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A study was performed to investigate the factors that affect the accuracy of the procedures used by the Virginia Department of Transportation for design of drilled shaft sound wall foundations. Field load tests were performed on eight inch and nine inch diameter drilled shafts, and the results were compared to theoretical solutions for ultimate lateral load capacity. Standard Penetration Tests were run in the field and laboratory strength tests were performed on the soils from the test sites. It was found that published correlations between blow count and friction angle for sands and gravels can be used to estimate friction angles for the partly saturated silty and clayey soils encountered at the test sites. A spreadsheet program was developed to automate the process of determining design lengths for drilled shaft sound wall foundations. The spreadsheet was used to investigate the effects of different analysis procedures and parameter values on the design lengths of drilled shaft sound wall foundation. / Master of Science

Mode of access: Internet via World Wide Web. Available at http://hdl.handle.net/1947/10033. / "November 2009". Available on the DSTO website as at DSTO at :http://dspace.dsto.defence.gov.au/dspace/bitstream/1947/10033/1/DSTO-GD-0597%20PR.pdf

Propiciado pela construção de uma pista experimental inteiramente instrumentada com medidores de deformação e de temperatura na Cidade Universitária, este trabalho buscou o entendimento de inúmeros fatores intervenientes no desempenho do whitetopping ultradelgado, recente técnica de manutenção de pavimentos asfálticos com a utilização de delgadas placas de concreto, sob tráfego característico urbano, em condições tipicamente tropicais de uso, sobre uma pequena espessura de concreto asfáltico remanescente de fresagem. Com o intuito de nortear o problema em questão, além da revisão bibliográfica, foram realizados levantamentos periódicos das condições estruturais e funcionais deste pavimento; leituras contínuas de temperaturas e deformações obtidas por meio de um sistema automatizado de captação de dados junto aos instrumentos colocados no interior das placas; caracterização dos gradientes térmicos presentes nas placas durante as diferentes estações climáticas do ano. Foram realizadas provas de carga, estáticas e dinâmicas, com intuito de verificar os reais níveis de deformação aos quais as placas estariam sujeitas quando da interação com o tráfego; posteriormente, realizou-se modelagem numérica por meio de um programa de elementos finitos objetivando uma comparação com os dados obtidos nas provas de carga, analisando inclusive o posicionamento da linha neutra neste pavimento composto. Por fim, em uma sucinta abordagem sobre as deflexões antes e depois da execução do whitetopping ultradelgado, observou-se o tipo de comportamento estrutural do pavimento nas condições em que o experimento foi realizado. Ao término da pesquisa, inferiu-se que os gradientes térmicos dependem de vários fatores climáticos que não somente a temperatura ambiente, importando também a irradiação solar, o número de horas de sol, a velocidade de crescimento e decréscimo da temperatura ambiente; os gradientes térmicos encontrados não são importantes para o acréscimo nos níveis de tensões nas placas, não alterando assim a vida à fadiga do whitetopping ultradelgado, considerada a magnitude destes gradientes, as diminutas dimensões das placas e ainda a presença de aderência na interface concreto e concreto asfáltico. Em provas de carga, concluiu-se que os valores de tensões obtidos em campo mantêm grandezas semelhantes com os provenientes de modelos numéricos e ainda observou-se o vasto potencial de utilização das provas dinâmicas. Dado o excelente desempenho observado nas condições do experimento, mesmo com as placas aderidas a uma delgada camada asfáltica, fator que diferentemente do relatado no exterior não comprometeu o desempenho, não foi possível fazer uma avaliação em termos funcionais do desempenho deste tipo de pavimento. Verificou-se a significativa redução nas deflexões após a execução das placas, visualizando inclusive a transferência de cargas entre sucessivas placas, quando mantida a integridade estrutural das demais camadas do pavimento. / In this work, several factors affecting behavior and performance of ultra-thin whitetopping were evaluated taking advantage of a full scale experimental pavement, restored by applying such technique. Temperatures and thermal gradients in concrete thin slabs were evaluated by almost one year, comprising al the seasons. Load tests were carried out to allow strains measurements on concrete as well to define the deflection basins on whitetopped pavements. The experimental research has permitted to verify the dependence of thermal gradients on air temperature and solar radiation among other factors. It was observed that the thermal gradients practically do not affect behavior of the thin slabs. Stresses received from load tests compared to finite element generated stresses shown to maintain a good and closed relation. Due to good performance observed along the experiment it became not possible to establish patterns of functional performance. Expressive decrease of deflection level was observed over concrete overlays allowing to infer some load transfer on joints when the slabs are to be laid over non distressed old asphalt pavements.

Apresenta-se uma metodologia de projeto de fundações por estacas incluindo probabilidade de ruína. Considera-se que a complexidade do comportamento geológico-geotécnico do maciço de solo e do elemento estrutural de fundação, submetidos às ações aleatórias ambientais e funcionais, pode ser avaliada por meio das variáveis aleatórias resistência e solicitação. Estatisticamente, a metodologia proposta supõe que a população da fundação é finita, e que os estimadores extraídos das sondagens de simples reconhecimento e das provas de carga podem ser representativos da população (Aoki, 2002), também podem ser avaliados pelas estatísticas de ordem. Aplica-se esta metodologia na fundação do Píer 3 do Porto de Vila do Conde localizado no Estado do Pará, tendo como compartimentação geológica a formação Barreiras. Conclui-se, de modo geral, que esta metodologia pode ser aplicada nas obras de fundações por estacas, especialmente, para auxiliar nas tomadas de decisões. / A methodology of pile foundation projects is presented incorporating ruin probability. It is considered that the complexity of the geological and geotechnical behaviors of the soil mass and the structural element of foundation, subjected to environmental and functional random actions, can be evaluated by strength and solicitation variables. Statistically, the proposed methodology assumes that the population of the foundation is finite, and that the extracted estimators of the standard penetration tests (SPT) and the load tests could be representative of the population (Aoki, 2002). The extracted estimators of the said tests can also be evaluated by the order statistics. This methodology is applied in the Pier 3 foundation of Porto de Vila do Conde, Pará State, which is underlain by the Barreiras formation. It is concluded that in most cases, this methodology could be applied to pile foundations, especially, in taking decisions.

O objetivo do presente trabalho foi estudar o comportamento mecânico de uma areia não saturada, com e sem reforço de fibras, através de ensaios de placa realizados em densidade relativa de 50% e 90%. Para o reforço da areia foi acrescentada a quantidade de 0,5% de fibra de polipropileno em relação ao peso seco de solo. A análise dos resultados dos ensaios de placa indica que a inclusão de fibras influencia significativamente no comportamento carga-recalque do material. O melhor resultado foi obtido para o ensaio realizado na maior densidade relativa (DR = 90%) com adição de fibras, apresentando uma mudança significativa no comportamento carga-recalque. Ensaios triaxiais também foram realizados a fim de obter os parâmetros de resistência e deformação dos materiais estudados. Além disso, ensaios de sucção foram realizados para avaliar a sua influência sobre os parâmetros de resistência do solo não saturado, com e sem reforço. / The aim of present research was to study the mechanical behavior of unreinforced and fiber-reinforced unsaturated sand through plate load tests carried out at relative densities of 50% and 90%. For the reinforced sand, 50 mm long polypropylene fibers were added at a concentration of 0.5% by dry weight. The analysis of the plate test results indicates that the soil load-settlement behavior is significantly influenced by the fiber inclusion. The best performance was obtained for the densest (DR=90%) fiber-sand mixture, where a significant change in the load-settlement behavior was observed. Triaxial tests were also carried out in order to establish the strength and deformation parameters of the materials studied. Furthermore, suction tests were carried out to investigate its potential influence on the strength parameters of the unsaturated fiber-reinforced and unreinforced materials.

A maior parte do petróleo explorado no Brasil encontra-se em jazidas marítimas onde a lâmina d’água pode superar os 1000 metros. As descobertas recentes de novos campos de petróleo offshore têm motivado pesquisas nesta área para enfrentar os desafios tecnológicos envolvidos nos processos de exploração do óleo. Para a extração deste material, são comumente empregadas plataformas flutuantes que utilizam um sistema de ancoragem no leito oceânico para sua operação. O presente trabalho estuda uma nova técnica de instalação de âncoras para plataformas marítimas de petróleo, que serve de alternativa e/ou adaptação a técnicas já utilizadas, e que consiste na aplicação de jatos de água para remoção do solo permitindo que a âncora penetre no subleito oceânico. No desenvolvimento do trabalho foi analisado o comportamento de duas argilas (A e B), nas quais o jateamento vertical de água é utilizado para introduzir tubos metálicos na massa argilosa. Os ensaios de jateamento foram realizados em laboratório, utilizando tanques retangulares de dimensões reduzidas com paredes em acrílico, preenchidos com solo. A geometria da cavidade formada pela injeção em cada amostra argilosa foi observada através das paredes dos tanques. A influência da técnica de instalação na adesão solo-estaca foi avaliada através de provas de carga à tração, realizadas no próprio tubo usado no jateamento em cada ensaio, cujos resultados foram comparados com provas de carga em tubos instalados sem o emprego do jateamento. Nos testes com jatos são identificados dois mecanismos de erosão, característicos de argilas com alto índice de vazios: a erosão em massa e a superficial. A máxima profundidade da zona erodida não coincidiu com o eixo do tubo na quase totalidade dos ensaios. A penetração do jato no subleito do solo argiloso reduz com o aumento da profundidade do jato, e também com a resistência da argila. O diâmetro da cavidade na saída do jato sofreu redução com o aumento da profundidade. A geometria da cava erodida em cada argila mostrou ser função da velocidade e do diâmetro do jato, sendo determinadas equações empíricas para estimar suas dimensões. Após a instalação dos tubos empregando a técnica do jateamento, a redução média da adesão solo-estaca na argila A foi de 42% e na argila B foi de 41% em relação à adesão inicial. As análises dos resultados em função da velocidade do jato e da vazão indicaram pequena influência destes parâmetros na variação da adesão do solo ao tubo. / Most of all petroleum produced in Brazil is encountered in marine deposits where the water depth may exceed 1000 meters. Recent discoveries of new offshore oil fields have motivated studies in this area designed to develop new techniques applied to oil exploration. For the extraction of oil deposits floating platforms are commonly used, supported by anchorage systems on the seabed. This work examines a new technique for installing anchors for offshore oil platforms, that can work as alternatives or complement to existing techniques, and consists of applying water jets to remove the soil allowing the anchor to penetrate into the seabed. In this study, the behavior of two clays (A and B) was analyzed during vertical jets used to induce the penetration of metal tubes into the clay. The tests were performed in laboratory using small rectangular tanks with acrylic walls, filled with soil. The geometry of the cavity formed by water injection was observed through the walls of the tanks. The influence of the installation technique in the adhesion mobilized between the clay and the pile shaft was evaluated by tensile load tests, performed in the same tubes used in jetting tests, whose results were compared with load tests on tubes introduced without the jetting technique. In tests with jets two distinct erosion mechanisms have been identified which are considered characteristic of clays with a high void ratio: mass and surface erosion. The maximum depth of eroded area did not coincide with the jet centerline in almost all tests. The jet penetration in the clay bed reduces with increasing depth of the jet, and also with the resistance of the clay. The diameter of the hole at the jet outlet decreased with increasing depth. The geometry of the eroded hole in each clay was shown to be a function of jet velocity and diameter, and empirical equations were developed to estimate these dimensions. After installation of the tubes using the jet technique, the average reduction in the adhesion between the clay and the pile shaft was 42% in clay A and 41% in clay B. Analysis of the results as a function of jet velocity and flow rate indicated small influence of these parameters on the variation of soil-tube adhesion.

O objetivo do presente trabalho foi estudar o comportamento mecânico de uma areia não saturada, com e sem reforço de fibras, através de ensaios de placa realizados em densidade relativa de 50% e 90%. Para o reforço da areia foi acrescentada a quantidade de 0,5% de fibra de polipropileno em relação ao peso seco de solo. A análise dos resultados dos ensaios de placa indica que a inclusão de fibras influencia significativamente no comportamento carga-recalque do material. O melhor resultado foi obtido para o ensaio realizado na maior densidade relativa (DR = 90%) com adição de fibras, apresentando uma mudança significativa no comportamento carga-recalque. Ensaios triaxiais também foram realizados a fim de obter os parâmetros de resistência e deformação dos materiais estudados. Além disso, ensaios de sucção foram realizados para avaliar a sua influência sobre os parâmetros de resistência do solo não saturado, com e sem reforço. / The aim of present research was to study the mechanical behavior of unreinforced and fiber-reinforced unsaturated sand through plate load tests carried out at relative densities of 50% and 90%. For the reinforced sand, 50 mm long polypropylene fibers were added at a concentration of 0.5% by dry weight. The analysis of the plate test results indicates that the soil load-settlement behavior is significantly influenced by the fiber inclusion. The best performance was obtained for the densest (DR=90%) fiber-sand mixture, where a significant change in the load-settlement behavior was observed. Triaxial tests were also carried out in order to establish the strength and deformation parameters of the materials studied. Furthermore, suction tests were carried out to investigate its potential influence on the strength parameters of the unsaturated fiber-reinforced and unreinforced materials.

A maior parte do petróleo explorado no Brasil encontra-se em jazidas marítimas onde a lâmina d’água pode superar os 1000 metros. As descobertas recentes de novos campos de petróleo offshore têm motivado pesquisas nesta área para enfrentar os desafios tecnológicos envolvidos nos processos de exploração do óleo. Para a extração deste material, são comumente empregadas plataformas flutuantes que utilizam um sistema de ancoragem no leito oceânico para sua operação. O presente trabalho estuda uma nova técnica de instalação de âncoras para plataformas marítimas de petróleo, que serve de alternativa e/ou adaptação a técnicas já utilizadas, e que consiste na aplicação de jatos de água para remoção do solo permitindo que a âncora penetre no subleito oceânico. No desenvolvimento do trabalho foi analisado o comportamento de duas argilas (A e B), nas quais o jateamento vertical de água é utilizado para introduzir tubos metálicos na massa argilosa. Os ensaios de jateamento foram realizados em laboratório, utilizando tanques retangulares de dimensões reduzidas com paredes em acrílico, preenchidos com solo. A geometria da cavidade formada pela injeção em cada amostra argilosa foi observada através das paredes dos tanques. A influência da técnica de instalação na adesão solo-estaca foi avaliada através de provas de carga à tração, realizadas no próprio tubo usado no jateamento em cada ensaio, cujos resultados foram comparados com provas de carga em tubos instalados sem o emprego do jateamento. Nos testes com jatos são identificados dois mecanismos de erosão, característicos de argilas com alto índice de vazios: a erosão em massa e a superficial. A máxima profundidade da zona erodida não coincidiu com o eixo do tubo na quase totalidade dos ensaios. A penetração do jato no subleito do solo argiloso reduz com o aumento da profundidade do jato, e também com a resistência da argila. O diâmetro da cavidade na saída do jato sofreu redução com o aumento da profundidade. A geometria da cava erodida em cada argila mostrou ser função da velocidade e do diâmetro do jato, sendo determinadas equações empíricas para estimar suas dimensões. Após a instalação dos tubos empregando a técnica do jateamento, a redução média da adesão solo-estaca na argila A foi de 42% e na argila B foi de 41% em relação à adesão inicial. As análises dos resultados em função da velocidade do jato e da vazão indicaram pequena influência destes parâmetros na variação da adesão do solo ao tubo. / Most of all petroleum produced in Brazil is encountered in marine deposits where the water depth may exceed 1000 meters. Recent discoveries of new offshore oil fields have motivated studies in this area designed to develop new techniques applied to oil exploration. For the extraction of oil deposits floating platforms are commonly used, supported by anchorage systems on the seabed. This work examines a new technique for installing anchors for offshore oil platforms, that can work as alternatives or complement to existing techniques, and consists of applying water jets to remove the soil allowing the anchor to penetrate into the seabed. In this study, the behavior of two clays (A and B) was analyzed during vertical jets used to induce the penetration of metal tubes into the clay. The tests were performed in laboratory using small rectangular tanks with acrylic walls, filled with soil. The geometry of the cavity formed by water injection was observed through the walls of the tanks. The influence of the installation technique in the adhesion mobilized between the clay and the pile shaft was evaluated by tensile load tests, performed in the same tubes used in jetting tests, whose results were compared with load tests on tubes introduced without the jetting technique. In tests with jets two distinct erosion mechanisms have been identified which are considered characteristic of clays with a high void ratio: mass and surface erosion. The maximum depth of eroded area did not coincide with the jet centerline in almost all tests. The jet penetration in the clay bed reduces with increasing depth of the jet, and also with the resistance of the clay. The diameter of the hole at the jet outlet decreased with increasing depth. The geometry of the eroded hole in each clay was shown to be a function of jet velocity and diameter, and empirical equations were developed to estimate these dimensions. After installation of the tubes using the jet technique, the average reduction in the adhesion between the clay and the pile shaft was 42% in clay A and 41% in clay B. Analysis of the results as a function of jet velocity and flow rate indicated small influence of these parameters on the variation of soil-tube adhesion.

Propiciado pela construção de uma pista experimental inteiramente instrumentada com medidores de deformação e de temperatura na Cidade Universitária, este trabalho buscou o entendimento de inúmeros fatores intervenientes no desempenho do whitetopping ultradelgado, recente técnica de manutenção de pavimentos asfálticos com a utilização de delgadas placas de concreto, sob tráfego característico urbano, em condições tipicamente tropicais de uso, sobre uma pequena espessura de concreto asfáltico remanescente de fresagem. Com o intuito de nortear o problema em questão, além da revisão bibliográfica, foram realizados levantamentos periódicos das condições estruturais e funcionais deste pavimento; leituras contínuas de temperaturas e deformações obtidas por meio de um sistema automatizado de captação de dados junto aos instrumentos colocados no interior das placas; caracterização dos gradientes térmicos presentes nas placas durante as diferentes estações climáticas do ano. Foram realizadas provas de carga, estáticas e dinâmicas, com intuito de verificar os reais níveis de deformação aos quais as placas estariam sujeitas quando da interação com o tráfego; posteriormente, realizou-se modelagem numérica por meio de um programa de elementos finitos objetivando uma comparação com os dados obtidos nas provas de carga, analisando inclusive o posicionamento da linha neutra neste pavimento composto. Por fim, em uma sucinta abordagem sobre as deflexões antes e depois da execução do whitetopping ultradelgado, observou-se o tipo de comportamento estrutural do pavimento nas condições em que o experimento foi realizado. Ao término da pesquisa, inferiu-se que os gradientes térmicos dependem de vários fatores climáticos que não somente a temperatura ambiente, importando também a irradiação solar, o número de horas de sol, a velocidade de crescimento e decréscimo da temperatura ambiente; os gradientes térmicos encontrados não são importantes para o acréscimo nos níveis de tensões nas placas, não alterando assim a vida à fadiga do whitetopping ultradelgado, considerada a magnitude destes gradientes, as diminutas dimensões das placas e ainda a presença de aderência na interface concreto e concreto asfáltico. Em provas de carga, concluiu-se que os valores de tensões obtidos em campo mantêm grandezas semelhantes com os provenientes de modelos numéricos e ainda observou-se o vasto potencial de utilização das provas dinâmicas. Dado o excelente desempenho observado nas condições do experimento, mesmo com as placas aderidas a uma delgada camada asfáltica, fator que diferentemente do relatado no exterior não comprometeu o desempenho, não foi possível fazer uma avaliação em termos funcionais do desempenho deste tipo de pavimento. Verificou-se a significativa redução nas deflexões após a execução das placas, visualizando inclusive a transferência de cargas entre sucessivas placas, quando mantida a integridade estrutural das demais camadas do pavimento. / In this work, several factors affecting behavior and performance of ultra-thin whitetopping were evaluated taking advantage of a full scale experimental pavement, restored by applying such technique. Temperatures and thermal gradients in concrete thin slabs were evaluated by almost one year, comprising al the seasons. Load tests were carried out to allow strains measurements on concrete as well to define the deflection basins on whitetopped pavements. The experimental research has permitted to verify the dependence of thermal gradients on air temperature and solar radiation among other factors. It was observed that the thermal gradients practically do not affect behavior of the thin slabs. Stresses received from load tests compared to finite element generated stresses shown to maintain a good and closed relation. Due to good performance observed along the experiment it became not possible to establish patterns of functional performance. Expressive decrease of deflection level was observed over concrete overlays allowing to infer some load transfer on joints when the slabs are to be laid over non distressed old asphalt pavements.