RELAÇÃO POROSIDADE/CIMENTO COMO PARÂMETRO DE CONTROL NA ESTABILIZAÇÃO DE UM SOLO SILTOSO

This paper presents the development of the unconfined compressive (qu) and the splitting tensile strength (qt) of a chemically stabilized silt soil. For this, specimens with a volume of 196,35 cm3 were prepared using cement contents of 3%, 5%, 7% and 9% and then tested after 7 days of cure. The porosity/volumetric cement content (η/Civ) was used as the main parameter of the results analysis. The results show that with the decrease in the ratio η/Civ the values of qu and qt increase. Thus, the decrease in porosity meant an increase in qu and qt. A general estimation equation for qu and qt was developed to estimate the resistance of the mixtures with the use of η/Civ adjusted to a scalar equal to 0,45. The equations showed that it is possible to estimate the value of qu and qt of treated soil among the amounts of cement, η/Civ ratio and curing time employed in the present work. Finally, a constant ratio of qt/qu=0,15, which is independent of the voids and the volumetric content of cement, was calculated.O presente trabalho apresenta o desenvolvimento da resistência à compressão simples (qu) e da resistência à tração indireta (qt) de um solo siltoso estabilizado quimicamente. Para isso, foram moldados corpos de prova com volume de 196,35 cm3 empregando teores de cimento de 3%, 5%, 7% e 9% e posteriormente ensaiados depois de 7 dias de cura. Foi utilizada como principal parâmetro de análise dos resultados a relação porosidade/teor volumétrico de cimento (η/Civ). Os resultados exibem que com a diminuição da relação η/Civ os valores de qu e qt crescem. Assim, a diminuição da porosidade significou um aumento em qu e qt. Uma equação geral de estimativa para qu e qt foi desenvolvida para estimar a resistência das misturas com o uso de η/Civ ajustada a um escalar igual a 0,45. As equações demonstraram que é possível estimar o valor de qu e qt do solo tratado dentre as quantidades de cimento, relação η/Civ e tempo de cura empregado no presente trabalho. Finalmente, foi calculada uma relação constante de qt/qu=0,15, a qual é independente dos vazios e do teor volumétrico de cimento

ESTABILIZAÇÃO DO SOLO DA CAMADA CINZA DA FORMAÇÃO GUABIROTUBA PARA FINS DE PAVIMENTAÇÃO URBANA EM CURITIBA, BRASIL

The Guabirotuba Formation is located over the sedimentary basin of the city of Curitiba (Brazil). The gray layer of the Formation extends from 1 to 50 m deep. Although it is the most characteristic layer of the Formation, there are no studies of stabilization of these soils for urban paving purposes in the city. Thus, this paper presents an experimental study of the stabilization of a gray silt soil with Portland cement (PC) using cure times (t) of 7, 14 and 28 days. Cement contents (C) of 3, 5, 7 and 9% in relation to soil dry mass were used. After cure times, simple compressive strength (qu) and durability tests were performed using wet/dry cycles (M/S). The results show an increase of qu with increasing cement content, increasing molding density and increasing curing time. In addition, the durability of the mixtures increased when more cement was added. It was found that the values ​​of qu are dependent on the semi-empirical porosity/cement ratio (η/Civ). Finally, it was found that 5% is the minimum cement content for soil use for paving purposes.A Formação Guabirotuba está localizada sobre a Bacia Sedimentar da cidade de Curitiba (Brasil). A camada cinza da Formação se estende desde 1 até 50 m de profundidade. Embora seja a camada mais característica da Formação ainda não se tem estudos de estabilização destes solos para fins de pavimentação urbana na cidade. Assim, este artigo apresenta um estudo experimental da estabilização de um solo siltoso da camada cinza com cimento Portland (PC) empregando tempos de cura (t) de 7, 14 e 28 dias. Foram empregados teores de cimento (C) de 3, 5, 7 e 9% em relação à massa seca do solo. Após os tempos de cura foram realizados ensaios de resistência à compressão simples (qu) e de durabilidade empregando ciclos de molhagem/secagem (M/S). Os resultados demostram um aumento de qu com o aumento da quantidade de cimento, com o aumento da densidade de moldagem e com aumento do tempo de cura. Além disso, a durabilidade das misturas aumentou quando adicionado maior quantidade de cimento. Foi verificado que os valores de qu são dependentes da relação semi-empírica porosidade/cimento (η/Civ). Finalmente, foi verificado que 5% é o teor mínimo de cimento para o uso do solo para fins de pavimentação

Optimización de CO2 y costo de zapatas de concreto reforzado sobre un suelo tratado con cal usando algoritmo de recocido simulado modificado

Introduction: The design of spread footings over a lime-treated soil is studied as an important topic in geotechnical and environmental engineering. With the emergence and use of algorithms, it is possible to solve optimization problems in engineering, leading, for example, to decreased amounts of materials, time, energy, and work. Objective: This research aims to optimize the CO2 emission and cost of building spread footings over a treated soil with hydrated lime using the modified simulated annealing algorithm (MSAA). Method: The parameters for shear strength (cohesion and friction angle) was calculated of a silty soil of the Guabirotuba geological formation of Curitiba (Brazil) stabilized with different lime contents (3, 5, 7 and 9%) at different curing times (30, 90, and 180 days). Then with these parameters, the geometry of the spread footings was optimized with MSAA minimizing the cost and CO2 emissions of their construction. For the design constraint of the structures the ultimate bearing capacity of the soil was used as criteria, the settlements produced by the service load, and the base safety factor Results: The results show that most of the problems converge to the same solution for costs and CO2 emissions without depending on curing time and lime content used, due to the solutions being restricted primarily by the maximum permissible settlements. Conclusions: With the increase in lime content, the cohesion of the mixtures increased for all curing times studied ant the friction angle had no major variations in relation to the amount of lime administered or to the curing time employed. Costs and carbon dioxide emissions for spread footing construction converge to the same results. In this sense, 9% lime can be avoided, and small percentages of lime (i.e. 3-5%) are appropriated to ground improvement and reduce the costs of this procedure. On the other hand, the MSAA can be designated as a robust algorithm due to having achieved almost equal results and, in some cases, better results compared with other algorithms to solve problems reported in the literature.Introducción: El diseño de cimentaciones sobre suelo tratado con cal se estudia como un tema importante en ingeniería geotécnica y ambiental. Con la aparición y el uso de algoritmos, es posible resolver problemas de optimización en ingeniería, lo que lleva, por ejemplo, a la disminución de cantidades de materiales, tiempo, energía y trabajo. Objetivo: Esta investigación tiene como objetivo optimizar la emisión de CO2 y el costo de la construcción de zapatas sobre un suelo tratado con cal hidratada utilizando el algoritmo recocido modificado (MSAA). Metodología: Se calcularon los parámetros de resistencia al corte (cohesión y ángulo de fricción) de un suelo limoso de la formación geológica Guabirotuba de Curitiba (Brasil) estabilizada con diferentes contenidos de cal (3, 5, 7 y 9%) a diferentes tiempos de curado (30, 90, y 180 días). Luego, con estos parámetros, la geometría de las zapatas se optimizó con MSAA minimizando el costo y las emisiones de CO2 de su construcción. La capacidad de carga final del suelo, los asentamientos producidos por la carga de servicio y el factor de seguridad de base fueron usados como restricciones de diseño. Resultados: Los resultados muestran que la mayoría de los problemas convergen a la misma solución para los costos y las emisiones de CO2 sin depender del tiempo de curado y del contenido de cal utilizado, debido a que las soluciones están restringidas principalmente por los asentamientos máximos permitidos. Conclusiones: Con el aumento del contenido de cal, la cohesión de las mezclas aumentó para todos los tiempos de curado estudiados y el ángulo de fricción no tuvo variaciones importantes en relación con la cantidad de cal administrada o con el tiempo de curado empleado. Los costos y la emisión de dióxido de carbono para la construcción de zapatas convergentes coinciden con los mismos resultados. En este sentido, se puede evitar el 9% de cal, y pequeños porcentajes de cal (es decir, 3-5%) se destinan a la mejora del suelo y reducen los costos de este procedimiento. Por otro lado, MSAA puede ser considerado como un algoritmo robusto debido a que ha logrado resultados casi iguales y, en algunos casos, mejores resultados en comparación con otros algoritmos para resolver problemas reportados en la literatura

Optimización de CO2 y costo de zapatas de concreto reforzado sobre un suelo tratado con cal usando algoritmo de recocido simulado modificado

Introduction: The design of spread footings over a lime-treated soil is studied as an important topic in geotechnical and environmental engineering. With the emergence and use of algorithms, it is possible to solve optimization problems in engineering, leading, for example, to decreased amounts of materials, time, energy, and work. Objective: This research aims to optimize the CO2 emission and cost of building spread footings over a treated soil with hydrated lime using the modified simulated annealing algorithm (MSAA). Method: The parameters for shear strength (cohesion and friction angle) was calculated of a silty soil of the Guabirotuba geological formation of Curitiba (Brazil) stabilized with different lime contents (3, 5, 7 and 9%) at different curing times (30, 90, and 180 days). Then with these parameters, the geometry of the spread footings was optimized with MSAA minimizing the cost and CO2 emissions of their construction. For the design constraint of the structures the ultimate bearing capacity of the soil was used as criteria, the settlements produced by the service load, and the base safety factor Results: The results show that most of the problems converge to the same solution for costs and CO2 emissions without depending on curing time and lime content used, due to the solutions being restricted primarily by the maximum permissible settlements. Conclusions: With the increase in lime content, the cohesion of the mixtures increased for all curing times studied ant the friction angle had no major variations in relation to the amount of lime administered or to the curing time employed. Costs and carbon dioxide emissions for spread footing construction converge to the same results. In this sense, 9% lime can be avoided, and small percentages of lime (i.e. 3-5%) are appropriated to ground improvement and reduce the costs of this procedure. On the other hand, the MSAA can be designated as a robust algorithm due to having achieved almost equal results and, in some cases, better results compared with other algorithms to solve problems reported in the literature.Introducción: El diseño de cimentaciones sobre suelo tratado con cal se estudia como un tema importante en ingeniería geotécnica y ambiental. Con la aparición y el uso de algoritmos, es posible resolver problemas de optimización en ingeniería, lo que lleva, por ejemplo, a la disminución de cantidades de materiales, tiempo, energía y trabajo. Objetivo: Esta investigación tiene como objetivo optimizar la emisión de CO2 y el costo de la construcción de zapatas sobre un suelo tratado con cal hidratada utilizando el algoritmo recocido modificado (MSAA). Metodología: Se calcularon los parámetros de resistencia al corte (cohesión y ángulo de fricción) de un suelo limoso de la formación geológica Guabirotuba de Curitiba (Brasil) estabilizada con diferentes contenidos de cal (3, 5, 7 y 9%) a diferentes tiempos de curado (30, 90, y 180 días). Luego, con estos parámetros, la geometría de las zapatas se optimizó con MSAA minimizando el costo y las emisiones de CO2 de su construcción. La capacidad de carga final del suelo, los asentamientos producidos por la carga de servicio y el factor de seguridad de base fueron usados como restricciones de diseño. Resultados: Los resultados muestran que la mayoría de los problemas convergen a la misma solución para los costos y las emisiones de CO2 sin depender del tiempo de curado y del contenido de cal utilizado, debido a que las soluciones están restringidas principalmente por los asentamientos máximos permitidos. Conclusiones: Con el aumento del contenido de cal, la cohesión de las mezclas aumentó para todos los tiempos de curado estudiados y el ángulo de fricción no tuvo variaciones importantes en relación con la cantidad de cal administrada o con el tiempo de curado empleado. Los costos y la emisión de dióxido de carbono para la construcción de zapatas convergentes coinciden con los mismos resultados. En este sentido, se puede evitar el 9% de cal, y pequeños porcentajes de cal (es decir, 3-5%) se destinan a la mejora del suelo y reducen los costos de este procedimiento. Por otro lado, MSAA puede ser considerado como un algoritmo robusto debido a que ha logrado resultados casi iguales y, en algunos casos, mejores resultados en comparación con otros algoritmos para resolver problemas reportados en la literatura

Variáveis que influenciam na resistência à tração e à compressão simples de dois solos sedimentares estabilizados com cimento

O presente artigo avalia o desenvolvimento da resistência à tração por compressão diametral ou tração indireta (qt) e da compressão simples (qu) de dois solos cimentados artificialmente sob cura de 28 dias. Para isso, dois solos siltosos (amarelo e rosa) característicos da Formação Guabirotuba de Curitiba/BR foram estabilizados com cimento de alta resistência inicial (ARI) com porcentagens de 3, 5, 7 e 9% em referência à massa seca dos solos. Corpos de prova de 50 mm de diâmetro e 100 mm de altura (de volume=196,35 cm3) foram moldados com diferentes teores de cimento (C), diferentes pesos específicos secos aparentes (d) e com uma umidade de moldagem () constante em 23% e depois submetidos à ensaios de compressão simples e de tração indireta. Foi usada a relação vazios/cimento representado pela relação porosidade/teor volumétrico de cimento (η/Civ) para avaliar o desenvolvimento de qu e qt além de variáveis como C, porosidade (η) e d. Os resultados demonstram um crescimento da resistência com o aumento do teor de cimento e com a diminuição dos vazios (isto é, maior peso específico seco e menor η). Uma equação de dosagem para qu e qt dos solos estudados e misturados com cimento foi desenvolvida com o uso da relação η/Civ ajustada a um expoente 0,44 para fazer compatível a variação entre η/Civ-qu qt. As equações de dosagem obtiveram coeficientes de determinação acima de 94%. Finalmente, se encontrou uma relação empírica de tração/compressão constante de 0,16 e de 0,14 para o solo amarelo e rosa, respectivamente. Palavras-chave: Solo-cimento, compressão simples, tração por compressão diametral, porosidade/cimento

Silte da Formação Guabirotuba estabilizado com resíduo da indústria da celulose e papel

A resistência à compressão simples, a resistência à tração por compressão diametral e o Índice de Suporte de Califórnia (CBR) foram sistematicamente pesquisados para analisar o desempenho de um solo siltoso da região metropolitana de Curitiba (Brasil) estabilizado com cinza da indústria da produção de papel e com cal dolomítica hidratada. Uma série de ensaios de compactação na energia Proctor normal foram realizados para calcular os parâmetros ótimos de compactação das misturas solo-cinza-cal: peso específico seco máximo (γd-max) e teor de umidade ótimo (ωo). Foram adicionados e utilizados 4 teores de cinza de celulose (5%, 10%, 15% e 20% em relação à massa seca do solo) e um teor fixo de cal (L) de 5% baseado no consumo inicial de cal modificado, estabelecido a partir da interpretação das medidas de pH realizadas em várias misturas solo-cinza-cal. Os resultados demonstram que existe um aumento no teor de umidade ótimo e uma diminuição no peso específico seco máximo das curvas de compactação com o aumento do teor de cinza de celulose. Por outro lado, os ensaios de compressão simples, tração por compressão diametral e CBR revelam que existe um acréscimo nos valores de resistência mecânica das misturas até um teor de cinza de 15%. Em adição, a Espectroscopia por Dispersão de Energia (EDS) feita em uma mistura protótipo mostra que houve uma interação química entre o solo, a cal e as partículas menores da cinza de celulose. Finalmente, equações de dosagem que permitem estimar os valores da resistência das misturas foram desenvolvidas baseadas na relação semiempirica porosidade/cal (η/Liv) tendo em consideração a massa específica e o volume dos materiais, além da energia de compactação.Palavras-chave: Solo-cinza-cal, compressão simples, tração por compressão diametral, índice porosidade/cal

Influência da adição de cal e cinza de casca de arroz nas propriedades físicas de um solo silto-arenoso sedimentar / Influence of lime addition and rice husk ash on the physical properties of a sedimentary silty-sandy soil

A presente pesquisa tem como objetivo avaliar a influência da adição de cal e de cinza de casca de arroz (CCA) nas propriedades físicas de um solo. Foram criados dois tipos de misturas: solo-cal e solo-cal-cinza. Nas misturas solo-cal foram adicionados teores de 3, 5, 7 e 9% de cal em referência ao peso seco do solo. Nas misturas solo-cal-cinza foram adicionados teores de 3, 5, 7 e 9% de cal em teores de 3, 5, 7 e 9% de CCA. Os resultados indicam que o aumento do teor de cal e o teor de cal-cinza diminuem a plasticidade do solo

Fundamentos de Ascensão Capilar em Solos não Saturados / Fundamentals of Capillary Ascension in Unsaturated Soils

O presente trabalho tem como objetivo apresentar uma síntese analítica do fenômeno de ascensão capilar em solos com base em estudos de modelos matemáticos, soluções analíticas e ensaios laboratoriais.  As soluções analíticas são baseadas, principalmente, na estimativa da máxima altura de ascensão capilar (hc), na altura da zona de saturação (ha) e no tempo de ascensão capilar, assim como na influência da porosidade do solo (?), no tamanho das partículas do solo, no coeficiente de permeabilidade saturado (ks) e não saturado (k) e no ângulo de contato (?) entre as fases sólido-líquido. Por isso, serão esses os parâmetros analisados nesse trabalho. Os resultados demonstram que as soluções analíticas de ascensão capilar podem ser empregadas em areias, argilas, limos e britas