[pt] Mudanças das propriedades dos solos devido à ação de carregamentos dinâmicos são responsáveis por danos significativos em geo-estruturas, tais como: barragens, estruturas de concentração, fundações, taludes, etc. A ocorrência do fenômeno da liquefação, em materiais suscetíveis como areias fofas saturadas, representa um tipo de resposta desastrosa de solos. O termo liquefação tem sido empregado para descrever uma variedade de fenômenos no qual tem em comum o desenvolvimento de altas poropressões em materiais saturados sem coesão devido a carregamentos monotônicos , transientes ou ciclios. A previsão da liquefação depende de uma adequada análise do comportamento não-drenado do material, em termos do incremento de poropressões e da perda da rigidez da mistura sólido-fluido, durante e após o período de movimento. O estabelecimento das equações governantes é essencial para elaboração de um modelo matemático realista para descrever o comportamento físico deste fenômeno. As equações a srem consideradas são: equação de movimento da fase sólida, a equação do movimento da mistura sólido-fluido , a equação de continuidade da fase fluida, as equações de acoplamento das fases e as equações constitutivas desses materiais. Nesta tese a resposta dinâmica do solo foi investigada numericamente mediante a técnica dos elementos finitos. A discretização espacial das equações governantes foi feita através de método de Galerkin e a discretização temporal pelo método de Newmark Generalizado. Um modelo constitutivo elasto-plástico foi considerado para descrever o comportamento mecânico da fase sólida, desenvolvido a partir de conceitos da generealização da teoria da plasticidade, que apresenta algumas vantagens em relação aos outros modelos baseados na teoria da plasticidade clássica. A implementação computacional foi escrito em fortran 90. Exemplos numéricos analisados nesta tese comprovam tanto a eficiência do modelo constitutivo na predição do comportamento do solo sobre liquefação como a confiabilidade do programa computacional elaborado nesta pesquisa, em termos da rapidez de processamento e da boa precisão dos resultados, quando comparados com soluções analíticas e outros valores numéricos obtidos por vários autores e diferentes modelos constitutivos. / [en] Changes in soil properties due to the action of dynamic loads are responsible for significant damage of geo-structures such as dams, retaining structures,building foundations, slopes, etc. The occurrence of liquefaction phenomena in susceptible materials, such as loose saturated, represents a type of disastrous response of soil, the term liquefaction has been used to refer to a group of phenomena wich have in common the development of high pore pressures in saturated cohesionless mterial due to monotonic, transient, or cyclic loads. The prediction of soil liquefaction depends of an adequate analysis of the behavior of undrained materials, in terms of increase of pore water pressure and weakening of the solid-fluid mixture, during and after the periodic motion. The establishment of the governing equations is essential to provide a realistic mathematical model to describe the physical behavior of this phenomenon. The system of equations to be considered are: the equilibrium equation of the solid phase, the equilibrium equation of the solid-fluid mixture, the conservation mass of the fluid phase, the coupling equation of phases, and the conservation equations of materials. In this thesis the soil dynamic response was numerically investigated by the finite element method. To obtain the spatial discretization in time was the Generalized Newmark method. An elastic-plastic constitutive model was used to describe the mechanical behavior of the solid phase. This model was developed in the framework of the generalized theory of plasticity, wich has some advantages when compared with other models based on the classical plasticity theory. The computacional implementation was written in fortran 90. Numerical examples considered in this thesis demonstrate the efficiency of the constitutive model to simulated the predicted behavior of soil under liquefaction as well as the reliability of the software developed in this research, in terms of computational effort and good accuracy of the results, when compared with some analytical solutions and other numerical values obtained by various authors and different constitutive models.

[pt] A natureza física do amortecimento nos solos e sua formulação matemática têm sido objeto de intensa pesquisa ao longo do último meio século. Estes vários ensaios para explicar os mecanismos de perda de energia durante os episódios de vibração surgem da importância do amortecimento no problema de propagação de ondas para fins de engenharia. O objetivo deste estudo é propor uma maneira alternativa de analisar o fenômeno do amortecimento em solos, considerando o problema de vibração como um problema matemático poromecânico acoplado onde deslocamentos relativos e velocidades entre as duas fases que compõem o material geológico, fluido e sólido, gera forças de interação nas interfaces e pode desempenhar um papel importante na perda de energia vibracional dos solos. Presume-se que o problema seja resolvido na escala de poros, concentrando-se nas condições cinéticas e dinâmicas na interface entre o esqueleto sólido e o fluido de saturação. Variáveis adimensionais que misturam propriedades fluidas e sólidas permitem o acoplamento do problema, resultando no surgimento de uma massa aparente, coeficientes de amortecimento e rigidez que serão introduzidos posteriormente nas equações de movimento. A equação proposta de amortecimento será então justaposta a testes de laboratório e uma comparação com os modelos mais importantes da literatura será feita usando o software DEEPSOIL para análise de propagação de ondas para verificar sua validade. / [en] The physical nature of damping in soils and its mathematical formulation attempts have been the subject of intensive researches along the last half century. These several trials to explain the mechanisms of energy loss during vibration episodes arise from the importance of damping in the wave propagation problem for engineering purposes. The aim of this study is to propose an alternative way to analyze the damping phenomenon in soils by looking at the vibration problem as a coupled poromechanical mathematical problem where relative displacements and velocities in between the two phases that compose the geological material, fluid and solid, generates interaction forces at the interfaces and can play an important role in the vibrational energy loss of soils. The problem is assumed to be solved at the pore scale, focusing on the kinetic and dynamic conditions at the interface in between the solid skeleton and the saturating fluid. Dimensionless variables that mixes fluid and solid properties allows the coupling of the problem, resulting on the rising of an apparent mass, damping and stiffness coefficients that will be introduced later in the equations of motion. The proposed equation of damping will thus be juxtaposed to laboratory tests data and a comparison with the most important models in the literature will be done further using the software DEEPSOIL for wave propagation analysis to check its validity.

[pt] Este trabalho analisa excitações verticais dinâmicas de máquinas para fundações com embutimento. Combinações de fundações superficiais e profundas, para simulação de bloco de fundações, são analisadas com uso de diferentes metodologias. Analisam-se soluções de Novak e Beredugo em combinação com Novak e El-Sharnouby, com uso de porcentagens de recalque adicional retiradas do trabalho de Poulos e Davis. Também são analisadas soluções simplificadas de fundações superficiais com embutimento de Wolf em combinação com fundações profundas de Novak e El-sharnouby, com uso de porcentagens de recalque adicional dinâmicas,obtidas com elementos finitos neste trabalho. São comparados os valores de deslocamentos de regime permanente com os obtidos por elementos finitos tridimensionais com uso do programa Plaxis 3D, comprovando a eficácia dos valores de taxa de recalque adimensional dinâmico e uso de modelo simplificado de fundações superficiais de Wolf. / [en] This paper analyzes dynamic vertical loadings due to machine foundations on embedded foundations. Combinations of shallow and deep foundations, to pile raft foundations, are analyzed using diferent approaches. First, solutions of Novak and Beredugo combined with Novak and El- Sharnouby, using additional settlement ratios from Poulos and Davis. Then it is compared to simplified embedded shallow foundations solutions by Wolf combined with Novak and El-Sharnouby, using dynamic additional settlement ratio obtained by finite elements on this paper. Settlements obtained on the steady state regime are compared to the values obtained by tridimensional finite elements using the program Plaxis 3D, proving the efficiency of dynamic additional settlement ratio and the simplified model of shallow foundations by Wolf.