A presente Tese de Mestrado foi elaborada com a finalidade de avaliar possíveis transformações de propriedades geotécnicas de solos plintíticos da Amazônia e sua utilização como material alternativo em estruturas de pavimentos, face à carência de materiais mais nobres na região.Na avaliação de laboratório foram empregadas as metodologias MCT, Resiliente, ensaios tradicionais de caracterização, compactação, análise mineralógica da fração-areia e os ensaios físico-químicos para determinação das características mineralógicas das frações silte e argila. Inicialmente, é apresentado um estudo sobre as características físicas e ambientais da região amazônica referente à geomorfologia, geologia, pedologia, clima e vegetação. Em seguida, são efetuados enfoques sobre as peculiaridades básicas dos solos plintíticos e as principais unidades de ocorrência. Objetivando acelerar e analisar a transformação dos solos plintíticos através de simulação em laboratório das condições existente no campo, foi criada uma Câmara de Ciclagem. Corpos de prova foram submetidos a ciclos de umidecimento e secagem no interior desta Câmara e que após dois, quatro e doze meses foram ensaiados. Paralelamente a criação da Câmara de Ciclagem, foi construído um trecho observacional executado com solos plintíticos, bem como a exposição ao meio ambiente desse mesmo material no estado revolvido, visando a avaliação de possíveis mudanças nas características desses solos.São apresentados, ainda, os resultados e as correlações obtidas nos ensaios básicos de caracterização e análises mineralógicas da fração-areia das amostras na condição natural e as submetidas a ciclos de umedecimento-secagem, após dois, quatro e doze meses. Apresenta-se, também, os resultados alcançados através do emprego das metodologias MCT e Resiliente. Finalmente, são efetuadas considerações sobre os resultados dos ensaios básicos de caracterização e análise mineralógica da fração-areia, que permetiram visualizar algumas peculiaridades básicas desses materiais, bem como, mudanças nas propriedades geotécnicas dos solos plintíticos, através das metodologias MCT e Resiliente.

O objetivo deste trabalho é apresentar uma série de soluções analíticas que formam a base de um modelo racional de previsão do decurso dos recalques no tempo em sistemas de colunas granulares encamisadas (GEC). O desenvolvimento do processo de adensamento é abordado de acordo com duas fases construtivas independentes: a instalação das colunas e o alteamento do aterro. O adensamento deflagrado pela instalação das colunas está associado ao excesso de poro-pressões geradas pela cravação do tubo-guia (deslocamento do solo) e a sua conseqüente dissipação. A concepção da solução analítica voltada para a previsão dos efeitos causados pela instalação sobre o processo de consolidação inclui a determinação do perfil inicial do excesso de poro-pressões, o que requeriu o desenvolvimento de um modelo de expansão de cavidade não-drenada com base no conceito de grandes deformações, e a solução do caso de deformações livres proposto por Barron (1948), sendo que este último requeriu estudos específicos dos valores iniciais para a obtenção da convergência do método. Já o adensamento resultante da aplicação da sobrecarga na superfície foi modelada considerando a influência da rigidez das colunas (que também é promovida pelo encamisamento) sobre o processo. Esta solução foi desenvolvida com base no modelo proposto por Han e Ye (2001), que é aqui adaptado para o sistema de colunas granulares encamisadas (GEC) através da determinação da razão de concentração de cargas, o que requeriu o desenvolvimento de outro modelo de expansão de cavidade com base na teoria de pequenas deformações, considerando como condição de contorno deformações verticais uniformes.

Este trabalho apresenta uma análise do comportamento de geossintéticos como reforço de base em obras viárias e dos principais métodos de dimensionamento propostos para esta aplicação. São abordados os métodos propostos por Giroud e Noiray (1981), Burd (1995), Sellmeijer (1990), MIlligan et al (1989 a,b) e Housbly e Jewell (1990), com exemplos de cálculo que permitem comparar e discutir sua aplicabilidade. Complementando o assunto discute-se a proposta de Palmeira (1998) que avalia os efeitos do processo construtivo e das manutenções, e a possibilidade de impermeabilização deste pavimentos com geotêxtil impregnado por betume. Alguns problemas geotécnicos podem ser resolvidos ou minimizados pela utilização de geossintéticos. O trabalho também apresenta uma breve discussão sobre outras aplicações destes produtos na construção de rodovias e aeroportos, a respeito de pavimentos, aterros e proteção contra erosão. As principais conclusões desta pesquisa são: o dimensionamento de pavimentos baseados na resistência última das camadas não considera as deformações plásticas anteriores ao colapso da estrutura; os métodos de dimensionamento são baseados em uma análise estática valendo-se de correlações empíricas para considerar o efeito do carregamento cíclico. Como sugestões seria interessante: na análise do comportamento em tração do reforço, associar a solicitação no reforço ao número de ciclos a serem aplicados; verificar como a tensão cisalhante é absorvida pelo reforço, considerando carregamento cíclico, e sua interveniência no comportamento do material de base; e desenvolver um método que permitisse considerar aterros em solos coesivos, para o caso de regiões onde a obtenção de material granular é difícil.

A execução de tubulações em locais onde o solo não apresenta a capacidade de suporte necessária, em geral é realizada através de três soluções básicas para equacionar o problema das tensões transmitidas ao solo e sua capacidade de suporte, são elas: a execução de lastro com material granular, a execução de uma laje (tipo "radier") para apoiar o tubo e, em casos mais extremos, a execução de fundações profundas (estacas) se faz necessária. Como pode imaginar o leitor, essas soluções além de onerosas, implicam em uma série de inconvenientes do ponto de vista construtivo, como maiores profundidades de escavação, estruturas de contenção dos taludes da vala mais reforçada, maior tempo de execução, entre muitas outras, assunto esse, que se trata em detalhes no capítulo 2, quando se discorre sobre cada um dos processos construtivos citados acima e se relata casos de obras em que esses processos foram empregados. Esse trabalho tem por objetivo apresentar uma alternativa construtiva utilizando geossintéticos como elemento de reforço do solo afim de prover a capacidade de suporte necessária às solicitações da obra. A utilização de geossintéticos já se mostrou extremamente eficaz e econômica na execução de aterros sobre solos moles, reforço de taludes, reforço de base de pavimentos e estradas não pavimentadas, entre muitas outras, com o número de aplicações envolvendo sua utilização crescendo constantemente.

A análise de estabilidade de aterros reforçados com geossintéticos construídos sobre solos moles é o foco deste trabalho. O tema é abordado de forma ampla, sendo a análise de estabilidade à ruptura global discutida com maior ênfase. Um procedimento de análise que considere o ganho de resistência do solo de fundação pelo adensamento é proposto. Este ganho gradativo da resistência não-drenada do solo mole é concatenado com a perda de resistência do reforço sintético pela fluência, considerando-se assim o efeito do tempo. São apresentados os conceitos do procedimento e resultados de análises de casos ilustram e detalham sua aplicação. Análises paramétricas são efetuadas para possibilitar a discussão das hipóteses e limitações do procedimento proposto. Para todas as análises são apresentados resultados de dimensionamento de duas geogrelhas (uma de filamentos de poliéster e uma de filamentos de polipropileno) com níveis de suscetibilidade à fluência distintos, para comparação e análise da importância deste fenômeno. A idealização do procedimento proposto balizou-se, essencialmente, no objetivo de se apresentar uma sugestão de seqüência de análises não complexas, cujas ferramentas pudessem ser acessíveis, e que certamente trouxesse ganhos econômicos - claro, sem perda de confiabilidade técnica. Mostra-se através dos resultados obtidos nas análises apresentadas que ambos os processos, o ganho de resistência do solo mole pelo adensamento e a perda de resistência do geossintético de reforço pela fluência, têm grande influência nos resultados finais de dimensionamentos pelo procedimento proposto, mesmo para períodos de tempo relativamente curtos. Outra conclusão do trabalho: o instante ao longo do período de serviço da estrutura para o qual deve ser efetuado o dimensionamento de um aterro reforçado sobre solo mole é, em geral, diferente dos instantes inicial e final. Pelas análises efetuadas, o procedimento proposto mostrou-se adequado para diversas situações típicas em projetos de aterros sobre solos moles reforçados com geossintéticos. A economia em termos da resistência necessária por parte do reforço, pelo emprego do procedimento proposto, mostrou-se, em geral, muito significativa.

In this dissertation, the behavior of geosynthetic reinforced embankments constructed on soft cohesive foundations under undrained and partially drained conditions is examined by conducting a rigorous numerical analysis using the finite element method for some particular case studies. Special attention is given to the mobilized strains in the geosynthetic reinforcement at embankment failure, short and long-term working conditions state and during staged construction considering the influence of the time-dependency of the system in terms of construction rate, excess pore pressure dissipation and viscous deformations in the soil foundation (i.e., creep). The effects of reinforcement stiffness and adopted constitutive model are also investigated. The obtained results highlight the importance of assessing the allowable compatible reinforcement strain at failure and taking into account this soil-reinforcement interaction. It is illustrated the significant combined influence of consolidation process and soft soil creep deformation on the numerically observed embankment performance at working conditions, particularly in terms of mobilized reinforcements strains. Finally, an approximate approach for studying numerically staged constructed embankments is presented, pointing out the adequate definitions of Limit States for the considered stages and the effects of time in the embankment behavior.

The present work is concerned with studying techniques which would allow the identification of a multiple degree of freedom aeroelastic system from a single computational fluid dynamics (CFD) unsteady simulation. This data is, then, used to generate the root locus for aeroelastic stability analysis of the dynamic system. The system being considered in the present work is a NACA 0012 airfoil-based typical section in the transonic regime. The CFD calculations are based on the Euler equations and the code uses a finite volume formulation for general unstructured grids. A centered spatial discretization with added artificial dissipation is used, and an explicit Runge-Kutta time marching method is employed. Unsteady calculations are performed for several types of excitation on the plunge and pitch degrees of freedom of the dynamic system. These inputs are mostly based on step and orthogonal Walsh functions. System identification techniques are used to allow the splitting of the aerodynamic coeficient time histories into the contributions of each individual mode to the corresponding aerodynamic transfer functions. Such transfer functions are, then, represented by rational polynomials and used in an aeroelastic stability analysis in the frequency domain. The work compares the results provided for each case and attempts to contribute with guidelines for such analyses.

A perda de solos por erosão pode influenciar diretamente a qualidade da água para consumo humano. Neste trabalho é utilizada uma metodologia para priorização de áreas para investimentos em atividades que auxiliem na redução deste potencial de perda de solos, utilizando o modelo RIOS 1.0.0b10, desenvolvido pelo The Natural Capital Project. Este modelo utiliza um sistema de pontuação por célula para priorizar áreas com maior suscetibilidade a processos erosivos e então espacializar estes pontos com o orçamento definido. Os resultados apontam a preferência por áreas com maior número de beneficiários, procurando o melhor retorno do investimento. Após uma quantificação utilizando o módulo de Retenção de Sedimentos do modelo InVEST 3.0.1, é possível notar uma redução do potencial de perda de solos próxima de 100.000 toneladas para toda a área de estudo, valor este que aumenta quando considerada uma possível degradação do solo, caso as atividades de proteção de áreas remanescentes não sejam aplicadas. O modelo aplicado gerou resultados passíveis de utilização no auxílio das tomadas de decisão de projetos de pagamentos por serviços ambientais.

A deformação dos solos é, atualmente, objeto de intensas pesquisas em todo o mundo movidas pelas necessidades da engenharia geotécnica. Este trabalho, que aborda o tema nos aspectos teórico e experimental, inicia-se revendo as relações constitutivas elasto-plásticas e o modelo Cam-Clay, cuja formulação matemática é apresentada de um modo diferente do usual. O modelo é construído de forma sistêmica a partir das equações elasto-plásticas gerais. Na parte experimental investiga-se o comportamento de um solo siltoso remoldado, quando submetido a ensaios triaxiais com diferentes trajetórias de tensão após adensamento isotrópico. Por fim comparam-se resultados experimentais e teóricos. Conclui-se que o modelo comporta-se melhor nas trajetórias de tensão em que não há diminuição da tensão octaédrica, embora preveja deformações volumétricas exageradas. Por sua vez, nas trajetórias em que há diminuição da tensão octaédrica, a diferença entre o comportamento previsto e o observado é grande, revelando que o modelo não deve ser aplicado nesses casos. / Soil deformation is today a subject of intense research all over the world motivated by the necessities of the geotechnical engineering. This work, which approaches the theme in both theoretical and experimental aspects, reviews the elastoplastic constitutive relations and the Cam-Clay model, and examines the behavior of a remoulded silty soil when subjected to different stress paths. Following a brief exposition of some basic Continuum Mechanics concepts, the elastic and elastoplastic constitutive equations are presented in a general form, which serve as a basis for several soil models. After a discussion about soil behavior and its representation by models, the Cam-Clay mathematical formulation is presented in an unusual form: it begins with the general elastoplastic constitutive equations, the elastic stress-strain relation, the yield function and the hardening law being given. The plastic stress-strain relation in deduced. In the experimental part the behavior of a remoulded silty soil from the Escola Politécnica Foundation Experimental Field is investigated. Oedometric, isotropic and triaxial compression tests (that were performed as part of the research) are described and analysed. Among them the triaxial tests with different stress paths after isotropic consolidation constitute the principal subject of analysis. Finally the Cam-Clay equations are integrated along the tests stress paths and the experimental e theoretical results are confronted. The conclusions is that the model behaves better in stress paths where there is no octabedral stress reduction, although even then it predicts exaggerated volumetric strains. In its turn, in stress paths where there is an octahedral stress reduction the difference between predicted and observed behavior is large, revealing that the model should not be applied in such cases.

O grande número de modelos constitutivos existentes, apresentados com diferentes graus de clareza e generalidade, e a terminologia variada tornam a compreensão dessa área da Mecânica dos Solos tarefa difícil. Com o intuito de contribuir para a mudança dessa situação, foram escolhidas duas classes de modelos, os elastoplásticos e os hipoplásticos, para um estudo comparativo. O primeiro passo é elaborar uma teoria da Elastoplasticidade, na linha da moderna Mecânica do Contínuo, cujas principais características são: obediência ao princípio da objetividade material, a tensão como solução de equação diferencial hipoelástica e como resposta à deformação imposta, o emprego exclusivo de tensores definidos na configuração corrente,como parece adequado para solos. Mostra-se que esta Elastoplasticidade e a Hipolasticidade compartilham características fundamentais, mas tratam de modo muito distinto o fenômeno da irreversibilidade. O modelo Cam-Clay é reconstruído e generalizado com o auxílio das equações elastoplásticas propostas. Soluções analíticas são obtidas em trajetórias retilíneas de tensão. Na segunda parte deste trabalho é proposta uma nova equação hipoplástica, que envolve quatro constantes características do material, bem conhecidas na Mecânica dos Solos. Seu desempenho no confronto com resultados de diversos ensaios de laboratório com um solo siltoso (particularmente, ensaios triaxiais com diferentes trajetórias de tensão) e com as previsões do Cam-Clay está entre medianamente bom e bom. A inexistência do domínio elástico em Hipoplasticidade proporciona uma resposta mais realista que as do Cam-Clay (assim como de outros modelos elastoplásticos) nas trajetórias de tensão em que ocorre diminuição da tensão octaédrica. A equação é capaz de reproduzir fenômenos e características importantes do comportamento dos solos, como o estado crítico, a envoltória de resistência, o comportamento normalizado, o comportamento em deformações proporcionais, as mudanças de comportamento em diferentes trajetórias de tensão e deformação. A simplicidade da equação proposta permite uma análise de seu comportamento global que auxilia na sua compreensão e comparação com outros modelos. Os resultados principais são as soluções analíticas nas deformações proporcionais e um quadro sintético de respostas. / The great number of existing constitutive models, presented in different degrees of clarify and generality, and the varied terminology make the comprehension of this area of Soil Mechanics a difficult task. With the aim of contributing to change this situation two classes of models, hypoplastic and elastoplastic models, have been chosen for a comparative study. The first step is the development of a theory of Elastoplasticity in the lines of modern Continuum Mechanics, the main characteristics of which are obedience to the principle of material objectivity, the stress as the solution of a hypoelastic differential equation and as a response to an imposed deformation, the exclusive use of tensors defined at the current configuration as it seems suitable for soils. It is shown that this Elastoplasticity and Hypoplasticity share fundamental characteristics but treat irreversibility in quite different ways. The Cam-Clay model is reconstructed and generalized with the help of the proposed elastoplastic equations. Analytical solutions are obtained in straight stress paths. In the second part of this work a new hypoplastic equation is proposed involving four material constants which are well-known in Soil Mechanics. Its performance in the prediction of results of several laboratory tests on a silty soil (especially triaxial tests along different stress paths) and as compared to Cam-Clay predictions lies between fairly good and good. The inexistence of an elastic domain in Hypoplasticity allows a more realistic response than that of Cam-Clay (as well as of other elastoplastic models) in stress paths in which the octahedral stress is reduced. The equation is able to reproduce important soil characteristics and phenomena as critical states, strength envelope, normalized behavior in proportional deformations, changes in behavior in different stress or strain paths.The equation is simple enough to allow an analysis of its global behavior, helping the comprehension and the comparison with other models. Main results are analytical solutions in proportional deformations and a synthetic response portrait.