Programa de Pós-Graduação em Geotecnia. Núcleo de Geotecnia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Maurílio Figueiredo (maurilioafigueiredo@yahoo.com.br) on 2014-09-19T18:23:22Z
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Previous issue date: 2014 / Os solos tropicais ocorrem em regiões de climas tropicais e subtropicais, constituindo a maior parte dos solos superficiais brasileiros. Devido a algumas propriedades, como elevada resistência mecânica quando compactados, os solos tropicais são amplamente empregados em obras geotécnicas. Entretanto, dentre as obras geotécnicas, aquelas destinadas à impermeabilização requerem propriedades adicionais muitas vezes não encontradas nos solos tropicais, como baixa condutividade hidráulica, capacidade de sorção e compatibilidade adequada com os fluidos circundantes. Assim sendo, a adição de bentonita pode ser uma alternativa para melhorar propriedades técnicas dos solos tropicais para fins de impermeabilização. Neste contexto, esta tese tem como objetivo estudar o comportamento geotécnico de misturas de solos tropicais e bentonita com ênfase na abordagem coloidal. Especificamente, é escopo desta tese a avaliação de comportamento hidráulico, mecânico e de compatibilidade de três classes distintas de solos tropicais segundo classificação MCT-M – laterítico, transicional e não laterítico – aos quais foram adicionados bentonita nos teores de 3, 6, 9 e 12%. Para concretizar o objetivo proposto, foi elaborado e desenvolvido um programa experimental que compreendeu: (1) ensaios de caracterização químico-mineralógica da bentonita e dos solos tropicais e metodologia MCTM para classificação dos solos tropicais; (2) avaliação das propriedades geotécnicas e físico-químicas dos solos tropicais e das misturas por meio de ensaios limites de Atterberg, massa específica dos sólidos, análise granulométrica conjunta, compactação Proctor Normal, pH, condutividade elétrica do extrato aquoso, capacidade de troca catiônica e superfície específica; (3) determinação da condutividade hidráulica em célula triaxial nas tensões confinantes de 20, 40 e 80 kPa; (4) avaliação compatibilidade indireta através de limites modificados empregando-se soluções químicas (CaCl2 – 1 M, C2H5OH, HNO3 – pH 3, NaOH – pH 11); (5) percolação química em célula triaxial modificada empregando-se as soluções citadas anteriormente para amostras com teor de bentonita ótimo (necessária a obtenção de uma condutividade hidráulica de 5x10-8 cm/s); (6) avaliação da resistência a cisalhamento através de ensaio triaxial consolidado e não drenado. Além disso, foram propostas correlações matemáticas utilizando-se como base as equações de Kozeny- Carman, Gouy-Chapman, e um parâmetro definido como ponto meso plástico. De forma geral, os resultados demonstraram algumas alterações de propriedades e parâmetros dos solos tropicais devido à adição de bentonita, tais como: aumento na plasticidade, na superfície específica e na CTC; diminuição da condutividade hidráulica; diminuição do ângulo de atrito (total e efetiva) e aumento da coesão (total e efetiva). Em termos de compatibilidade, as misturas contendo bentonita demonstraram maior suscetibilidade às soluções de C2H5OH, CaCl2, NaOH e HNO3, nesta ordem. Esta tendência de suscetibilidade foi confirmada pelos ensaios de percolação química, comprovando a validade do método de avaliação de compatibilidade através de limites modificados. Já as correlações matemáticas demonstraram ajustes satisfatórios aos modelos propostos, validando as equações modificadas de Kozeny-Carman e de Gouy-Chapman para a previsibilidade da condutividade hidráulica em misturas de solos tropicais e bentonita. Por fim, esta tese
conclui que é viável o emprego de misturas de solos tropicais e bentonita para fins de
barreiras impermeabilizantes, desde que sejam ponderados os critérios geotécnicos (resistência e permeabilidade) e os critérios de compatibilidade entre o solo e o contaminante retido.
__________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: Tropical soils are found in tropical and subtropical climate regions and comprise the majority of Brazilian soils. Given some peculiarities, such as high mechanical resistance in case of compaction, tropical soils are widely used in geotechnical works. However, among geotechnical works, those aimed at sealing require additional properties often not found in tropical soils, such as lower hydraulic conductivity, sorptive properties and compatibility with surrounding flows. Thus, adding bentonite can be an alternative to improve the technical properties of tropical soils for sealing purposes. In this sense, the purpose of this thesis is to assess the geotechnical behavior of tropical soils and bentonite combinations focused on colloidal approach. More specifically, this thesis encompasses the assessment of hydraulic, mechanical and compatibility behavior of three different types of tropical soils according to the MCT-M classification – lateritic, transitional and non-lateritic – which received the addition of bentonite in the contents of 3, 6, 9 and 12%. So that the purpose could be achieved, an experimental program was designed and developed, including: (1) chemical-mineralogical characterization tests of bentonite and the tropical soils and MCT-M methodology to classify tropical soils; (2) assessment of geotechnical and physicochemical properties of tropical soils through Atterberg limits, specific solid mass, grain size, normal Proctor compaction test, pH, electric conductivity of water extract, cation-exchange capacity and specific surface; (3) assessment of hydraulic conductivity in triaxial cells in the 20, 40 and 80 kPa confining pressure; (4) indirect compatibility assessment through modified limits with the use of chemical solutions (CaCl2 – 1 M, C2H5OH, HNO3 – pH 3, NaOH – pH 11); (5) chemical percolation in modified triaxial cell using the solutions above for samples with optimal bentonite level (hydraulic conductivity of 5x10-8 cm/s needed); (6) shearing resistance assessment through consolidated and undrained triaxial test. In addition, mathematical correlations were suggested, based on Kozeny-Carman, Gouy-Chapman’s equations, and one parameter defined as mesoplastic point. In general, results have showed some properties and parameters changes in tropical soils because of the bentonite addition, such as: increased plasticity, increased specific surface and increased CTC; lower hydraulic conductivity; lower friction angle (total and effective) and higher cohesion (total and effective). As for compatibility, bentonite mixes showed greater susceptibility to the C2H5OH, CaCl2, NaOH and HNO3 solutions, in this order. This susceptibility trend was supported by chemical percolation tests, attesting the validity of the compatibility assessment method mthrough modified limits. The mathematical correlations showed satisfactory adjustments pertaining to the suggested models, validating Kozeny-Carman and Gouy-Chapman modified equations to predict hydraulic conductivity in tropical soils with the addition of bentonite. Finally, the conclusion of this thesis is that it is feasible to use tropical soils with the addition of bentonite mixes for sealing purposes, as long as geotechnical criteria (resistance and permeability) and compatibility criteria between the soil and the retained contaminants are taken into account.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:localhost:123456789/3694 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Morandini, Thiago Luiz Coelho |
| Contributors | Leite, Adilson do Lago |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFOP, instname:Universidade Federal de Ouro Preto, instacron:UFOP |
| Rights | Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo autor(a), 02/09/2014, com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 3.0, que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que seja citado o autor e licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação desta., info:eu-repo/semantics/openAccess |
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