Cada vez mais frequente a utilização de técnicas tradicionais da engenharia geotécnica depara-se com obstáculos de caráter econômico e ambiental. A técnica do solo-cal torna-se atrativa quando o melhoramento das propriedades do solo do local constitui-se numa alternativa de projeto. A técnica de tratamento de solos com cal encontra aplicação, por exemplo, na construção de bases para pavimentos, na proteção de taludes em barragens de terra e como camada de suporte para fundações superficiais. As últimas pesquisas em solos tratados com cal estão no desenvolvimento de metodologias de dosagem baseadas em critérios racionais onde a relação volume de vazios/volume de cal desempenha papel fundamental na obtenção da resistência desejada. Nesse sentido, este estudo tem por objetivo validar a relação volume de vazios/volume de cal na estimativa da resistência à compressão simples e triaxial, comportamento tensão-dilatância e rigidez inicial de um solo tratado com cal curado por períodos longos e quantificar a influência da adição de resíduos de diferentes potenciais de reatividade no comportamento mecânico do solo-cal. Para isso foram realizados ensaios de compressão simples e triaxial, medidas de sucção matricial e medidas de G0 através da técnica de bender elements. Os resultados mostram uma correlação entre resistência e o módulo cisalhante inicial; e que os mesmos crescem não linearmente com o aumento da quantidade de cal e com a redução na porosidade da mistura compactada curada por períodos longos. Para uma mesma relação vazios/cal, a adição de resíduos nas misturas teve um efeito significativo no comportamento do solo-cal estudado. A relação vazios/cal, definido pela razão entre a porosidade da mistura compactada e o teor volumétrico de cal, ajustado por uma potência, demonstrou ser um parâmetro eficaz na estimativa do comportamento mecânico do solo-cal estudado e independe do tempo de cura, de tensões confinantes e da adição de resíduos, na faixa de valores estudado. / Not rarely, the use of traditional techniques in geotechnical engineering faces obstacles of economical and environmental nature. The soil-lime technique becomes attractive when the improvement of the local soil is a project alternative. The treatment of soils with lime finds application, for instance, in the construction of pavement base layers, in slope protection of earth dams and as a support layer for shallow foundations. The last researches in soils treated with lime are in the development of dosage methodologies based on rational criteria where the voids/lime ratio plays a fundamental role in the assessment of the target strength. In that sense, this study has for objective to validate the use of the voids/lime ratio in the estimate of unconfined and confined compression strength, stress-dilatancy behavior and initial shear modulus of a treated soil with lime cured by long periods and to quantify the influence of the insertion of industrial wastes of different potentials reactivity in the mechanical behavior of the soil-lime. For that, a number of unconfined and confined compression tests, measurements of matric suction and bender elements were carried out. The results show a correlation between compression tests and the initial shear modulus; and that the same ones increased not linearly with the increase in lime content as well as with the reduction in the porosity of the compacted mixture cured for long periods. For a same voids/lime ratio value, the insertion of industrial wastes in the mixtures had a significant effect in the behavior of the soil-lime studied. In contrast, the voids/lime ratio, defined as the ratio between the porosity of the compacted mixture and the volumetric lime content, adjusted by a power, demonstrated to be the most appropriate parameter to assess the mechanical behavior of the soil-lime mixture studied and is independent of the curing time, of confined compression tests and of the insertion of industrial wastes, in the range of values studied.

Cada vez mais freqüente a utilização de técnicas tradicionais da engenharia geotécnica depara-se com obstáculos de caráter econômico e ambiental. A técnica do solo-cal torna-se atrativa quando o melhoramento das propriedades do solo do local constitui-se numa alternativa de projeto. A técnica de tratamento de solos com cal encontra aplicação, por exemplo, na construção de bases para pavimentos, na proteção de taludes em barragens de terra e como camada de suporte para fundações superficiais. Entretanto, ainda não existem metodologias de dosagem e projeto das misturas de solo-cal baseadas em critérios racionais como existe no caso do concreto, onde a relação água/cimento desempenha papel fundamental na obtenção da resistência desejada. Nesse sentido, este estudo tem por objetivo quantificar a influência da quantidade de cal, da porosidade e do teor de umidade de moldagem, sobre a resistência de um solo arenoso tratado com cal e rocha basáltica pulverizada, avaliar a adequação do uso das relações água/cal e vazios/cal na estimativa da sua resistência à compressão simples e comparar as variáveis envolvidas com amostras tratadas com cimento em iguais proporções. Para isso foram realizados ensaios de compressão simples e medidas de sucção matricial. Os resultados mostram que a resistência à compressão simples cresceu linearmente com o aumento da quantidade de cal e exponencialmente com a redução na porosidade da mistura compactada. Além disso, a variação do teor de umidade de moldagem não afetou consideravelmente a resistência à compressão simples em misturas compactadas numa mesma massa específica aparente seca. Verificou-se que, para o solo-cal no estado nãosaturado (estado em que normalmente se encontram os aterros compactados), a relação água/cal não é um bom parâmetro para estimativa da resistência à compressão simples. Ao contrário, a relação vazios/cal, assim como a relação vazios/cimento, definido pela razão entre a porosidade da mistura compactada e o teor volumétrico de aglomerante, ajustado por um expoente, demonstraram ser o parâmetro mais adequado na estimativa da resistência à compressão simples do solo-cal e do solo-cimento estudado. / Not rarely, the use of traditional techniques in geotechnical engineering faces obstacles of economical and environmental nature. The soil-lime technique becomes attractive when the improvement of the local soil is a project alternative. The treatment of soils with lime finds application, for instance, in the construction of pavement base layers, in slope protection of earth dams and as a support layer for shallow foundations. However, there are no dosage methodologies and design based on rational criteria as it exists in the case of concrete technology, where the water/cement ratio plays a fundamental role in the assessment of the target strength. In that sense, this study aims to quantify the influence of lime amount, the porosity and the moisture content on the strength of a sandy soil treated with lime and pulverized basaltic rock, as well as to evaluate the use of a water/lime ratio and a voids/lime ratio to assess its unconfined compression strength and to compare the evaluated variables with samples treated by cement in the same proportions. A number of unconfined compression tests and measures of matric suction were carried out. The results show that the unconfined compression strength increased linearly with the increase of the lime amount and exponentially with the reduction on the porosity of the compacted mixture. Besides, the change on the moisture content doesn’t remarkably affected the unconfined compression strength of mixtures compacted in the same dry density. It was verified that, for the soil-lime in the unsaturated state (state usually met in compacted fills), the water/lime ratio is not a good parameter for assessment of unconfined compression strength. In the other hand, the voids/lime ratio, as well as the voids/cement ratio, defined by the reason between the porosity of the compacted mixture and the volumetric binder content, adjusted by an exponent, demonstrated to be the most appropriate parameter in the estimate of unconfined compression strength of the studied soil-lime and soil-cement.

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.

Carregamentos cíclicos são causados de diversas maneiras, como tráfego de veículos, ondas, vento e terremotos. Nos últimos anos, particularmente, tem-se aumentado o número de estudos para este tipo de carregamento devido ao desenvolvimento da engenharia offshore. Além disso, técnicas de melhoramento de solos granulares têm sido empregadas para alterar as características dos solos naturais, com o objetivo de aumentar sua resistência e retardar - ou evitar - a ocorrência de liquefação. Alguns estudos anteriores desenvolveram leis constitutivas completas para areias reforçadas com fibras sob carregamento monotônico, mas não são encontrados na literatura trabalhos sobre a modelagem deste tipo de solos sob carregamentos cíclicos. Sendo assim, essa dissertação desenvolve e valida um novo modelo constitutivo capaz de avaliar o comportamento de solos granulares reforçados com fibras sob carregamento cíclico sob condições não-drenadas. Este modelo é baseado em dois modelos previamente desenvolvidos por Diambra et al. (2013) e Diambra e Ibraim (2014), que utilizam uma técnica de homogeneização para considerar a contribuição da areia e das fibras. O comportamento da areia segue o Modelo Severn-Trent Sand, proposto por Gajo e Muir Wood (1999). Uma vez estruturado o modelo e definido seu procedimento de cálculo, realiza-se uma análise paramétrica, a fim de demonstrar a influência de cada parâmetro das fibras e da areia no comportamento do compósito. Um fator de ajuste para levar em consideração a mudança nas forças interparticulares causada pelas fibras é proposto neste trabalho. Ao final, o modelo é calibrado com resultados experimentais e faz-se uma análise de suas competências e limitações. O processo de calibração mostrou que o modelo é capaz de capturar importantes tendências causadas pela inserção de fibras, como a redução nas deformações axiais e na geração de poropressões, retardando a ocorrência de liquefação. O modelo proposto mostrou-se mais efetivo em reproduzir o comportamento de areias fofas, ou seja, aquelas cujo estado de tensões se encontra acima da linha do estado crítico. / Cyclic loads are induced by several sources, such as traffic, waves, wind and earthquakes. Particularly in the last years, more attention has been given to such loading conditions due to the development of the offshore engineering. Additionally, ground improving techniques have been employed to alter the characteristics of natural soils in order to increase its strength and delay – or avoid – liquefaction. Previous studies have developed complete constitutive laws for fibre-reinforced sands under monotonic loading conditions, but no previous work on modelling granular soils under cyclic loading has been reported. Hence, this research develops and validates a new constitutive modelling which is capable to fully assess the behaviour of fibre-reinforced soils under cyclic loads for undrained conditions. This model is based on two previous models developed by Diambra et al. (2013) and Diambra and Ibraim (2014), which employed a homogenisation technique to scale sand and fibre contribution. The behaviour of the sand follows the Severn-Trent Sand Model proposed by Gajo and Muir Wood (1999). Once the model is structured and its calculation procedure is defined, a parametric analysis is carried out in order to show the influence of each fibre and sand parameter in the composite response. An adjustment factor to account for the change in the interparticle forces caused by the fibres is proposed. Finally, the model is calibrated with experimental results and an analysis of its competences and limitations is performed. The calibration process showed that the model is able to capture important trends caused by the fibre reinforcement, such as a reduction in axial strain and in pore pressure generation, delaying the occurrence of liquefaction. The proposed model was shown to be more effective in reproducing the response of loose sands, i.e. those whose stress states are above the critical state line.

A análise e projeto de grandes estruturas de engenharia requerem, geralmente, a utilização de fundações profundas baseadas em estacas de aço ou concreto armado. Sendo o problema de natureza tridimensional pelas condições de contorno e a variação espacial das propriedades do solo, necessita-se de uma ferramenta computacional capaz de simular esse tipo de problema em situações de interesse, tais como carregamento sísmico ou quase-estático por consolidação. Neste trabalho, propõe-se um modelo numérico tridimensional baseado no método dos elementos finitos sob pequenas deformações para a modelagem do problema de interação solo-estaca sob carregamento estático, quase-estático e dinâmico. Elementos finitos hexaédricos são utilizados para representar o meio poroso saturado e as estacas de concreto armado. Considera-se a interação parcial entre ambos meios, mediante a inclusão de elementos de interface capazes de simular separação e escorregamento. A não-linearidade física de todos os materiais envolvidos é considerada mediante a utilização da teoria de plasticidade, onde esquemas de integração explícita são utilizados. Um modelo constitutivo baseado na teoria de plasticidade generalizada é utilizado para simular o fenômeno de liquefação em areias. No caso da estaca de concreto armado, utilizou-se um modelo de fissuras distribuídas para representar o processo de fissuração, enquanto a armadura de reforço pode ser representada por uma camada distribuída equivalente ou por um modelo discreto incorporado. Exemplos numéricos são apresentados para validar a correta implementação do modelo numérico. / Deep foundations using steel or reinforced concrete piles are conmmonly used in large civil engineering structures. Due to the three-dimensional nature of the problem, its boundary conditions and spatial variability of soil properties, it is necessary to employ numerical models that must be able to simulate this problem under seismic loading as well as under quasi static consolidation processes. A three-dimensional numerical model based on the finite element method, for the static, quase-static and dynamic analysis of the soil-pile interaction problem under the small strain assumption is proposed in this work. For this purpose, coupled hexahedral finite elements are used to represent soil and concrete piles. Interface elements are used to simulate slip, bonding and opening processes at the soil-pile interface. Material nonlinear behaviour of the soil and concrete are considered by using the theory of plasticity, where explicit integration schemes are used. A suitable constitutive model based on the generalized theory of plasticity is employed to represent the liquefaction phenomena in sands under cyclic loading. For the concrete pile, a smeared approach is used to represent concrete cracking due to traction stresses, while both an equivalent smeared layer representation or a discrete unidimensional representation can be used for modeling the reinforcing steel. Numerical examples are presented in order to validate the implementation of the numerical model.

A busca por novas soluções técnicas que, de modo sustentável, diminuam o tempo de construção de obras de engenharia e as tornem mais econômicas, tem tomado, cada vez mais, as linhas de pesquisa do grupo de Engenharia Geotécnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, onde já foram realizadas inúmeras pesquisas para estudar e compreender o comportamento de solos artificialmente cimentados. O cimento Portland é mundialmente utilizado no melhoramento da resistência e da deformabilidade dos solos, outrora impróprios para utilização. Para estudar a contribuição da cimentação para altas tensões de confinamento, foi construído um equipamento triaxial com capacidade de atingir 10 MPa de tensão confinante que permite o estudo do comportamento tensão-deformação-dilatância de solos artificialmente cimentados curados sob tensão. Juntamente, foi realizado um estudo um numa areia fina e uniforme, artificialmente cimentada, para três tempos de cura (3, 7 e 28 dias), da resistência à compressão simples (qu) e da resistência à compressão diametral (qt) em função da razão vazios/cimento (η/Civ). Os resultados mostraram que a resistência aumenta com a redução da relação vazios/cimento (η/Civ) e com o aumento do tempo de cura (t), sendo que a relação tração/compressão (qt/qu) é independente do tempo de cura e apresenta um valor médio de 0,15. Além dos resultados proferidos, outras misturas de solos granulares com diferentes tipos de cimento, variados tempos de cura, foram analisados e normalizados, obtendo-se uma curva única em que a resistência à compressão simples (qu) e a resistência à compressão diametral (qt) foram normalizadas e estão em função da relação vazios/cimento (η/Civ). Paralelamente pretendeu-se verificar qual o efeito do tipo de cura (sob tensão ou atmosférica) em misturas cimentadas com a realização de ensaios para tensões efetivas médias desde 250 kPa até 4000 kPa. Além disso, avaliou-se a variação do η/Civ e do tempo de cura para amostras curadas sob tensão. Os resultados mostram que, de um modo geral, com o aumento da tensão efetiva média, o tipo de cura não afeta os valores das tensões de desvio máximas. A parcela friccional tem uma predominância no comportamento tensão-deformação. O tipo de cura tem influência na definição da superfície de plastificação e da rigidez, verificando-se o aumento destas propriedades para amostras curadas sob tensão em relação a amostras curadas sob pressão atmosférica. Com base nos resultados obtidos nesta pesquisa, um modelo elasto-plástico com degradação da rigidez, que tem como parâmetros a resistência a compressão simples (qu), ângulo de atrito (ϕ’) e uma deformação equivalente (εs 0,7), foi proposto para simular o comportamento tensão-deformação de misturas de areias artificialmente cimentados em ensaios triaxiais, apresentando resultados satisfatórios. / The search for new technical solutions to reduce construction time of engineering works and to make them more cost-effective has been object of the research lines of the group of Geotechnical Engineering of Federal University do Rio Grande do Sul. Numerous studies have been conducted to analyse and understand the behaviour of artificially cemented. Portland cement is widely used for improving strength and deformability characteristics of soils. To study the contribution of cementation under high pressures, a 10 MPa confining pressure triaxial apparatus was built to study the stress-strain-dilatancy behaviour of artificially cemented soils cured under stress. In parallel a study was conducted on a artificially cemented uniform sand at three curing times (3, 7 and 28 days) to determine the unconfined compressive strength (qu) and splitting tensile strength (qt) according to voids/cement ratio (η/Civ) dosage methodology. The results showed that strength increases with the reduction of voids/cement ratio (η/Civ) and with the increasing of cure time (t). The tensile/compression ratio (qt/qu) is independent of curing time and presents a mean value of 0.15. In addition to these results, other granular soils mixtures with distinct types of cement and different curing times were analysed. A unique normalized curve was fit to unconfined compressive strength (qu) and splitting tensile strength (qt) against voids/cement ratio (η/Civ). At the same time, the effect of the curing type (under stress or atmospheric) was verified through triaxial compression tests with mean effective stresses ranging from 250 kPa to 4000 kPa. In addition, the variation of η/Civ and cure time was evaluated for samples cured under stress. The results show that, in general, by increasing the mean effective stress, the type of cure does not affect the values of the maximum deviatoric stress. The frictional portion is predominant in the stress-strain behavior. The type of cure affects the yielding surface and the stiffness of the samples. It was observed the increase in this properties for samples cured under stress compared to samples cured with atmospheric stress. Based on the outcomes of this study, with satisfactory results, an elastoplastic model with stiffness degradation (using unconfined compressive strength (qu), friction angle (’) and an equivalent strain (  s0.7)) was proposed to simulate the stress-strain behaviour of artificially cemented sands in triaxial tests.

O conhecimento de zonas potencialmente instáveis no fundo do mar é de fundamental importância para o desenvolvimento das estruturas marinhas, pois permite posicionar estruturas offshore em áreas mais seguras, reduzindo-se possíveis danos, custos e eventual poluição ambiental. Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho é investigar, através de uma abordagem analítico-numérica, a estabilidade de maciços submarinos submetidos ao carregamento cíclico da onda. O efeito das ondas de água sobre o leito submerso é descrito pela propagação de uma onda de pressão ao longo de sua superfície, empregando-se a teoria linear de Stokes. São considerados maciços com superfície superior horizontal e inclinada, constituídos por material coesivo (argilas) e material granular (areias). Em maciços constituídos por solos finos, a capacidade resistente do material é modelada pelo critério de Tresca não-homogêneo e a análise da estabilidade é desenvolvida em condição não drenada. Por outro lado, em leitos granulares, a resistência do meio depende explicitamente do valor da poropressão, sendo descrita classicamente pelo critério de Coulomb sem coesão. A análise de estabilidade é então desenvolvida em tensões efetivas e o gradiente de poropressão atua como uma força volumétrica sobre o esqueleto, caracterizando o modo de carregamento principal deste material. Em razão da tendência a se densificar quando submetido a um estado de tensões desviadoras cíclicas, ocorre, em geral, a acumulação de excesso de poropressão no maciço granular. Consequentemente, o acoplamento entre o comportamento do material e o carregamento cíclico tem fundamental importância sobre o cálculo do excesso de poropressão desenvolvido. Para determinação das forças de percolação, considera-se uma abordagem simplificada baseada na partição das deformações em contribuições reversível e irreversível, que permite desacoplar o cálculo da pressão intersticial induzida pela onda. Aplicando-se conceitos da teoria da Análise Limite é possível formular limites inferiores e superiores da máxima amplitude segura do carregamento da onda. Finalmente, os efeitos da declividade da superfície do leito e da espessura de camada de solo sobre a estabilidade são analisados. / The knowledge of potentially unstable areas on the seabed is of fundamental importance to the development of marine structures, because it allows to install offshore structures in safer areas, reducing possible damages, costs and eventual environmental pollution. In this context, the objective of the present work is to investigate the stability of submarine soil masses subjected to the wave cyclic loading through analytical-numerical approaches. The effect of water waves on the submerged bed is described by the propagation of a pressure wave along its surface, using the Stokes’s linear theory. Soil masses with horizontal and sloped upper surface, composed of cohesive material (clays) and granular materiais (sands) are considered in this study. In soil masses constituted of fine soil, the material strength capacity is modeled by the non-homogeneous Tresca criterion and the stability analysis is carried out in undrained condition. On the other hand, in granular beds, the strength explicitly depends on the pore pressure value, being classically described by the Coulomb criterion without cohesion. Then, the stability analysis is developed in effective stress and the pore pressure gradient acts as a volumetric force on the skeleton, characterizing the main charging mode of this material. Due to the tendency to densify when subjected to a cyclic deviatoric stress state occurs, in general, the build-up of pore pressure excess in the granular mass. Consequently, the coupling between the material behavior and the cyclic loading has fundamental importance in the calculation of the pore pressure excess generated. In order to define the seepage forces, a simplified approach based on the partition of deformations in reversible and irreversible contributions is considered, which allows to decouple the wave-induced pore pressure calculation. Applying the concepts of the limit analysis theory it is possible to formulate upper and lower boundaries of the maximum safe amplitude of the wave loading. Finally, the effects of the seabed surface steepness and of the soil layer thickness on the stability are analyzed.

Em virtude da necessidade de novas obras de infraestruturas, por muitas vezes, em locais onde o solo não atendia às necessidades básicas exigidas por elas, originam-se problemas de ordem geotécnica, os quais foram resolvidos por meio de misturas solo-cimento. O presente trabalho teve como objetivo o estudo de propriedades mecânicas e elásticas de misturas de areia e cimento, sendo este dividido em duas abordagens: experimental e micromecânica. Para a execução da abordagem experimental, além da execução de ensaios de resistência a compressão simples e medidas de parâmetros de rigidez ao longo do tempo, foi desenvolvido um minicone e também uma câmara triaxial de grandes proporções com os quais foram executados ensaios. A abordagem micromecânica foi realizada através da aplicação da teoria da homogeneização. Para avaliar as propriedades elásticas do compósito foram utilizados os modelos Mori-Tanaka e Auto-Consistente, enquanto que a obtenção da resistência homogeneizada foi baseada na teoria do estado limite. Os ensaios experimentais demostraram que os módulos medidos e a resistência à compressão simples possuem comportamentos semelhantes em relação ao aumento de sua magnitude. Os ensaios de prospecção do minicone demostraram que a tensão de confinamento influencia até corpos de prova cimentados. Ainda foram observadas relações entre o módulo de cisalhamento, a resistência à compressão simples e a resistência média de ponta. Os resultados obtidos através da abordagem micromecânica, quando confrontados com os resultados experimentais, apresentaram diferenças irrelevantes tanto para a resistência quanto para os módulos. Baseados nos resultados obtidos através desse trabalho concluiu-se que o comportamento das misturas areias-cimento é regido pelo índice oriundo da razão entre a porosidade e a quantidade volumétrica de cimento. Também foi comprovado o potencial da micromecânica como ferramenta de modelagem de misturas areia-cimento. / The necessity of new infrastructure earthworks in areas where the soil does not present the required mechanical properties originates problems of geotechnical order. These problems can be solved through the improvement of mechanical characteristics of the materials by reducing porosity through compaction, as well as the addition of cementitious materials such as Portland cement. This research aimed to evaluate the mechanical properties of sand-cement mixtures through two approaches: experimental and micromechanics. In the experimental approach were carried out unconfined compression tests and bender elements measurements over time in sand-cement specimens varying the porosity and the cement content. Furthermore, a mini-cone (MCPT) and a triaxial chamber of large proportions were developed, in which MCPT tests have been carried out under distinct confining pressures and distinctive sand-cement mixtures. In these tests, the variation of porosity and cement content was evaluated. The experimental results were analyzed from the perspective of the recently developed porosity-cement index. The results have shown that the porosity-cement index controls the mechanical properties of sand-cement mixtures from very small strains to failure. The micromechanical approach was performed by the theory of homogenization. To evaluate the elastic properties of the sand-cement composite, the Mori-Tanaka and self-consistent models were used, while the homogenized shear strength was obtained based on the limit state theory. The results obtained by the micromechanical approach, when compared with the experimental results, showed irrelevant differences to both strength and stiffness.

As obras de engenharia atuais envolvem unidades estruturais de grande porte cujo projeto e execução devem ser cuidadosamente observados. Devido à complexidade das cargas e solicitações estruturais, as metodologias de projeto devem atender a necessidades específicas. A variabilidade geotécnica associada à diversidade de carregamentos, impõe a necessidade de desenvolvimento de metodologias aplicadas especificamente a projetos de fundações que serão sujeitas a carregamentos laterais, tais como pontes, obras portuárias, torres de linhas de transmissão, aerogeradores (onshore e offshore) e plataformas (offshore e nearshore) de exploração de petróleo e gás natural. Existem alguns métodos relatados na literatura geotécnica para projeto de fundações submetidas a esforços horizontais. Nenhum destes métodos considera uma solução baseada no simples reforço, através de técnicas de cimentação, dos solos na sua camada superficial, radial à estaca. Dessa forma, procura-se na presente pesquisa estudar o comportamento de fundações profundas com reforço do solo na sua camada superficial, sujeitas a carregamentos horizontais. São apresentadas diretrizes de projeto, estabelecendo-se ainda um modelo de previsão da capacidade de carga de fundações profundas submetidas a este tipo de carregamentos. Ensaios em campo experimental e simulações numéricas tridimensionais, usando o Método dos Elementos Finitos foram realizados, por forma a se obter uma melhor compreensão do comportamento de estacas carregadas lateralmente. Considerando o diâmetro da estaca (D) e a sua profundidade (L), no campo experimental, foram definidas razões L/D representando o comportamento de estacas rígidas e flexíveis. Diversos ensaios de carregamento horizontal foram realizados para estas relações L/D, em solo natural e com solo melhorado radial às estacas. As análises numéricas consistiram numa análise paramétrica onde foram variados parâmetros geométricos (da estaca e do solo tratado) e geotécnicos, necessários à caracterização dos materiais no modelo utilizado, o de Mohr-Coulomb. O modelo de previsão proposto foi obtido com base na análise dos resultados de simulações numéricas usando o software ABAQUS®, validados com provas de cargas no campo experimental. É também de salientar que nesta pesquisa apenas será considerada a ruptura geotécnica, pelo que é assumido que as estacas têm comportamento elástico. Do estudo realizado pode-se concluir que o uso de uma camada superficial de solo tratado radial à estaca melhora significativamente o desempenho do sistema, aumentando a sua capacidade de carga e diminuindo a sua deformação, mostrando ser uma ótima e promissora alternativa para fundações profundas sujeitas a carregamentos horizontais. / Current engineering works typically envolve large structural units whose design and implementation should be closely observed. Due to the complexity of the loads and structural needs, the design methodologies should comply specific requirements. The geotechnical variability combined with the loads diversity imposes the need to develop methodologies applied specifically to projects whose foundations will be laterally loaded, like bridges, harbors, transmission line towers, onshore and offshore wind turbines, among others. There are several methods reported in geotechnical literature to design piles that will be subjected to horizontal loads. However, none of these methods consider a solution based on a simple soil reinforcement using cementation techniques, in a superficial layer, radial to pile. The main goal of this research is to study the behavior of deep foundations with a reinforced soil system, subjected to lateral loads. Design guidelines are presented, leading to a model that predicts the ultimate load capacity of deep foundations subjected to these types of efforts. Field tests and tridimensional numerical simulations using the Finite Element Method were performed in order to achieve a better understanding of the behaviour of laterally loaded piles. Considering the pile diameter (D) and its depth (L), different L/D ratio were defined, corresponding to rigid and flexible piles. Using these L/D ratios, in both natural and reinforced soils, numerical and field tests were performed to provide experimental evidences of its behaviour. Numerical tests consisted in a parametric analysis where different geometric (pile and treated soil) and geotechnical parameters, necessaries to the Mohr-Coulomb model, have been modified. The proposed prediction model is based on the analysis of the numerical simulations results, using ABAQUS® software, validated with the field tests. It is important to point that in this study only geotechnical rupture is considered. Therefore it is assumed that piles have elastic behaviour. Has been concluded that the use of a superficial treated layer, radial to pile, considerably improves the system performance, increasing the lateral load capacity and decreasing their deformation, showing that this technique could be a promising solution to deep foundations subjected to horizontal loads.

Cada vez mais freqüente a utilização de técnicas tradicionais da engenharia geotécnica depara-se com obstáculos de caráter econômico e ambiental. A técnica do solo-cal torna-se atrativa quando o melhoramento das propriedades do solo do local constitui-se numa alternativa de projeto. A técnica de tratamento de solos com cal encontra aplicação, por exemplo, na construção de bases para pavimentos, na proteção de taludes em barragens de terra e como camada de suporte para fundações superficiais. Entretanto, ainda não existem metodologias de dosagem e projeto das misturas de solo-cal baseadas em critérios racionais como existe no caso do concreto, onde a relação água/cimento desempenha papel fundamental na obtenção da resistência desejada. Nesse sentido, este estudo tem por objetivo quantificar a influência da quantidade de cal, da porosidade e do teor de umidade de moldagem, sobre a resistência de um solo arenoso tratado com cal e rocha basáltica pulverizada, avaliar a adequação do uso das relações água/cal e vazios/cal na estimativa da sua resistência à compressão simples e comparar as variáveis envolvidas com amostras tratadas com cimento em iguais proporções. Para isso foram realizados ensaios de compressão simples e medidas de sucção matricial. Os resultados mostram que a resistência à compressão simples cresceu linearmente com o aumento da quantidade de cal e exponencialmente com a redução na porosidade da mistura compactada. Além disso, a variação do teor de umidade de moldagem não afetou consideravelmente a resistência à compressão simples em misturas compactadas numa mesma massa específica aparente seca. Verificou-se que, para o solo-cal no estado nãosaturado (estado em que normalmente se encontram os aterros compactados), a relação água/cal não é um bom parâmetro para estimativa da resistência à compressão simples. Ao contrário, a relação vazios/cal, assim como a relação vazios/cimento, definido pela razão entre a porosidade da mistura compactada e o teor volumétrico de aglomerante, ajustado por um expoente, demonstraram ser o parâmetro mais adequado na estimativa da resistência à compressão simples do solo-cal e do solo-cimento estudado. / Not rarely, the use of traditional techniques in geotechnical engineering faces obstacles of economical and environmental nature. The soil-lime technique becomes attractive when the improvement of the local soil is a project alternative. The treatment of soils with lime finds application, for instance, in the construction of pavement base layers, in slope protection of earth dams and as a support layer for shallow foundations. However, there are no dosage methodologies and design based on rational criteria as it exists in the case of concrete technology, where the water/cement ratio plays a fundamental role in the assessment of the target strength. In that sense, this study aims to quantify the influence of lime amount, the porosity and the moisture content on the strength of a sandy soil treated with lime and pulverized basaltic rock, as well as to evaluate the use of a water/lime ratio and a voids/lime ratio to assess its unconfined compression strength and to compare the evaluated variables with samples treated by cement in the same proportions. A number of unconfined compression tests and measures of matric suction were carried out. The results show that the unconfined compression strength increased linearly with the increase of the lime amount and exponentially with the reduction on the porosity of the compacted mixture. Besides, the change on the moisture content doesn’t remarkably affected the unconfined compression strength of mixtures compacted in the same dry density. It was verified that, for the soil-lime in the unsaturated state (state usually met in compacted fills), the water/lime ratio is not a good parameter for assessment of unconfined compression strength. In the other hand, the voids/lime ratio, as well as the voids/cement ratio, defined by the reason between the porosity of the compacted mixture and the volumetric binder content, adjusted by an exponent, demonstrated to be the most appropriate parameter in the estimate of unconfined compression strength of the studied soil-lime and soil-cement.