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A extração e processamento de minério resultam na geração de elevadas quantidades de resíduos, cuja disposição gera impacto e risco ambiental. Nesta dissertação é apresentado um estudo referente às campanhas de investigação geotécnica em área de disposição de resíduos de bauxita, procedimento necessário à extração da alumina. Os estudos referem-se a resíduos do processamento da lama de lavagem de uma mina localizada no estado do Pará, depositados em forma de lama, em reservatórios ditos ARBs (Área de Resíduos de Bauxita). No presente trabalho foram utilizados dados de dois reservatórios de deposição, ARB #2 e ARB #3. Ênfase foi dada à interpretação de ensaios de piezocone em diferentes pontos da área de deposição de resíduos. A análise integrada entre a resistência à penetração, excesso de poro pressão e poro pressão de equilíbrio possibilitaram uma avaliação correta das condições de contorno do reservatório, com identificação precisa da posição do nível d’água (uo) no período de realização dos ensaios, bem como da estimativa dos parâmetros geotécnicos do resíduo expressos através da resistência ao cisalhamento não-drenada Ensaios de laboratório em equipamentos convencionais e equipamentos desenvolvidos especialmente para esse tipo de material complementaram as informações geotécnicas obtidas in situ. A análise conjunta dos ensaios de campo e de laboratório possibilitou a caracterização do resíduo e a estimativa de parâmetros constitutivos necessários a projetos geotécnicos e geo-ambientais nestes materiais. Uma nova metodologia foi proposta para identificação das condições de drenagem dos ensaios, com base na normalização dos resultados. Estes estudos sugeriram que os ensaios possam ser interpretados no espaço definido pela relação do parâmetro de velocidade V versus à resistência normalizada do cone, sendo V definido em função da velocidade de penetração do cone (v), diâmetro de sonda (d) e coeficiente de adensamento (Cv), expressa na forma adimensional como V = v.d/Cv. Com base na metodologia proposta é possível identificar, para áreas de deposição de resíduos, as condições de drenagem que, uma vez estabelecidas, permitem uma estimativa racional dos parâmetros constitutivos que controlam o comportamento geo-mecânico do resíduo. / Production and deposition of mining tailings is a problem confronting geotechnical engineers given the dimension of tailing deposits and their environmental risk assessment given the relevance of this topic. A case study reporting a site characterization programme in an area of disposal of tailings from bauxite mining operations is investigated in the present work. The studies focos on residues of a processing of the slime of washing of a mine located in the state of Pará, deposited in slime form in tailings called ARBs (Bauxite tailings), in particular from two tailings of deposition named, ARB #2 and ARB #3. Emphasis is given to the interpretation of piezocone tests carried out in different locations along these tailing dams. A combined interpretation of penetration resistance and pore pressure enabled boundary conditions in the dam to be established, with an accurate identification of the ground water pressure at the time of the testing programme. In addition, the piezocone data constitutive parameters of tailings to be predicted, expressed in terms of undrained shear strength Su . The laboratory testing in conventional equipment and an equipment especially developed to this type of material had complemented the geomechanical information obtained from the in situ tests. The combined analysis of the laboratory and field test made possible the characterization of the residue and the estimate of necessary constitutive parameters to geotecnical and geo-environment projects. A new methodology was offered to identify the drained conditions in residues which is basead on the normalization of test result in a space of normalized velocity V expressed as a fuction of normalized cone penetration. Values of U are defined as a function of cone penetration (v), diameter of the cone (d) and coefficient of consolidation (Cv), expressed in dimensionless form as V = v.d/Cv. Basead in this methodology drainage conditions have been established, giveng tthe posssibility of separating out the stress paths from drained, partially drained and undrained tests.

A extração e processamento de minério resultam na geração de elevadas quantidades de resíduos, cuja disposição gera impacto e risco ambiental. Nesta dissertação é apresentado um estudo referente às campanhas de investigação geotécnica em área de disposição de resíduos de bauxita, procedimento necessário à extração da alumina. Os estudos referem-se a resíduos do processamento da lama de lavagem de uma mina localizada no estado do Pará, depositados em forma de lama, em reservatórios ditos ARBs (Área de Resíduos de Bauxita). No presente trabalho foram utilizados dados de dois reservatórios de deposição, ARB #2 e ARB #3. Ênfase foi dada à interpretação de ensaios de piezocone em diferentes pontos da área de deposição de resíduos. A análise integrada entre a resistência à penetração, excesso de poro pressão e poro pressão de equilíbrio possibilitaram uma avaliação correta das condições de contorno do reservatório, com identificação precisa da posição do nível d’água (uo) no período de realização dos ensaios, bem como da estimativa dos parâmetros geotécnicos do resíduo expressos através da resistência ao cisalhamento não-drenada Ensaios de laboratório em equipamentos convencionais e equipamentos desenvolvidos especialmente para esse tipo de material complementaram as informações geotécnicas obtidas in situ. A análise conjunta dos ensaios de campo e de laboratório possibilitou a caracterização do resíduo e a estimativa de parâmetros constitutivos necessários a projetos geotécnicos e geo-ambientais nestes materiais. Uma nova metodologia foi proposta para identificação das condições de drenagem dos ensaios, com base na normalização dos resultados. Estes estudos sugeriram que os ensaios possam ser interpretados no espaço definido pela relação do parâmetro de velocidade V versus à resistência normalizada do cone, sendo V definido em função da velocidade de penetração do cone (v), diâmetro de sonda (d) e coeficiente de adensamento (Cv), expressa na forma adimensional como V = v.d/Cv. Com base na metodologia proposta é possível identificar, para áreas de deposição de resíduos, as condições de drenagem que, uma vez estabelecidas, permitem uma estimativa racional dos parâmetros constitutivos que controlam o comportamento geo-mecânico do resíduo. / Production and deposition of mining tailings is a problem confronting geotechnical engineers given the dimension of tailing deposits and their environmental risk assessment given the relevance of this topic. A case study reporting a site characterization programme in an area of disposal of tailings from bauxite mining operations is investigated in the present work. The studies focos on residues of a processing of the slime of washing of a mine located in the state of Pará, deposited in slime form in tailings called ARBs (Bauxite tailings), in particular from two tailings of deposition named, ARB #2 and ARB #3. Emphasis is given to the interpretation of piezocone tests carried out in different locations along these tailing dams. A combined interpretation of penetration resistance and pore pressure enabled boundary conditions in the dam to be established, with an accurate identification of the ground water pressure at the time of the testing programme. In addition, the piezocone data constitutive parameters of tailings to be predicted, expressed in terms of undrained shear strength Su . The laboratory testing in conventional equipment and an equipment especially developed to this type of material had complemented the geomechanical information obtained from the in situ tests. The combined analysis of the laboratory and field test made possible the characterization of the residue and the estimate of necessary constitutive parameters to geotecnical and geo-environment projects. A new methodology was offered to identify the drained conditions in residues which is basead on the normalization of test result in a space of normalized velocity V expressed as a fuction of normalized cone penetration. Values of U are defined as a function of cone penetration (v), diameter of the cone (d) and coefficient of consolidation (Cv), expressed in dimensionless form as V = v.d/Cv. Basead in this methodology drainage conditions have been established, giveng tthe posssibility of separating out the stress paths from drained, partially drained and undrained tests.

Os projetos de engenharia são geralmente executados com base em dados geológicos e geotécnicos provenientes de ensaios de campo, os quais permitem uma definição satisfatória da estratigrafia local. No entanto, em várias situações requer um modelo 3D o qual descreva a estratigrafia e as propriedades mecânicas dos materiais envolvidos. Em aplicações geotécnicas, estas informações são fundamentais para projetos de fundações, pavimentos, estabilidade de taludes, estruturas de contenção, análises de risco, entre outros. Neste contexto, técnicas geoestatísticas foram selecionadas para atender a necessidade da estimativa de modelagem 3D da estratigrafia e das propriedades mecânicas do solo. A eficiência dos métodos geoestatísticos foi testada em dois bancos de dados que apresentam características geológico-geotécnicas distintas, denominados de área urbana de Passo Fundo/BR e Roma/IT. Para a área urbana de Passo Fundo, foi disponibilizado um banco de dados composto por sondagens SPT sob as quais as técnicas geoestatísticas foram implementadas levando em conta uma particularidade dos dados, uma deriva vertical. As técnicas de krigagem universal e funções aleatórias intrínsecas foram propostas considerando que a krigagem ordinária não é apropriada para dados que apresentam fortes derivas. Ao final, obtiveram-se mapas das tipologias de solo provenientes destas técnicas, cujos resultados foram comparados qualitativa e quantitativamente. Os melhores resultados foram obtidos quando a krigagem universal foi implementada, já que o modelo da deriva foi apropriadamente ajustado nesta situação. No caso de diferentes bancos de dados, onde a deriva não é facilmente determinada, sugere-se o uso da função aleatória intrínseca de ordem k. Roma foi selecionada como uma área protótipo para o desenvolvimento de um modelo geológico do subsolo que pudesse incorporar informações geotécnicas físicas e mecânicas. O objetivo foi o de gerar mapas de risco da área urbana, que servissem como uma ferramenta para o planejamento urbano. Os métodos geoestatísticos foram utilizados para modelagem de dados geológicos e geotécnicos. O método de análise em componentes principais foi utilizado para a modelagem de múltiplas variáveis correlacionadas em um cenário isotópico, o que significa que as variáveis primária e secundárias estão disponíveis na mesma locação amostral. Este método auxiliou na escolha dos parâmetros correlacionados mais relevantes e na definição dos fatores para a estimativa do ângulo de atrito do solo. Diversas técnicas foram testadas para obter estimativas desta propriedade do solo, incluindo cokrigagem ordinária, krigagem ordinária e regressão linear múltipla. Ao final tais resultados foram confrontados. A metodologia de cokrigagem empregando os cinco primeiros fatores da análise em componentes principais e a escolha das granulometrias como variáveis secundárias, foram as duas melhores combinações que levaram aos melhores resultados da modelagem dos parâmetros geotécnicos. Uma proposta para modelagem do subsolo de Roma foi igualmene apresentada nesta tese, dando ênfase aos ganhos na construção deste modelo baseado em simulação plurigaussiana truncada. Os resultados da simulação foram comparados com um mapa geológico clássico, obtido por meio de árduo trabalho manual. O modelo geológico resultante foi utilizado para mapear a suscetibilidade do solo aos recalques. Este mapa auxiliou no zoneamento urbano e na mitigação de áreas onde as edificações já apresentavam patologias, assim como o centro histórico urbano de Roma. O modelo geológico 3D simulado apresentou uma excelente reprodução do modelo produzido manualmente, por intensa carga de trabalho. As principais vantagens alcançadas com a implementação da simulação plurigaussiana truncada podem ser resumidas na redução do tempo de trabalho, produzindo várias imagens equiprováveis da geologia e a possibilidade de acessar probabilisticamente os domínios geológicos. / Engineering projects use geological and geotechnical data derived from in situtests, allowing a satisfactory definition of the local stratigraphy. However, in various situation it is required a 3D model describing the stratigraphy and mechanical properties of the materials involved. In geotechnical applications, this information is essential for projects of foundations, pavements, slope stability, containment structures, risk analysis, among others. In this context, geostatistical techniques have been chosen to address the issues of 3D stratigraphic modelling and geotechnical properties estimation. The efficiency of the geostatisitical methods were tested at two database showing distinct geologic-geotechnical characteristics, namely the urban areas of Passo Fundo/BR and Rome/IT. For the urban area of Passo Fundo it was available database formed by SPT loggings, on which geostatistical techniques were implemented to account for a peculiarity of the data, a vertical drift. Universal kriging and intrinsic random functions were proposed since ordinary kriging is not appropriate in the presence of strong drift. At the end, maps of soil types were obtained from these techniques and the results were qualitatively and quantitatively compared. The best results were obtained when applying universal kriging, as the trend model was properly fitted to this case. In case of different data sets where the drift is not trivially determined, the intrinsic random function of order k method should be recommended. Rome was selected as a prototype area for the development of a geological model of the subsoil that could incorporate physical and mechanical geotechnical information. The aim was generate risk maps of the urban area providing an appropriate tool for urban planning. Geostatistical methods were used dealing with both information, geological and geotechnical ones. The method of principal component analysis simplified in modelling multiple correlated variables in an isotopic scenario, which means the primary and secondary data were available at same locations. The method assisted in choosing the most relevant correlated parameters and factors to estimate the soil friction angle. Several techniques were tested to obtain estimates of this soil property including ordinary cokriging, ordinary kriging and multiple linear regression. These results were compared. The cokriging approach using the first five main factors obtained from principal component analysis, and the choice of granulometrys as secondary variable were the two best combinations leading to the best results on the geotechnical parameters modeling. A proposal for modeling Rome subsoil was also presented in this thesis, emphasizing the gains in building this model based on truncated plurigaussian simulation. Simulation results were compared against classical geological map carried out by manual labour intensive processes. The derived geological model was used for mapping soil susceptibility of settlement. This map helped in urban zoning and mitigation of areas where building pathologies were identified such as the historical city center of Rome. Simulated 3D geological model presented an excellent reproduction of the labour intensive, manually produced models. The main advantages achieved with the implementation of the truncated plurigaussian simulation could be resumed as the reduced time to produce various equally probable geological images and assessing probabilistically the geological domains.

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A new constitutive model is proposed to describe the stress-strain-time behaviour of clays and organic soils. This approach is based on the framework of overstress viscoplastic theory and can be applied to any elastoplastic (inviscid) model.The most innovative idea of the proposed model is the identification of two components of strain for each deformation mechanism. In particular, in both the elastic and the plastic regimes a fast and a slow strain mechanism are assumed to be present. To this aim the constitutive model is based on two yield surfaces based on overstress viscoplasticity theory: one is quasi-instantaneous (for the fast part of plastic deformations) and the other is viscous (for the slow part of plastic deformations). This assumption permits the reliable simulation of the mechanical behaviour of a wide range of clayey soils: from inorganic clay (a.e. kaolinite and bentonite), to organic clays and peats. A further interesting aspect of the proposed model is the capability of simulate both the normally consolidated and the overconsolidated regime within a unique constitutive approach. An extensive experimental program on three different peaty soils has been performed to validate the constitutive model. The experimental tests include a wide range of oedometric tests (with very different loading conditions), and a series of triaxial tests conducted on NC and OC peats. The model has been validated also by simulating the settlements of a real embankment founded on a thick layer of organic clay.

Um dos maiores desafios da sociedade moderna é a descoberta de novas alternativas para a destinação de resíduos gerados em processos produtivos na indústria, que diminuam a degradação ambiental visando o progresso sustentável. A mudança na forma de enfrentar o problema, passando a valorizar o resíduo tratando-o com “status” de matéria-prima, através da incorporação em misturas asfálticas, minimiza a exploração de matéria-prima natural com ganho ambiental, tecnológico e econômico. Nesta pesquisa, aplicam-se métodos tradicionais de laboratório e de campo, que possibilitam avaliar o comportamento estrutural e ambiental da camada asfáltica com os resíduos industriais incorporados. Apresentam-se as propriedades avaliadas, comparando-as com propriedades usualmente verificadas em misturas do tipo cbuq, analisando as vantagens e desvantagens, a fim de estabelecer metodologia padronizada para avaliação do desempenho das misturas asfálticas estudadas, auxiliando àqueles que tem interesse na utilização de “ melhor compreensão da natureza dos materiais e quais propriedades necessitam ser avaliadas para possibilitar o seu uso em aplicações de pavimentos. A aplicação da metodologia Marshall, de ensaios de resistência à tração e módulo de resiliência mostraram comportamento mecânico adequado, e as relações de MR/Rt forneceram indicativo de leve aumento na rigidez e vida de fadiga semelhante às misturas convencionais Para avaliação ambiental os métodos empregados basearam-se nas exigências preconizadas pela ABNT, referentes à amostragem, classificação, lixiviação e solubilização de resíduos, não sendo observadas alterações na emissão de contaminantes. Os resultados mostraram o potencial da abordagem realizada, demonstrando que podem ser aplicados os mesmos métodos, procedimentos e equipamentos usualmente empregados na pavimentação rodoviária. Por fim, apresentam-se metodologia empregada na implantação de um trecho experimental, sob ação de cargas reais de tráfego e variações climáticas, e proposta de monitoramento ao longo da vida útil do pavimento, a fim de verificar o comportamento e estabelecer padrões de desempenho de misturas asfálticas incorporadas com resíduos industriais.

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Esta pesquisa tem por objetivo reunir, compilar e analisar as informações relacionadas à caracterização geotécnica dos depósitos de solos moles do Estado do Rio Grande do Sul, através de dados obtidos de pesquisas anteriores e de projetos de infra-estrutura. O conjunto das informações obtidas nesta dissertação constitui-se em um banco de dados valioso, no qual são disponibilizadas as principais propriedades geotécnicas de argilas e as correlações que possibilitam suas estimativas. O estudo foi dividido em duas regiões, nas quais a ocorrência destes solos é mais freqüente e o investimento em infra-estrutura é importante: Porto Alegre e Rio Grande. Dentro destas regiões, temos ainda algumas subdivisões de vários depósitos estudados, que fornecem as características particulares de cada região. O estudo conta com uma caracterização geológica e um histórico das formações dos solos moles do estado do Rio Grande do Sul. Um extenso levantamento dos índices físicos é apresentado para caracterização e comparação dos dois locais, através do qual são reunidas informações relacionadas a granulometria, índice de vazios, limites de Atterberg, peso especifico natural, umidade natural e outros. Os ensaios de laboratório forneceram o comportamento tensão-deformação-resistência para amostras retiradas dos locais de estudo, fornecendo os parâmetros indispensáveis à completa descrição do comportamento do material, como: resistência não-drenada ao cisalhamento, Su, índice de compressão, ângulo de atrito efetivo, coesão efetiva e nível de préadensamento, OCR. Correlacionando-se também alguns destes parâmetros, é possível estabelecer padrões de comportamento que são consistentes com outros locais já estudados nacional e internacionalmente. A análise dos ensaios de campo completa a caracterização dos depósitos, fornecendo uma visão geral dos perfis de subsolo. O cruzamento de dados de campo e laboratório possibilita o estabelecimento de correlações para a estimativa de Su e OCR para os depósitos. Resultados espúrios são desconsiderados nas análises apresentadas.

Um dos maiores desafios da sociedade moderna é a descoberta de novas alternativas para a destinação de resíduos gerados em processos produtivos na indústria, que diminuam a degradação ambiental visando o progresso sustentável. A mudança na forma de enfrentar o problema, passando a valorizar o resíduo tratando-o com “status” de matéria-prima, através da incorporação em misturas asfálticas, minimiza a exploração de matéria-prima natural com ganho ambiental, tecnológico e econômico. Nesta pesquisa, aplicam-se métodos tradicionais de laboratório e de campo, que possibilitam avaliar o comportamento estrutural e ambiental da camada asfáltica com os resíduos industriais incorporados. Apresentam-se as propriedades avaliadas, comparando-as com propriedades usualmente verificadas em misturas do tipo cbuq, analisando as vantagens e desvantagens, a fim de estabelecer metodologia padronizada para avaliação do desempenho das misturas asfálticas estudadas, auxiliando àqueles que tem interesse na utilização de “ melhor compreensão da natureza dos materiais e quais propriedades necessitam ser avaliadas para possibilitar o seu uso em aplicações de pavimentos. A aplicação da metodologia Marshall, de ensaios de resistência à tração e módulo de resiliência mostraram comportamento mecânico adequado, e as relações de MR/Rt forneceram indicativo de leve aumento na rigidez e vida de fadiga semelhante às misturas convencionais Para avaliação ambiental os métodos empregados basearam-se nas exigências preconizadas pela ABNT, referentes à amostragem, classificação, lixiviação e solubilização de resíduos, não sendo observadas alterações na emissão de contaminantes. Os resultados mostraram o potencial da abordagem realizada, demonstrando que podem ser aplicados os mesmos métodos, procedimentos e equipamentos usualmente empregados na pavimentação rodoviária. Por fim, apresentam-se metodologia empregada na implantação de um trecho experimental, sob ação de cargas reais de tráfego e variações climáticas, e proposta de monitoramento ao longo da vida útil do pavimento, a fim de verificar o comportamento e estabelecer padrões de desempenho de misturas asfálticas incorporadas com resíduos industriais.