[pt] A caracterização geotécnica de um depósito de argila mole da Baixada Fluminense foi realizada neste trabalho. Sobre o depósito, foi executado um extenso aterro para implantação da Indústria Rio Polímeros, abrangendo aproximadamente 500.000m2. Uma ampla campanha de ensaios de laboratório foi realizada em amostras extraídas da camada de argila mole, antes do lançamento do aterro. Este programa de investigação incluiu ensaios de caracterização, ensaios de adensamento convencionais (SIC) e contínuos (CRS) e ensaios triaxiais drenados e não drenados. Os ensaios CRS foram realizados sob diferentes velocidades de deformação, a fim de avaliar a sua influência nas características de compressibilidade e de adensamento do material. Foi também realizado um ensaio CRS em amostra previamente amolgada. Os parâmetros geotécnicos obtidos foram confrontados e mostraram-se razoavelmente concordantes com os valores reportados na literatura, para a Baixada Fluminense. A influência da velocidade de deformação dos ensaios CRS foi significativa. Entretanto, para a faixa de velocidades adotada no presente trabalho, os parâmetros resultantes situaram-se dentro da dispersão observada na área. O amolgamento prévio da amostra resultou numa redução dos parâmetros de compressibilidade e de adensamento. / [en] This work has focused on the geotechnical characterization of a soft clay deposit in Baixada Fluminense, Rio de Janeiro. In this area, a large embankment of approximately 500.000m2 was executed for implantation of Rio Polimeros Industry. An extensive laboratory program was carried out on undisturbed samples, extracted from the soft clay layer before embankment construction. The geotechnical investigation consisted of characterization tests, conventional (SIC) and controlled deformation (CRS) consolidation tests, and drained and undrained triaxial tests. CRS tests were carried out under different deformation velocities, in order to evaluate its influence on compressibility parameters and on consolidation rates. An additional CRS test was also performed using a disturbed sample. The geotechnical parameters were analysed and revealed a resonable agreement with the results reported in the literature, for the Baixada Fluminense soft clay deposit. The strain rate of CRS tests has a significant influence on compressibility parameters. However, the results still remain within the range of experimental data, avaliable for the soft clay deposit of Baixada Fluminense. It is worthwile to notice that a limited range of velocities was used in this research. The sample disturbance resulted in a reduction of both compressibility parameters (cr, cc) and coefficient of consolidation.

[pt] Nos projetos de locais de disposição de resíduos e na avaliação da contaminação do solo e da água subterrânea por substâncias químicas orgânicas e inorgânicas, é essencial que se conheça os mecanismos de transporte de contaminantes por estes meios. São dois os processos básicos no transporte de solutos: advecção e dispersão hidrodinâmica. Advecção é o processo através do qual a água subterrânea carrega consigo os solutos dissolvidos. A quantidade de soluto transportado depende de sua concentração na água subterrânea, do volume de água fluindo e da velocidade da água subterrânea. O mecanismo de dispersão hidrodinâmica engloba o mecanismo de dispersão mecânica e o transporte por difusão. A medida que o soluto se movimenta no meio poroso, o processo de dispersão age no sentido de diluir o soluto e reduzir sua concentração. A difusão é o processo através do qual as espécies moleculares e iônicas dissolvidas na água se movem devido a um gradiente de concentração, indo das áreas de maior para menor concentração, mesmo na ausência de fluxo de água subterrânea. O transporte difusivo através de um meio não saturado é mais complicado do que através de meios saturados. Neste caso os parâmetros de transporte podem variar no espaço e no tempo. Portanto, a determinação destes parâmetros no laboratório deve ser feito nas condições mais próximas possíveis das condições in situ. Os processos através dos quais as substâncias se movem através do solo podem ser expressos por modelos matemáticos. Eles se baseiam na integração da equação advectiva-dispersiva utilizando condições de contorno específicas para o sistema de interesse. Entretanto, sua aplicabilidade é limitada devido à falta de parâmetros experimentais confiáveis. Esta tese procura preencher o espaço entre os modelos numéricos e os estudos experimentais. Um novo difusímetro foi desenvolvido para medir o coeficiente de difusão em solos não saturados. O projeto combina o método do reservatório simple, proposto por Rowe et al. (1988), com a técnica de controle osmótico. Foram feitos ensaios com sucção variando entre 0 e 500 kPa. Os solutos utilizados foram cloreto de sódio e cloreto de potássio difundindo através de um amostra relativamente inerte, preparada em laboratório. Os resultados obtidos indicam que a nova técnica proposta funciona bem, sendo entretanto recomendado maiores desenvolvimentos no sistema de controle de sucção, através do uso de instrumentação mais precisa. / [en] In the design of waste disposal facilities and evaluation of groundwater and soil contamination by organic and inorganic species, it is essential a knowledge of the mechanisms of transport of the contaminants. There are two basic processes in the transport of solutes: advection and hydrodynamic dispersion.Advection is the process by which moving groundwater carries with it dissolved solutes. The amount of solute being transported depends on its concentration in the groundwater, on the volume of groundwater flowing, and on the groundwater velocity. The hydrodynamic dispersion mechanism involves mechanical dispersion and diffusion. As solutes are carried through porous media, the process of dispersion acts to dilute the solute and reduce its concentration. Diffusion, is the process by which both ionic and molecular species dissolved in water move from areas of higher concentration to areas of lower concentration, even in the absence of groundwater flow.Advective-diffusive transport through unsaturated media is somewhat more complicated than for saturated soils. In this case, the transport parameters may vary both in space and in time. Hence, the determination of such parameters in laboratory should be performed as close as possible to in situ conditions.The processes by which the substances move through porous media can be expressed through mathematical models. They are based on the integration of the advection-dispersion equation using specific boundary conditions for the system of interest. However, their applicability has been often limited due to the lack of reliable parameters obtained experimentally. This thesis seeks to fulfil the gap between numerical modelling and experimental studies. A new diffusimeter has been developed to measure the diffusion coefficient in unsaturated soils. It combines the single reservoir method, proposed by Rowe et al. (1988), with the osmotic control technique. Tests were performed under suction values ranging from 0 to 500kPa. Sodium chloride and potassium chloride were used as solutes diffusing through a compacted inert sample prepared in the laboratory. The results obtained indicated that the new proposed technique worked quite well, being however recommended an improvement in the system of suction control through the use of more precise instrumentation.

[pt] Neste trabalho se analisam as características de colapso de um solo laterítico submetido à percolação de um licor cáustico a diferentes concentrações. O solo é uma areia quartzosa com uma pequena fração de finos cauliníticos. O licor é um efluente industrial, resultante da produção de alumínio, a base de soda cáustica. Mediante o presente estudo, determinou-se o efeito da infiltração do licor cáustico sobre três aspetos: colapsividade, transporte de solutos e características de sucção. Isto foi feito através de um programa experimental que incluiu ensaios de caracterização física-química do solo e do licor, ensaios edométricos, em edômetros especiais, para avaliar as características de colapso e de transporte de solutos, e ensaios de sucção pelo método do papel filtro. Os resultados do programa experimental mostraram que o solo é colapsível em presença de água, sendo sua colapsividade aumentada em presença do licor cáustico. Também indicaram que os parâmetros de transporte e sucção são fortemente afetados pela percolação do licor. A mudança destes parâmetros é função da concentração do licor. / [en] In this work, characteristics of collapse of a laterítico soil submitted to percolation of a caustic liqueur to different concentrations are analysed. The soil comprises a quartzitic sand with a small fraction of kaolinitic clay. The liqueur is a caustic fluid, from an aluminium industry. In the present study, effects of the caustic liqueur infiltration were observed considering three aspects: collapse, solute transport and soil suction characteristics. This was done through an experimental program that included physical and chemical characterization of the soil and liqueur, special oedometer tests to evaluate simultaneously collapse characteristics and solute transport, and suction tests using the filter paper method. The results of the experimental program showed that the soil suffers volume change in presence of water, and its colapsivity is increased in presence of the caustic liqueur. They also indicated that the transport and suction parameters are affected strongly by the percolation of the liqueur.

[pt] O presente trabalho apresenta um estudo sobre a argila mole da rodovia BR 101 em Santa Catarina, no qual são pesquisadas suas características geotécnicas a partir de ensaios de campo e laboratório. Os ensaios de campo realizados foram os de palheta, dilatométricos e de piezocone. O programa experimental de laboratório envolveu ensaios de caracterização, de adensamento e triaxiais consolidados não drenados (CIU). O solo foi caracterizado como argila mole flúvio-marinha, altamente plástica e de coloração cinza clara a escura, com sensibilidade entre baixa e média. Trata-se de um material de alta compressibilidade e baixa resistência. Os ensaios de laboratório complementaram os de campo, havendo concordância de resultados em alguns casos estudados. O ensaio dilatométrico apresentou valores de módulo de deformabilidade unidimensional próximos aos obtidos nos ensaios oedométricos, revelando-se, assim, uma ferramenta adequada à estimativa de recalques. A estimativa do fator de cone (NKT) deve ser tratada de forma cuidadosa, pois tal fator tem grande influência na determinação da resistência não drenada (Su). Esta apresentou valores entre 10 e 25kPa, nos ensaios de campo e triaxiais de laboratório (CIU) realizados nos depósitos de argila mole investigados nesse estudo. Finalmente, ressalta-se a importância dos ensaios de campo para a determinação dos parâmetros geotécnicos das argilas moles, devido à rapidez e maior facilidade para a realização. / [en] The objective of this study is to characterize the soft clay of the BR 101 Highway in Santa Catarina, based on field and laboratory tests. Field tests consisted of vane test (VST), flat dilatometer test (DMT) and piezocone (CPTU). The experimental laboratory program included characterization, consolidation and consolidated undrained triaxial tests (CIU). The soil has been characterized as fluviomarine soft clay, highly plastic, presenting light to dark grey color, and low to medium sensibility. The material has shown high compression rate and low resistance. The laboratory tests have complemented the field investigation. Similar constrained modulus (M) values were obtained both from the dilatometer test and from the conventional consolidation test. Therefore, DMT showed to be a suitable test for settlement estimation. Cone factor (NKT) shall be carefully estimated due to its influence in the determination of the undrained shear strength (Su). Field and CIU tests performed in the soft clay deposits presented values between 10 and 25kPa. Emphasis is given in the importance of the field tests to determine the geothecnical parameters of the soft clay, due to their quick and easy performance. / [es] EL presente trabajo presenta un estudio sobre la arcilla blanda de la carretera BR 101 en Santa Catarina. En éste, se investigan las características geotécnicas a partir de ensayos de campo y laboratorio. Los ensayos de campo realizados fueron los de paleta, dilatométricos y de piezocone. El programa experimental de laboratorio considera ensayos de caracterización, de adensamiento y triaxiales consolidados no drenados (CIU). El suelo fue caracterizado como arcilla blanda fluvio-marina, altamente plástica y de coloración gris claro a oscuro, con sensibilidad entre baja y media. Se trata de un material de alta compresibilidad y baja resistencia. Los ensayos de laboratorio complementaron los de campo, y los resultados coinciden en algunos casos estudiados. El ensayo dilatométrico presentó valores de módulo de deformabilidad unidimensional próximos a los obtenidos en los ensayos oedométricos, revelando así la herramienta adecuada en la estimativa de recalcos. La estimativa del factor de cono (NKT) debe ser tratada de forma cuidadosa, porque este factor tiene una gran influencia en la determinación de la resistencia no drenada (Su). La resistencia no drenado tuvo valores entre 10 y 25kPa, en los ensayos de campo y triaxiales de laboratorio (CIU) realizados en los depósitos de arcilla blanda investigados en este estudio. Finalmente, se resalta la importancia de los ensayos de campo para la determinación de los parámetros geotécnicos de las arcillas blandas, debido a la rapidez y facilidad en su realización.

[pt] O acompanhamento dos recalques de aterros, por meio de nivelamento topográfico periódico, permite estimar a evolução dos mesmos, bem como retroanalisar os parâmetros adotados em determinado projeto. Neste trabalho, recalques foram medidos em um aterro experimental sobre um depósito com 12 m de espessura de solos moles em Camboinhas, Niteroi (RJ), construído entre o final de 1977 e o início de 1978. O aterro serviu como modelo em escala real para a realização de estudos geotécnicos diversos na PUC-Rio, auxiliando o projeto de um empreendimento imobiliário da época. A obra foi embargada pouco tempo após seu início e, desde então, nenhum empreendimento foi realizado. Em 2013, novas amostras Shelby foram extraídas, para a realização dos ensaios de laboratório desta pesquisa. Ensaios de campo também foram realizados. Verificou-se que os recalques causados pela construção do aterro ainda estão ocorrendo, 37 anos após sua execução. Compararam-se, também, os valores de OCR de laboratório com os obtidos por meio de correlações empíricas com os resultados de campo. Por fim, foram feitas previsões da evolução do recalque médio com o tempo e da magnitude do valor total médio. / [en] Monitoring of embankment settlements using periodic topographic leveling allows one to preview their evolution, and to assess the parameters used in a specific design. In this research, settlements of an experimental embankment constructed between the end of 1977 and the beginning of 1978, over a 12 m thick soft soils deposit in Camboinhas, Niteroi (RJ), were monitored. At that time, the embankment served as large model to help designing of a commercial housing development. The work was hampered shortly after the end of embankment s construction and, since then, no enterprise was held. In 2013, in this research, new Shelby samples were obtained in order to carry out series of laboratory tests. Settlements due to the embankment construction were noted to be still progressing. Also, OCR values from laboratory tests were compared to those empirically evaluated from field results. Finally, the magnitude of total settlement and its progress with time were estimated.

[pt] Os conglomerados são um tipo de rocha sedimentar, compostos pela mistura de blocos de rocha duros imersos em uma matriz fina branda. Os blocos no conglomerado fazem com que o estudo de suas propriedades mecânicas, através de ensaios convencionais de laboratório, seja de difícil execução. Por outro lado, os ensaios in-situ resultam mais representativos para definir as propriedades mecânicas deste tipo de materiais, mas em geral sua execução é muito demorada e representa um alto custo, o que justifica sua utilização somente em projetos de grande porte. Neste trabalho foi realizada a caracterização geotécnica de um conglomerado localizado no sul da Costa Rica, com o principal objetivo de definir, separadamente, as propriedades mecânicas dos blocos e da matriz. Os ensaios de caracterização e resistência utilizados nesta pesquisa foram realizados no laboratório de geotecnia do Instituto Costarriquense de Eletricidade e no laboratório de Interação Rocha-Fluido na PUC-Rio. Em uma segunda fase foi realizada a modelagem numérica do conglomerado através do método dos elementos finitos utilizando o programa PLAXIS 2D v2014. Da interpretação dos resultados dos ensaios numéricos foram obtidos os parâmetros de resistência e deformabilidade do conglomerado para diferentes escalas. Finalmente, os parâmetros mecânicos resultantes da modelagem numérica foram comparados com os obtidos na interpretação de ensaios de campo realizados na mesma litologia, especificamente ensaios de placa e cisalhamento direto multi-estagio, corroborando desta forma a validez da estimativa realizada. / [en] Conglomerates are a type of sedimentary rock constituted by hard rock blocks embedded in a fine soft matrix. Due to the blocks present in the conglomerate, the study of mechanical properties by conventional laboratory tests is complicated. On the other hand, in-situ tests are more representative to define the mechanical properties of this type of materials; however, conducting these tests implies a lot of time and high costs, and their use is justified only for large-scale projects. This study provides the geotechnical characterization of a conglomerate located in the southern region of Costa Rica, where a large part of the works of the El Diquís Hydroelectric Project (PHED) will be built. The first objective of this research was to define the mechanical properties of the blocks and the matrix separately by using the results of characterization and strength tests. These tests were developed at the Geotechnical Laboratory of the Costa Rican Electricity Institute and the Rock-Fluid Interaction Laboratory at PUC-Rio. At a second research stage, numerical tests were conducted on virtual conglomerate samples. The creation of the virtual samples was based on the field and laboratory works performed during the first research stage. The numerical tests using virtual samples were carried out by applying the finite element method in the PLAXIS 2D 2014 program. The interpretation of the test results allowed determining the strength and deformability parameters of the conglomerate at different scales of the samples under analysis. Finally, the mechanical parameters derived from the numerical modeling were compared with the data from the interpretation of the field tests performed as part of the geotechnical studies at the dam site of the PHED, where plate load tests and multistage direct shear tests were carried out, thus corroborating the validity of the estimation that was made.

[pt] Esta tese tem por objetivo avaliar o potencial de geração de biogás, por degradação anaeróbica de resíduos sólidos urbanos em perfis de um aterro sanitário. As amostras foram obtidas a partir de perfis de sondagem compostos por materiais dispostos em épocas distintas e com diferentes idades em relação a seu estágio de decomposição. Foi elaborado protocolo específico para determinação da temperatura, pH, composição gravimétrica, distribuição granulométrica, teores de umidade, de matéria orgânica, de sólidos voláteis e de lignina nessas amostras e criada metodologia com o uso de dados topográficos, para a determinação das idades de disposição dos resíduos. Foi ainda desenvolvido equipamento eudiométrico para a determinação potencial bioquímico de metano, com medidas de variação volumétrica e avaliação do prognóstico de geração de metano por modelos de primeira ordem mais consagrados (LandGEM e IPCC). Os dados experimentais indicaram que poucas propriedades apresentaram uma correlação com o perfil e com a idade dos RSU, devido à alta heterogenidade do material. Embora o potencial de biogás e a idade dos RSU não tenham apresentado correlação entre si, o material mais novo, de quase um ano, produziu maior quantidade de biogás e houve uma redução de 78 porcento dessa produção para a do material de 3 anos. Verificou-se uma relação entre o teor de matéria orgânica e de sólidos voláteis com a produção de biogás para materiais com até 4 anos. O prognóstico da geração de biogás aplicando os dados experimentais aos modelos EPA e IPCC foi menor do que quando adotados os parâmetros default. A retroanálise segundo o IPCC, com os dados experimentais, indicaram valores de DOC muito inferiores aos usados com default, resultando em menores emissões de biogás. / [en] The aim of this thesis is to evaluate of the potential biogas generation formed in the anaerobic phase from the degradation of urban solid waste with variables ages of deposition in a sanitary landfill. The materials were obtained from borehole profiles, being composed of materials disposed at different times and with variables ages in relation to their state of deposition. The knowledge of the physic-chemical characteristics is essential for assessing the biochemical potential of gases. Thus, it was developed: (i) a protocol for determination of properties, such as temperature, pH, gravimetric composition, particle size distribution, moisture content, organic matter content, volatile solids content, lignin content; (ii) one eudiometer device was constructed, with volume variation measurements for determining the biochemical methane potential; (iii) methodology to identify the ages of waste disposal by topography; and (iv) a methodology for predicting methane generation by well-known first order models (LandGEM and IPCC). Due to the high heterogeneity of the material, the experimental data indicated that few properties showed a trend in their behavior with respect to the profile and the age of MSW. Although the potential for biogas generation and the age of MSW showed no correlation, the newer material (almost one year old) showed higher biogas production. Gas production related to the 3 year old material was 78 percent lower compared to the newer one. Even with limited data, there is a relationship between the content of organic matter and/or volatile solid matter with the production of biogas for materials with more than 4 years. The prediction of biogas generation by applying experimental data was lower compared to the results applying EPA and IPCC models. The backcalculation analysis with the experimental data determined of IPCC indicated much lower DOC values than those used with the default, resulting in lower emission of biogas.

[pt] As modificações ambientais ocorridas após a formação de um depósito sedimentar podem modificar suas características geotécnicas. No caso de sedimentos marinhos, a lixiviação dos sais, foi essencial para o desenvolvimento de solos altamente sensitivos em depósitos litorâneos de vários países. O presente trabalho tem por objetivo avaliar as implicações da lixiviação no comportamento geotécnico de sedimentos marinhos típicos do litoral brasileiro. Para tanto foram realizados ensaios de laboratório em amostras de solo procedentes da baía de Sepetiba (Rio de Janeiro) e da Enseada do Cabrito (Bahia). O programa experimental proposto envolveu a caracterização geotécnica e mineralógica dos solos, lixiviação das amostras estudadas em câmaras triaxiais, ensaios mecânicos, análises químicas e do arranjo dos grãos das amostras em estado natural e lixiviadas. Os ensaios e análises realizados foram executados nos laboratórios de Geotecnia, Metalurgia e Ciência dos Materiais e Química da PUC-Rio, e no Laboratório de Química de Solos do CNPS/ EMBRAPA-Rio. As análises dos resultados foi comparativa do comportamento geotécnico apresentado pelos solos antes e após a lixiviação, em particular quanto a sensitividade. / [en] The environmental changes that occur after the development of a sedimentary deposit may change your geotechnical characteristics. In the case of marine sediments, the leaching of pore salts is essential for the development of very sensitivity soils in shore deposits in some countries. This work aimed at evaluating the implication of leaching the behaviour of geotechnical marine sediments, typical from Brazilian littoral. Tests were carried out in samples obtained from Sepetiba´s Bay (Rio de Janeiro) and Cabrito´s Inlet (Bahia). The experimental program covered the geotehcnical and mineralogical characterisation of soils, leaching of soil samples, mechanics tests, chemical analyses and fabric of samples in nature and leaching states. The testing and analyses were made Geotechnical, Metallurgical and Chemistry laboratories at PUC-Rio and in Chemistry at Soil laboratory of CNPS/EMBRAPA-Rio. The Analysis of results were made by a comparison of the behaviour of soils after and before there leaching, in special about the sensitivity. / [es] Las modificaciones ambientales ocurridas después la formación de un depósito de sedimentos pueden modificar sus características geotécnicas. En el caso de sedimentos marinos, la lixiviación de sal fue esencial para el desarrollo de suelos altamente sensitivos en depósitos litoráneos de varios países. El presente trabajo tiene por objetivo evaluar las implicaciones de la lixiviación en el comportamiento geotécnico de sedimentos marinos típicos del litoral brasilero. Con este objetivo, fueron realizados ensayos de laboratorio en muestras de suelo procedentes de la bahía de Sepetiba (Rio de Janeiro) y de la Ensenada del Cabrito (Bahia). El programa experimental propuesto envuelve la caracterización geotécnica y mineralógica de los suelos, lixiviación de las muestras estudiadas en cámaras triaxiales, ensayos mecánicos, análisis Químicas y del arreglo de los granos de las muestras en estado natural y lixiviadas. Los ensayos y análisis realizados fueron ejecutados en los laboratórios de Geotecnía, Metalurgía y Ciencia de los Materiales y Química de la PUC-Rio, y en el Laboratório de Química de Suelos del CNPS/ EMBRAPA-Rio. El análisis de los resultados compara el comportamiento geotécnico presentado por los suelos antes y después de la lixiviación, en particular en cuanto la sensitividad.