O município de Caxias do Sul está inserido em um importante contexto geológico-geotécnico do estado do Rio Grande do Sul e, em sua área urbana, são observados vários acidentes de ordem geotécnica. O conhecimento dos solos e das rochas que constituem os perfis da área urbana carece de uma caracterização mecânica que, diante de qualquer acidente geotécnico, possa servir como ponto de partida para a solução de tal evento. Esta dissertação apresenta um estudo a respeito do comportamento mecânico de um solo residual de Dacito Canyon encontrado na área urbana do município de Caxias do Sul – RS. Foram realizados ensaios de cisalhamento direto e compressão triaxial com corpos de prova indeformados e reconstituídos e também foram executados um ensaio edométrico com um corpo de prova remoldado com a umidade próxima ao limite de liquidez. Os resultados obtidos com a realização dos ensaios mostraram que o material possui uma forte influência da estrutura do solo que foi especialmente evidenciada nos resultados dos ensaios de cisalhamento Foi possível estabelecer, com base em ensaios remoldados, uma curva NCL coerente com os parâmetros N da ordem de 2,1452 e e λ similar a 0,135. Entretanto não foi possível a definição de uma CSL pelo fato do material apresentar uma forte estrutura e os ensaios em amostras remoldadas e indeformadas não indicaram uma estabilização dos índices de vazios finais. O comportamento mecânico dos ensaios indeformados varia de acordo com o nível de deformação e de acordo com os ensaios. Nos ensaios de cisalhamento direto houve uma redução da coesão (de 50kPa para ~24kPa) e aumento do ângulo de atrito com as deformações (de 23 para 24 graus). Com a remoldagem esta tendência aumentou (o ângulo de atrito alcançou 28,5 graus). Já no ensaios triaxiais, o ângulo de atrito se manteve em torno de 29-30 graus e a coesão reduziu de 26kPa para 15kPa para grandes deformações. / The municipality of Caxias do Sul is part of an important geological-geotechnical context in the state of Rio Grande do Sul and several geotechnical accidents have been observed in its urban area. The knowledge of the soils and rocks that make up the profiles of the urban area lacks a mechanical characterization which, in the face of any geotechnical accident, can serve as a starting point for the solution of such an event. This dissertation presents a study about the mechanical behavior of a residual soil of Dacito Canyon found in the urban area of the city of Caxias do Sul - RS. Direct shear and triaxial compression tests were carried out with undisturbed and reconstituted test specimens and an edometric test carried out with a test specimen remolded with humidity close to the liquidity limit. The results obtained with the tests showed that the material has a strong influence of the soil structure that was specially evidenced in the results of the shear tests It was possible to establish on the basis of remolded tests an NCL curve coherent, with the N parameter of the order of 2.1452 and λ similar to 0.135. However, it was not possible to define a CSL because the material had a strong structure and the tests on remolded and undisturbed samples did not indicate a stabilization of the final void ratios. The mechanical behavior of the undeformed tests varied according to the level of deformation and according to the test type. In the direct shear tests there was a reduction of cohesion (from 50kPa to ~ 24kPa) and an increase in the angle of friction with the deformations (from 23 to 24 degrees). In tests with the remolded soil this trend increased (the angle of friction reached 28.5 degrees). In the triaxial tests on undisturbed specimens the friction angle remained around 29-30 degrees, similar to peak, and the cohesion reduced from 26kPa to 15kPa for large deformations.

O município de Caxias do Sul está inserido em um importante contexto geológico-geotécnico do estado do Rio Grande do Sul e, em sua área urbana, são observados vários acidentes de ordem geotécnica. O conhecimento dos solos e das rochas que constituem os perfis da área urbana carece de uma caracterização mecânica que, diante de qualquer acidente geotécnico, possa servir como ponto de partida para a solução de tal evento. Esta dissertação apresenta um estudo a respeito do comportamento mecânico de um solo residual de Dacito Canyon encontrado na área urbana do município de Caxias do Sul – RS. Foram realizados ensaios de cisalhamento direto e compressão triaxial com corpos de prova indeformados e reconstituídos e também foram executados um ensaio edométrico com um corpo de prova remoldado com a umidade próxima ao limite de liquidez. Os resultados obtidos com a realização dos ensaios mostraram que o material possui uma forte influência da estrutura do solo que foi especialmente evidenciada nos resultados dos ensaios de cisalhamento Foi possível estabelecer, com base em ensaios remoldados, uma curva NCL coerente com os parâmetros N da ordem de 2,1452 e e λ similar a 0,135. Entretanto não foi possível a definição de uma CSL pelo fato do material apresentar uma forte estrutura e os ensaios em amostras remoldadas e indeformadas não indicaram uma estabilização dos índices de vazios finais. O comportamento mecânico dos ensaios indeformados varia de acordo com o nível de deformação e de acordo com os ensaios. Nos ensaios de cisalhamento direto houve uma redução da coesão (de 50kPa para ~24kPa) e aumento do ângulo de atrito com as deformações (de 23 para 24 graus). Com a remoldagem esta tendência aumentou (o ângulo de atrito alcançou 28,5 graus). Já no ensaios triaxiais, o ângulo de atrito se manteve em torno de 29-30 graus e a coesão reduziu de 26kPa para 15kPa para grandes deformações. / The municipality of Caxias do Sul is part of an important geological-geotechnical context in the state of Rio Grande do Sul and several geotechnical accidents have been observed in its urban area. The knowledge of the soils and rocks that make up the profiles of the urban area lacks a mechanical characterization which, in the face of any geotechnical accident, can serve as a starting point for the solution of such an event. This dissertation presents a study about the mechanical behavior of a residual soil of Dacito Canyon found in the urban area of the city of Caxias do Sul - RS. Direct shear and triaxial compression tests were carried out with undisturbed and reconstituted test specimens and an edometric test carried out with a test specimen remolded with humidity close to the liquidity limit. The results obtained with the tests showed that the material has a strong influence of the soil structure that was specially evidenced in the results of the shear tests It was possible to establish on the basis of remolded tests an NCL curve coherent, with the N parameter of the order of 2.1452 and λ similar to 0.135. However, it was not possible to define a CSL because the material had a strong structure and the tests on remolded and undisturbed samples did not indicate a stabilization of the final void ratios. The mechanical behavior of the undeformed tests varied according to the level of deformation and according to the test type. In the direct shear tests there was a reduction of cohesion (from 50kPa to ~ 24kPa) and an increase in the angle of friction with the deformations (from 23 to 24 degrees). In tests with the remolded soil this trend increased (the angle of friction reached 28.5 degrees). In the triaxial tests on undisturbed specimens the friction angle remained around 29-30 degrees, similar to peak, and the cohesion reduced from 26kPa to 15kPa for large deformations.

O município de Caxias do Sul está inserido em um importante contexto geológico-geotécnico do estado do Rio Grande do Sul e, em sua área urbana, são observados vários acidentes de ordem geotécnica. O conhecimento dos solos e das rochas que constituem os perfis da área urbana carece de uma caracterização mecânica que, diante de qualquer acidente geotécnico, possa servir como ponto de partida para a solução de tal evento. Esta dissertação apresenta um estudo a respeito do comportamento mecânico de um solo residual de Dacito Canyon encontrado na área urbana do município de Caxias do Sul – RS. Foram realizados ensaios de cisalhamento direto e compressão triaxial com corpos de prova indeformados e reconstituídos e também foram executados um ensaio edométrico com um corpo de prova remoldado com a umidade próxima ao limite de liquidez. Os resultados obtidos com a realização dos ensaios mostraram que o material possui uma forte influência da estrutura do solo que foi especialmente evidenciada nos resultados dos ensaios de cisalhamento Foi possível estabelecer, com base em ensaios remoldados, uma curva NCL coerente com os parâmetros N da ordem de 2,1452 e e λ similar a 0,135. Entretanto não foi possível a definição de uma CSL pelo fato do material apresentar uma forte estrutura e os ensaios em amostras remoldadas e indeformadas não indicaram uma estabilização dos índices de vazios finais. O comportamento mecânico dos ensaios indeformados varia de acordo com o nível de deformação e de acordo com os ensaios. Nos ensaios de cisalhamento direto houve uma redução da coesão (de 50kPa para ~24kPa) e aumento do ângulo de atrito com as deformações (de 23 para 24 graus). Com a remoldagem esta tendência aumentou (o ângulo de atrito alcançou 28,5 graus). Já no ensaios triaxiais, o ângulo de atrito se manteve em torno de 29-30 graus e a coesão reduziu de 26kPa para 15kPa para grandes deformações. / The municipality of Caxias do Sul is part of an important geological-geotechnical context in the state of Rio Grande do Sul and several geotechnical accidents have been observed in its urban area. The knowledge of the soils and rocks that make up the profiles of the urban area lacks a mechanical characterization which, in the face of any geotechnical accident, can serve as a starting point for the solution of such an event. This dissertation presents a study about the mechanical behavior of a residual soil of Dacito Canyon found in the urban area of the city of Caxias do Sul - RS. Direct shear and triaxial compression tests were carried out with undisturbed and reconstituted test specimens and an edometric test carried out with a test specimen remolded with humidity close to the liquidity limit. The results obtained with the tests showed that the material has a strong influence of the soil structure that was specially evidenced in the results of the shear tests It was possible to establish on the basis of remolded tests an NCL curve coherent, with the N parameter of the order of 2.1452 and λ similar to 0.135. However, it was not possible to define a CSL because the material had a strong structure and the tests on remolded and undisturbed samples did not indicate a stabilization of the final void ratios. The mechanical behavior of the undeformed tests varied according to the level of deformation and according to the test type. In the direct shear tests there was a reduction of cohesion (from 50kPa to ~ 24kPa) and an increase in the angle of friction with the deformations (from 23 to 24 degrees). In tests with the remolded soil this trend increased (the angle of friction reached 28.5 degrees). In the triaxial tests on undisturbed specimens the friction angle remained around 29-30 degrees, similar to peak, and the cohesion reduced from 26kPa to 15kPa for large deformations.

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As estruturas de solo reforçado tornaram-se uma alternativa eficiente para a construção de aterros e muros de contenção. No entanto, o seu uso é limitado pelas especificações técnicas, que recomendam apenas materiais granulares, por apresentarem alta resistência e capacidade de livre drenagem. Todavia, nem sempre se dispõem deste tipo de material nas proximidades das obras, o que pode torná-las onerosas, devido aos custos de transporte. Os solos não convencionais, definidos como solos de granulometria fina (caracterizados como argilas, siltes, e solos areno-siltosos), merecem atenção, pois são encontrados em abundância em muitos locais do nosso território. Casos históricos brasileiros de obras instrumentadas revelam a eficiência destes materiais na composição de aterros de estruturas de solo reforçado, devido ao bom desempenho técnico ao longo de sua vida útil. Acredita-se que o uso de inclusões permeáveis possa contribuir na aceleração da drenagem da água das camadas de maciços construídos com solos finos, permitindo a dissipação mais rápida do excesso de pressões neutras. Para elucidar estas questões foram realizados ensaios de compressão triaxial rápidos (UU) e adensados rápidos (CU), com o intuito de avaliar o desempenho de solos não convencionais reforçados com inclusões permeáveis e impermeáveis. Utilizaram-se como reforços papel alumínio (reforço inextensível e impermeável) e geotêxtil (reforço extensível e permeável), o que permitiu comparações dos resultados obtidos dos ensaios com corpos de prova reforçados com os obtidos de corpos de prova não reforçados. Os solos utilizados foram duas argilas silto-arenosas, uma de comportamento laterítico e a outra não laterítico e uma areia fina com aproximadamente 40% de finos (material com diâmetro inferior à peneira 200), com comportamento não laterítico. Verificou-se que a combinação de solos finos com reforços permeáveis resultou num ganho de resistência ora em termos de ângulo de atrito interno, ora em relação à coesão, apenas a areia fina obteve ganho de resistência ao ser reforçada com o papel alumínio. Observou-se que a argila silto-arenosa, com comportamento laterítico, e a areia fina apresentaram uma interação mais eficiente com os reforços de geotêxtil. Constatou-se ainda que os reforços permeáveis promoveram a drenagem da água dos corpos de prova / The reinforced soil structures became an efficient alternative for the construction of embankments and retaining walls. However, the use of these structures are limited by design specifications which recommend the use of granular materials that present high shearing strength and free drainage capacity. Some granular soils are not always available in the proximities of works, in these cases, costs of transportation can be high. The marginal soils, defined as fine grain-size (characterized as clays, silts, and sandy-silty) soils, deserve attention because they are found in abundance in many places on our territory, besides that, brazilian historical cases of instrumented structures have shown their efficiency when used as backfill of reinforced soil structures. It is also believed that the use of permeable inclusions can contribute to the acceleration of water drainage, which allows faster dissipation of pore pressure. To contribute to the understanding of these aspects of reinforced soil behavior, triaxial compression tests, unconsolidated-undrained (UU) and consolidated-undrained (CU), were carried out in order to check the performance of reinforced marginal soil when reinforced with permeable and impermeable inclusions. Aluminum foil (inextensible and impermeable reinforcement) and geotextile (extensible and permeable reinforcement) were used as reinforcement, allowing the comparison of results of tests using reinforced and non-reinforced samples. The soils used were two sandy silty clays - a lateritic and a non-lateritic soil - and fine sand with 40% of fines, presenting non-lateritic behavior. It was verified that the combination of cohesive soil and permeable reinforcements resulted on an increase of resistance parameters, angle of internal friction and cohesion. It was observed that the lateritic sandy silty clay and the fine sand presented more efficient interaction with the geotextile reinforcements. Also, it was verified that the permeable reinforcements promoted faster water drainage

A compactação de aterros pode gerar comportamento anisotrópico, a depender do teor de umidade de compactação, entre outros fatores. O principal objetivo deste estudo foi investigar alguns aspectos relacionados à anisotropia inerente induzida pela compactação de um solo laterítico. Após realizar a caracterização mineralógica, geotécnica e microestrutural deste solo, estudou-se a resistência ao cisalhamento, condutividade hidráulica, compressibilidade e deformabilidade. O solo estudado foi classificado como laterítico arenoso (LA\') e apresentou agregação relativa da ordem de 12%. A metodologia desenvolvida no intuito de corrigir o aumento na massa específica seca das camadas inferiores, causado pelo processo de compactação, mostrou-se eficaz. A partir da curva de compactação foram consideradas amostras representativas das três condições de umidade de compactação: ramo seco, umidade ótima e ramo úmido. Corpos de prova foram talhados paralelamente e ortogonalmente às camadas de compactação. Os ensaios de porosimetria revelaram um comportamento bimodal na distribuição do tamanho de poros e também que o teor de umidade de compactação não interferiu no tamanho dos microporos. Para o solo compactado no ramo seco e na umidade ótima, a resistência ao cisalhamento correspondente à direção ortogonal se mostrou superior àquela correspondente à direção paralela às camadas de compactação. Por outro lado, a resistência ao cisalhamento no ramo úmido mostrou-se praticamente independente da direção de talhagem dos corpos de prova. Este comportamento se deve à maior capacidade do solo, em um dado teor de umidade, em absorver a energia aplicada e distribuí-la na direção paralela e ortogonal. Com relação às propriedades elásticas do material, observou-se que o aumento do teor de umidade de compactação contribui para redução da anisotropia de deformabilidade. Dentre as propriedades investigadas, a anisotropia de condutividade hidráulica das amostras correspondente ao ramo úmido foi a mais pronunciada, exibindo fluxo oito vezes maior na direção vertical que na horizontal. Finalmente, as discussões e análises presentadas nesta pesquisa mostraram que o grau de anisotropia depende diretamente do teor de umidade de compactação e que diminui com incremento das tensões aplicadas no solo. / Compacted embankments can have anisotropic behavior, depending on several factors, including the compaction water content. The aim of this study was to investigate some aspects regarding the inherent anisotropy of a lateritic soil, caused by the compaction process. After performing the geotechnical, mineralogical and microstructural characterization, properties of shear strength, hydraulic conductivity, compressibility and deformability were investigated. This soil this soil was classified as lateritic sand. The grainsize distribution curve indicates 12% the fine particle aggregation. The methodology developed in order to correct the increase in dry density of the lower layers, generated by the compression process, was effective. From the compaction curve, representative samples corresponding to the three compaction water content conditions, representing the dry side, the optimal water content and the wet side were considered. Specimens were trimmed parallel and orthogonally to the compaction layers. The porosimetry tests showed a bimodal behavior in the pore size distribution and also that the compaction water content did not influence the size of the micropores. For the compacted soil sample corresponding to the dry side and optimum water content, the shear strength corresponding to the orthogonal direction was higher than that corresponding to the parallel direction to the compaction layers. However, they were almost equal for both the orthogonal and the parallel directions to the compaction layers. This behavior is due to the higher capacity of the soil at a given moisture content, to absorb the energy applied and distribute it in parallel and orthogonal direction. The analysis the values of maximum shear modulus of the material showed that increasing compaction water content reduces the anisotropy degree. Among the investigated properties, the hydraulic conductivity anisotropy of the samples corresponding to the wet branch was the most pronounced, showing permeability eight times higher in the vertical direction than that in the horizontal direction. Finally, the discussions and analyzes presented in this study showed that the degree of anisotropy directly depends on the compaction water content and decreases with increase confining stress applied to the soil specimens.

A deformabilidade é uma propriedade fundamental em projetos geotécnicos. A constatação de que as deformações em várias obras de engenharia se situam na faixa de pequenas e muito pequenas deformações e as limitações das técnicas de ensaio em medir tal nível de deformações levaram ao desenvolvimento de técnicas com base em solicitações dinâmicas, dentre as quais, as de coluna ressonante e bender elements. Particularmente, o emprego da técnica de bender elements tem crescido devido à simplicidade de execução dos ensaios, e determinação do módulo de cisalhamento máximo dos solos. Diversos estudos acerca das propriedades deformacionais dos solos determinadas por este método têm sido conduzidos em solos saturados ou secos, não obstante, estudos desta natureza em solos não saturados ainda são relativamente escassos. Esta pesquisa investigou a influência de algumas variáveis, como a sucção e a tensão confinante sobre a deformabilidade de um solo laterítico não saturado típico do interior do Estado de São Paulo, empregando bender elements, coluna ressonante e compressão triaxial com instrumentação interna. Além disso, buscando uma caracterização mais completa deste solo, ensaios de compressão triaxial foram realizados para quantificar sua resistência ao cisalhamento. Os resultados destes ensaios sugeriram a ocorrência de encruamento em solo indeformado, e uma envoltória planar de resistência foi usada para representar a resistência ao cisalhamento da amostra compactada. Já no que se refere à deformabilidade, os resultados indicaram que a redução do teor de umidade de compactação, o aumento do confinamento isotrópico ou da sucção são responsáveis por um solo menos deformável. Dados dos ensaios com bender elements foram bem representados por uma função potencial quando o módulo de cisalhamento máximo e a sucção foram normalizados pela tensão confinante líquida. Para o solo compactado não saturado, também ensaiado em coluna ressonante, dados obtidos por ambas as técnicas foram comparados, notando-se velocidades de ondas de cisalhamento um pouco superiores para os ensaios com bender elements, que foram atribuídas às mais altas frequências nestes ensaios. / Stiffness is a fundamental property in geotechnical design. The fact that strains are in the smallto- very small strain range in several engineering works and the limitations of testing techniques in measuring such level of strains led to the development of dynamic techniques, such as resonant column and bender elements. Specifically, the bender elements technique has been increasingly used due to the simplicity in performing tests and computing the maximum shear modulus of the soil. Several studies have been carried out to assess stiffness properties of dry or saturated soils via bender elements, however, studies of this nature are still relatively scarce in unsaturated soils. This research investigated the influence of some variables, like suction and confining stress, on the stiffness of a lateritic unsaturated soil, typical of São Paulo State, via bender elements, resonant column and triaxial compression tests with local gauges. Furthermore, aiming at a more complete characterization of this soil, triaxial compression tests were performed in order to quantify its shear strength. Results from these tests suggested the occurrence of strain hardening on undisturbed specimens, and a planar shear strength envelope was used to represent the compacted sample data. Regarding soil stiffness, results indicated that it increases with a reduction in the compaction moisture content or an increase in isotropic confining stress or suction. Data from bender elements tests were nicely represented by a power function when maximum shear modulus and suction were normalized by the net confining stress. Results of unsaturated compacted soil obtained from bender elements and resonant column tests were compared and slightly larger shear wave velocities were noticed in bender elements tests, which were attributed to the larger testing frequencies used in these tests.

O presente trabalho discute comparativamente o comportamento mecânico de solos lateríticos e não lateríticos para uso em pavimentação. Para tanto foram ensaiados 3 pares de solos, sendo cada par constituído por solos de curvas granulométricas semelhantes, mesma classificação HRB e comportamentos distintos quanto à laterização. Foram realizados ensaios triaxiais convencionais do tipo CD saturado e não saturado sem controle de sucção e ensaios de compressão simples. A partir dos resultados dos ensaios foram modeladas as deformações elásticas em função das tensões de confinamento e determinadas as envoltórias de ruptura de Mohr-Coulomb. Concluiu-se que a maior resistência dos solos lateríticos está representada na componente coesão da envoltória de Mohr-Coulomb e que esta é mobilizada praticamente ao máximo desde o início em um ensaio triaxial. A diferença de resistência entre os ensaios saturados e não saturados também se mostrou na coesão, com a soma nesta da componente coesão aparente, fruto da sucção. O ângulo de atrito mostrou-se constante para as duas gêneses, tanto para a condição saturada como para a condição não saturada. Os solos lateríticos apresentam rigidez maior que os não lateríticos, tanto na condição saturada como na condição não saturada. Para os níveis de tensão de confinamento utilizados, a rigidez dos solos, de ambas as gêneses, na condição saturada, diminui com o aumento da tensão confinante. Também se observou que a ação da sucção existente nos ensaios não saturados proporciona, para ambas as gêneses, uma mudança da sensibilidade da rigidez ao aumento da tensão confinante. / The present paper discusses the mechanical behavior of lateritic and no-lateritic soils for use in pavement. To attain that goal, 3 pair soils were rehearsed, being each pair constituted by soils of similar granulometric curves, same HRB classification and different genesis. The experimental program was constituted of static triaxial compression test of the type saturated CD and of the type unsaturated without suction control and unconfined compression strength test. With the results of the tests, the elastic strains were modeled in function of the confinement stresses and the rupture paths of Mohr-Coulomb were determined. The analysis that the shear strength of the lateritic soils is greater than no-lateritic soil because of the cohesion. Since the begin it, the cohesion is mobilized practically to the maximum for both soils. The difference of shear strength between the saturated and unsaturated tests it is also cohesion, with the sum in that component of the cohesion apparent produced for suction. The angle of internal friction is constant for the two genesis as much for the saturated test as for the unsaturated test. The lateritic soils present greater stiffness than the no-lateritic soils, as much for saturated test as for unsaturated test. For the levels of confinement stresses used, in the saturated condition the stiffness of the soils decreases with the increase of the confinement stresses of both genesis. In addition, it was observed that the suction existent in the unsaturated testing produce a change of the sensibility of the soils stiffness to the increase of the confinement stress for both genesis.

Cette thèse étudie les instabilités dynamiques des milieux granulaires modèles saturés à l’aide d’un appareil triaxial classique. Les instabilités englobent la liquéfaction et les effondrements en compression isotrope drainée, les frottements saccadés en compression triaxiale drainée. Ces instabilités apparaissent spontanément à des contraintes effectives de confinement imprévisibles. Elles sont accompagnées de très rapides et très fortes surpressions interstitielles, malgré un drainage approprié; ce que ne présentent pas les milieux granulaires naturels. En compression isotrope drainée (consolidation), des effondrements locaux naissent instantanément. En compression triaxiale drainée, on observe de larges frottements saccadés quasi-périodiques caractérisés par des déformations volumiques et axiales contractantes. De temps en temps, ces effondrements et frottements saccadés locaux peuvent se développer en liquéfaction menant à une destruction complète de la structure granulaire. Les données à haute résolution temporelle issues de ce travail ont permis la découverte d’une nouvelle famille de liquéfaction dynamique et statique. L’étude des émissions acoustiques passives a permis l’identification de signature spectrale caractéristique. Pour les frottements saccadés, la phase de glissement peut être interprétée comme une consolidation dynamique, limitée par l’unique surface en dessous de la ligne critique de rupture dans le plan des contraintes effectives. La séquence temporelle précise des événements exclut que la pression interstitielle soit la cause principale des instabilités. Cependant, le rôle important de la surpression interstitielle est démontré dans des relations quantitatives entre les incréments de contraintes, et de déformations et l’éphémère surpression interstitielle stabilisée développée pendant la phase de glissement. Cela montre finalement la nature quasi-déterministique de ces instabilités dynamiques. Ces relations empiriques sont basées uniquement sur l’amplitude maximale de l’accélération verticale de très courte durée et sont gouvernées indépendamment par la pression de confinement et par l’indice des vides. La similarité de la surpression interstitielle entre différentes instabilités suggère fortement quelques mécanismes similaires de déclenchement, probablement à partir de ré-arrangements de la micro-structure granulaire. / This thesis reports a laboratory study on the dynamic instabilities of model saturated granular material using a triaxial apparatus. The term instability consists of isotropic collapse and liquefaction under isotropic compression and of stick-slip under triaxial compression in drained condition. The instabilities spontaneously occur at unpredictable effective stress with unexpected buildup of excess pore pressure irrespective of fully drained condition, contrasting with the instability-free behaviour of natural granular materials. In isotropic compression, instantaneous local collapse happens and in triaxial compression, very large and quasi-periodic stick-slip occurs with sudden volumetric compaction and axial contraction. Sometimes, these local failures (collapse and stick-slip) can develop into total liquefaction failure, destroying completely the granular structure. High time-resolved data permit the discovery of a new family of dynamic and static liquefaction. Passive acoustic measurements allow the identification of typical spectral signature. For stick-slip phenomenon, the slip phase with constant duration of stress drop can be interpreted as dynamic consolidation at constant deviatoric stress, limited by a unique boundary inside the critical state line in the effective stress plane. The precise temporal sequence of mechanical measurements excludes the generated pore pressure as the main cause of the instabilities. However, the role of pore pressure is emphasised by consistent quantitative relations between the amplitude of incremental stresses, incremental strains and the ephemeral stabilised excess pore pressure developed during the dynamic event, leading to the quasi-deterministic nature of granular instabilities. These empirical relations are based only on the short-lived maximum vertical acceleration and governed separately by the confining pressure and the initial void ratio. The similarity of pore pressure evolution for different kinds of instability strongly suggests some common speculative triggering mechanisms, probably originated from different rearrangements of the granular micro-structure.

In order to evaluate a methane gas productivity of methane hydrate reservoirs, it is necessary to develop a numeric simulator predicting gas production behavior. For precise assessment of long-term gas productivity, it is important to develop a mathematical model which describes mechanical behaviors of methane hydrate reservoirs in consideration of their time-dependent properties and to introduce it into the numeric simulator. In this study, based on previous experimental results of triaxial compression tests of Toyoura sand containing synthetic methane hydrate, stress-strain relationships were formulated by variable-compliance-type constitutive model. The suggested model takes into account the time-dependent property obtained from laboratory investigation that time dependency of methane hydrate bearing sediment is influenced by methane hydrate saturation and effective confining pressure. Validity of the suggested model should be verified by other laboratory experiments on time-dependent behaviors of methane hydrate bearing sediment.