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Título : Perspectiva geotécnica do uso de resíduos industriais do Espírito Santo em aterros e pavimentos
Autor : Prandina, João Renato Remede
Orientador(es):: Farias, Márcio Muniz de
Assunto:: Resíduo de rocha ornamental
Sinergia industrial
Módulo de resiliência
Mediana
Fecha de publicación : 27-oct-2026
Citación : PRANDINA, João Renato Remede. Perspectiva geotécnica do uso de resíduos industriais do Espírito Santo em aterros e pavimentos. 2026. 303 f., il. Tese (Doutorado em Geotecnia) — Universidade de Brasília, Brasília, 2026.
Resumen : Materiais de alto desempenho (MAD) e materiais sustentáveis (MS) têm sido utilizados no Brasil em obras de infraestrutura, especialmente em aterros e pavimentos, de forma pontual, desde a década de 80. Diversas normas prevêm a sua utilização e, hoje, ocorre a transição do dimensionamento empírico para o Mecanístico-Empírico (M-E) de pavimentos no Brasil, liderada pela implementação e normatização do método MeDiNa. Notadamente, no estado do Espírito Santo, a coexistência de dois grandes polos industriais — rochas ornamentais naturais e siderurgia — apresenta uma oportunidade única de sinergia entre essas obras e a cadeia industrial. Esta tese de doutorado investiga a viabilidade geotécnica da utilização do Resíduo Industrial de Rochas Ornamentais (RIRO) e da Escória de Aciaria/Ferro-Gusa como componentes sinérgicos em camadas estruturais de pavimentos e de construção de aterros. Apesar da abundância desses resíduos, sua adoção é dificultada pela alta variabilidade física, pela falta de transparência metodológica padronizada e pela escassez de parâmetros de rigidez, como o Módulo de Resiliência (MR). Para sanar essas lacunas, foi conduzido um programa experimental multiescalar. Primeiramente, uma revisão sistemática baseada no protocolo PRISMA consolidou tendências geomecânicas, identificando um vácuo de conhecimento significativo sobre misturas ternárias (Solo-RRO-Escória). Em segundo lugar, uma avaliação de toxicidade ambiental validou a segurança do RRO, comparando extratos lixiviados com limites internacionais. As fases experimentais centrais avaliaram misturas com solos binárias e ternárias para camadas de subleito, sub-base e base, utilizando ensaios de Índice de Suporte Califórnia (CBR), Resistência à Compressão Simples (RCS) e Triaxial de Cargas Repetidas. Os resultados demonstram que as partículas finas e potencialmente reativas do RRO preenchem eficazmente os vazios na matriz solo-escória, otimizando o empacotamento de partículas e aumentando significativamente o MR e a resistência ao cisalhamento. Além disso, esta pesquisa estabelece os conceitos de Teor Ótimo de Resíduo (ORC), Teor Resíduos em Solo Zero, (TRS-0), Teor Máximo de Resíduo (MRC) e Equivalente-Zero (Zero-E), apresentados por Prandina & Farias (2025) como ferramentas práticas de dosagem para projetos de infraestrutura. Por fim, a aplicação de RRO em placas pré-fabricadas de concreto para pavimentação (PPFC) foi avaliada sob os princípios da mecânica dos solos não saturados. A tese conclui que a combinação controlada de RRO e escória transforma passivos ambientais em ativos geotécnicos de alto desempenho, fornecendo um caminho metodologicamente sólido para a infraestrutura de transportes sustentável no Brasil.
Abstract: Industrial residues, which exhibit high geotechnical performance and are publicly recognized by users and authorities in some specific applications, can be classified as sustainable materials (SM). However, these SM, known since the 1980s, are utilized only sporadically in embankments and pavements of infrastructure projects nationwide. Several technical standards have been issued to provide for their use. Brazil is undergoing a transition from empirical to Mechanistic-Empirical (M-E) pavement design, spearheaded by the implementation and standardization of the MeDiNa method. Notably, in the state of Espírito Santo (ES), the coexistence of two major industrial hubs—ornamental stones and steelmaking, the sources of the aforementioned SM—presents a unique opportunity for synergy between infrastructure works and these production chains. This doctoral thesis investigates the geotechnical feasibility of using Ornamental Stone Residue (OSR) and Kambara Reactor Slag (KRS) as synergistic components in structural pavement layers and embankment construction. Despite the abundance of these residues and their successful track record in empirical applications within ES, their formal and widespread adoption is hindered by high physical variability, a lack of methodological transparency, and the scarcity of adopting stiffness parameters, such as the Resilient Modulus (RM). To address these gaps, a multi-scale experimental program was conducted. First, a comprehensive and fundamental literature review consolidated geomechanical trends, demonstrating a significant knowledge vacuum regarding ternary mixtures (Soil-OSR-KRS). The core experimental phases evaluated binary (2-material) and ternary (3-material) soil-residue mixtures using compaction, California Bearing Ratio (CBR), Unconfined Compressive Strength (UCS), and Cyclic Load Triaxial Tests (CLTT). The research investigated regional tropical soils across two stages: binary mixtures assessing the RM; and a pioneering evaluation of ternary systems focusing on time-dependent curing effects and chemical kinetics. The results demonstrate that while OSR effectively improves static resistance via void-filling and particle packing, its impact on elastic response necessitates rigorous M-E evaluations, because this performance depends on the mixture proportions as a function of the upgraded soil’s geotechnical characteristics. Conversely, KRS fundamentally transforms poor-quality clays into high-stiffness matrices with increasing stiffness behavior with increasing deviatoric stresses. In ternary systems, OSR acts as a granulometric corrector that physically bridges the pozzolanic latency period of the slag, ensuring immediate mechanical stability while KRS develops permanent cementitious bonds. Furthermore, this research establishes innovations regarding the Optimum Residue Content (ORC) and Maximum Residue Content (MRC) models, defining a state of granular equilibrium that yields highly predictable and stress-independent behavior. The thesis concludes that the technological combination of OSR and KRS transforms environmental liabilities into high-performance geotechnical assets, providing a methodologically sound, MeDiNa-aligned path to advance from the empirical trial-and-error process toward a rational mechanistic engineering, in favor of a sustainable transportation infrastructure.
metadata.dc.description.unidade: Faculdade de Tecnologia (FT)
Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (FT ENC)
Descripción : Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2026.
metadata.dc.description.ppg: Programa de Pós-Graduação em Geotecnia
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Aparece en las colecciones: Teses, dissertações e produtos pós-doutorado

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