[pt] Nos últimos anos, a aplicação da técnica de redes neurais tem sido difundida em diversas áreas do conhecimento, inclusive na engenharia civil. Em meados da década de 90, iniciaram-se no Brasil estudos no sentido de avaliar a eficiência desta técnica numérica na modelagem do comportamento de solos e na análise de problemas envolvendo engenharia geotécnica. Este trabalho é resultado de parte destes estudos, onde algumas das potencialidades do uso das redes neurais em geotecnia podem ser observadas. São apresentadas três aplicações diferentes de redes neurais feedforward em geotecnia, tendo sido treinadas com o algoritmo LM (Levenberg-Marquardt). A primeira aplicação diz respeito à simulação de resultados de provas de carga dinâmica, analisadas pelo método CAPWAP, através de redes neurais, sendo assim viabilizada a realização de uma pré- análise do comportamento da estaca ainda em campo, o que geralmente não acontece quando se trata da análise CAPWAP tradicional. A segunda aplicação relaciona-se com a análise do comportamento mecânico de dois tipos de solo bastante diferentes entre si: a areia de Ipanema e o solo residual gnáissico do Rio de Janeiro. Para tal, foram utilizados resultados de ensaios de cisalhamento direto, submersos e não submersos, e ensaios de compressão triaxial, drenados e não drenados. A terceira aplicação refere-se à simulação das características do subsolo do sítio da Usina Nuclear Angra 2, localizada no litoral do estado do Rio de Janeiro. As informações disponíveis eram advindas de boletins de sondagens do tipo SPT. Foram realizadas simulações envolvendo a disposição das camadas dos diferentes tipos de solo que poderiam existir no local, o nível de água subterrâneo, a resistência à penetração do solo e a topografia do terreno. Em todos os casos foram obtidos resultados bastante satisfatórios. Portanto, conclui-se que a técnica das redes neurais apresenta grande viabilidade na resolução de problemas geotécnicos de diferentes características, muitas vezes se mostrando tanto ou mais eficiente que as técnicas numéricas tradicionais. / [en] During the last years, neural networks applications have been disseminated in many knowledge areas, including civil engineering. In the middle 90`s, a research work had been started in Brazil, in order to investigate the efficiency of neural networks in the analysis of soil behavior and problems involving geotechnical engineering. This thesis is the result of part of these studies, where some potentialities of neural networks technique are presented. Three different feedforward NNs applications in geotechnical engineering are presented. Levenberg- Marquardt algorithm was used for training. The first application is the simulation of results of dynamic pile tests, obtained from CAPWAP analysis, showing that it is possible to do a field pre-analysis of the pile behavior, which is still unpracticable when the traditional CAPWAP method is used. The second application is related to the study of two different soils behavior:sand from Ipanema and residual gnaissic soil from Rio de Janeiro. Results of submerged and non submerged direct shear tests and drained and undrained triaxial compression tests were used. The third application involves the simulation of subsoil characteristics of Angra 2 Nuclear Power Plant site. The available information came from SPT bulletins. Simulations involving several types of soil layers spatial distribution, water level position, penetration strength of soils and local topography were performed. The obtained results were very satisfactory. It can be concluded that the neural networks technique presents great applicability in resolution of geotechnical problems with different characteristics, showing an efficiency as good or even better than other traditional numerical techniques. / [es] En los últimos anos, la aplicación de técnicas de redes neurales se ha difundido en diversas áreas del conocimento, incluso en la ingeniería civil. A mediados de la década de 90, se iniciaran en Brasil estudios para evaluar la eficiencia de esta técnica numérica em modelos de comportamiento de suelos y en el análisis de problemas de ingeniería geotécnica. Este trabajo es el resultado de parte de estos estudios, donde pueden ser obseravdas algunas de las potencialidades del uso de las redes neurales en geotecnia. Se presentan tres aplicaciones diferentes de redes neurales fedforward en geotecnia, entrenadas con el algoritmo LM (Levenberg Marquardt). La primera aplicación se refiere a la simulación de resultados de pruebas de carga dinámica, analizadas por el método CAPWAP, a través de redes neurales, realizando un pré análisis del comportamiento de la estaca en campo, lo que generalmente no sucede cuando se trata del análisis CAPWAP tradicional. La segunda aplicación se relaciona con el análisis del comportamiento mecánico de dos tipos de suelo bastante diferentes entre sí: la arena de Ipanema y el suelo residual gnáisico de Rio de Janeiro. Para esto, se uilizaron resultados de ensayos de cisallamiento directo, submersos y no submersos, y ensayos de compresión triaxial, drenados y no drenados. La tercera aplicación se refiere a la simulación de las características del subsuelo del sitio de la Planta Nuclear Angra 2, localizada en el litoral del estado del Rio de Janeiro. Las informaciones disponibles provenian de boletines del tipo SPT. Se realizaron simulaciones que involucraban la disposición de los diferentes tipos de suelo que podrían existir en el local, el nível de agua subterránea, la resistencia a la penetración del suelo y la topografia del terreno. En todos los casos fueron obtenidos resultados bastante satisfactorios. Por lo tanto, se concluye que la técnica de redes neurales presenta gran viabilidad en la resolución de problemas geotécnicos de diferentes características, muchas veces mostrándose tanto o más eficiente que las técnicas numéricas tradicionales.

[pt] O principal objetivo desta tese consiste no desenvolvimento e aplicação de um programa computacional, ANLOG (Análise Não Linear de Obras Geotécnicas), para análises de problemas geotécnicos com acoplamento de fluxo e deformação, e considerando relações constitutivas não lineares na modelagem do solo. A nível global, a solução do sistema de equação não linear originado da formulação via MEF deste problema é feita através do método de Newton-Raphson Modificado com incrementos automáticos de carga e tempo. Enquanto que, a nível local, a equação constitutiva é integrada utilizando-se um algoritmo de integração de tensão explícito com subincrementos. Modelos não lineares elástico (hiperbólico) e elastoplásticos (Camclay Modificado, Lade e Lade-Kim) são utilizados para representar o comportamento tensão-deformação-resistência do solo. As metodologias de ligar a gravidade e a proposta por Brown e Booker (1985) são usadas para simular numericamente, respectivamente, aterros e escavações. Análises preliminares de aterros e escavações são apresentadas nas quais pode-se observar que a resposta é função do tempo e altamente dependente do coeficiente de permeabilidade e da velocidade de solicitação. As situações drenada e não drenada são casos particulares de uma análise acoplada. Com respeito ao emprego da técnica de incremento automático de carga e tempo mostra-se que sua utilização é fundamental para definição do tamanho do incremento mais adequado a ser adotado na solução incremental-iterativa. Quanto ao algoritmo de integração de tensão adotado é mostrado que o erro cometido na verificação da condição de consistência diminui exponencialmente com o aumento do número de subincrementos. Por fim, o programa ANLOG é utilizado para análise da escavação experimental de Camboinhas (Silva, 1979). Comparações entre os deslocamentos numéricos e os de campo apresentam uma razoável concordância. Entretanto, as poro- pressões numéricas variam em torno de 10 por cento a 30 por cento do valor inicial, enquanto que no campo essa variação foi menor que 3 por cento. / [en] The main objective of this thesis consists on the development and application of a computational program, ANLOG (Non Linear Analysis of Geotechnical Constructions), to analyse geotechnical problems coupling flow and deformation, and considering constitutive non-linear relations for the soil modelling.At the global level, the solution of the non linear system of equations, generated by the FEM formulation of this problem, is done using the Newton-Raphson Modified method with automatic load and time increments. On the other hand, at the local level, the constitutive equations are integrated using the explicit algorithm of stress integration with sub steps. Non-linear models, elastic (hyperbolic) and elastoplastic (modified Camclay, Lade and Lade-Kim) are utilised to represent the stress-strain-strength behaviour of the soil. The procedures of turn on gravity and the one proposed by Brown and Booker (1985) are used to simulate numerically, respectively, embankments and excavations.Initial analyses of excavations and embankments are performed in which it can be observed that the response is a function of time and depends strongly on the permeability coefficient and the loading velocity. In particular, drained and undrained situations are special cases of a coupling analysis. With respect to the use of the automatic load and time increment, it is shown that its use is fundamental to define the best increment size to adopt in the incremental iterative solution. About the stress integration algorithm utilised, it is shown that the error in the consistency condition decreases exponentially with the number sub steps. Finally, the ANLOG program is used to analyse the experimental excavation of Camboinhas (Silva, 1979). Comparisons between numerical and field displacements present a reasonable agreement. However, the pore pressure given by the numerical simulation varied between 10 percent to 30 percent in relation to its initial value, whereas in the field this variation was smaller than 3 percent.

[pt] Esse trabalho tem como objetivo desenvolver um modelo determinístico transiente de previsão de escorregamentos planares em encostas, para escalas em nível de bacia hidrográfica (1:2000 a 1:5000). No modelo são aplicadas as teorias de Green-Ampt (1934) e de O Loughlin (1986), essa última utilizada no programa SHALSTAB (MONTGOMERY e DIETRICH, 1994), além da teoria talude infinito 2D e 3D. Também são considerados nas análises a não saturação do solo e os efeitos da vegetação. O evento estudado para aplicação e teste do modelo refere-se ao ocorrido em 1996, nas bacias do Quitite e Papagaio em Jacarepaguá, Zona Oeste do Rio de Janeiro. Além do mapeamento do fator de segurança nas bacias, também são gerados mapas com o escoamento superficial acumulado, e tenta-se correlacionar ambos com as cicatrizes que ocorreram no caso de estudo. / [en] The aim of this work is to develop a physically-based transient model for the prediction of planar landslides in natural slopes. The application scale of the model is for a hydrographic basin (1:2000 to 1:5000). The theories of Green-Ampt (1934) and O Loughlin (1986), the second one used in the SHALSTAB program (MONTGOMERY e DIETRICH, 1994), and the infinite slope 2D and 3D are used in the model. The effect of the unsaturation and the vegetation is also considered in the analysis. The case study for the test of the model is the 1996 event that took place in the Quitite and Papagaio basins, in Jacarepaguá, Zona Oeste of Rio de Janeiro. Besides mapping the safety factor in the basins, maps of the accumulated runoff were also generated. This work also tries to correlate the runoff as another factor that caused the landslides.

[pt] Esta dissertação, desenvolvida dentro do contexto do projeto PRONEX do Centro Geotécnico de Meio Ambiente da PUC-Rio e através de um convênio com FURNAS - PUC-Rio, apresenta uma contribuição quanto à identificação e compreensão dos mecanismos envolvidos em processos de erosão, considerando seus aspectos geológico-geotécnicos bem como medidas preventivas de reparo no caso da formação de uma voçoroca específica. A evolução do processo erosivo estudado tem suas origens na remoção mecânica de uma camada com cerca de cinco metros de solo argiloso de uma área explorada na época da construção de uma barragem de terra homogênea pertencente ao complexo Hidrelétrico de Itumbiara. Os principais aspectos da área estudada, tais como sua localização, condições climáticas e tipos de solo e vegetação foram considerados no desenvolvimento do trabalho, além de aspectos geológicos regionais e características geológico-geotécnicas da área afetada pelos processos de erosão. Tomando como base o perfil de intemperismo identificado pela inspeção das paredes da formação da voçoroca, bem como amostras de furos de sondagens SPT (ensaio de penetração normal), quatro tipos de camadas de solo foram tomados como representantes das condições do local. Objetivando-se a identificação, classificação e definição do potencial de erosão de tais materiais, espécies de amostras indeformadas de bloco (bem como as amolgadas) foram submetidas a investigações laboratoriais abrangendo: ensaio convencional de caracterização de solo; ensaio de caracterização MCT (mini-MCV); Crumb Test; ensaio de Desagregação; Pinhole Test; e Inderbitzen; ensaios de permeabilidade (também desenvolvidos em campo); análise química da água intersticial; análise mineralógica (difração de raios - X); ensaio de Resistência a Tração (sob condições de saturações diferentes) e ensaio de papel filtro (para definição das curvas características da umidade). Baseado em testes de laboratório, observações e dados de pesquisas de campo advindos de um monitoramento de poro-pressão (através de piezômetros instalados no local), mecanismos de erosão que possam predominar na área foram definidos como: micro-ravinas, ravinas e voçorocas, dentre outros. Também, ao final do trabalho, são apresentadas sugestões para remediação do local, considerando-se medidas corretivas usadas dentro do contexto da prática geotécnica convencional, e uma metodologia a ser seguida em investigações futuras relacionadas à caracterização do local e desenvolvimento de processos de erosão. / [en] This dissertation, developed within the context of the PRONEX Project of the Environmental Geotechnical Center of PUC-Rio and through a FURNAS-PUC-Rio Convenium, presents a contribution towards the identification and comprehension of mechanisms involved in erosion processes, considering its geological and geotechnical aspects as well as preventive repairing measures in the case of a specific gully formation. The evolution of the studied erosive process has its origin in the mechanical removal of some five meters of a clayey soil layer from a borrow area exploited at the time of the construction of an homogeneous embankment dam belonging to the Itumbiara Hydroelectric Complex. The main aspects of the studied area, such as its location, climatic conditions and soil and vegetation types were considered in the development of the work, besides regional geological aspects and geological-geotechnical features of the area affected by the erosion processes. Taking as a basis the unsaturated weathering profile identified by inspection of the walls of the gully formation, as well as of samples from SPT (standard penetration test) boreholes, four types of soil layers were taken as representative of site conditions. Aiming the identification, classification and definition of the erodibility potential of such materials, specimens from undisturbed block samples (as well as remolded ones) were submitted to laboratory investigations comprising: conventional soil characterization tests; MCT characterization test (mini-MCV); crumb test; desegregation test; pinhole test; Inderbitzen test, permeability tests (also performed in the field); chemical analysis (both soil and voids -water); mineralogical analysis (Xrays diffraction); tensile strength test (under different saturation conditions) and filter paper test (for definition of soil-moisture characteristic curves). Based on the results of the laboratory tests, field observations and data from pore-pressure monitoring (through piezometers installed in the site), erosion mechanisms that may prevail in the area were defined as micro-rills, rill, gully and others. Also, at the end of the work, are presented suggestions for remediation of the site, considering corrective measures used within the context of conventional geotechnical practice, and a methodology to be followed in further investigations related to the characterization of the site and development of erosion processes.