[pt] O aumento da poropressão é um dos mais significativos fatores desencadeantes da ruptura de taludes em muitas regiões do mundo, principalmente em climas tropicais, onde os solos residuais e coluvionares são abundantes. A fim de compreender e analisar o mecanismo e as condições que conduzem a tais rupturas, nesta tese se apresenta um estudo do comportamento de solos submetidos a ensaios triaxiais de aumento de poropressão, que simulam a elevação do nível piezométrico em encostas. Os ensaios foram realizados em amostras indeformadas de dois solos coluvionares e um solo residual jovem, obtidos de diferentes encostas no Rio de Janeiro. Adicionalmente, foram realizados ensaios de cisalhamento direto com plano cortado e superfície polida, e ensaios triaxiais convencionais drenados e não drenados, com a finalidade de obter a resistência residual e a linha de estado crítico dos solos, bem como ilustrar as diferenças de comportamento sob diferentes trajetórias de tensão. Para monitorar as deformações locais das amostras e obter uma medida apropriada das poropressões foram utilizados instrumentos eletrônicos de medição interna e um minitransdutor de pressão na meia altura dos corpos de prova. Os resultados mostraram que sob o efeito de poropressão cada solo apresentou um comportamento distinto, o que se atribui principalmente ao grau de intemperismo e às suas diferentes características estruturais. Observou-se, ainda, que as trajetórias de tensão seguidas nos ensaios têm uma influência significativa nas características de resistência a grandes deformações dos solos. / [en] Pore-pressure increase is one of the most significant triggering factors for slope failures in many regions around the world, mainly in tropical climates, where residual and colluvium soils are abundant. In order to analyze and understand the mechanisms and conditions leading to such failures, this thesis presents a study of the soils behavior under triaxial tests of pore-pressure increase, that mimic the elevation of piezometric level in slopes. The tests were performed on soil samples of two colluvial and one young residual soils from different slopes in Rio de Janeiro. Additionally, direct shear tests with cut plane and polished surface, and conventional undrained and drained triaxial testing were carried out to obtain the residual shear strength and the critical state line of soils, and illustrate the behavior differences under different stress paths. Internal instrumentation and a miniature pore-pressure transducer at the mid-height of the specimens were used to monitoring local deformations of the specimens and get appropriate porepressure measures. The results showed that under the effect of pore-pressure increase each soil showed different behavior. It is attributed mainly to the degree of weathering and their differing structural features. It was also observed that the stress path followed in the tests have a significant influence on the strength characteristics of the large strain state of soils.

[pt] O efeito da granulometria no comportamento mecânico do lastro tem sido estudado por vários pesquisadores. A revisão destes estudos indicou que uma granulometria mais uniforme que as atualmente usadas pela indústria ferroviária diminuiria a deformação permanente e a degradação do lastro ferroviário. Neste estudo, foi utilizado o equipamento prismoidal triaxial cíclico, projetado e construído na Universidade de Wollongong - Austrália. O deslocamento lateral do lastro ferroviário no campo não está restrito, devido a insuficiente tensão lateral (tensão confinante); por isso a câmera prismoidal triaxial com lados não restritos é uma instalação ideal para a modelagem física das deformações do lastro. Duas granulometrias de lastro foram testadas, sob tensão vertical cíclica máxima de 450 kPa. Uma delas estava de acordo com a granulometria recomendada por Indraratna et al. (2004), para revisão da Norma Australiana AS 2758.7 (1996) e a outra foi preparada em concordância com a norma Brasileira, NBR 5564. Os resultados mostram que a granulometria tem grande influência na deformação permanente e na quebra de lastro ferroviário. Também se apresenta a modelagem de um ensaio de compressão sobre lastro ferroviário utilizando o método dos elementos discretos. Utilizaram-se propriedades típicas de lastro ferroviário tais como peso específico, granulometria, índice de vazios e espessura das camadas. O ensaio virtual compreende a aplicação de uma carga vertical monotônica mediante uma peça de dimensões similares a um dormente, sobre partículas que simulam o lastro colocado numa caixa de dimensões 600 x 800 x 800 mm. São observadas as tensões e velocidades desenvolvidas nas partículas, características difíceis de serem observadas nos ensaios convencionais reais. / [en] The effect of the particle-size-distribution on mechanical behaviour of ballast has been studied by several researchers in the past. The review of these past studies indicated that more uniform gradation than actually used by the railway industry would decrease permanent deformation and degradation of railroad ballast. In this study, the prismoidal cyclic triaxial apparatus designed and built at the University of Wollongong was used. The lateral displacement of railroad ballast in the field is not restricted in the absence of sufficient lateral stress (confining pressure); hence the prismoidal triaxial chamber with unrestrained sides provides an ideal facility for physical modeling of the deformations of ballast. Two different particle size distributions of ballast were tested under cyclic vertical maximum stress of about 450 kPa. One of them was according to PSD recommended by Indraratna et al. (2004) as an improvement to Australian Standard AS 2758.7 (1996) and the other one was prepared in accordance with Brazilian standard NBR 5564. The results showed that gradation had major influence on the permanent deformation and breakage of railroad ballast. Also, it is presented a compression test modelling on railway ballast using the discrete element method. Typical railways ballast properties, such as specific weight, particle-size-distribution, void ratio, layers thickness were used. The virtual test comprises monotonic vertical loading through a piece with similar dimensions to sleeper on particles that simulates ballast inside a 600 x 800 x 800 mm box. Stresses and velocities developed in particles are observed, which are difficult sighting characteristics in real conventional tests.

[pt] Muitos autores concordam que areias em estado fofo, sob carregamento não drenado crescente e granulometria favorável à liquefação, necessariamente liquefazem em algum momento. Este trabalho tem como objetivo principal avaliar se duas amostras de areia, com características muito distintas uma da outra, submetidas às mesmas condições descritas acima, entram em liquefação. A primeira amostra é uma areia limpa que foi extraída de um aterro hidráulico localizado em Camboinhas, Niterói, RJ, Brasil. A segunda é um rejeito arenoso de ferro extraído de uma barragem de rejeitos localizada em Mariana, MG, Brasil. As avalições foram feitas através de ensaios de compressão triaxial com deformação controlada. Avaliou-se o comportamento desses materiais em condições de baixa compacidade e sob diferentes tensões de confinamento, com a finalidade de observar se ocorreria a liquefação. Em caso de não ocorrência da liquefação, o objetivo era compreender os motivos de tal resposta e no caso de ocorrência, avaliar a influência da tensão de confinamento, assim como delimitar as zonas de instabilidade não drenada. Verificou-se que a areia de Camboinhas entrou em liquefação total apenas para tensões de confinamento baixas, e apresenta comportamento oposto ao comportamento normal de solos arenosos fofos, tendo baixa resistência à liquefação em baixa tensão de confinamento e alta resistência à liquefação em grandes tensões de confinamento. O rejeito arenoso de Mariana entrou em liquefação total em tensões de confinamento baixas e altas. O rejeito apresentou comportamento diferente da areia de Camboinhas e semelhante ao comportamento normalmente obtido em solos arenosos fofos sob condições não drenadas. / [en] Many authors agree that loose sands, under increasing undrained loading and liquefaction favorable granulometry, necessarily liquefy at some moment. This work has as main objective to evaluate if two sand specimens, with characteristics very different from each other, under the same conditions as described above, enter into liquefaction. The first specimen is a clean sand that was extracted from a hydraulic embankment located in Camboinhas, Niterói, RJ, Brazil. The second is a sandy tailing of iron extracted from a tailing dam located in Mariana, MG, Brazil. The evaluations were made through triaxial compression tests with controlled deformation. The behavior of these materials was evaluated under conditions of low compactness and under different confininig pressure, in order to observe if liquefaction would occur. In case of no liquefaction, the objective was understand the reasons for such response and in case of occurrence, evaluate the influence of the confining pressure, as well as mark the zones of instability undrained. It was verified that the Camboinhas sand entered in total liquefaction only for low confining pressure, and it has the opposite behavior to the normal behavior of loose granular soils, having low strength to liquefaction in low confining pressure and high strength to liquefaction in large confining pressure. The Mariana granular tailing also entered in total liquefaction for low and higth confinig pressure. The tailing showed different behavior of the Camboinhas sand and similar to the behavior normally obtained in loose granular soils under undrained conditions.

[pt] Considerando o investimento do governo federal na expansão da malha ferroviária com o programa de aceleração do crescimento (PAC2) e com o programa de investimento em logística (PIL), vem sendo desenvolvidas no país inúmeras pesquisas envolvendo ferrovias, inclusive na área de materiais, como o lastro ferroviário, objeto de estudo deste projeto. Paralelamente, pesquisas com foco em modelagem computacional vem sendo desenvolvidas a fim de otimizar a avaliação do comportamento dos materiais. O projeto tem como objetivo desenvolver modelos computacionais para avaliar a capacidade do método dos elementos discretos em reproduzir o comportamento mecânico de lastro ferroviário submetido a carregamentos cíclicos, com base em um ensaio triaxial cíclico. O ensaio analisou o comportamento mecânico de duas distribuições granulométricas de lastro ferroviário, sendo a primeira sugerida por Indraratna et al. (2004), referente a alterações para melhorias da normativa australiana, enquanto a segunda, utiliza a normativa brasileira. O modelo computacional foi desenvolvido no software WooDEM (2012). Foram realizadas análises mecânicas do comportamento do lastro ferroviário considerando as coordenadas das partículas em relação ao tempo e a profundidade, a fim de determinar o deslocamento gerado pelo carregamento cíclico. / [en] Considering the federal government s investment in the expansion of the railway network with the growth acceleration program (PAC2) and with the investment in logistics program (PIL), numerous surveys involving railways have been developed in the country, including in the area of materials, such as the rail ballast, object of study of this project. In parallel, research focused on computational modeling has been developed in order to optimize the evaluation of the behavior of materials. This dissertation aims to develop computational models to evaluate the ability of the discrete element method to reproduce the mechanical behavior of cyclically loaded rail ballast, based on a cyclic triaxial test. The study analyzed the mechanical behavior of two rail ballast granulometric distributions, the first being suggested by Indraratna et al. (2004), regarding changes to improve Australian regulations, while the second, uses the Brazilian legislation. The computational model was developed in WooDEM software (2012). Mechanical analysis of the rail ballast behavior was performed considering the coordinates of the particles in relation to time and depth in order to determine the displacement generated by the cyclic loading.

[pt] O presente estudo apresenta o comportamento dos solos reforçados com PET em pó e triturado, através de ensaios de laboratório. Foram utilizados três solos: um solo coluvionar, uma areia limpa e mal graduada e uma bentonita. Caracterização física, química e ensaios mecânicos (triaxiais CIU e cisalhamento direto) foram realizadas para cada material e misturas. O ensaio triaxial foi realizado em amostras de solo argiloso compactado com porcentagens de pó de PET de 0, 10, 20 e 30 por cento de PET triturado de 3,0 e 5,0 por cento, por seco peso de solo. Os ensaios triaxiais, em amostras de areia foram feitas a uma densidade relativa de 50 por cento e 10 por cento de teor de umidade, e com 0, 10 e 20 por cento de pó de PET, em relação ao peso seco do solo. Os ensaios de cisalhamento direto com bentonita foram feitos com porcentagens de 0 e 30 por cento de pó de PET e 3,0 e 5,0 por cento de PET triturado, por peso seco de solo. Os resultados mostraram que o teor de PET e nível de confinamento têm influência sobre o comportamento mecânico final das misturas. Com ambos os resíduos de PET, as misturas apresentam um comportamento satisfatório, aumentando ou mantendo os parâmetros de resistência ao cisalhamento semelhantes ao solo puro. Assim, para as misturas argilosos, a mistura com 30 por cento de pó de PET e a com 5 por cento de PET triturado são mais eficazes, uma vez que nelas observou-se maior melhora nos parâmetros de resistência. Para misturas de areia a inclusão PET é mais eficaz com 10 por cento de pó PET em tensões confinantes menores e umidade ótima de 10 por cento. Para misturas bentonita, a inserção de PET é mais eficaz para o PET triturado na porcentagem de 5 por cento. Portanto, o uso de resíduos de PET para o reforço do solo poderia minimizar os problemas atuais disposição do resíduo, contribuir com a redução do consumo de recursos naturais e dar um uso nobre para este material. / [en] This study presents the behavior of soils reinforced with crushed PET (Polyethylene Terephthalate) residue through experimental study. Three soils were used: a coluvionar soil, a clean and poorly graduated sand and a bentonite. Physical characterization, chemical and mechanical tests (isotropically consolidated-drained triaxial and direct shear) were performed for each material and mixtures. The triaxial test was performed on samples of clayey soil compacted within the maximum dry density and optimum moisture content with ratios of 0, 10, 20 and 30 per cent of fine crushed PET and 3,0 and 5,0 per cent of PET flakes, by dry weight of soil. The triaxial tests on sand samples were made to a relative density of 50 percent and 10 per cent of water content, and with 0, 10 and 20 percent fine crushed PET, by dry weight of soil. The direct shear tests with bentonite were made with ratios of 0 and 30 percent of fine crushed PET and 3,0 and 5,0 percent of PET flakes, by dry weight of soil. The results have shown that the PET content and level of confining stress have influence on the final mechanical behavior of the mixtures. With both residue of PET, the mixtures present a satisfactory behavior, increasing or maintaining the shear strength parameters similar to the pure soil. Thus, for the clayey mixtures, the fine crushed PET content of 30 percent and the PET flakes content of 5 percent are more effective, once they increase the strength parameters. For sandy mixtures the PET inclusions is more effective with 10 percent of fine crushed PET at lower confining stresses and the optimum content is 10 percent. For bentonite mixtures the PET inclusions is more effective for PET flakes and the optimum content is 5. Therefore, the use of PET waste for soil reinforcement could minimize the current problems of waste disposal, contribute with the reduction of consumption of natural resources and give a noble use for this material.

[pt] Este estudo apresenta o comportamento de solos reforçados com adição de pérolas de EPS (Poliestireno Expandido) através de estudo experimental. Os solos utilizados foram: um solo argiloso de origem coluvionar, uma areia limpa, mal graduada e bentonita. Foram realizados ensaios de caracterização física e de caracterização mecânica, como ensaios de compactação Proctor Normal, ensaios triaxiais consolidados isotropicamente drenados (CID) e ensaios de cisalhamento direto para buscar estabelecer padrões de comportamento que possam explicar a influência da adição de pérolas de EPS, relacionando-a com os parâmetros de resistência ao cisalhamento. Os ensaios triaxiais CID foram realizados em amostras de solo argiloso compactadas na densidade máxima seca e umidade ótima, com teores de pérolas de EPS de 0 por cento, 0,25 por cento, 0,50 por cento, 0,75 por cento e 1 por cento, em relação ao peso seco do solo e os ensaios triaxiais CID em amostras de areia foram realizados para uma densidade relativa de 50 por cento e umidade de 10 por cento, com teores de pérolas de EPS de 0 por cento, 0,50 por cento e 0,75 por cento, em relação ao peso seco do solo. Os ensaios de cisalhamento direto com bentonita foram realizados com teores de pérolas de EPS de 0 por cento, 0,50 por cento e 0,75 por cento, em relação ao peso seco do solo. Os resultados mostraram que o tipo de solo, o teor de pérolas de EPS e o nível de tensão confinante influenciam positivamente o comportamento mecânico final dos compósitos com relação aos parâmetros de resistência, porém não há uma tendência de comportamento bem definida ao analisar cada fator independentemente. Portanto, o uso de pérolas de EPS em obras geotécnicas de carregamento estático contribuiria com o menor consumo de material natural e a consequente redução dos custos de transporte e volume de material mobilizado. / [en] This study presents the behavior of soils reinforced with EPS (Expanded Polystyrene) beads through experimental study. The soils used were a coluvionar soil, a clean and barely graduated sand and bentonite. Physical characterization, Standard Proctor, consolidated drained triaxial and direct shear tests were performed to establish patterns of behavior that may explain the influence of the addition of expanded polystyrene beads, linking it with shear strength parameters. The CID triaxial was performed on samples of clayey soil compacted within the maximum dry density and optimum moisture content with expanded polystyrene beads ratios of 0 percent, 0.25 percent, 0.50 percent, 0.75 percent and 1 percent by dry weight of soil. CID triaxial tests on sand samples were made to a relative density of 50 per cent and 10 per cent of moisture content, with EPS beads ratios of 0 percent, 0.50 percent and 0.75 percent by dry weight of soil. The direct shear tests with bentonite were made with EPS beads ratios of 0 percent, 0.50 percent and 0.75 percent by dry weight of soil. The results showed that the kind of soil, the EPS content and level of confining stress level influence positively on the final mechanical behavior of the composites with respect to strength parameters, but there is no well-defined pattern of behavior to examine each factor independently. Therefore, the use of EPS beads in geotechnical works, contribute to lower consumption of natural material and the consequent reduction in transport costs and volume of mobilized material.

[pt] Os minerais evaporíticos formam as rochas e os depósitos evaporíticos. A maior parte a partir da evaporação da água por restrições de antigos oceanos. Os evaporitos hoje encontrados nos registros geológicos são de grande interesse para a indústria de mineração, como na produção de potássio em minas de carnalita e silvita, e para a exploração de petróleo, seja como rocha geradora, reservatório, selo ou elemento de estruturação do sistema petrolífero. Nesta dissertação foram analisadas amostras de evaporitos salinos de idade Aptiana oriundos da bacia de Sergipe-Alagoas, obtidos na única mina de potássio em operação no Brasil, desenvolvida atualmente pela Vale S.A.. Foi proposta uma metodologia de caracterização mineralógica e volumétrica para este tipo de material baseada em descrição macroscópica, análises de lâmina delgada, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), microtomografia de raios X, análise de radioatividade natural e porosimetria a hélio. Após a caracterização dos evaporitos, foram realizados ensaios de propagação de pulso ultrassônico e ensaios de compressão triaxial, a fim de determinar os módulos elásticos do material, principal objetivo desta dissertação. Ao final foram comparados os resultados dinâmicos (ensaio ultrassônico) com os resultados estáticos (ensaio triaxial), relacionando-os com a caracterização mineralógica e volumétrica feita anteriormente. Estes módulos elásticos, como o módulo de Young, são de grande importância e de aplicação direta na engenharia de petróleo, de perfuração, de mineração e geofísica. / [en] The evaporite minerals form the evaporite rocks and deposits. The major part has been deposited from evaporation of water in ancient restricted oceans. The evaporite deposits found in geological records today are of great interest to the mining industry, such as in potassium production in carnallite and sylvite mines, and oil exploration, either as source rock, reservoir, seal or structuring element of the petroleum system. In this dissertation samples of Aptian saline evaporite age from the Sergipe-Alagoas Basin, obtained in the only potash mine in operation in Brazil, currently developed by Vale S.A. were analyzed. A methodology for mineral and volume characterization for this type of material based on macroscopic description, thin section analysis, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), X-ray microtomography, natural radioactivity analysis and helium porosimetry is proposed on this work. Following this characterization, ultrasonic pulse propagation tests and triaxial compression tests were made in order to determine the dynamic and static elastic moduli of the material, respectively, the main objective of this dissertation. At the end we compare the dynamic results (ultrasonic tests) with static results (triaxial tests) relating them to the mineralogical and volumetric characterization made earlier. These elastic modulus, such Young s modulus, are very important in petroleum engineering, drilling, mining and geophysics.