Avaliação do desempenho de cimentos Portland com incorporação de escória de ferroníquel moída como material cimentício suplementar para estabilização de solos

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dc.contributor.advisor-co1Pires, Patrício José Moreira
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0001-5445-1753
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0913529658589507
dc.contributor.advisor1Pilar, Ronaldo
dc.contributor.advisor1ID https://orcid.org/0000-0002-1906-2071
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6669573444640365
dc.contributor.authorDutra, Felipe Oliveira
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0009-0004-7605-7836
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3108409993957100
dc.contributor.referee1Rebelo, Karla Maria Wingler
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0001-6972-2528
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6432874252149858
dc.contributor.referee2Gomes, Guilherme José Cunha
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0001-9510-4600
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/1437609255681568
dc.date.accessioned2025-10-30T21:00:34Z
dc.date.available2025-10-30T21:00:34Z
dc.date.issued2025-09-19
dc.description.abstractWith the growing demand for sustainable pavement engineering solutions, ferronickel slag (FNS) has emerged as a promising substitute for conventional Portland cement clinker. Although FNS exhibits pozzolanic potential, its use in powder form for natural soil stabilization remains underexplored. In this study, laboratory-formulated cements (CFN cements) were produced by partially replacing clinker with milled and sieved FNS powder in varying proportions (e.g., CFN30 = 30% FNS replacement relative to clinker). These binders were evaluated through unconfined compressive strength (UCS), resilient modulus (RM), physicochemical dosage (PC), and Atterberg limit (AL) tests. Two soil types were investigated: red soil (RS; A-6 plastic clay) and purple soil (PS; A-4 silty soil), both stabilized with CFN formulations at a fixed dosage of 7% by dry soil mass. The results revealed a clear inverse linear relationship between clinker replacement level and mechanical performance, as reflected in UCS and RM values. Despite this trend, Tukey’s test (95% confidence) showed that CFN10 and CFN30 were statistically equivalent to Type I cement (ASTM C150), while CFN50 and CFN70 matched the performance of Type IS cement (ASTM C595), except for CFN70 in RS mixtures at 63 days. For RM, all binders performed similarly in RS mixtures, whereas in PS compositions, statistical differences emerged only at 63 days, with CFN30 and CFN50 equivalent to Type I cement and CFN70 to Type IS cement. RS mixtures consistently exhibited superior strength and stiffness compared to PS mixtures, highlighting the influence of soil mineralogy and granulometry. PC dosage confirmed the greater efficiency of RS, requiring only 8% cement for stabilization versus 10% for PS with the same CFN binder. AL results further indicated stronger pozzolanic reactivity in RS-based mixtures. These findings demonstrate the technical viability of FNS powder as a supplementary cementitious material (SCM) for soil stabilization and support its integration into sustainable pavement technologies. This approach aligns with global efforts to reduce clinker consumption, promote circular economy practices, and minimize environmental impacts.
dc.description.resumoDiante da crescente demanda por soluções sustentáveis na engenharia de pavimentos, a escória de ferroníquel (EFN) tem se destacado como um substituto promissor do clínquer convencional do cimento Portland. Embora a EFN apresente potencial pozolânico, seu uso na forma de pó para estabilização de solos naturais ainda é pouco explorado. Neste estudo, foram produzidos cimentos em laboratório (cimentos CFN) formulados com substituição parcial do clínquer por EFN, moída e peneirada, em diferentes proporções (por exemplo, CFN30 = 30% de substituição de EFN em relação ao clínquer). Esses aglomerantes foram avaliados por meio de ensaios de resistência à compressão simples (RCS), módulo de resiliência (MR), dosagem físico-química (DFQ) e limites de Atterberg (LA). Foram investigados dois tipos de solo: solo vermelho (SV; argiloso plástico, classe A-6) e solo roxo (SR; siltoso, classe A-4), ambos estabilizados com as formulações CFN em uma dosagem fixa de 7% em massa seca de solo. Os resultados revelaram uma relação linear inversamente proporcional entre o nível de substituição de clínquer e o desempenho mecânico, refletida nos valores de RCS e MR. Apesar dessa tendência, o teste de Tukey (95% de confiança) indicou que CFN10 e CFN30 foram estatisticamente equivalentes ao cimento CPI(REF01) enquanto CFN50 e CFN70 apresentaram desempenho similar ao cimento CPIII-40 RS(REF02), com exceção do CFN70 em misturas com SV aos 63 dias de cura. Para o MR, todos os aglomerantes mostraram comportamento semelhante nas misturas com SV, enquanto nas composições com SR surgiram diferenças estatísticas apenas aos 63 dias, sendo CFN30 e CFN50 equivalentes ao cimento REF01 e CFN70 ao REF02. As misturas com SV exibiram consistentemente maiores valores de resistência e rigidez em comparação às misturas com SR, evidenciando a influência da mineralogia e granulometria do solo. A DFQ confirmou a maior eficiência do SV, exigindo apenas 8% de cimento para estabilização, em contraste com 10% para o SR, utilizando o mesmo aglomerante CFN. Os resultados de LA também indicaram uma reatividade pozolânica mais intensa nas misturas com SV. Assim, os resultados obtidos, demonstram a viabilidade técnica do uso do pó de EFN como material cimentício suplementar (MCS) para estabilização de solos, apoiando sua integração em tecnologias de pavimentação sustentável. Essa abordagem está alinhada aos esforços globais de redução do consumo de clínquer, promoção da economia circular e mitigação de impactos ambientais.
dc.description.sponsorshipFundação Espírito-santense de Tecnologia (FEST)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/20554
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Civil
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil
dc.rightsopen access
dc.subjectMisturas solo-cimento
dc.subjectAglomerantes pozolânicos
dc.subjectMateriais cimentícios suplementares
dc.subject.cnpqEngenharia Civil
dc.titleAvaliação do desempenho de cimentos Portland com incorporação de escória de ferroníquel moída como material cimentício suplementar para estabilização de solos
dc.title.alternativePerformance assessment of Portland cements with ground ferronickel slag as a supplementary cementitious material for soil stabilization
dc.typemasterThesis
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