A erodibilidade, particularizada como a susceptibilidade a erosão hídrica por fluxo superficial concentrado, é uma das propriedades de comportamento dos solos de maior complexidade pelo grande número de variáveis intervenientes. Estudada por diferentes áreas do conhecimento (Agronomia, Hidráulica, Geologia de Engenharia e Engenharia Geotécnica), tem no meio geotécnico a maior lacuna na sua quantificação e entendimento dos mecanismos envolvidos. O presente trabalho apresenta um estudo sobre a erodibilidade de solos residuais tropicais e subtropicais não saturados a partir de quatro perfis representativos dos processos erosivos e solos envolvidos na Região Metropolitana de Porto Alegre. Os solos dos principais horizontes de cada um destes perfis foram caracterizados física, química e mineralogicamente. As propriedades de resistência ao cisalhamento e colapsibilidade foram avaliadas por ensaios de cisalhamento direto convencionais e com controle de sucção e por ensaios de colapsibilidade em oedômetros, respectivamente. A erodibilidade foi avaliada em laboratório, diretamente por meio de ensaios de Inderbitzen e indiretamente por diferentes critérios e parâmetros baseados em outras características físicas e propriedades dos solos. A análise conjunta do comportamento dos solos em campo frente a erosão, da avaliação direta e indireta da erodibilidade e das propriedades geomecânicas investigadas conduziram à formulação de uma proposta de abordagem geotécnica para a erodibilidade dos solos residuais tropicais e subtropicais não saturados. Nesta proposta destaca–se a avaliação direta da erodibilidade por ensaios de Inderbitzen e a indicação de solos potencialmente erodíveis baseada no teor de finos, na plasticidade, no parâmetro K da USLE, na Razão de Dispersão de Middleton, na classificação e critério de erodibilidade MCT e na variação da coesão com a saturação pelo parâmetro variação de coesão (Δc) proposto. A proposta de abordagem geotécnica para a previsão da erodibilidade dos solos visa dotar o engenheiro geotécnico de uma ferramenta destinada à avaliação do potencial erosivo dos terrenos antes de uma iniciativa de ocupação urbana ou implantação de qualquer outra obra de engenharia. Esta avaliação é o passo inicial no direcionamento de medidas preventivas e que visem minimizar o impacto da obra ao meio físico natural, no que se refere a erosão hídrica por fluxo superficial concentrado. / Erodibility, defined as the susceptibility to hydric erosion due to surface concentrated flow, is one of soils most complex behavior properties because of the great number of involved variables. Studied in different knowledge areas (Agronomy, Hydraulics, Engineering Geology and Geotechnical Engineering), erodibility has in Geotechnical Engineering the greatest deficiency in terms of quantification and comprehension of involved mechanisms. This thesis presents a study on the erodibility of residual tropical and subtropical unsaturated soils, carried out with four profiles representative of erosive processes and of soils found in Porto Alegre Metropolitan Region (Southern Brazil). The soils of the main horizons of these profiles were characterized physically, chemically and mineralogically. Shear strength and collapsibility properties were evaluated by means of both conventional and suction controlled direct shear tests and by collapsibility tests made in oedometric equipment, respectively. Erodibility was evaluated in laboratory, directly by means of Inderbitzen tests and indirectly by different criteria and parameters based in other soil physical characteristics and properties. The combined analysis of in situ soil behavior concerning erosion, direct and indirect evaluation of erodibility and investigated geomechanical properties, led to the formulation of a proposal of geotechnical approach to the erodibility of tropical and subtropical unsaturated soils. In the proposal, emphasis is given to the direct evaluation of erodibility by means of Inderbitzen tests and to the indication of potentially erodible soils, based in fines content, plasticity, USLE K-parameter, Middleton’s Dispersion Ratio, MCT classification and erodibility criterion and cohesion variation due to saturation evaluated by the cohesion variation proposed parameter ( c). The proposal of geotechnical approach to soils erodibility aims at providing the geotechnical engineer with a tool for evaluating the erosive potential of lands, prior to urban occupation or any other engineer work. This evaluation is the first step towards the establishment of preventive measures and also of measures destined to minimize the environmental impact of engineer works, concerning to hydric erosion due to surface concentrated flow.

O estudo das propriedades mecânicas dos solos estruturados necessita de equipamentos de laboratório com características específicas. No caso de ensaios triaxiais, os equipamentos devem incorporar técnicas especiais, tais como: medição local de deformações e controle automático de trajetórias de tensão. Caso o solo seja ensaiado na condição não saturada, o equipamento deve ser capaz de controlar a sucção imposta ao corpo de prova. Esta dissertação apresenta a montagem de um equipamento triaxial automatizado para o estudo de solos estruturados, saturados e não saturados, sendo que para a execução de ensaios com diferentes trajetórias de tensões, pequenas modificações devem ser introduzidas no programa. O equipamento foi montado com peças encontradas no mercado nacional e de fácil aquisição. Este equipamento dispõe de medição local de deformações baseada em sensores de efeito Hall, com uma resolução de deformações axiais e radiais da ordem de 10-4. O equipamento utiliza um sistema de válvulas proporcionais para o controle automático das pressões aplicadas. O equipamento assim construído, foi utilizado para estudar o comportamento mecânico de um solo residual de arenito Botucatu oriundo de uma jazida na rodovia RS 239. Este solo apresenta um índice de vazios médio de 0,62. Envoltórias de resistência ao cisalhamento para valores de pico e para valores de deformações axiais >10%, foram determinadas a partir de resultados de ensaios triaxiais. Os resultados dos ensaios também permitiram identificar uma superfície de fluência. O efeito da cimentação, tanto na superfície de fluência como no módulo de Young, foi constatado através da análise das curvas tensão desvio x deformação axial, que mostram claramente uma mudança de comportamento associada à progressiva desestruturação do material. / The study of the mechanical properties of structured soils requires special laboratory testing equipment. For the case of triaxial tests, the equipment must be provided with special techniques, such as: local strain measurement and automatic stress path control. When the soil is unsaturated, the equipment must be able to control the suction imposed on the specimen. This dissertation describes the development of an automated triaxial equipment for the study of structured soils, either saturated or unsaturated. This equipment was assembled with parts easily available in the local market. The equipment has local strain measurement based on Hall effect sensors, with a resolution of 10-4 both for axial and radial measurement. It uses a sistem of proportional valves for the control of applied pressures. The equipment developed was used to investigate the mechanical behaviour of a residual soil of Botucatu sandstone, sampled from a quarry near the RS 239 road. showing an average void ratio of 0.62. Shear strength envelopes were identified both for the peak strength and for the strength corresponding to strains >10%. A yield surface was also dentified from the test results. The effect of cementation, both on the yield surface and Young's modulus, was observed on the stress-strain curves, which clearly show a change of behaviour related to progressive material destructuring.

O presente trabalho apresenta uma revisão bibliográfica sobre a influência da vegetação nos taludes naturais e artificiais. A pesquisa procurou enfocar a captação e a liberação da água pelos vegetais, a influência das raízes pivotantes e fasciculadas como reforço do solo, analisar os efeitos benéficos e adversos da presença da vegetação nos taludes e a recuperação ou estabelecimento de vegetação no solo. Apresenta ainda um estudo de casos de modelos geomecânicos onde avalia a utilização dos tipos de vegetação, levando em conta o comprimento das raízes aplicado para cada situação específica de corte ou de aterro. O trabalho mostra diversos aspectos relacionados à estabilização de taludes através da vegetação, que são contraditórios na literatura. Diversos pontos são levantados para estudo adicional posterior em relação à interceptação da chuva, infiltração e sobrecarga. Os efeitos mecânicos das raízes são evidenciados e sua influência em taludes rasos é demonstrada.

O comportamento geotécnico de um depósito de argilas é estudado nesta pesquisa, a partir de um extenso programa de ensaios de campo e de laboratório. Os estudos são concentrados em um campo experimental localizado na CEASA, na cidade de Porto Alegre. Outros locais foram também investigados, na área do Aeroporto Internacional Salgado Filho e na Estrada Tabaí-Canoas, com o objetivo de testar as metodologias e correlações estabelecidas a partir dos resultados obtidos na CEASA. Esta abordagem permitiu definir propriedades gerais de comportamento do depósito de argilas moles, válidas para toda a região da Grande Porto Alegre. A pesquisa envolveu uma extensa campanha de ensaios in situ, na qual foram realizados ensaios de cone elétrico, piezocone com medidas de poro-pressão em diversas posições, pressiômetro e palheta. Em todos os casos, o trabalho realizado envolveu a construção elou a manutenção dos equipamentos, operacionalização e interpretação dos resultados. Os primeiros ensaios pressiométricos realizados na região Sul do Brasil são apresentados nesta tese, utilizando um aparelho tipo Ménard, colocado em funcionamento nos estágios iniciais da pesquisa. A primeira série de ensaios de cone elétrico e piezocone é também relatada nesta tese, cujo programa experimental incluiu o desenvolvimento do sistema de cravação, aquisição de dados e saturação do sistema de medição, além da manutenção dos sensores elétricos dos cones. Em paralelo aos ensaios in situ, descrevem-se os resultados de ensaios de laboratório obtidos através de amostras deformadas, para a caracterização do material, e amostras indeformadas, obtidas com amostradores tipo "Shelby", para determinação de propriedades de comportamento do solo. Também são apresentados os procedimentos adotados durante a amostragem com tubos de pistão estacionário de diâmetro de 125 mm (5"). Os resultados de XXX ensaios de adensamento e triaxiais, dos tipos não-adensado não-drenado (UU) e adensado isotropicamente não-drenado (CIU), são interpretados. Nos ensaios triaxiais utilizam-se medições internas de força e deformações, deformações estas que são medidas através de dispositivos, construídos durante a fase experimental do trabalho, empregando sensores de efeito Hall. A análise dos resultados dos ensaios de campo e laboratório possibilitou a previsão de propriedades fundamentais de comportamento do solo, incluindo estimativas da resistência ao cisalhamento não-drenada, razão de pré-adensamento do depósito, módulos de deformabilidade das argilas e coeficientes de adensamento. Conclui-se que há, em geral, concordância entre as estimativas obtidas em campo e em laboratório. Os valores previstos através dos ensaios realizados nos três campos experimentais são da mesma ordem de magnitude, indicando que há relativa homogeneidade no depósito e que as correlações estabelecidas são válidas para toda a região em estudo. Ao final do trabalho são apresentadas conclusões sobre as características geológicas e geotécnicas do depósito. Também são listados os parâmetros geotécnicos de comportamento do solo, sugerindo-se seu uso como referência a projetos específicos de uso e ocupação em desenvolvimento na região. / The geotechnical behaviour of a soft clay deposit is discussed in this research on the basis of an extensive testing programme that comprises laboratory and in situ tests. The study reports data from the CEASA experimental testing site located in Porto Alegre. Two other sites have also been investigated, the Salgado Filho International Airport and the Tabai- Canoas Road, with the aim of verifying the applicatility of proposed methodologies and correlations developed at the CEASA site. Geotechnical properties for the whole site have been established which can be used for the Porto Alegre Metropolitan area. Electrical cone test, piezocone with pore pressure measurements at severa1 locations along the shaft, pressuremeter tests and vane tests are reported in this reserch. Construction andlor maintenance of the equipment, testing procedures and interpretation of results are part of the activities carried out in the experimental work. The first series of pressuremeter tests performed in the southern region of Brazil are presented in this thesis, in which a Ménard pressuremeter was used. The first series of cone and piezocone tests are also reported; developments on the hidraulic driving system, data acquisition system and saturation chamber were required to update the equipment, as well as maintenance on the electrical sensor of the cone. In parellel to the in situ testing programrne, series of laboratory tests were carried out on disturbed and undisturbed sarnples. The first allowed a characterisation of the soil to be made, the fonner was used to predict soil properties of the site. Undisturbed sampling was obtained from Shelby 125 rnrn (5") tubes. Consolidation and triaxial tests, unconsolidated undrained UU and isotropically consolidated undrained CIU, were performed with the undisturbed samples. Interna1 measurements of loads and strains were recorded when using the triaxial apparatus. Displacements were measured using Hall effect sensors constructed at early stages of the experimental testing programme. Soil properties were predicted from the interpretation of testing data from both laboratory and in situ tests. The undrained shear strength, the overconsolidation ratio, deformability parameters and the coefficient of consolidation were estimated. A good agreement is generally observed between properties assessed from laboratory and in situ testing data. Values of measured properties were similar for the three tested areas which indicates that the site is reasonably homogeneous and that the correlations established here are applied to the whole area around the city of Porto Alegre. Conclusions related to the geological and geotechnical characteristics of the area are given at the end of this thesis. Soil properties are listed and a suggestion is made reporting values that should be adopted as reference for geotechnical design problems in this deposit.

Esta tese de doutorado apresenta o desenvolvimento de um equipamento de ensaios de laboratório do tipo simple shear, montado no Laboratório de Geotecnologia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LAGEO/UFRGS). Neste trabalho é apresentada a revisão bibliográfica que embasou o projeto do equipamento simple shear. O projeto completo deste equipamento é apresentado no Anexo I. No texto são comentadas as características especiais deste equipamento e a aplicabilidade do ensaio simple shear, além dos procedimentos utilizados nos ensaios simple shear. Dois solos arenosos foram selecionados para ensaio neste equipamento; são feitas considerações sobre parâmetros de resistência ao cisalhamento e de deformabilidade de solos arenosos, e é apresentada uma caracterização destes materiais. Em seguida são apresentados os resultados dos ensaios simple shear realizados nos dois solos, denominados de Areia Clara e Areia Escura. Foram realizados nestes solos ensaios simple shear drenados em corpos de prova secos e inundados. Os resultados dos ensaios simple shear foram discutidos e comparados com resultados de ensaios de cisalhamento direto e triaxial, previamente realizados nos mesmos solos. A comparação entre os parâmetros de resistência ao cisalhamento obtidos com resultados destes ensaios mostrou valores similares entre os ensaios de cisalhamento direto e simple shear, entretanto, a comparação com os ensaios triaxiais apresentou maiores diferenças. / This doctoral thesis presents the development of a simple shear laboratory testing equipment. This equipment was built in the Geotechnology Laboratory of Federal University of Rio Grande do Sul (LAGEO/UFRGS). This work presents a literature review about simple shear equipments, which was the basis for the design. The full design of this equipment is shown in Annex I. The special features of this device are commented in the text, together with the applicability of the test and testing procedures. Some considerations about shear strength and the deformability parameters of sandy soils have been made. Two sandy soils, named Light Sand and Dark Sand, are then described. Results of simple shear tests performed with both sandy soils are shown and compared with results of other tests, such as triaxial and direct shear tests, performed with the same soils. With regard to shear strength, the results of simple shear tests in comparison with the results of direct shear tests are similar. However, the same comparison with de triaxial results showed larger disparity.

O presente trabalho tem como objetivo estudar o comportamento mecânico de camadas de um solo residual areno-siltoso reforçado com a adição de fibras de polipropileno distribuídas aleatoriamente na massa de solo, sob carregamento estático, visando o assentamento de fundações superficiais. O estudo se baseou em duas etapas, uma de laboratório e outra de campo. O programa experimental de laboratório consistiu na realização de ensaios triaxiais adensados drenados a fim de se estudar o comportamento do solo residual e de misturas solo-fibra em termos de tensão-deformação-resistência. Foram analisadas tensões confinantes, comprimentos, teores e diâmetros de fibras de polipropileno. Também foi avaliado o comportamento ao longo de ciclos carga-descarga-recarga para o solo reforçado, a influência da velocidade de carregamento, bem como o comportamento do solo residual e do solo-fibra, não somente na umidade ótima e densidade máxima, como também nos ramos seco e úmido da curva de compactação, obtida sob energia Proctor Normal. Na etapa de campo foram construídos aterros experimentais com camadas de solo residual compactado e do mesmo reforçado com fibras, e sobre estes foram executadas provas de carga (placa circular) com o objetivo de avaliar o comportamento carga x recalque de fundações superficiais. Uma comparação entre os resultados de ensaios triaxiais realizados sobre amostras de solo reforçado reconstituídas em laboratório e sobre amostras retiradas em campo é apresentada. A análise global dos resultados permitiu identificar as alterações provocadas pela inclusão aleatória de fibras de polipropileno no solo residual de arenito. Os resultados dos ensaios de placa sobre camadas de solo compactado com e sem reforço fibroso demonstraram um aumento significativo da capacidade de suporte com a inclusão de fibras, além de uma redução considerável dos recalques, quando comparado ao comportamento do solo residual compactado.

Nesta dissertação desenvolve-se um equipamento de compressão confinada com medição de tensão lateral e avalia-se o comportamento, sobre a trajetória de tensões Ko, de um solo e de misturas de solo-fibra e solo-cimento, considerando a influência da adição de fibras de diferentes comprimentos e de cimento em variadas quantidades ao solo estudado bem como o efeito da tensão de cura e índice de vazios de cura na trajetória de tensões Ko, na tensão lateral, nas deformações verticais e nos valores de Ko. O solo utilizado no estudo é uma areia fina de granulometria uniforme extraída de uma jazida localizada no município de Osório – RS. O trabalho de pesquisa realizado com esses solos tem seu enfoque dividido em duas partes principais: (1) projeto, construção, validação e calibração do equipamento; (2) ensaios de compressão confinada com medição de tensão lateral em amostras de solocimento- fibra com dois comprimentos de fibras (6mm e 12 mm), três teores de cimento (1%, 3% e 7%) e em três diferentes condições de cura (cura sob tensão vertical de 0 kPa, cura sob tensão vertical de 0 kPa com índice de vazios modificado pela aplicação anterior à cura de uma tensão vertical de 500 kPa e cura sob tensão vertical de 500 kPa). Os níveis de tensões aplicados neste trabalho chegam a 3000 kPa. Os resultados mostram que o equipamento de compressão confinada com medição de tensões laterais funciona satisfatoriamente, apresentando dados coerentes e confiáveis A inclusão de fibras, bem como o aumento do comprimento das mesmas, diminui os valores de tensão lateral e de Ko em relação ao material sem reforço. A presença de cimento reduz a tensão lateral e gera uma tensão lateral residual, a qual aumenta com o teor de cimento. Da mesma forma, um acréscimo na rigidez ocorre com o aumento da quantidade de cimento. O efeito da cimentação diminui os valores de Ko e os tornam não mais constantes no carregamento. A alteração das condições de cura não causa mudanças significativas no que diz respeito às tensões, mas a rigidez inicial é aumentada com a mudança do índice de vazios e da tensão de cura dos materiais cimentados, sendo o acréscimo maior para a segunda.

Esta dissertação de mestrado apresenta um a investigação das causas que levara mum talude rodoviário à ruptura. Esse talude localiza-se no município de São Jerônimo, no Km 7+500 da rodovia RS/470. A ruptura foi progressiva, tendo início logo após a abertura do corte para a execução da rodovia e envolveu um a extensão demais de 100 metros. Foram levantados aspectos geológicos e geomorfológicos da região, indicando tratar-se de uma área localizada na Depressão Periférica, com relevo suave ondulado. Os dois solos que compõe o talude foram descritos e amostrados. Foram realizados ensaios de caracterização e ensaios de cisalhamento para as diversas condições de deformação dos materiais. Foram feitos diversos ensaios de cisalhamento direto: a) com amostras indeformadas, buscando-se determinar parâmetros de resistência para a condição de pico e, b ) ensaios especiais, utilizando a técnica de reversões múltiplas para determinar parâmetros de resistência na condição de grandes deformações. Foram feitos também ensaios de cisalhamento por torção (ring shear), buscando-se parâmetros de resistência para a condição residual. A estabilidade do talude foi verificada para duas geometrias, a inicial e a pós-ruptura, utilizando-se os parâmetros de resistência ao cisalhamento obtidos nos ensaios realizados. A retro-análise da situação inicial indicou que as rupturas iniciais mobilizaram um valor de resistência ao cisalhamento correspondente a um a condição de deformação intermediária entre a condição de pico e a de grandes deformações. A retro-análise da condição atua lindicou que os solos ainda não atingiram a condição residual, sendo que a resistência mobilizada é melhor representada pelos parâmetros na condição de grandes deformações.

O comportamento mecânico dos solos arenosos tem sido objeto de numerosos estudos e os resultados encontram-se bem descritos na literatura. Entretanto, pouco se conhece sobre o comportamento destes solos quando submetidos a certo grau de alteração de suas propriedades originais. Esta dissertação apresenta um estudo de dois solos arenosos, com características distintas, da região litorânea do estado do Rio Grande do Sul. O trabalho envolveu ensaios de laboratório para verificação de algumas propriedades mecânicas, como a compressibilidade unidimensional, a resistência ao cisalhamento e o comportamento tensão-deformação. Foram também realizados ensaios para verificação das características físicas dos grãos dos solos, por meio de ensaios de difratometria de raios-X, microscopia eletrônica de varredura e a análise da composição química pelo método de espectrometria de energia dispersiva (EDS). Estes ensaios especiais tiveram a finalidade de determinar o tipo de alteração ocorrente nos grãos de areia alterada. Através das análises, constatou-se que embora os dois solos sejam muito semelhantes sob o ponto de vista granulométrico e mineralógico, o comportamento mecânico do solo com alteração é profundamente modificado em relação ao solo sem alteração. Na areia alterada existe uma camada de material cimentante em torno dos grãos cujos principais elementos químicos são o ferro e o silício, em forma de sílica amorfa De uma forma geral, o material cimentante e as ligações entre grãos apresentam um aspecto poroso e fraturado. A alteração verificada corresponde a uma ação pedogenética responsável pela geração de agentes cimentantes, sem modificação nas características intrínsecas dos grãos de areia. Nos ensaios de compressão confinada sob o mesmo índice de vazios, a areia alterada apresentou maiores deformações e um índice de compressão duas vezes maior do que a areia sã. A areia alterada teve sua resistência ao cisalhamento bastante alterada pelo grau de umidade, ao contrário da areia sã, além de não ter apresentado resistência de pico para as densidades testadas.

O presente estudo tem por objetivo apresentar e discutir os resultados de uma investigação geoambiental realizada em uma área contaminada por resíduos industriais, na qual foi depositada borra oleosa ácida. Sondagens de simples reconhecimento (SPT) foram empregadas para a identificação do perfil estratigráfico da área, e ensaios laboratoriais (granulometria e limites de Atterberg) foram utilizados para caracterização das amostras de solo. Os resultados mostraram que o subsolo da área é constituído por um perfil de solo residual composto essencialmente pelas frações argila e silte. Uma série de sondagens de cone resistivo (RCPT) foi realizada na área com o objetivo de detectar a presença de contaminantes no subsolo, através de medidas da resistividade elétrica. As verticais resistivas foram comparadas com os resultados de duas campanhas de geofísica superficial por eletro resistividade, que foram obtidas em trabalhos anteriores de avaliação da contaminação da área. Com o propósito de avaliar a eficiência do cone resistivo na identificação das zonas contaminadas, os ensaios de RCPT foram realizados próximos a poços de monitoramento, onde foram coletadas amostras da água subterrâneas para análises quantitativas da contaminação. O principal efeito da contaminação do meio físico é redução dos parâmetros físico-químicos, pH e resistividade elétrica da água subterrânea, em razão da elevada quantidade de ácido sulfúrico e metais que são liberados pelo resíduo borra ácida depositado na área. Através das verticais resistivas foi possível identificar uma zona altamente contaminada até 5 m de profundidade, caracterizada por valores muito baixos de resistividade. Os dados fornecidos pelo cone resistivo apresentaram concordância satisfatória com as análises químicas e físico-químicas da água subterrânea. Nas zonas superficiais do subsolo (< 5 m de profundidade) os valores de resistividade obtidos pelo cone resistivo foram inferiores àqueles obtidos através da geofísica de superfície. A compatibilidade entre os resultados foi observada para as cotas mais profundas do subsolo.