[pt] Visando avaliar uma ferramenta numérica efetiva para resolução de problemas de estabilidade tridimensionais, a análise limite numérica foi estudada neste trabalho. Sua abordagem numérica requer o uso tanto do método dos elementos finitos quanto de programação matemática. Isto porque os teoremas da plasticidade, base da análise limite, podem ser colocados como problemas de otimização. No teorema do limite inferior, por exemplo, se deseja maximizar o fator de colapso, com o solo sujeito a condições de equilíbrio e ao critério de ruptura. O critério de ruptura utilizado foi o de Drucker-Prager. Neste trabalho, fez-se uso da programação cônica quadrática, conhecida por possibilitar a resolução de problemas de grande escala com muita eficiência. Empregou-se, para tanto, o solver Mosek. Além de ser possível determinar o fator de colapso, também se desenvolveu um método para calcular o fator de segurança da encosta. Ele reduz sucessivamente os parâmetros de resistência do solo, através do método de Newton-Raphson. Em casos de geometrias mais complexas, a formulação do problema teve que ser modificada. Uma força horizontal fictícia foi adicionada na condição de equilíbrio e unicamente ela foi majorada com o fator de colapso. Foi apenas através desta formulação que se pode simular a estabilidade de solos submetidos ao efeito de poropressão. A análise de fluxo foi simulada a parte no programa de elementos finitos desenvolvido por Miqueletto (2007). A resistência do solo depende dos valores de poropressão, que caracterizam os solos como saturados ou não saturados. / [en] Numerical limit analysis was studied in order to evaluate an effective numerical procedure to solve three-dimensional slope stability problems. This numerical approach utilizes finite element method and mathematical programming. Mathematical programming is needed because the plasticity theorems, basic theorems for limit analysis, can be cast as optimization problems. The lower bound theorem consists of finding the maximum collapse multiplier that will lead the soil to the imminence of collapse. The soil will still be restricted to equilibrium conditions and the yield criterion will have to be satisfied everywhere. Drucker- Prager was the yield criterion chosen. In this thesis, the optimization problem is reformulated as a second order cone programming (SOCP). SOCP is known to solve large-scale problems with great computational efficiency and we used the solver Mosek. The model calculates not only the collapse multiplier, but also the safety factor for the slope. A strength reduction scheme was proposed, based on the Newton-Raphson method. For complex geometries cases, a novel formulation was developed. A fictitious horizontal force was added at the equilibrium equation and uniquely this force was increased by the multiplier factor. It was only through this reformulation that it was possible to assess stability of slopes subjected to porepressure effects. The groundwater flow was simulated separately in a finite element program developed by Miqueletto (2007). The soil strength depends on porepressure values, which define soils as saturated or unsaturated.

[pt] A Lei da Política Nacional de Resíduos Sólidos exigiu a extinção dos lixões e aterros controlados nos municípios brasileiros. Embora a lei date de 2010, até agora a maioria dos municípios brasileiros ainda não conseguiu implantar aterros sanitários. A situação não é diferente no Estado de Roraima, onde nenhum de seus 15 (quinze) municípios possui um aterro sanitário em operação. Este trabalho visa a minimizar esta ocorrência, à medida que estuda as propriedades e índices geotécnicos de um solo siltoso de uma jazida do município de Rorainópolis que poderá ser empregado como material de construção de barreiras minerais de um possível Aterro Consorciado que atenderá os municípios que compõem a Região Metropolitana do Sul de Roraima, a saber: Rorainópolis, São João da Baliza, São Luís e Caroebe. O solo siltoso foi submetido a um extenso programa experimental que consistiu de ensaios de condutividade hidráulica, compressão simples e contração em corpos de prova, com diferentes relações massa-volume-umidade, compactados nas energias Proctor normal, intermediária e modificada. O programa experimental objetivou estabelecer uma faixa de variação de valores da relação massa-volume-umidade que atendesse aos critérios usualmente empregados na especificação de construção de barreiras minerais, i.e. condutividade hidráulica igual ou inferior a potência de 10 elevado a menos 9 m/s, resistência à compressão simples superior a 200 KPa e contração volumétrica inferior a 4 por cento. Os resultados do programa experimental demostraram que o solo deverá possuir um peso específico de 14,75 mais ou menos 0,5 KN/m ao cubo e um teor de umidade de 28,0 mais ou menos 3,0 por cento, a fim de atender aos critérios de condutividade hidráulica e resistência. Os resultados mostraram que não é possível atender ao critério de contração volumétrica, face à presença de argilominerais 2:1 na composição do solo estudado. Não obstante, é possível empregá-lo com essa finalidade, desde que cuidados sejam adotados para evitar a sua dessecação. Adicionalmente, foram determinados os parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo através de ensaios de cisalhamento direto a fim de possibilitar a análise de estabilidade de taludes. / [en] The Law of the National Solid Waste Policy demanded the extinction of controlled dumps and landfills in Brazilian municipalities. Although the date 2010 law, so far most municipalities have yet to deploy landfills. The situation is no different in the state of Roraima, where none of his fifteen (15) municipalities has a landfill in operation. This work aims to minimize this occurrence, as studying the properties and geotechnical contents of a clay soil deposit of Rorainópolis municipality that may be used as a building material mineral barriers of a possible Syndicated landfill that will serve the municipalities that make up the metropolitan area of southern Roraima, namely: Rorainópolis, São João da Baliza, São Luís and Caroebe. The clay soil was subjected to an comprehensive experimental program consisting of hydraulic conductivity tests, simple compression and contraction on specimens with different mass-volume-moisture relations, compacted in standard, intermediate and modified energies. The experimental program aimed to establishing a range of variation of volume-mass-moisture values that met the criteria usually employed in the construction specification of mineral barriers, i.e. hydraulic conductivity equal to or less than power from 10 high less 9 m / s, compressive resistance higher than 200 KPa and volumetric shrinkage of less than 4,0 per cent. The results of the experimental program demonstrated that the soil must have a specific weight of 14.75 more or less 0.5 KN / m to cube, and a moisture of 28.0 more or less 3.0 per cent content, in order to meet the criteria hydraulic conductivity and resistance. The results show that the volumetric shrinkage criterion cannot be meet due to the presence of 2: 1 clay soil composition studied. Nevertheless, it is possible to use it as a building material mineral barrier, as long as care is adopted to prevent desiccation. In addition it was determined the soil shear parameters of resistance through direct shear tests to enable the slope stability analysis.

[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] Este estudo analisa o caso de um aterro experimental construído em escala real ao lado de um estaqueamento, em um terreno composto por uma espessa camada de argila mole, situado na baixada de Jacarepaguá, Rio de Janeiro. No local do aterro, foi realizada uma vasta investigação geotécnica e um monitoramento composto por placas de recalque, piezômetros e inclinômetros instalados ao longo da profundidade do terreno e das estacas adjacentes ao aterro. O movimento horizontal do solo na extremidade do aterro devido à natureza assimétrica do carregamento gera esforços ao longo da profundidade das estacas instaladas na adjacência dessa sobrecarga. Esse fenômeno, conhecido na literatura brasileira como Efeito Tschebotarioff é influenciado por diversos fatores, entre eles pelo adensamento do solo, pelo efeito de grupo e pela distância do estaqueamento em relação à base do aterro, cujas análises de suas influências fazem parte do objetivo desse trabalho. A influência do adensamento no desenvolvimento dos deslocamentos horizontais em profundidade foi analisada com base nos resultados obtidos por meio da instrumentação de campo. Já as influências do efeito de grupo e da distância do estaqueamento em relação à base do aterro foram analisadas por meio de uma análise numérica bidimensional utilizando o programa Plaxis 2D. Os resultados da instrumentação mostraram que a razão entre os deslocamentos horizontais máximos e os recalques é de cerca de 0,16 ao longo de todo o alteamento do aterro. Com relação à modelagem numérica, seus resultados mostraram que o efeito de grupo pode reduzir os deslocamentos horizontais nas estacas traseiras em cerca de 14 por cento e os momentos fletores em até 58 por cento. Além disso, foi observado que os deslocamentos horizontais e esforços nas estacas somente podem ser considerados desprezíveis a partir de distâncias correspondentes a cerca de 2,5 vezes a espessura de solo mole. / [en] This study analyzes the case of an experimental embankment constructed in real scale alongside a pile group in a field composed of a thick layer of soft clay, located in the lowland of Jacarepaguá, Rio de Janeiro. The monitoring of the experiment was composed by settlement plates, piezometers and inclinometers installed throughout the depth of the ground and piles adjacent to the embankment. The horizontal movement of the soil at the border of the embankment generates stresses along the depth of the piles installed adjacent to the surcharge due to the asymmetric nature of this load. This phenomenon, known in the Brazilian literature as the Tschebotarioff Effect, is influenced by several factors. In this work, the influence factors that were studied are the soil consolidation, the group effect and the distance of the piles from the base of the embankment. The influence of the consolidation on the development of deep horizontal displacements was analyzed based on the results obtained through field instrumentation. On the other hand, the influence of the group effect and the distance of the piles from the embankment base were analyzed using a two-dimensional numerical analysis in the Plaxis 2D program. The results of the instrumentation showed that the ratio between the maximum horizontal displacements and the settlements is around 0,16 throughout the entire embankment elevation. Regarding numerical modeling, their results showed that the group effect can reduce horizontal displacements in the rear piles by around 14 per cent and the bending moments by up to 58 per cent. In addition, it has been observed that horizontal displacements and stresses on the piles can only be considered negligible from distances corresponding to about 2.5 times the soft soil thickness.

[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] O propósito do trabalho é avaliar a viabilidade técnica do uso de sondas tipo TDR e tensiômetros no monitoramento de encostas não saturadas. Com tais instrumentos, objetiva-se monitorar a variação da sucção mátrica e da umidade no solo em períodos chuvosos, visando aperfeiçoar os sistemas de alerta usados em áreas de risco e, consequentemente, minimizar perdas materiais e humanas. Para as medições, foram instalados uma estação meteorológica (munida de um pluviômetro, um datalogger, uma placa solar e uma antena para a transmissão de dados via internet), quatro sensores de umidade tipo TDR e um tensiômetro de alta capacidade em uma encosta localizada a montante da Faculdade de Medicina de Petrópolis, cidade da região serrana do estado do Rio de Janeiro. Foram registrados cerca de três meses de dados das sondas tipo TDR e, por conta de uma pane elétrica, apenas treze dias de dados do tensiômetro. As sondas tipo TDR apresentaram tempos de resposta rápidos, com nítidos aumentos de umidade volumétrica com o início de um evento chuvoso. Elas também apresentaram sensibilidade adequada para serem utilizadas em sistemas de alerta, sendo capazes de registrar alterações de umidade volumétrica com pequenos volumes de chuva. As curvas características encontradas através de ensaios de papel filtro mostraram um bom paralelo entre as sucções medidas diretamente pelo tensiômetro e aquelas obtidas indiretamente pelas sondas tipo TDR, através da conversão das umidades volumétricas em sucção. / [en] The purpose of this work is to evaluate the technical feasibility of using TDR probes and tensiometers to monitor unsaturated slopes. The objective is to monitor with these instruments the variation of matric suction and soil moisture during rainy periods, aiming to improve the warning systems used in hazardous areas and, consequently, to minimize human and material loss. For the measurements, a meteorological station (equipped with a rain gauge, a datalogger, a solar panel and an antenna for data transmission via internet), four TDR-type humidity sensors and a high capacity tensiometer were installed in a slope located in the University of Medicine of Petrópolis, city of the mountainous region of the state of Rio de Janeiro. Approximately three months of data were collected from the TDR probes and only thirteen days of tensiometer data due to a power outage. TDR-type probes showed fast response time, with clear increases in volumetric humidity with the beginning of a rainfall event. They also showed adequate sensitivity to be used in warning systems, being able to register changes in volumetric humidity with small precipitation amounts. The characteristic curves found by the filter method showed a good correlation with the suctions measured directly by the tensiometer and those obtained indirectly by the TDR probes, by converting the volumetric humidity into suction.

[pt] O estudo avalia o comportamento mecânico de uma areia reforçada com polímero, em comparação à areia pura. Foram realizados ensaios cisalhamento direto em amostras de areia pura e desta com a adição do copolímero de butadieno e estireno modificado (XSBR). O copolímero de butadieno e estireno é um elastômero composto de aproximadamente 75 porcento de butadieno e 25 porcento de estireno, presente em solução aquosa, sendo muito utilizada na indústria automobilística, para a produção de pneus. Pode ser produzido a partir dos processos de polimerização em emulsão ou polimerização em solução. A escolha destes materiais está relacionada às suas propriedades serem compatíveis as exigências para melhoramento de solos em obras geotécnicas. As amostras de areia com polímero apresentavam 50 porcento de densidade relativa, 10 porcento de umidade, nas proporções em volume água-polímero de 1:1, 1:2 e 1:4, sem tempo de cura, ou com tempos de cura de 24, 48, 72, 96, 576, 720 e 1080 horas. Foram constatadas melhorias nos parâmetros de resistência das amostras de areia com adição de polímero, em comparação aos parâmetros da areia pura, mostrando que a melhoria de solos com polímero é satisfatória para a aplicação em obras geotécnicas, como por exemplo: aterros sobre solos moles, solos de fundações superficiais e para a estabilidade de taludes. / [en] The study evaluates the mechanical behavior of a sand reinforced with polymer compared to pure sand. Direct-cut tests were carried out on pure sand samples and with the addition of modified styrene butadiene-styrene (XSBR) copolymer. The copolymer of butadiene and styrene is an elastomer composed of approximately 75 percent butadiene and 25 percent styrene, purchased in aqueous solution, being widely used in the automotive industry for the production of tires. It may be produced from the emulsion polymerization or solution polymerization processes. The choice of these materials is related to their properties being compatible the requirements for soil improvement in geotechnical works. Polymer sand samples had 50 percent relative density, 10% moisture, in water-polymer volume ratios of 1:1, 1:2 and 1:4, without curing time, or with times of cure 24, 48, 72, 96, 576, 720 and 1080 hours. Improvements in the resistance parameters of the sand samples with polymer addition were verified in comparison to the pure sand parameters, showing that the improvement of soils with polymers is satisfactory for the application in geotechnical works, such as: landfills on soft soils, soils of shallow foundations and for slope stability.

[pt] Os agrotóxicos são utilizados principalmente nas lavouras e se dispersam no ambiente após aplicação, interferindo na qualidade do ar através da volatilização. Esta é influenciada pelas características do solo, características do agrotóxico, condições climáticas, cobertura vegetal e manejo agrícola. O objetivo deste trabalho foi caracterizar com parâmetros geotécnicos quatro solos de diferentes texturas que serviram de base para estudos preliminares de volatilização do herbicida 2,4-D. As propriedades de cada solo são importantes para identificar quais os parâmetros que mais influenciam na volatilização. Estudos foram feitos para desenvolver a metodologia de medição e pesquisar variações de manejo que resultem na menor perda por volatilização. A metodologia adotada utilizou microcosmos preenchidos com os solos previamente acondicionados, simulando a densidade natural. Após a aplicação do 2,4-D, os produtos voláteis foram captados por um processo de aspiração suave para uma resina XAD-2 capaz de sorver o herbicida. O sistema não é fechado para evitar distorções ambientais na temperatura, umidade e no vento, de forma a simular as condições naturais do ambiente. A extração do 2,4-D na resina foi feita pela extração com diclorometano e N-hexano (1:1) e sua quantificação foi realizada através da análise em cromatógrafo líquido com detector UV. A abordagem experimental mostrou que a metodologia utilizada permite grande perda pela ação dos ventos, requerendo um aperfeiçoamento metodológico. Os experimentos em campo foram conduzidos com quatro solos distintos do Rio de Janeiro em que a exposição do herbicida 2,4-D foi feita em duas sucessões distintas: uma com aplicação no início do dia – noite e a outra com aplicação no início da noite – dia, ambas com exposição de 24 horas. Nos cromatogramas das amostras com exposição ao sol foi observado, além do 2,4-D, outro composto em concentrações maiores, indicando possível metabólito. Foi observado que o efeito da umidade intersticial é preponderante sobre os outros parâmetros do solo, como o teor de matéria orgânica, e a volatilização foi maior nos experimentos que começaram no início da manhã comparados aos experimentos iniciados no final da tarde. A captação de voláteis somando os valores medidos na resina e nas espumas de poliuretano mostraram que a máxima volatilização foi no solo arenoso de Tinguá no turno da manhã, enquanto que o mínimo foi no turno da tarde para o mesmo solo. A redução de produtos volatilizados não é só um prejuízo na perda do produto, mas sobretudo uma redução da contaminação aérea, que poderá reduzir a exposição da flora e fauna, assim como a saúde humana. / [en] Pesticides are mainly used in crops and are dispersed into the environment, affecting the quality of the air by volatilization. This is influenced by the characteristics of the soil, pesticide properties, climate conditions, vegetation and agricultural management. It was performed geotechnical caracterization in four different soil textures to use them for preliminary studies of 2,4-D s volatilization. The properties of each soil are important to identify the parameters that most influence the volatilization. Studies have been done to develop the measurement methodology and to study management changes that result in reduced volatilization loss. In microcosm filled with soils simulating natural density was applied the herbicide 2,4-D in field concentrations. Volatilization products were captured by a gentle aspiration device with a XAD-2 resin. The system is not closed to prevent environmental distortions of temperature, umidity and wind, in order to simulate the natural conditions of the environment. The 2,4-D extraction of the resin was performed by extraction with dichloromethane and n-hexane (1:1) and quantification was performed by analyzing a liquid chromatograph with UV detector. The experimental methodology used needs to be improved to have a higher capture efficiency with wind loss reduction. The field experiments were conducted with four different soils of Rio de Janeiro state where exposure of 2,4-D herbicide was made in two separate sequences: one application earlier in the morning and the other application in the late evening, both with 24 hours exposure. In the chromatograms of all samples with sun exposure was observed, in addition to 2,4-D, another compound with higher concentrations indicating a possible photodegradation metabolite. It was observed that the effect of interstitial moisture is predominant over other soil parameters and volatilization was higher in the early morning experiments compared to the experiments started in the late afternoon. Considering the sum of XAD-2 resin and PUF, the maximum volatilization at 24 hour exposure was in the sandy soil of Tinguá during the morning shift, while the minimum was in the afternoon for the same soil. The reduction of volatilized products is not only a manner to enhance agronomic efficiency but mainly to reduce air pollution with a decrease of toxic effects on flora and fauna as well in human health.

[pt] A cidade do Rio de Janeiro apresenta relevo acidentado e clima tropical. Os processos intempéricos que ocorrem na litologia geram os solos residuais e coluvionares. Tendo em vista a limitação espacial de áreas planas, a ocupação antrópica se direciona as áreas de encosta, onde estes solos estão presentes. Ao longo dos anos tem-se estudado que a maioria dos movimentos de massa da cidade do Rio de Janeiro estão relacionados à perda de sucção mátrica do solo. O presente trabalho visa, portanto, a obtenção de parâmetros hidráulicos dos solos não-saturados de maneira simples, rápida e pouco onerosa a fim de viabilizar estudos da infiltração de água em taludes. Para isso, foram estudadas 6 áreas ao longo do Rio de Janeiro, onde a escolha se baseou.na rocha de origem formadora dos solos residuais. Os ensaios do trabalho utilizados foram o Ensaio de Infiltração Monitorada (EIM) e caracterização física, e para efeitos comparativos também foram executados alguns ensaios de Guelph, papel filtro e permeabilidade saturada triaxial. O modelo de interpretação não-saturado usado foi o modelo de van Genutchen-Maulem, e a obtenção de três dos cinco parâmetros foi feita através de uma análise inversa. A curva a ser retroanalisada no ensaio é a série temporal da sucção mátrica. / [en] Rio de Janeiro city is sited on a rugged relief and has a tropical climate. The meteoric processes that take place on its lithology generate the residual and transported soils. Accounting for its limited flat urban space, its habitants tend to live in steep slope areas where such soils are present. For a long time studies have taken place to characterize mass movements and their conclusions relate most of them to the loss of soils matric suction. Therefore the study aims to obtain the unsaturated soil parameters in a simple, rapid and low cost way, which may help future studies of water infiltration on slopes. And thus, 6 locations in Rio de Janeiro were choosen based on the criteria of soil formation, attending different types of gneissic bedrocks. The constitutive model used was the van Genuchten and the method to obtain three of its five parameters was by solving an inverse problem. The curve to be optimized comes from the monitored infiltration test which consists on the record of the matric suction over a constant head infiltration test.