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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2016.tde-03102016-101128
Documento
Autor
Nome completo
Guilherme Campos Malavoglia
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2016
Orientador
Banca examinadora
Boscov, Maria Eugênia Gimenez (Presidente)
Machado, Miriam de Fátima Carvalho
Nader, José Jorge
Título em português
Modelos viscoelásticos aplicados à previsão da compressão de resíduos sólidos urbanos.
Palavras-chave em português
Compressão
Engenharia civil
Geotecnia
Modelagem
Previsão de recalques
Resíduos sólidos
Viscoelasticidade
Resumo em português
Para representar o comportamento de compressão dos resíduos sólidos urbanos (RSU), têm-se utilizado teorias da mecânica dos solos (adensamento de argilas, estado crítico ou solo reforçado com fibras) ou modelos que representam a biodegradação dos materiais orgânicos, assim como ajustes empíricos de dados de monitoramento de campo a funções matemáticas. Algumas tentativas vêm sendo realizadas para descrever todos os diversos mecanismos de compressão a que estão submetidos os maciços sanitários. Esta pesquisa investiga a capacidade de dois modelos viscoelásticos para prever o comportamento de RSU submetidos a carregamento vertical constante sem deformação lateral. O primeiro é o modelo tridimensional de Kelvin-Voigt, que foi aplicado para compressão confinada, e o segundo baseia-se na junção em série de dois corpos de Kelvin-Voigt. Os parâmetros elásticos do primeiro modelo são: módulo de cisalhamento G , módulo de elasticidade E, módulo volumétrico k e coeficiente de Poisson v, os quais podem ser expressos pelo módulo edométrico M; o parâmetro viscoso foi denominado H3. No segundo modelo, há dois parâmetros elásticos, M1 e M2, e dois parâmetros viscosos, H4 e H5. Utilizaram-se dados da literatura de ensaios de campo (sobrecarga por aterro de solo compactado e ensaio de placa) e laboratório (ensaio de adensamento edométrico), para estimar os parâmetros e avaliar a capacidade dos modelos de prever a evolução dos recalques de RSU em compressão confinada. O primeiro modelo viscoelástico não conseguiu representar adequadamente os ensaios de laboratório, enquanto o segundo modelo proporcionou boa aderência das curvas teóricas aos dados experimentais, tanto de campo como de laboratório, com coeficientes de determinação r² maiores ou iguais a 0,87. Os valores dos parâmetros elásticos M do primeiro modelo e M1 M2 foram estimados entre 0,80 e 6,65 MPa. Os parâmetros viscosos H3 do primeiro modelo e H4 e H5 do segundo modelo apresentaram variação de ordens de grandeza. Esta grande variação pode ser devida à diferente composição dos resíduos, como também de poder ter ocorrido uma contribuição significativa da biodegradação no ensaio de campo de maior duração (600 dias), incorporando a perda de massa sólida ao parâmetro viscoso. Os valores de H3, H4 e H5 nos ensaios de laboratório foram estimados na ordem de 10-¹ a 106 kPa.dia, sendo o parâmetro H4 de 2,5 a 142 vezes o valor de H5. A estimativa dos parâmetros viscosos deve ser melhorada pela aplicação do segundo modelo viscoelástico a mais ensaios, procurando correlacionar as faixas de valores a características do material, como a composição e a idade dos RSU.
Título em inglês
Viscoelastic models applied to predict the compression of municipal solid waste.
Palavras-chave em inglês
Compression
Modeling
MSW
Municipal solid waste
Settlement prediction
Viscoelasticity
Resumo em inglês
Compression of municipal solid waste (MSW) has been represented by theories of soil mechanics (consolidation of clays, critical state or soil reinforcement with fibers), by models based on the degradation of organic matter, and by empirical fittings of field monitoring data to mathematical functions. Some attempts have been made to describe all compression mechanisms to which MSW masses are subjected. This research investigates the efficiency of two viscoelastic models to predict MSW compression under a constant vertical load without lateral deformation. The first is the three-dimensional Kelvin-Voigt model, which was simplified to confined compression, and the second results from linking in series two Kelvin-Voigt bodies. The elastic parameters of the first model are: the shear modulus G, modulus of elasticity E, volumetric modulus k and Poisson's ratio v, which can be expressed by the edometric modulus M; the viscous parameter was named H3. The second model has two elastic parameters, M1 and M2, and two viscous parameters, H4 and H5. Data from field and laboratory tests were used to estimate parameters and to evaluate the efficiency of the two models in predicting the evolution of MSW settlements in confined compression. The first viscoelastic model could not adequately represent the laboratory tests, while the second model provided good adhesion of the theoretical curves to field and laboratory data, with determination coefficients r² equal or higher than 0.87. The values of the elastic parameters M of the first model and M1 and M2 of the second model were estimated between 0.80 and 6.65 MPa. Viscous parameters H3 of the first model and H4 and H5 of the second model varied in a large range of values. This variation may be due to the different composition of the waste, but also a significant contribution of biodegradation in the longer field trial (600 days) may have occurred, incorporating loss of solid matter to the viscous parameter. The values of H3 , H4 and H5 in laboratory tests were estimated in the order of 10-1 to 106 kPa.dia, with H4 parameter 2.5 to 142 times higher than H5. The evaluation of the viscous parameters could be improved by the application of the second viscoelastic model to a greater number of tests in order to correlate ranges of values to MSW composition and age.
 
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Data de Publicação
2016-10-03
 
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