Made available in DSpace on 2016-12-23T14:05:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camila Loss dos Santos Cunha.pdf: 1837978 bytes, checksum: 3b4c8a5f811b16b50cafa9b37b221389 (MD5) Previous issue date: 2012-12-20 / Most theories in geotechnical engineering have been proposed and are applied to pure clay and clean sand and not deal with problems involving soil mixtures. However, due to variability of soil found in nature, there is essential for more knowledge of geotechnical properties of mixtures of clay and sand. This study collected published research about geotechnical behavior of mixtures of clay and sand to evaluate experimental results using the normalization proposed by Castello and Polido (1994). These equations quantify the influence of sandy fractions in plasticity and one-dimensional compressibility of clay and sand mixtures with different fractions on the total mass of the dry mixture. And, these equations have been proposed for clays with "same sandy", where compression occurs exclusively in the clay matrix, in a practically uniform and without stress concentration. The results of onecompression dimensional tests, molded into samples in the laboratory for different mixtures of clay and sand, evaluated in this study, indicates a linear relationship between the values of index compression primary and the fraction of fines in mixtures with clay and sand in percentages over 20% clay. The same tendency was observed in the variation of the Atterberg limits with the fraction of fines in different mixtures of clay and sand, since these index properties are correlated with the compressibility of the fines soil. In this case, the identification clays with "same sandy" are valid and the sandy fraction can be considered inert in the mixture of clay and sand. Is also studied in this work, the correlations published in the literature of values of Atterberg limits and the relative values of index compression primary to different mixtures of clayey soils / A maior parte das teorias em engenharia geotécnica foram propostas e são aplicáveis a argilas puras e areias puras e não tratam de problemas envolvendo misturas de solos; porém, devido à variabilidade dos solos encontrados na natureza, verifica-se a necessidade de um maior conhecimento das propriedades geotécnicas de misturas de argila e areia. Este trabalho reuniu pesquisas publicadas sobre o comportamento geotécnico de misturas de argila e areia a fim de avaliar, por meio de resultados experimentais as normalizações propostas por Castello e Polido (1994). Essas equações permitem quantificar a influência de frações arenosas na plasticidade e compressibilidade unidimensional de misturas de argila e areia com diferentes frações relativas à massa total seca da mistura. E foram propostas para argilas pouco arenosas , onde a compressão ocorre exclusivamente na matriz argilosa, de forma praticamente uniforme e sem concentração de tensões. Os resultados dos ensaios de compressão unidimensional, em amostras moldadas em laboratório para diferentes misturas de argila e areia ora avaliados indicam uma relação linear entre os valores do índice de compressão primária e a fração de finos nas misturas de argila e areia com porcentagens superiores a 20% de fração de finos. A mesma tendência foi observada na variação dos valores dos limites de Atterberg com a fração de finos em diferentes misturas de argila e areia, uma vez que tais propriedades índices estão correlacionadas com a compressibilidade dos solos finos. Nesse caso, é válida a identificação de argila pouco arenosa e a fração arenosa pode ser considerada inerte na mistura; são avaliadas também as correlações publicadas na literatura entre valores dos limites de Atterberg e os correspondentes valores de índice de compressão primária de diferentes solos argilosos

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:08:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao de Mestrado - Santorio.pdf: 761767 bytes, checksum: 38b4688b7c7a1c1838e736c58f9e1ed6 (MD5) Previous issue date: 2002-12-17 / Neste trabalho, um novo esquema de discretização, para o método de volumes finitos, denominado FLEX, foi proposto para a simulação de problemas governados por equações diferenciais do tipo elíptico e hiperbólico. Seu desempenho foi avaliado através de problemas testes oriundos da literatura de métodos numéricos e por testes construídos ao longo do trabalho. O novo esquema mostrou características de convergência e estabilidade compatíveis e comparáveis aos esquemas tradicionais de Diferença Central, Power Law e Flux-Spline. Sua precisão mostrou-se depender do tipo de problema físico. Problemas físicos governados por equações diferenciais parciais elípticas envolvendo convecção-difusão, que possuem uma distribuição da variável fluxo, similar àquela proposta pelo esquema FLEX, apresentaram uma solução com um nível de erro menor, em comparação com os esquemas restantes. No caso de problemas tradicionais desta classe, onde não haja a presença de tal característica específica, os resultados se mostraram intermediários. Para problemas hiperbólicos, mesmo com uma pobre discretização em termos de diferença finita para o termo transiente, o novo esquema mostrou características interessantes para a simulação deste tipo de fenômeno, no sentido de, mesmo para malhas não refinadas, convergir para a solução de referência numa taxa maior que os dois outros esquemas aqui mencionados e usados na comparação. / In this report, a new scheme of discretization for the method of finite bulks, called FLEX which was proposed for a simulation of problems ruled by differential equations as type of elliptic and hyperbolic. Its performance was appraised through tests from the literature of numeric methods and through tests developed for all the report. The new scheme showed features of convergence and compatible and comparable stabilities to the traditional schemes of Central Difference, Power Law and Flux-Spline . Its accuracy appeared to depend on the type de physical problem. Physical problems ruled by differential partial elliptic equations implied convectiondiffusion which owns a distribution of the variable flux like one purpose by the FLEX scheme which showed a solution with the level of the error minor, in comparison with the remaining schemes. In the traditional problems case of this class, where there isn t the presence with this specific featuring the results proved to be intermediaries. To hyperbolic problems even with a poor discretization within limits of finite difference to the transient term the new scheme appeared interesting features for a simulation of this kind of phenomena in the same sense to non-refined mails to converge to the solution of reference in the rate greater than the others two schemes which were mentioned here and used in the comparison.

Tradicionalmente, a análise de problemas da Engenharia Geotécnica esteve apoiada nos conceitos da Mecânica dos Solos, desenvolvida por Terzaghi, na Teoria da Elasticidade e nas teorias de análise limite. Este trabalho busca explorar uma abordagem que deveria ser mais utilizada neste tipo de problema, voltada à utilização de modelos constitutivos mais completos para a caracterização dos solos. Os aspectos teóricos e práticos deste tema são discutidos, dando destaque especial para sua implementação e seu desenvolvimento no âmbito do Método dos Elementos Finitos. Seguindo uma breve discussão sobre as principais características dos solos, os modelos constitutivos mais utilizados na Engenharia Geotécnica são apresentados. Em particular, os modelos Mohr-Coulomb e Cam-clay. Na seqüência são definidas as equações de Biot para o adensamento, objetivando sua utilização em um programa de elementos finitos, no caso o ADINA. Na segunda parte do trabalho, três estudos são realizados. O primeiro busca comparar os resultados obtidos por Nader (1993), para um solo siltoso submetido a diferentes trajetórias de tensão, com aqueles fornecidos pelos modelos Mohr–Coulomb e Cam-clay modificado, indicando os principais desvios encontrados. Na seqüência, analisa-se o problema de determinação do coeficiente N para obtenção da capacidade de carga do solo, no caso de sapatas corridas. Neste estudo, realizado através do ADINA, o modelo Mohr–Coulomb é utilizado, e a influência do ângulo de atrito (), do ângulo de dilatação () e da rugosidade da face inferior da sapata são pesquisadas. As dificuldades numéricas presentes quando a lei de fluxo é não associada são, também, discutidas. Finalmente, o problema de escavação de valas é discutido. O caráter evolutivo deste tipo de análise, o estudo do adensamento e a pesquisa da influência do coeficiente de empuxo em repouso (Ko) na resposta do problema são explorados. Neste caso, o modelo Cam-clay modificado é escolhido para realização de um conjunto de análises. A partir destes três estudos pode-se perceber a importância de utilizar modelos constitutivos mais representativos do comportamento dos solos, para reproduzir mais satisfatoriamente sua resposta. Neste trabalho cumpriu-se, também, o objetivo de confirmar a eficiência do ADINA como ferramenta computacional para resolução de problemas relevantes da Engenharia Geotécnica. / Traditionally, the solution of Geotechnical Engineering problems was supported by Soil Mechanics concepts, developed by Terzaghi, Elasticity Theory and the limit analysis theories. This work tries to explore an unusual approach, which concerns the use of complete constitutive models for soils description. Both theoretical and practical aspects of the theme are discussed, with special attention devoted to the Finite Element implementation and development. Following a brief discussion about soil characteristics, the constitutive models usually used on Geotechnical Engineering are presented. In particular, the Mohr-Coulomb and Cam-clay models are explored in details. The theoretical presentation is concluded by establishing the Biot equations for consolidation problems, observing its using on a finite element program, ADINA for instance. On the second part of the work, three studies are carried out. The first one tries to compare the triaxial response of a silty soil when subjected to different stress paths, described by Nader (1993), with the results achieved when the Mohr-Coulomb and the modified Cam-clay models are used, showing the main differences. After that, computations of the bearing-capacity factor N have been made in order to evaluate the bearing-capacity for strip foundations. On this study, also solved in ADINA, the Mohr-Coulomb model is used, and the friction angle (), dilation angle () and footing roughness effects on the response are investigated. It is also discussed the numerical difficulties observed when non-associative conditions are applied. Finally, the retaining wall problem is explored. The evolution aspect of the problem, the consolidation study and the pre-excavation earth pressure coefficient (Ko) effects are also discussed. On this case, the modified Cam-clay model is chosen for several analyses. From these three studies it was noticed that in order to reproduce satisfactorily soil response, it is fundamental to chose representative constitutive models of soil behaviour. Also, this work accomplished the aim of confirming ADINA as an efficient skill to relevant Geotechnical Engineering problems solution.

Seguindo a linha de pesquisa de novos materiais geotécnicos, na busca por soluções técnicas a partir do uso de materiais alternativos, o presente estudo avaliou sob enfoque geotécnico o comportamento do resíduo de uma fábrica recicladora de papel localizada no estado do Rio Grande do Sul, Brasil. O objetivo do trabalho consistiu em caracterizar o resíduo e identificar suas propriedades no que se refere ao seu desempenho mecânico e hidráulico, a partir de um programa de ensaios de laboratório. O resíduo in natura possui uma umidade de 256 %, sendo composto de matéria orgânica (de 40 a 45 %), cargas minerais (principalmente caulinita e calcita) e água. As análises para a determinação dos parâmetros de deformabilidade, resistência e condutividade hidráulica foram feitas utilizando-se como variável os valores de umidade de aproximadamente 190, 160 e 130 %. Os parâmetros de compressibilidade unidimensional das amostras do resíduo não apresentaram variabilidade significativa com a variação da umidade de moldagem, obtendo-se valores médios elevados para os índices de compressão (Cc) e descarregamento (Cd) e para os coeficientes de adensamento (Cv), indicativos da alta compressibilidade característica do material. Para a determinação dos parâmetros de resistência do material foram realizados ensaios triaxiais nãodrenados. O ângulo de atrito interno obtido foi de ф’= 53,5°. Durante os ensaios triaxiais foram realizadas medições da condutividade hidráulica antes da fase de cisalhamento das amostras. Os coeficientes de condutividade hidráulica, medidos na fase pré-cisalhamento, atingiram valores da ordem de 10-9 m/s. A capacidade de atingir baixos valores de condutividade hidráulica é uma característica relevante do comportamento deste material e indica a possibilidade de ser utilizado como um material geotécnico alternativo em substituição aos materiais convencionais utilizados em coberturas impermeáveis de aterros (cover liners). / Following the line of research of new geotechnical materials, aiming new technical solutions using alternative materials, the present research evaluated, under geotechnical understanding, the behavior of the waste sludge from a paper recycling plant in Rio Grande do Sul, Brazil. The objective of this research aimed the characterization and the identification of the waste properties – mechanical and hydraulic performance, through laboratory tests. The natural waste has 256% of water content, and is composed by organic matter (ranging from 40 to 45 %), mineral charges (mainly Kaolinite and Calcite) and water. The tests for the determination of deformability, strength and hydraulic conductivity parameters were carried out under 190%, 160% and 130 % of water content. The one-dimensional compressibility parameters of the waste sludge did not show a significant variability with the variation of the molding water content, where the average values were high for the compression (Cc) and swelling (Cd) coefficients as well as for the consolidation coefficient (Cv), which can be considered as an indicative of high compressibility (characteristic of the material). For the determination of the strength parameters of the material, it was carried out undrained triaxial tests. The internal friction angle was ф’= 53,5°. During the triaxial tests, measurements of hydraulic conductivity were performed, previously shearing. The hydraulic conductivity coefficients measured during the pre-shearing phase, reached values around 10-9 m/s. The capacity for reaching low values of hydraulic conductivity is a considerable characteristic of the behavior of this material, what shows the possibility of its use as an alternative geotechnical material substituting the conventional materials used as cover liners

Em virtude da presença cada vez mais frequente de solicitações cíclicas nas estruturas de engenharia e do aprimoramento da análise de projetos, os ensaios em solos sob carregamentos cíclicos tiveram seu interesse renovado nos últimos anos. Os ensaios de laboratório são realizados de forma que simulem, da melhor maneira possível, as condições observadas em campo. Tais condições auxiliam na escolha dos ensaios a serem conduzidos para a determinação de parâmetros geotécnicos relevantes a cada situação observada em campo. Dentre os ensaios empregados na Engenharia Geotécnica, destaca-se o simple shear. Este ensaio é conhecido e utilizado para medir a resistência ao cisalhamento e a rigidez de solos. Este é o único ensaio de laboratório capaz de submeter uma amostra a condições de deformação plana sob volume constante e permitir a rotação das tensões principais. Tais condições são frequentemente representativas em diversas situações em campo como, por exemplo, o modo de cisalhamento adjacente ao fuste de uma estaca ou sob plataformas offshore com base gravitacional. Nesse contexto, um equipamento foi desenvolvido para a realização de ensaios do tipo simple shear. O aparato conta com uma câmara, na qual é aplicada pressão à amostra de solo. Diferenciando-se do equipamento comercial para tais ensaios, que emprega uma membrana com anéis metálicos, a amostra de solo neste equipamento é envolta por uma membrana de látex, o que possibilita a consolidação de forma isotrópica ou anisotrópica. Quanto ao carregamento, o equipamento desenvolvido permite que o carregamento seja realizado de forma monotônica ou clíclica. Quando do carregamento cíclico, este pode ainda ser realizado de forma a se manter a tensão controlada ou a deformação. Foram conduzidos ensaios de calibração e validação do equipamento empregando-se uma areia fina de granulometria uniforme cujas propriedades são amplamente conhecidas através de outros ensaios. Os resultados obtidos foram então comparados com estudos no mesmo material em equipamentos triaxiais, cisalhamento direto e outro simple shear. Os resultados mostraram-se satisfatórios, validando o equipamento desenvolvido. / In view of the ever more frequent presence of the cyclic solicitations on Engineering structures and the enhancement of design analysis, the soil testing under cyclic loading conditions had its interest renewed in the last years. The laboratory tests are conduced in a way that simulates, in the best way possible, the observed field conditions. Said conditions aid on the choice of the tests to be conducted in order to determinate the relevant geomechanics parameters.to each situation observed on the field. Among the employed tests in Geotechnical Engineering, it is highlighted the simple shear. This test is known and used to measure the shear strength and soil righty. This is the only laboratory test capable of submitting the sample to plane strain conditions under constant volume and allows the main stress rotations. Said conditions are frequently representative in many field situations, such as, the adjacent shear mechanism to the shaft of a pile or, under offshore platforms with gravitational base. In this context, a equipment was developed to perform simple shear tests. The apparatus has a chamber, in which it is applied confining pressure to the soil sample. Contrasting from the commercial equipment for said tests, that uses a membrane with metallic rings, in this equipment the soil sample is involved by a latex membrane, allowing the consolidation being carried out isotropically or anisotropically. The loading on this equipment can be conduced on monotonic or cyclic conditions. The cyclic loading can even be conduced by controlling the deformation or the stress. Calibration and validation testes where conduced on the equipment using a fine sand of uniform granulometry which properties are largely known through other tests. The obtained results where then compared to other tests carried out on the same material in triaxial tests, direct shear and other simple shear, The results obtained were considered satisfactory, validating the developed equipment.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-02-03T12:15:23Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstudoInfluenciaResiduo.pdf: 6119348 bytes, checksum: e11eab670c90d5102f9f90fb8a23591e (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-02-07T16:40:10Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstudoInfluenciaResiduo.pdf: 6119348 bytes, checksum: e11eab670c90d5102f9f90fb8a23591e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-07T16:40:10Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstudoInfluenciaResiduo.pdf: 6119348 bytes, checksum: e11eab670c90d5102f9f90fb8a23591e (MD5) Previous issue date: 2016-11-25 / Com o desenvolvimento da sociedade industrial, a demanda de materia prima vem sofrendo constantes aumentos ao longo das ultimas decadas. Atrelado a este desenvolvimento ocorre a geracao de residuos, que no caso do cobre aproximadamente 1% do solo e explorado e transformado em cobre comercial, os outros 99% se tornam residuos do processo, sendo depositado em bacias de contencao, onde estima-se em 90 milhoes de toneladas a quantidade contida na planta de Canaa dos Carajas, de onde o residuo deste trabalho foi obtido. Isto ocasiona custos elevados de construcao e manutencao, alem de gerar um passivo ambiental perigoso. Neste trabalho objetivou-se avaliar a adicao de residuo da mineracao do cobre em substituicao do agregado miudo em CA. No projeto de dosagem verificou-se que o teor de 10% de residuo em substituicao ao agregado miudo, mais precisamente 7,73% (obtido por regressao), como a proporcao que melhor se adequou as propriedades Marshall, inclusive com menor teor de CAP em relacao as demais, fato este proporcionado pelo tipo de finos do residuo. De uma maneira geral as propriedades mecanicas medidas nao foram alteradas pela presenca do residuo, excecao feita aos os dados de fadiga, onde as misturas de 20% e 25% apresentaram desempenho superior, principalmente pelo motivo dos valores de modulo de resiliencia serem estatisticamente iguais. Os dados reologicos, frente a classificacao Superpav, tambem se mostraram inalterados, assim como a espessura de revestimento dada na simulacao no SisPav, ficando na ordem dos 5 cm. Ao analisar o potencial de utilizacao do residuo, chegou-se a conclusao positiva quanto ao aspecto tecnologico, ambiental e economico, com possibilidade de consumo de mais de 1.500.000 de toneladas nas vias proximas ao projeto, alem da economia com consumo de CAP e cimento Portland para correcao do traco. / With the development of industrial society, the demand for raw material has been increasing steadily over the last decades. Linked to this development occurs the generation of residues, which in the case of copper approximately 1% of the soil is exploited and transformed into commercial copper, the other 99% become waste of the process, being deposited in containment basins, where it is estimated 90 million tons the quantity contained in the Canaa dos Carajas plant, from where the residue of this work was obtained. This leads to high construction and maintenance costs, as well as generating a hazardous environmental liability. The objective of this work was to evaluate the addition of copper mining residue in replacement of the small aggregate in CA. In the dosage design it was verified that the content of 10% of residue in substitution to the small aggregate, more precisely 7.73% (obtained by regression), as the proportion that best suited the Marshall properties, even with lower CAP content In relation to the others, fact this provided by the type of fines of the residue. In general, the measured mechanical properties were not altered by the presence of the residue, except for the fatigue data, where the 20% and 25% mixtures showed superior performance, mainly because the resilience modulus values were statistically the same. The rheological data, compared to Superpav classification, were also unchanged, as well as the coating thickness given in the simulation in the SisPav, being in the order of 5 cm. In analyzing the potential for the use of waste, a positive conclusion was reached regarding the technological, environmental and economic aspects, with the possibility of consumption of more than 1.500.000 tons in roads close to the project, besides the economy with CAP consumption and Portland cement for trace correction.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:28:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3005962 bytes, checksum: 87f1474174c7da22d53a8bb248747b0d (MD5) Previous issue date: 2006-08-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / With the increasing use of the rocks as dimension stones, the necessity of an adequate technological characterization of these materials becomes necessary. This work presents the results of a technological characterization of eighteen Brazilian rock types commonly used as dimension stones. The test were carried out according to Brazilian and American standards (ASTM) and encompass physical characterization; uniaxial compression strength; impact strength; traction strength determination at bending tests; uniaxial compressive strength after freezing and thawing cycling; wave velocity. For five rock types previously selected, rock samples were submitted to chemical attack, with three different substances. Thin sections of these rock types were also analyzed. Only the results obtained for the rock type named Piracema White satisfy the suggestions by ASTM (1999) and FRAZÃO & FARJALLAT (1995, 1996). Chemical attack for all rock types tested has shown changes both into physical appearance and into mechanical and physical properties. Dark minerals (biotite) were the most attacked during cycling with acid solutions. / Com a crescente utilização das rochas como materiais de revestimento na construção civil e as exigências do mercado consumidor, da segurança e durabilidade das construções, tem aumentado a necessidade de se caracterizar adequadamente as propriedades tecnológicas de rochas ornamentais. Neste trabalho, fez-se a caracterização tecnológica de dezoito tipos de rochas utilizadas como rochas ornamentais, de acordo com normas brasileiras e métodos de ensaios norteamericanos, tendo sido realizados ensaios de caracterização física, compressão uniaxial, resistência ao impacto de corpo duro, tração na flexão, congelamento e degelo conjugado com resistência à compressão uniaxial, velocidade de propagação de ondas longitudinais. Além disso, em cinco dessas amostras, foram executados ensaios adicionais de ataque químico com três substâncias, ácido clorídrico, hidróxido de potássio e detergente, e análise petrográfica. Em relação às características das rochas, considerando todas as prescrições da ASTM C 615 (1999) e as sugestões propostas por FRAZÃO & FARJALLAT (1995, 1996), para os ensaios realizados, apenas o litotipo Piracema White satisfaz plenamente os valores sugeridos. Isso significa que as outras dezessete amostras estudadas podem apresentar alguns problemas, dependendo do uso a ser dado. O ataque químico provou que as rochas sofrem variações, tanto esteticamente quanto em relação às suas características físicas e mecânicas. Os minerais máficos foram os mais atacados pelo ácido clorídrico. Portanto, rochas com alto teor de minerais escuros, como biotita, por exemplo, sofrem mais com a ação de produtos de limpeza ácidos.

Ensaios de penetração dinâmica são ferramentas de investigação geotécnica de fácil execução e baixo custo. Estas características tornaram o ensaio SPT na técnica de investigação mais utilizada em diversos países como Canadá, Estados Unidos, Japão e principalmente, no Brasil. Em contrapartida, a penetração dinâmica de amostradores produz um complexo mecanismo de reação do solo, função da energia entregue ao sistema e da capacidade de absorção desta energia pelo próprio solo. Na prática de engenharia, este mecanismo é simplificado através do uso de abordagens empíricas. Pesquisas na década de 1970, realizadas por Schmeertmmann & Palacius (1979) e Schmertmmann (1979), avaliaram a energia inserida no sistema haste-amostrador objetivando a padronização do ensaio SPT para diferentes equipamentos e procedimentos. Pesquisas recentes de interpretação do ensaio utilizam conceitos de conservação de energia e trabalho realizado pelo amostrador ao penetrar no solo, visando equacionar a resistência mobilizada (eg. Oderebrecht, 2003; Odebrecht et al, 2005; Schnaid, 2005). Na presente pesquisa, são utilizados os conceitos de conservação de energia, associados com equações de equilíbrio dinâmico e com a teoria de expansão de cavidades (Vésic, 1972) para desenvolver uma rotina de simulação numérica capaz de modelar os principais mecanismos de reação do solo devido cravação de um amostrador. A partir da validação da rotina de simulação numérica para ensaios dinâmicos de distintas geometrias (ensaios SPT, ILPT, NALPT e RLPT), avalia-se a variabilidade da energia entregue ao solo devido às diferenças de compacidade do solo, eficiência do golpe, geometria do martelo, tipo e comprimento da composição de hastes. Destas simulações, é possível observar as diferenças de resultados entre ensaios de distintas geometrias de martelo e composição de hastes, concluindo-se que pequenas variações geométricas produzem diferenças no índice de resistência à penetração. Como conseqüência, sugere-se que a interpretação dos resultados depende de um método racional de análise capaz de incorporar estes efeitos à estimativa de propriedades de comportamento de solos. Na identificação dos mecanismos de ruptura para solos de diferentes compacidades foram desenvolvidas duas metodologias que permitem estimar a resistência ao cisalhamento de solos granulares a partir do índice de resistência à penetração medida em ensaios de penetração dinâmica. A primeira metodologia utiliza a rotina de simulação numérica desenvolvida através de uma análise do Problema do valor inverso, enquanto a segunda proposta utiliza os pressupostos do Teorema de Buckingham no estabelecimento de uma solução analítica que permita estimar o ângulo de atrito de pico de materiais granulares. As duas alternativas foram validadas através de estudo de casos, permitindo concluir que as soluções produzem estimativas de ângulo de atrito realistas, de mesma ordem de magnitude que outras abordagens difundidas no meio técnico e compatíveis com resultados de ensaios de campo e laboratório. / Dynamic penetration tests are simple, economic and easily performed geotechnical investigation tools. Due to these general characteristics, the test has been used systematically in many countries such as Canada, United States, Japan and Brazil. Despite the attractive conditions of performing a simple test, dynamic penetration of a any tool into a soil mass produces a complex soil reaction mechanism that depends on the energy delivered to the soil, as well as the capability of the soil to absorb this energy. Given this complexity a simple approach of interpreting the test by using empirical correlations has prevailed. In 1970, Schmeertmmann & Palacius (1979) and Schmertmmann (1979) develop the first rational methodology to compute the energy delivered to the rod-sampler system that has been incorporated to engineering practice by normalizing different practices in terms of a reference energy. Most recent researches of SPT test interpretation make uses of energy concepts and work to compute the mobilized soil-resistance due to the sampler penetration (e.g. Oderebrecht, 2003; Odebrecht et al, 2005; Schnaid, 2005). In present research these recent approaches are extended through the use of energy concepts associated with dynamic equilibrium equations and cavity expansion theory (Vésic, 1972). Constitutive equations have been incorporated to a numerical simulation routine able to reproduce the some of the most important processes of soil reaction during dynamic in cohesionless soil. The model validation for different dynamic penetration test geometries (SPT, ILPT, NALPT and RLPT) enabled the energy delivered to soil to be evaluated and the effects of soil density, blow efficiency, hammer geometry, rod type and length to be assessed. From a number of simulations, it was possible to describe the differences related typical geometrical changes (i.e. hammer length, rod cross section and length). Conclusions from the analysis are that small geometrical changes in hammer and rod characteristics - typically observed in different SPT practices - produce differences into the measured blow count. As consequence, it is suggested that interpretation of dynamic penetration test results will depend on a model capable of incorporating all these effects when attempting to derive soil constitutive parameters. This is one of the outputs of the present study that lead to the development of two rational methodologies to assess the internal friction angle of cohesionless soils from dynamic penetration blow count. The first one uses the numerical simulation routine as a Inverse Boundary Value problem while the second one uses the Buckingham’s Theorem to develop an analytical equations that correlates the N-SPT with the soil shear strength. Both methodologies have been validated by a series of case studies designed to demonstrate that the proposed solution produces friction angle values of the same order of magnitude of other approaches and compatible to measurements produced by laboratory and in situ tests.

A presente pesquisa teve por objetivo a análise do comportamento de diferentes combinações de liners de um determinado solo com e sem cimentação, submetidos à percolação de líquidos ácidos, com o objetivo de simular o comportamento de campo de liners de aterros especiais, que recebem resíduos à base de pirita. Tal resíduo em contato com água e oxigênio forma solução de ácido sulfúrico. Assim sendo, as pretensões deste trabalho foram a análise do comportamento compressivo de liners formados por um dado tipo de solo compactado, com e sem a adição de cimento, através do emprego de um equipamento de adensamento modificado desenvolvido especialmente para esta pesquisa. Da mesma forma, procedeu-se o estudo dos fenômenos de transporte de contaminantes por meio do liner em estudo, basicamente daqueles que comandam o transporte (difusão, advecção, sorção, retardamento da frente de contaminação e grau de afinidade entre o contaminante e o liner). Ensaios isotrópicos a altas tensões de confinamento também foram realizados a fim de se estudar a possível desestruturação dos liners quando percolados por resíduos ácidos. Os resultados obtidos destacam a desestruturação de amostras naturais do solo estudado quando percolado por rejeitos ácidos, em todas as concentrações estudadas, tanto em ensaios triaxiais isotrópicos quanto em ensaios de carregamento axial com deformações laterais nulas. Conclui-se que as águas ácidas quando percoladas por meio de um solo com presença de finos, tende a proporcionar um efeito de carreamento de partículas, aumentando conseqüentemente a porosidade, fator este que poderia proporcionar a falha operacional de um liner. / The objective of this work is to analyse the behavior of a liner formatted by different combinations of soil and cement, percolated by low pH waters under different hydraulic gradients and concentration of acid in the percolant, aiming to simulate in laboratory what would happen in the field to liners in contact with pyrite wastes, from mineral coal mining. Pyrite wastes in contact with water and oxygen result in sulphuric acid, what makes the objective of this research the study of the compressive behavior of the liner submitted to the percolation of acid waters, by means of a special column equipment developed during this research, which allows applying an axial load to the sample under flux. Also, the variation of the transport of contaminants values were investigated, basically diffusion, advection, sorption, retardation coefficient, distribution coefficient, hydrodynamic dispersion, ground water velocity and hydraulic conductivity). Triaxial Isotropic tests were carried out under high confinant pressures in order to verify the volume changes of the samples due to the low-pH contamination. The results show that liners formatted only by soil had rearrange of their structure due to acid percolations, according to both column and isotropic tests. The value of the hydrodynamic dispersion was considerated being totally dependent on the diffusion, because the hydraulic conductivity of the differente combination was low. The results also show that low-pH percolations make a rearrange of the fine particles into the sample, because after a grain size distribution test, the fine particles from the top of the samples were detected on the bottom of the sample, what increase the porosity on the top of the samples, what could lead the liner to a failure.

A extração e processamento de minério resultam na geração de elevadas quantidades de resíduos, cuja disposição gera impacto e risco ambiental. O lançamento direto em reservatórios contidos por diques consiste na forma mais comum de disposição dos resíduos de mineração em superfície. Estes diques podem ser construídos por alteamentos sucessivos a montante (upstream), prática desaconselhada em alguns países. Apesar de se tratar de um processo de baixo custo, o tipo de aterro a montante é uma operação de risco, pois a montante as barragens são sensíveis à liquefação e também porque a estabilidade das barragens pode ser ameaçada pelo excesso de poro pressão gerado dentro do depósito durante a construção. Para atender às exigências de projetos de áreas de disposição de resíduos é, portanto, fundamental entender o comportamento destes materiais. Resíduos exibem considerável variabilidade em suas características físicas, químicas e mineralógicas, que conferem um comportamento distinto dos geomateriais usualmente encontrados em depósitos naturais. Entre os diferentes resíduos destacam-se ouro e bauxita cuja prática de exploração no Brasil é revestida de considerável interesse econômico e ambiental. Nesta tese estes materiais são analisados a partir de uma extensa campanha de investigação geotécnica baseada em um programa de ensaios de laboratório destinados à caracterização destes resíduos e à definição de parâmetros constitutivos. Para fins comparativos são realizados ensaios com um material siltoso, porém inerte. A condutividade hidraúlica e compressibilidade dos resíduos foram obtidas através de ensaios oedométricos executados com estágios de carga e gradientes hidráulicos constantes. Ensaios triaxiais foram realizados com altos níveis de tensões de confinamento e distintas trajetórias de tensões, para a definição da linha do estado crítico e a identificação do comportamento destes materiais através de ensaios com Bender Elements. A análise dos resultados obtidos permitiu comparações entre a linha de consolidação oedométrica (LCO), a linha de consolidação isotrópica (LCI) e a linha do estado crítico (LEC) que definiram a resposta de liquefação estática do material. No espaço e - log (p´) o aparecimento de um comportamento instável alterou significativamente a inclinação da LEC com relação a LCI e a LCO. A mesma mudança de inclinação é observada tanto no parâmetro de estado como no módulo cisalhante do solo quando plotados contra a tensão efetiva média. Com base nessas evidências, é defendido que o LEC de resíduos de mineração é altamente não-linear, e servem como indicativo de três respostas distintas do solo: uma resposta estável quando LCO, LCI e a LEC exibem paralelismo, um comportamento meta-estável em baixas tensões de confinamento levando à liquefação e quebra de grãos para altas tensões de confinamento da amostra. O avanço nas pesquisas relativas à disposição de resíduos provenientes de indústrias de mineração com o conhecimento dos fenômenos que se processa, poderá evitar a ocorrência de ruptura de barragens, que teria como conseqüência desastres ambientais de grande impacto. / Production and deposition of mining tailings is a problem confronting geotechnical engineers given the dimension of tailings deposits and environmental risks. The direct launching of tailings in reservoirs contained by dikes consists in a common type of waste disposal. These dikes can be constructed by successive upstream embankments, a relatively simple and economical process adopted in some countries. Although it is a low cost process, the upstream embankment is an operation of great risk, especially because tailings are susceptible to liquefaction and also because the stability of the dams can be threatened by excess of pore pressures generated inside the deposit during construction. To meet design requirements of disposal of residues it is therefore essential to understand the behavior of these materials. Tailings show a considerable variability in their physical, chemical and mineral characteristics that confer a distinct behavior to the geo-materials usually found in natural deposits. The present work gives emphasis to gold and bauxite tailings that encompass substantial economic and environmental interest in Brazil. In the thesis, an extensive laboratory geotechnical investigation program is carried out in an attempt to characterize these residues and to establish design constituent parameters. For comparative purposes an inert silty material is also tested. Compressibility and hydraulic conductivity were measured in oedometer tests performed at constant load and constant hydraulic gradient tests. Triaxial tests were carried out at high stress levels and different stress paths in order to establish the position and shape of the critical state line. In addition measured with Bender Elements are evaluated. The results between the oedometer consolidation (OCL), isotropic consolidation (ICL) and critical sate (CSL) lines allowed the static liquefaction response to be directly assessed. In a e-log (p’) space, the onset of a meta-stable behaviour significantly changes the slope of the CSL relative to both ICL and OCL. The same change in slope is observed on both the state parameter and the small strain shear modulus measured by bender elements when plotted against mean stress. Based on these evidences it is advocated that the CSL of the tailing is highly non-linear in nature, which lead to three distinct soil responses: a stable response when OCL, ICL and CSL exhibit similar slopes, a meta-stable beahaviour at lower stress leading to liquefaction and a crushable response for higher mean stresses. Advanced research on tailings from mining industries with due recognition of the phenomena of liquefaction may prevent dam failure, and consequently may prevent major environmental disasters.