O presente trabalho tem como objetivo a análise do comportamento dos aterros instrumentados que compõem a obra do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro. Os resultados da instrumentação de campo serão discutidos e retroanalisados, juntamente com dados disponíveis na literatura, buscando-se a definição de parâmetros confiáveis, representativos do comportamento da argila compressível da região em estudo. O Arco Metropolitano do Rio de Janeiro é uma rodovia projetada que servirá como ligação entre as 5 principais rodovias que cortam o município do Rio de Janeiro. Dada a magnitude da obra e a ocorrência de significativas espessuras de solos moles em alguns trechos da região, determinados aterros que compõem a rodovia foram instrumentados com placas de recalque e inclinômetros, instalados em diferentes estações de monitoramento, no intuito de avaliar os deslocamentos verticais e horizontais dos aterros durante o processo construtivo. De posse de parâmetros confiáveis, procede-se à simulação numérica do processo construtivo de um dos aterros, a partir do programa PLAXIS, de elementos finitos. Os resultados numéricos são confrontados com a instrumentação de campo (fornecida por placas de recalque) e com os resultados de previsões teóricas (teoria de adensamento unidimensional). Em projetos de aterros sobre solos compressíveis, a instrumentação geotécnica é de grande importância, pois permite acompanhar o desenvolvimento de todo o processo construtivo, e as deformações decorrentes da sobrecarga imposta pelo lançamento de camadas de aterro. A imposição de um carregamento sobre solos de alta compressibilidade e baixa resistência pode acarretar em grandes deformações ao longo do tempo, além de rupturas indesejáveis do solo de fundação. Os resultados comprovaram que a modelagem numérica mostrou-se uma ferramenta adequada para a previsão dos recalques totais e tempos de adensamento. A definição de parâmetros representativos, com base em ensaios executados em amostras de boa qualidade, é o primeiro passo para a previsão coerente da evolução dos recalques com o tempo. A retroanálise do comportamento de aterros sobre solos moles permite a reavaliação das premissas de projeto, uma vez que as limitações das teorias de análise e a dificuldade na seleção de parâmetros, muitas vezes acarretam em estimativas de recalque incoerentes com as observações de campo. / The present work aims to analyze instrumented embankments behavior that composes the Rio de Janeiros Arco Metropolitano construction. Field instruments results will be discussed and reanalyzed, altogether with data available in literature, seeking to define reliable parameters, representative of the compressible clay behavior into the studied area. The Rio de Janeiros Arco Metropolitano is a road designed to work as a link between the five major highways that cross Rio de Janeiro city. Given to the works magnitude and the occurrence of significant thickness of soft soil in some parts of the region, some landfills that form the highway were instrumented with inclinometers and settlement plates installed in different monitoring stations in order to evaluate the vertical and horizontal landfill during the construction process. Armed with reliable parameters, it will be carried out to the numerical simulation of the construction process of a landfill, from the program PLAXIS, of finite elements. The numerical results will be compared with field instrumentation (provided by boards of repression) and the results of theoretical predictions (one-dimensional consolidation theory). In projects of embankments on compressible soil, geotechnical instrumentation is very important because it allows following the development of the entire construction process and the deformations due to overload imposed by the release of embankment layers. The imposition of a load on soils high compressibility and low resistance can lead to large deformations over time and undesirable disruptions in foundation soil. Concerning the numerical modeling, results proved to be a suitable tool to total settlements and times of consolidation prediction. The representative parameters definition, based on tests performed on good quality samples, is the first step for predicting the development of coherent repression with time. The reanalysis of the embankments behavior on soft soil permits the revaluation of the premises of the project, since the theory limitations of analysis and the difficulty in selecting parameters often leads to inconsistent estimates of repression with field observations.

O presente trabalho apresenta um estudo das condições geotécnicas e do monitoramento da obra de ampliação dos molhes, proteção da entrada do canal de navegação do Porto de Rio Grande-RS/ Brasil, assente em solos moles. Atenção é dada a problemas associados à capacidade de carga e recalque das fundações. Investigações indicaram que o solo de fundação é constituído de uma camada de areia com 3 a 5 m de espessura abaixo do piso marinho, seguida de camada de argila mole, com índice NSPT de 2 a 4 e espessura média de 15 m. Somente abaixo dessa profundidade ocorrem solos de maior resistência. Deste modo, antecipou-se no projeto que as camadas do subsolo marinho iriam sofrer recalques e deslocamentos significativos quando submetidas às cargas decorrentes do alteamento dos molhes, havendo a necessidade de garantir as condições de estabilidade a partir da construção de bermas de equilibrio. Devido aos riscos, a obra foi concebida como observacional, sendo acompanhada de instrumentação de controle do processo construtivo, incluindo a observação das poro-pressões, recalques e deslocamentos horizontais na camada de argila mole, compressível e de baixa resistência. A instrumentação implantada na obra inclui inclinômetros, medidores do tipo aranha e piezômetros, sendo tal instrumentação pioneira no Brasil em obras nearshore, pois devido às condições marítimas adversas, parte dos instrumentos envia os dados via rádio, com monitoramento contínuo em tempo real. Este trabalho apresenta relatos das etapas da obra, incluindo a investigação das condições do subsolo e a instalação da instrumentação, constituindo-se igualmente em um desafio devido à profundidade, às restrições de acesso, ventos, impacto de ondas e correntes. Os resultados da instrumentação foram analisados e sistemas de alerta foram implantados para garantir as condições de segurança durante todas as etapas construtivas dos molhes. / The present work presents the study of the geotechnical conditions and the monitoring of the breakwaters enlargement work in Rio Grande-RS/Brazil. The breakwaters are the protection for the Rio Grande harbor channel, based on soft soils. Focus is given to problems associated to the load and settlements of the foundations. Investigations have indicated that the soil is constituted of a 3 to 5 meter thick sand layer under the sea floor, followed by a soft clay layer with NSPT between 2 and 4 and 15 meter average thick. Only under this depth soils with larger strength occur. Therefore, it was predicted in the project that the layers from the sea subsoil would experience considerable settlements and displacements when they undergo the loads from the breakwaters heightening, existing the need to ensure stability conditions with the construction of balance berms. Due to risks, the work was conceived as observational and it has been accompanied by a control instrumentation of the constructive process, including pore water pressure observations as well as horizontal and vertical displacements in the clay layer. The implemented instrumentation includes inclinometers, spider magnet meters and piezometers. The use of these instrumentations has been considered pioneer in nearshore works in Brazil because, due to the adverse sea conditions, part of them send data by radio signal, with continuous monitoring on real time. This work presents reports from the steps taken in the work, including the investigation of the subsoil conditions and the installation of the instrumentation, which had constituted a challenge due to the depth, access restriction, wind, wave impact and the sea flow. Instrumentation results were analyzed and alert systems were deployed to ensure safety conditions during all the constructive steps of the breakwaters.

O presente trabalho apresenta um estudo das condições geotécnicas e do monitoramento da obra de ampliação dos molhes, proteção da entrada do canal de navegação do Porto de Rio Grande-RS/ Brasil, assente em solos moles. Atenção é dada a problemas associados à capacidade de carga e recalque das fundações. Investigações indicaram que o solo de fundação é constituído de uma camada de areia com 3 a 5 m de espessura abaixo do piso marinho, seguida de camada de argila mole, com índice NSPT de 2 a 4 e espessura média de 15 m. Somente abaixo dessa profundidade ocorrem solos de maior resistência. Deste modo, antecipou-se no projeto que as camadas do subsolo marinho iriam sofrer recalques e deslocamentos significativos quando submetidas às cargas decorrentes do alteamento dos molhes, havendo a necessidade de garantir as condições de estabilidade a partir da construção de bermas de equilibrio. Devido aos riscos, a obra foi concebida como observacional, sendo acompanhada de instrumentação de controle do processo construtivo, incluindo a observação das poro-pressões, recalques e deslocamentos horizontais na camada de argila mole, compressível e de baixa resistência. A instrumentação implantada na obra inclui inclinômetros, medidores do tipo aranha e piezômetros, sendo tal instrumentação pioneira no Brasil em obras nearshore, pois devido às condições marítimas adversas, parte dos instrumentos envia os dados via rádio, com monitoramento contínuo em tempo real. Este trabalho apresenta relatos das etapas da obra, incluindo a investigação das condições do subsolo e a instalação da instrumentação, constituindo-se igualmente em um desafio devido à profundidade, às restrições de acesso, ventos, impacto de ondas e correntes. Os resultados da instrumentação foram analisados e sistemas de alerta foram implantados para garantir as condições de segurança durante todas as etapas construtivas dos molhes. / The present work presents the study of the geotechnical conditions and the monitoring of the breakwaters enlargement work in Rio Grande-RS/Brazil. The breakwaters are the protection for the Rio Grande harbor channel, based on soft soils. Focus is given to problems associated to the load and settlements of the foundations. Investigations have indicated that the soil is constituted of a 3 to 5 meter thick sand layer under the sea floor, followed by a soft clay layer with NSPT between 2 and 4 and 15 meter average thick. Only under this depth soils with larger strength occur. Therefore, it was predicted in the project that the layers from the sea subsoil would experience considerable settlements and displacements when they undergo the loads from the breakwaters heightening, existing the need to ensure stability conditions with the construction of balance berms. Due to risks, the work was conceived as observational and it has been accompanied by a control instrumentation of the constructive process, including pore water pressure observations as well as horizontal and vertical displacements in the clay layer. The implemented instrumentation includes inclinometers, spider magnet meters and piezometers. The use of these instrumentations has been considered pioneer in nearshore works in Brazil because, due to the adverse sea conditions, part of them send data by radio signal, with continuous monitoring on real time. This work presents reports from the steps taken in the work, including the investigation of the subsoil conditions and the installation of the instrumentation, which had constituted a challenge due to the depth, access restriction, wind, wave impact and the sea flow. Instrumentation results were analyzed and alert systems were deployed to ensure safety conditions during all the constructive steps of the breakwaters.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente trabalho tem como objetivo a análise numérica do comportamento dos aterros instrumentados que compõem a obra do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro. Os resultados da instrumentação de campo serão retroanalisados, juntamente com dados disponíveis na literatura, buscando-se a definição de parâmetros confiáveis, representativos do comportamento da argila compressível da região em estudo. O Arco Metropolitano do Rio de Janeiro é uma rodovia projetada que servirá como ligação entre as principais rodovias que cortam o município do Rio de Janeiro. Devido a presença de grandes espessuras de solo compressível em alguns trechos da região, cortados pelo traçado da rodovia, instrumentos de monitoramento, como placas de recalque e inclinômetros, foram utilizados para avaliar os deslocamentos verticais e horizontais dos aterros durante o processo construtivo. Para este trabalho foram selecionados trechos de aterros representativos, devido à magnitude dos recalques, qualidade do resultado da instrumentação e diferentes métodos construtivos. A partir da análise dos parâmetros de projeto e dos parâmetros encontrados na literatura, procede-se à simulação numérica do processo construtivo dos aterros selecionados com o programa PLAXIS, de elementos finitos, através de modelagem bidimensional. Os resultados numéricos são confrontados com a instrumentação de campo (placas de recalque e inclinômetros) e com os resultados de previsões teóricas (teoria de adensamento unidimensional). Os resultados comprovaram que a modelagem numérica mostrou-se uma ferramenta adequada para a previsão dos recalques totais, tempos de adensamento e ganho de resistência ao longo do tempo. A retroanálise do comportamento de aterros sobre solos moles permite a reavaliação das premissas de projeto, uma vez que as limitações das teorias de análise e a dificuldade na seleção de parâmetros, muitas vezes acarretam em estimativas de recalque incoerentes com as observações de campo. / This study aims to numerical analysis of the behavior of instrumented embankments that compose the the Arco Metropolitano from Rio de Janeiro. The field instrumentation results will be retroanalysed, together with data available in the literature, seeking the definition of reliable parameters, representative of the behavior of compressible clay in the area of study. The Arco Metropolitano of Rio de Janeiro is a highway designed to link the main highways that cross the city of Rio de Janeiro. Due to the presence of large compressible soil thickness in some parts of the region, cut by the route of the highway, monitoring instruments, such as settlement plates and inclinometers, were used to evaluate the vertical and horizontal displacements of the landfill during the construction process. Representative landfills stretches were selected for this study due to the magnitude of settlements, quality of the result of instrumentation and different construction methods. By the analysis of the parameters from this project and the parameters found in the literature, it proceeds to the numerical simulation of the construction process of landfills selected with the PLAXIS software, of finite elements, through two-dimensional modeling. The numerical results are compared with field instrumentation (provided by settlement plates and inclinometer) and the results of theoretical predictions (one-dimensional consolidation theory). Results showed that the numerical modeling proved to be a suitable tool for the prediction of total settlements, thickening times and gaining strength over time. The back analysis of soft soils on landfill behavior allows the reassessment of project assumptions, once the limitations of the analysis of theories and the difficulty in the selection of parameters often results in estimates of repression inconsistent with the field observations.

Um dos maiores problemas na utilização de ensaios geotécnicos de laboratório está na obtenção de amostras indeformadas. Os solos moles estão entre os mais difíceis de amostrar e há um grande trabalho de pesquisa no desenvolvimento de técnicas de amostragem. A fim de obter amostras de alta qualidade para o estudo do comportamento do material do depósito, foi desenvolvido nesta pesquisa uma modificação do Equipamento de Amostragem Japonês e foram adaptadas algumas das técnicas utilizadas para amostragem indeformada. O processo usual de extrusão de solo de dentro do tubo amostrador foi substituído pelo corte transversal do tubo, o que reduz a perturbação do solo. Para facilitar esta operação, os tubos foram construídos de latão (substituindo o aço inoxidável original). O depósito sedimentar objeto de estudo desta dissertação foi escolhido por ter apresentado em ensaios de campo um índice de sensibilidade (razão entre as resistências ao cisalhamento não drenadas indeformada e amolgada) bastante elevado, o que torna a sua amostragem cuidadosa ainda mais importante. A sensibilidade dos solos é um parâmetro importante em projetos de engenharia geotécnica, pois as deformações reduzem severamente a resistência ao cisalhamento não drenada nestes materiais. Foram utilizados diferentes ensaios de laboratório para permitir a determinação da resistência ao cisalhamento não-drenada do solo nas condições indeformada e amolgada, e para avaliação da sensibilidade (ensaio de cone de laboratório, ensaio de palheta de laboratório e ensaio triaxial), além de ensaios de caracterização do depósito. O depósito estudado apresenta lentes com dois materiais distintos (um argiloso e outro arenoso), entretanto apresentam ângulos de atrito interno semelhantes (~34°). Em ambos o solos as resistências ao cisalhamento não drenada foram baixas (Su ~10 kPa na condição indeformada e Su = 0,5 - 2,0 kPa na condição amolgada). A sensibilidade do material argiloso ficou em torno de 10 e no solo arenoso foi de aproximadamente 20. Análises qualitativas dos resultados indicam que as amostras coletadas pelo novo amostrador tiveram elevado grau de qualidade. Os resultados obtidos (a) confirmam o bom desempenho do novo equipamento amostrador; (b) permitiram determinar com precisão as resistências não-drenadas dos materiais; (c) comprovaram a grande sensibilidade das lentes arenosas; (d) ajudam a explicar o comportamento do depósito em campo. / One of the most difficult problems in the use of laboratory geotechnical tests is related to obtaining undisturbed samples. The soft soils are among the most difficult soils to sample and there is a great research effort in developing new sampling techniques. In order to obtain high quality samples for the study of the soil sensitivity, a modification of the Japanese thin-walled tube sampler has been build for this research and some modifications of the sampling techniques have been made. The conventional extrusion of the soil sample from the tube was substituted by a traverse cut of the tube in order to reduce the soil perturbation during its extraction. To make this operation easier, the material used for the tubes was brass (substituting the usual stainless steel). The sedimentary deposit studied on this research has been selected for having presented an high sensitivity on vane field tests (relation between peak and large deformation strengths) which gives even more importance to careful sampling. The sensitivity is an important parameter for geotechnical design as the deformations can severely reduce the undrained shear strength of these materials. Various laboratory testing techniques have been used to determine the undrained shear strength of these soils both in undisturbed and disturbed conditions (fall cone tests, lab vane tests and triaxial tests), besides characterization tests of the deposit. The studied deposit presents lenses of two distinct materials (clayey and sandy lenses), however they present similar internal angles of friction (~34°). In both soils the undrained shear strength are quite low (Su ~10 kPa in undisturbed condition and Su = 0,5 - 2,0 kPa in disturbed condition). The sensitivity of the clayey material is around 10 and around 20 in the sandy soil. Qualitative analyses of the results indicate that the samples taken with the new sampler have an high quality level. The results obtained (a) confirm the good performance of the sampler built; (b) allowed the undrained shear strength to be determined with precision; (c) showed the great sensitivity of the sandy lenses; (d) helped to explain the field behaviour of the soil.

Um dos maiores problemas na utilização de ensaios geotécnicos de laboratório está na obtenção de amostras indeformadas. Os solos moles estão entre os mais difíceis de amostrar e há um grande trabalho de pesquisa no desenvolvimento de técnicas de amostragem. A fim de obter amostras de alta qualidade para o estudo do comportamento do material do depósito, foi desenvolvido nesta pesquisa uma modificação do Equipamento de Amostragem Japonês e foram adaptadas algumas das técnicas utilizadas para amostragem indeformada. O processo usual de extrusão de solo de dentro do tubo amostrador foi substituído pelo corte transversal do tubo, o que reduz a perturbação do solo. Para facilitar esta operação, os tubos foram construídos de latão (substituindo o aço inoxidável original). O depósito sedimentar objeto de estudo desta dissertação foi escolhido por ter apresentado em ensaios de campo um índice de sensibilidade (razão entre as resistências ao cisalhamento não drenadas indeformada e amolgada) bastante elevado, o que torna a sua amostragem cuidadosa ainda mais importante. A sensibilidade dos solos é um parâmetro importante em projetos de engenharia geotécnica, pois as deformações reduzem severamente a resistência ao cisalhamento não drenada nestes materiais. Foram utilizados diferentes ensaios de laboratório para permitir a determinação da resistência ao cisalhamento não-drenada do solo nas condições indeformada e amolgada, e para avaliação da sensibilidade (ensaio de cone de laboratório, ensaio de palheta de laboratório e ensaio triaxial), além de ensaios de caracterização do depósito. O depósito estudado apresenta lentes com dois materiais distintos (um argiloso e outro arenoso), entretanto apresentam ângulos de atrito interno semelhantes (~34°). Em ambos o solos as resistências ao cisalhamento não drenada foram baixas (Su ~10 kPa na condição indeformada e Su = 0,5 - 2,0 kPa na condição amolgada). A sensibilidade do material argiloso ficou em torno de 10 e no solo arenoso foi de aproximadamente 20. Análises qualitativas dos resultados indicam que as amostras coletadas pelo novo amostrador tiveram elevado grau de qualidade. Os resultados obtidos (a) confirmam o bom desempenho do novo equipamento amostrador; (b) permitiram determinar com precisão as resistências não-drenadas dos materiais; (c) comprovaram a grande sensibilidade das lentes arenosas; (d) ajudam a explicar o comportamento do depósito em campo. / One of the most difficult problems in the use of laboratory geotechnical tests is related to obtaining undisturbed samples. The soft soils are among the most difficult soils to sample and there is a great research effort in developing new sampling techniques. In order to obtain high quality samples for the study of the soil sensitivity, a modification of the Japanese thin-walled tube sampler has been build for this research and some modifications of the sampling techniques have been made. The conventional extrusion of the soil sample from the tube was substituted by a traverse cut of the tube in order to reduce the soil perturbation during its extraction. To make this operation easier, the material used for the tubes was brass (substituting the usual stainless steel). The sedimentary deposit studied on this research has been selected for having presented an high sensitivity on vane field tests (relation between peak and large deformation strengths) which gives even more importance to careful sampling. The sensitivity is an important parameter for geotechnical design as the deformations can severely reduce the undrained shear strength of these materials. Various laboratory testing techniques have been used to determine the undrained shear strength of these soils both in undisturbed and disturbed conditions (fall cone tests, lab vane tests and triaxial tests), besides characterization tests of the deposit. The studied deposit presents lenses of two distinct materials (clayey and sandy lenses), however they present similar internal angles of friction (~34°). In both soils the undrained shear strength are quite low (Su ~10 kPa in undisturbed condition and Su = 0,5 - 2,0 kPa in disturbed condition). The sensitivity of the clayey material is around 10 and around 20 in the sandy soil. Qualitative analyses of the results indicate that the samples taken with the new sampler have an high quality level. The results obtained (a) confirm the good performance of the sampler built; (b) allowed the undrained shear strength to be determined with precision; (c) showed the great sensitivity of the sandy lenses; (d) helped to explain the field behaviour of the soil.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente trabalho tem como objetivo a análise numérica do comportamento dos aterros instrumentados que compõem a obra do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro. Os resultados da instrumentação de campo serão retroanalisados, juntamente com dados disponíveis na literatura, buscando-se a definição de parâmetros confiáveis, representativos do comportamento da argila compressível da região em estudo. O Arco Metropolitano do Rio de Janeiro é uma rodovia projetada que servirá como ligação entre as principais rodovias que cortam o município do Rio de Janeiro. Devido a presença de grandes espessuras de solo compressível em alguns trechos da região, cortados pelo traçado da rodovia, instrumentos de monitoramento, como placas de recalque e inclinômetros, foram utilizados para avaliar os deslocamentos verticais e horizontais dos aterros durante o processo construtivo. Para este trabalho foram selecionados trechos de aterros representativos, devido à magnitude dos recalques, qualidade do resultado da instrumentação e diferentes métodos construtivos. A partir da análise dos parâmetros de projeto e dos parâmetros encontrados na literatura, procede-se à simulação numérica do processo construtivo dos aterros selecionados com o programa PLAXIS, de elementos finitos, através de modelagem bidimensional. Os resultados numéricos são confrontados com a instrumentação de campo (placas de recalque e inclinômetros) e com os resultados de previsões teóricas (teoria de adensamento unidimensional). Os resultados comprovaram que a modelagem numérica mostrou-se uma ferramenta adequada para a previsão dos recalques totais, tempos de adensamento e ganho de resistência ao longo do tempo. A retroanálise do comportamento de aterros sobre solos moles permite a reavaliação das premissas de projeto, uma vez que as limitações das teorias de análise e a dificuldade na seleção de parâmetros, muitas vezes acarretam em estimativas de recalque incoerentes com as observações de campo. / This study aims to numerical analysis of the behavior of instrumented embankments that compose the the Arco Metropolitano from Rio de Janeiro. The field instrumentation results will be retroanalysed, together with data available in the literature, seeking the definition of reliable parameters, representative of the behavior of compressible clay in the area of study. The Arco Metropolitano of Rio de Janeiro is a highway designed to link the main highways that cross the city of Rio de Janeiro. Due to the presence of large compressible soil thickness in some parts of the region, cut by the route of the highway, monitoring instruments, such as settlement plates and inclinometers, were used to evaluate the vertical and horizontal displacements of the landfill during the construction process. Representative landfills stretches were selected for this study due to the magnitude of settlements, quality of the result of instrumentation and different construction methods. By the analysis of the parameters from this project and the parameters found in the literature, it proceeds to the numerical simulation of the construction process of landfills selected with the PLAXIS software, of finite elements, through two-dimensional modeling. The numerical results are compared with field instrumentation (provided by settlement plates and inclinometer) and the results of theoretical predictions (one-dimensional consolidation theory). Results showed that the numerical modeling proved to be a suitable tool for the prediction of total settlements, thickening times and gaining strength over time. The back analysis of soft soils on landfill behavior allows the reassessment of project assumptions, once the limitations of the analysis of theories and the difficulty in the selection of parameters often results in estimates of repression inconsistent with the field observations.

Um dos maiores problemas na utilização de ensaios geotécnicos de laboratório está na obtenção de amostras indeformadas. Os solos moles estão entre os mais difíceis de amostrar e há um grande trabalho de pesquisa no desenvolvimento de técnicas de amostragem. A fim de obter amostras de alta qualidade para o estudo do comportamento do material do depósito, foi desenvolvido nesta pesquisa uma modificação do Equipamento de Amostragem Japonês e foram adaptadas algumas das técnicas utilizadas para amostragem indeformada. O processo usual de extrusão de solo de dentro do tubo amostrador foi substituído pelo corte transversal do tubo, o que reduz a perturbação do solo. Para facilitar esta operação, os tubos foram construídos de latão (substituindo o aço inoxidável original). O depósito sedimentar objeto de estudo desta dissertação foi escolhido por ter apresentado em ensaios de campo um índice de sensibilidade (razão entre as resistências ao cisalhamento não drenadas indeformada e amolgada) bastante elevado, o que torna a sua amostragem cuidadosa ainda mais importante. A sensibilidade dos solos é um parâmetro importante em projetos de engenharia geotécnica, pois as deformações reduzem severamente a resistência ao cisalhamento não drenada nestes materiais. Foram utilizados diferentes ensaios de laboratório para permitir a determinação da resistência ao cisalhamento não-drenada do solo nas condições indeformada e amolgada, e para avaliação da sensibilidade (ensaio de cone de laboratório, ensaio de palheta de laboratório e ensaio triaxial), além de ensaios de caracterização do depósito. O depósito estudado apresenta lentes com dois materiais distintos (um argiloso e outro arenoso), entretanto apresentam ângulos de atrito interno semelhantes (~34°). Em ambos o solos as resistências ao cisalhamento não drenada foram baixas (Su ~10 kPa na condição indeformada e Su = 0,5 - 2,0 kPa na condição amolgada). A sensibilidade do material argiloso ficou em torno de 10 e no solo arenoso foi de aproximadamente 20. Análises qualitativas dos resultados indicam que as amostras coletadas pelo novo amostrador tiveram elevado grau de qualidade. Os resultados obtidos (a) confirmam o bom desempenho do novo equipamento amostrador; (b) permitiram determinar com precisão as resistências não-drenadas dos materiais; (c) comprovaram a grande sensibilidade das lentes arenosas; (d) ajudam a explicar o comportamento do depósito em campo. / One of the most difficult problems in the use of laboratory geotechnical tests is related to obtaining undisturbed samples. The soft soils are among the most difficult soils to sample and there is a great research effort in developing new sampling techniques. In order to obtain high quality samples for the study of the soil sensitivity, a modification of the Japanese thin-walled tube sampler has been build for this research and some modifications of the sampling techniques have been made. The conventional extrusion of the soil sample from the tube was substituted by a traverse cut of the tube in order to reduce the soil perturbation during its extraction. To make this operation easier, the material used for the tubes was brass (substituting the usual stainless steel). The sedimentary deposit studied on this research has been selected for having presented an high sensitivity on vane field tests (relation between peak and large deformation strengths) which gives even more importance to careful sampling. The sensitivity is an important parameter for geotechnical design as the deformations can severely reduce the undrained shear strength of these materials. Various laboratory testing techniques have been used to determine the undrained shear strength of these soils both in undisturbed and disturbed conditions (fall cone tests, lab vane tests and triaxial tests), besides characterization tests of the deposit. The studied deposit presents lenses of two distinct materials (clayey and sandy lenses), however they present similar internal angles of friction (~34°). In both soils the undrained shear strength are quite low (Su ~10 kPa in undisturbed condition and Su = 0,5 - 2,0 kPa in disturbed condition). The sensitivity of the clayey material is around 10 and around 20 in the sandy soil. Qualitative analyses of the results indicate that the samples taken with the new sampler have an high quality level. The results obtained (a) confirm the good performance of the sampler built; (b) allowed the undrained shear strength to be determined with precision; (c) showed the great sensitivity of the sandy lenses; (d) helped to explain the field behaviour of the soil.

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Several geotechnical processes can only be reliably interpreted by taking account of the soil-atmosphere interactions. This thesis investigates two geotechnical problems involving soil-atmosphere interactions that drive water flow through the soil skeleton in two opposite directions; Problem 1: slope failure in expansive soils induced by water infiltration, Problem 2: large strain consolidation of soft soils induced by water evaporation. Both problems are of practical interest for safe and economical design of various geotechnical infrastructures. Two major geotechnical activities in the world; namely, the construction of water transfer canal in expansive soil area in China and the deposition of oil sands and hard rock tailings in Canada can be cited as classic examples of Problems 1 and 2, respectively. In such problems, substantial zones of the domain may switch between an unsaturated and saturated condition. Therefore, rational analysis requires simultaneous modelling of both unsaturated and saturated soil behaviour. The first goal of this thesis is to investigate the influence of swelling (the most characteristic behaviour of expansive soils) on slope stability using numerical methods. Swelling of expansive soils contributes to slope instability during rainfall because of two key reasons (i) soil swelling affects the flow process that actually induces swelling, (i.e. a typical coupling phenomenon), and (ii) swelling-induced stress redistribution and displacement development. In this thesis, the first effect is studied by a coupled (mechanical-hydraulic) numerical analysis of the response of a slope to rainfall using commercial software (GeoSlope). The second effect, the swelling-induced stress redistribution and displacement development after wetting, is tracked using a newly developed numerical program. In the program strain softening behaviour is introduced into the elasto-plastic Mohr-Coulomb Model for modelling unsaturated soil. A novel stress (net stress and suction)-dependent model for moduli of elasticity, combined with the predictive model for shear strength based on Soil Water Retention Behaviour are incorporated into the numerical program to achieve a smooth transition between saturated and unsaturated states. The results show that soil swelling can decrease the factor of safety by accelerating the wetting front depth due to hydro-mechanical coupling, while changes of sliding mass geometry has a negligible influence. The change of stress regime associated with soil swelling is significant to induce plastic strain softening (swelling-induced softening) and contribute to the slope failures. The second goal of thesis is to develop a novel computer program for simulation of large strain consolidation of soft soil under both self-weight and evaporation conditions. This program is both theoretically sound and practically applicable. Several basic/advanced constitutive models for unsaturated soils, including State Surface Model (SSM), Barcelona Basic model (BBM), Glasgow Coupled model (GCM) and bounding surface water retention model, are innovatively implemented into a piece-wise linear framework solved using finite difference technique. The developed program is referred to as UNSATCON-(ML), which has been tested using (a) existing analytical/numerical solutions and (b) various laboratory and field studies for single-layer and multiple-layer deposition of hard rock and oil sands tailings. Features of UNSATCON-(ML) that are improvements over existing models typically used to analyze consolidation-desiccation in soft soils include: (i) coupling of soil large deformation with true unsaturated water flow; (ii) correct reproduction of the shrinkage behaviour of soil under evaporation-induced desiccation; (iii) smooth transition between saturated and unsaturated states despite that some selected models are established using two independent stress variables, (iv) ensuring strictly mass conservation of water, and (v) simulation of irrecoverable volume change and hydraulic hysteresis to properly analyze multilayer tailings deposition. A number of hypothetical field case analyses are carried out using UNSATCON-ML, illustrating its applicability to industry.