Essa dissertação apresenta um estudo experimental, com o objetivo de caracterizar a influência da estrutura no comportamento mecânico do solo saprolítico de basalto da região de Teutônia, RS. São apresentados os resultados de ensaios edométricos, ensaios de compressão isotrópica e ensaios de compressão triaxial não drenados (CIU) em amostras reconstituídas juntamente com ensaios de compressão triaxial drenados (CID) e ensaios de compressão isotrópica em amostras indeformadas. A análise dos resultados obtidos nesta dissertação juntamente com os resultados obtidos por Rigo (2005) mostrou que tanto em compressão confinada como em compressão isotrópica o solo indeformado apresenta um comportamento bem mais rígido que solo reconstituído e consegue sustentar índices de vazios bem maiores para um mesmo valor de tensão. Foi observada uma tensão de plastificação em torno de 350 kPa Nos ensaios triaxiais CID o solo indeformado apresentou um comportamento dependente do nível de tensão confinante. Para tensões confinantes mais elevadas foi observada uma queda brusca na curva tensão-deformação após o pico, associada com a formação de um plano de ruptura polido no corpo de prova. A partir dos resultados dos ensaios de compressão isotrópica e ensaios triaxiais CIU no solo reconstituído foram determinadas uma linha de compressão normal (NCL) e uma linha de estado crítico (CSL) para o solo nesta condição. Foi observado que os resultados dos ensaios triaxiais CID no solo indeformado se ajustaram bem a estas linhas de estado.

Essa dissertação apresenta um estudo experimental, com o objetivo de caracterizar a influência da estrutura no comportamento mecânico do solo saprolítico de basalto da região de Teutônia, RS. São apresentados os resultados de ensaios edométricos, ensaios de compressão isotrópica e ensaios de compressão triaxial não drenados (CIU) em amostras reconstituídas juntamente com ensaios de compressão triaxial drenados (CID) e ensaios de compressão isotrópica em amostras indeformadas. A análise dos resultados obtidos nesta dissertação juntamente com os resultados obtidos por Rigo (2005) mostrou que tanto em compressão confinada como em compressão isotrópica o solo indeformado apresenta um comportamento bem mais rígido que solo reconstituído e consegue sustentar índices de vazios bem maiores para um mesmo valor de tensão. Foi observada uma tensão de plastificação em torno de 350 kPa Nos ensaios triaxiais CID o solo indeformado apresentou um comportamento dependente do nível de tensão confinante. Para tensões confinantes mais elevadas foi observada uma queda brusca na curva tensão-deformação após o pico, associada com a formação de um plano de ruptura polido no corpo de prova. A partir dos resultados dos ensaios de compressão isotrópica e ensaios triaxiais CIU no solo reconstituído foram determinadas uma linha de compressão normal (NCL) e uma linha de estado crítico (CSL) para o solo nesta condição. Foi observado que os resultados dos ensaios triaxiais CID no solo indeformado se ajustaram bem a estas linhas de estado.

O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um equipamento de ensaios triaxiais, com aquisição automática de dados e controle automático de trajetórias de tensões, e resultados de ensaios utilizando este equipamento. Medidores locais de deformaçòes axial e radial foram utilizados viabilizando a análise do comportamento de solos a baixos níveis de deformações. O equipamento foi construído com componentes já existentes e elementos de baixo custo. Um programa de controle foi desenvolvido para controlar tanto trajetórias lineares de tensões como a trajetória de deformação radial nula. O sistema foi desenvolvido visando o estudo de solos tropicais cimentados, tendo sido utilizado na execução de ensaios triaxiais em um solo residual regional de arenito - arenito Botucatu. Os resultados evidenciam a adequabilidade do sistema construído ao estudo proposto tornando possível a determinação de importantes características de comportamento deste solo. / The present work describes the developmentof an equipment for triaxial tests and some test results carried put on it. The equipment has automatic data acquisition and servo-control. Local asial and radial strain transducers were used allowing analysis of soil behaviour at low level of strains. The equipment was built with pre-existent triaxial elements and some other low cost cornponents. A software was developed to control linear stress paths as well as the null radial strain stress path. The whole system was built to study structured residual soils and has been used to test a sandstone residual soil - Botucatu sandstone. The results have shown a good performance of the system making possible the determinat ion of important mechanical characteristics of the soil.

[pt] O comportamento de uma escavação grampeada em solo residual de gnaisse foi avaliado por um programa de monitoramento geotécnico do maciço reforçado. Diversas obras estão sendo realizadas no país, sem conhecimentos detalhados sobre as deformações inerentes à técnica e sobre os mecanismos de interação solo-grampo. No Brasil, menos de 10% das obras de solo grampeado utilizaram algum tipo de instrumentação. Esta pesquisa teve por objetivo a análise de uma escavação em solo residual reforçada com grampos. A escavação foi instrumentada para o monitoramento dos deslocamentos do maciço e dos esforços nos grampos. Um extenso programa experimental de ensaios de campo e laboratório foi executado para fornecer os parâmetros geotécnicos utilizados nas análises computacionais. A escavação grampeada teve cerca de 40m de altura, constituindo uma experiência inédita no país e talvez no mundo. Devido a esta altura, os grampos superiores foram instalados com comprimentos de até 24m. O comportamento do talude foi influenciado pelo processo executivo e por uma outra escavação no terreno vizinho. O monitoramento indicou que os deslocamentos do maciço e os esforços nos grampos cresceram significativamente com o avanço da escavação e não cessaram ao final da obra. Os grampos trabalharam predominantemente à tração, com momentos fletores pouco significativos. Os valores de tração estimados na fase de projeto diferiram dos resultados obtidos na instrumentação. A distribuição dos esforços de tração foi influenciada pelas características geológicas do maciço. A tração máxima (Tmáx) teve uma posição variando com a profundidade e a inclinação do talude, e uma magnitude aumentando exponencialmente com o avanço da escavação. A tração na face (To) foi de 0,3 a 0,6 de Tmáx. A resistência mobilizada no contacto solo- grampo não ultrapassou 35% do valor de qs medido nos ensaios de campo. / [en] The behavior of a nailed excavation in gneissic residual soil has been studied by a comprehensive research program, including instrumentation, field and laboratory tests and numerical analyses. Soil nailing is becoming a popular stabilization technique in Brazil. However, a solid knowledge about the soil-nail interaction is still lacking. There are a few studies about the inherent deformations of the reinforced mass and the magnitude of nail`s stresses. In Brazil, less than 10% of stabilization works have some type of instrumentation. The main objective of this research was monitoring and analysing a 40m high soil nailed slope excavation. Due to this unique height, the upper nails were installed with 24m length. The slope behavior was influenced by several factors, such as the construction technique and a subsequent excavation at one adjacent site. The results indicated a significant increase of reinforced mass displacements and of the nail s mobilized tension during the progress of the excavation. These did not cease after the end of the excavation, due to the adjacent work. During and after construction, the nails worked predominantly in tension. Estimated tension loads in the project phase were compared with the instrumentation s results. The stress distribution was influenced by local geology. The maximum axial force (Tmáx) increased exponentially with the progress of the excavation and its position, in each nail, varies with the slope s depth and inclination. The magnitude of the axial load in the excavation face is observed to be between 0,3 and 0,6 of Tmáx. The mobilization of the reinforcement elements was smaller than 35% qs.

[pt] Vários estudos sobre o comportamento de produtos oriundos da alteração de rochas devido à ação intempérica já foram desenvolvidos no país. Esses estudos são de grande importância para a engenharia geotécnica, principalmente em locais de clima tropical, quente e úmido, como o Brasil, já que as condições climáticas possuem uma influência significativa na formação resultante da rocha. Logo, o conhecimento detalhado da origem do solo contribui para uma melhor compreensão do seu comportamento geomecânico. Este trabalho compreende principalmente um estudo físico- químicomineralógico e micromorfológico de amostras de solo, com o propósito de analisar o comportamento das mesmas devido à ação do intemperismo. Esse material está localizado no Complexo Alcalino de Tanguá, município de Tanguá, onde as amostras foram retiradas aleatoriamente, mas com base em suas características morfológico-tátil- visuais. Ressalta-se aqui que estudos com esse enfoque desenvolvidos nesse tipo de solo e/ou rochas de origem alcalina são raramente encontrados na literatura. Portanto, a elaboração desse trabalho colabora agregando um conhecimento prévio, sobre a rocha, a materiais originários da mesma que apresentam diferentes graus de intemperização, contribuindo para uma ampliação do conhecimento geral de solos residuais como um todo. Esse estudo foi realizado dentro do contexto do projeto PRONEX-Rio, denominado Geotecnia Aplicada à Avaliação, Prevenção e Remediação de Problemas Ambientais, em desenvolvimento junto ao Núcleo de Geotecnia Ambiental do DEC/PUC-Rio na linha de pesquisa Geotecnia Ambiental do Setor de Geotecnia do DEC/PUC-Rio. / [en] The behavior of rock decomposition products has been studied by many authors throughout the country. These works have great importance for the geotechnical engineering, mainly in tropical regions, with hot and rainy climates, like it is found in Brazil, since atmospheric conditions have a great influence in the soil formation originated from the mother rock. Therefore the detailed knowledge of the soil origin provides a better understanding of its geomechanical behavior. This work deals with a physical- chemicalmineralogical and micromorphological study of arbitrary soil points on the Tanguá alkaline complex, at the Tanguá Municipality (Rio de Janeiro State, Brazil). The main subject of the present work is to analyze effects of weathering on the physical-chemical- mineralogical and structural characteristics of the residual soil derived from the alkaline rock found in Tanguá, as well as on some simple hydro-mechanical characteristics of the material. It`s important to note here that works on this type of rock and/or soil are rarely found in the literature. Thus, this work contributes towards a better understanding on the behaviour of residual soils as a whole.This study has been done within the context of the PRONEX-Rio project named Geotechnics Applied to the Evaluation, Prevention and Remediation of Environmental Problems, under development within the Environmental Geotechnics Group of DEC/PUC-Rio.

Amostras indeformadas de um solo residual foram coletadas na zona oeste da cidade de São Paulo com o intuito de caracterizar o solo e estudar seu comportamento mecânico. Sua composição mineralógica é apresentada, assim como um estudo microscópico que identifica alguns destes minerais e evidencia sua microestrutura. Desse modo, é discutido como sua mineralogia e microestrutura influenciam em seu comportamento mecânico, estudado por meio de ensaios edométricos e de ensaios triaxiais convencionais de carregamento axial. Analisou-se sua compressibilidade, permeabilidade, seu grau de estruturação, suas relações tensão-deformação e envoltórias de escoamento, de ruptura e de Estados Críticos. O solo foi caracterizado como saprolítico, proveniente de um biotita-gnaisse milonitizado. A partir dos resultados obtidos a respeito do comportamento do solo, três modelos constitutivos escolhidos para estudo foram calibrados: elástico linear, elasto-plástico perfeito (Mohr-Coulomb) e elasto-plástico com endurecimento (Hardening-Soil). Com esta modelagem matemática, foi concebida uma modelagem numérica tridimensional de elementos finitos, a fim de simular a escavação de um túnel e de obter as trajetórias de tensões atuantes ao seu redor devidas a sua escavação. Outros ensaios triaxiais foram executados, desta vez seguindo-se as trajetórias de tensões obtidas numericamente. Os parâmetros elásticos dos três modelos constitutivos foram determinados para cada trajetória de tensões e o maciço envolvente à escavação foi modelado como sendo mecanicamente heterogêneo. Ou seja, limitaram-se zonas ao redor do túnel com diferentes propriedades mecânicas em função da trajetória de tensões atuante. Por fim, são comparados os parâmetros geotécnicos determinados com diferentes trajetórias de tensões, assim como os resultados obtidos com ambas as modelagens numéricas. / Undisturbed samples of a residual soil had been collected from the west zone of São Paulo city, in order to characterize the soil and study its mechanical behaviour. Its mineralogical composition is presented, as well as a microscopic study which identifies some of these minerals and evinces its microstructure. Thus, how the soil mineralogy and microstructure influence its mechanical behaviour is discussed, which was studied by means of oedometer tests and conventional axial loading triaxial tests. One analysed the soil compressibility, permeability, structuring degree, stress-strain relations and yielding, rupture and Critical State envelopes. The soil had been characterized as saprolite, derived from a biotite-gneiss. Based on the results concerning the soil behaviour, three constitutive models were calibrated: linear elastic, elastic perfectly plastic (Mohr-Coulomb), and elastic-plastic with hardening (Hardening Soil). With this mathematical modelling, a three-dimensional numerical model with finite elements was designed, for the purpose of simulating a tunnel excavation and obtaining the stress paths around it due to its excavation. Other triaxial tests were carried out, this time by following the stress paths numerically obtained. The elastic parameters of the three constitutive models had been determined for each stress path and the ground surrounding the excavation had been modelled as a mechanically heterogeneous media. I.e., zones around the tunnel had been limited by its different mechanical properties, as a function of the actual stress path. Finally, the geotechnical parameters determined by different stress paths are compared, as well as the results obtained for both numerical models.

Não são raros os casos onde os locais escolhidos para a implantação de determinadas obras não apresentam condições adequadas ou desejadas do ponto de vista geotécnico. Diversas metodologias foram criadas para enfrentar tal problema, seja por substituição de material, realocação da obra, uso de soluções estruturais, melhoria do material, etc. A melhoria de solos utilizando repetições de queda livre de um peso a determinada altura com o intuito de compactar o solo é uma das técnicas mais básicas e antigas que se tem relato. Esse procedimento, quando utilizadas grandes massas e alturas, é conhecido como Compactação Dinâmica. O estudo dessa prática no Brasil é extremamente raro, visto que não é atualmente praticada, apesar da sua ampla utilização mundial. A fim de se conhecer e estudar o comportamento, em termos de resistência e condutividade hidráulica, de solo residual do Estado do Rio Grande do Sul (RS) quando utilizada a Compactação Dinâmica, foi proposto um estudo, em escala real, com o objetivo de avaliar as possíveis melhorias no campo experimental da Universidade de Passo Fundo, na cidade de Passo Fundo – RS. O solo encontrado na região de Passo Fundo possui características interessantes para o estudo da compactação dinâmica, como alto teor de argila, altos índices de vazios e leve cimentação natural. No presente trabalho, foi realizada a compactação dinâmica de campo com massas de 5,5 t e 10,0 t, com alturas de queda de 1,5 a 3,0 m. Nos cinco ensaios realizados, foram feitas medidas do afundamento após cada golpe, bem como coletadas amostras do fundo das crateras. A profundidade estimada de melhoria abaixo do fundo da cratera, de acordo com o modelo de densificação indicado, é de cerca de 3,30 m. Nos ensaios de laboratório realizados nas amostras indeformadas coletadas (natural e pós-compactação), percebeu-se uma redução de duas ordens de grandeza na condutividade hidráulica, passando de 10-5 para 10-7 m/s. Nos ensaios triaxiais, verificou-se aumento da resistência, com ângulo de atrito passando de 26,6o para 35,3o, sem alteração do intercepto coesivo (aproximadamente 14 kPa). Por fim, realizados ensaios oedométricos, pode-se notar que a tensão de plastificação aumentou de 70 para 300 kPa, com mudança significativa do comportamento do material. / Are not rare the situations where the site chosen to build structures does not present good geotechnical soil conditions. Many techniques have been created to deal with this issue, replacing the original soil, change the site, using structural solutions, improving the existing soil, etc. Improving the existing soil using a free falling weight dropped at determined height with the objective to densify the soils is one of the oldest and basic techniques known. Such procedure, when using really heavy masses and high dropping elevations is called Dynamic Compaction (also called Heavy Tamping). The study of this technique in Brazil is extremely rare, since it is not used in the current practice, although it has wide use in the world. With the objective of understanding and studying the behavior, in terms of resistance and permeability, of a residual soil of Passo Fundo (RS) when compacted using Dynamic Compaction, a field and laboratory investigation was proposed. An experimental field, located in the city of Passo Fundo (RS) was the site chosen to execute the proposed study. The soil founded there has some interesting characteristics to the dynamic compaction study, such as high content of clay, a high void ratio and a bonded structure. In the present study, the Dynamic Compaction was executed using steel blocks with 5,5 and 10,0 t. The dropping heights used were 1.5 and 3.0 meters. In the 5 points where the technique was tested, measurements of the displacements where made after each drop of the mass. Undisturbed samples were collected in the bottom of the crater after finished the compaction. The depth of the densified soil, below the crater was estimated at about 3,30 m. According to laboratory tests, a strong reduction of the permeability was observed, from 10-5 to 10-7 m/s. In the triaxials test, the soil showed an increase in strength. The friction angle changed from 26.6º to 35.5º, while the cohesion intercept did not change (approximately 14 kPa). According to oedometric tests, the plastification pressure increased from 70 to 300 kPa, with a change in the behavior of the material.

[pt] Solos residuais são geralmente pobres em nutrientes. Isto prejudica a aplicação da atenuação natural monitorada em sítios contaminados com compostos orgânicos no Brasil. Para que o processo de biodegradação obtenha sucesso torna-se necessário à adição de nutrientes inorgânicos essenciais, como o fosfato e o nitrato, na massa de solo. Contudo, este processo deve ser estritamente controlado buscando atingir o equilíbrio de carbono:nitrogênio -C/N- mais favorável. Em solos com baixa condutividade hidráulica a adição de compostos inorgânicos na amostra de solo pode ser alcançada através da eletrocinese. O programa experimental desenvolvido neste trabalho objetivou avaliar a viabilidade do transporte de nitrato de amônio em um solo residual maduro do Município de Duque de Caxias através da eletrocinese. O programa também buscou acessar a variação na microbiota em decorrência da exposição prolongada de um campo elétrico. Os resultados obtidos no programa experimental revelaram que o nitrato de amônio pode ser transportado facilmente através de solos residuais. Também foi observado que houve um aumento de uma ordem de magnitude na população microbiana dentro da amostra de solo após a aplicação do potencial elétrico. Resultados preliminares indicaram que a eletrocinese pode ser uma alternativa para estimular a biorremediação de contaminantes orgânicos em solos residuais. / [en] Residual soils are generally poor in nutrients. This minimizes potential application of monitored natural attenuation of sites contaminated with organic compounds in Brazil. In order to allow the biodegradation process it is necessary to add essential inorganic nutrients, such as phosphate and nitrate. However this process must be strictly controlled in order to attain the most favorable C/N balance. In soils with low hydraulic conductivity the addition of inorganic compounds through the soil mass could well be achieved by electrokinetics. An experimental programme was carried out on mature residual soil samples from Duque de Caxias aiming on assessing the feasibility of ammonium nitrate transport via electrokinetics. The programme also evaluated the change in microbiota due the prolonged exposure to an electrical field. Results have shown that ammonium nitrate can be easily transported through residual soils. It was also observed one-order magnitude microbial population increase within the soil mass after the application of DC current. Preliminary results indicated that electrokinetics could well be used to enhance bioremediation of organic contaminants in residual soils.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:38:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6543_1.pdf: 10472235 bytes, checksum: 78c530653f20eeb7bccfe8bef24c4d87 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / A erosão hídrica por se tratar de um tema tão vasto, complexo e de tantas implicações necessita ser monitorada, analisada e compreendida em várias escalas. As campanhas de investigação devem se basear, principalmente nos mecanismos envolvidos no processo. É necessário ter informações relativas do meio, no que diz respeito à possibilidade de diferentes usos (conservação e uso do solo). Estas informações podem ser obtidas, a partir de levantamentos sobre a mecânica da erosão hídrica, temas que a Engenharia Civil e Ambiental está cada vez se aprimorando. Esta Tese aborda o estudo geológicogeotécnico realizado em duas ravinas de grandes proporções, localizada no parque de preservação ambiental Armando de Holanda Cavalcanti, no município do Cabo de Santo Agostinho. O desenvolvimento do tema apresenta uma contribuição, quanto à identificação e compreensão dos mecanismos envolvidos nos processos erosivos, considerando os principais aspectos da área, tais como: localização, condições climáticas e vegetação. Foi realizada uma extensa campanha de investigação geotécnica de campo e laboratório incluindo: condutividade hidráulica com o permeâmetro Guelph, perfis de umidade, caracterização física, química e mineralógica, sucção, compressibilidade, resistência ao cisalhamento direto convencional e com sucção controlada. A análise da erodibilidade em campo foi avaliada por meio de instalação de parcelas, para determinação da erodibilidade e tensão crítica de cisalhamento. Os ensaios em laboratório foi realizado por meio do ensaio de Inderbitzen, ensaio de canal, Metodologia MCT, ensaio de Pinhole, análise química total e da água intersticial e análise mineralógica. A análise conjunta dos resultados permitiu identificar, que os mecanismos de evolução atuam de forma complexa, devido à interação entre os processos de erosão por impacto das gotas de chuva, fluxo superficial, movimentos de massa e solapamentos das bases das encostas. Através dos vários critérios utilizados na literatura foi verificado que as camadas superficiais, formadas por solos da Formação Barreiras são mais susceptíveis ao processo erosivo, em relação aos solos residuais de granito

Amostras indeformadas de um solo residual foram coletadas na zona oeste da cidade de São Paulo com o intuito de caracterizar o solo e estudar seu comportamento mecânico. Sua composição mineralógica é apresentada, assim como um estudo microscópico que identifica alguns destes minerais e evidencia sua microestrutura. Desse modo, é discutido como sua mineralogia e microestrutura influenciam em seu comportamento mecânico, estudado por meio de ensaios edométricos e de ensaios triaxiais convencionais de carregamento axial. Analisou-se sua compressibilidade, permeabilidade, seu grau de estruturação, suas relações tensão-deformação e envoltórias de escoamento, de ruptura e de Estados Críticos. O solo foi caracterizado como saprolítico, proveniente de um biotita-gnaisse milonitizado. A partir dos resultados obtidos a respeito do comportamento do solo, três modelos constitutivos escolhidos para estudo foram calibrados: elástico linear, elasto-plástico perfeito (Mohr-Coulomb) e elasto-plástico com endurecimento (Hardening-Soil). Com esta modelagem matemática, foi concebida uma modelagem numérica tridimensional de elementos finitos, a fim de simular a escavação de um túnel e de obter as trajetórias de tensões atuantes ao seu redor devidas a sua escavação. Outros ensaios triaxiais foram executados, desta vez seguindo-se as trajetórias de tensões obtidas numericamente. Os parâmetros elásticos dos três modelos constitutivos foram determinados para cada trajetória de tensões e o maciço envolvente à escavação foi modelado como sendo mecanicamente heterogêneo. Ou seja, limitaram-se zonas ao redor do túnel com diferentes propriedades mecânicas em função da trajetória de tensões atuante. Por fim, são comparados os parâmetros geotécnicos determinados com diferentes trajetórias de tensões, assim como os resultados obtidos com ambas as modelagens numéricas. / Undisturbed samples of a residual soil had been collected from the west zone of São Paulo city, in order to characterize the soil and study its mechanical behaviour. Its mineralogical composition is presented, as well as a microscopic study which identifies some of these minerals and evinces its microstructure. Thus, how the soil mineralogy and microstructure influence its mechanical behaviour is discussed, which was studied by means of oedometer tests and conventional axial loading triaxial tests. One analysed the soil compressibility, permeability, structuring degree, stress-strain relations and yielding, rupture and Critical State envelopes. The soil had been characterized as saprolite, derived from a biotite-gneiss. Based on the results concerning the soil behaviour, three constitutive models were calibrated: linear elastic, elastic perfectly plastic (Mohr-Coulomb), and elastic-plastic with hardening (Hardening Soil). With this mathematical modelling, a three-dimensional numerical model with finite elements was designed, for the purpose of simulating a tunnel excavation and obtaining the stress paths around it due to its excavation. Other triaxial tests were carried out, this time by following the stress paths numerically obtained. The elastic parameters of the three constitutive models had been determined for each stress path and the ground surrounding the excavation had been modelled as a mechanically heterogeneous media. I.e., zones around the tunnel had been limited by its different mechanical properties, as a function of the actual stress path. Finally, the geotechnical parameters determined by different stress paths are compared, as well as the results obtained for both numerical models.