A maior parte das solicitações que ocorrem em campo, devidas a obras geotécnicas, está associada à rotação das tensões principais no interior do solo. Muitos equipamentos de ensaios de laboratório tentam simular estas condições, mas o único que possibilita o controle da magnitude e da direção das tensões principais é o equipamento hollow cylinder torsional. Sua utilização vem sendo cada vez mais freqüente em todo o mundo, pois é o equipamento de laboratório mais completo na simulação de condições de campo. Um equipamento hollow cylinder torsional foi projetado e construído na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) como parte desta tese, visando a investigação do comportamento mecânico de materiais de pavimentação. O desenvolvimento deste equipamento incluiu seu projeto, usinagem de peças, aquisição de componentes, montagem e ensaios de calibração. Sua concepção e fundamentação teórica foram baseadas em trabalhos pioneiros sobre ensaios hollow cylinder torsional realizados no Imperial College da Universidade de Londres, nos anos 80, e na Universidade de Nottingham, nos anos 90. O material empregado no programa experimental desta tese é um solo residual de arenito Botucatu compactado. Além dos ensaios convencionais para caracterização do material, foram realizados ensaios triaxiais de carga repetida, para determinação dos módulos de resiliência e das deformações permanentes deste solo, na modalidade multi-estágio. No equipamento hollow cylinder torsional foram realizados ensaios com carga estática e rotação do plano de tensões principais e ensaios com carga cíclica, com e sem rotação do plano de tensões principais. Os ensaios de carga cíclica para avaliar as deformações permanentes apresentaram boa resposta quando comparados aos ensaios triaxiais e mostraram que a deformação permanente axial aumenta quando é aplicada a rotação no plano de tensões principais. A aplicação de torque no corpo de prova neste tipo de ensaio, mesmo quando realizada na modalidade não cíclica, apresenta uma aproximação mais real do comportamento de campo que os ensaios triaxiais de carga repetida convencionais. Além da montagem do equipamento hollow cylinder torsional, um dos objetivos desta tese foi validar este equipamento, o qual pode ser considerado apto ao funcionamento. A disponibilidade deste equipamento abre um amplo horizonte para pesquisas futuras, na Universidade Federal do Rio Grande do Sul, sobre o comportamento geotécnico de solos submetidos às mais variadas solicitações. / Most of in situ solicitations due to geotechnical works is associated to soils principal stresses rotation. Several laboratory equipments try to simulate principal stresses rotation, but only the hollow cylinder torsional apparatus allows controlling the magnitude and directions of principal stresses in soils. This equipment, which is the most complete available to simulate in situ stresses states, is becoming more and more used all over the world. As a part of this PhD thesis, a hollow cylinder torsional apparatus was designed and assembled at the Federal University of Rio Grande do Sul, Brazil, with the purpose of studying the mechanical behavior of paving materials. The hollow cylinder torsional apparatus included its design, the production and assemblage of pieces, as well as calibration tests. The equipment conception and theoretical fundaments were based in former works carried out at the Imperial College of Science and Technology at London, in the years 1980, and at the University of Nottingham, in de following decade. The material used for testing was a sandstone residual soil. Besides conventional geotechnical characterization, multistage triaxial repeated loading tests were carried out to obtain resilient modulus models and permanent deformation characteristics. The hollow cylinder torsional apparatus tested compacted specimens under static and repeated loading, applying principal stresses rotation. Repeated loading tests for evaluating permanent deformations were successfully carried out, confirming the increase of axial permanent deformation due to principal stress rotation. The torsion applied to the specimen in this type of test, even under static loading, better simulates in situ conditions than conventional repeated loading tests. Besides the design and assemblage of the hollow cylinder torsional apparatus the experimental work carried out for this thesis, allowed overcoming difficulties that appear when a complex device is firstly put into operation. The availability of such equipment at the Federal University of Rio Grande do Sul broadens the horizon of researches that will be carried out in future days on the geotechnical behavior of soils submitted to various stress states.

O presente trabalho propõe uma metodologia para determinar diretrizes ambientais de planejamento urbano para áreas de encosta. Para tanto, utiliza como base a metodologia apresentada por McHarg (em 1968), que propõe uma abordagem ecológica do processo de planejamento urbano. O método é integrado às modernas ferramentas de apoio à decisão contidas no ambiente de um Sistema de Informação Geográfica (SIG). Os resultados são apresentados sob a forma de um conjunto de cenários futuros, definindo os limites e as nuances de aptidão da ocupação urbana. A metodologia é testada em um estudo de caso para se avaliar o quão genérica é a proposta e o quão específicos são os seus resultados. O objetivo é analisar as aptidões e potenciais do solo não ocupado, gerando cenários que integrem as aspirações ambientais e de qualidade de vida às necessidades de crescimento urbano. / This work proposes a method for evaluating environmental directives of urban planning in hilly areas. The proposed method is based on McHarg (in 1968), who describes an ecological approach to urban planning. The process is to be developed in a Geographic Information System (GIS) environment. The results are displayed as a group of future scenarios each of them indicating a constrained area inside which a different approach to land suitability assessment for urban development is established. The method is to be tested in a case study to show how generic is the proposition and how specific the results can be. The goal is to achieve land suitability alternatives in non developed areas creating scenarios which integrate environmental and life quality aspirations to the necessities of urban growth.

Esta dissertação apresenta o estudo de um talude urbano instável na cidade de Santa Cruz do Sul, estado do Rio Grande do Sul. O talude localiza-se na rua Álvaro Correa da Silva, zona norte da cidade, onde várias residências e moradores são afetados pelos movimentos. A encosta encontra-se geomorfologicamente associada à Escarpa da Serra Geral, justamente no contato entre o Planalto e a Depressão Central Gaúcha. O talude é constituído por depósitos coluvionares, os quais são formados por blocos de rocha basáltica (Formação Serra Geral) envoltos em uma matriz argilo-arenosa. Esta camada coluvionar está assente sobre uma camada basal de siltito (Formação Santa Maria). Foi realizada uma campanha de ensaios de laboratório, com ensaios de caracterização dos materiais, bem como ensaios de cisalhamento direto em amostras inundadas. Através da instrumentação de campo foi possível relacionar deslocamentos da encosta com picos no nível piezométrico, os quais ocorrem quando a precipitação ultrapassa um certo patamar. Também é apresentada uma análise de estabilidade da encosta, utilizando-se os parâmetros de resistência ao cisalhamento obtidos nos ensaios de cisalhamento direto em amostras indeformadas de colúvio. Os fatores de segurança obtidos na análise foram tipicamente próximos de um. Foi realizada também uma análise de patologias de edificações provocadas pela movimentação da massa de solo, através de inspeções e entrevistas. Os resultados demonstraram que a principal área de instabilidade concentra-se em uma faixa de direção norte-sul na região central da encosta, desde a escarpa até o Arroio Jucurí. Algumas residências nesta faixa central apresentam patologias sérias.

O presente trabalho tem como objetivo investigar o comportamento hidráulico e mecânico de misturas de solo-bentonita (SB) e de solo-cimento-bentonita (SCB), bem como analisar a influência da variação do teor de bentonita e cimento com a finalidade de propiciar resultados capazes de auxiliar para um projeto construtivo de barreiras verticais de contaminantes. O programa experimental consistiu na realização de ensaios de compressão não-confinada, ensaios triaxiais convencionais adensados não-drenados (CIU) e ensaios de condutividade hidráulica a fim de se estudar o comportamento das misturas de SB e SCB em termos de tensão-deformação-resistência e permeabilidade. Foram analisados diferentes fatores água-cimento, teores de umidade, tensões confinantes. Também foi avaliado o comportamento desses materiais através da definição de três valores distintos de teor de bentonita nas amostras de SCB. Já para as amostras de SB foram avaliados dois teores de bentonita. Em um primeiro instante, os resultados dos ensaios realizados para cada tipo de mistura foram analisados separadamente. A análise global dos resultados permitiu identificar as alterações provocadas na resistência, deformabilidade e condutividade hidráulica pela variação dos parâmetros. Os resultados dos ensaios de compressão não-confinada demonstraram que a variação do teor de umidade não implicou na variação de resistência ao cisalhamento de pico para amostras com mesmo fator águacimento. Os ensaios CIU indicaram que o aumento do teor de bentonita nas amostras acarretou em um aumento da resistência ao cisalhamento de pico e da rigidez do material. A condutividade hidráulica das misturas de SB apresentaram valores inferiores em relação às misturas de SCB.

Essa dissertação apresenta um estudo experimental, com o objetivo de caracterizar a influência da estrutura no comportamento mecânico do solo saprolítico de basalto da região de Teutônia, RS. São apresentados os resultados de ensaios edométricos, ensaios de compressão isotrópica e ensaios de compressão triaxial não drenados (CIU) em amostras reconstituídas juntamente com ensaios de compressão triaxial drenados (CID) e ensaios de compressão isotrópica em amostras indeformadas. A análise dos resultados obtidos nesta dissertação juntamente com os resultados obtidos por Rigo (2005) mostrou que tanto em compressão confinada como em compressão isotrópica o solo indeformado apresenta um comportamento bem mais rígido que solo reconstituído e consegue sustentar índices de vazios bem maiores para um mesmo valor de tensão. Foi observada uma tensão de plastificação em torno de 350 kPa Nos ensaios triaxiais CID o solo indeformado apresentou um comportamento dependente do nível de tensão confinante. Para tensões confinantes mais elevadas foi observada uma queda brusca na curva tensão-deformação após o pico, associada com a formação de um plano de ruptura polido no corpo de prova. A partir dos resultados dos ensaios de compressão isotrópica e ensaios triaxiais CIU no solo reconstituído foram determinadas uma linha de compressão normal (NCL) e uma linha de estado crítico (CSL) para o solo nesta condição. Foi observado que os resultados dos ensaios triaxiais CID no solo indeformado se ajustaram bem a estas linhas de estado.

O presente trabalho abrange um estudo integrado que busca as relações existentes entre processos de biorremediação de solos e alterações das condições fisiológicas dos organismos que habitam os locais contaminados. Nos estudos envolvendo biorremediação, analisou-se como um derrame de gasolina, simulado através de ensaios de laboratório em microcosmos, altera a microbiota do solo e a dinâmica dos contaminantes ao longo do tempo. Para tanto, avaliou-se a população microbiana (através de métodos de contagem direta e métodos qualitativos com lâmina enterrada, e identificação dos microrganismos), o nitrogênio mineral, o pH e a condutividade elétrica do solo, evolução de CO2, cromatografia gasosa, além de ensaios de permeabilidade, pluviometria e agregação de partículas do solo. Observou-se que materiais orgânicos melhoram as características gerais dos solos ao final dos tratamentos, e ao mesmo tempo retém o contaminante – no caso gasolina – por um maior período de tempo. Existe uma evidente influência dos microrganismos nos processos de biorremediação de gasolina e do diesel analisados, comprovada através de cromatografia gasosa. Através de testes em modelo animal, analisados através de parâmetros sangüíneos, histologia, pH e condutividade elétrica de macerados de órgãos, observou-se alterações importantes no metabolismo dos animais e, em especial, identificou-se um novo teste – baseado na variação de condutividade elétrica – que pode auxiliar na análise fisiopatológica de órgãos com supostas lesões. Uma integração entre as áreas de Engenharia Geotécnica, Agronomia, Medicina, Biologia, Farmácia e Bioquímica foi obtida, provando a necessidade de projetos multidisciplinares no futuro da pesquisa.

A tendência atual de desenvolvimento de novos equipamentos geotécnicos combina diferentes técnicas, aliando a robustez do ensaio de cone às informações adicionais de outros ensaios. O cone sísmico constitui-se em exemplo típico adotado internacionalmente. Geofones ou acelerômetros podem ser incorporados ao fuste do cone para medida de velocidade de propagação de ondas de compressão e cisalhamento. O cone possibilita uma estimativa da resistência ao cisalhamento de materiais geotécnicos, enquanto as medias sísmicas permitem medir o módulo cisalhante a pequenas deformações. A combinação de valores de resistência e deformabilidade, expressa através da razão entre Go/qc, pode representar uma alternativa importante na caracterização de solos. Nesta dissertação o cone sísmico foi projetado, construído, calibrado e testado no depósito argiloso do Aeroporto Internacional Salgado Filho em Porto Alegre. O equipamento é composto de um módulo onde são acondicionados dois sensores (geofones), distantes de 1,0 m, para a captação das ondas de cisalhamento. Os sinais são captados e enviados para um pré-amplificador com filtro, acondicionado no módulo sísmico, sendo posteriormente conduzidos para um segundo amplificador cuja taxa de amplificação pode ser regulada. O sinal adquirido é armazenado em um computador para análise posterior O ensaio de cone sísmico consiste basicamente na geração de uma onda de cisalhamento na superfície do solo e seu armazenamento com o sistema de aquisição de sinais. A determinação do módulo de cisalhamento é feita através da teoria da elasticidade, medindo-se os tempos de chegada da onda de cisalhamento em cada geofone e calculando-se a velocidade de percurso da onda entre os dois sensores. O trabalho contempla o desenvolvimento do cone sísmico, montagem, calibração e aplicação na Área do Aeroporto Internacional Salgado Filho. Os resultados obtidos são comparados a resultados de ensaios de cross-hole existentes no referido local.

Esta dissertação de mestrado apresenta estudos sobre as propriedades geotécnicas dos solos coluvionares existentes ao longo do gasoduto Bolívia-Brasil em Timbé do Sul (SC), na região sul do Brasil. Estas propriedades deverão ser utilizadas em análises de estabilidade de taludes naturais e de corte ao longo do gasoduto, principalmente na avaliação da suscetibilidade à iniciação de fluxos de detritos (debris flows), já constatados na região em Dezembro de 1995. Os fluxos de detritos são os movimentos de massa que representam maior risco à integridade física do gasoduto na região investigada. Ressalta-se que rupturas de gasodutos, como a ocorrida no México em Junho de 2003, em função de um fluxo de detritos, podem ter conseqüências devastadoras em termos de perda de vidas e danos a propriedades e ao meio ambiente. A área investigada é formada por depósitos coluvionares originados da Formação Serra Geral, geralmente associados à existência de perfis com horizontes de solo residual e blocos de rocha, originários de maciços rochosos fraturados. Dois depósitos coluvionares investigados foram identificados como provenientes da decomposição de rochas vulcânicas. Estes depósitos encontram-se assentes sobre solo residual de basalto. Outro depósito coluvionar estudado foi identificado como oriundo da degradação de arenito intertrap. Os ensaios de laboratório realizados foram ensaios de expansão, ensaios de caracterização, ensaios de cisalhamento direto, ensaios ring shear e ensaios triaxiais (CIU) e especiais Os ensaios triaxiais especiais consistiram em uma fase de cisalhamento inicial realizada sob condições drenadas até próximo do estado de tensões existente no campo, seguida de um carregamento não drenado até a ruptura. Estes ensaios demonstraram que, na fase não drenada e sob baixas tensões de confinamento, ocorre um aumento de poropressão seguido pela diminuição da mesma até valores negativos. Mostram também que, carregamentos não drenados em baixas tensões confinantes sobre este solo não induzem tendência a liquefação.

O presente trabalho apresenta as variações do módulo de resiliência de solos do subleito de pavimento submetidos à trajetórias de secagem e/ ou umedecimento e secagem e umedecimento simuladas em laboratório para quatro solos típicos de subleito de pavimentos do Estado do Rio Grande do Sul. As trajetórias de secagem e ou umedecimento reproduzem as variações de teor de umidade provocadas por alterações ambientais tais como precipitações pluviométricas, evaporação e outros que afetam significativamente os módulos de resiliência. Foram realizadas medidas de sucção “in situ” e determinado o módulo de resiliência nas pistas experimentais da Área de Testes e Pesquisas da UFRGS com a finalidade de comparar os resultados obtidos em laboratório com os de campo. Os resultados demonstraram que as variações ambientais induzem a um comportamento resiliente diferenciado e que o mecanismo desta alteração pode ser compreendido através da relação entre a sucção e o teor de umidade. Este estudo permitiu salientar a influência das condições ambientais nas variações de módulo de resiliência, estabelecendo o efeito da sucção na deformabilidade elástica e no comportamento de pavimentos, em especial no subleito. Estas variações de módulo de resiliência ocasionadas por alterações ambientais podem ser minimizadas através de um sistema de drenagem eficiente para a estrutura do pavimento.

A melhoria das características mecânicas de solos naturais constitui uma técnica de crescente utilização na engenharia geotécnica, em especial na execução de fundações sobre solos moles . Algumas soluções passam pela utilização de materiais geotécnicos cimentados , tais como o solo-cimento, o solo-cal, etc. Estas aplicações, no entanto, requerem o conhecimento das características de deformação e de resistência dos materiais utilizados. No presente trabalho, a partir de um programa experimental que incluiu ensaios de resistência à compressão simples, ensaios triaxiais drenados (CID) com medição interna de deformações axiais, e microscopia eletrõnica de varredura, um solo arenoso artificialmente cimentado teve seu comportamento mecânico investigado, frente à variação do grau de cimentação (0, 1, 3 e 5% de adição de cimento Portland) e da tensão efetiva média inicial (p;' = 20, 60 e Os resultados mostraram que o comportamento do solo cimentado foi i nfluenciado por ambas as variáveis investigadas . No entanto, para a faixa de tensões efetivas estudada, o comportamento foi basicamente comandado pelo grau de cimentação. Visando a aplicação do material investigado em. projetos geotécnicos, uma abordagem é proposta para a determinação da resistência ao cisalhamento drenada e do módulo de deformação estática. A inclusão na análise de outros resultados encontrados na literatura permitiram ampliar alguns aspectos desta abordagem. / The improvement of natural soils characteristics is a largely used process in geotechnical engineeringf specially in foundation designs on soft grounds. Sometimesf cemented materialsf l ike soilcement and soil-lime admixtures f are employed. These applications require the knowledge of the strain and strength characteristics of materials . In this work an experimental programme was carried out to investigate the mechanical behavior of an artificially cemented sandy soilf which includes unconfined compression tests f drained triaxial compression tests (CID) with local measurements of axial strains f and scanning electron microscopy analysis. The influence of cementation level (O f l f 3 and 5% Portland cement content) and ini tial mean effecti ve stress ( p;' = 20 f 60 and 100 kN/m2 ) were evaluated . Test results have demonstrated t hat the cemented soil behavior was significantly affected by bothf cementation level and i nitial mean effective stress . However f for the range of eff ect ive stresses investigated herein f soil behavi or was mainly controlled by cementation level . Finally f to allow the application of t he investigated material into geotechnical worksf an approach is proposed to determinate the drained shear strength and the static deformati on moduli of the cemented soil. Data from other investigation programmes were incorporated to the present study to allow generalization of some aspects of the proposed approach.