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Título: Avaliação do comportamento geomecânico de um solo tropical argiloso reforçado com fibras naturais de açaí (Euterpe oleracea)
Autor(es): Silva, Augusto Barbosa
Orientador(es): Casagrande, Michéle Dal Toé
Coorientador(es): Cavalcante, Andre Luis Brasil
Assunto: Reforço de solos
Fibras de aço
Intemperismo
Comportamento mecânico
Data de publicação: 27-Out-2026
Referência: SILVA, Augusto Barbosa. Avaliação do comportamento geomecânico de um solo tropical argiloso reforçado com fibras naturais de açaí (Euterpe oleracea). 2026. 177 f., il. Tese (Doutorado em Geotecnia) — Universidade de Brasília, Brasília, 2026.
Resumo: O reforço de solos com fibras naturais desponta como uma alternativa sustentável e de alto desempenho na geotecnia contemporânea. Contudo, a degradação orgânica desses materiais ao longo do tempo, especialmente em matrizes tropicais sujeitas a ciclos climáticos severos, constitui uma lacuna crítica que restringe sua aplicação em obras definitivas. Diante disso, esta tese investigou o comportamento geomecânico, a microestrutura e a durabilidade de um solo tropical laterítico reforçado com fibras do caroço de açaí (Euterpe oleracea), em seu estado natural e após tratamento superficial com sílica coloidal. O programa experimental envolveu a exposição dos compósitos (teor ótimo de 1%) ao intemperismo natural em Brasília-DF por 24 meses contínuos. A avaliação multiescala englobou caracterizações químicas e microestruturais (MEV, DRX, FRX, FTIR, TGA e PIM) e geomecânicas (compactação, permeabilidade, adensamento unidimensional, DSS, compressão triaxial CD e prova de carga em placa em verdadeira grandeza). No estado inicial, a excepcional rigidez intrínseca da fibra de açaí (Módulo de Young de 3,73 GPa e 45% de lignina) otimizou o efeito ponte. A inserção orgânica elevou a condutividade hidráulica à ordem de 10⁻⁵ cm/s, duplicou a tenacidade do maciço induzindo comportamento dúctil e promoveu um salto de 93% na coesão efetiva. Em escala real, o compósito atingiu Fator de Melhoria da Capacidade de Carga (BCR) de 3,49, reduzindo recalque central em 87,8% sob tensões severas. A avaliação de longo prazo revelou que a alcalinização do ambiente (pH ≈ 7,5) deflagrou a hidrólise da fibra natural, gerando amolecimento celular e perda de rigidez elástica. No entanto, a ancoragem mecânica passiva garantiu a manutenção integral da resistência de pico original após dois anos. Em contrapartida, o tratamento com sílica coloidal demonstrou eficácia absoluta: a película inorgânica formou barreira química estável (ligações Si-O-Si) que impediu a lixiviação mineral e o colapso estrutural interno. Como resultado, a inclusão tratada preservou sua incompressibilidade, a integridade da rede de macroporos e a excelência das envoltórias bilineares de cisalhamento. Conclui-se que o compósito solo-fibras de açaí, sobretudo submetido ao tratamento superficial com sílica coloidal, constitui uma tecnologia de reforço de alto desempenho, resiliente e sustentável, plenamente viável para aplicações geotécnicas.
Abstract: Soil reinforcement with natural fibers emerges as a sustainable and high-performance alternative in contemporary geotechnical engineering. However, the organic degradation of these materials over time, particularly in tropical soil matrices subjected to severe weather cycles, constitutes a critical gap that restricts their application in permanent engineering works. Therefore, the geomechanical behavior, microstructure, and durability of a clayey tropical soil reinforced with açaí pit fibers (Euterpe oleracea) were investigated under two conditions: surface-treated with a colloidal silica solution and untreated. The experimental program involved evaluating the degradability of composites with a 1% fiber content exposed to the weather conditions of Brasília-DF over 24 months. The multiscale assessment encompassed physical, chemical, geomechanical, and microstructural characterizations. Tests including compaction, one-dimensional consolidation, consolidated drained (CD) triaxial compression, direct simple shear (DSS), and plate load tests on a small-scale physical model were conducted to evaluate load-settlement behavior. The intrinsic stiffness of the açaí fiber (Young's Modulus of 3.73 GPa and 45% lignin content) optimized the bridging effect, absorbing tensile stresses along shear planes and intercepting microcracks. The inclusion of fibers increased the hydraulic conductivity to the order of 10⁻⁵ cm/s and doubled the composite's toughness, inducing ductile behavior, while also promoting a 93% increase in the effective cohesion intercept. In the small scale physical model, the composite achieved a Bearing Capacity Ratio (BCR) of 3.49, reducing the central settlement by 87.8% under the collapse stress of the unreinforced soil. Long-term evaluation revealed that the alkalization of the environment (pH ≈ 7.5) triggered the hydrolysis of the natural fibers, leading to cellular structural breakdown and loss of elastic stiffness. However, mechanical anchorage ensured the full preservation of the original peak shear strength after two years of exposure. Conversely, colloidal silica treatment demonstrated effectiveness in waterproofing the fibers by forming an inorganic film that acted as a stable chemical barrier (Si–O–Si bonds), preventing mineral leaching and internal structural collapse. As a result, the treated composite preserved the integrity of the macropore network, exhibiting shear strength parameters superior to those of the unreinforced soil. It is concluded that the açaí fiber-soil composite, especially when subjected to the colloidal silica surface treatment, constitutes an effective soil reinforcement technology that is viable for geotechnical applications and aligned with environmental, economic, and social sustainability principles.
Unidade Acadêmica: Faculdade de Tecnologia (FT)
Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (FT ENC)
Informações adicionais: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2026.
Programa de pós-graduação: Programa de Pós-Graduação em Geotecnia
Licença: A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.unb.br, www.ibict.br, www.ndltd.org sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra supracitada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
Aparece nas coleções:Teses, dissertações e produtos pós-doutorado

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