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Título: Comportamento mecânico de misturas solo laterítico-cimento e resíduo de pó de vidro para aplicação em pavimentos
Título(s) alternativo(s): Mechanical behavior of lateritic soil-cement mixtures and glass powder waste for paviments application
Autor(es): Baldin, Claudia Regina Bernardi
Orientador(es): Izzo, Ronaldo Luis dos Santos
Palavras-chave: Solos argilosos
Resíduos de vidro
Mecânica do solo
Solos - Testes
Pavimentos - Composição
Solo-cimento
Clay soils
Glass waste
Soil mechanics
Soils - Testing
Pavements - Composition
Soil cement
Data do documento: 11-Jul-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: BALDIN, Claudia Regina Bernardi. Comportamento mecânico de misturas solo laterítico-cimento e resíduo de pó de vidro para aplicação em pavimentos. 2025. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025.
Resumo: A incorporação dos resíduos de pó de vidro (PV) na pavimentação surge como uma alternativa sustentável para a valorização desses resíduos e contribui para a redução de impactos ambientais. No entanto, o comportamento dinâmico de solos argilosos e misturas solo-cimentoPV, especialmente em regiões do sul do Brasil, ainda requer estudos aprofundados. Além disso, com a implementação do Método de Dimensionamento Brasileiro (MEDINA), ensaios de módulo de resiliência (MR) e deformação permanente (DP) tornam-se essenciais. Assim, este estudo avalia o desempenho mecânico e microestrutural de um solo argiloso laterítico coletado na cidade de Pato Branco, Paraná, combinando cimento Portland (CP V) e PV. A etapa experimental compreendeu ensaios físico-químico, assim como os ensaios de compactação e resistência mecânica. Foram realizados ensaios de resistência à compressão simples (RCS/qu) e resistência à tração por compressão diametral (RTCD/qt) em misturas com o emprego de teores de 3%, 6% e 9% de CP V, combinados com 3%, 6% e 12% de PV em relação à massa seca do solo, compactados em três energias e submetidas a períodos de cura de 7, 28, 90 e 180 dias. Adicionalmente, foram conduzidos ensaios de MR e DP para misturas compactadas na energia modificada aos 28 dias de cura. Os resultados mostram que o aumento da energia de compactação, do teor de cimento e do tempo de cura elevou a RCS e a RTCD. Os teores de 3% e 6% de PV apresentaram melhor desempenho após 180 dias de cura, com valores de 5.975 kPa e 4.905 kPa, respectivamente. Os parâmetros qu e qt foram correlacionados com o índice porosidade/cimento, mostrando-se eficazes na previsão dessas propriedades. O valor médio de MR para o solo puro foi de 272 MPa, enquanto a mistura solo-cimento-PV (SC6%-PV3%) atingiu 439 MPa, considerando as cargas aplicadas. A DP apresentou valores inferiores a 1% em todas as misturas de solo-cimento e solo-cimento-PV. Com base nos parâmetros obtidos por regressão para MR e DP, a simulação de dimensionamento da estrutura de pavimento, realizada no MEDINA, demonstrou uma redução de até 50% na espessura da camada de base – de 40 cm (solo puro) para 20 cm – ao se utilizar misturas de solo-cimento-PV (SC3%-PV6% e SC6%- PV3%). Análises de MEV mostram a formação de silicatos de cálcio hidratados (CSH) e etringita em misturas contendo cimento e PV. Os resultados confirmam a viabilidade do emprego dessas misturas em camadas de base, uma vez que atenderam aos critérios de fadiga e deformação permanente para a vida útil projetada.
Abstract: The incorporation of glass powder waste (PV) into pavement construction emerges as a sustainable alternative for valorization of this type of waste and contributes to reducing environmental impacts. Although clayey soils and soil-cement-PV mixtures have been studied, their behavior under dynamic loads—especially in soils from southern Brazil—still requires investigation. With the implementation of the Brazilian Dimensioning Method (MEDINA), resilient modulus (MR) and permanent deformation (DP) tests have become essential for pavement design. This study evaluates the mechanical performance of a lateritic clay soil collected from the city of Pato Branco, Paraná, incorporating Portland cement (CP V) and PV. The experimental stage included physicochemical tests, as well as compaction and mechanical resistance tests. Tests of unconfined compressive strength (UCS) and diametral compression tensile strength (RTCD) were conducted on mixtures using 3%, 6%, and 9% of CP V, combined with 3%, 6%, and 12% of PV relative to the dry mass of the soil, compacted with three energies and subjected to curing periods of 7, 28, 90, and 180 days. Additionally, MR and DP tests were conducted on mixtures compacted with modified energy at 28 days of curing. The results show that the increase in compaction energy, cement content, and curing time elevated the UCS and RTCD. The 3% and 6% PV contents showed better performance after 180 days of curing, with values of 5.975 kPa and 4.905 kPa, respectively. The parameters qu and qt were correlated with the porosity/cement ratio, proving effective in predicting these properties. The average MR value for pure soil was 272 MPa, while the soil-cement-PV mixture (SC6%-PV3%) reached 439 MPa, considering the applied loads. The DP showed values below 1% in all soil-cement and soil-cement-PV mixtures. Based on the parameters obtained by regression for MR and DP, pavement structure design simulations using MEDINA indicated a up to a 50% reduction in base layer thickness—from 40 cm (pure soil) to 20 cm—when using soil-cement-PV mixtures (SC3%-PV6% and SC6%-PV3%). SEM analyzes show the formation of calcium silicate hydrates (CSH) and ettringite in mixtures containing cement and PV. These results confirm the feasibility of using these mixtures in base layers, since they met the fatigue and permanent deformation criteria for the projected service life.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38227
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