Avaliam-se dois elementos finitos triangulares de três nós para o teorema estático da análise limite considerando o material de Mohr-Coulomb sob estado plano de deformação. Um elemento, denominado Local Equilibrium Triangle (LET), satisfaz as equações de equilíbrio no sentido diferencial e o outro, denominado Global Equilibrium Triangle (GET), satisfaz o equilíbrio no sentido integral de acordo com o princípio dos deslocamentos virtuais. As equações de equilíbrio e as inequações do critério de escoamento, expressas em termos das tensões nodais, são tratadas como restrições de um problema de otimização cuja função objetivo é definida pelo carregamento. Em ambos elementos o campo de tensão não viola o critério de escoamento. A programação não linear resultante é resolvida pelo DOT e a linear, decorrente da linearização local da superfície de escoamento, pelo XpressMP. Os modelos de elementos finitos são avaliados com relação a ordem de convergência, acurácia, custo computacional e simplicidade de uso, considerando-se efeitos da discretização (seleção do domínio, distorção do elemento, arranjo e refinamento da malha), aproximação da superfície de escoamento, parâmetros de resistência e técnica de programação matemática empregada. Estimativas numéricas da carga limite inferior são executadas em problemas geotécnicos de expansão de cilindro sob pressão interna, capacidade de carga de fundações superficiais, pressão lateral em estruturas de contenção e colapso plástico de taludes.

O objetivo deste trabalho é apresentar aspectos e diretrizes para a modelagem de túneis e estruturas subterrâneas pelo Método dos Elementos Finitos. Secundariamente, existe a proposta de se verificar a adequabilidade do programa TOCHNOG como uma ferramenta computacional para a resolução de problemas de natureza geotécnica. Uma revisão bibliográfica sobre as práticas correntes de previsão de comportamento do solo frente às escavações é apresentada com o intuito de subsidiar as análises numéricas. São abordadas questões sobre o comportamento do suporte da escavação e métodos de obtenção de esforços solicitantes, bem como sobre modelos constitutivos comumente utilizados em análises numéricas. Simulações numéricas são realizadas com o intuito de fornecer subsídios para a modelagem e o refinamento de uma malha de elementos finitos, além de critérios para utilização de elementos sólidos e de viga. O fluxo de tensões principais no suporte da escavação é estudado com o objetivo de subsidiar a concepção da geometria de uma escavação e dirimir dúvidas quando ao emprego do arco invertido provisório em túneis em solos. Por fim, uma retro-análise do Túnel Paraíso do Metrô de São Paulo é realizada, empregando-se os modelos constitutivos de Mohr-Coulomb e Cam-Clay Modificado para representar o solo e a técnica de amolecimento de miolo para reproduzir o efeito tridimensional do arqueamento de tensões. Comentários são realizados com o objetivo de fomentar futuras pesquisas na área.

Alguns solos apresentam capacidade de suporte suficiente para atuar, na condição não saturada, como base ou sub-base de estruturas de pavimentos. A capacidade de suporte destas camadas de solo compactado pode ser bastante afetada pelas intempéries, uma vez que estas últimas têm o potencial de provocar variações no grau de saturação. O aumento do grau de saturação implica na redução da sucção e, conseqüentemente, na perda de resistência mecânica dos solos. Deste modo, barreiras de fluxo em geossintéticos apresentam-se como uma opção interessante para o problema, evitando a infiltração da fase de água e, conseqüentemente, a variação do teor de umidade nas camadas de solo de estruturas de pavimento, o que assegura, ao longo do tempo, as características obtidas pelo processo de compactação. Neste trabalho são estudados os fluxos de ar e da fase de água, incitados por gradientes térmicos, no interior de solos encapsulados com geossintéticos. Análises numéricas para um modelo de fluxo heterotérmico unidimensional em meios porosos foram realizadas. Uma metodologia de ensaio também é descrita, permitindo, então, discutir a aplicabilidade do modelo teórico na compreensão da influência da migração de umidade no comportamento de camadas de solo protegido por barreiras sintéticas.

No presente estudo, contextualizado no campo dos solos não saturados, realiza-se uma análise acerca dos solos tropicais com base no trinômio sucção mátrica/gênese dos solos (tratada pelo uso do método MCT)/granulometria, por meio do estabelecimento de dois fatores de diferenciação de solos tropicais, e também da observação do desenvolvimento de curvas de retenção de água obtidas experimentalmente, bem como utilizando-se os modelos de Fredlund e Xing e de Mualem. Dispondo-se das curvas de retenção de água obtidas em laboratório, consegue-se estabelecer as equações representativas destas curvas, assim como os parâmetros hídricos: condutividade hidráulica do solo não saturado, condutividade hidráulica relativa, difusividade solo-água e razão de mobilidade hídrica, sendo este último um parâmetro também elaborado neste trabalho. As curvas de retenção de água foram obtidas anteriormente através de um equipamento de sucção do tipo extrator de pressão de Richards, operando na faixa de sucção de 0 a 500 kPa. Realiza-se, adicionalmente, um estudo sobre o comportamento de solos tropicais nas proximidades da saturação, para três solos tropicais de gêneses distintas, por meio da determinação de curvas de retenção de água obtidas a partir de um equipamento do tipo funil de placa porosa operando na faixa de sucção de 0 a 10 kPa, conduzindo à elaboração do fator susceptibilidade dos solos tropicais à erosão hídrica. Por último, busca-se comprovar a hipótese da existência de sucção residual em solos lateríticos por meio da realização de microscopias estereoscópica, petrográfica ótica e eletrônica de varredura em um solo laterítico, bem como de ensaios de difração de raio X e de análise química. Portanto, a pesquisa procura focar as principais diferenças comportamentais existentes entre os solos tropicais lateríticos, transicionais e não lateríticos quanto à sucção mátrica, gênese e granulometria, face à presença da água, por intermédio de uma análise dos fenômenos de retenção, mobilidade e erosão hídricas.

Objetivando galgar um maior conhecimento das propriedades geotécnicas dos solos tropicais, a presente tese introduz um estudo de solos de textura fina, plintíticos e concrecionados coletados em obras aeroportuárias na Amazônia Legal, empregando-se as metodologias classificatórias MCT e Reliliente, além das de caracterização e de análise mineralógica da fração areia. Para os ensaios triaxiais dinâmicos, desenvolveu-se um novo equipamento inteiramente nacional e monitorado por microcomputador, o qual permite testar corpos de prova com 5, 10 ou 15 cm de diâmetro, de modo a tratar as amostras praticamente em sua granulometria real. Enfoques adicionais são efetuados sobre a transformação dos solos plintíticos submetidos a diferentes ciclos de secagem-molhagem, e sobre o caráter qualitativo da estrutura e estabilidade dos solos lateríticos concrecionados, através de curvas de Compactação Total e diagramas de Imersão em Água. Apresenta-se, também, a realidade aeroportuária e de materiais da região, executando-se um tratamento estatístico e apreciação de dados levantados em estudos referentes à implantação de aeroportos, conduzindo à discretização de materiais e à definição de macro-zonas com diferentes aptidões geotécnicas. Os resultados alcançados, além de propiciarem uma visão global das características e propriedades dos solos típicos da Amazônia, permitem o estabelecimento de novos padrões de comportamento geotécnico e critérios MCT/Resiliente adaptados para a seleção adequada desses materiais, com vistas a seu uso racional em camadas de pavimentos.

O estudo das características geológicas e geotécnicas de solos é muito importante e a escassez de publicações a respeito do comportamento de solos constituintes da região do Vale do Paraíba aumenta a necessidade de estudos para esta região. O trabalho apresenta uma revisão dos estudos mais recentes reslizados na região e suas novas denominações geológicas, investiga as características físicas, os principais materiais constituintes e o comportamento mecânico de uma amostra de solo argilo-arenoso submetida a ensaios de laboratório. As propriedades dos solos são avaliadas através de resultados de ensaios tanto de laboratório quanto de campo, onde valores típicos são obtidos. Os resultados obtidos em laboratório são comparados com as estimativas de comportamento, ou correlações, da Bacia Sedimentar Terciária de São Paulo.O solo estudado provém de amostra indeformada extraída da bacia do Rio Paraíba do Sul da porção denominada membro Presidente Dutram Formação Pindamonhangaba, constituinte da Bacia do Taubaté. Ao longo desta dissertação são descritos os ensaios efetuados para a identificação do material atrsavés de ensaios de granulometria e limites de Atterberg, ensaios de difração de raios-x, e análise por microscopia eletrônica, além da determinação dos parâmetros de comportamento mecânico através de ensaios de adensamento unidirecional, cisalhamento direto e compressão triaxial.

O presente trabalho traz os resultados de um estudo que visou introduzir um procedimento para o controle da qualidade de compactação de obras viárias executadas com solos lateríticos de textura fina, empregando-se o ensaio DCP (Dynamic Cone Penetrometer), o qual permite estimar-se valores de CBR "in-situ". Inicialmente, visando aprimorar-se a correlação envolvendo os índices CBR e DCP, procedeu-se à aferição dos equipamentos empregados no estudo, de modo a minimizar-se os erros inerentes a cada ensaio e, conseqüentemente, obter-se resultados que pudessem ser considerados válidos do ponto de vista da confiabilidade metrológica. Posteriormente, foram selecionadas as amostras, representativas dos solos lateríticos de textura fina, as quais comporiam o espaço amostral tratado na análise. Obteve-se, a seguir, correlações CBR x DCP para as 4 amostras selecionadas, verificando-se se haveria a existência de uma correlação única válida para qualquer tipo de solo ou para solos de uma mesma classe pedológica ou, em última análise, se para cada amostragem do solo existiria uma específica àquele material. Finalmente, foram testadas outras potencialidades de utilização do ensaio DCP em obras viárias, tais como a avaliação da colapsividade de solos porosos, a avaliação e discretização estrutural de pavimentos existentes, a flutuação de resistência de camadas estruturais em função da sazonalidade de condições climáticas e a análise da eficiência de compactação de equipamentos de terraplanagem, além do confronto de resultados de campo versus laboratório. As conclusões apresentadas mostram o elevado grau de aplicabilidade do procedimento proposto para uso do ensaio DCP em obras viárias.

Um elemento finito triangular de três nós é desenvolvido a partir do princípio dos deslocamentos virtuais, com o campo das tensões reais e o dos deslocamentos virtuais independentes entre si e linearmente aproximados. As equações de equilíbrio discretizadas são escritas em termos de tensões nodais. O elemento é aplicado na avaliação da carga de colapso de problemas em estado plano de deformação, usando o teorema estático da análise limite. O escoamento do material é idealizado segundo o critério de Mohr-Coulomb. No processo de maximização da carga de colapso, as equações de equilíbrio discretizadas compõem, concomitantemente com as inequações linearizadas associadas ao critério de escoamento nodal, um problema de programação linear que é resolvido pelo Simplex Revisado. O elemento é apresentado sem recorrer a integrações numéricas, é de simples implementação computacional e produz resultados satisfatórios.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um método numérico para análise de problemas parabólicos, como o transporte advectivo-dispersivo de contaminantes no solo e como o adensamento. O método é baseado no conceito das equações adjuntas, sendo uma das possíveis extensões do ELLAM, um dos métodos mais promissores na garantia de convergência em problemas envolvendo números de Courant e Peclet elevados. O objetivo do trabalho é fornecer subsídios para o desenvolvimento futuro de métodos de grande precisão para o estudo de fenômenos acoplados, como o transporte de contaminantes em solos sob adensamento, que deve acontecer em argilas sob aterros sanitários. Desenvolveu-se inicialmente uma implementação do ELLAM com funções de interpolação fixas no tempo-espaço, mais apropriadas para problemas geotécnicos. Uma verificação numérica de sua ordem de convergência mostrou que este tipo de formulação sofre de limitações no número de Courant maiores que a formulação do ELLAM vigente. Posteriormente, desenvolveu-se um método de adjuntos localizados com polinômios de segundo grau (SOLAM - Second Order Localized Adjoint Method). Observou-se que o método também sofre de limitações de convergência para números de Courant e Peclet elevados; no entanto, o método apresentou desempenho para o problema do adensamento em meios heterogêneos superior ao dos métodos de elementos finitos, o que o torna adequado para o estudo de problemas acoplados.

O trabalho apresenta novas considerações sobra a implantação de pavimentos urbanos de baixo volume de tráfego a partir da análise dos resultados da construção e avaliação de um trecho de pavimento com camadas estruturais de solos transicionais, implantado na área urbana de Guaratinguetá, Estado de São Paulo. Sobre este pavimento foram realizados, periodicamente, ensaios de determinação dos teores de umidade das camadas, penetração com Cone de Penetração Dinâmica - (DCP) e medidas deflectométricas com a viga Benkelman. São apresentados, também, os resultados de ensaios de CBR e DCP realizados, em laboratório, sobre amostras de solos transicionais da região do Vale do Paraíba, os quais permitiram estabelecer uma relação entre esses índices de resistência, possibilitando efetuar-se estimativas dos valores CBR das camadas do pavimento construído a partir de ensaios DCP realizados no mesmo. Com base nos resultados da avaliação, apresenta-se a pertinente classificação do pavimento e faz-se uma revisão da sua capacidade estrutural utilizando-se métodos fundamentados em ensaios DCP. Apresenta-se um quadro comparativo entre os custos do pavimento objeto de estudo e de outras estruturas comumente executadas nos municípios da região do Vale do Paraíba. Avalia-se os procedimentos construtivos adotados pela equipe técnica da Prefeitura de Guaratinguetá e suas conseqüências sobre a estrutura do pavimento, efetuando-se algumas recomendações e sugestões sobre o procedimento de estudos geotécnicos e técnicas de execução e de controle tecnológico em obras viárias da natureza considerada. Finalmente, demonstra-se ser viável técnica e economicamente a construção de pavimentos urbanos utilizando-se solos transicionais em camadas estruturais.