[pt] Os depósitos de solo próximos à superfície podem influenciar significativamente a amplitude, duração e conteúdo de frequências do movimento causado por terremotos. A avaliação de danos causados pelos terremotos indica que os menores níveis de dano se produzem em edificações com fundação em solo rijo, enquanto que os maiores níveis de dano se produzem, em geral, em estruturas fundadas em solo mole. O objetivo desta pesquisa é analisar a resposta sísmica de três sítios conformados por solo mole de alta plasticidade não susceptíveis à liquefação, classificados como sítios tipo E ou F segundo a norma de construção International Building Code, cuja classificação é baseada na velocidade da onda cisalhante nos 30 primeiros metros do perfil de solo. Este estudo focou em realizar simulações numéricas, chamadas análises de resposta de sítio com terremotos de projeto em rocha determinados em função do estudo de ameaça sísmica local. Foram usados os programas de análise de propagação de ondas 1D SHAKE2000 e D-MOD2000. O primeiro incorpora o modelo de análise linear equivalente. O segundo é um programa de análise não linear baseado no modelo constitutivo hiperbólico MKZ, com capacidade de realizar análises em termos de tensões totais e em termos de tensões efetivas mediante modelos de degradação cíclica e geração e redistribuição de poropressão. Este estudo verificou que movimentos de alta intensidade propagados verticalmente através de um perfil de solo mole induz altos níveis de deformação cisalhante resultando em um maior amortecimento do solo o que produz a atenuação das acelerações. Na análise das histórias de deslocamento relativo, observou-se vários ciclos com deslocamentos máximos entre 12 e 24 cm, o que sugere que o deslocamento poderia ser um parâmetro mais representativo do potencial de dano do movimento, observando-se que o deslocamento, em oposição à aceleração, é amplificado à medida que a intensidade do movimento aumenta. / [en] Near surface soils can greatly influence the amplitude, duration, and frequency content of ground motions. The survey of damage caused by earthquakes indicates that the lowest levels of damage occur in structures founded on rock or hard soil, while most of the damage occurs usually in structures founded in soft soil sites. The scope of this research is to analyze the seismic response of three sites with high plasticity soft soil deposits not susceptible to liquefaction, classified as sites E or F according to the building code International Building Code, whose classification is defined by the time averaged shear wave velocity over the top 30 meters of the soil deposit. This study focused on generating data from numerical simulations, called site response analyses. To this end, design earthquakes on rock are determined considering the local seismic hazard. For this study the programs of one-dimensional wave propagation analysis SHAKE2000 and D-MOD2000 were used. The first one is a well known code for the equivalent linear method. The second, is a nonlinear analysis code based on the hyperbolic constitutive model MKZ, capable of performing analyses in terms of total stresses and in terms of effective stresses incorporating models of cyclic degradation and, generation and redistribution of pore pressure for sands and clays. This study verified that high intensity motions vertically propagated through a soft soil profile induce high levels of shear strain resulting in greater soil damping which produces the attenuation of the acceleration. From the analysis of the relative displacement histories of the ground, which shown many cycles with a maximum displacement between 12 and 24 cm, it is suggested that the displacement could be a more representative parameter of the potential of damage of strong motions, showing that the displacement, as opposed to the acceleration, is amplified as the intensity of the motion increases.

[pt] Um grande movimento de massa ocorrido em 28 de Março de 2013 no Porto de Santana, na região da foz do Rio Amazonas, no Amapá, motivou o estudo das características de compressibilidade de argilas moles a partir do material reconstituído. Os solos naturais diferem dos solos reconstituídos devido à influência da micro e macroestrutura. O conceito de linha de compressão intrínseca (ICL) proposto por Burland (1990) permite uma avaliação quantitativa da diferença no comportamento de compressão do solo nestas duas condições. Neste estudo, são analisados dois depósitos de solo mole da costa brasileira (Tijucas, SC e Porto de Santana, AP) e uma mistura artificial obtida em laboratório com caulim e bentonita na proporção de 98:2 em peso. Um total de 8 amostras são reconstituídas com teor de umidade igual a 1,25 vezes o limite de liquidez e submetidas a ensaios convencionais de adensamento (SIC - standard incremental consolidation tests). As curvas de adensamento das amostras reconstituídas apresentam boa concordância com a ICL proposta por Burland (1990), principalmente no intervalo de tensões de 100 a 1.000kPa. As análises evidenciam a presença de estrutura do solo natural, sendo encontrada uma maior influência nas argilas do Porto de Santana, as quais apresentam índice de vazios normalizado (Iv) de até 1,85. As correlações empíricas para obtenção dos parâmetros intrínsecos de compressibilidade e100 e Cc propostas por Burland (1990) não apresentaram bons ajustes para os resultados experimentais aqui reportados. / [en] A large mass movement occurred on March 28, 2013 at the Port of Santana, in the region of the mouth of the Amazon River in Amapá, motivated the study of compressibility characteristics of soft clays from the reconstituted material. Natural soils differ from reconstituted soils due to the influence of micro and macrostructure. The concept of the intrinsic compression line (ICL) proposed by Burland (1990) allows a quantitative evaluation of the difference in soil compression behavior in these two conditions. In this study, two soft clay deposits of the Brazilian coast (Tijucas, SC and Porto de Santana, AP) were analyzed and an artificial mixture made in the laboratory with kaolin and bentonite in the proportion of 98: 2 by weight. A total of 8 samples are reconstituted with moisture content equal to 1.25 times the liquid limit and subjected to conventional consolidation tests (SIC - standard incremental consolidation tests). The consolidation curves of the reconstituted samples show good agreement with the ICL proposed by Burland (1990), especially in the stress range of 100 to 1,000 kPa. The analyzes show the presence of natural soil structure, with a higher influence in the Santana Port clays which have a normalized void index (Iv) up to 1.85. The empirical correlations to obtain the intrinsic parameters of compressibility e 100 and Cc proposed by Burland (1990) did not present good adjustments for the experimental results here reported.

[pt] A presente dissertação contemplou o estudo de propriedades mecânicas de um solo Residual Biotita Gnaisse do Alto Leblon (Município do Rio de Janeiro) e o desenvolvimento de um equipamento triaxial para ensaios não saturados. Para o estudo do comportamento mecânico foi desenvolvido um programa experimental que envolveu: (a) ensaios de caracterização física; (b) caracterização mineralógica através da difratometria de Raio-X, microscopia óptica e Microscopia Digital; (c) determinação de propriedades não saturadas através da curva característica determinada utilizando o método do papel filtro, porosimetria de mercúrio e análise digital de imagem; (d) parâmetro de resistência ao cisalhamento através de ensaios triaxiais convencionais e não convencionais com controle de trajetória de tensões na condição saturada; (e) análise dos Módulos Iniciais com a utilização de sensores para a medição de deformação externa e interna (Eletronível tipo Imperial College) e os efeitos das trajetórias de tensões sobre os Módulos Iniciais. O equipamento Triaxial desenvolvido para ensaios na condição parcialmente saturada está equipado com um sistema de medição de variação de volume total do corpo de prova o qual está baseado no princípio de vasos comunicantes aliado a uma balança de precisão. Visando eliminar o efeito de dilatação, a câmara triaxial foi desenvolvida utilizando o artifício da câmara dupla. O equipamento encontra-se montado, porém não houve a possibilidade de sua validação devido a atrasos no processo de importação de componentes referentes ao controle, aplicação de pressões e aquisição de dados. / [en] This dissertation presents a study of the mechanical properties of biotite gneiss residual soil found at Alto Leblon, Rio de Janeiro, and the development of a triaxial equipment for unsaturated soil testing. An experimental program has been created to study the mechanical behaviour of soil. The methodology proposed by this campaign is: (a) physical characterization tests; (b) mineralogical characterization by X-Ray difratometry tests, optical microscopy and digital microscopy analysis; (c) study of unsaturated properties based on its moisture retention curve – which has been determined by using the filter paper method, the mercury intrusion porosimetry test and digital image analysis; (d) by obtaining shear strength parameter through conventional and unconventional triaxial tests using stress paths controlled at a saturated condition and; (e) by analyzing the Initial Modules using sensors to measure internal and external axial strain (Imperial College electrolevel) and to study the stress paths effects on Initial Modules. The triaxial equipment used in this research was specially developed for the study of unsaturated soils. It includes a system for measuring the total volume variation of the specimen. This system is based on the principle of communicating vessels and is associated with a precision balance. The triaxial chamber has been developed based upon the dual chamber principle to eliminate dilatation effects. The equipment has been set up, but its validation was not possible due to a delay in the importation process of control, pressure application and data acquisition components.

[pt] O solo grampeado ou solo pregado é uma técnica em que o reforço do maciço é obtido através da inclusão de elementos resistentes à tração, esforços cortantes e momentos de flexão. São apresentados a caracterização, instrumentação e monitoramento de uma escavação grampeada em uma encosta na cidade de Niterói (RJ). O talude possui altura superior a 30m em solo residual de gnaisse. A caracterização geotécnica compreendeu as fases de campo e laboratório. Para a caracterização de campo foram utilizados os dados de sondagens a percussão, mapeamento geológico- geotécnico e ensaios de arrancamento. No programa de vestigações de laboratório foram realizados ensaios com o objetivo obter parâmetros dos solos necessários ao estudo do desempenho da obra em solo grampeado. A instrumentação projetada foi composta por tell tales, inclinômetros e grampos instrumentados com strain gages. As informações relativas ao monitoramento demonstram que os tell tales comportam-se qualitativamente equivalente aos inclinômetos. Os grampos instrumentados permitiram o acompanhamento das cargas ao longo do processo de escavação. Adicionalmente foram realizadas simulações numéricas em termos de equilíbrio limite, que permitiram avaliar o fator da segurança da escavação ao longo da obra, e tensão deformação que reproduziram os deslocamentos na encosta e cargas nos grampos com erro em torno de 25%. O conhecimento do comportamento de um maciço de solo grampeado é fundamental para o aprimoramento das técnicas de projeto e execução de solo grampeado. / [en] Soil Nailing is a technique where the slope stability is gotten through traction resistant elements (nails). This research shows the characterization,instrumentation and monitoring of a high wall soil nailed excavation in Niterói (RIO DE JANEIRO). The slope heights more than 30m and the soil was characterized as residual gneiss. The geotechnical caracterization was divided into field and laboratory phases. The field data used was SPT test, geotechnical mapping and pull-out tests. The laboratory tests were selected to inquiry parameters to evaluate the behavior of a soil nailed wall. The designed instrumentation was composed of tell tales, inclinometers and nails with strain gauges. The comparative analyses show that the results obtaneid through tell tales are similar to those obtanied by the inclinometers. The instrumented nails had allowed to monitoring the development of loads during the soil excavation. Additionally, numerical simulations had been carried out to evaluate the safety factor during the excavation, and to predict displacements and loads in the nails with an error around 25%. The knowledge of the behavior of soil nailed excavation is essential for the desing and improvement of this technique.

[pt] A utilização de inclusões passivas para reforços de solos, comumente conhecida como solo grampeado, vem tendo aceitação crescente no meio geotécnico, em especial no sudeste do Brasil. Porém, esta técnica carece de estudos mais detalhados, em particular sobre a resistência ao arrancamento [qs] e sobre a influência de parâmetros tais como o tempo de cura da calda de cimento, o número de injeções, a lavagem do furo e o tipo de solo. Assim, nesta pesquisa, estudou-se o comportamento tensão- deformação-resistência de grampos sob solicitação de arrancamento, em função do método de instalação. Foram considerados grampos com e sem pré- lavagem do furo, com uma ou duas injeções de nata de cimento, com três ou dez dias de cura. Os grampos foram executados em solo residual (maduro ou jovem) e em rocha alterada de gnaisse na cidade de Niterói, RJ. Esta pesquisa apresenta uma metodologia de instrumentação de grampos. O monitoramento das deformações dos strain gages distribuídos ao longo do comprimento dos grampos forneceu ferramentas para se analisar os mecanismos de distribuição de carga e deformação dos grampos. Esta pesquisa propõe ainda uma metodologia a ser adotada em ensaios de arrancamento de grampos, enfocando-se os detalhes executivos. Alguns dos grampos ensaiados foram exumados e os resultados são apresentados, destacando-se os aspectos da superfície de arrancamento, a uniformidade do diâmetro, a presença de fissuras no grampo, e a litologia dos materiais encontrados ao longo do comprimento do grampo. Uma das principais conclusões é a de que o arrancamento de grampos re-injetados (bainha + 1 injeção) executados em solo residual maduro forneceu resistência ao arrancamento em média 37% superior à do grampo com 1 injeção (bainha). / [en] The use of passive inclusions for soil reinforcement, commonly known as soil nail, has experienced an increasing acceptance in the geothecnical projects, especially in the southeast of Brazil. However, this technique still lacks more detailed studies regarding the influence of different installation methods on the pullout resistance [qs]. This research was focused on the study of stress-strainstrength behavior of nails under pullout loading, under different installation procedures. A comprehensive series of pullout tests was carried out on nails installed in holes with and without pre-washing procedures, with one or two consecutive pre-injection steps os cement mortar and with curing time of three or ten days. Test nails were installed in residual gneissic soils with different degrees of weathering along a profile in the same slope in the city of Niterói, Brazil. This methodology developed for the instrumentation of test nails is described in detail. Several strain gages were installed on the nails, for monitoring the strain distribution along the length of the nails. Some of the tested nails were exhumed and observed in detail. This investigation reveals the aspects of the soil-nail interface, with special attention to the uniformity in diameter to the presence of fissures along the nail, and the litology of materials found along the length of the nail. One of the main findings of this experimental investigation is that the re-injection of nails in residual soil resulted in an average increase of 37% of the pullout resistance qs as compared to usual nails with no re-injection procedures. This research concludes with a proposal for a standard methodology to be adopted in nail´s pullout tests.

[pt] O estudo de fluxo saturado - não saturado em solos exige o conhecimento das funções de relação, como a curva característica (q x h) e a curva de condutividade hidráulica (K x h). Para determinar estas relações o presente trabalho utiliza o modelo de van Genuchten- Mualem, o qual está implementado numa ferramenta numérica que permite a utilização da retroanálise como método para determinação dos parâmetros do modelo. O principal objetivo deste trabalho é a avaliação de um método que permita a estimativa dos parâmetros do modelo de van Genuchten-Mualem, a partir de dados coletados em campo ou laboratório para, então, realizar-se a análise de fluxo saturado - não saturado e a estimativa dos parametros de van Genuchtem-Mualem. Finalmente, a as condições de fluxo saturado - não saturado em duas encostas foram simuladas, em duas e três dimensões, a fim de verificar a variação de fluxo nestes casos. / [en] The study of saturated and non saturated flow in soils requires the knowledge of relation functions, as water retention curve (q vs. h) and hydraulic conductivity curve (K vs. h).In order to determine these relations, this research uses van Genuchten-Mualem`s model, which is implemented on a numerical based method. This tool allows the inverse solution as a method to determine the parameters of the model. The main objective of this research is the evaluation of a method which allows the estimative of the required parameters by the chosen model, determined based on field or laboratory data, so then, based on these parameters, saturated and non- saturated flow analysis were carried out and the estimative of parameters of van Genuchten-Mualem`s model. Finally, saturated and non-saturated simulations were made on two slopes. These simulations were followed by 2D and 3D models, in order to verify the flow variation on these cases.

[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.

[pt] Esta tese apresenta um estudo sobre os efeitos do grau de intemperismo de um solo residual de gnaisse facoidal, em suas características física, química, mineralógica, microestrutural e de resistência. O objetivo da presente pesquisa é contribuir, por meio da avaliação de suas características, para o desenvolvimento de um Modelo Conceitual de Comportamento de Solos Residuais, considerando efeitos do grau de intemperismo no comportamento destes. Para tal foram realizados ensaios em três amostras de solos com diferentes graus de alteração, provenientes da mesma rocha de origem. Foram realizados, entre outros, ensaios de caracterização, ensaios de resistividade elétrica, calculados índices de intemperismo químico, analisada a composição mineralógica por meio de lupa binocular e equipamentos de difração de raio-x, realizada avaliação microestrutural por meio de microtomografia computadorizada, ensaios de resistência utilizando-se equipamento triaxial servo-controlado com instrumentação interna de bender elements, e análise da quebra de grãos após os ensaios de resistência. Os ensaios de resistência, realizados na prensa triaxial, com diferentes caminhos de tensões, foram interpretados utilizando-se a Teoria dos Estados Críticos. Observou-se que alguns ensaios de caracterização não se mostraram adequados para a avaliação do grau de intemperismo, para o solo estudado. Este fato pode estar associado à heterogeneidade do material, solo desenvolvido de rochas metamórficas gnáissicas quartzo-feldspáticas, e à dificuldade da coleta dos mesmos. Observou-se que, conforme menor o grau de alteração do solo, maior a resistividade do mesmo De modo geral, os solos estudados apresentaram uma envoltória de resistência única. Observou-se, ainda, que, conforme menor o grau de alteração do solo, maior a curva de plastificação do mesmo. Por meio dos resultados obtidos, verificou-se que a Teoria dos Estados Críticos pode ser aplicada no solo residual estudado. / [en] This thesis presents a study about the effects of the weathering degree of a phacoidal gneiss residual soil, in its physical, chemical, mineralogical, microstructural and resistance characteristics. The objective of the present research is to contribute, through the evaluation of its characteristics, to the development of a Conceptual Model of Residual Soil Behavior, considering the effects of the weathering degree on its behavior. For this, tests were carried out on three samples of soils with different weathering degrees, originating from the same rock. Some executed test were characterization tests, electrical resistivity tests, chemical weathering indexes calculation, mineralogical analysis using binocular magnifying glass and X-ray diffraction, microstructural evaluation by microtomography, resistance tests using triaxial servo-controlled equipment with internal instrumentation of bender elements, and grain break analysis after resistance tests. The resistance tests, realized in the triaxial press, with different stress path, were also interpreted using the Critical States Theory. It was observed that some characterization tests were not adequate for the weathering degree evaluation, for the studied soil. This fact may be associated with the soil heterogeneity, soil developed from metamorphic gneissic quartz feldspathic rocks, and the difficulty of collecting them. It was also observed that, the lower the soil weathering degree, the greater the resistivity of the soil. In general, the studied soils presented a unique resistance envelope. It was also observed that, the lower the soil weathering degree, the greater the soil yield curve. Through the obtained results, it was verified that the Critical States Theory can be applied in the residual soil studied.

[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] A determinação dos parâmetros hidráulicos não saturados em laboratório nem sempre representa efetivamente as situações observadas em campo, principalmente devido ao erro causado pelo efeito de escala. Nesse sentido, inúmeros ensaios de campo vêm sendo desenvolvidos, fazendo o uso de medidas de carga de pressão no tempo, para a determinação das propriedades hidráulicas não saturadas. No presente estudo, foi utilizado o ensaio de campo proposto por Velloso (2000), denominado Ensaio de Infiltração Monitorada (EIM). Neste ensaio é mantida uma carga constante, utilizando um permeâmetro tipo Gueplh, sendo monitorada, com o auxílio de um tensiômetro, a variação da sucção ocasionada pela frente de infiltração. Quando a variação da sucção no solo torna-se constante e próxima a zero, o ensaio atingiu, portanto, a condição de fluxo permanente, podendo-se assim finalizar o teste. Os parâmetros do solo e os respectivos parâmetros do modelo de Van Genuchten (1980), os quais descrevem a curva de saturação versus o potencial mátrico, são obtidos matematicamente, através da resolução do problema inverso. Nesse sentido, o objetivo principal do presente trabalho é realizar uma avaliação detalhada dos procedimentos numéricos e experimentais para uso no Ensaio de Infiltração Monitorada (EIM), seguindo as diretrizes e recomendações apontadas nos estudos anteriormente realizados. Desta forma, buscou-se um melhor entendimento do EIM, e para isto, foram realizadas: análises comparativas com resultados de ensaio de laboratório do tipo papel filtro; foi adicionado o monitoramento de umidade de solo durante o EIM; e foram utilizados diferentes métodos de estimativa de parâmetros. Os ensaios apresentados no presente estudo foram realizados em cinco áreas do Estado do Rio de Janeiro. / [en] The determination of unsaturated hydraulic parameters in laboratory tests is not always represents as observed on the field, especially because of the presence of errors caused by the scale factor. So, several field tests have been developed using suction measures with time for a determination of the unsaturated hydraulic properties. This research aims to use the field test proposed by Velloso (2000), called Monitored Infiltration Test (EIM) to determine the Soil Water Characteristic Curve. In this test the constant head is maintained, using a constant head permeameter and, at the same time, monitoring a variation of the suction caused by the infiltration front with a tensiometer. When a variation of the suction in the soil becomes constant and close to zero, then, the test reached a condition of permanent flow, being possible to finalize the procedure. In addition, the soil water characteristic curve (SWCC) and the respective Van Genuchten parameters, that describes a saturation curve versus the matric potential, are obtained mathematically by solving the inverse problem. In this context, the main objective of this research is to develop a detailed evaluation of the numerical and experimental procedures to use it in the Monitored Infiltration Test (EIM), following the guidelines and recommendations pointed out in previous studies in the area. Moreover, was sought a better understanding of EIM, and for this, comparative analyzes were performed with laboratory test results of the filter paper type. In addition, it was added the soil moisture monitoring during the EIM. Finally, was used many optimization methods for parameter estimation. The tests developed and presented in this research, were performed in five areas around the State of Rio de Janeiro.