Comportamento mecânico de solos tropicais reforçados com fibra de Polietileno Tereftalato (PET)

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dc.contributor.advisorTeixeira, Raquel Souza
dc.contributor.authorCrippa, Mateus Teixeira
dc.contributor.bancaGutierrez, Nelci Helena Maia
dc.contributor.bancaCasagrande, Michéle Dal Toé
dc.contributor.coadvisorFerreira, José Wilson dos Santos
dc.coverage.extent114 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2024-10-04T14:06:35Z
dc.date.available2024-10-04T14:06:35Z
dc.date.issued2024-05-17
dc.description.abstractCom a crescente preocupação ambiental em relação à geração excessiva de residuos plásticos, que excede 300 milhões de toneladas anualmente no mundo, materiais alternativos vêm sendo estudados como elementos de reforço de solo, como as fibras de polietileno tereftalato (PET) reciclado. Assim, esta pesquisa tem por objetivo avaliar o efeito da inserção das fibras PET no comportamento mecânico de dois solos tropicais arenosos por meio de ensaios triaxiais. Além da caracterização química (pH, CTC, MO, etc.) e geotécnica, foram realizados ensaios de superfície específica por adsorção de gás N2, extração de elementos amorfos, fluorescência de raios-X e difração de raios-X em ambos os solos. A partir de corpos de prova compactados, utilizando a Energia Normal de Proctor, considerando o solo sem e com reforço de 0,3% de fibras PET de 1,4 dtex e 32mm de comprimento, dispostas de maneira aleatória, foram realizados ensaios triaxiais consolidados não drenados para tensões confinantes de 50, 100 e 200kPa, além da avaliação da microestrutura por meio de ensaios de porosimetria por intrusão de mercúrio (PIM) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostraram efeito positivo da inserção das fibras PET em ambos os solos, melhorando a estrutura interna dos compósitos e promovendo ganhos expressivos em seus parâmetros de resistência, principalmente de intercepto coesivo. Devido aos diferentes graus de evolução pedogenética dos solos, as interações entre fibra-matriz produziram diferentes tendências. O solo de Mandaguaçu apresentou comportamento elasto-plástico de endurecimento com e sem a inserção das fibras. Já o solo de Santa Maria apresentou inicialmente comportamento dúctil, respondendo como material elasto-plástico com a inclusão das fibras. A porosimetria mostrou que a inserção das fibras PET no solo de Mandaguaçu reduziu a quantidade de macroporos do compósito, enquanto que no solo de Santa Maria houve processo contrário, evidenciando a influência da pedogênese do solo na interação fibra-solo e, consequentemente, na microestrutura do compósito. Além disso, observou-se na PIM que apenas os macroporos participam da resposta mecânica. Além do efeito de ancoragem, acredita-se que os ganhos de resistência estejam associados ás interações das fibras PET com as cargas elétricas provenientes da matriz dos solos tropicais ácidos, resultando em ligações elétricas e atração entre os materiais, conforme confirmado nas imagens de MEV. Tais descobertas realçam a importância de se investigar as características físicas, químicas e mineralógicas dos solos tropicais e suas interações com materiais alternativos, a fim de compreender o comportamento mecânicos dos compósitos. Espera-se que este trabalho contribua com o desenvolvimento do reforço de solos com fibras PET, cuja aplicação em obras geotécnica, como reforço de aterros, taludes e camadas de base de pavimentos, pode agregar maior valor ao resíduo, impulsionando práticas sustentáveis na engenharia geotécnica.
dc.description.abstractother1With increasing environmental concern regarding the excessive generation of plastic waste, which already exceeds 300 million tons annually worldwide, alternative materials have been studied as soil reinforcement elements, such as recycled polyethylene terephthalate (PET) fibers. This research aims to evaluate the effect of PET fibers insertion on the mechanical behavior of two tropical sandy soils through triaxial tests. Specific surface area tests by N2 gas adsorption, extraction of amorphous elements, X-ray fluorescence, and X-ray diffraction tests were conducted for both soils, in addition to chemical and geotechnical characterization. Consolidated undrained triaxial tests were performed on compacted specimens using Proctor Normal Energy, considering soil with and without reinforcement of 0.3% of 1.4 dtex PET fibers with 32mm of length, randomly arranged, for confining stresses of 50, 100, and 200kPa, along with microstructure evaluation through Mercury Intrusion Porosimetry (MIP) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The results showed a positive effect of PET fiber insertion in both soils, improving the internal structure of the composites and promoting significant gains in their strength parameters, mainly in cohesive intercept. Due to the different degrees of pedogenetic evolution of the soils, the interactions between fiber- matrix produced different trends. The Mandaguaçu soil exhibited strain-hardening behavior with and without fiber insertion. Santa Maria soil initially exhibited ductile behavior, responding as an elastoplastic material with the inclusion of fibers. Porosimetry showed that the insertion of PET fibers in Mandaguaçu soil reduced the amount of macropores in the composite, while in Santa Maria soil the opposite process occurred, evidencing the influence of soil pedogenesis on fiber-soil interaction, and consequently, on the composite microstructure. Additionally, it was observed in MIP that only macropores participate in mechanical behaviour. Besides the anchoring effect, it is believed that strength gains are associated with the interactions of PET fibers with the electrical charges from the matrices of acidic tropical soils, resulting in electrical bonds and attraction between materials, as confirmed in SEM images. These findings highlight the importance of investigating the physical, chemical, and mineralogical characteristics of tropical soils and their interactions with alternative materials in order to understand the mechanical behavior of composites. It is hoped that this work will contribute to the development of soil reinforcement with PET fibers whose application in geotechnical projects, such as reinforcing embankments, slopes and base layers of pavements, can add greater value to the waste, promoting sustainable practices in geotechnical engineering.
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/17899
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCTU - Departamento de Construção Civil
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil
dc.subjectReforço de solo
dc.subjectPET
dc.subjectSolos tropicais
dc.subjectQuímica dos solos
dc.subjectEnsaio triaxial
dc.subjectMicroestrutura
dc.subject.capesEngenharias - Engenharia Civil
dc.subject.cnpqEngenharias - Engenharia Civil
dc.subject.keywordsSoil reinforcement
dc.subject.keywordsPET
dc.subject.keywordsTropcal soils
dc.subject.keywordsSoil chemistry
dc.subject.keywordsTriaxial test
dc.subject.keywordsMicrostructure
dc.titleComportamento mecânico de solos tropicais reforçados com fibra de Polietileno Tereftalato (PET)
dc.title.alternativeMechanical behavior of tropical soils reinforced with Polyethylene Terephthalate (PET) Fiber
dc.typeDissertação
dcterms.educationLevelMestrado Acadêmico
dcterms.provenanceCentro de Tecnologia e Urbanismo

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