Esta pesquisa apresenta uma ampliação da investigação da capacidade de um modelo constitutivo hipoplástico de representar o comportamento tensão-deformação dos solos. Os modelos hipoplásticos apresentam características que os toram mais adequados, em muitas situações, a fornecer respostas mais realistas que os modelos baseados na elastoplasticidade clássica, que são os mais utilizados na prática da engenharia atual. O trabalho então consistiu da simulação, através de um equacionamento hipoplástico, de ensaios triaxiais drenados realizados em solos e trajetórias de tensão aos quais o modelo em estudo ainda não havia sido aplicado, tais como em corpos de prova adensados anisotropicamente e em trajetórias com decréscimos da tensão desviadora, bem como da comparação entre a resposta do modelo e os respectivos resultados desses ensaios. Em termos qualitativos, os resultados obtidos nesse confronto são bons em todas as situações estudadas. Quantitativamente, são bons na maioria das situações e razoavelmente bons em outras. / This research presents an extension of the investigation of the capacity of a hypoplastic constitutive model to represent the stress-strain behavior of soils. Hipoplastic models have characteristics that make them more suitable, in many situations, to provide more realistic answers than models based on classical elastoplasticity, which are most often used in engineering practice today. The work then consisted in the simulation, through a hypoplastic equation, of drained triaxial tests performed on soils and stress paths to which the model had not been applied yet, such as anisotropically consolidated specimens and paths with decreasing deviatoric stress as well as in the comparison between the response of the model and the results of those tests. The results obtained in this comparison are qualitatively good in all the situations studied. Quantitatively, they are good in most situations and reasonably in the others.

[pt] O uso de métodos geofísicos nas engenharias civil, de minas e ambiental cresceu significativamente nas últimas décadas, e continua se expandindo na medida em que há uma queda em seus custos, decorrente do maior domínio da metodologia por parte de especialistas, bem como um maior conhecimento das técnicas existentes por parte dos engenheiros, que geralmente são os responsáveis por especificar as técnicas de investigação em um empreendimento. Este trabalho apresenta alguns dos métodos de investigação rasa mais utilizados, analisando-os do ponto de vista de sua aplicação em obras lineares. São analisados ainda alguns casos de estudos realizados, apresentando-se por fim uma sugestão de fluxograma de trabalho a partir das lições aprendidas nestes casos. / [en] The use of geophysical methods in Civil, Environmental and Mining Engineering has significantly grown over the past years, and continues to grow due to lower costs, which is a consequence of the greater knowledge by specialists, as well as more access to information on its benefits by engineers, usually the ones to define the survey methods. This piece presents some of the most used methods of shallow investigation, analyzing them based on their applicability on linear structures. Some real cases are presented and studied, and a suggestion of workflow is made based on the lessons learnt on those cases.

Esta pesquisa apresenta uma ampliação da investigação da capacidade de um modelo constitutivo hipoplástico de representar o comportamento tensão-deformação dos solos. Os modelos hipoplásticos apresentam características que os toram mais adequados, em muitas situações, a fornecer respostas mais realistas que os modelos baseados na elastoplasticidade clássica, que são os mais utilizados na prática da engenharia atual. O trabalho então consistiu da simulação, através de um equacionamento hipoplástico, de ensaios triaxiais drenados realizados em solos e trajetórias de tensão aos quais o modelo em estudo ainda não havia sido aplicado, tais como em corpos de prova adensados anisotropicamente e em trajetórias com decréscimos da tensão desviadora, bem como da comparação entre a resposta do modelo e os respectivos resultados desses ensaios. Em termos qualitativos, os resultados obtidos nesse confronto são bons em todas as situações estudadas. Quantitativamente, são bons na maioria das situações e razoavelmente bons em outras. / This research presents an extension of the investigation of the capacity of a hypoplastic constitutive model to represent the stress-strain behavior of soils. Hipoplastic models have characteristics that make them more suitable, in many situations, to provide more realistic answers than models based on classical elastoplasticity, which are most often used in engineering practice today. The work then consisted in the simulation, through a hypoplastic equation, of drained triaxial tests performed on soils and stress paths to which the model had not been applied yet, such as anisotropically consolidated specimens and paths with decreasing deviatoric stress as well as in the comparison between the response of the model and the results of those tests. The results obtained in this comparison are qualitatively good in all the situations studied. Quantitatively, they are good in most situations and reasonably in the others.

[pt] A cidade do Rio de Janeiro, assim como outras localidades de relevo montanhoso e clima tropical, sofre, seguidamente, com os problemas causados por movimentos de massa em suas encostas. No verão, a cada temporada de chuvas, novos deslizamentos são contabilizados, acarretando diversos problemas de ordem social e ambiental. O Maciço da Tijuca não foge a esta realidade: localizado em área central do município, suas encostas vem sofrendo com antropizações desde a fundação da cidade. Em uma metrópole que não para de crescer, as encostas deste maciço estão sempre sob pressões da especulação imobiliária. O objetivo principal do estudo foi a realização de um mapeamento da susceptibilidade a movimentos de massa na região do maciço com a utilização de assinaturas ambientais. Para isso foram necessários o levantamento bibliográfico e a obtenção de dados, com sua espacialização, contribuindo, assim, para dos objetivos secundários como a caracterização de determinados componentes socioambientais da área de estudo, além da comparação deste mapeamento com o realizado pela prefeitura do Rio de Janeiro e de sua legislação vigente. A Metodologia se baseou no uso do conceito de assinaturas ambientais, através das cicatrizes dos deslizamentos mapeadas após as fortes precipitações de abril de 2010 cidade do Rio de Janeiro através de técnicas de Sensoriamento Remoto e Sistema de Informações Geográficas, além da busca na literatura acerca dos condicionantes utilizados no estudo. Como resultado, foi desenvolvido um mapeamento da susceptibilidade a movimentos de massa considerado satisfatório. Este se mostrou mais detalhado do que o publicado pela a GEORIO: uma menor quantidade de áreas mapeadas como alto risco e com uma precisão maior. Há, porém, a necessidade de estudos posteriores para melhor entender a aplicabilidade da metodologia. / [en] This work has as main objective to further knowledge about some environmental relations in the field of urban slopes and submit proposals for modeling susceptibility to landslides so common in the city of Rio de Janeiro. Following a thought, this dissertation will have as secondary objectives, the production of various intermediate products, layers of environmental data will be used to assist the preparation of the final product and comparative analysis of other models and local laws. Urban areas are environments where human occupation and concentration become intense and, most often, cluttered, become sensitive to gradual local anthropogenic changes, as they are intensified in frequency and intensity. Urban slopes today are great example for environmental degradation, endangering the safety and quality of life of its population, constituting a stage of ecological conflicts. The fast and unplanned growth that has occurred in many cities in developing countries is largely responsible for environmental changes, mischaracterize often original environment. As these changes are made, a number of geomorphic responses, typical of large cities such as landslides and floods, which occur frequently, and often, being not high rainfall totals required for these processes occur (Guerra, 2006). Mankind has been undergoing a process of urbanization, the Brazilian urban population in 2010 comprised approximately 84 percent of total population.

In this work we study the behavior of excavated small-diameter props to the executed compression in sedimentary soil at the Experimental testing site of Geotechnical Engineering at UFSM(CEEG/UFSM). In geotechnical engineering the projects of superficial and deep foundations are limited by the load capacity and by the permissible stress. In the region of Saint Maria geotechnical workmanships and the projects of foundations present an eminently empirical character. Therefore, the research developed at the CEEG/UFSM comes to supply this deficiency of the regional knowledge, by means of studies and research destined to the forecast of the behavior of various foundations of current use in the region. The CEEG has already implemented this with the preliminary inquiries of the subsoil investigation, characterization and geotechnical assays already carried out by Emmer (2004). The current phase consists of the project and execution of foundations that will undergo behavior verification. For such six props of 0,20m of diameter with changeable depths going from 3.0 to 5.3 meters had been executed and submitted to static load tests with slow loads where different criteria of arched interpretation had been applied to the load-displacement curve to define rupture. The estimates of bearing capacity are obtained by means of correlation methods with standard penetration tests (SPT) and by theoretical methods, being these forecasts later compared with the loads of rupture gotten in the assays and interpreted according to the Brazilian Norm. The comparison between the results of the load tests and the values of load capacity calculated by the studied methods, show that, for the props situated in the sandy-clay layer, these methods underestimate the values of the total load capacity and overestimate the values of the total load capacity for the piles supported over sandy layer. / Neste trabalho estuda-se o comportamento de estacas escavadas de pequeno diâmetro à compressão executadas em solo sedimentar no Campo Experimental em Engenharia Geotécnica da UFSM (CEEG/UFSM). Na engenharia geotécnica os projetos de fundações superficiais e profundas são condicionados pela capacidade de carga e pelos recalques admissíveis. Na região de Santa Maria as obras geotécnicas e os projetos de fundações apresentam um caráter eminentemente empírico. Portanto, a pesquisa desenvolvida no CEEG/UFSM vem suprir esta deficiência do conhecimento regional, por meio de estudos e pesquisas destinadas à previsão do comportamento de fundações de uso corrente na região. O CEEG já está implementado com as investigações preliminares do subsolo, ensaios de caracterização e geotécnicos já realizados por Emmer (2004). A atual fase compreende o projeto e execução de fundações para verificação do comportamento. Para tal foram executadas seis estacas de 0,20m de diâmetro com profundidades variáveis de 3,0 a 5,3m e realizadas provas de carga estática com carregamento lento onde foram aplicados diferentes critérios de interpretação curva carga-recalque para definição da ruptura. As previsões de capacidade de carga são obtidas por meio de métodos de correlação com sondagens à penetração (SPT) e por métodos teóricos, sendo essas previsões posteriormente comparadas às cargas de ruptura obtidas nos ensaios e interpretadas segundo a Norma Brasileira. A comparação entre os resultados de provas de carga e os valores de capacidade de carga calculados pelos métodos estudados, mostram que, para as estacas situadas na camada argilo-arenosa, esses métodos subestimam os valores da capacidade de carga total e superestimam os valores da capacidade de carga total para as estacas apoiadas na camada arenosa.

[pt] A análise das condições de fluxo na barragem de Curuá-Una (Pará) tem como objetivo avaliar a viabilidade geotécnica quanto à elevação do nível de operação do reservatório. A Usina de Curuá-Una (operada pela REDE Celpa) é responsável pelo abastecimento elétrico de Santarém. No entanto, nos horários de grande consumo, a produção de energia tem se mostrado insuficiente. O alteamento do reservatório de Curuá-Una é uma alternativa para o aumento de geração energética. Curuá-Una destaca-se por ser fundada em terreno arenoso, solução poucas vezes utilizada no mundo. A barragem de terra é do tipo zonada, com altura máxima de 26m e comprimento de 600m. Os parâmetros geotécnicos necessários para as análises do presente trabalho foram obtidos em ensaios de laboratório, em informações referentes à construção e em dados de instrumentação durante a operação da barragem. As análises numéricas foram realizadas com o programa FLOW3D. A retroanálise do regime de fluxo, feita com base na piezometria, possibilitou a estimativa das permeabilidades dos diversos materiais. A partir destes dados foi possível simular as poropressões associadas a diferentes níveis do reservatório. Foram definidos três níveis de alerta (normal, atenção e emergência) referentes à segurança da barragem. As análises indicam que a barragem opera atualmente dentro do nível normal e que um alteamento de 1,5m do reservatório não afeta a condição de segurança. O aumento das subpressões na base da barragem foi também avaliado, com os resultados mostrando um incremento máximo de 5 por cento. / [en] The analysis of flow conditions in Curuá-Una Dam, State of Pará, has the objective of evaluating the geotechnical feasibility of raising the operation level of the reservoir. Curuá-Una Power Plant, operated by REDE Celpa, is responsible for the electric supply of Santarém city. However, in periods of peak consumption, the energy production has been insufficient. Raising of Curuá-Una reservoir is an attractive alternative for increasing energy production. Curuá-Una Dam is distinguished for being constructed on sandy alluvial soil, which is a solution rarely used in the world. The earth dam is zoned, with maximum height of 26m and crest length of 600m. The geotechnical parameters were obtained from laboratory tests, field instrumentation data and construction reports. The numerical analyses were carried out with FLOW3D program. A back-analysis of flow behavior was performed for evaluating permeability parameters, taking into account results from piezometers installed in the dam and in the foundation materials. These parameters were used to predict pore pressures associated to different reservoir levels. Three levels of alert conditions (normal, attention and emergency) referring to the safety of the dam have been defined. The analyses indicated that the dam is operating within normal levels and a 1.5m rising of the reservoir shall not affect dams safety. The uplift pressures, due to different reservoir levels, have also been evaluated, with results showing a maximum increment of 5 percent.

[pt] A presente pesquisa trata da avaliação da resistência ao arrancamento de grampos em solo residual de gnaisse. Foram realizados ensaios de arrancamento em uma obra de solo grampeado executada em um maciço de solo residual de gnaisse. A resistência ao arrancamento foi avaliada em 4 cotas diferentes ao longo do perfil de escavação. Foram realizados 8 ensaios de arrancamento em grampos de 4m de comprimento. Quatro ensaios foram executados em grampos instrumentados com strain-gages, para avaliar a distribuição das cargas de tração durante os estágios de carregamento. Foram também realizados ensaios de cisalhamento direto no solo e na interface solo/cimento para avaliação das propriedades mecânicas destes materiais. Amostras indeformadas foram coletadas imediatamente à frente dos furos de instalação dos grampos ensaiados garantindo uma maior representatividade dos materiais. Uma relação semi-empírica é proposta para se avaliar a resistência do solo e da interface solo/nata de cimento, obtidos em ensaios de cisalhamento direto no laboratório. Os resultados obtidos nesta pesquisa são comparados com ensaios realizados por outros autores, em encostas de solos residuais de gnaisse e empregados para validação da relação desenvolvida. / [en] The present research presents an evaluation of the pullout resistance of nails in residual gneissic soil. Pullout tests were carried out in 4 different levels of the nailed wall with nails 4m long. Four tests were carried out in strain-gauged nails for evaluating the tension distribuition along the nail. A series of direct shear tests in soil specimens and in the soil/grout interface were also performed for obtaining the mechanical properties of these materials. Undisturbed samples had been collected very close to the pull-out test locations. A semi-empirical relation is proposed for evaluating the pullout resistance of nails, based on the shear strenghth parameters of the soil and of the soil/grout interface from laboratory direct shear tests.

La sécheresse géotechnique est à l'origine de nombreux désordres urbains dans la régio n d'Ile-de-France. La présence d'argiles continentales Eocène-Oligocène aux propriétés gonflantes parmi les dépôts actuels les plus récents de la série géologique du Bassin Parisien entraîne, sous l'influence des contrastes climatiques liés à des évènements climatiques « extrêmes » (alternances sécheresse et période humide) des variations importantes du volume des sols. Les variations sont susceptibles d'induire des déplacements de la surface du sol qui affecte le bâti. Deux méthodes d'interférométrie radar y sont appliquées afin de suivre ces déplacements relatifs au cours du temps : si la méthode différentielle (DINSAR), qui permet de mesurer les déplacements de la surface du sol à partir de deux images radar acquises à des dates différentes se révèle peu performante sur l'Est du Bassin de Paris devant la faible cohérence de l'habitat pavillonnaire individuel, la seconde méthode, la technique de suivi des réflecteurs permanents, appelé Persistant Scatterer Interferometry ( PSI) permet de décrire précisément dans le temps les déplacements absolus de points à forte rétrodiffusion radar par la localisation, la caractérisation et la quantification des déplacements de la surface du sol à partir d'un grand nombre d'images radar à ouverture de synthèse (RSO). Des déformations liées au RGA observées sur les profils de pavillons sinistrés ont été mise en évidence et corrélé avec les périodes de sécheresse. Cette méthode présente un fort potentiel pour l'étude du risque naturel sécheresse géotechnique tout particulièrement sur l'Est du Bassin de Paris affecté lors des dernières périodes de sécheresses dans un contexte de changement climatique mondiale / Swelling soils may induce, under various climatic conditions such as drought or humid periods, surface displacements that affect small houses and buildings. The aim of this PhD work is to monitor through new interferometric methods those small displacements. Radar differential interferometry (DINSAR) method which enables one to map surface displacements from two radar images acquired on a specific area gives poor results in the east of the Paris Basin highly affected by the dryness hazards. It contrasts with Persistent Scatterer Interferometry (PSI) revealing precisely the seasonal behaviour of the displacements above swelling soils from a huge amount of radar images. Dryness events are correlated with swellings soils effects on damaged buildings thanks to the PSI profiles interpretation. This new application presents high potential to better understand the geologic processes and the natural hazard induced by swelling soils

[pt] A presente dissertação tem como objetivo realizar um levantamento sobre o relevo de fundo, o tipo de material e a qualidade dos sedimentos quanto a contaminação, da Lagoa de Jacarepaguá, Rio de Janeiro, para auxiliar os programas ambientais de revitalização do Complexo Lagunar da Baixada de Jacarepaguá, que estão sendo desenvolvidos na área, focando as Olimpíadas de 2016. Na primeira etapa realizou-se a batimetria da Lagoa. Foram adquiridas profundidades georreferenciadas em campo e gerados modelos batimétricos em 2 e 3 dimensões, nos quais foram identificadas cavidades e um platô de baixa profundidade no interior da Lagoa. Na segunda etapa foram coletadas amostras de sedimentos da Lagoa, em variadas profundidades, para os ensaios da caracterização geotécnica. Com estes resultados identificou-se a presença predominante de 2 tipos de sedimentos, arenosos localizados no platô raso e siltosos nas cavidades, e alto teor de matéria orgânica e baixa densidade nas amostras siltosas. Complementarmente, foram ensaiadas duas amostras arenosas para determinação dos parâmetros de permeabilidade e de resistência ao cisalhamento, visando gerar dados adicionais para possível aproveitamento deste material como aterro, caso dragado. Na terceira, e última etapa, foi realizada uma nova coleta de sedimentos, para análise química dos metais Bário, Cádmio, Chumbo, Cobre, Cromo, Ferro, Manganês, Mercúrio, Níquel e Zinco e Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPA’s), cujos resultados indicaram uma acumulação de alguns metais na área de influência de deságüe do Arroio Pavuna. Concatenando os resultados obtidos nas 3 etapas, considerase necessário e emergencial o cessamento das descargas de efluentes, nos rios afluentes à Lagoa, e a dragagem do sedimento arenoso localizado no platô, resultando em um canal central mais profundo, um aumento da coluna d’água que implicará no melhoramento do fluxo de troca de água entre a Lagoa e o mar, acelerando a recuperação do ecossistema lagunar de uma forma geral. / [en] The present dissertation aims at conducting a survey on the bottom morphology, the material type and quality of sediment contamination, in the Jacarepaguá Lagoon, Rio de Janeiro, to assist the environmental programs working on the revitalization the Lagoon area, focusing on the 2016 Olympics. In the first stage the bathymetry of the Lagoon was executed. Georeferenced depth measurements were acquired in the field and bathymetric models in 2 and 3 dimensions were generated, where cavities and a shallow plateau inside the Lagoon were identified. In the second stage, sediment samples of the Lagoon were collected - from varied depths - for the geotechnical characterization tests. Based on the results, the presence of two predominant types of sediments was identified, sandy sediments located on the shallow plateau and silty sediments on the cavities, as well as high content of organic matter and low density in silty samples. In addition, two sandy samples were tested to determine the permeability and shear strength parameters in order to gather additional data for possible use of this material in civil construction (if dredged). In the third and final stage new sediment samples were collected for chemical analysis of the metals Barium, Cadmium, Lead, Copper, Chromium, Iron, Manganese, Mercury, Nickel and Zinc as well as Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH s). The results indicated an accumulation of some metals in the drainage area of the Pavuna Creek. Concatenating the results obtained in these three stages, it is considered necessary and urgent to stop the effluent discharges into the Lagoon s tributary rivers as well as to dredge the sandy sediment located in the plateau, that would result in a deeper central channel, an increase of water column leading to an improved flow of water exchange between the Lagoon and the sea, accelerating the recovery of the Lagoon s ecosystem in general.

[pt] Apresenta-se neste trabalho uma ferramenta numérica programada que permite a simulação bidimensional de corridas de detritos usando o Método de Elementos Discretos (DEM) desenvolvido por Cundall em 1979, cuja metodologia resolve as equações do movimento simultaneamente de cada elemento mediante a técnica numérica de Relaxação Dinâmica (MRD) por se tratar de um problema transiente. Esta metologia parte da existência do programa SAND desenvolvido na PUC (2002) para uma simulação da produção de areia em poços de petróleo sob fluxo bifásico. Dois aspectos novos incorporados neste tipo de análise são a representação gráfica de anteparos mediante segmentação de curvas spline cúbicas e o uso da metodologia de Munjiza na detecção de contatos com os propósitos de implementar o uso de paramentos irregulares próximos à curva real do terreno e diminuir o tempo de execusão do programa, respectivamente. Com diversos exemplos de paramentos e variando os parâmetros de entrada do modelo numérico é avaliada a idoneidade da ferramenta criada para simular os principais mecanismos físicos característicos do movimento deste tipo de fenômeno. Além disso, são descritas em detalhe as principais feições e terminologias usadas na classificação e identificação das corridas de detritos e fenômenos similares, pois estas são usualmente confundidas nas literaturas existentes e entre os profissionais das áreas da Geologia, Geografia e Geotecnia. / [en] A programed numerical tool that allows two-dimensional simulation of debris flows is presented in this dissertation. Cundall´s Distinct Element Method (DEM) is used to this purpose, which was developed in 1979. Following this methodology, motion equations are simultaneilly solved by the numerical method of Dynamic Relaxation (MRD) for each distinct particle. This method is used in order to the transient behavior of this particular problem. The numerical modeling is based on the SAND program, developed at PUC (2002) for a numerical application on sand production for petroleum extraction process considering biphasic flow motion. Two new features incorporated in this kind of analyses are the graphical representation of walls with cubic spline curves segmentation and the implementation of the Munjiza´s method for contact detection. They attemp to implement irregular curves that are closely to represent real sliding surface and to decrease the total program executation time respectively. The idoneousness of the programed numerical tool for the representation of the most caracteristic phisical mechanisms of these kind of flows is tested using several curves configurations as variation on the inicial parametrics values of the numerical model. Moreover, main features and associated terminologies for identification and classification of debris flows and similar events are largely described here because of the usual confusion in the use of them within scientific literatures and professional communications between technician of Geology, Geography and Geotechnical Engineering. / [es] En este trabajo se disponibiliza una herramienta numérica para la simulación bidimensional de flujos de detritos usando el Método de Elementos Discretos (DEM) creado por Cundall en 1979, donde las ecuaciones del movimiento para cada elemento son resueltas simultáneamente con la técnica numérica de Relajación Dinámica (MRD) debido al comportamiento transiente del fenómeno. La herramienta se basa en el programa SAND desarrollado en la PUC (2002) para la simulación de producción de arena en la extracción de petróleo en pozos considerando condiciones de flujo bifásico. Dos nuevos aspectos se introducen en este tipo de análises: la representación gráfica de paredes mediante la segmentación de curvas splina cúbicas y el uso de la metodologia de Munjiza en la detección de contactos. Ambos son implementados con la intención de hacer uso de paredes irregulares próximas a la forma real de la curva del terreno y de disminuir el tiempo de ejecución del programa respectivamente. Mediante varios ejemplos con diferentes superficies y con variación en los valores de los parámetros de entrada del modelo numérico fue posible evaluar la idoneidad de la herramienta aquí creada para simular los principales mecanismos físicos característicos del movimiento de este tipo de fenómenos. Además, se describen detalladamente las principales características e terminologías utilizadas en la identificación y clasificación de los flujos de detritos y fenómenos similares, pues estos son motivos de confusión en la literatura existente y entre los profesionales de las ramas de Geología, Geografía y Geotecnia.