La geotecnia es una de las ramas de la ingeniería civil. Uno de sus campos de interés es el diseño de las cimentaciones de los diversos proyectos que se ejecuten. Para la realización de estos diseños, es fundamental determinar las características del suelo y los parámetros geotécnicos que definen su comportamiento como material de cimentación y construcción. Para obtener estos parámetros, se realizan múltiples ensayos de laboratorio tradicionales. En la actualidad, debido a los avances tecnológicos, es posible realizar ensayos de laboratorio de mecánica de suelos más avanzados en lo referente a precisión con la que se obtienen los parámetros geotécnicos de interés. Existe un amplio número de ensayos modernos, los cuales se vienen desarrollando, en la mayoría de los casos, desde hace menos de 25 años. Para el presente trabajo, se realizó una búsqueda de información sobre cinco (5) ensayos que permiten determinar múltiples parámetros geotécnicos para diversos tipos de suelos. Los ensayos seleccionados para esta investigación son el ensayo triaxial con trayectorias de esfuerzos, el ensayo triaxial cíclico, el ensayo de consolidación a deformación constante, el ensayo de consolidación inducida por flujo y el ensayo de consolidación incremental. Para cada uno de los ensayos, se revisó el estado del arte de su aplicación en investigaciones geotécnicas reales y se realizó una descripción general del ensayo, de los equipos utilizados y del procedimiento estándar a seguir. Además, se detallaron los parámetros geotécnicos que pueden obtenerse con cada ensayo. Para ello, se enunciaron las ecuaciones matemáticas planteadas por otros autores. Asimismo, se explicó la aplicación a la ingeniería de cada uno de los ensayos y se compararon los ensayos modernos con sus contrapartes tradicionales. Finalmente, sobre la base de la investigación realizada, se formularon las conclusiones principales sobre cada uno de los ensayos. Entre ellas, destacan la necesidad de realizar adaptaciones a equipos tradicionales (o reemplazarlos) para poder ejecutar los ensayos especiales, la capacidad de estudiar variables geotécnicas bajo condiciones de ensayo y ejecución que no serían posibles con los ensayos tradicionales, y que los ensayos especiales no suelen reemplazar íntegramente a sus contrapartes tradicionales por diferencias notorias entre parámetros obtenibles.

[pt] Apresenta-se neste trabalho uma ferramenta numérica programada que permite a simulação bidimensional de corridas de detritos usando o Método de Elementos Discretos (DEM) desenvolvido por Cundall em 1979, cuja metodologia resolve as equações do movimento simultaneamente de cada elemento mediante a técnica numérica de Relaxação Dinâmica (MRD) por se tratar de um problema transiente. Esta metologia parte da existência do programa SAND desenvolvido na PUC (2002) para uma simulação da produção de areia em poços de petróleo sob fluxo bifásico. Dois aspectos novos incorporados neste tipo de análise são a representação gráfica de anteparos mediante segmentação de curvas spline cúbicas e o uso da metodologia de Munjiza na detecção de contatos com os propósitos de implementar o uso de paramentos irregulares próximos à curva real do terreno e diminuir o tempo de execusão do programa, respectivamente. Com diversos exemplos de paramentos e variando os parâmetros de entrada do modelo numérico é avaliada a idoneidade da ferramenta criada para simular os principais mecanismos físicos característicos do movimento deste tipo de fenômeno. Além disso, são descritas em detalhe as principais feições e terminologias usadas na classificação e identificação das corridas de detritos e fenômenos similares, pois estas são usualmente confundidas nas literaturas existentes e entre os profissionais das áreas da Geologia, Geografia e Geotecnia. / [en] A programed numerical tool that allows two-dimensional simulation of debris flows is presented in this dissertation. Cundall´s Distinct Element Method (DEM) is used to this purpose, which was developed in 1979. Following this methodology, motion equations are simultaneilly solved by the numerical method of Dynamic Relaxation (MRD) for each distinct particle. This method is used in order to the transient behavior of this particular problem. The numerical modeling is based on the SAND program, developed at PUC (2002) for a numerical application on sand production for petroleum extraction process considering biphasic flow motion. Two new features incorporated in this kind of analyses are the graphical representation of walls with cubic spline curves segmentation and the implementation of the Munjiza´s method for contact detection. They attemp to implement irregular curves that are closely to represent real sliding surface and to decrease the total program executation time respectively. The idoneousness of the programed numerical tool for the representation of the most caracteristic phisical mechanisms of these kind of flows is tested using several curves configurations as variation on the inicial parametrics values of the numerical model. Moreover, main features and associated terminologies for identification and classification of debris flows and similar events are largely described here because of the usual confusion in the use of them within scientific literatures and professional communications between technician of Geology, Geography and Geotechnical Engineering. / [es] En este trabajo se disponibiliza una herramienta numérica para la simulación bidimensional de flujos de detritos usando el Método de Elementos Discretos (DEM) creado por Cundall en 1979, donde las ecuaciones del movimiento para cada elemento son resueltas simultáneamente con la técnica numérica de Relajación Dinámica (MRD) debido al comportamiento transiente del fenómeno. La herramienta se basa en el programa SAND desarrollado en la PUC (2002) para la simulación de producción de arena en la extracción de petróleo en pozos considerando condiciones de flujo bifásico. Dos nuevos aspectos se introducen en este tipo de análises: la representación gráfica de paredes mediante la segmentación de curvas splina cúbicas y el uso de la metodologia de Munjiza en la detección de contactos. Ambos son implementados con la intención de hacer uso de paredes irregulares próximas a la forma real de la curva del terreno y de disminuir el tiempo de ejecución del programa respectivamente. Mediante varios ejemplos con diferentes superficies y con variación en los valores de los parámetros de entrada del modelo numérico fue posible evaluar la idoneidad de la herramienta aquí creada para simular los principales mecanismos físicos característicos del movimiento de este tipo de fenómenos. Además, se describen detalladamente las principales características e terminologías utilizadas en la identificación y clasificación de los flujos de detritos y fenómenos similares, pues estos son motivos de confusión en la literatura existente y entre los profesionales de las ramas de Geología, Geografía y Geotecnia.

Bender element transducers are used to determine the small-strain shear stiffness,G0, of soil, by determining the velocity of propagation of mechanical waves through tested samples. They are normally used in the laboratory, on their own or incorporated in geotechnical equipment such as triaxial cells or oedometers.Different excitation signals and interpretation methods are presently applied, each producing different results. The initial assumptions of unbounded wave propagation, generally used in bender element testing and inherited from seismic cross-hole testing, are quite crude and do not account for specific boundary conditions, which might explain the lack of reliability of the results.The main objective of this study is to establish the influence of the sample and transducer geometry in the behavior of a typical bender element test system. Laboratory and numerical tests, supported by a theoretical analytical study, are conducted and the results presented in order to achieve this goal.An independent monitoring of the dynamic behavior of the bender elements and samples is also carried out. Using a laser velocimeter, capable of recording the motion of the subjects without interference, their dynamic responses can be obtained and their mechanical properties verified.A parametric study dealing with sample geometry is presented, where 24 samples with different geometries are tested. Synthetic rubber is used as a substitute for soft clay, due to the great number of samples involved and the necessity of guarantee the constancy of their properties.The numerical analysis makes use of three-dimensional finite difference models with different geometries. A regressive analysis is possible since the elastic properties of the system are pre-determined and used to evaluate the results. A numerical analysis also has the benefit of providing the response not only at a single receiving point but at any node in the model.

O uso de reforços geossintéticos tem se apresentado como uma solução eficiente que permite reduzir os custos de implantação de estruturas de contenção. Seu comportamento pode ser estudado com a utilização de softwares de elementos finitos na intenção de obter configurações ainda mais econômicas. Neste trabalho foram simulados muros de solo reforçados com geossintéticos (MSRG) pelo método dos elementos finitos (software Plaxis 8.2), analisando-se como parâmetro o deslocamento máximo da face dos muros e a máxima força mobilizada no reforço. Inicialmente, desenvolveu-se e calibrou-se um modelo numérico a partir de um modelo físico construído e monitorado encontrado na literatura. Em seguida construiu-se um modelo numérico de MSRG hipotético e realizaram-se estudos paramétricos com as variáveis: tipo de solo, priorizando-se solos finos tropicais; rigidez e espaçamento do reforço; e inclinação e altura do muro. Os resultados corroboraram a bem sucedida prática nacional de construção de muros reforçados com solos finos tropicais, sendo que a coesão se mostrou um parâmetro importante no comportamento de MSRG construídos com solos finos. / The use of geosynthetic reinforcements is an efficient solution that reduces the costs of implantation of containment structures. Their behavior can be studied by the use of finite element software, with the goal to obtain more economical configurations. In this study, geosynthetic reinforced retaining walls (MSRG) were simulated by the finite element method (software Plaxis 8.2), analyzing as a parameter the maximum face displacement and the maximum force mobilized in the reinforcement. Initially, a numeric model was developed and calibrated from a constructed and monitored physical model of the literature. After, a numerical model of hypothetical MSRG was constructed and parametric studies were done with the following variables: soil type, prioritizing tropical fine soils; reinforcement stiffness and spacing, and slope and height of the wall. The results corroborated the successful brazilian practice at the building reinforced MSRG with tropical fine soils, due cohesion being an important parameter in the behavior of MSRGs constructed with fine soils.

A mineração é formada pelo conjunto de ações de lavra, concentração e transformação do minério para múltiplas finalidades. O resultado da explotação de diversos minérios, após seus beneficiamentos, é a produção de rejeitos, em quantidades variáveis. Características diversas como vazão e conteúdo de água na polpa, densidade, arredondamento, esfericidade e granulometria do material interferem e definem projetos e construção de barragens para contenção de rejeitos. Desta forma, o estudo e avaliação técnica dos rejeitos empregados na construção destas barragens e o seu comportamento são fundamentais para a divulgação e enriquecimento científico e prático, principalmente no que tange aos aspectos de segurança. Foram avaliadas as características do material depositado ao longo de praias de rejeitos de minério de ferro e fosfato, analisando-se a granulometria, densidade real dos grãos, análise de forma (arredondamento, esfericidade e relação de aspecto), e os ensaios de simulação hidráulica, estudando a variabilidade da granulometria e forma dos grãos. Verificou-se que a deposição hidráulica nas praias de rejeitos ocorre pelo efeito da granulometria e densidade, em lentes e/ou camadas com características semelhantes, condicionando variações verticais e horizontais, análoga a leques aluviais úmidos. Não foram observadas variações significativas na forma dos grãos ao longo da praia. Os ensaios de simulação revelam sedimentação em camadas planares a lenticulares, com a diminuição da granulometria à medida que se afasta do ponto de lançamento, mas alterada pelo efeito das paredes do tanque. Portanto, os comportamentos geológico-geotécnicos das praias em barragens de contenção de rejeitos, determinados por uma variabilidade deposicional, devem ser considerados na elaboração de planos de instrumentação mais eficientes em futuros projetos. / The mining is formed by ore extraction, concentration, and transformation for multiple purposes. The result of the exploitation of several ores is, after their treatment, the tailings production in variable quantities. Several characteristics as flow and content of water in the slurry, as well as density, roundness, sphericity, and grain size distribution of the sediments interfere and define projects and construction of tailings dams. Considering this, the study and technical evaluation of the tailings used are fundamental for scientifical and practical enhancement, mainly referring to security aspects. The material deposited along tailings beaches from iron and phosphate ores was investigated in grain size distribution, real density of the grains, grain shape analysis (roundness, sphericity, and aspect ratio). Also the hydraulic deposition (flumes) was analyzed according to the grain size distribution and shape analysis of sediments. In tailings beaches it was found that the sedimentation happens, due to grain size distribution and density in lenses and/or layers with similar characteristics but with vertical and horizontal variations, muck like humid alluvial fans. Significant variations were not observed in the grain shape analysis along the beaches. The flume tests revealed sedimentation in planar and lenses lamination, with decrease of the grain size distribution in a downstream direction, but modified by the effects of the flume walls. Therefore, the geological and geotechnical behaviors of the beaches in tailings dams, characterized by depositional variability, should be considered in future projects with more efficient instrumentation plan.

Este trabalho busca identificar no registro sísmico de rupturas induzidas em modelos físicos reduzidos, indicativos de emissões espontâneas pelo maciço, associadas ao processo de ruptura na condição de pré-colapso, buscando contribuir para o aperfeiçoamento de técnicas para a melhoria das condições de segurança em escavações de túneis ou em outras obras geotécnicas potencialmente críticas. É utilizado para isto, um sistema de registro sísmico baseado em arquitetura PC de baixo custo. Como a análise dos sinais não é feita em tempo real, para facilitar a interpretação são gravadas imagens de vídeo da escavação sincronizadas com o registro sísmico. Espectrogramas dos trechos significativos selecionados são então analisados em conjunto com as imagens de vídeo e os registros sísmicos, para a verificação da viabilidade técnica da monitoração proposta. Também são sugeridos neste trabalho, alguns critérios necessários para a implementação e utilização de sistemas deste tipo.

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.

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.

O trabalho apresenta o histórico e o desenvolvimento dos equipamentos de estacas hélice segmentada, que surgiram no ano de 2002. Atualmente já existe um número representativo de equipamentos em operação no mercado, confirmando a boa aceitação do processo pelo meio técnico. São detalhados os aspectos executivos deste tipo de fundação e investiga-se o risco de sua execução no aspecto operacional, no que se refere à integridade da estaca, caso não sejam observados padrões ou regras adequadas pelas empresas executoras. Foram executados ensaios de integridade (PIT) em 10 estacas hélice segmentadas, instaladas em São Bernardo do Campo SP, com particularidades executivas diversificadas e em terreno com características distintas, que permitiram verificar a confiabilidade dos gráficos de monitoração da perfuratriz. Ainda neste trabalho, apresenta-se resultado de prova de carga instrumentada, feita numa estaca hélice segmentada de 30 cm de diâmetro e 12 m de comprimento, instalada no Campo Experimental de Fundações e Mecânica dos Solos da UNICAMP. A estaca foi submetida a carregamentos lento e rápido, estáticos e à compressão, e seus resultados são comparados com os de provas de carga em estacas tipo hélice contínua, de mesmo comprimento, feitas anteriormente no local. Ao término, apresentam-se algumas recomendações baseadas na pesquisa e no acompanhamento de obras, podendo-se assim, avaliar padrões de boa e má execução. / This work presents the history and development of segmented flight auger equipment, which appeared in 2002 in Brasil. Nowadays there is already a considerable number of equipments being operated in the market, confirming the well acceptance of the process in the technical field. The executive aspects on this type of foundation are detailed and it is investigated the risk of its execution in the operational aspect regarding the pile integrity, in case patterns or adequate rules are not observed by the pile companies. Pile integrity tests have been carried out in 10 segmented flight augers installed in São Bernardo do Campo SP, with executive particularities in diversified fields with distinguished characteristics, which allowed to check the reliability of monitoring graphs from the drilling machine. In addition, it is shown the result of an instrumented loading test, carried out on a segmented flight auger of 30 cm diameter and 12 m length, installed at the Experimental Field of Foundation and Soil Mechanics at UNICAMP. The pile was submitted to slow and quick static loading compression tests. A comparison is made with the results of load tests on continuous flight auguer, of the same length, done before on this site. Finally, some recommendations are presented based on the research and on the follow-up of constructions, allowing to evaluate patterns of good and bad execution.