Comportamento de fundações superficiais apoiadas em aterros estabilizados com resíduos industriais

Abstract

Neste trabalho foi estudado o comportamento de fundações superficiais apoiadas em sistema de dupla camada, quando a superior é cimentada. O estudo consistiu-se de três etapas, chamadas de Etapa de Laboratório, Etapa Numérica e Etapa de Campo. Na Etapa de Laboratório foi verificada a viabilidade técnica de utilizar os resíduos industriais cinza pesada e cal de carbureto na estabilização de um solo residual de arenito botucatu. Estudou-se a reatividade da cinza pesada com a cal de carbureto, a influência da temperatura e do tempo de cura no desenvolvimento das reações pozolânicas, a influência de diferentes teores de resíduos na resistência à compressão simples, compressão diametral e durabilidade, objetivando definir uma mistura ótima e, ainda, o impacto ambiental da utilização da mistura ótima, através de ensaios de lixiviação e solubilização. Na Etapa Numérica foi estudado, através do Método dos Elementos Finitos, o comportamento de fundações superficiais apoiadas em dupla camada. O modelo utilizado para representar o comportamento do material cimentado e não-cimentado foi o elástico-plástico com critério de ruptura de Drucker-Prager e fluxo não-associado. Verificou-se, através de análise paramétrica, a influência da espessura da camada cimentada e do diâmetro da fundação, bem como a influência dos parâmetros dos materiais cimentado e não-cimentado na resposta carga x recalque de fundações superficiais. Na Etapa de Campo foram construídos aterros experimentais utilizando a mistura ótima determinada na Etapa de Laboratório e, sobre estes aterros, foram executados provas de carga de placas. A análise dos resultados obtidos nas três etapas levou às seguintes conclusões: é possível utilizar cinza pesada e cal de carbureto para estabilizar o solo residual de botucatu; o comportamento de fundações superficiais sobre solos cimentados é controlado pela relação espessura da camada cimentada diâmetro da fundação; os parâmetros ângulo de atrito e módulo de elasticidade da camada cimentada não influenciam os resultados de prova de carga; a ruptura da fundação é função de dois mecanismos progressivos, os quais são função das tensões de tração geradas na parte inferior da camada cimentada e das tensões cisalhantes existentes logo abaixo das bordas da fundação.

In this work the behavior of shallow foundations on a double layer system when the upper is cemented was studied. The study consisted of three stages named Laboratory Stage, Numerical Stage and Field Stage. In the Laboratory Stage the technical viability of using the industrial by-products such as bottom ash and carbide lime in the stabilization of a sandstone residual soil was verified. The reactivity of the bottom ash with carbide lime, the influence of the temperature and time of curing in the development of the pozzolanic reactions, the influence of different amounts of residues in the unconfined strength, tensile strength and durability, were studied. The objective of the later study was to define the optimum mixture. The environmental impact of using the residues was verified through lixiviation and solubilization tests. In the Numerical Stage the behavior of shallow foundations on double layer system was studied using the Finite Element Method. The elastic-perfectly plastic model with Drucker-Prager failure criteria and non-associated flow rule was used to represent the behavior of the cemented and uncemented materials. The influence of cemented layer thickness and diameter of the foundation, and the cemented and uncemented material parameters in the load x settlement response of shallow foundations was verified using parametric analysis. In the Field Stage three experimental fills were built using the optimum mixture determined in the Laboratory Stage on which plate load tests were executed. The analysis of the results obtained in the three stages led to the following conclusions: it is possible to use bottom ash and carbide lime to stabilize the sandstone residual soil; the behavior of foundations is governed by the thickness of the cemented layer/diameter of the foundation ratio; the parameters friction angle and elasticity module of the cemented layer do not influence the results of load test; the rupture of the foundation is function of two progressive mechanisms, which are function of the tension stress generated in the bottom part of the cemented layer and of the shear stress below the corner of the foundation; it is possible to estimate the load capacity regarding 2% of the relative settlement, through the methodology proposed in this work.