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Título: Estudo do comportamento tensão-deformação e estabilidade de taludes de solo melhorado para aplicação em aterros rodoviários
Título(s) alternativo(s): Study of the stress-deformation behavior and stability slopes of improved soil for application in road embankments
Autor(es): Munoz, Yeimy Ordonez
Orientador(es): Izzo, Ronaldo Luis dos Santos
Palavras-chave: Solos - Análise
Solos - Estabilidade
Cimento Portland
Taludes (Mecânica do solo) - Estabilidade
Cisalhamento dos solos - Resistência
Polipropileno
Solos - Compactação
Aterros
Soils - Analysis
Soils - Stability
Portland cement
Slopes (Soil mechanics) - Stability
Soil shear - Strength
Polypropylene
Soil compaction
Embankments
Data do documento: 19-Fev-2021
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: MUNOZ, Yeimy Ordonez. Estudo do comportamento tensão-deformação e estabilidade de taludes de solo melhorado para aplicação em aterros rodoviários. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021.
Resumo: A presente pesquisa teve como finalidade principal a avaliação do comportamento tensão- deformação do solo da Formação Guabirotuba melhorado com três materiais: cinza de casca de arroz (CCA) (5-10-15%), cimento (2-5%) e fibra de polipropileno (FPP) (0,5%). Para isso foram desenvolvidas 12 misturas (M1 a M12), e conduzidos ensaios de caracterização física (limites de Atterberg, densidade real dos grãos, difração de raios X e fluorescência de raios X), ensaios de compactação Proctor na energia normal, ensaios de resistência à compressão simples (qu) e à tração por compressão diametral (qt) em três tempos de cura (7-28-90 dias) para o solo puro e para as 12 misturas. Esses resultados foram analisados estatisticamente segundo análise dos erros para definir as melhores misturas, que posteriormente foram submetidas a ensaios triaxiais. Finalmente, com os parâmetros obtidos nos ensaios triaxiais na condição adensado não drenado, foram conduzidas análises de estabilidade de aterros rodoviários, variando a altura (3-5-10-15-20 m) bem como o ângulo de inclinação (45-63,43º). Essas análises foram feitas com o software Slide2 e o método de Bishop simplificado, onde foram obtidos os fatores de segurança (FS) para condições saturação e saturação com N’água = H do talude. Os resultados de caraterização mostraram variação dos limites de Atterberg, o que levou à redução de (91,2 ± 0,5)% no índice de plasticidade (IP) na M12 em relação ao IP do solo puro. Os ensaios de compactação resultaram em uma diminuição do peso específico aparente seco máximo (γdmax) e um incremento da umidade ótima à medida que o teor de aditivos e FPP aumentou, sendo maior na M12 onde o γdmax teve uma diminuição de 1,46 kN/m3 e a umidade ótima aumentou 10,7 p.p em relação ao solo puro. A análise estatística dos ensaios de qu e qt mostraram que as melhores resistências em relação ao solo puro foram para as misturas M3, M6, M9, M12 obtendo incrementos na qu de (114 ± 3)%, (474 ± 8)%, (192 ± 4)% e (493 ± 8)% respectivamente. Por outro lado, na qt os incrementos foram de (188 ± 9)%, (842 ± 28)%, (320 ± 14)% e (998 ± 27)% respectivamente. Os ensaios triaxiais mostraram que a coesão efetiva passou de 4,8 kPa para 179 kPa e 182 kPa, e o ângulo de atrito efetivo de 32,7° para 41,2º e 44,6° no solo puro para M6 e M12 respectivamente. Nas análises de estabilidade de taludes, o solo exibiu um estado de instabilidade a partir de 5 m de altura e 63,43º de inclinação, obtendo para a condição mais crítica um FS < 1 o qual mudou para FS de 3,1 na mistura M12. A variação do ângulo de inclinação gerou maior diminuição do FS que as alterações no N’água=H. Essa variação esteve na ordem de 0,1 a 5,3 unidades no FS, em aterros que passaram de inclinação de 45° para 63,43°. Na condição de saturação para saturação com N’água=H a variação esteve entre 0,1 e 2,2 unidades no FS. Finalmente, conclui-se que a CCA é um potencial substituto do cimento no melhoramento geotécnico do solo. Além disso, esses materiais (em conjunto com a FPP) contribuem na ductilidade do composto. Nas análises de estabilidade concluiu-se que é importante levar em consideração tanto a geometria quanto as condições de saturação do talude, com os quais passa a ser possível definir a mistura que é a melhor alternativa ao momento de estudar a estabilidade de aterros compostos por solo melhorado da Formação Guabirotuba.
Abstract: This research aimed at evaluating the stress-strain behavior of the Guabirotuba Formation soil, improved with three materials: Rice husk ash (RHA) (5-10-15%), Portland cement (PC) (2-5%) and polypropylene fiber (PPF) (0.5%). Twelve blends were analyzed (B1 to B12), and geotechnical characterization tests were carried out for pure soil and 12 blends (Atterberg limits, specific gravity, X-ray fluorescence and X-Ray Diffraction), Proctor compaction test, unconfined compressive strength (qu) and splitting tensile strength (qt) tests in three curing times (7-28-90 days). These results were statistically analyzed by following the errors analysis to define the best blends, which were subsequently subjected to triaxial tests in the non-drained condition. Finally, with the parameters obtained in the triaxial tests, road embankment stability analyzes varying the height (3-5-10-15-20 m) and inclination angle (45-63.43º) were performed. These analyzes were made with Slide2 software and the simplified Bishop method, where safety factor (FS) was obtained for saturated and saturated with N’water = H conditions. The characterization results showed variation in the Atterberg limits. This led to a reduction of 91.2± 0.5% in the plasticity index (PI) in B12 in relation to the pure soil PI. Compaction tests showed that the maximum dry unit weight (γdmax) decreased and the optimum moisture content increased as the contents of additive and PPF increased, being higher in B12 where γdmax had a decreased of 1.46 kN/m3 and the optimum moisture content increased 10.7 p.p in relation to the pure soil. Statistical analysis of the qu and qt tests showed that the best resistances in relation to pure soil were for blends B3, B6, B9, B12 obtaining increments in qu of (114 ± 3)%, (474 ± 8)%, (192 ± 4)% and (493 ± 8)% respectively. On the other hand, the increments in qt were (188 ± 9)%, (842 ± 28)%, (320 ± 14)% and (998 ± 27)% respectively. The triaxial tests showed that the effective cohesion increased from 4.8 kPa to 179 kPa and 182 kPa, and the effective friction angle increased of 32.7º to 41.2º and 44.6° in the pure soil for B6 and B12, respectively. In slope stability analysis, the soil exhibited an instability state from 5 m in high and 63.43º of inclination, obtaining the most critical condition as FS<1, which changed to FS of 3.1 on B12 blend. The variation of the inclination angle generated a greater decrease in the FS than the saturation condition with N’water = H. This variation was in the range of 0.1 to 5.3 units in the FS, changing from 45° to 63.43° in degree slope. In the condition from saturation for saturation with N’water = H the variation was between 0.1 and 2.2 units in the FS. Finally, it is concluded that RHA is a potential substitute for PC in the geotechnical improvement of soils. Besides, these materials (combined with PPF) contribute to the ductility of the compound. In the stability analyzes it was concluded that it is important to consider the geometry and the saturation conditions of the embankment, with which it becomes possible to define the blends that will be the best alternative when studying slopes embankments composed by improvement soils of the Guabirotuba Formation.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24687
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