apresenta influência no valor do colapso total. Quanto aos ciclos de umedecimento e secagem, o solo sofreu colapso insignificante quando a sucção foi reduzida a um mesmo valor pela segunda vez. Os resultados experimentais dos ensaios edométricos com sucção controlada foram então modelados de acordo com o modelo de ALONSO et. al, (1990), e as adaptações a esse modelo propostas por FUTAI (1997) e MACHADO (1998), verificando-se a capacidade de cada formulação em representar matematicamente o comportamento colapsível do solo estudado. / There are many researches that evaluate and discuss the factors which interfere in the collapse of soils. However, not many have been published regarding the influence of the cycles of wetting in the collapsible behavior of the soil, and neither have collapse strains under triaxial load. The present work deals with the collapse behavior of a sandy soil, typical from the center-west of the State of São Paulo, considering the aforesaid aspects and using conventional oedometer, suction controlled oedometer and triaxial compression tests. In conventional oedometer tests, the influence of overburden stress on the induced wetting on collapse strains was characterized. Collapse strains were also measured in triaxial compression tests, varying the ratio of principal stress (&#9631/&#9633) when the samples are inundated. It was observed that collapse volumetric strains are dependent on confining stress and on &#9631/&#9633, and that, axial and radial strains are related to the ratio of &#9631/&#9633. The axial collapse strains observed in triaxial compression tests were shown to be lower than the ones measured in conventional oedometer tests. In controlled suction tests, the amount of collapse strains under gradual suction reduction was studied including the influence of suction reversals. It was noted that the initial suction influences the amount of collapse strains, and that, in the cycles of wetting and drying, the strains after the second cycle tended to be negligible. Experimental results from suction controlled oedometer tests were modeled through the model by ALONSO et. al. (1990) and by the adaptations to this model proposed by FUTAI (1997) and MACHADO (1998).

Muitas são as pesquisas que avaliam as variáveis intervenientes no colapso dos solos: contudo, pouco tem sido publicado a respeito da influência da trajetória de ciclos de umedecimento e secagem, no comportamento colapsível do solo, e do colapso em condições de carregamento triaxial. O presente trabalho tem como objetivo estudar o colapso de um solo arenoso, típico da região centro-oeste do Estado de São Paulo, frente a tais variáveis através de ensaios edométricos convencionais, edométricos com controle de sucção e triaxiais. Dos ensaios edométricos convencionais caracterizou-se o colapso sob vários níveis de tensão, determinando assim a sobrecarga de inundação que causa máximo colapso. Nos ensaios de compressão triaxial, cada amostra foi inundada sob um determinado estado de tensão, caracterizado pela relação &#9631/&#9633. Nestes ensaios foi observado que as deformações volumétricas são dependentes da tensão confinante e da relação &#9631/&#9633, e que as deformações axiais por colapso são menores que as medidas nos ensaios edométricos convencionais. Nos ensaios edométricos com sucção controlada verificou-se que o valor inicial da sucção apresenta influência no valor do colapso total. Quanto aos ciclos de umedecimento e secagem, o solo sofreu colapso insignificante quando a sucção foi reduzida a um mesmo valor pela segunda vez. Os resultados experimentais dos ensaios edométricos com sucção controlada foram então modelados de acordo com o modelo de ALONSO et. al, (1990), e as adaptações a esse modelo propostas por FUTAI (1997) e MACHADO (1998), verificando-se a capacidade de cada formulação em representar matematicamente o comportamento colapsível do solo estudado. / There are many researches that evaluate and discuss the factors which interfere in the collapse of soils. However, not many have been published regarding the influence of the cycles of wetting in the collapsible behavior of the soil, and neither have collapse strains under triaxial load. The present work deals with the collapse behavior of a sandy soil, typical from the center-west of the State of São Paulo, considering the aforesaid aspects and using conventional oedometer, suction controlled oedometer and triaxial compression tests. In conventional oedometer tests, the influence of overburden stress on the induced wetting on collapse strains was characterized. Collapse strains were also measured in triaxial compression tests, varying the ratio of principal stress (&#9631/&#9633) when the samples are inundated. It was observed that collapse volumetric strains are dependent on confining stress and on &#9631/&#9633, and that, axial and radial strains are related to the ratio of &#9631/&#9633. The axial collapse strains observed in triaxial compression tests were shown to be lower than the ones measured in conventional oedometer tests. In controlled suction tests, the amount of collapse strains under gradual suction reduction was studied including the influence of suction reversals. It was noted that the initial suction influences the amount of collapse strains, and that, in the cycles of wetting and drying, the strains after the second cycle tended to be negligible. Experimental results from suction controlled oedometer tests were modeled through the model by ALONSO et. al. (1990) and by the adaptations to this model proposed by FUTAI (1997) and MACHADO (1998).