EM - Escola de Minas
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A Escola de Minas de Ouro Preto foi fundada pelo cientista Claude Henri Gorceix e inaugurada em 12 de outubro de 1876.
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Item On the compatibility and theoretical equations for mixtures of tropical soils and bentonite for barrier purposes.(2018) Morandini, Thiago Luiz Coelho; Leite, Adilson do LagoVast regions of the globe are covered by tropical soils, increasing the perspective of using them for barrier design at solid/liquid disposal facilities. They comprise diverse pedological taxonomies, but have common features, specially the dominant mineral composition of quartz, kaolinite clay and Fe-Al-Mn oxides/hydroxides. Despite the vast occurrence, sometimes tropical soil samples may not be suitable for barrier purposes, which can be overcome using bentonite as additive, provide that technical evaluations are adopted. An important technical issue to be addressed is the compatibility between the barrier materials and the liquids to be disposed. Compatibility studies usually involve laboratory testing using direct and indirect methods, which were involved in this research. The indirect studies involved modified Atterberg limits and the direct approach was developed using direct permeation. The tropical soil samples were selected to be in different weathering stages, considering the laterization degree. The chosen bentonite content to compose the mixtures was 3, 6, 9 and 12% on a dry weight basis. The elected chemical solutions for these studies were: calcium chloride (CaCl2), nitric acid (HNO3), sodium hydroxide (NaOH), ethanol (C2 H5OH) and tap water. As a summary, the main research objectives were: (1) comparison between direct and indirect methods for compatibility evaluation; (2) assessment of the influence of the bentonite content on the compatibility of tropical soil samples; (3) investigation of the influence of the laterization degree on compatibility and (4) evaluation of theoretical equations to predict the compatibility of these samples through back analysis. The results indicate that: indirect and direct methods are similar from a qualitative point of view; bentonite is more sensitive to chemicals than the natural soil components; the laterization degree is not so influent on the compatibility and good compatibility predictions were obtained with the proposed theoretical equations.Item Shear strength of tropical soils and bentonite mixtures for barrier design.(2016) Morandini, Thiago Luiz Coelho; Leite, Adilson do LagoCompacted clayey tropical soils have great potential to be used as barriers in waste disposal facilities, considering that some technical requirements are fulfilled (e.g. hydraulic conductivity; compatibility after disposal; shear strength; swelling/cracking, etc). In turn, the bentonite addition is relevant for the cases where the hydraulic conductivity must be lowered, and therefore investigations on the changes of the mechanical parameters of tropical soils induced by the bentonite addition are of great interest. This paper presents the results of a laboratory investigation on the shear strength of different samples of tropical soils and their mixtures with bentonite in the proportions of 0, 3, 6, 9 and 12% (dry weight basis). The tropical soil samples were collected considering the lateritic, transitional and non-lateritic behavior according to the MCT-M (Modified-Miniature-Compacted-Tropical) classification. The laboratory tests consisted of CU (Consolidated- Undrained) triaxial tests under the confining stresses of 100, 200 and 400 kPa. The results have showed that the addition of bentonite produced a significant increase in the plasticity of the tropical soil samples (PI increases 4 to 6 times), considerably reduced their friction angle (by as much as 11o) and stiffness at peak (modulus reductions of 2.5 to 4 MPa) and gave rise to a slight increase in their cohesion (up to 12 kPa). These facts must be considered in the barrier stability analyses when heavy loads are applied. The important role of the shear strength on barrier design is highlighted.Item Solos tropicais e bentonita: análise geotécnica de misturas com ênfase na abordagem coloidal.(2014) Morandini, Thiago Luiz Coelho; Leite, Adilson do LagoOs solos tropicais ocorrem em regiões de climas tropicais e subtropicais, constituindo a maior parte dos solos superficiais brasileiros. Devido a algumas propriedades, como elevada resistência mecânica quando compactados, os solos tropicais são amplamente empregados em obras geotécnicas. Entretanto, dentre as obras geotécnicas, aquelas destinadas à impermeabilização requerem propriedades adicionais muitas vezes não encontradas nos solos tropicais, como baixa condutividade hidráulica, capacidade de sorção e compatibilidade adequada com os fluidos circundantes. Assim sendo, a adição de bentonita pode ser uma alternativa para melhorar propriedades técnicas dos solos tropicais para fins de impermeabilização. Neste contexto, esta tese tem como objetivo estudar o comportamento geotécnico de misturas de solos tropicais e bentonita com ênfase na abordagem coloidal. Especificamente, é escopo desta tese a avaliação de comportamento hidráulico, mecânico e de compatibilidade de três classes distintas de solos tropicais segundo classificação MCT-M – laterítico, transicional e não laterítico – aos quais foram adicionados bentonita nos teores de 3, 6, 9 e 12%. Para concretizar o objetivo proposto, foi elaborado e desenvolvido um programa experimental que compreendeu: (1) ensaios de caracterização químico-mineralógica da bentonita e dos solos tropicais e metodologia MCTM para classificação dos solos tropicais; (2) avaliação das propriedades geotécnicas e físico-químicas dos solos tropicais e das misturas por meio de ensaios limites de Atterberg, massa específica dos sólidos, análise granulométrica conjunta, compactação Proctor Normal, pH, condutividade elétrica do extrato aquoso, capacidade de troca catiônica e superfície específica; (3) determinação da condutividade hidráulica em célula triaxial nas tensões confinantes de 20, 40 e 80 kPa; (4) avaliação compatibilidade indireta através de limites modificados empregando-se soluções químicas (CaCl2 – 1 M, C2H5OH, HNO3 – pH 3, NaOH – pH 11); (5) percolação química em célula triaxial modificada empregando-se as soluções citadas anteriormente para amostras com teor de bentonita ótimo (necessária a obtenção de uma condutividade hidráulica de 5x10-8 cm/s); (6) avaliação da resistência a cisalhamento através de ensaio triaxial consolidado e não drenado. Além disso, foram propostas correlações matemáticas utilizando-se como base as equações de Kozeny- Carman, Gouy-Chapman, e um parâmetro definido como ponto meso plástico. De forma geral, os resultados demonstraram algumas alterações de propriedades e parâmetros dos solos tropicais devido à adição de bentonita, tais como: aumento na plasticidade, na superfície específica e na CTC; diminuição da condutividade hidráulica; diminuição do ângulo de atrito (total e efetiva) e aumento da coesão (total e efetiva). Em termos de compatibilidade, as misturas contendo bentonita demonstraram maior suscetibilidade às soluções de C2H5OH, CaCl2, NaOH e HNO3, nesta ordem. Esta tendência de suscetibilidade foi confirmada pelos ensaios de percolação química, comprovando a validade do método de avaliação de compatibilidade através de limites modificados. Já as correlações matemáticas demonstraram ajustes satisfatórios aos modelos propostos, validando as equações modificadas de Kozeny-Carman e de Gouy-Chapman para a previsibilidade da condutividade hidráulica em misturas de solos tropicais e bentonita. Por fim, esta tese conclui que é viável o emprego de misturas de solos tropicais e bentonita para fins de barreiras impermeabilizantes, desde que sejam ponderados os critérios geotécnicos (resistência e permeabilidade) e os critérios de compatibilidade entre o solo e o contaminante retido.Item Condutividade hidráulica e compatibilidade em combinações de solo tropical e bentonita para uso em barreiras.(Programa de Pós-Graduação em Geotecnia. Núcleo de Geotecnia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2009) Morandini, Thiago Luiz Coelho; Leite, Adilson do LagoAs barreiras selantes são elementos chave na proteção ambiental de sítios de disposição de resíduos. Adicionalmente, a aplicação dos solos tropicais compactados possui grande potencial para construção destas barreiras, desde que algumas propriedades sejam satisfeitas, incluindo baixa condutividade hidráulica e compatibilidade adequada com os fluidos existentes no sítio. Dentro deste contexto, a adição de bentonita nos solos tropicais pode ser uma alternativa para melhorar estas e outras propriedades técnicas. Esta dissertação consistiu um estudo laboratorial integrado na avaliação da condutividade hidráulica em misturas de um solo tropical e bentonita e da compatibilidade entre estas misturas e soluções químicas diversas. Os teores de bentonita avaliados foram de 3, 6, 9 e 12% (peso seco), além da amostra do solo tropical e bentonita puros. O programa experimental compreendeu três etapas: (1) caracterização das amostras com o propósito de verificar possíveis alterações das propriedades (geotécnicas e físico-químicas) do solo tropical quando em misturas com a bentonita; (2) avaliação da condutividade hidráulica em câmara triaxial (permeâmetro de parede flexível), sob condições de carga hidráulica constante de 50 kPa e tensões confinantes de 20, 40 e 80 kPa; e (3) avaliação da compatibilidade entre as amostras e algumas soluções químicas (HNO3 - pH 3; NaOH - pH 11; NaCl - 5g/l; e álcool etílico), por meio da determinação dos limites de Atterberg modificados e expansão livre da bentonita. Os resultados da caracterização revelaram importantes alterações nas propriedades índices do solo tropical, destacando acréscimos na plasticidade, CTC e expansão livre devido à adição de bentonita. A condutividade hidráulica, por sua vez, revelou significativo decréscimo com o aumento do teor de bentonita e da tensão confinante. Já os resultados de compatibilidade mostraram um decréscimo da plasticidade das amostras quando submetidas às soluções químicas, mais relevantes para a solução salina, porém não desprezíveis para as soluções ácida, básica e orgânica. A perda da plasticidade mostrou-se maior nas amostras com maior percentual de bentonita, provavelmente como resultado da contração da dupla camada iônica. Por fim, os resultados gerais recomendam o uso da adição de bentonita a solos tropicais para fins de sistemas de selagem em sítios de disposição de resíduos, desde que sejam ponderados os critérios geotécnicos (resistência e permeabilidade) e os critérios de compatibilidade entre o solo e o contaminante retido.