A rigidez a pequenas deformações e sua respectiva degradação são informações cruciais para se determinar parâmetros de projeto mais precisos. Apesar de sua importância, estas propriedades não são usualmente investigadas. Assim, o objetivo do presente trabalho foi de estudar a degradação da rigidez da areia de Osório artificialmente cimentada por meio de diferentes métodos de laboratório. A escolha por um material cimentado ocorreu baseada em apelos ambientais, econômicos e técnicos. O presente estudo também objetiva desenvolver e validar um sistema de Bender Elements (BE), que forneça resultados confiáveis na avaliação da degradação do solo. Pares de BE foram construídos para serem utilizados em testes de bancada e ensaios triaxiais. Além disso, um amplificador de sinal, assim como scripts foram desenvolvidos especialmente para a interpretação dos dados no domínio do tempo. O aumento da rigidez durante o processo de cura foi avaliado por meio da velocidade de onda cisalhante, medida pelos BE e por um equipamento de ondas ultrassônicas (UPV), sob condições de pressão atmosférica. Ensaios de degradação da rigidez, por sua vez, foram conduzidos em uma câmara triaxial especialmente modificada para a instalação dos BE Após sete dias de cura atmosférica, os corpos-de-prova foram cisalhados no equipamento triaxial modificado enquanto mudanças de rigidez eram obtidas por meio de testes de BE e instrumentação interna. Os resultados demonstraram que o sistema BE desenvolvido foi bem sucedido na avaliação da rigidez do solo estudado. A comparação entre os resultados do BE e UPV não foi conclusiva no que se refere à dependência do solo à frequência. A degradação do módulo obtida por ambas as metodologias apresentou uma adequada concordância para o corpo-deprova com menor quantidade de cimento. Módulos obtidos por BE foram pouco maiores que os obtidos por medidas internas. Ainda, a interpretação no domínio do tempo dos resultados de BE para corpos-de-prova cimentados, especialmente durante ensaios triaxiais, foi difícil de ser executada, reforçando a necessidade de se combinar diferentes métodos de interpretação quando BE forem utilizados. / Stiffness at small strains and its respective degradation are crucial information to determine more precise design parameters. Despite their importance, these properties are not usually investigated. Thus, the objective of the present work was to study the stiffness degradation of artificially cemented Osorio sand by means of different laboratory methods. The choice for a cemented material was based on environmental, economic, and technical appeals. The present study also aimed to develop and validate a Bender Elements (BE) system that can provide reliable results in the evaluation of soil degradation. BE pairs were built for bench and triaxial tests. In addition, a signal amplifier, as well as scripts were specially developed for the interpretation of data in the time domain. Increase in stiffness during the curing process was evaluated by shear wave velocity measured by BE and an ultrasonic pulse wave velocity (UPV) equipment under atmospheric pressure conditions. Stiffness degradation tests were conducted in a specially modified triaxial chamber for BE installation After seven days of atmospheric curing, specimens were sheared in the modified triaxial equipment, while stiffness changes were obtained by BE tests and internal instrumentation. The results showed that the developed BE system was capable of successfully evaluating the studied soil. The comparison between BE and UPV results was not conclusive regarding soil dependence on frequency. Shear module degradation obtained with the two methodologies presented an adequate agreement for the specimen with the smaller amount of cement. Shear moduli obtained with BE were slightly larger than those obtained with internal measurements. Also, BE results interpretation in the time domain for cemented specimens, especially in the triaxial tests, was difficult to perform, reinforcing the need to combine different interpretation methods when BE are used.

Fundações diretas submetidas a carregamentos de compressão vertical têm sido frequentemente ensaiadas e seus comportamentos já são bem conhecidos no ramo de projeto de fundações. Fundações submetidas à tração têm crescido em importância devido ao aumento de perspectivas de uso de fontes de energia renováveis tais como turbinas de energia eólica e não renováveis tais como plataformas petrolíferas, bem como torres de transmissão de energia, cujas cargas de tração podem ser de grande importância. Contudo, esforços de tração em fundações é ainda um tema não consolidado que merece atenção tanto quanto ao comportamento carga-deslocamento quanto ao s modos de ruptura, principalmente quanto ao potencial uso de camadas de solos reaterrados reforçados com fibras e ou cimentados. Para isso, ensaios triaxiais para obtenção de parâmetros de resistência da areia e da areia reforçada com fibras foram realizados e analisados. Uma metodologia para determinação do ângulo de atrito e da coesão de areia cimentada com e sem fibras também foi proposta, baseada apenas em resultados de ensaios de compressão simples e tração por compressão diametral, ensaios que podem ser realizados em praticamente todos os laboratórios de solos devido a sua simplicidade, sem a necessidade de execução de ensaios mais complexos como os triaxiais e de cisalhamento direto. Ensaios de arrancamento de placas circulares embutidas em camadas de areia, areia-fibra, areiacimento, e areia-cimento-fibra foram executados, a fim de se obter cargas de ruptura e acréscimo de resistência com o aumento dos agentes de reforço e também com o aumento da relação de embutimento da placa nas camadas de areia e areia reforçada. As formas de ruptura também são avaliadas através da exumação das camadas de solo após a realização dos ensaios em areia e areia reforçada com fibras. A metodologia proposta para determinação de ângulo de atrito e coesão através de ensaios de compressão simples e tração por compressão diametral se mostrou eficiente, com resultados satisfatórios dos materiais estudados. Resultados indicam aumento da força necessária para arrancamento das placas embutidas nas camadas de areia-cimento, areia-cimento-fibras e até mesmo nas camadas somente de areia-fibra, quando comparadas ao arrancamento de placas embutidas em areia. A forma de ruptura também se apresentou diferente na areia em relação ao solo tratado e reforçado, indicando a influência dos agentes cimentantes e de reforço não só na resistência, como também ocasionando uma mudança na forma de ruptura. / Shallow foundations submitted to vertical compression loading have been largely tested and their behavior is well understood in project conception. Foundations submitted to tension have growing importance with increasing perspectives of worldwide developments of new energy sources such as wind turbines farms and oil platforms, as well as for energy transmission towers, whose tension loads might be of great importance. However, vertical tension is a non-consolidated matter that deserves attention regarding general behavior and failure modes, mainly after potential use of fiberreinforced and/or cemented soils for backfilling. Triaxial testing was carried out in present research to establish strength parameters of sand and fiber-reinforced sand. A methodology to determinate friction angle and cohesion intercept of fiber-reinforced and non-reinforced artificially cemented sands, based on unconfined compression and splitting tensile test results, was developed in present research as an alternative to complex lab testing such as triaxial and simple shear tests, once it could be accomplished in any basic soil laboratory. Such methodology has been shown to be quite efficient. Pullout testing of circular plates embedded in layers of sand, fiber-reinforced sand, cemented sand and fiber-reinforced cemented sand were carried out in order to achieve increasing pullout forces after fiber-reinforcement of soils and/or due to soil stabilization with cement insertion. Results indicate a growth of pullout forces for artificially cemented sands, fiber-reinforced cemented sands and for fiber-reinforced sands, when compared to plain sands. Failure modes were assessed through exhumation of soil layers after testing was finished. Failure shapes were deeply affected by insertion of cement, fibers and increasing embedment depth.

Fundações diretas submetidas a carregamentos de compressão vertical têm sido frequentemente ensaiadas e seus comportamentos já são bem conhecidos no ramo de projeto de fundações. Fundações submetidas à tração têm crescido em importância devido ao aumento de perspectivas de uso de fontes de energia renováveis tais como turbinas de energia eólica e não renováveis tais como plataformas petrolíferas, bem como torres de transmissão de energia, cujas cargas de tração podem ser de grande importância. Contudo, esforços de tração em fundações é ainda um tema não consolidado que merece atenção tanto quanto ao comportamento carga-deslocamento quanto ao s modos de ruptura, principalmente quanto ao potencial uso de camadas de solos reaterrados reforçados com fibras e ou cimentados. Para isso, ensaios triaxiais para obtenção de parâmetros de resistência da areia e da areia reforçada com fibras foram realizados e analisados. Uma metodologia para determinação do ângulo de atrito e da coesão de areia cimentada com e sem fibras também foi proposta, baseada apenas em resultados de ensaios de compressão simples e tração por compressão diametral, ensaios que podem ser realizados em praticamente todos os laboratórios de solos devido a sua simplicidade, sem a necessidade de execução de ensaios mais complexos como os triaxiais e de cisalhamento direto. Ensaios de arrancamento de placas circulares embutidas em camadas de areia, areia-fibra, areiacimento, e areia-cimento-fibra foram executados, a fim de se obter cargas de ruptura e acréscimo de resistência com o aumento dos agentes de reforço e também com o aumento da relação de embutimento da placa nas camadas de areia e areia reforçada. As formas de ruptura também são avaliadas através da exumação das camadas de solo após a realização dos ensaios em areia e areia reforçada com fibras. A metodologia proposta para determinação de ângulo de atrito e coesão através de ensaios de compressão simples e tração por compressão diametral se mostrou eficiente, com resultados satisfatórios dos materiais estudados. Resultados indicam aumento da força necessária para arrancamento das placas embutidas nas camadas de areia-cimento, areia-cimento-fibras e até mesmo nas camadas somente de areia-fibra, quando comparadas ao arrancamento de placas embutidas em areia. A forma de ruptura também se apresentou diferente na areia em relação ao solo tratado e reforçado, indicando a influência dos agentes cimentantes e de reforço não só na resistência, como também ocasionando uma mudança na forma de ruptura. / Shallow foundations submitted to vertical compression loading have been largely tested and their behavior is well understood in project conception. Foundations submitted to tension have growing importance with increasing perspectives of worldwide developments of new energy sources such as wind turbines farms and oil platforms, as well as for energy transmission towers, whose tension loads might be of great importance. However, vertical tension is a non-consolidated matter that deserves attention regarding general behavior and failure modes, mainly after potential use of fiberreinforced and/or cemented soils for backfilling. Triaxial testing was carried out in present research to establish strength parameters of sand and fiber-reinforced sand. A methodology to determinate friction angle and cohesion intercept of fiber-reinforced and non-reinforced artificially cemented sands, based on unconfined compression and splitting tensile test results, was developed in present research as an alternative to complex lab testing such as triaxial and simple shear tests, once it could be accomplished in any basic soil laboratory. Such methodology has been shown to be quite efficient. Pullout testing of circular plates embedded in layers of sand, fiber-reinforced sand, cemented sand and fiber-reinforced cemented sand were carried out in order to achieve increasing pullout forces after fiber-reinforcement of soils and/or due to soil stabilization with cement insertion. Results indicate a growth of pullout forces for artificially cemented sands, fiber-reinforced cemented sands and for fiber-reinforced sands, when compared to plain sands. Failure modes were assessed through exhumation of soil layers after testing was finished. Failure shapes were deeply affected by insertion of cement, fibers and increasing embedment depth.

[pt] O presente trabalho apresenta um estudo do comportamento mecânico de um solo argiloso e um solo residual, submetidos a ensaios com temperaturas entre 20ºC e 70ºC. O programa experimental envolveu ensaios de caracterização (limites de Atterberg), ensaios de adensamento com carregamento incremental (SIC), triaxiais não drenados (CIU) e de cisalhamento direto. Para a realização dos ensaios de limites de Atterberg, as amostras foram previamente aquecidas em estufa. Para a realização dos ensaios de adensamento, triaxiais e de cisalhamento direto, foram desenvolvidos sistemas de aquecimento, controle e distribuição térmica, para garantir ao corpo de prova uma uniformidade da temperatura preestabelecida. Uma metodologia de calibração do sistema de aquecimento foi desenvolvida para se determinar o tempo necessário para o equilíbrio térmico dos solos. Houve também a preocupação com a calibração prévia dos instrumentos eletrônicos da prensa triaxial (transdutores e célula de carga) na temperatura dos ensaios. Na faixa de temperatura estudada, o preaquecimento não têm influência nos resultados de limites do solo argiloso. Os ensaios de adensamento revelaram que o aquecimento leva a um aumento da compressibilidade do solo, assim como um aumento da velocidade de adensamento. Nos ensaios triaxiais, observou-se que o aumento da temperatura causa um aumento da resistência dos materiais, além de reduzir o excesso de poropressões gerado durante o cisalhamento não drenado. Os ensaios de cisalhamento direto confirmaram a tendência de aumento da resistência observada nos ensaios triaxiais, além de indicar uma redução da deformabilidade volumétrica durante o cisalhamento. / [en] The subject matter of this thesis is the study of the mechanical behavior of clay and residual soils subjected to a series of tests with temperatures ranging from 20 to 70ºC. The experimental program consisted of Atterberg limits, consolidation tests with incremental loading (SIC), triaxial consolidated undrained tests (CIU) and direct shear tests on both soil types under saturated conditions. Samples for Atterberg limit tests have been pre-heated in oven to the specified temperature. Heating control and thermal distribution systems have been specially developed for insuring an homogeneous temperature throughout the consolidation, triaxial and direct shear tests. The thermal balance times for the two soils were achieved by means of a calibration method developed for the heating system. Transducers and load cell calibration were carefully calibrated acording to the temperature range for the testing program. It may be concluded that pre-heating to temperatures below 70ºC has no influence on the Atterberg limits results for both soils. Consolidation tests have shown that heating on samples leads to an increase in compressibility and also on the coefficient of consolidation. From the triaxial tests it was observed that an increase in temperature leads to an increase in strength and to smaller excess porepressures during undrained shear tests. The increase in shear strenght with temperature observed on triaxial tests was also confirmed by direct shear tests. These effects were more significant in clay than in residual soil.