O crescimento econômico acarreta na necessidade de aumento de capacidade de rodovias existentes. Quando localizadas em meia-encostas, muitas vezes estão vinculadas a ocorrências de instabilidade de modo que obras de aumento da capacidade geram grande impacto. O objetivo desta pesquisa é avaliar o aumento de capacidade de um trecho da Rodovia ERS/122, minimizando os impactos através da definição da seção-tipo com dimensões mínimas, segurança para o usuário, e utilização de um material leve como aterro a ser construído na meia encosta. O principal material avaliado para utilização como aterro são restos de pneus triturados, já encontrados no mercado atual. A avaliação desta solução de aterro em meia encosta decorre principalmente do fato de evitar desmontes de rocha que ocasionariam a interrupção do tráfego em uma importante rodovia do estado. Aliado a isso, é baixa a ocorrência de solos de boa qualidade no trecho, de modo que o aterro é geralmente realizado com materiais rochosos de ocorrência local ou materiais importados. A possibilidade de diminuir a utilização de um material nobre a ser explorado na natureza, juntamente com a utilização de materiais que ainda não possuem 100% de destinação adequada, aliada ao baixo peso específico e adequada resistência ao cisalhamento, incentivaram a realização dos estudos. Ensaios de resistência ao cisalhamento e comportamento de compressão foram realizados para avaliar os parâmetros geotécnicos, a fim de obter um modelo geomecânico. Devido aos resultados de teste satisfatórios, tem sido considerado possível o uso de tais materiais. Os parâmetros obtidos em condições de confinamento foram aceitáveis para aterros de rodovias especialmente quando as aparas de pneus foram misturadas com agregados rochosos. Seu uso como um material de aterro pode ser incentivado, a fim de reduzir o uso de rochas naturais, para obter uma utilização adequada de restos de pneus e para gerar uma maior estabilidade dos aterros com a substituição de solos com comportamento geotécnico pobre. Isto é conseguido principalmente pela diminuição do peso do aterro, pela melhoraria das condições de drenagem e pela definição de uma seção transversal geometricamente segura. / Economic growth leads to the need to increase the capacity of existing highways. When crossing natural slopes often are linked to occurrences of instability so that increased work capacity generate big impact. The objective of this research is to evaluate the increase in capacity of a highway stretch ERS / 122, minimizing impacts by setting the standard section with minimum dimensions, but safe for the user, using a lightweight material as fill. The main material evaluated for use as embankment is shredded tire debris, already found on the market. The evaluation of this embankment solution on natural slopes is mainly to avoid rock blasting which would interrupt the traffic on this important State highway. As there is few occurrences of good quality soil near the construction sites, the fills are usually built with local or imported rock materials. The ability to reduce the use of rock to be exploited from nature by the use of recycled materials combined with its low specific weight and adequate shear strength encouraged this study. Tests of shear strength and compression behavior were carried out to evaluate geotechnical parameters in order to obtain a geomechanical model. Due to satisfactory test results the use of such materials has been considered possible. The parameters obtained on confined conditions were acceptable for road fills especially when scrab tires were mixed with rock aggregates. Its use as an embankment material can be incentivatedf in order to reduce the use natural rocks, to obtain an adequate use for tire scraps and to generate a greater stability for embankments as replacement of soils with poor geotechnical behavior. This is achieved mainly by decreasing landfill weight, improving the drainage conditions and definition of geometrically safe embankment cross-section.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / A common problem of the Brazilian semiarid regions is water scarcity. An alternative to attenuate this severe regional problem consists in storing water during the rainy season, in dams with small storage volumes, usually built with inefficiently compacted embankments, which can contribute to the collapse during the first filling. The main goal of this work is to evaluate a construction methodology for earth dams in semiarid regions, taking into account the problems of inadequate compaction and water shortages. To achieve this, a study was done on a theoretical and experimental basis, in order to better understand the mechanical behavior of small dams that collapse during the first filling. An experimental dam was built in QuixadÃ-CE, following the proposition of Miranda (1988), which suggests a zoned cross section, built with low water content, with a better compacted core and side slopes with less efficient compaction. The embankment of this experimental dam was instrumented with piezometers (standpipes) and limnimetric rules, to monitor the filling and operation stages. Another developed study in this research refers to the avant-garde evaluation of suction in earth dams, using a device developed by researchers from the Department of Agricultural Engineering, at the Federal University of CearÃ, a capacitive sensor. To obtain the geotechnical parameters for the embankment soil, some laboratory tests were performed, such as characterization tests, compaction, consolidation and permeability tests, as well as shear strength and triaxial compression (saturated and unsaturated) ones, and also tests to determine the soil-water characteristic curve (using the filter paper method). The results were used in a numerical modeling of transient flow, using the software Slide, associated with UNSTRUCT, to predict the stress-strain behavior of the experimental dam. The results pointed to the occurrence of collapse in the soil structure of the slopes, which indeed happened after the first filling, since large longitudinal cracks were found in loco. The dam stability was also evaluated, by reducing the shear strength parameters, noting its stability, and thus proving efficient what Miranda (1988) proposed: a zoned embankment built with reduced costs of earthworks and low water consumption, contributing to the development of a low-cost methodology for the construction of small dams in the Brazilian semiarid. / Uma das problemÃticas do semiÃrido nordestino à a escassez de recursos hÃdricos. Para atenuar este forte problema regional, à comum realizar o armazenamento da Ãgua, durante o inverno, em barramentos com pequeno volume de acumulaÃÃo, construÃdos geralmente com maciÃos ineficientemente compactados, o que pode contribuir para a ruptura da obra durante o enchimento. O objetivo principal deste trabalho à avaliar uma metodologia de construÃÃo de barragens de terra em regiÃes semiÃridas, levando em consideraÃÃo os problemas de compactaÃÃo inadequada e escassez de Ãgua. Para tanto, foi empreendido um estudo, a partir de bases teÃricas e experimentais, a fim de melhor entender o comportamento mecÃnico de pequenas barragens que entram em colapso durante seu primeiro enchimento. Para tanto, foi construÃda uma barragem experimental no MunicÃpio de QuixadÃ-CE, seguindo a proposta de Miranda (1988), que sugere uma seÃÃo-tipo zoneada, construÃda com baixa umidade, tendo o nÃcleo melhor compactado e os espaldares executados com compactaÃÃo menos eficiente. O maciÃo desta barragem experimental foi, entÃo, instrumentado, com piezÃmetros e rÃguas linimÃtricas, para monitorar o enchimento e a operaÃÃo. Outro estudo desenvolvido nesta pesquisa foi o emprego vanguardista, na avaliaÃÃo da sucÃÃo em barragens de terra, de um equipamento desenvolvido por pesquisadores da Engenharia AgrÃcola da Universidade Federal do Cearà (UFC), para a determinaÃÃo da umidade do solo, um sensor capacitivo. Para a obtenÃÃo dos parÃmetros geotÃcnicos do maciÃo, foram realizados ensaios de caracterizaÃÃo, compactaÃÃo, adensamento duplo, permeabilidade e cisalhamento direto e de compressÃo triaxial (saturado e nÃo saturado), alÃm de ensaios para a determinaÃÃo da curva de retenÃÃo do solo (mÃtodo do papel de filtro). Os resultados foram utilizados em uma modelagem numÃrica de fluxo em regime transiente, com o auxÃlio do programa Slide, associados ao UNSTRUCT, para a previsÃo do comportamento tensÃo x deformaÃÃo do solo da barragem experimental. As anÃlises indicaram a ocorrÃncia de colapso da estrutura do solo dos taludes, fenÃmeno observado in loco apÃs o enchimento, jà que a obra apresentou grandes trincas longitudinais em seus taludes. A estabilidade da barragem tambÃm foi avaliada, atravÃs da reduÃÃo dos parÃmetros de resistÃncia ao cisalhamento, constatando sua estabilidade, e comprovando, assim, a eficiÃncia da proposta de Miranda (1988), de um maciÃo zoneado construÃdo com reduÃÃo de custos de terraplenagem e do consumo de Ãgua, contribuindo para o desenvolvimento de uma metodologia de baixo custo para a construÃÃo de pequenas barragens no semiÃrido brasileiro.

Esta dissertação discute o emprego de técnicas de estabilização de taludes rodoviários de corte e aterros utilizando drenagem superficial e vegetação. Os conceitos de aplicação de vegetação no aumento da resistência do solo, diminuição da poro-pressão e diminuição da erosão superficial do terreno são revisados. O trabalho discute a importância da interação solo-vegetação, sua influência em taludes, a importância da matéria orgânica nos solos, a sucessão vegetal com vegetação nativa. Estes conceitos foram utilizados na análise de um trecho da BR386, entre a entrada para a via de acesso a Progresso até Canoas, atualmente em processo de duplicação. A partir da inspeção de campo foram identificados os principais problemas de instabilidade e erosão da obra. Foram coletadas seis amostras de solos de quatro taludes da obra para caracterização e para melhor descrição dos problemas de ruptura superficial e controle de erosão nos cortes e aterros analisados. Os materiais amostrados envolveram duas amostras com característica de argila de alta plasticidade, uma argila de baixa plasticidade, uma areia siltosa não plástica, uma areia argilosa e uma areia argilosa não plástica. Foram analisados os problemas encontrados em campo, em função do tipo de materiais, tendo sido propostas soluções adaptadas a cada caso, principalmente focando problemas referentes à drenagem e a busca de soluções ambientais eficazes e com preservação do caráter paisagístico. / This work discusses the use of stabilization techniques for road cuttings and embankments using drainage and vegetation. The concepts of increase soil strength due to vegetation, decrease of the pore pressure and reduction in erosion of the ground surface are reviewed. The work also discusses the importance of soil-vegetation interactions, their influence on slopes, the importance of organic matter in soils and plant succession with native vegetation. These concepts were used in the analysis of a length of the BR386 highway, between the entrance to the access route to Progress up to Canoas, currently in the process of duplication. From the field inspection the main problems of instability and erosion of the works were identified. Six soil samples were collected from four slopes for soil characterization and better description of the superficial instabilities and erosion control in the cuts and embankments analyzed. The materials involved two samples with characteristic of high plasticity clay, low plasticity clay, non plastic silty sand and sand clay not plastic. The problems encountered in the field were analyzed, considering the type of soils involved and proposals of solutions have been made adapted for each case, mainly focusing on drainage and the search for effective environmental solutions which preserve the landscape character.

A presente dissertação apresenta um estudo experimental e de simulação de fluxo de água investigando os efeitos de chuvas torrenciais sobre o solo existente em um talude da região de São Vendelino. Para este estudo foi selecionada uma encosta na qual houve duas ocorrências de rupturas rasas que deram origem a corridas de detritos num evento importante que ocorreu no local em dezembro de 2000. Ao longo da cicatriz deixada por uma delas, foram realizados ensaios de caracterização e determinadas as propriedades hidráulicas do solo a partir de ensaios de campo e de laboratório. Os ensaios de campo compreenderam ensaios com o permeâmetro de Guelph, ensaios com piezômetros de tubo aberto e infiltrômetro de anel duplo. Em laboratório foram realizados ensaios utilizando dois diferentes permeâmetros de parede flexível. Foi feita também a determinação da curva característica do solo através do método do papel-filtro. A partir das propriedades hidráulicas do solo, da geometria do talude e espessura dos materiais, obtidas a partir de topografia, foram realizadas análises de fluxo utilizando o programa Seep/W simulando a precipitação medida de 148 mm/2 h que deflagrou as corridas de detritos de dezembro de 2000. As análises mostraram que, como o solo coluvionar tem uma condutividade hidráulica bastante elevada, ocorre a infiltração de toda a chuva ocorrida. As análises de fluxo mostraram uma elevação progressiva do nível freático com o tempo, o qual atinge a superfície do terreno no trecho crítico do talude (trecho de maior inclinação) após cerca de 95 minutos de precipitação. Análises de estabilidade simplificadas (talude infinito) mostram fatores de segurança próximos da unidade com o nível freático em 80% da camada de solo coluvionar, considerando o trecho mais íngreme do talude. Embora com algumas simplificações de análise, estes resultados mostram que as análises de fluxo e de ruptura, utilizando dados reais medidos em campo, são muito promissores pois conseguem modelar de forma adequada a ruptura ocorrida (FS=1,0). / This dissertation presents an experimental study and a simulation of hydraulic flow in a slope at São Vendelino region, to investigate the effects of torrential rains on the existing soil. A natural slope was selected in which two shallow slope failures had occurred in December 2000 during a serious debris flow event. Soil characterization tests and hydraulic properties have been determined in the laboratory on soil samples taken close to one of the scars left by the failures. The field tests involved Guelph permeameter, stand pipe piezometers and doublering infiltrometer tests. Tests on two different flexible wall permeameter tests and the determination of the moisture-suction characteristic curve have also been carried out in the laboratory. Using the measured soil hydraulic properties, the slope geometry and soil covering depths obtained through topography, some hydraulic flow analyses have been carried out. The SEEP/W software was used and the measured precipitation of 148mm/ 2h, which caused the debris flow event of December 2000, was simulated. The analyses have shown that all the precipitation can infiltrate, as the soil has a large hydraulic conductivity, and there is a progressive rising of the phreatic line with time. This level of water reaches the soil surface in the critical length of the slope (the length with the larger inclination) after 95 min of rain. Simplified slope stability analysis (infinite slopes) had shown values of safety factors close to one in the critical length of the slope when the phreatic line is at 80% depth of the colluvium soil. Although there are some simplifications in the analysis, these results show that the flow and the stability analyses using the real data collected from field tests modeled in an appropriate way the real failure (FS~1,0).

Métodos de estudo de estabilidade de taludes são diversificados e estão bastante desenvolvidos e consolidados na Geologia de Engenharia. Paralelamente, a aplicação de ferramentas de geoprocessamento tem se intensificado bastante em todos os campos de conhecimento técnico científico, demonstrando ser uma ferramenta de grande importância e auxiliando a tomada de decisão, sendo inclusive utilizado no estudo de escorregamentos e processos correlatos a instabilização de taludes. Dentro deste contexto, este trabalho objetivou desenvolver uma abordagem de estudo para caracterizar a estabilidade de taludes de mineração combinando técnicas e métodos usuais de investigação e análise geológico-geotécnica. A pesquisa foi aplicada nas minas de ferro do complexo Fazendão, localizadas no município de Catas Altas (MG) e são de propriedade da companhia VALE S/A. O trabalho está dividido essencialmente em duas etapas de estudo: primeiramente um foco semi-regional, seguido de um estudo de detalhe em uma mina em particular. Para a análise semi-regional foi utilizando Sistema de Informação Geográfica - SIG para geração de mapas temáticos, abrangendo todas as minas do complexo. Já no estudo de detalhe, foram realizados levantamentos sistemáticos em campo na mina de São Luís, sendo posteriormente realizado um levantamento específico de seções dentro da mina. A partir dos mapas temáticos foram identificadas as principais drenagens e bacias hidrográficas da área de estudo. Estes mapas juntamente com os mapas de declividade, curvatura, direção de vertente e mapa geológico, forneceram informações importantes sobre a região onde as minas estão inseridas, o que possibilita um melhor planejamento das intervenções que vierem a serem feitas. As análises por estereogramas indicaram várias situações de instabilidade frente às direções de fraturas e bandamento, com relação à direção e ângulo de mergulho de alguns taludes, sendo várias destas feições identificadas em campo. Por outro lado, a análise por equilíbrio limite apontam fatores de segurança muito altos, desde que não ocorra a influência do nível de água. Por fim, a abordagem utilizada foi bastante útil na caracterização da região. O estudo semi-regional em conjunto com uma análise de detalhe permitiu identificar feições que comprometem a segurança dentro da mina. A partir do resultado deste estudo, espera-se auxiliar a programação do avanço da mina de forma otimizar sua exploração, sem comprometer a segurança. / Methods of study of slope stability are diverse and are well developed and consolidated in Engineering Geology. In addition, the application of GIS tools has intensified greatly in all fields of scientific expertise, proven to be an important tool aiding in the decision making, including being used in the study of landslides and processes related to slope instability. Within this context, this study aimed to develop a approach to characterize the stability of slopes mining combining geoprocessing techniques and the usual methods of investigation and analysis of geological-geotechnical. The research was applied to the iron mines of Fazendão complex, located in the municipality of Catas Altas (MG) and are the property of the company VALE S/A. The research is divided into two main stages of the study: first a semi-regional focus followed by a study in detail of a particular mine. For the semi-regional analysis has been using GIS for thematic maps, covering all the mines the complex. In the study of detail, systematic surveys were conducted in the field for geological and geotechnical parameters in the mine of São Luís, and later conducted a survey within specific sections of the mine. From the thematic maps were identified the major drainage and hydrographic basins of the study area. Those maps, analyzed together with the slope map, curvature, direction of slope and geologic map provided important information about the area which the mines are located, allowing better planning of interventions that were to be made. The stereograms analyzes indicated various situations of instability depending of the fractures and banding directions, according to direction and dip angle of some slopes, some of it identified in the field. Moreover, the limit equilibrium analysis safety factors showed very high, since there was no influence of the water levels. Finally, the used approach was useful in characterizing the region. The semi-regional study combined with a detail analysis allowed to identify features that compromise the safety inside the mine. From the results of this study is expected to help advance the schedule of the mine in order to optimize their operations, without compromising security.

[pt] São abordados alguns aspectos relativos à execução de análises probabilísticas em projetos de geotecnia. Apresenta-se um resumo dos conceitos de probabilidade e estatística, utilizados ao longo do trabalho. Descreve-se uma metodologia para a obtenção dos dados necessários à análise probabilística, incluindo a quantidade e a localização de amostras, o cálculo das médias e variâncias dos parâmetros do solo e a quantificação das incertezas relativas a estes valores. Apresenta-se o procedimento de execução dos três métodos probabilísticos mais utilizados em geotecnia com ênfase especial para o Método do Segundo Momento de Primeira Ordem. São executadas análises probabilísticas considerando, separadamente, variações de altura e inclinação de um talude de mineração sob condições drenadas. Avalia-se também a aplicação da metodologia de análise probabilística em situações não-drenadas, através da análise da estabilidade de um quebra-mar sobre argila mole. / [en] Some aspects about probabilistic analysis of stability in geotechnical engineering are studied in this thesis. A summary about basic concepts of probability and statistics used along this work is presented. The methodology for obtaining the data needed for probabilistic analysis is described, including quantity and localization of samples, computation of mean and variance of soil properties and determination of uncertainties about these values. The procedures of three probabilistic methods which are useful in geotechnics are presented, with special emphasis on the first order second moment method (FOSM). Probabilistic analysis are made considering independent changes of height and inclination of a mine slope under drained conditions. The application of probabilistic analysis of a breakwater above a soft clay deposit under undrained conditions is also presented. / [es] Se abordan algunos aspectos relativos a la ejecución de análisis probabilístico en proyectos de geotecnia. Se presenta un resumen de los conceptos de probabilidades y estadísticas, utilizados a lo largo del trabajo. Se describe una metodología para la obtención de los datos necesarios para el análisis probabilístico, incluyendo la cantidad y la localización de las muestras, el cálculo de las medias y variancias de los parámetros del suelo y la cuantificación de los errores relativos a estos valores. Se presenta el procedimientode ejecución de los tres métodos probabilísticos más utilizados en geotecnia con énfasis especial para el Método del Segundo Momento de Primer Orden. Se realizan análisis probabilísticos considerando, separadamente, variaciones de altura e inclinación de un talud de mineración en condiciones drenadas. También se evalúa la aplicación de la metodología de análisis probabilística en situaciones no-drenadas, a través de el análisis de la estabilidad de un quebra olas sobre arcilla blanda.

Oil shale industry in Estonia is looking at other mining technologies as alternative to strip mining and room and pillar mining methods. One such alternative to the room and pillar method is the punch-longwall mining method. Enefit Kaevandused AS, one of the major oil shale companies in Estonia, plans to employ this technology in exploiting some of its resources in the near future. This thesis examines the different stability problems related to the planned punch-longwall mining project in Narva oil shale mine. Determining optimal chain pillar dimensions and stability of the punch-longwall highwall slope are the main objectives of this project. Rock mechanical analyses have been done and recommendations are made based on the rock mechanical aspect of the mining process. Taavi Lõhmuste is responsible for the chain pillar stability analysis and Ott Oisalu for the punch-longwall highwall slope stability analysis. It is essential to understand the geology of a certain area in order to make accurate stability assessments. Because of the previously stated requirements, the geology of Estonian oil shale deposit is examined in the first part of the thesis in order to determine the geological and rock mechanical conditions to set the foundation for further analyses. In conclusion, for the part of the highwall slope, a properly designed barrier pillar plays a key role in the stability of the slope. After reviewing and analyzing the results of both highwall slope numerical models, it can be stated that the minimum length for the barrier pillar that still will yield in stable highwall slope is 65 meters. For the part of the chain pillars, in conclusion, it can be determined that optimal chain pillar dimensions that should be suitable, from the stability standpoint, are 6x6 meters for 3-entry system and 7x7 meters for 2-entry system (length x width).

Les séismes sont connus comme des catastrophes naturelles destructrices et meurtrières. Particulièrement dans les régions montagneuses, les effets des séismes sont encore beaucoup plus aggravés à cause des effets de site topographiques. La présence d'une pente est à l'origine d'une amplification du signal sismique notamment dans le voisinage de la crête. De nombreux séismes anciens tels que le séisme de Lambesc (1909, Ms=6.2) qui a conduit à la destruction du village de Rognes (Bouches-du-Rhône, France), ou plus récemment le séisme d'Athènes en Grèce (1999, Ms=5.9) qui a endommagé la ville d'Adames ainsi que les séismes de Chichi à Taiwan (1999, Mw=7.6), du Salvador (2001, Mw=7.6) et du Sichuan (2008, Mw=7.9) responsables de très nombreux glissements de terrain particulièrement catastrophiques sont des exemples représentatifs. Les investigations post-sismiques ont montré une contribution importante des effets de site topographiques au bilan des dommages humains et matériels. Dans le but d'améliorer les connaissances de ce phénomène, de nombreuses simulations numériques ont été réalisées sur des modèles de versant isolés en utilisant le logiciel FLAC 2D (Itasca). Les résultats obtenus ont été analysés en considérant plusieurs critères comme les facteurs d'amplification, les surfaces et les dimensions des zones d'amplification ainsi que la distribution spatiale de ces zones dans le massif de versant. Des études paramétriques ont permis de mettre en évidence le rôle principal de la fréquence adimensionnelle, rapport de la hauteur du versant à la longueur d'onde du signal sismique, dans l'évaluation des effets de site topographiques. Ces résultats montrent également que la pente est le deuxième paramètre important, suivie du coefficient de Poisson et de la géométrie de la crête et du pied de la pente.Ces résultats numériques ont également permis de définir des relations empiriques, nommées ANS, qui permettent d'estimer les effets de site topographiques selon les différents critères d'interprétation. Ces formules sont adaptées pour les signaux sismiques avec une bande de fréquences prédominantes relativement étroite. Pour les autres cas, la Méthode de Décomposition des ondes (MD) a été développé dans ce travail. Cette méthode est basée sur la décomposition du signal complexe multi-fréquentiel en plusieurs ondes mono-fréquentielles par transformée de Fourier. L'effet du signal complexe est alors évalué en faisant une combinaison des effets individuels de chaque onde élémentaire. Ces approches développées dans ce travail (ANS et MD) permettent d'évaluer les effets de site topographiques, en tenant compte de plusieurs paramètres géomorphologiques et sismiques du massif de versant ainsi que du contenu fréquentiel du signal sismique, sans avoir recours à des simulations numériques. / Earthquakes are known as destructive and murderous natural catastrophe. Particularly in the mountainous regions, the effects of earthquakes are still much aggravated due to the topographic site effects. The presence of a slope causes an amplification of the seismic signal, particularly in the vicinity of the crest. Numerous earthquakes in the past such as the 1909 Lambesc earthquake (Ms=6.2) which led to the destruction of the Rognes village (Bouches-du-Rhône, France), or more recently the 1999 Athens, Greece earthquake (Ms=5.9) which damaged the Adames city as well as the 1999 Chichi, Taiwan earthquake (MW=7.6), the 2001 El Salvador earthquake (MW=7.6) and the 2008 Sichuan earthquake (MW=7.9) responsible for numerous catastrophic landslides are representative examples. Post-seismic investigations demonstrated a significant contribution of topographic site effects on the human and material damage assessment.In order to improve the knowledge of this phenomenon, numerous numerical simulations were performed on the step-like slope models by using the FLAC 2D software (Itasca). The obtained results were analyzed by considering various criteria such as amplification factors, dimensions and area of amplification zones as well as spatial distribution of these zones inside the slope mass. The parametric analyses allow underlining the principal role of the dimensionless frequency, ratio of the slope height to the wavelength of the seismic signal, in the evaluation of topographic site effects. These results also show that the slope angle is the second important parameter, followed by the Poisson's ratio and the geometry of the crest and of the toe of slope.These numerical results allow pointing out empirical equations, called ANS, which can be used to estimate the topographic site effects according to different interpretation criteria. These formulas are suitable for seismic signals with a relatively narrow band of predominant frequencies. For other cases, the method concerning decomposition of seismic incident wave (MD) was developed in this work. This method is based on the decomposition of the complex multi-frequency seismic signal into multiple mono-frequency waves by using Fourier transform. The effect of the complex signal is then evaluated through a combination of the effects of elementary waves. The approaches developed in this work (ANS and MD) allow evaluating the topographic site effects, by taking into account geomorphologic and seismic parameters of the slope as well as the frequency content of the seismic signal, without recourse to numerical simulations.

In this thesis, the failures that occurred during the construction of the Jamuna Bridge Abutment in Bangladesh have been investigated. In particular, the influence of heterogeneity on slope stability has been studied using statistical methods, random field theory and the finite element method. The research is divided into three main parts: the statistical characterization of the Jamuna River Sand, based on an extensive in-situ and laboratory database available for the site; calibration of the laboratory data against a double-hardening elastoplastic soil model; and stochastic finite element slope stability analyses, using a Monte Carlo simulation, to analyse the slope failures accounting for heterogeneity. The sand state has been characterised in terms of state parameter, a meaningful quantity which can fully represent the mechanical behaviour of the soil. It was found that the site consists of predominantly loose to mildly dilative material and is very variable. Also, a Normal distribution was found to best represent the state parameter and a Lognormal distribution was found to best represent the tip resistance.The calibration of the constitutive model parameters was found to be challenging, as alternative approaches had to be adopted due to lack of appropriate test results available for the site. Single-variate random fields of state parameter were then linked to the constitutive model parameters based on the relationships found between them, and a parametric study of the abutment was then carried out by linking finite elements and random field theory within a Monte Carlo framework.It was found that, as the degree of anisotropy of the heterogeneity increases, the range of structural responses increases as well. For the isotropic cases, the range of responses was relatively smaller and tended to result in more localised failures. For the anisotropic cases, it was found that there are two different types of deformation mechanism. It was also found that, as the vertical scale of fluctuation becomes bigger, the range of possible structural responses increases and failure is more likely. Finally, it was found that the failed zones observed during the excavation of the West Guide Bund of the Jamuna Bridge Abutment could be closely predicted if heterogeneity was considered in the finite element analyses. In particular, it was found that, for such a natural deposit, a large degree of anisotropy (in the range of 20) could account for the deformation mechanisms observed on site.

[pt] Na abordagem determinística compara-se o método do equilíbrio limite com o método dos elementos finitos na análise 2D da estabilidade de taludes em solo, determinando-se o valor do fator de segurança para vários exemplos de aplicação. No método dos elementos finitos quantifica-se a região da potencial superfície de ruptura que se comporta sob extensão, analisando-se a ocorrência de anisotropia de resistência ao longo da potencial superfície de deslizamento para situações envolvendo diferentes tipos de solo, ângulos de inclinação do talude e sequências de escavação. Conclui-se que o efeito da anisotropia é pouco significativo quando o ângulo de atrito do solo exceder a 10 graus. Por outro lado, devido à crescente aplicação da abordagem probabilística na prática da engenharia geotécnica, foram realizadas análises de confiabilidade de taludes empregando os métodos de Monte Carlo, do hipercubo latino e o método das estimativas pontuais alternativas, comparando-se os diferentes resultados obtidos e discutindo as principais vantagens da aplicação destes métodos. / [en] In the deterministic approach the limit equilibrium method and the finite element method are compared for 2D analysis of soil slope stability, calculating the value of the safety factor in several numerical examples. In the finite element method the region of soil under strain extension is determined and the occurrence of strength anisotropy is investigated along the potential sliding surface for situations involving different types of soil, angles of slope inclination and excavation sequences. It is concluded that the effect of the anisotropy is negligible when the angle of friction is higher than 10 degress. Moreover, due to the increasing application of the probabilistic approach in the practice of geotechnical engineering, some reliability analyses were carried out using the Monte Carlo method, the Latin hypercube method and the method of alternative point estimates, comparing their different outputs and discussing the main advantages of their application in the analysis of soil slope stability problems.