A presente dissertação tem por objetivo desenvolver um método para o cálculo da resistência não drenada (Su) através de uma metodologia que considera o cálculo da energia do ensaio SPT, partindo dos conceitos inicialmente propostos por Odebrecht (2003). Através de uma pesquisa bibliográfica foi gerado um banco de dados de estudos de casos executados em solos argilosos, em locais nos quais foram realizadas investigações geotécnicas extensivas, incluindo resultados de ensaios SPT e valores de Su obtidos através de outros ensaios de campo ou laboratório. Estes dados subsidiam a análise e formulação da proposta baseada em uma equação que combina o cálculo da energia desenvolvida durante o ensaio SPT à capacidade de carga estática por equilíbrio limite para uma estaca individual (proposta por Poulos e Davis, 1980). Foram definidas duas formas de calcular Su, diferenciadas pelo coeficiente de ajuste da força de atrito na capacidade de carga: α segundo proposta de Tomlinson (1969) e λ proposto por Vijayvergiya e Focht (1972). As formulações não produziram estimativas de Su compatíveis com valores medidos em outros ensaios e, por esta razão, foi proposta uma formulação alternativa para calcular α e λ como função direta do NSPT. Esta função é empírica e baseada em ajustes estatísticos. Dos processos de cálculo e avaliações conclui-se que o método proposto para a estimativa de α oferece resultados coerentes com os observados em ensaios de campo (piezocone e palheta). As estimativas de resistência não drenada apresentam considerável dispersão de resultados, com coeficiente de correlação médio r2 de 0,65. A dispersão é inerente a estimativas baseadas em ensaios SPT devido à diversidade de procedimentos usados na sua execução e, por este motivo, recomenda-se o uso destas correlações somente em nível de anteprojeto. / The present dissertation aims at developing a method for calculating the undrained shear strength Su using the methodology developed by Odebrecht’s (2003) based on the energy transmited by the SPT test. Through a bibliographic research, a database was created showing different case studies in clays in places where comprehensive geotechnical information is available. As a minimum requirement for selecting a case, the results of both the SPT test and the estimative of Su (from field or laboratory test) have to be registered. These results subsidized an analysis and the formulation of the proposed method, based on the equation that combines the theory for energy conservation to the static load capacity of a pile with the methodology of limit equilibrium analysis, suggested by Poulos and Davis (1980). Two different ways of calculating Su were defined. They were differentiated by the coefficient of adjustment of the frictional force: α as proposed by Tomlinson (1969) and λ by Vijayvergiya and Focht (1972). The formulations did not produce compatible estimates of Su with measureable values in other tests. For this reason a proposal was made to calculate both α and λ as a direct function of NSPT. This function is empirical and is based on statistical analysis. From the calculations, the proposed method of α is recommended based on the fact that it produces results that are comparable to those obtained from other field tests (piezocone and vane). The predicted values of undrained shear strength exhibit considerable dispersion of results, with an r2 correlation coefficient medium of 0.65. The dispersion is inherent to the estimates based on the tests of SPT due to the diversity of procedures/processes used in its execution and, for this motive, the use of these correlations are recommended only in preliminary projects. / La presente disertación tiene por objetivo desarrollar un método para el cálculo de la resistencia no drenada (Su) mediante una metodología que considera el cálculo de la energía del ensayo SPT, partiendo de los conceptos inicialmente propuestos por Odebrecht (2003). Mediante una investigación bibliográfica se generó un banco de datos de estudios realizados en suelos arcillosos, en locales donde fueron realizados investigaciones geotécnicas extensivas, incluyendo resultados de ensayos SPT y valores de Su obtenidos a través de otros ensayos de campo o laboratorio. Estos datos apoyan el análisis y la formulación de la propuesta basada en la ecuación que combina el cálculo de la energía desarrollada durante el ensayo SPT y la capacidad de carga estática por equilibrio límite para pilotes unitarios (propuesta por Poulos y Davis, 1980). Fueron definidas dos formas de calcular Su, diferenciadas por el coeficiente de ajuste de la fuerza de fricción en la capacidad de carga: α según propuesta de Tomlinson, 1969 y λ propuesto por Vijayvergiya y Focht, 1972. Estas formulaciones no produjeron estimativas de Su compatibles con valores medidos en otros ensayos y, es por esta razón que se propone una formulación alternativa para calcular α y λ como función directa del NSPT. Se trata de una función empírica basada en ajustes estadísticos. De los procesos de cálculo y evaluaciones realizados se concluye que el método propuesto para la estimativa de α ofrece resultados coherentes con los observados en ensayos de campo (piezocono y veleta). Las estimaciones de resistencia no drenada presentan una considerable dispersión de resultados, con coeficiente de correlación r2 del orden de 0,65. La dispersión es inherente a estimativas basadas en ensayos SPT debido a la diversidad de procedimientos usados para su ejecución, por este motivo se recomienda el uso de estas correlaciones solamente al nivel de anteproyecto.

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

O problema da disposição de resíduos de mineração e a ruptura de barragens de rejeitos preocupa engenheiros e órgãos ambientais nacionais e internacionais. Estes materiais possuem características geotécnicas distintas dos geomateriais encontrados em depósitos naturais, têm granulometria predominantemente siltosa e condutividade hidráulica intermediária. Como o ensaio de palheta constitui-se em uma técnica rotineira na estimativa da resistência ao cisalhamento não-drenada de argilas, procura-se através da presente pesquisa ampliar este conhecimento a solos siltosos. Dentre os fatores que influenciam as medições da resistência não-drenada, a velocidade de rotação pode ser considerada o mais importante, particularmente quando há ocorrência de drenagem parcial durante o cisalhamento. A ocorrência de drenagem parcial durante ensaios de campo em resíduos siltosos gera incertezas na interpretação e na estimativa de parâmetros de projeto. Assim, o objetivo deste trabalho consiste em avaliar a influência da velocidade de rotação da palheta na resistência não-drenada de um material siltoso, de granulometria semelhante aos resíduos de ouro, através de ensaios de laboratório utilizando uma mini-palheta. Para tal, procedeu-se a automatização e adaptação de um equipamento de palheta de laboratório, inicialmente manual, para aplicação de diferentes velocidades de rotação. Os ensaios de mini-palheta foram realizados a velocidades de rotação entre 0,5 e 54 rpm, que correspondem a velocidades adimensionais (V) entre 2 e 276. Os resultados dos ensaios de mini-palheta mostraram, de modo geral, um aumento na resistência com a diminuição da velocidade de rotação da palheta, devido à ocorrência do adensamento a baixas velocidades de rotação. O tempo de ruptura diminuiu e o deslocamento até a ruptura aumentou com o aumento da velocidade de rotação. Observou-se uma grande dispersão nos resultados dos ensaios, provavelmente devido à relação entre o tamanho da palheta e o tamanho dos grãos do solo. Com relação às condições de drenagem impostas ao solo durante o cisalhamento, observou-se que as condições não-drenadas foram satisfeitas para valores de V superiores a 10+2, enquanto as condições drenadas ocorrem para V inferior a 1. Assim, quando 1<V<10+2 há ocorrência de drenagem parcial durante o cisalhamento. A interpretação através da normalização de resultados, correlacionando a velocidade adimensional V ao grau de drenagem U, possibilita a identificação da ocorrência de drenagem parcial, evitando a superestimativa das propriedades geotécnicas dos solos em ensaios de campo. / The problem of tailings disposal and dams failure concerns engineers and national and international environmental agencies. These materials have geotechnical characteristics that differ from geomaterials found in natural deposits, are predominantly silty and have intermediate hydraulic conductivity. As the vane test is a usual technique to estimate the shear strength of clays, the present study extend this knowledge to silty soils. Among the factors that influence the undrained strength measurements, the rotation rate can be considered the most important, particularly when partial drainage during shear occurs. The occurrence of partial drainage during field tests on silty tailings generate uncertainties in the interpretation and estimation of design parameters. The purpose of this study is to evaluate the influence of mini-vane test rotation rate on the undrained strength of a silty soil, with a particle size similar to the gold tailings, through laboratory mini-vane tests. Thus, the automation and customization of a mini-vane test equipment initially manual was developed for the application of different rotation rates. Mini-vane tests were carried out at rotation rates between 0.5 and 54 rpm, corresponding to dimensionless velocities (V) between 2 and 276. The mini-vane tests results showed, in general, an increase in resistance with decreasing the rotation rate due to the occurrence of consolidation of soil at low shearing rates.The time to failure decreased and the displacement to failure increased with increasing rotation rate. There was a wide dispersion of test results, probably due to blade size to soil grain size ratio. Regarding the drainage conditions imposed to the soil during shear, the tests have shown that the undrained conditions are satisfied for V values greater than 10+2, while the drained conditions occurs for V values lower than 1. When 1<V<10+2 partial drainage occurs during shear. The interpretation using normalized results correlating the dimensionless velocity V to the drainage degree U allows the identification of partial drainage occurrence, avoiding the overestimation of soil geotechnical properties in field tests.

A presente dissertação tem por objetivo desenvolver um método para o cálculo da resistência não drenada (Su) através de uma metodologia que considera o cálculo da energia do ensaio SPT, partindo dos conceitos inicialmente propostos por Odebrecht (2003). Através de uma pesquisa bibliográfica foi gerado um banco de dados de estudos de casos executados em solos argilosos, em locais nos quais foram realizadas investigações geotécnicas extensivas, incluindo resultados de ensaios SPT e valores de Su obtidos através de outros ensaios de campo ou laboratório. Estes dados subsidiam a análise e formulação da proposta baseada em uma equação que combina o cálculo da energia desenvolvida durante o ensaio SPT à capacidade de carga estática por equilíbrio limite para uma estaca individual (proposta por Poulos e Davis, 1980). Foram definidas duas formas de calcular Su, diferenciadas pelo coeficiente de ajuste da força de atrito na capacidade de carga: α segundo proposta de Tomlinson (1969) e λ proposto por Vijayvergiya e Focht (1972). As formulações não produziram estimativas de Su compatíveis com valores medidos em outros ensaios e, por esta razão, foi proposta uma formulação alternativa para calcular α e λ como função direta do NSPT. Esta função é empírica e baseada em ajustes estatísticos. Dos processos de cálculo e avaliações conclui-se que o método proposto para a estimativa de α oferece resultados coerentes com os observados em ensaios de campo (piezocone e palheta). As estimativas de resistência não drenada apresentam considerável dispersão de resultados, com coeficiente de correlação médio r2 de 0,65. A dispersão é inerente a estimativas baseadas em ensaios SPT devido à diversidade de procedimentos usados na sua execução e, por este motivo, recomenda-se o uso destas correlações somente em nível de anteprojeto. / The present dissertation aims at developing a method for calculating the undrained shear strength Su using the methodology developed by Odebrecht’s (2003) based on the energy transmited by the SPT test. Through a bibliographic research, a database was created showing different case studies in clays in places where comprehensive geotechnical information is available. As a minimum requirement for selecting a case, the results of both the SPT test and the estimative of Su (from field or laboratory test) have to be registered. These results subsidized an analysis and the formulation of the proposed method, based on the equation that combines the theory for energy conservation to the static load capacity of a pile with the methodology of limit equilibrium analysis, suggested by Poulos and Davis (1980). Two different ways of calculating Su were defined. They were differentiated by the coefficient of adjustment of the frictional force: α as proposed by Tomlinson (1969) and λ by Vijayvergiya and Focht (1972). The formulations did not produce compatible estimates of Su with measureable values in other tests. For this reason a proposal was made to calculate both α and λ as a direct function of NSPT. This function is empirical and is based on statistical analysis. From the calculations, the proposed method of α is recommended based on the fact that it produces results that are comparable to those obtained from other field tests (piezocone and vane). The predicted values of undrained shear strength exhibit considerable dispersion of results, with an r2 correlation coefficient medium of 0.65. The dispersion is inherent to the estimates based on the tests of SPT due to the diversity of procedures/processes used in its execution and, for this motive, the use of these correlations are recommended only in preliminary projects. / La presente disertación tiene por objetivo desarrollar un método para el cálculo de la resistencia no drenada (Su) mediante una metodología que considera el cálculo de la energía del ensayo SPT, partiendo de los conceptos inicialmente propuestos por Odebrecht (2003). Mediante una investigación bibliográfica se generó un banco de datos de estudios realizados en suelos arcillosos, en locales donde fueron realizados investigaciones geotécnicas extensivas, incluyendo resultados de ensayos SPT y valores de Su obtenidos a través de otros ensayos de campo o laboratorio. Estos datos apoyan el análisis y la formulación de la propuesta basada en la ecuación que combina el cálculo de la energía desarrollada durante el ensayo SPT y la capacidad de carga estática por equilibrio límite para pilotes unitarios (propuesta por Poulos y Davis, 1980). Fueron definidas dos formas de calcular Su, diferenciadas por el coeficiente de ajuste de la fuerza de fricción en la capacidad de carga: α según propuesta de Tomlinson, 1969 y λ propuesto por Vijayvergiya y Focht, 1972. Estas formulaciones no produjeron estimativas de Su compatibles con valores medidos en otros ensayos y, es por esta razón que se propone una formulación alternativa para calcular α y λ como función directa del NSPT. Se trata de una función empírica basada en ajustes estadísticos. De los procesos de cálculo y evaluaciones realizados se concluye que el método propuesto para la estimativa de α ofrece resultados coherentes con los observados en ensayos de campo (piezocono y veleta). Las estimaciones de resistencia no drenada presentan una considerable dispersión de resultados, con coeficiente de correlación r2 del orden de 0,65. La dispersión es inherente a estimativas basadas en ensayos SPT debido a la diversidad de procedimientos usados para su ejecución, por este motivo se recomienda el uso de estas correlaciones solamente al nivel de anteproyecto.

O problema da disposição de resíduos de mineração e a ruptura de barragens de rejeitos preocupa engenheiros e órgãos ambientais nacionais e internacionais. Estes materiais possuem características geotécnicas distintas dos geomateriais encontrados em depósitos naturais, têm granulometria predominantemente siltosa e condutividade hidráulica intermediária. Como o ensaio de palheta constitui-se em uma técnica rotineira na estimativa da resistência ao cisalhamento não-drenada de argilas, procura-se através da presente pesquisa ampliar este conhecimento a solos siltosos. Dentre os fatores que influenciam as medições da resistência não-drenada, a velocidade de rotação pode ser considerada o mais importante, particularmente quando há ocorrência de drenagem parcial durante o cisalhamento. A ocorrência de drenagem parcial durante ensaios de campo em resíduos siltosos gera incertezas na interpretação e na estimativa de parâmetros de projeto. Assim, o objetivo deste trabalho consiste em avaliar a influência da velocidade de rotação da palheta na resistência não-drenada de um material siltoso, de granulometria semelhante aos resíduos de ouro, através de ensaios de laboratório utilizando uma mini-palheta. Para tal, procedeu-se a automatização e adaptação de um equipamento de palheta de laboratório, inicialmente manual, para aplicação de diferentes velocidades de rotação. Os ensaios de mini-palheta foram realizados a velocidades de rotação entre 0,5 e 54 rpm, que correspondem a velocidades adimensionais (V) entre 2 e 276. Os resultados dos ensaios de mini-palheta mostraram, de modo geral, um aumento na resistência com a diminuição da velocidade de rotação da palheta, devido à ocorrência do adensamento a baixas velocidades de rotação. O tempo de ruptura diminuiu e o deslocamento até a ruptura aumentou com o aumento da velocidade de rotação. Observou-se uma grande dispersão nos resultados dos ensaios, provavelmente devido à relação entre o tamanho da palheta e o tamanho dos grãos do solo. Com relação às condições de drenagem impostas ao solo durante o cisalhamento, observou-se que as condições não-drenadas foram satisfeitas para valores de V superiores a 10+2, enquanto as condições drenadas ocorrem para V inferior a 1. Assim, quando 1<V<10+2 há ocorrência de drenagem parcial durante o cisalhamento. A interpretação através da normalização de resultados, correlacionando a velocidade adimensional V ao grau de drenagem U, possibilita a identificação da ocorrência de drenagem parcial, evitando a superestimativa das propriedades geotécnicas dos solos em ensaios de campo. / The problem of tailings disposal and dams failure concerns engineers and national and international environmental agencies. These materials have geotechnical characteristics that differ from geomaterials found in natural deposits, are predominantly silty and have intermediate hydraulic conductivity. As the vane test is a usual technique to estimate the shear strength of clays, the present study extend this knowledge to silty soils. Among the factors that influence the undrained strength measurements, the rotation rate can be considered the most important, particularly when partial drainage during shear occurs. The occurrence of partial drainage during field tests on silty tailings generate uncertainties in the interpretation and estimation of design parameters. The purpose of this study is to evaluate the influence of mini-vane test rotation rate on the undrained strength of a silty soil, with a particle size similar to the gold tailings, through laboratory mini-vane tests. Thus, the automation and customization of a mini-vane test equipment initially manual was developed for the application of different rotation rates. Mini-vane tests were carried out at rotation rates between 0.5 and 54 rpm, corresponding to dimensionless velocities (V) between 2 and 276. The mini-vane tests results showed, in general, an increase in resistance with decreasing the rotation rate due to the occurrence of consolidation of soil at low shearing rates.The time to failure decreased and the displacement to failure increased with increasing rotation rate. There was a wide dispersion of test results, probably due to blade size to soil grain size ratio. Regarding the drainage conditions imposed to the soil during shear, the tests have shown that the undrained conditions are satisfied for V values greater than 10+2, while the drained conditions occurs for V values lower than 1. When 1<V<10+2 partial drainage occurs during shear. The interpretation using normalized results correlating the dimensionless velocity V to the drainage degree U allows the identification of partial drainage occurrence, avoiding the overestimation of soil geotechnical properties in field tests.

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

A presente dissertação tem por objetivo desenvolver um método para o cálculo da resistência não drenada (Su) através de uma metodologia que considera o cálculo da energia do ensaio SPT, partindo dos conceitos inicialmente propostos por Odebrecht (2003). Através de uma pesquisa bibliográfica foi gerado um banco de dados de estudos de casos executados em solos argilosos, em locais nos quais foram realizadas investigações geotécnicas extensivas, incluindo resultados de ensaios SPT e valores de Su obtidos através de outros ensaios de campo ou laboratório. Estes dados subsidiam a análise e formulação da proposta baseada em uma equação que combina o cálculo da energia desenvolvida durante o ensaio SPT à capacidade de carga estática por equilíbrio limite para uma estaca individual (proposta por Poulos e Davis, 1980). Foram definidas duas formas de calcular Su, diferenciadas pelo coeficiente de ajuste da força de atrito na capacidade de carga: α segundo proposta de Tomlinson (1969) e λ proposto por Vijayvergiya e Focht (1972). As formulações não produziram estimativas de Su compatíveis com valores medidos em outros ensaios e, por esta razão, foi proposta uma formulação alternativa para calcular α e λ como função direta do NSPT. Esta função é empírica e baseada em ajustes estatísticos. Dos processos de cálculo e avaliações conclui-se que o método proposto para a estimativa de α oferece resultados coerentes com os observados em ensaios de campo (piezocone e palheta). As estimativas de resistência não drenada apresentam considerável dispersão de resultados, com coeficiente de correlação médio r2 de 0,65. A dispersão é inerente a estimativas baseadas em ensaios SPT devido à diversidade de procedimentos usados na sua execução e, por este motivo, recomenda-se o uso destas correlações somente em nível de anteprojeto. / The present dissertation aims at developing a method for calculating the undrained shear strength Su using the methodology developed by Odebrecht’s (2003) based on the energy transmited by the SPT test. Through a bibliographic research, a database was created showing different case studies in clays in places where comprehensive geotechnical information is available. As a minimum requirement for selecting a case, the results of both the SPT test and the estimative of Su (from field or laboratory test) have to be registered. These results subsidized an analysis and the formulation of the proposed method, based on the equation that combines the theory for energy conservation to the static load capacity of a pile with the methodology of limit equilibrium analysis, suggested by Poulos and Davis (1980). Two different ways of calculating Su were defined. They were differentiated by the coefficient of adjustment of the frictional force: α as proposed by Tomlinson (1969) and λ by Vijayvergiya and Focht (1972). The formulations did not produce compatible estimates of Su with measureable values in other tests. For this reason a proposal was made to calculate both α and λ as a direct function of NSPT. This function is empirical and is based on statistical analysis. From the calculations, the proposed method of α is recommended based on the fact that it produces results that are comparable to those obtained from other field tests (piezocone and vane). The predicted values of undrained shear strength exhibit considerable dispersion of results, with an r2 correlation coefficient medium of 0.65. The dispersion is inherent to the estimates based on the tests of SPT due to the diversity of procedures/processes used in its execution and, for this motive, the use of these correlations are recommended only in preliminary projects. / La presente disertación tiene por objetivo desarrollar un método para el cálculo de la resistencia no drenada (Su) mediante una metodología que considera el cálculo de la energía del ensayo SPT, partiendo de los conceptos inicialmente propuestos por Odebrecht (2003). Mediante una investigación bibliográfica se generó un banco de datos de estudios realizados en suelos arcillosos, en locales donde fueron realizados investigaciones geotécnicas extensivas, incluyendo resultados de ensayos SPT y valores de Su obtenidos a través de otros ensayos de campo o laboratorio. Estos datos apoyan el análisis y la formulación de la propuesta basada en la ecuación que combina el cálculo de la energía desarrollada durante el ensayo SPT y la capacidad de carga estática por equilibrio límite para pilotes unitarios (propuesta por Poulos y Davis, 1980). Fueron definidas dos formas de calcular Su, diferenciadas por el coeficiente de ajuste de la fuerza de fricción en la capacidad de carga: α según propuesta de Tomlinson, 1969 y λ propuesto por Vijayvergiya y Focht, 1972. Estas formulaciones no produjeron estimativas de Su compatibles con valores medidos en otros ensayos y, es por esta razón que se propone una formulación alternativa para calcular α y λ como función directa del NSPT. Se trata de una función empírica basada en ajustes estadísticos. De los procesos de cálculo y evaluaciones realizados se concluye que el método propuesto para la estimativa de α ofrece resultados coherentes con los observados en ensayos de campo (piezocono y veleta). Las estimaciones de resistencia no drenada presentan una considerable dispersión de resultados, con coeficiente de correlación r2 del orden de 0,65. La dispersión es inherente a estimativas basadas en ensayos SPT debido a la diversidad de procedimientos usados para su ejecución, por este motivo se recomienda el uso de estas correlaciones solamente al nivel de anteproyecto.

Detta examensarbete presenterar resultat från en laboratoriestudie på en lera från Enköping stabiliserad med kalk och cement. I laboratoriet har isotropiskt konsoliderade odränerade aktiva triaxialförsök utförts på provkroppar och jämförts med enaxliga tryckförsök som utförts på provkroppar från samma inblandningstillfälle. De två metoderna har visat sig ge likvärdiga värden på utvärderad odränerad skjuvhållfasthet. Elasticitetsmodulen har däremot visat sig vara mycket högre för triaxialförsöken än enaxliga tryckförsök. För triaxialförsöken har förhållandet mellan sekantmodulen och den odränerade skjuvhållfastheten legat mellan 112-333. För de enaxliga tryckförsöken ligger förhållandet mellan sekantmodulen och den odränerade skjuvhållfastheten inom intervallet 44-146. Inget mönster har dock kunnat urskiljas då förhållandet mellan de två olika försöken har varierat mellan 1,0-3,5. Ett lägre och högre back pressure användes under triaxialförsöken. Till skillnad från tidigare studier har dock båda dessa back pressures vattenmättat provkroppen. Resultaten visar på att back pressure inte påverkar testresultaten, förutsatt att provet blivit fullt vattenmättat. Utöver denna jämförelse har ytterligare passiva triaxialförsök utförts. De passiva triaxialförsöken har utförts som isotropiskt konsoliderade odränerade försök.. Däremot har två olika metoder använts under skjuvningsfasen. I första typen av försök har den axiella spänningen minskats medan den radiella spänningen har hållits konstant. I den andra typen av försök har i stället den radiella spänningen ökats samtidigt som den axiella spänningen har hållits konstant. Skjuvhållfastheter har jämförts med resultat från kalkpelarsondering i fält och visar på att skjuvhållfastheten genomgående varit högre i fält än i laboratoriet. Dessutom har skjuvhållfastheter och elasticitetsmoduler testats efter olika lagringstider genom enaxliga tryckförsök. / This master thesis presents results from a laboratory study on a clay from Enköping which was stabilized with lime and clay. Isotropic consolidated undrained compressive tests were performed on samples and compared to unconfined compressive testing. The two methods have shown no difference in the evaluation of undrained shear strength. However the modulus of elasticity was shown to be much higher for the triaxial tests. For the unconfined compressive tests the relation between the undrained shear strength and secant modulus was within the range of 44-146. The equivalent for the triaxial tests was in the interval of 112-333. However no pattern was extinguishable between the two tests as this relation has varied between 1,0 to 3,5. A lower and higher back pressure was used during the triaxial testing. However, both back pressures have succeeded in saturating the sample. Results show that the back pressure has little effect on the results, as long as the sample has been fully saturated. In addition to this extension tests were performed on samples as well. The tests performed were isotropic consolidated undrained. However two different shearing methods were used. The first test was strain rate dependant while the second test was stress rate dependant. In the first test the vertical stress decreased while the radial stresses were kept constant, while in the other test the radial stresses increased while the vertical stress were kept constant. The undrained shear strength was compared to lime/cement column penetration tests in field. Results showed that tests in field show a much higher undrained shear strength than laboratory testing.

CPTU is one of the most sophisticated geotechnical investigation methods. However, there is a large amount of uncertainties related to this method. The uncertainties depend on different types of factors, for instance lack of accuracy in performance and equipment. The objective of this master thesis is to compare the CPTU-results from a number of commercial actors in Stockholm/Mälardalen in order to analyze these results with respect to the current standards and guidelines. The comparison was made in order to highlight the difference in results which may appear due to different equipment, performance of the operator and evaluation method. Based on this, an invite was sent to the commercial actors in Stockholm/Mälardalen, resulting in the participation of five different commercial actors in this investigation. Execution in the field was conducted over a six week period. During this time 26 CPTU were performed in total in a small area in Hagby, Stockholm, by these different actors. Once the data was collected from all of the actors, the results were evaluated with the aid of the computer softwares Conrad and Excel. The main conclusions from this study are: Not one of the performed CPTU in this master thesis fulfills the requirements for CPT class 1 according to the European standards. The quality of the education of operators should be improved and geotechnical engineers and the clients need to be more familiar with CPTU. The evaluated results from different commercial actors differ, and this can depend on the choice of equipment and performance of the operator during penetration, but it can also depend on systematic errors in the cone penetrometers / CPTU-sonderingar är en av de mest sofistikerade undersökningsmetoderna för geoteknisk analys och bedömning. Det finns emellertid en hög grad av osäkerhet i denna metod. Osäkerheten beror på olika typer av faktorer, bland annat brist på noggrannhet i handhavande och utrustning. Syftet med detta examensarbete är att jämföra CPTU-resultat från de kommersiella aktörerna i Stockholm/Mälardalen för att senare analysera dessa resultat i förhållande till gällande ramverk och riktlinjer. Jämförelsen gjordes med avsikt att lyfta fram skillnaderna i resultat som kan uppstå på grund av olika utrustning, handhavande och utvärderingsmetod. Baserat på detta skickades en inbjudan till de kommersiella aktörerna i Stockholm/Mälardalen, vilket ledde till att fem olika kommersiella aktörer deltog i undersökningen. Utförande i fält genomfördes under en period på sex veckor. Under denna tid utfördes totalt 26 sonderingar i ett avgränsat område i Hagby, Stockholm, av dessa olika aktörer. När all data samlats in från alla aktörer utvärderades resultaten med hjälp av mjukvarorna Conrad och Excel. De viktigaste slutsatserna i denna studie är: Ingen utav de utförda CPTU-sonderingarna uppfyller kraven för CPT klass 1 enligt den europeiska standarden. Kvaliteten på utbildning av fältgeotekniker bör förbättras och geotekniska ingenjörer och även beställare bör bli mer bekanta med CPT. De utvärderade resultaten från de olika aktörerna skiljer sig åt, och detta kan bero på valet av utrustning och fältgeoteknikerns prestation vid sondering men det kan också bero på systematiska fel i de använda sonderna.

Braunkohle ist aktuell immer noch ein wichtiger Rohstoff für die Energieversorgung in Deutschland. Ein großes Abbaugebiet befindet sich in Nordrhein-Westfalen. Im sogenannten rheinischen Braunkohlenrevier liegen mächtige Braunkohleflöze, welche seit einigen Jahrzehnten im Tagebaubetrieb abgebaut werden. Allerdings fallen auch große Mengen an Abraum (die Deckschichten über der Braunkohle) an, welche meist auf der, dem Abbauort, gegenüberliegenden Seite, wieder verkippt werden. Dort bilden die verkippten Massen eine Böschung, die im Fall des Tagebaus Hambach ein Böschungssystem mit über 400m Höhe erreicht hat. Diese sich ständig verändernden Böschungen müssen, wie alle hohen Böschungen, durch Fachpersonal auf ihre Standsicherheit überprüft werden. Für diese Standsicherheitsberechnungen bedarf es Kennwerte, u. a. die undrainierte Scherfestigkeit für die Nachweise der kurzfristigen Standsicherheit, für die vorliegenden verkippten Böden. Diese liegen nach der Verkippung meist heterogen vor und verändern durch eine fortschreitende Konsolidation ihren Zustand. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Bestimmung des Kennwertes der undrainierten Scherfestigkeit in fein- und gemischtkörnigen Böden. Dazu werden zunächst die Klassifikations- und Zustandseigenschaften während der Verkippung der Böden für die in den Tagebauen Inden und Hambach verwendeten Materialklassen vorgestellt. Dabei wird auch auf die Besonderheiten der Böden im Tagebau, wie z.B. die Zustandsänderung während des Transportes oder die vorliegende Heterogenität, eingegangen. Es werden analytische und numerische Prognosemodelle zur Bestimmung der undrainierten Scherfestigkeit vorgestellt. Die Grundlage dieser Modelle bilden die Konsolidationstheorien, mit welchen sich die Zustandsvariablen, wie die Porenzahl oder die effektive Spannungen, berechnen lassen. Über verfügbare Stoffmodelle, wie z.B. das hypoplastische Modell nach Mašín können anhand der Zustandsvariablen die undrainierten Scherfestigkeiten abgeleitet werden. Mit den in dieser Arbeit verwendeten Modellen lassen sich undrainierte Scherfestigkeitskennwerte zu verschiedenen Zeitpunkten prognostizieren, mit denen wiederum z.B. Standsicherheitsberechnungen von Böschungen durchgeführt werden können. Die statistischen Auswertungen der Klassifikationseigenschaften und Zustände erlauben eine Beurteilung von im Tagebaubetrieb häufig verwendeten Kennwerten (z.B. Fließgrenze oder Wassergehalt) und deren Streubreiten innerhalb der Materialklassen. / Lignite was and still is an essential source for producing energy in Germany. One huge extraction site is located in North-Rhine-Westphalia (in between Mönchengladbach, Cologne and Aachen). The so called Rhenish lignite district contains very thick lignite deposits, which are mined in open pit mines since a few decades. There are huge overburdens (on top on the lignite) which are transported and dumped on the opposite to the excavation side. The dumped soil masses create slope systems, that can amount to 400m of height (in open pit mine Hambach). These large slopes undergo permanent changes and have to be assessed considering their safety and stability by specialists. Characteristic properties regarding shear strength of the heterogeneous fine- and mixed grained soils are required for such calculations. The main challenge is the description of the state of the soil, as it is permanently changing due to consolidation. One essential characteristic is the undrained shear strength. The main focus of this thesis is the determination of the undrained shear strength. Therefore, the soil properties are determined with classification tests and the state of the soils at the time of dumping is assessed. The results are categorised using the material classes of the open pit mines Inden and Hambach. The particularities of dumped soils in open pit mines are shown, for instance the change of state during transport or the heterogeneity. Moreover, analytical and numerical models are employed to predict the undrained shear strength. The basis of all these models are consolidation theories, which are applied to determine the state variables such as void ratio and effective stresses. The undrained shear strength can then be predicted by using constitutive models such as the hypoplastic model for clays according Mašín. Using the approach presented in this thesis the undrained shear strength can be predicted and employed for example for slope stability analyses. The statistic evaluation of the soil properties allows a review of the soil characteristics that are typically employed in open pit mining. Furthermore, the scattering of properties of the material classes in the open pit mines can be assessed.