CARACTERIZAÇÃO DO COMPORTAMENTO MECÂNICO DE MISTURAS DE SOLO-ESCÓRIA DE ACIARIA-CINZA VOLANTE VISANDO A APLICAÇÃO EM PAVIMENTAÇÃO

Grandes quantidades de resíduos siderúrgicos, a exemplo da escória de aciaria, são geradas pelas indústrias, estimulando o desenvolvimento de pesquisas voltadas para o aproveitamento desses resíduos em obras de engenharia.  Este trabalho visou introduzir e avaliar o potencial técnico de um estabilizante oriundo da mistura íntima de pó de escória de aciaria elétrica moída e cinza volante, visando à melhoria das propriedades de engenharia de solos para fins de aplicação em pavimentação rodoviária. Utilizou-se um programa experimental de ensaios laboratoriais destinados a caracterizar o comportamento mecânico de amostras compactadas de um solo regional e de misturas desses solos com escória oxidante de aciaria elétrica moída e cinza volante. A caracterização mecânica das combinações foi realizada por meio dos ensaios ISC (Índice de Suporte Califórnia e expansão) e de resistência à compressão simples. O comportamento hidro-mecânico destes materiais foi avaliado por meio de ensaios de Perda de massa por imersão em água conforme a metodologia Miniatura Compactado Tropical. As proporções das misturas dos resíduos (escória oxidante de aciaria elétrica e cinza volante) foi de 10% da massa seca total das combinações solo-resíduos, e as porcentagens de escória de aciaria moída serão de 75%, 87,5% e 100% em relação à massa seca total das misturas dos resíduos. Ao término do trabalho, pretendeu-se avaliar a viabilidade técnica do emprego de resíduos siderúrgicos em obras de pavimentação, realçando a relevância da proposta no atendimento à necessidade das empresas siderúrgicas da região do Alto Paraopeba, de conferirem uma destinação sustentável de seus resíduos.            Palavras-chave  Resíduo siderúrgico, estabilizações mecânica e química, pavimento, desenvolvimento sustentável

CARACTERIZAÇÃO DO COMPORTAMENTO MECÂNICO DE MISTURAS DE SOLO-ESCÓRIA DE ACIARIA-CINZA VOLANTE VISANDO A APLICAÇÃO EM PAVIMENTAÇÃO

Grandes quantidades de resíduos siderúrgicos, a exemplo da escória de aciaria, são geradas pelas indústrias, estimulando o desenvolvimento de pesquisas voltadas para o aproveitamento desses resíduos em obras de engenharia.  Este trabalho visou introduzir e avaliar o potencial técnico de um estabilizante oriundo da mistura íntima de pó de escória de aciaria elétrica moída e cinza volante, visando à melhoria das propriedades de engenharia de solos para fins de aplicação em pavimentação rodoviária. Utilizou-se um programa experimental de ensaios laboratoriais destinados a caracterizar o comportamento mecânico de amostras compactadas de um solo regional e de misturas desses solos com escória oxidante de aciaria elétrica moída e cinza volante. A caracterização mecânica das combinações foi realizada por meio dos ensaios ISC (Índice de Suporte Califórnia e expansão) e de resistência à compressão simples. O comportamento hidro-mecânico destes materiais foi avaliado por meio de ensaios de Perda de massa por imersão em água conforme a metodologia Miniatura Compactado Tropical. As proporções das misturas dos resíduos (escória oxidante de aciaria elétrica e cinza volante) foi de 10% da massa seca total das combinações solo-resíduos, e as porcentagens de escória de aciaria moída serão de 75%, 87,5% e 100% em relação à massa seca total das misturas dos resíduos. Ao término do trabalho, pretendeu-se avaliar a viabilidade técnica do emprego de resíduos siderúrgicos em obras de pavimentação, realçando a relevância da proposta no atendimento à necessidade das empresas siderúrgicas da região do Alto Paraopeba, de conferirem uma destinação sustentável de seus resíduos.            Palavras-chave  Resíduo siderúrgico, estabilizações mecânica e química, pavimento, desenvolvimento sustentável

Use of mechanistic-empirical method of pavement design for performance sensitivity analysis to asphalt pavement fatigue

There are several factors (geometric, mechanical and loading) that can influence the design of the flexible pavement and its performance regarding the appearance of fatigue cracks. Therefore, the mechanisticempirical  methods for design are widely accepted and used in the field of paving engineering. However, for  mechanistic analysis there is a range of fatigue models that can provide different pavement design. This study aimed to analyze the performance sensitivity to asphalt layer fatigue according to data derived from a mechanistic-empirical design of the pavement and considering different fatigue models. The following variables were considered in the fatigue models: the mechanical properties of the structural materials, the thicknesses of the structural layers and the load applied to the structure. The asphalt design mixtures contemplated in the research were defined according to the Marshall mixing design method, framed in two granulometric ranges applicable to asphalt concrete with polymeric binder. The mechanistic-empirical protocol involved the pre-design of pavement structures using the empirical method of the National Department of Transport Infrastructure  (DNIT) and its mechanistic analysis using the computer program Elsym5, which considers that horizontal layers are formed by elastic-linear and isotropic materials. The results showed that fatigue performance and surface course layer design varied according to fatigue models applied in different scenarios. However, the sensitivity of performance to surface course fatigue determined by these models, given the variations of the factors studied, was approximately the same. Thus, it was concluded that the fatigue of surface course was more sensitive to the variation of the thickness of the surface course layer than to the variation of the applied load value, followed by the soil resilience module of the subgrade.Keywords: SBS-modified asphalt mixtures, mechanistic-empirical analysis, fatigue models.

POTENCIAL EROSIVO DE SOLOS TROPICAIS A PARTIR DE ENSAIOS GEOTÉCNICOS DE AVALIAÇÃO DIRETA E INDIRETA: Erosive potential of tropical soils using geotechnical tests for direct and indirect evaluation

This study assessed the erodibility potential of tropical soils using geotechnical test for direct and indirect evaluation. The experimental program of this research consisted of the following laboratory tests: slaking tests, MCT (modified water immersion mass loss tests and infiltrability tests) and Inderbitzen tests. The direct assessment, through the Inderbitzen test, was the one that best represented the erosive behavior of the soils and allowed to establish a hierarchy as to the potential erodibility of the analyzed samples. The indirect assessments, by the slaking test or those of the MCT methodology, were not enough to set a classification of the potential erodibility of the soil samples analyzed. However, when combined, the slaking test and those of the MCT methodology are recommended as preliminary criteria in the evaluation of soil erodibility potential. Thus, for further detail and reliability in the prediction of soil erodibility potential of soil samples from pedological horizons of cutting profiles, it is recommended to use the direct method of evaluation through the Inderbitzen test.Esta pesquisa refere-se à avaliação do potencial de erodibilidade de solos tropicais a partir de ensaios geotécnicos de avaliação direta e indireta. O programa experimental dessa pesquisa foi composta dos seguintes ensaios de laboratório: ensaios de desagregação, ensaios da metodologia MCT (ensaio de perda de massa por imersão em água modificado e ensaio de infiltrabilidade) e o ensaio de Inderbitzen. A avaliação direta, por meio do ensaio de Inderbitzen, foi a que melhor representou o comportamento erosivo dos solos e permitiu estabelecer uma hierarquia quanto ao potencial de erodibilidade das amostras analisadas. As avaliações indiretas, pelo ensaio de desagregação ou os da metodologia MCT, não foram suficientes para estabelecer uma ordenação do potencial de erodibilidade das amostras de solos analisadas. Porém, quando combinados, o ensaio de desagregação e os da metodologia MCT são recomendados como critérios preliminares na avaliação do potencial de erodibilidade de solos. Dessa forma, para maior detalhamento e confiabilidade na previsão do potencial de erodibilidade de amostras de solos de horizontes pedológicos de perfis de corte, recomenda-se a utilização do método direto de avaliação por meio do ensaio de Inderbitzen

Estudo e Projeto de Estabilização de Talude Urbano Utilizando a Técnica de Solo Grampeado: Caso de Obra no Município de Senador Firmino-MG / Study and Design of Urban Slope Stabilization Using the Stapled Soil Technique: Case of a Work in the City of Senador Firmino-MG

Em decorrência da frequência dos casos de instabilidade de maciços de solo ocasionados por fatores naturais ou por intervenções antrópicas, fazem-se necessárias a elaboração e a execução de técnicas construtivas eficazes e capazes de garantir a estabilidade dos maciços de maneira segura, com qualidade, com baixo custo e de rápida execução. Dessa forma, este trabalho procura sintetizar as etapas de estudo e projeto de estabilização de um talude, utilizando a técnica de solo grampeado que, devido à inegável notoriedade adquirida nos últimos anos no Brasil, apresenta-se como um tema bastante discutido, com uma boa bibliografia, mas que ainda não possui uma metodologia de projeto e execução tão bem definida. A partir da análise de um talude urbano na iminência de ruptura situado na cidade de Senador Firmino-MG, foi verificado que a técnica de solo-grampeado era a que mais se ajustava às condicionantes do local, dando-se início aos procedimentos de elaboração do projeto. Primeiramente, com o levantamento topográfico, obteve-se o perfil crítico com inclinação média de 48°. A sondagem de reconhecimento resultou em dois tipos de solo: arenoso, localizado na parte inferior, e siltoso, na parte superior. A partir de ensaios de laboratório, foram verificados, para os solos siltoso e arenoso, nos estados natural e inundado, os respectivos valores de coesão e de ângulo de atrito, além do peso específico natural. Para conseguir os parâmetros no estado de iminência de ruptura, realizou-se uma retroanálise. Um estudo paramétrico possibilitou um melhor entendimento da influência exercida pela inclinação dos grampos. A partir do pré-dimensionamento de acordo com os ábacos de Gigan (GIGAN,1986), obteve-se uma distribuição preliminar dos grampos. O dimensionamento foi realizado com o suporte do software GEOSTUDIO-SLOPE/W. Após as análises, nota-se que a umidade, quando o solo foi levado próximo à saturação, teve grande influência na queda da resistência do solo siltoso, havendo a necessidade de projetar um sistema de drenagem eficiente que evitasse este tipo de situação. Foi observado que o solo arenoso, principalmente na região inferior do talude, governava a estabilidade. Assim, através de iterações com o auxílio do software, foram encontrados os comprimentos e espaçamentos apropriados para cada região, visando à segurança, praticidade e economia do projeto

Caractérisation du comportement hydraulique et mécanique des géocomposites bentonitiques et d\'autres systèmes géosynthétiques destinés aux couches de couverture des centres de stockage de déchets

Esta tese consiste no estudo da permeabilidade à gás e da resistência ao cisalhamento de interface de geocompostos bentoníticos (GCLs) e de outros sistemas geossintéticos que compõem as camadas de cobertura de aterros sanitários. Com relação ao fluxo gasoso, a pesquisa teve o propósito de apresentar um equipamento e propor uma nova metodologia de ensaio destinada a medir a permeabilidade a gás de GCLs parcialmente hidratados sob regime de fluxo transiente. Comparada à metodologia convencional de determinação desse parâmetro sob regime de fluxo permanente, o método proposto forneceu resultados similares, porém de um modo mais rápido e por meio de uma aparelhagem mais simples. O atrito de interface de geossintéticos foi estudado mediante o emprego do equipamento plano inclinado, sob baixas tensões de confinamento. O estudo mostrou que os geossintéticos são sensíveis à deformação acumulada sobre sua superfície que pode implicar um aumento ou uma redução da resistência de interface. A pesquisa permitiu concluir que é possível distinguir o comportamento resistente de interfaces do tipo solo compactado-geossintético submetidas a baixas tensões confinantes via equipamento de plano inclinado. As constatações experimentais permitem questionar o uso de geossintéticos de reforço do solo de cobertura segundo a metodologia construtiva tradicional que considera a necessidade de emprego destes geossintéticos para reforçar a interface solo-geotêxtil suposta crítica. Além disso, interfaces geossintéticas contemplando GCLs foram estudadas a fim de se avaliar o comportamento resistente desses sistemas conforme o grau de hidratação da bentonita, a incidência de ciclos de secagem e umedecimento, o escoamento de água no nível da interface, a umidificação da interface e o tipo de material de contato. Os ensaios de interface geomembrana-GCL mostraram que a extrusão da bentonita, devida ao carregamento aplicado, determina o comportamento resistente da interface, visto que a resistência ao cisalhamento mobilizada é fortemente reduzida pela lubrificação adicional desta bentonita quando da incidência de um escoamento de água na interface. Para os ensaios de interface do tipo GCL-geossintéticos de drenagem, a resistência mobilizada se mostrou dependente da estrutura do elemento drenante, do tipo de geotêxtil de contato e da consistência da componente bentonita do GCL.Cette dissertation correspond à l\'étude de la perméabilité aux gaz et du frottement d\'interface des géocomposites bentonitiques (GCBs) et d\'autres systèmes géosynthétiques destinés à la composition des couches de couverture des centres de stockage des déchets. Par rapport le flux gazeux, la recherche a eu l\'objectif de présenter un équipement et proposer une nouvelle méthodologie d\'essai destinée à mesurer la perméabilité aux gaz des géocomposites bentonitiques partiellement hydratés en régime transitoire. Comparée à la méthode conventionnelle de détermination de ce paramètre sous flux en régime stationnaire, la méthode proposée a donné des résultats similaires, mais plus rapidement et avec un appareillage plus simple. La recherche a fait la caractérisation du frottement d\'interface de géosynthétiques à travers l\'emploi de l\'équipement plan incliné, donc en considerant des faibles contraintes de confinement. Cette étude a montré que les géosynthétiques sont sensibles à la déformation cumulée sur leurs surfaces, ce qui joue sur leurs propriétés de résistance au cisaillement d\'interface, pouvant augmenter ou réduire la stabilité des interfaces. La recherche a permis de conclure qu\'il est possible de distinguer les comportements résistants d\'interfaces du type sol compacté-géosynthétique soumises à de faibles contraintes de confinement grâce à l\'équipement plan incliné. Les constats experimentaux entraînent une discussion sur l\'usage des géosynthétiques de renforcement du sol de couverture selon la méthodologie constructive traditionnelle qui considère le besoin de recourir à ces géosynthétiques pour renforcer l\'interface sol-géotextile supposée critique. En plus, des interfaces géosynthétiques avec géocomposites bentonitiques ont été étudiées pour évaluer leur comportement résistant en fonction du degré d\'hydratation de la composante bentonite, de l\'incidence de cycles de sèchage-humidification, du ruissellement d\'eau au niveau de l\'interface, de l\'humidification de l\'interface et du type de géotextile de contact. Les essais d\'interface Géomembrane-GCB ont montré que l\'extrusion de bentonite dûe au chargement appliqué détermine le comportement résistant car la résistance d\'interface mobilisée est drastiquement réduite par la lubrification additionnelle de cette bentonite, du fait de l\'écoulement au niveau de l\'interface de l\'eau de ruissellement. Pour les essais d\'interface du type GCB-Géosynthétiques de drainage, la résistance mobilisée s\'est montrée fortement dépendante de la structure du dispositif de drainage, du type de géotextile en contact et de la consistance de la composante bentonite du GCB

Caractérisation du comportement hydraulique et mécanique des géocomposites bentonitiques et d'autres systèmes géosynthétiques utilisés en couverture de centres de stockage de déchets

This Thesis deals with the gas permeability and interface shear strength of Geosynthetic Clay Liners (GCLs) and other geosynthetic systems that compose the cover of sanitary landfills. Regarding the gaseous flow, the research shows the development and testing of a new equipment and methodology developed to measure the gas permeability of GCLs under transient flow. The new methodology when compared with the conventional methodology of measuring gas permeability uses simpler equipment that yielded similar results in a quick and faster way. Shear strength interface was measured using the inclined plane apparatus with the specimens under low confining stresses. The investigation showed that geosynthetics are sensible to accumulated deformation on their face what can increase or reduce the shear strength interface. The test results also allowed determining the resistant behavior of compacted soil-geosynthetic interface. The supposition that the soil interfaces are critical in cover systems and that they need a reinforcement geosynthetic is questioned based on test results. The inclined plane apparatus was also used to measure the GCL-geosynthetic shear strength interfaces especially considering the influence of bentonite hydration, drying-wetting cycles, the flow of water on the interface and the types of materials in contact.Ce mémoire présente une étude de la perméabilité aux gaz et du frottement d'interface des géocomposites bentonitiques (GCBs) et d'autres systèmes géosynthétiques utilisés en couverture des centres de stockage des déchets. La perméabilité aux gaz a pu être étudiée grâce à la conception d'un équipement et d'une nouvelle méthodologie d'essai permettant la mesure de la perméabilité aux gaz en régime transitoire des géocomposites bentonitiques partiellement hydratés. Comparée à la méthode conventionnelle de détermination de ce paramètre en régime stationnaire, la méthode proposée a donné des résultats similaires, mais plus rapidement et avec un appareillage plus simple. La caractérisation du frottement d'interface de géosynthétiques a été réalisée à travers l'emploi de l'équipement « plan incliné », adapté aux faibles contraintes de confinement. Cette étude a montré que les géosynthétiques sont sensibles à la déformation cumulée sur leurs surfaces, ce qui joue sur leurs propriétés de résistance au cisaillement d'interface. Les constats experimentaux conduisent à une discussion sur l'usage des géosynthétiques de renforcement du sol de couverture selon la méthodologie constructive traditionnelle qui utilise ces géosynthétiques pour renforcer l'interface sol-géotextile supposée critique. De plus, des interfaces géosynthétiques avec géocomposites bentonitiques ont été étudiées pour évaluer leur comportement résistant en fonction du degré d'hydratation de la composante bentonite, de l'incidence des cycles de sèchage-humidification, du ruissellement d'eau au niveau de l'interface, de l'humidification de l'interface et du type de géotextile de contact