Este trabalho apresenta um estudo sobre o comportamento ao longo do tempo de estruturas em solos finos reforçados com geossintéticos. O programa de atividades desenvolvido para este fim compreendeu três etapas: leituras de deformações de uma estrutura real de solo reforçado com geossintéticos, ensaios de laboratório de fluência confinada e isolada e modelagens computacionais da obra de referência. A estrutura real foi monitorada em duas seções distintas, sendo uma delas construída em geotêxteis não tecidos e a outra em geotêxteis tecidos. As leituras de deformação foram realizadas por um período de quatro anos. As condições da obra real foram utilizadas como referência para o planejamento dos ensaios de fluência em isolamento e confinamento. Os ensaios confinados foram conduzidos inicialmente no equipamento de fluência confinada desenvolvido por Costa (2004), no qual o carregamento é imposto de forma indireta ao reforço. Os ensaios foram realizados empregando o mesmo solo de aterro da obra real, com diferentes níveis de carregamento vertical (140, 200, 300 e 400 kPa) e com diferentes umidades de compactação (8%, 11,7% e 16%). Os ensaios com carregamento de 140 kPa foram repetidos no equipamento de fluência confinada-acelerada desenvolvido por França (2011), permitindo uma comparação teórica e prática entre os dois equipamento utilizados. Ensaios adicionais foram realizados para avaliar o comportamento ao longo do tempo de geossintéticos confinados submetidos a um processo de inundação do solo. E para finalizar a campanha de ensaios foram realizados testes para a verificação do incremento de cargas nos reforços devido aos efeitos da compactação do maciço. As modelagens computacionais foram realizadas empregando o software Plaxis 2D. A partir dos modelos numéricos foi possível verificar os mecanismos desenvolvidos ao longo do tempo de estruturas de solos reforçados com geossintéticos. A modelagem numérica permitiu extrapolar o comportamento da estrutura para outro tipo de reforço (geogrelha) e para tempos bem mais elevados do que os tempos reais de leitura. As previsões de comportamento foram realizadas para tempos de até 100 anos. Os resultados da campanha de ensaios mostraram que os reforços confinados em solo estão sujeitos aos fenômenos da fluência e da relaxação ao longo do tempo. Os resultados mostraram que as taxas de fluência e de relaxação foram mais elevadas para os maiores carregamentos verticais. Os ensaios adicionais mostraram que os reforços sofreram um incremento significativo de carga devido aos efeitos da compactação e que a rigidez confinada dos reforços praticamente não se alterou devido aos efeitos da inundação. A previsão do comportamento do muro de referência utilizando o MEF mostrou que a estrutura deve apresentar baixos níveis de deformação para períodos de até 100 anos. A análise conjunta de todos os resultados obtidos ao longo do trabalho permitiu o desenvolvimento de um modelo analítico que permite a previsão do comportamento de muros reforçados com geossintéticos a partir de resultados de ensaios de fluência em isolamento. A aplicação do modelo proposto para o caso do muro real mostrou uma boa coerência entre os resultados previstos e os resultados medidos em campo. / This dissertation presents a study on time-dependent behavior of geosynthetic reinforced soil walls with fine soil. The testing program comprised of three distinct steps: field assessment of an instrumented geotextile reinforced soil wall, in-air and in-soil laboratory creep tests, and numerical analysis of the instrumented wall. Reinforcement strains were monitored in two different cross-sections: one built with nonwoven geotextile and the other built with woven geotextile. The strains were monitored during four years of service. The field conditions were used as the basis for planning in-air and in-soil creep tests. The in-soil creep tests were initially conducted using the confined-creep test apparatus developed by Costa (2004), which simulates the typical load transfer mechanism in reinforced soil structures. The in-soil tests were performed using the same soil used in the instrumented wall. These tests were carried out at different levels of vertical load (140, 200, 300 and 400 kPa) at the optimum water content (11.7%) and at different compaction water content of the soil (8%, 11.7% and 16%) at 140 kPa. The tests with 140 kPa of vertical load were replicated using the confined-accelerated creep test apparatus developed by França (2011). These tests allowed a theoretical and practical comparison between the two different in-soil creep testing apparatuses utilized in the testing program. Additional in-soil creep tests were conducted to evaluate the behavior of confined geosynthetics with time submitted to flooding of the top soil layer above the reinforcement. Compaction tests were also performed to check the increase of reinforcement loads due to soil compaction. Numerical modelling was carried out with the Finite Element Method (FEM) using Plaxis 2D. The numerical models allowed evaluation of the geotechnical mechanisms developed with time on geosynthetic reinforced soil wall structures. These models were also used to predict timedependent strains for longer periods (until 100 years) and for different types of reinforcements. The results of the testing program showed that the reinforcements confined in soil presented creep and stress relaxation behavior with time. The results also showed that the creep and relaxation rates were higher for larger vertical loads. It was observed that the confined stiffness of the reinforcement was virtually the same regardless the occurrence of flooding in the top soil layer. Additionally, the compaction tests showed that the larger the difference of the soil compaction water content from the optimum, the larger the loads in the reinforcement. Behavior prediction of the monitored, full-scale wall using FEM showed that the structure should have low strain levels for periods up to 100 years. The laboratory test results and the mechanisms learned from the FEM analysis allowed the development of an analytical model for predicting geosynthetic-reinforced soil wall behavior from results of in-air creep tests. The strain results of the analytical model applied to the monitored full-scale wall showed that the predicted strains are in good agreement with the field strains.

Este trabalho apresenta um estudo sobre o comportamento ao longo do tempo de estruturas em solos finos reforçados com geossintéticos. O programa de atividades desenvolvido para este fim compreendeu três etapas: leituras de deformações de uma estrutura real de solo reforçado com geossintéticos, ensaios de laboratório de fluência confinada e isolada e modelagens computacionais da obra de referência. A estrutura real foi monitorada em duas seções distintas, sendo uma delas construída em geotêxteis não tecidos e a outra em geotêxteis tecidos. As leituras de deformação foram realizadas por um período de quatro anos. As condições da obra real foram utilizadas como referência para o planejamento dos ensaios de fluência em isolamento e confinamento. Os ensaios confinados foram conduzidos inicialmente no equipamento de fluência confinada desenvolvido por Costa (2004), no qual o carregamento é imposto de forma indireta ao reforço. Os ensaios foram realizados empregando o mesmo solo de aterro da obra real, com diferentes níveis de carregamento vertical (140, 200, 300 e 400 kPa) e com diferentes umidades de compactação (8%, 11,7% e 16%). Os ensaios com carregamento de 140 kPa foram repetidos no equipamento de fluência confinada-acelerada desenvolvido por França (2011), permitindo uma comparação teórica e prática entre os dois equipamento utilizados. Ensaios adicionais foram realizados para avaliar o comportamento ao longo do tempo de geossintéticos confinados submetidos a um processo de inundação do solo. E para finalizar a campanha de ensaios foram realizados testes para a verificação do incremento de cargas nos reforços devido aos efeitos da compactação do maciço. As modelagens computacionais foram realizadas empregando o software Plaxis 2D. A partir dos modelos numéricos foi possível verificar os mecanismos desenvolvidos ao longo do tempo de estruturas de solos reforçados com geossintéticos. A modelagem numérica permitiu extrapolar o comportamento da estrutura para outro tipo de reforço (geogrelha) e para tempos bem mais elevados do que os tempos reais de leitura. As previsões de comportamento foram realizadas para tempos de até 100 anos. Os resultados da campanha de ensaios mostraram que os reforços confinados em solo estão sujeitos aos fenômenos da fluência e da relaxação ao longo do tempo. Os resultados mostraram que as taxas de fluência e de relaxação foram mais elevadas para os maiores carregamentos verticais. Os ensaios adicionais mostraram que os reforços sofreram um incremento significativo de carga devido aos efeitos da compactação e que a rigidez confinada dos reforços praticamente não se alterou devido aos efeitos da inundação. A previsão do comportamento do muro de referência utilizando o MEF mostrou que a estrutura deve apresentar baixos níveis de deformação para períodos de até 100 anos. A análise conjunta de todos os resultados obtidos ao longo do trabalho permitiu o desenvolvimento de um modelo analítico que permite a previsão do comportamento de muros reforçados com geossintéticos a partir de resultados de ensaios de fluência em isolamento. A aplicação do modelo proposto para o caso do muro real mostrou uma boa coerência entre os resultados previstos e os resultados medidos em campo. / This dissertation presents a study on time-dependent behavior of geosynthetic reinforced soil walls with fine soil. The testing program comprised of three distinct steps: field assessment of an instrumented geotextile reinforced soil wall, in-air and in-soil laboratory creep tests, and numerical analysis of the instrumented wall. Reinforcement strains were monitored in two different cross-sections: one built with nonwoven geotextile and the other built with woven geotextile. The strains were monitored during four years of service. The field conditions were used as the basis for planning in-air and in-soil creep tests. The in-soil creep tests were initially conducted using the confined-creep test apparatus developed by Costa (2004), which simulates the typical load transfer mechanism in reinforced soil structures. The in-soil tests were performed using the same soil used in the instrumented wall. These tests were carried out at different levels of vertical load (140, 200, 300 and 400 kPa) at the optimum water content (11.7%) and at different compaction water content of the soil (8%, 11.7% and 16%) at 140 kPa. The tests with 140 kPa of vertical load were replicated using the confined-accelerated creep test apparatus developed by França (2011). These tests allowed a theoretical and practical comparison between the two different in-soil creep testing apparatuses utilized in the testing program. Additional in-soil creep tests were conducted to evaluate the behavior of confined geosynthetics with time submitted to flooding of the top soil layer above the reinforcement. Compaction tests were also performed to check the increase of reinforcement loads due to soil compaction. Numerical modelling was carried out with the Finite Element Method (FEM) using Plaxis 2D. The numerical models allowed evaluation of the geotechnical mechanisms developed with time on geosynthetic reinforced soil wall structures. These models were also used to predict timedependent strains for longer periods (until 100 years) and for different types of reinforcements. The results of the testing program showed that the reinforcements confined in soil presented creep and stress relaxation behavior with time. The results also showed that the creep and relaxation rates were higher for larger vertical loads. It was observed that the confined stiffness of the reinforcement was virtually the same regardless the occurrence of flooding in the top soil layer. Additionally, the compaction tests showed that the larger the difference of the soil compaction water content from the optimum, the larger the loads in the reinforcement. Behavior prediction of the monitored, full-scale wall using FEM showed that the structure should have low strain levels for periods up to 100 years. The laboratory test results and the mechanisms learned from the FEM analysis allowed the development of an analytical model for predicting geosynthetic-reinforced soil wall behavior from results of in-air creep tests. The strain results of the analytical model applied to the monitored full-scale wall showed that the predicted strains are in good agreement with the field strains.

O presente trabalho consiste na avaliação experimental da influência do avanço da frente de umedecimento no comportamento de protótipos de muros de um solo fino reforçado com geotêxteis não tecidos. O desempenho dos protótipos foi analisado nas condições de eventos de chuvas de intensidade e duração variáveis, bem como na condição de precipitação intermitente com intensidade próxima e inferior à condutividade hidráulica do solo. Para efeito comparativo, avaliou-se o comportamento de um protótipo na condição de umidade de compactação constante. Durante a infiltração, observou-se a formação de barreira capilar sobre o geotêxtil e a eficiência de drenagem proporcionada pelos reforços, não permitindo o desenvolvimento de pressões da água positivas mesmo sob a condição de carregamento rápido. Após quebra da barreira, os valores de grau de saturação mantiveram-se em torno de 90% e as pressões da água ficaram próximas de zero ou negativas. Com relação ao comportamento dos protótipos, evidências mostraram que a formação de barreiras capilares nas interfaces solo-geotêxteis não influenciou negativamente no desempenho dos protótipos. Diante do umedecimento, as deformações e deslocamentos máximos aumentaram exponencialmente com o grau de saturação do solo. Ainda, estes parâmetros relacionaram-se com a sucção matricial de forma semelhante à tendência estabelecida na curva retenção de água do solo. Tais relações foram estritamente associadas às alterações da rigidez média do solo devido ao avanço da infiltração e as alterações na sucção do solo. Na condição umidade constante, constatou-se que o maciço poderia se manter estável mesmo com a ausência dos reforços devido à elevada rigidez proporcionada pela sucção do solo. De modo geral, os deslocamentos e deformações foram relativamente pequenos sob a ação da variável umedecimento. A associação desta com os incrementos de tensões geraram deformações adicionais, embora estas ainda não possam ser consideradas excessivas. Os resultados de uma estrutura real corroboraram o comportamento verificado em laboratório. De modo geral, os níveis de deformações foram bastante semelhantes e a presença de água não prejudicou o desempenho da estrutura. Curiosamente, geotêxteis não tecidos de baixa resistência e rigidez à tração foram tão eficazes na estabilidade quanto geotêxteis tecidos de maior rigidez e resistência. Portanto, a eficiência de estruturas de solos finos reforçados com geotêxteis não tecidos foi constatada, mostrando estas possíveis de compor estruturas permanentes. / The effect of the wetting front advancement on the performance of nonwoven geotextile reinforced soil walls constructed with poorly draining soils was evaluated by laboratory full scale models. The tested models performances were monitored under rainfall conditions with different intensities and duration, as well as under intermittent precipitation with reduced intensity of precipitation (lower than the soil permeability). For comparison purposes, an evaluation of a full scale model was conducted with constant soil water content (compaction water content). As regards infiltration, capillary barrier formation have been observed on the interface soil-geotextile during infiltration process; besides, the drainage function of reinforcements after the breakthrough of water, in which water pressures development have not been allowed to occur even after rapid loading. After breakthrough of water, the degree of saturation was maintained around 90% and water pressures were negatives and close to zero. Besides, there are evidences that capillary barriers did not affect the model performance. As a result of wetting advancement, reinforcement strains and internal displacements have increased exponentially with the average of degree saturation of soil. Additionally, these parameters have shown to be correlated to the matric suction of soil with the same trend of the water retention curve. These relationships are essentially resulted from the soil stiffness alterations due to the wetting advancement and suction reduction. Under water content of compaction, reinforcement tensile forces were approximately zero, as a result of the relatively high stiffness of the unsaturated soil caused by the matric suction. Generally, displacements and reinforcement strains were small under wetting conditions and increased when stress increments were applied. However, these strains levels obtained cannot be considered excessive. A validation of laboratory results was observed in an instrumented geotextile reinforced soil wall, in addition to the comparison between woven and nonwoven geotextile sections, in which similar performances were found. Strains levels registered in field were consistent to the laboratory and the nonwoven geotextile wall was not affected by the wetting occurrence. Therefore, the efficiency of nonwoven geotextiles reinforced walls under wetting conditions is assured with no positive water pressures and relatively low levels of degree of saturation, being able to constitute permanent reinforced walls.

O presente trabalho consiste na avaliação experimental da influência do avanço da frente de umedecimento no comportamento de protótipos de muros de um solo fino reforçado com geotêxteis não tecidos. O desempenho dos protótipos foi analisado nas condições de eventos de chuvas de intensidade e duração variáveis, bem como na condição de precipitação intermitente com intensidade próxima e inferior à condutividade hidráulica do solo. Para efeito comparativo, avaliou-se o comportamento de um protótipo na condição de umidade de compactação constante. Durante a infiltração, observou-se a formação de barreira capilar sobre o geotêxtil e a eficiência de drenagem proporcionada pelos reforços, não permitindo o desenvolvimento de pressões da água positivas mesmo sob a condição de carregamento rápido. Após quebra da barreira, os valores de grau de saturação mantiveram-se em torno de 90% e as pressões da água ficaram próximas de zero ou negativas. Com relação ao comportamento dos protótipos, evidências mostraram que a formação de barreiras capilares nas interfaces solo-geotêxteis não influenciou negativamente no desempenho dos protótipos. Diante do umedecimento, as deformações e deslocamentos máximos aumentaram exponencialmente com o grau de saturação do solo. Ainda, estes parâmetros relacionaram-se com a sucção matricial de forma semelhante à tendência estabelecida na curva retenção de água do solo. Tais relações foram estritamente associadas às alterações da rigidez média do solo devido ao avanço da infiltração e as alterações na sucção do solo. Na condição umidade constante, constatou-se que o maciço poderia se manter estável mesmo com a ausência dos reforços devido à elevada rigidez proporcionada pela sucção do solo. De modo geral, os deslocamentos e deformações foram relativamente pequenos sob a ação da variável umedecimento. A associação desta com os incrementos de tensões geraram deformações adicionais, embora estas ainda não possam ser consideradas excessivas. Os resultados de uma estrutura real corroboraram o comportamento verificado em laboratório. De modo geral, os níveis de deformações foram bastante semelhantes e a presença de água não prejudicou o desempenho da estrutura. Curiosamente, geotêxteis não tecidos de baixa resistência e rigidez à tração foram tão eficazes na estabilidade quanto geotêxteis tecidos de maior rigidez e resistência. Portanto, a eficiência de estruturas de solos finos reforçados com geotêxteis não tecidos foi constatada, mostrando estas possíveis de compor estruturas permanentes. / The effect of the wetting front advancement on the performance of nonwoven geotextile reinforced soil walls constructed with poorly draining soils was evaluated by laboratory full scale models. The tested models performances were monitored under rainfall conditions with different intensities and duration, as well as under intermittent precipitation with reduced intensity of precipitation (lower than the soil permeability). For comparison purposes, an evaluation of a full scale model was conducted with constant soil water content (compaction water content). As regards infiltration, capillary barrier formation have been observed on the interface soil-geotextile during infiltration process; besides, the drainage function of reinforcements after the breakthrough of water, in which water pressures development have not been allowed to occur even after rapid loading. After breakthrough of water, the degree of saturation was maintained around 90% and water pressures were negatives and close to zero. Besides, there are evidences that capillary barriers did not affect the model performance. As a result of wetting advancement, reinforcement strains and internal displacements have increased exponentially with the average of degree saturation of soil. Additionally, these parameters have shown to be correlated to the matric suction of soil with the same trend of the water retention curve. These relationships are essentially resulted from the soil stiffness alterations due to the wetting advancement and suction reduction. Under water content of compaction, reinforcement tensile forces were approximately zero, as a result of the relatively high stiffness of the unsaturated soil caused by the matric suction. Generally, displacements and reinforcement strains were small under wetting conditions and increased when stress increments were applied. However, these strains levels obtained cannot be considered excessive. A validation of laboratory results was observed in an instrumented geotextile reinforced soil wall, in addition to the comparison between woven and nonwoven geotextile sections, in which similar performances were found. Strains levels registered in field were consistent to the laboratory and the nonwoven geotextile wall was not affected by the wetting occurrence. Therefore, the efficiency of nonwoven geotextiles reinforced walls under wetting conditions is assured with no positive water pressures and relatively low levels of degree of saturation, being able to constitute permanent reinforced walls.