[pt] Esta dissertação apresenta análises dos ensaios de caracterização e de adensamento edométrico realizados em amostras indeformadas extraídas em diferentes profundidades de um depósito de argila mole localizado em Santa Cruz, região oeste da cidade do Rio de Janeiro, nos anos de 2005 e 2008. As amostras foram extraídas de uma região onde o depósito foi submetido ao carregamento de um aterro com cerca de 2,5 m de espessura, construído na década de 1970 para a implantação de uma subestação de energia. Para a interpretação dos resultados dos ensaios edométricos realizados em amostras extraídas cerca de 30 anos após o lançamento do aterro, foi necessária a interpretação detalhada dos dados dos ensaios de laboratório em conjunto com dados de investigações geotécnicas de campo, com a finalidade de estimar o perfil de tensões verticais efetivas in situ no momento da extração das amostras. São apresentados e discutidos dados de compressibilidade e adensamento obtidos dos ensaios edométricos, além de aspectos relativos à qualidade das amostras e à reconstituição das curvas de compressibilidade edométrica das amostras de baixa qualidade. De forma complementar, é realizado um exercício de estimativa do adensamento do depósito sob a carga do aterro na área de extração das amostras, levando em conta o efeito de submersão do aterro e a ocorrência simultânea dos chamados adensamentos primário e secundário. / [en] This dissertation presents analyses of the characterization and one-dimensional consolidation tests carried out on undisturbed samples taken at different depths from a soft clay deposit located in Santa Cruz, western region of Rio de Janeiro city, in 2005 and 2008. The samples were taken from a region subjected to the loading of a 2.5 m thick embankment, built in the 1970s for the implementation of a power substation. To interpret the results of the one-dimensional consolidation tests performed on samples taken about 30 years after the landfill construction, a detailed analysis of the laboratory test data along with field geotechnical investigation data was necessary to allow estimating the in situ vertical effective stress profile when the samples were taken. Compressibility and consolidation data obtained from the one-dimensional consolidation tests are presented and discussed, as well as aspects related to the samples quality and to the reconstruction of the one-dimensional compression curves obtained from the low quality samples. In addition, an estimate of the deposit consolidation under the landfill load at the area where the samples were taken is carried out taking into account the landfill submergence effect as well as the simultaneous occurrence of the so-called primary and secondary consolidations.

[pt] Um amplo trabalho de pesquisa, envolvendo extensivas investigações de campo e laboratório de um depósito de argila mole localizado na Zona Industrial de Santa Cruz, Rio de Janeiro, RJ, vem sendo desenvolvido pela PUC-Rio desde meados de 2005. Evidências de recalques em estruturas construídas nessa região têm sido reportadas desde o final da década de 70. O presente trabalho apresenta resultados de estudos de laboratório realizados visando à caracterização do depósito argiloso e a determinação de seus parâmetros de compressibilidade e adensamento. Para tanto, desenvolveu- se um programa experimental compreendendo a caracterização físico-químico- mineralógica de amostras do perfil e a execução de ensaios de adensamento edométrico e triaxial hidrostático e anisotrópico. Os experimentos em células edométricas envolveram ensaios convencionais, com medida de permeabilidade e com determinação de compressão secundária. Aspectos de qualidade das amostras ensaiadas são discutidos. Os resultados obtidos propiciaram uma estimativa do K0 do material normalmente adensado, um entendimento do estágio de adensamento hoje existente e uma estimativa preliminar de recalques que podem ainda vir a ocorrer sob as presentes condições de carregamento. / [en] A large research work comprising extensive field and laboratory investigations on a soft clay deposit located in the Industrial Zone of Santa Cruz, Rio de Janeiro, RJ, is being developed at PUC-Rio since 2005. Occurrences of settlement of structures built in this region have been reported since the end of the decade of 1970. This work presents results of laboratory studies aiming at the characterization of the soft clay deposit and the determination of compressibility and consolidation parameters of the clay. The experimental program developed comprised physical-chemical- mineralogical characterization of samples from the soil profile and the execution of oedometric consolidation tests and hydrostatic and anisotropic triaxial tests. The experiments in oedometric cells comprised conventional tests and tests with measurement of permeability and determination of secondary compression. Aspects of quality of the samples are highlighted. The obtained results propitiated an estimation of the K0 of the normally consolidated material, an understanding of the present stage of consolidation of the deposit and a preliminary assessment of settlements that may still occur in the site under the present loading conditions.

[pt] No presente trabalho é realizado um estudo experimental das características de compressibilidade e adensamento de argilas moles. Foram realizados ensaios convencionais de adensamento (SIC) e ensaios de adensamento com velocidade constante de deformação (CRS) - em diferentes velocidades - ensaios de adensamento com uma face drenante e ensaios traxiais. As amostras foram remoldadas em laboratório, a partir de uma mistura de bentonita e caulim, na proporção de 98 : 2 em peso, e adensadas istoropicamente, a fim de se garantir uma melhor qualidade quanto à homogeneidade e isotropia do material. Os resultados são obtidos e analisados através das curvas típicas para os ensaios de adensamento. São obtidos os valores dos parâmetros de compressibilidade e de adensamento do material. Por fim é proposto um novo método para obtenção coeficiente de adensamento vertical (Cv) e feita uma análise comparativa com métodos existentes na literatura. / [en] In the present work it is carried out an experimental study of the compressibility characteristics and consolidation of a soft clay. Standard Incremental Consolidation (SIC) and Constant Rate of strain (CRS) - in different speeds - triaxiais tests and consolidation with one drenate tests had been carried trough. The samples had been remoulds in laboratory, from a mixture of bentonita and kaolin, in the ratio 98 : 2 In weight, and confined under isotropic conditions, in order to guarantee one better quality how much to the homogeneity and isotropy of the material. The results are gotten and analyzed through the typical curves for consolidation tests. The values of the parameters of compressibility and consolidation of the material are gotten. Finally a new method for attainment of the vertical consolidation coefficient (Cv) and made a comparative analysis with existing methods in literature is considered.

[pt] O método empírico de Terzaghi (1943) para cálculo do recalque de adensamento primário com carregamento dependente do tempo é comparado com dois métodos propostos nesta pesquisa: o primeiro, baseado na alteração da fração de tempo em que cada incremento de carregamento é aplicado de forma instantânea, e o segundo mantendo a proposta inicial de Terzaghi (1943), porém realizando reduções percentuais do grau médio de adensamento para o período de construção e obtendo novas frações de tempo para o período pós-construção. Os resultados mostram que com a adoção das frações de tempo, apresentadas em tabelas, a diferença entre os valores do grau médio de adensamento determinados pelas curvas teórica e empírica varia entre 1,50 por cento a 3,50 por cento, dependendo das condições iniciais de excesso de poropressão. O segundo método, mais exato, apresenta diferenças menores, com ambas as curvas praticamente sobrepostas. Adicionalmente, outras duas soluções alternativas são investigadas considerando o carregamento em degraus e discretizado. Uma solução matemática rigorosa também é apresentada para representar o problema de adensamento com drenos verticais, considerando a hipótese de deformações livres. Uma comparação com a solução proposta por Olson (1977), fundamentada no conceito de deformações iguais, mostra que a hipótese de deformações iguais subestima o grau médio de dissipação dos excesoss de poropressão entre 1,15 por cento a 4,84 por cento, e que essa diferença tende a diminuir para tempos de construção elevados. Finalmente, soluções para fluxo vertical e radial combinados também são obtidas, considerando a hipótese de deformações livres e a formulação proposta por Carrillo (1942). / [en] Terzaghi s (1943) empirical method for calculating primary consolidation settlement due to ramp loading is compared with two methods proposed in this research: the first one, based on changing the fraction of time in which each loading increment is applied instantly, and the second keeping Terzaghi s initial proposal (1943), but making reductions in the average degree of consolidation for the construction period and determining new fractions of time for the post-construction period. The results show that with the hypothesis of time fractions, the difference between the values of the average degree of consolidation determined by the theoretical and empirical curves varies between 1.50 percent to 3.50 percent, depending on the initial conditions of excess poropressure. The second method is even more accurate with both curves practically overlapping. Additionally, two other alternative solutions are investigated considering step and discretized loadings. A rigorous mathematical solution is also presented to represent the consolidation problem with vertical drains, considering the hypothesis of free deformations. A comparison with the solution proposed by Olson (1977), based on the concept of equal deformations, shows that the hypothesis of equal deformations underestimates the average degree of consolidation between 1.15 percent to 4.84 percent, and this difference tends to decrease for long construction periods. Finally, solutions for the vertical and radial flow combined is also obtained, considering the hypothesis of free deformations and the formulation proposed by Carrillo (1942).

[pt] Este trabalho apresenta a metodologia usada no acompanhamento do adensamento e do ressecamento de resíduos de mineração e processamento de bauxita, as lamas vermelhas. A proposta foi investigar métodos para obtenção de informações sobre efeitos do ressecamento solar no comportamento da lama, buscando identificar a transição da fase saturada para a não saturada destes materiais. A pretensão foi facilitar a incorporação destes efeitos a métodos de análise do ciclo de vida útil de reservatórios de disposição de rejeitos de mineração e processamento depositados sob forma de lama, e que em geral só consideram os recalques por peso próprio e/ou lançamento de novas camadas. Será possível, então, chegar a uma previsão mais realista de sua capacidade de armazenamento e de suas características finais, dados importantes para executar projetos mais racionais de reabilitação do depósito. Foram estudados cinco tipos de resíduos diferentes. Um, é constituído pelos rejeitos de lavagem de bauxita de uma mina localizada no estado do Pará, sendo composto somente de grãos sólidos e água. O segundo tipo é o resultado do processamento deste primeiro material, uma lama com fluido altamente básico (pH 14). Os outros dois são rejeitos de processamento de bauxitas de duas regiões diferentes do estado de Minas Gerais: um da região de Poços de Caldas, e o outro, da região de Ouro Preto, ambos com pH em torno de 14. Este último material, da região de Ouro Preto, é que foi utilizado em estudos anteriores da PUCRio. O último resíduo analisado é produto de uma neutralização feita nesta mesma lama de Ouro Preto antes de sua disposição final. Foram com estes dois últimos rejeitos que se realizou a maior quantidade de testes e análises, e eles, então, se constituíram os objetos principais da pesquisa. Foram executados ensaios de adensamento com deformação controlada, determinação de curvas características de sucção e secagem através de diferentes técnicas (papel filtro, tensiômetros etc); caracterizações especiais e ensaios de ressecamento em caixas de dimensões variadas, procurando simular o efeito da radiação solar nestes rejeitos, e ensaios de campo (medição de poropressões e coleta de amostras). Metodologias de execução e interpretação destes testes para estes materiais não usuais são propostos. O seu comportamento na transição da fase saturada para a não saturada foi acompanhado, tanto com relação à variação de volume quanto de resistência. Modelos empíricos são sugeridos, e podem ser usados para uma primeira previsão dos efeitos da exposição à secagem. / [en] This work presents the methodology used to study the consolidation and desiccation of bauxite wastes from mining and industrial processing. The aim is to understand the geotechnical behavior of these wastes launched as slurries in reservoirs and then, let do dry under solar exposure. Five types of residues are here considered. The first is an inert waste resulting from washing of bauxite in mining operations run in the North of Brazil. The other four are wastes resulting from the physicochemical treatment of the bauxite in alumina production industrial plants. Such treatment follows the worldwide known Bayer process. Three of these four wastes, which are usually named as red muds, are disposed with pH around 14. The other one is disposed after neutralization with sulfuric acid, under a pH around 8. Data of solar exposure effects on the muds behavior was obtained in order to determine parameters to be incorporated into consolidation models. Therefore, an improvement on predictions of the life cycle of the wastes reservoirs can be achieved. To study the transition between the saturated phase to the unsaturated one and to determine the geotechnical and geomechanics characteristics of the wastes, an extensive laboratory testing program was performed. This included CRD tests, monitored physical model tests and the determination of water retention curves for the wastes from fully wetted to dry conditions. Laboratory results are compared with those of field monitoring programmes and some empirical models are proposed.

[pt] A Prefeitura de Bogotá, publicou em 2015 o Plano Urbanístico do Centro Ampliado de Bogotá (PUCAB) cujo objetivo principal era diminuir a segregação socioespacial evidente nos limites geográficos da cidade, onde nas periferias habita a classe socioeconômica baixa, e no centro da cidade habitam as classes média e alta, ao mesmo tempo em que é almejado o adensamento da cidade, alocando pessoas num número equivalente ao aumento populacional para o ano 2020 no setor analisado e delimitado geograficamente sob condições de mobilidade de tempos de chegada aos polos de emprego em máximo 20 minutos nos transportes públicos e 10 minutos a pé até as estações dos sistemas coletivos, isso desde qualquer ponto dentro do setor do Centro Ampliado. A partir do objetivo geral de alocar pessoas de classe socioeconômica baixa no centro da cidade e, das variáveis de delimitação geográfica, deduz-se a intensão de alocar à população adensada em zonas em que são permitidos os percursos curtos lar-trabalho-lar, de onde surge a hipótese de tese do não cumprimento de tempos máximos de 20 minutos nos transportes públicos ainda submetidos ao transito veicular no setor do PUCAB; comprovação feita com base nas pesquisas da Secretaria Distrital de Mobilidade (2015). Avalia-se o limite geográfico do setor do PUCAB e se apresentam metodologias de priorização de adensamento em zonas em que são permitidos os deslocamentos curtos das casas à maior oferta de emprego e, outras atividades habituais dos cidadãos. / [en] The Bogota Humana series (2015) published a book entitled Urbanistic Plan for the Enlarged Bogota s Downtown (PUCAB in Spanish) aimed at turning Bogota into a more egalitarian and environmentally friendly city, with spaces where sustainable mobility is promoted. Among other objectives, the book proposes a structured densification of the historical downtown and nearby sectors of Bogotá, the Colombian capital city. The project intended to mitigate the existing sociospatial segregation characterized by low class people living towards the city periphery and middle-high classes living in the so-called Enlarged Downtown. The search for social inclusion should be promoted in Bogota by forcing spatial inclusion, i.e., by dislocating low class population to central areas equipped with better public facilities (TORRES et al. 2009). The dislocated population will benefit from subsidies programs similar to the ones they now receive. The advantages of concentrating low class residences close to high employment areas are obvious as most of these people have precarious labor conditions and commute long distances (ALCALDÍA DE BOGOTÁ, 2015). The economy of Bogota is mostly based in factories and sales, which employ low class employers (GUTIÉRREZ, 2011). This fact underscores the convenience of dislocating these people who presently commute mostly from the periphery, so that they can get better access to jobs with shorter commutes, and eventually to other job offers. The densification initiative is understood as an activity that precedes economic growth for the city and the country, while improving urban mobility through decreasing pendulum-like tides, originated by people who live in the periphery and work downtown. Though urban zoning is coherent with the Urban Plan main goal regarding socio-spatial segregation, it is not part of the land zoning variables defined in the same document. Because of this, there is a discussion about the environmental and socio viability of densifying the enlarged Bogota downtown. The discussion is mentioned but scarcely analyzed in the Urban Plan.

[pt] O objetivo do presente trabalho é estudar a compressibilidade de um aterro de grandes dimensões construído há 18 anos na Barra da Tijuca (Rio de Janeiro) sobre de solo extremamente mole com aproximadamente 4 metros de espessura, onde foram observados recalques pós-construtivos de grande magnitude. A espessura constante do aterro e pouca variabilidade de espessura da camada mole envolvida permitem assumir condições de compressão próximas da unidimensional. Para o estudo, foi instalada instrumentação para medição de recalques por nivelamento geométrico de precisão. Um procedimento específico foi desenvolvido para possibilitar a medição de baixíssimas variações no desnível. Esse acompanhamento transcorreu por um período de 21 meses e mostrou que o aterro lançado 18 anos atrás continua em compressão. Foi realizada, também, uma campanha de ensaios de campo, contemplando CPTu (piezocone), dissipação e palheta, ensaios de caracterização completa em laboratório, incluindo ensaios químicos e mineralógicos, e ensaios oedométricos de longa duração em amostras indeformadas tipo Shelby. Por fim, com base em todas essas informações, procurou-se estimar os recalques ainda por ocorrer, especulando, ao final, sobre o tempo necessário para a estabilização dos recalques. / [en] The aim of this work is to study the compressibility of a large dimension embankment built 18 years ago at Barra da Tijuca (Rio de Janeiro) over a layer of extremely soft soil with thickness of about 4 meters, where large post-constructive settlements were observed. The constant thickness of the embankment and the low variability of the soft soil thickness allow one dimensional condition to be assumed. Geotechnical instrumentation has been installed for monitoring settlements by optical levelling. A specific procedure has been developed which allows measurement of very small settlement changes. Monitoring took place over 21 months and showed that the embankment built 18 years ago is still settling. Field tests have been carried out comprising CPTu with dissipation, vane shear test. Characterization tests, including chemical and mineralogical, and oedometric consolidation long term tests on undisturbed Shelby tube samples have also been carried out. Based on the collected data, an attempt at forecasting future settlements has been carried out including speculations about the time needed for the stabilization of the settlements.

[pt] O uso da sobrecarga a vácuo como um método eficiente no tratamento de solo mole é discutido através de ensaios de laboratório, usando solo indeformado. As características do adensamento a vácuo foram investigadas em laboratório através de ensaios edométricos, comparando carregamento com uso de vácuo ou carga convencional. Foram realizados ensaios na câmara triaxial, comparando o uso da pressão de vácuo e pressão atmosférica. Os resultados indicam que: (1) Os resultados dos ensaios edométricos sugerem que a aplicação de vácuo funciona de maneira equivalente ao incremento de carga convencional e induz a valores de recalques maiores quando comparado com a aplicação de uma carga convencional de mesma magnitude. (2) A partir dos resultados dos ensaios triaxiais, verificou-se que o uso da pressão de vácuo acelera a dissipação da poropressão quando comparado ao adensamento com a ação da pressão atmosférica. (3) As características de adensamento do solo não mostram discriminação contra a natureza da pressão de pré-adensamento, se são sob condições de pressão de vácuo, pressão atmosférica ou carregamento convencional. / [en] The use of vacuum surcharge as an effective technique in the treatment of soft soil is discussed in analysis in laboratory behavior. Laboratoy tests using undisturbed soil were performed to investigate the use of the technique. The characteristics of the vacuum consolidation were studied in the laboratory by oedometer tests comparing loading with the use of vacuum or conventional load. Tests were performed in triaxial chamber comparing the use of vacuum pressure and atmospheric pressure. The results indicate that: (1) The test results of oedometer test indicate that vacuum application operates in a manner equivalent to the conventional incremental load and induces the largest values of settlement when compared with the conventional application of a load of the same magnitude. (2) The results of the triaxial tests, it was found that the use of vacuum pressure accelerates the dissipation of pore pressure when compared with the action of atmospheric pressure. (3) The consolidation characteristics of the soil show no discrimination against the nature of the consolidation pressure, whether they are consolidated under vacuum pressure, atmospheric pressure or loading conventional.

[pt] Na presente pesquisa, foi realizada a interpretação de comportamento da obra de reforço em um dique de contenção para resíduos de mineração construído sobre solos moles. Foram definidos o perfil geotécnico e as etapas de alteamento a serem analisadas pelo método de elementos finitos, no software Plaxis 2D. Para definição dos parâmetros, foram interpretados ensaios de campo e laboratório, sendo que nos ensaios de laboratório em que as curvas eram conhecidas, foi possível aplicar a otimização de parâmetros com a simulação de ensaios em uma extensão do Plaxis (Soil test). No caso dos solos silto arenosos e dos materiais de aterro, as interpretações foram feitas com o modelo Hardening Soil Model. Já para as camadas argilosas, foram simulados cinco diferentes cenários com os modelos: Soft Soil Creep, Hardening Soil e Mohr Coulomb com parâmetros de resistência efetivos e Hardening Soil e Mohr Coulomb com resistência não drenada. Os resultados de deslocamentos foram comparados entre si e com os dados do monitoramento de campo. Para análise da estabilidade os cinco cenários foram comparados entre si e com os resultados de uma análise convencional com equilíbrio limite em termos de tensões totais. Foi realizada também a aplicação do Método dos Volumes Deslocados como uma forma de verificar sua adequação para acompanhamento in situ da estabilidade da obra em cada etapa construtiva. / [en] In this present research, it was done an interpretation of the reinforcement work s behavior in a containment dike/dam for mining waste built on soft soils. It was defined the geotechnical profile and the heightening steps to be performed using the finite element method in the Plaxis 2D software. To define the parameters, the field and laboratory tests were interpreted, and in the laboratory tests in which the curvatures were known, it was possible to apply parameters with the simulation of tests in an extension of Plaxis (Soil test). In the case of sandy silt soils and embankments materials, as was done with the Hardening Soil Model. For the clay layers, five different scenarios were simulated with the models: Soft Soil, Hardening Soil and Mohr Coulomb with effective strength parameters and Hardening Soil and Mohr Coulomb with undrained strength parameters. The displacement results were compared with each other and with field monitoring data. For the stability analysis the five scenarios were analyzed among themselves and with the results of a conventional analysis with limit equilibrium in terms of total strength. Also the application of the Displaced Volumes Method as a way of verifying its suitability to in situ monitoring of the stability of the work at each constructive stage.

[pt] Este trabalho estuda um modelo acoplado de deformação e fluxo, baseado na teoria de Biot, para solos saturados e não saturados, porém levando-se em consideração a não linearidade física do solo. Na condição não saturada o fluxo do fluido pode ser considerado bifásico ou monofásico. No caso de fluxo bifásico o modelo calcula simultaneamente a pressão de água e do ar, possibilitando assim, a avaliação dos valores da sucção. O grau de saturação é então determinado a partir dos valores obtidos de sucção. Uma vez conhecido o grau de saturação é possível avaliar a permeabilidade relativa do solo para o fluxo de água e ar, tornando o problema não linear em relação à permeabilidade. No problema de fluxo monofásico a pressão de ar é mantida constante, assumindo-se o valor da pressão atmosférica. O comportamento não linear da relação tensão-deformação em solos não saturados é avaliado pelo modelo básico de Barcelona (BBM), baseado na teoria da plasticidade e conceitos de comportamento de solos no estado crítico. Este modelo pode ser compreendido como uma generalização do modelo Cam Clay freqüentemente usado para representação do comportamento mecânico de solos saturados. A influência da sucção na resistência ao cisalhamento de solos não saturados é verificada por meio de algumas aplicações numéricas. Neste trabalho, a não linearidade física de solos secos e saturados também é simulada através do modelo elastoplástico de Lade & Kim. / [en] This dissertation studies a coupled flow and deformation model for saturated and non-saturated soils, based on Biot`s theory but taking into account the nonlinear material behavior of soil. In the non-saturated condition the fluid flow can be considered either as a two-phase or an one-phase problem. In the two-phase case, the model calculates the pressure of air and water simultaneously, thus permitting the evaluation of the pore suction values and the degree of saturation. Once known, the degree of saturation is used for the determination of the relative permeability of the soil considering the flow of water and air, solving a problem that is nonlinear with respect to permeability. In the one-phase flow, the pressure of air is kept constant and equal to the atmospheric pressure. The stress-strain nonlinear behavior of non-saturated soils is modeled through the basic Barcelona model (BBM model) based on plasticity theory and concepts from the critical state behavior of soils. This model may be understood as an extension of the modified Cam Clay model frequently used for representation of the mechanical behavior of saturated soils. The suction influence on the shear resistance of non-saturated soils is examined through some numerical applications. In this work, the material nonlinearity of dry or saturated soils is also simulated through the Lade & Kim elastoplastic model.