O conjunto estaca-solo submetido a carregamentos horizontais é caracterizado por um comportamento não-linear. A propagação das tensões no solo próximo à estaca decai rapidamente em função do espaçamento, porém para estacas próximas, caracterizando um grupo de estacas, pode haver uma sobreposição de tensões, gerando zonas com tensões elevadas, que formam áreas de plastificação maiores. A interação da sobreposição destas zonas plastificadas, resultam em maiores deformações para o grupo de estacas, ante comparadas com o equivalente de soma da capacidade individual de cada estaca (Chaudhry, 1994). Deste comportamento, deriva-se o chamado efeito de grupo, que age como um redutor da eficiência total das estacas. Através de modelos numéricos tridimensionais, avaliou-se o efeito de espaçamento entre estacas em solo natural, onde fatores de eficiência do grupo foram propostos. O comportamento de estacas carregadas lateralmente é conhecido por ter seu comportamento diretamente relacionado com as características da parte superior do solo. Recomendações feitas há mais de 30 anos já lidavam com este comportamento {e.g. Simons eMenzies (1975); Broms (1972)}, e tratavam com soluções que melhoravam a capacidade de carga lateral, com a substituição da parte superior do solo por um material mais rígido. Embora estas soluções melhorassem a capacidade de carga lateral, a técnica reflete uma prática de substituição de material. Neste trabalho, uma técnica de melhoramento de solo, lidando com areia cimentada é apresentada, estudando numericamente o comportamento de grupos de estacas submetidos a carregamentos laterais. As conclusões apontam fatores de eficiência próximos a unidade em espaçamentos superiores a 6 diâmetros, porém com a tendência a inexistir somente em espaçamentos superiores a 10 diâmetros. A inserção da camada de solo cimento no topo do grupo de estaca, mostrou uma expressiva melhora de seu comportamento, eliminando por total a perda de eficiência devido ao efeito de grupo. / The soil-pile set when subjected to lateral loads is characterized by a non-linear behavior. The stress distribution on the soil near the pile decays rapidly in magnitude with radial distance, but for closely spaced piles within a group, these yielded zones of the soil around individual piles overlap, forming larger yielded zones in the soil surrounding the pile group. The interaction arising due to overlapping of these yielded zones results in a larger deflection for the group of piles before the lateral resistance equivalent to that for a single pile (Chaudhry, 1994). Based on this behavior, the group effect is derived, which acts as a reducer of the piles efficiency. Through tridimensional numerical models, the effects of the pile spacing in natural soil were evaluated, and group efficiency factors had been proposed. The behavior of laterally loaded piles is well known to be straightly related to characteristics of the upper part of the soil. Recommendations of over 30 years in past already dealt with this behavior {e.g. Simons and Menzies (1975); Broms (1972)}, and treated with solutions that improved the lateral resistance, by substituting the upper part of the soil with a more rigid material. Besides those solutions improved the lateral resistance, the technique reflects a practice of material replacement. Here, a ground improvement technique, dealing with cemented sand is presented, studying numerically the behavior of piles subjected to lateral forces. Conclusions shows group efficiency factors close to unity on spacing larger than 6 diameters, but tending to disappear only on spacing larger than 10 diameters. The insertion of a soil cement layer on the top of the pile group has shown an expressive improvement on its behavior, eliminating the loss of efficiency due to the group effect.

As propriedades do solo cotidianamente podem não ser adequadas às características e às necessidades de projeto. É apresentada, como alternativa, a técnica de reforço com inclusão de elementos fibrosos à matriz de solo cimentado e não cimentado. Ainda, embora comuns, o comportamento do solo frente a solicitações cíclicas não é completamente conhecido. Nesse sentido, o estudo do comportamento de hidratação e da resposta cisalhante cíclica de um resíduo de mineração cimentado reforçado com fibras é objetivado. Para tanto, medidas de retração química, medidas de rigidez ao longo da hidratação e ensaios simple shear monotônicos e cíclicos foram realizados com resíduo de mineração cimentado e não cimentado, reforçado com fibras e não reforçado. O resíduo, oriundo da mineração de ouro, um silte arenoso com traços de argila, foi cimentado com diferentes teores de cimento Portland, entre 0% e 10% em relação à massa de solo seco, e reforçado com 0% e 0,5%, em relação à massa de sólidos secos, de fibras de polipropileno de 50mm de comprimento e 0,1mm de espessura, equivalentes a um índice aspecto de 500. Os resultados demonstraram que as fibras não afetaram o processo de hidratação das misturas de resíduo de mineração cimentadas, que apresentam tendência de atenuação logarítmica da retração química com o tempo. Quanto maiores as relações água/cimento, maior o nível de retração química. A inclusão de fibras a misturas de resíduo de mineração cimentadas, da mesma forma, não afetou a evolução dos valores de rigidez inicial, que crescem com tendência logarítmica em função do tempo e aumentam com o acréscimo do nível de cimentação. Sob condições monotônicas de cisalhamento, a adição de fibras conferiu ao material cimentado e não cimentado comportamento de endurecimento. Sob condições cíclicas de deformação cisalhante controlada, as fibras não afetaram a resposta cisalhante das amostras não cimentadas e provocaram aumento dos valores da tensão cisalhante das amostras cimentadas após sucessivos ciclos de esforços. Sob condições cíclicas de tensão cisalhante controlada, a adição de fibras às misturas não cimentadas proporcionou o aumento da resistência aos ciclos de esforços e às misturas cimentadas provocou aumento dos níveis de deformação cisalhante. A concordância das mesmas envoltórias de resistência tanto às trajetórias de tensões dos ensaios monotonônicos quanto às trajetórias dos ensaios cíclicos sob diferentes condições de carregamento possibilitou a obtenção dos mesmos parâmetros de resistência das misturas analisadas sob diferentes condições de carregamento. / The soil properties commonly may not suit the project characteristics and requirements. It is presented, as alternative, the improvement technique of fibrous elements inclusion to the cemented and uncemented soil matrix. Moreover, although common, the behaviour of soil under cyclic loads is not completely known. In this sense, the study of the hydration behaviour and the cyclic shear response of fibre reinforced cemented mine tailings is the main objective of this research. Therefore, chemical shrinkage measurements, stiffness measurements during hydration and monotonic and cyclic simple shear tests were conducted on fibre reinforced and unreinforced cemented and uncemented mine tailings. The tailings, produced from gold mining, are classified as a sandy silt with traces of clay and were cemented with different amounts of Portland cement, ranging from 0% to 10% by dry weigh of soil, and reinforced with 0% and 0.5% by dry weigh of solids of polypropylene fibers 50mm long and 0.1mm thick, equivalent to an aspect ratio of 500. The results showed fibres did not affect the hydration process of cemented mine tailings mixtures, which presents logarithmic attenuation of chemical shrinkage over time. The greater the water / cement ratio, the higher the level of chemical shrinkage. The inclusion of fibers to cemented mine tailings, likewise, did not affect the evolution of initial stiffness values, that raise logarithmic over time and increase with the increase of the cementation level. Under monotonic shear conditions, the addition of fibers confers hardening behaviour to the uncemented and cemented materials. Under shear strain controlled cyclic conditions, fibres did not affect the shear response of uncemented samples and increased shear stress values of cemented samples after successive load cycles. Under shear stress controlled cyclic conditions, the fibres addition to the uncemented mixtures increased the resistance to load cycles and to the cemented mixtures increased levels of shearing strain. The agreement of the same strength envelopes to both monotonic and cyclic stress paths, under different cyclic loading conditions, allows the use of the same strength parameters of mixtures analyzed under different loading conditions.

O conjunto estaca-solo submetido a carregamentos horizontais é caracterizado por um comportamento não-linear. A propagação das tensões no solo próximo à estaca decai rapidamente em função do espaçamento, porém para estacas próximas, caracterizando um grupo de estacas, pode haver uma sobreposição de tensões, gerando zonas com tensões elevadas, que formam áreas de plastificação maiores. A interação da sobreposição destas zonas plastificadas, resultam em maiores deformações para o grupo de estacas, ante comparadas com o equivalente de soma da capacidade individual de cada estaca (Chaudhry, 1994). Deste comportamento, deriva-se o chamado efeito de grupo, que age como um redutor da eficiência total das estacas. Através de modelos numéricos tridimensionais, avaliou-se o efeito de espaçamento entre estacas em solo natural, onde fatores de eficiência do grupo foram propostos. O comportamento de estacas carregadas lateralmente é conhecido por ter seu comportamento diretamente relacionado com as características da parte superior do solo. Recomendações feitas há mais de 30 anos já lidavam com este comportamento {e.g. Simons eMenzies (1975); Broms (1972)}, e tratavam com soluções que melhoravam a capacidade de carga lateral, com a substituição da parte superior do solo por um material mais rígido. Embora estas soluções melhorassem a capacidade de carga lateral, a técnica reflete uma prática de substituição de material. Neste trabalho, uma técnica de melhoramento de solo, lidando com areia cimentada é apresentada, estudando numericamente o comportamento de grupos de estacas submetidos a carregamentos laterais. As conclusões apontam fatores de eficiência próximos a unidade em espaçamentos superiores a 6 diâmetros, porém com a tendência a inexistir somente em espaçamentos superiores a 10 diâmetros. A inserção da camada de solo cimento no topo do grupo de estaca, mostrou uma expressiva melhora de seu comportamento, eliminando por total a perda de eficiência devido ao efeito de grupo. / The soil-pile set when subjected to lateral loads is characterized by a non-linear behavior. The stress distribution on the soil near the pile decays rapidly in magnitude with radial distance, but for closely spaced piles within a group, these yielded zones of the soil around individual piles overlap, forming larger yielded zones in the soil surrounding the pile group. The interaction arising due to overlapping of these yielded zones results in a larger deflection for the group of piles before the lateral resistance equivalent to that for a single pile (Chaudhry, 1994). Based on this behavior, the group effect is derived, which acts as a reducer of the piles efficiency. Through tridimensional numerical models, the effects of the pile spacing in natural soil were evaluated, and group efficiency factors had been proposed. The behavior of laterally loaded piles is well known to be straightly related to characteristics of the upper part of the soil. Recommendations of over 30 years in past already dealt with this behavior {e.g. Simons and Menzies (1975); Broms (1972)}, and treated with solutions that improved the lateral resistance, by substituting the upper part of the soil with a more rigid material. Besides those solutions improved the lateral resistance, the technique reflects a practice of material replacement. Here, a ground improvement technique, dealing with cemented sand is presented, studying numerically the behavior of piles subjected to lateral forces. Conclusions shows group efficiency factors close to unity on spacing larger than 6 diameters, but tending to disappear only on spacing larger than 10 diameters. The insertion of a soil cement layer on the top of the pile group has shown an expressive improvement on its behavior, eliminating the loss of efficiency due to the group effect.

abstract: Chloride solutions have historically been used to stabilize roads and to prevent dust; however, very little work has been done on investigating the soil stabilizing benefits from interactions between salt solutions and different soil types. The primary goal of this research was to analyze the feasibility of utilizing a salt waste product as an economically and environmentally responsible means of dust control and/or soil stabilization. Specifically, this study documents an investigation leading to the understanding of how the addition of saline based waste products, when using a soil stabilizer, modifies the strength behavior of soils. The scope of work included the evaluation of current literature, examination of the main challenges meeting relevant governmental regulations, and exploring the possibility of using saline waste to improve roadways. Three soils were selected, treated with varying amounts of salt (calcium chloride, CaCl2), and tests included soil composition and classification, correlation of soil characteristics and salt, and obtaining strength parameters that are typically used in pavement design and analysis. The work effort also included the determination of the optimum dosage of salt concentration for each soil. Because Lime treatment is also commonly used in soil stabilization, one of the soils in this study included a treatment with Lime for comparison purposes. Results revealed that when salt concentration was increased, a decrease in the plasticity index was observed in all soils. A modest to considerable strength gain of the treated material was also observed for two of the soils; however, a strength loss was observed for the third soil, which was attributed to its low clay content. When comparing the soil corrosive potential, the additional salt treatment showed promise for increasing strength, to an extent; however, it changes the chemical properties of the soil. The soils prior to treatment were corrosive, which could be managed with appropriate techniques, but the salt increases the values to levels that could be potentially cost prohibitive if salt was used by itself to treat the soil. The pavement design and performance investigation revealed that the Vineyard soil treated at 16% CaCl2 had an improvement that is comparable to the Lime treatment. On the other hand, the Eager soil showed very little pavement performance improvement at 8% CaCl2; this goes back to the effect of acid on the clay mineralogy. It was also postulated that using salt by-products to stabilize highway shoulders could be beneficial and save a lot of maintenance money when it comes to cleaning unwanted vegetation. A salt saturated soil structure could help in dust control as well. Future environmental challenges for salt leaching that could affect agriculture in developing countries will still need to be carefully considered. The chlorine levels in the soil would increase, and if not treated, can potentially have corrosive effects on buried structures. Future research is recommended in this area and to also evaluate soil stabilizing properties of varying proportions of Lime and salt using the approach provided in this study. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Civil, Environmental and Sustainable Engineering 2017

A fundação direta é limitada em solos colapsíveis pois o efeito do colapso é mais acentuado nas camadas superficiais do terreno. Diante deste cenário, nesta pesquisa foi avaliada uma nova técnica de reforço de solo com a finalidade de viabilizar o uso de fundações diretas para controlar e reduzir o recalque das fundações devido ao colapso. A técnica proposta consiste na execução de colunas de solo laterítico compactado, inseridas na camada colapsível. O processo de compactação das colunas provoca a densificação do solo ao seu entorno, e consequentemente reduz a compressibilidade da massa de solo reforçado. Neste trabalho também foi verificado se a compactação radial do solo em torno da coluna estava relacionada com a geometria do pilão utilizado. Para compreender estes efeitos, foram realizados ensaios em laboratório, em escala reduzida, para avaliar qualitativamente duas geometrias de pilões diferentes, uma cônica e outra cilíndrica (tradicionalmente utilizada na engenharia de fundações). Como resultado desta análise, concluiu-se que a geometria cônica apresentou uma maior compactação lateral do solo no entorno da coluna, comparando-se com a geometria cilíndrica. Para analisar a eficiência do método de reforço proposto, foram executadas e ensaiadas colunas em escala real no solo colapsível do Campo Experimental de Fundações da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo. Para esta análise, foram realizadas provas de carga em placa em solo com e sem reforço. Os ensaios foram realizados com e sem a inundação do terreno para se verificar o efeito da inundação no comportamento do solo reforçado. Desta forma, foi possível avaliar o ganho de capacidade de carga e a redução dos recalques devido à execução dos elementos de reforço ensaiados. Por meio dos resultados obtidos nas provas de carga em placa constatou-se a eficiência do método na redução do recalque e no aumento da capacidade de carga. Comparando-se as curvas dos ensaios de placa com e sem reforço, observou-se um aumento da capacidade de carga de quatro vezes em consequência da instalação do reforço. / The use of shallow foundation is limited on collapsible soils due to the collapse effect pronounced in superficial layers. Considering this scenario, this research presents a new soil reinforcement technique in order to reduce the settlement of foundations due to the collapse. The proposed technique involves the execution of compacted lateritic soil columns inserted into the collapsible soil. The compaction of these columns causes the densification of the surrounding soil and consequently reduces compressibility of the reinforced soil mass. In this work, it was also evaluated the effect of the hummer geometry on the radial compaction of the soil around the column. For this evaluation, laboratory tests were conducted using two different geometries of hammer, one conical and other cylindrical (traditionally used in foundation engineering). The results showed that the conical geometry provided greater lateral compaction of the soil around the column compared to the cylindrical geometry. The efficacy of the compacted lateritic soil columns was evaluated by the results of plate load tests performed on the collapsible soil of the Experimental Field of the University of São Paulo in São Carlos city. The tests were carried out on a plate installed in the ground with and without reinforcement. The gain on bearing capacity and settlement reductions due to the reinforcement were verified by using these tests results. The tests were performed in natural and in flooded condition to verify the efficiency of the soil reinforcement in the flooding situation. Based on the results of the plate load tests, it was verified the efficacy of the method to reduce the effect of collapse. The load-displacement curves of the load tests showed that the solution evaluated provided an increase of 400% on the ultimate capacity of the plate installed on the collapsible soil tested in this investigation.

As propriedades do solo cotidianamente podem não ser adequadas às características e às necessidades de projeto. É apresentada, como alternativa, a técnica de reforço com inclusão de elementos fibrosos à matriz de solo cimentado e não cimentado. Ainda, embora comuns, o comportamento do solo frente a solicitações cíclicas não é completamente conhecido. Nesse sentido, o estudo do comportamento de hidratação e da resposta cisalhante cíclica de um resíduo de mineração cimentado reforçado com fibras é objetivado. Para tanto, medidas de retração química, medidas de rigidez ao longo da hidratação e ensaios simple shear monotônicos e cíclicos foram realizados com resíduo de mineração cimentado e não cimentado, reforçado com fibras e não reforçado. O resíduo, oriundo da mineração de ouro, um silte arenoso com traços de argila, foi cimentado com diferentes teores de cimento Portland, entre 0% e 10% em relação à massa de solo seco, e reforçado com 0% e 0,5%, em relação à massa de sólidos secos, de fibras de polipropileno de 50mm de comprimento e 0,1mm de espessura, equivalentes a um índice aspecto de 500. Os resultados demonstraram que as fibras não afetaram o processo de hidratação das misturas de resíduo de mineração cimentadas, que apresentam tendência de atenuação logarítmica da retração química com o tempo. Quanto maiores as relações água/cimento, maior o nível de retração química. A inclusão de fibras a misturas de resíduo de mineração cimentadas, da mesma forma, não afetou a evolução dos valores de rigidez inicial, que crescem com tendência logarítmica em função do tempo e aumentam com o acréscimo do nível de cimentação. Sob condições monotônicas de cisalhamento, a adição de fibras conferiu ao material cimentado e não cimentado comportamento de endurecimento. Sob condições cíclicas de deformação cisalhante controlada, as fibras não afetaram a resposta cisalhante das amostras não cimentadas e provocaram aumento dos valores da tensão cisalhante das amostras cimentadas após sucessivos ciclos de esforços. Sob condições cíclicas de tensão cisalhante controlada, a adição de fibras às misturas não cimentadas proporcionou o aumento da resistência aos ciclos de esforços e às misturas cimentadas provocou aumento dos níveis de deformação cisalhante. A concordância das mesmas envoltórias de resistência tanto às trajetórias de tensões dos ensaios monotonônicos quanto às trajetórias dos ensaios cíclicos sob diferentes condições de carregamento possibilitou a obtenção dos mesmos parâmetros de resistência das misturas analisadas sob diferentes condições de carregamento. / The soil properties commonly may not suit the project characteristics and requirements. It is presented, as alternative, the improvement technique of fibrous elements inclusion to the cemented and uncemented soil matrix. Moreover, although common, the behaviour of soil under cyclic loads is not completely known. In this sense, the study of the hydration behaviour and the cyclic shear response of fibre reinforced cemented mine tailings is the main objective of this research. Therefore, chemical shrinkage measurements, stiffness measurements during hydration and monotonic and cyclic simple shear tests were conducted on fibre reinforced and unreinforced cemented and uncemented mine tailings. The tailings, produced from gold mining, are classified as a sandy silt with traces of clay and were cemented with different amounts of Portland cement, ranging from 0% to 10% by dry weigh of soil, and reinforced with 0% and 0.5% by dry weigh of solids of polypropylene fibers 50mm long and 0.1mm thick, equivalent to an aspect ratio of 500. The results showed fibres did not affect the hydration process of cemented mine tailings mixtures, which presents logarithmic attenuation of chemical shrinkage over time. The greater the water / cement ratio, the higher the level of chemical shrinkage. The inclusion of fibers to cemented mine tailings, likewise, did not affect the evolution of initial stiffness values, that raise logarithmic over time and increase with the increase of the cementation level. Under monotonic shear conditions, the addition of fibers confers hardening behaviour to the uncemented and cemented materials. Under shear strain controlled cyclic conditions, fibres did not affect the shear response of uncemented samples and increased shear stress values of cemented samples after successive load cycles. Under shear stress controlled cyclic conditions, the fibres addition to the uncemented mixtures increased the resistance to load cycles and to the cemented mixtures increased levels of shearing strain. The agreement of the same strength envelopes to both monotonic and cyclic stress paths, under different cyclic loading conditions, allows the use of the same strength parameters of mixtures analyzed under different loading conditions.

As propriedades do solo cotidianamente podem não ser adequadas às características e às necessidades de projeto. É apresentada, como alternativa, a técnica de reforço com inclusão de elementos fibrosos à matriz de solo cimentado e não cimentado. Ainda, embora comuns, o comportamento do solo frente a solicitações cíclicas não é completamente conhecido. Nesse sentido, o estudo do comportamento de hidratação e da resposta cisalhante cíclica de um resíduo de mineração cimentado reforçado com fibras é objetivado. Para tanto, medidas de retração química, medidas de rigidez ao longo da hidratação e ensaios simple shear monotônicos e cíclicos foram realizados com resíduo de mineração cimentado e não cimentado, reforçado com fibras e não reforçado. O resíduo, oriundo da mineração de ouro, um silte arenoso com traços de argila, foi cimentado com diferentes teores de cimento Portland, entre 0% e 10% em relação à massa de solo seco, e reforçado com 0% e 0,5%, em relação à massa de sólidos secos, de fibras de polipropileno de 50mm de comprimento e 0,1mm de espessura, equivalentes a um índice aspecto de 500. Os resultados demonstraram que as fibras não afetaram o processo de hidratação das misturas de resíduo de mineração cimentadas, que apresentam tendência de atenuação logarítmica da retração química com o tempo. Quanto maiores as relações água/cimento, maior o nível de retração química. A inclusão de fibras a misturas de resíduo de mineração cimentadas, da mesma forma, não afetou a evolução dos valores de rigidez inicial, que crescem com tendência logarítmica em função do tempo e aumentam com o acréscimo do nível de cimentação. Sob condições monotônicas de cisalhamento, a adição de fibras conferiu ao material cimentado e não cimentado comportamento de endurecimento. Sob condições cíclicas de deformação cisalhante controlada, as fibras não afetaram a resposta cisalhante das amostras não cimentadas e provocaram aumento dos valores da tensão cisalhante das amostras cimentadas após sucessivos ciclos de esforços. Sob condições cíclicas de tensão cisalhante controlada, a adição de fibras às misturas não cimentadas proporcionou o aumento da resistência aos ciclos de esforços e às misturas cimentadas provocou aumento dos níveis de deformação cisalhante. A concordância das mesmas envoltórias de resistência tanto às trajetórias de tensões dos ensaios monotonônicos quanto às trajetórias dos ensaios cíclicos sob diferentes condições de carregamento possibilitou a obtenção dos mesmos parâmetros de resistência das misturas analisadas sob diferentes condições de carregamento. / The soil properties commonly may not suit the project characteristics and requirements. It is presented, as alternative, the improvement technique of fibrous elements inclusion to the cemented and uncemented soil matrix. Moreover, although common, the behaviour of soil under cyclic loads is not completely known. In this sense, the study of the hydration behaviour and the cyclic shear response of fibre reinforced cemented mine tailings is the main objective of this research. Therefore, chemical shrinkage measurements, stiffness measurements during hydration and monotonic and cyclic simple shear tests were conducted on fibre reinforced and unreinforced cemented and uncemented mine tailings. The tailings, produced from gold mining, are classified as a sandy silt with traces of clay and were cemented with different amounts of Portland cement, ranging from 0% to 10% by dry weigh of soil, and reinforced with 0% and 0.5% by dry weigh of solids of polypropylene fibers 50mm long and 0.1mm thick, equivalent to an aspect ratio of 500. The results showed fibres did not affect the hydration process of cemented mine tailings mixtures, which presents logarithmic attenuation of chemical shrinkage over time. The greater the water / cement ratio, the higher the level of chemical shrinkage. The inclusion of fibers to cemented mine tailings, likewise, did not affect the evolution of initial stiffness values, that raise logarithmic over time and increase with the increase of the cementation level. Under monotonic shear conditions, the addition of fibers confers hardening behaviour to the uncemented and cemented materials. Under shear strain controlled cyclic conditions, fibres did not affect the shear response of uncemented samples and increased shear stress values of cemented samples after successive load cycles. Under shear stress controlled cyclic conditions, the fibres addition to the uncemented mixtures increased the resistance to load cycles and to the cemented mixtures increased levels of shearing strain. The agreement of the same strength envelopes to both monotonic and cyclic stress paths, under different cyclic loading conditions, allows the use of the same strength parameters of mixtures analyzed under different loading conditions.

O conjunto estaca-solo submetido a carregamentos horizontais é caracterizado por um comportamento não-linear. A propagação das tensões no solo próximo à estaca decai rapidamente em função do espaçamento, porém para estacas próximas, caracterizando um grupo de estacas, pode haver uma sobreposição de tensões, gerando zonas com tensões elevadas, que formam áreas de plastificação maiores. A interação da sobreposição destas zonas plastificadas, resultam em maiores deformações para o grupo de estacas, ante comparadas com o equivalente de soma da capacidade individual de cada estaca (Chaudhry, 1994). Deste comportamento, deriva-se o chamado efeito de grupo, que age como um redutor da eficiência total das estacas. Através de modelos numéricos tridimensionais, avaliou-se o efeito de espaçamento entre estacas em solo natural, onde fatores de eficiência do grupo foram propostos. O comportamento de estacas carregadas lateralmente é conhecido por ter seu comportamento diretamente relacionado com as características da parte superior do solo. Recomendações feitas há mais de 30 anos já lidavam com este comportamento {e.g. Simons eMenzies (1975); Broms (1972)}, e tratavam com soluções que melhoravam a capacidade de carga lateral, com a substituição da parte superior do solo por um material mais rígido. Embora estas soluções melhorassem a capacidade de carga lateral, a técnica reflete uma prática de substituição de material. Neste trabalho, uma técnica de melhoramento de solo, lidando com areia cimentada é apresentada, estudando numericamente o comportamento de grupos de estacas submetidos a carregamentos laterais. As conclusões apontam fatores de eficiência próximos a unidade em espaçamentos superiores a 6 diâmetros, porém com a tendência a inexistir somente em espaçamentos superiores a 10 diâmetros. A inserção da camada de solo cimento no topo do grupo de estaca, mostrou uma expressiva melhora de seu comportamento, eliminando por total a perda de eficiência devido ao efeito de grupo. / The soil-pile set when subjected to lateral loads is characterized by a non-linear behavior. The stress distribution on the soil near the pile decays rapidly in magnitude with radial distance, but for closely spaced piles within a group, these yielded zones of the soil around individual piles overlap, forming larger yielded zones in the soil surrounding the pile group. The interaction arising due to overlapping of these yielded zones results in a larger deflection for the group of piles before the lateral resistance equivalent to that for a single pile (Chaudhry, 1994). Based on this behavior, the group effect is derived, which acts as a reducer of the piles efficiency. Through tridimensional numerical models, the effects of the pile spacing in natural soil were evaluated, and group efficiency factors had been proposed. The behavior of laterally loaded piles is well known to be straightly related to characteristics of the upper part of the soil. Recommendations of over 30 years in past already dealt with this behavior {e.g. Simons and Menzies (1975); Broms (1972)}, and treated with solutions that improved the lateral resistance, by substituting the upper part of the soil with a more rigid material. Besides those solutions improved the lateral resistance, the technique reflects a practice of material replacement. Here, a ground improvement technique, dealing with cemented sand is presented, studying numerically the behavior of piles subjected to lateral forces. Conclusions shows group efficiency factors close to unity on spacing larger than 6 diameters, but tending to disappear only on spacing larger than 10 diameters. The insertion of a soil cement layer on the top of the pile group has shown an expressive improvement on its behavior, eliminating the loss of efficiency due to the group effect.

Jet grouting was used to strengthen the soft soil surrounding the piles and the pile cap of two full-scale driven pile foundations. Soilcrete columns, created by jet grouting, were placed underneath the pile cap and surrounding the piles of the first foundation. Two rows of soilcrete columns were placed around the perimeter of one-side of the second. All of the jet grouting took place after construction of the pile caps. Laboratory testing of the soilcrete slurry showed the columns as having a design unconfined compressive strength of 550-650 psi, compared with the native soil strength of only 6-8 psi (850-1150 psf). Lateral loading of the pile foundation was then performed on these foundations. The results of this test were compared with a similar test performed on the same foundations under native soil conditions. The total lateral capacity of the pile foundation treated underneath the pile cap was increased by 500 kips, which equals an increase of 175%. The total lateral capacity of the pile foundation treated adjacent to the pile cap was 150%. Results of testing suggest that each of the jet-grout treated zones displaced as a rigid block. A majority of the increased lateral resistance came from the passive soil resistance acting on the face of the blocks and the adhesive soil resistance acting on the sides and bottom of the block as it displaced through the native soil. The remaining soil resistance, not accounted for by the passive and adhesive soil resistance, can potentially be attributed to increased soil pile interaction, which is predicted from the decrease in pile head rotation during loading following soil treatment.

Stone column treatment is commonly used to mitigate liquefaction hazard in sandy soils. Research and experience indicate that this method is effective for clean sands but that it may not be effective for silts and sands with fines contents greater than 15-20%. An alternative to the stone column method involves supplementing stone column treatment with pre-fabricated vertical wick drains installed prior to the stone columns installation. Although this method is used in practice, there has not been a formal academic study of its effectiveness. This thesis evaluates seven different case histories where wick drains were used and one where wick drains were not used, for comparison purposes. The site locations varied as well as the soil properties and treatment plans. CPT testing was done at 3 sites and SPT testing was performed at the other 5 sites. CPT data were correlated to SPT data to facilitate comparisons. One of the case histories includes a unique study in which three different variations of the stone column treatment were applied at the same site, providing a direct comparison of the effectiveness of each method. A 26% area replacement ratio (Ar) with drains was determined to be more effective overall than a 26% Ar without drains and more effective in increasing low initial blow counts than the 34% Ar without drains. The areas with drains were more likely to exceed the minimum project criteria consistently throughout the site. Significant scatter were observed in the results and probable causes for the scatter are noted. Final blow count coefficients of variation ranged from 28% to 77%. Increased fines contents required increased Ar in order to maintain similar average final blow counts. Site improvements were evaluated separately and collectively. Individual site results were compared to clean sand curves developed by Baez (1995). Sites with average fines contents less than 20% which were improved using drains and an 11-15% Ar treatment were comparable to clean sand sites without drains and with 5-10% Ar. To achieve similar improvement at sites with 40-46% fines necessitated drains and Ar values of 23-26%. Design recommendations are provided.