No Brasil é comum a ocorrência de solos residuais colapsíveis naturais em condições não saturadas. A presente pesquisa visa ampliar o banco de dados referente aos parâmetros que os caracterizam e permitir uma correta interpretação do comportamento e dos fatores que influenciam sua resistência. Para tanto, foi necessário o desenvolvimento de uma técnica de preparo de amostras que possibilitasse a obtenção, em laboratório, de amostras com elevado índice de vazios e com diferentes níveis de cimentação. A técnica foi desenvolvida objetivando: (a) evitar as dificuldades de retirada de amostras indeformadas, e dos possíveis efeitos sobre a estrutura e (b) ensaiar materiais com diferentes índices de vazios. Após um longo e criterioso processo de avaliação, optou-se pelo uso de uma mistura de solo com cimento acrescido de partículas de poliestireno expandido, selecionado devido a suas características de baixa densidade, pequena resistência mecânica, leveza e trabalhabilidade. Foram realizados ensaios para verificação das características e reprodutibilidade das amostras obtidas pela técnica, ensaios de compressão simples para vários tempos de cura, ensaios de condutividade hidráulica para diferentes tamanhos de poros e homogeneidade das amostras. A técnica inovadora demonstrouse, a partir dos resultados dos ensaios, satisfatória do ponto de vista da reprodutibilidade, homogeneidade, resistência e permeabilidade das amostras obtidas. O estudo seguiu com a realização de um amplo programa experimental, constituído de: ensaios de cisalhamento direto, ensaios edométricos convencionais e com controle de sucção, medidas de sucção pela técnica do papel filtro e construção da curva característica do material. A partir dos resultados dos ensaios de laboratório pôde-se construir as envoltórias de resistência das configurações estudadas, verificou-se o potencial de colapso das mesmas, obteve-se as deformações por carregamento vertical e por inundação, construiu-se a linha de Estado Crítico do material, obteve-se a linha Virgem de Compressão e a linha de Variação da Sucção. Este estudo permitiu identificar as parcelas que influenciam o fenômeno de colapso, concluindo-se que este é influenciado pelo índice de vazios, agente cimentante e nível de sucção. / In Brazil it is usual to find natural collapsible residual soils in unsaturated conditions. The present work aims at producing a database in which the parameters of collapsible soils are reported. This procedure will support a correct interpretation of the behaviour of those materials and will help on identifying the factors that control their shear strength. To accomplish that it was necessary to develop a technique of sample preparation which allows laboratory specimens with high voids ratio and various degrees of cementation to be prepared. The technique was developed to (a) avoid the difficulty of taking off undisturbed samples and its inevitable effect in soil structure and (b) to test materials with different voids ratio. After a long and criterious evaluation process, a soil mixture with expanded polystyrene particles added to the cement was chosen, that leads to low density and low mechanic strength, lightness and good workability. Tests were performed to verify the characteristics and reproducibility of samples obtained by the technique developed in this work, which comprises simple compression tests with different particles sizes and sample homogeneity. The results showed that the new technique was promising in terms of reprodubility, homogeneity, strength and permeability. In addition to this, an extensive experimental programme was carried out comprising direct shear tests, oedometer tests with and without suction control, laboratory suction measurements and suction test to derive the characteristic curve. From the results it was possible to construct the shear strength envelope of the studied configuration, to verify the potential collapse of the soil, to evaluate the deformation produced by vertical loading and wetting, to determine the position of the critical state line and to obtain the compression virgin line. This study allowed to identifying the factors that control the collapse phenomena – it is concluded that collapsibility is a function of void ratio, cement agent and suction level.

Todo cálculo em engenharia está sujeito a incertezas, já que nenhum modelo descreve perfeitamente a realidade e está susceptível a erros de diversas espécies. No entanto, em se tratando de geotecnia, as incertezas podem ser ainda maiores, pois o material estudado – o solo – apresenta grande variabilidade. Esta dissertação tem por objetivo discutir os principais métodos de confiabilidade, e propor um procedimento prático e automático para cálculo da confiabilidade geotécnica a partir do acoplamento de um programa comercial de geotecnia – o GeoStudio – e e um programa acadêmico de confiabilidade – o StRAnD – por meio de um código em linguagem Fortran. O índice de confiabilidade e a probabilidade de falha foram estimados pelo método de primeira ordem (FORM), que mostrou bons resultados e um custo computacional bastante inferior aos métodos de simulação. O exemplo estudado nesse trabalho consistiu em um talude de solo não saturado, de forma a investigar a grande variação dos parâmetros em função da sucção. O uso do FORM nesse caso também se justificou pelo fato de as análises de fluxo terem um longo tempo de processamento. Os resultados encontrados para essa aplicação evidenciaram a importância da variabilidade dos parâmetros nas análises de confiabilidade, que podem modificar totalmente a confiabilidade do sistema. Os resultados mostraram ainda as discrepâncias que podem ocorrer em relação à análise determinística, seja em termos da superfície crítica ou do próprio diagnóstico de segurança do talude. As análises com o FORM forneceram também informações sobre a sensibilidade dos parâmetros, possibilitando reduzir o número de variáveis de forma a considerar apenas as que contribuam de forma significativa na confiabilidade, no caso, coesão, ângulo de atrito, Φb e peso específico. Ainda que os parâmetros hidráulicos não tenham apresentado grande sensibilidade neste exemplo, o aumento da quantidade de água que entra no talude, seja pelo aumento da condutividade hidráulica ou pela intensidade da chuva, mostrou uma tendência de aumento da sensibilidade desses parâmetros. / Every calculation in engineering is subject to uncertainty, since no model perfectly describes the reality and it is susceptible to errors of various kinds. However, when it comes to geotechnics, uncertainties can be even greater, because the studied material – soil – shows great variability. This paper aims to discuss the main reliability methods, and propose a practical and automatic procedure for geotechnical reliability calculation from coupling a commercial geotechnical program – the GeoStudio – and an academic reliability program – the StRAnD – using a Fortran code. The reliability index and the probability of failure were estimated by first-order method (FORM), which showed good results and much lower computational cost than the simulation methods. The sample studied in this work consisted in an unsaturated soil slope, in order to investigate the large variation of the parameters as a function of suction. The use of FORM in this case is also justified by the fact that flow analysis have a long processing time. The results for this application highlighted the importance of the parameters variability on reliability analysis, which can completely change the system reliability. The results also showed discrepancies that may occur in relation to the deterministic analysis, in terms of the critical surface or slope safety diagnosis. Analyses with FORM also provided information on the sensitivity of parameters, enabling to reduce the number of variables in order to consider only those that significantly contribute in reliability, in this case, cohesion, friction angle, Φb , and unit weight. Although the hydraulic parameters have not shown high sensitivity in this example, increasing the amount of water which enters the slope, by increasing hydraulic conductivity or the rainfall intensity, showed a tendency to increase the sensitivity of these parameters.

Submitted by Romulus Lima (romulus.lima@ufpe.br) on 2015-03-13T14:53:38Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Valquíria Barbosa.pdf: 4415538 bytes, checksum: f079308e2c7a0143d34ea9cb69101f16 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-13T14:53:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Valquíria Barbosa.pdf: 4415538 bytes, checksum: f079308e2c7a0143d34ea9cb69101f16 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013 / Solos expansivos ocorrem em várias partes no mundo. A variação de volume dos solos devido à inundação causa danos em diversas edificações. A mistura da cal com solo expansivo é um dos métodos de estabilização. A cal é um aglomerante aéreo, resultante da calcinação dos calcários ou dolomitos através de decomposição térmica e posteriormente hidratação formando o hidróxido de cálcio - Ca(OH)2 que tem diversas utilidades em várias atividades humanas. Este material tem propriedades físico-químicas capazes de conferir aos solos, quando misturado, por meio de reações, mudanças na microestrutura das partículas dos solos. O presente trabalho tem por objetivo analisar e interpretar os resultados do comportamento do solo natural e do estabilizado com a cal. Foram coletadas amostras indeformadas do solo expansivo de Cabrobó, realizados ensaios de caracterização física pelas normas da ABNT, química seguindo as recomendações do Manual da Embrapa, análise termogravimétrica, e ensaios edométricos simples e duplos para avaliar a tensão de expansão e expansão “livre” no solo natural (sem cal) e estabilizado com cal nas proporções em peso de 3%, 5% e 7%. Verificou-se que o acréscimo, em peso, de 7% de cal hidratada ao solo expansivo de Cabrobó estabiliza o solo quanto à expansão. A mistura da cal ao solo expansivo melhora as propriedades mecânicas e estabiliza a expansão dos solos.

Deslizamentos em solos tropicais são frequentemente resultados do avanço de uma frente de umedecimento devido às águas das chuvas. O avanço desta frente de umedecimento provoca elevação da poro-pressão de água ou redução da sucção, e consequentemente, perda de resistência do solo. Este trabalho apresenta um estudo sobre a resistência ao cisalhamento dos solos não saturados, abrangendo uma fase experimental envolvendo ensaios de caracterização, resistência e obtenção das propriedades hidráulicas dos solos e um estudo numérico, com o objetivo de verificar o comportamento da poro-pressão no interior de um talude e a influência na sua estabilidade. Os ensaios de resistência foram realizados no aparato de cisalhamento direto, para a condição inundada, e no aparato de compressão simples com medida direta de sucção, por meio do tensiômetro de alta capacidade (TAC), para a condição não saturada. O equipamento TRIFLEX 2 foi utilizado para se determinar os coeficientes de permeabilidade na condição saturada, e as curvas de retenção foram obtidas utilizando-se a placa de sucção, o TAC e o método do papel filtro. A partir dos resultados obtidos na fase experimental, avaliou-se a influência das características das precipitações (duração e intensidade), condições inicias de sucção no talude e das propriedades hidráulicas dos solos na variação da poro-pressão de água, no interior do talude, ao longo do tempo. Paralelamente à variação da poro-pressão de água, foi obtida a variação do fator de segurança durante e após a precipitação. / Landslides in tropical soils are often the result of advance of the wetting due to rainfall. This advance results from an increase in pore water pressure, reduction in present soil matric suction, reduction in the shear strength of the soil. This work will present a study related to the shear strength of unsaturated soils, including an experimental study, involving characterization, shear strength tests and obtaining hydraulic characteristics of the soils. There is also a numeric study with the aim to analyze the pore water pressure behavior in slopes and its influence in the slope stability. The shear strength tests were carried out in the direct shear test device, for the flooded condition, and concerning the unconfined compression with direct measured matric suction using a high capacity tensiometer (HCT) placed at the base of the sample, for the unsaturated condition. The permeability tests were carried out with TRIFLEX 2 device, and the retention curves were determined using suction plate, HCT and filtered paper. The experimental data permitted the evaluation of the influence of the characteristics of the rainfall (duration and intensity), initial conditions of the slope and of the hydraulic characteristics of the soils in the pore-pressure change of water in the slope, during the test time. In parallel to the pore pressure change of water, the variations of the safety factors during and after the rainfall were obtained.

Taludes formados por solos na condição não saturada são muito comuns no Brasil. Nestes casos a poro-pressão de água contribui para a estabilidade desses taludes. Este trabalho pretende avaliar o efeito do tipo de revestimento superficial na alteração do perfil de poro-pressão de água provocado por fluxos gerados a partir de precipitações, evaporação e evapo-transpiração, e conseqüentemente na estabilidade de talude experimental. São apresentadas aqui as características geológico-geotécnica, geomorfológica, climática e pluviométrica de campo experimental implantado na zona leste de São Paulo/SP, onde foram instalados e monitorados tensiômetros, pluviômetro e medidor de nível dágua por um período oito meses. Resultados de ensaios de caracterização, resistência e obtenção das propriedades hidráulicas dos solos que compõem o maciço estudado são analisados, assim como ensaios realizados com a argamassa de revestimento do talude, ensaios para a análise do funcionamento dos tensímetros e tubos tensiométricos utilizados no monitoramento, e outros ensaios realizados in situ. O monitoramento realizado indicou coerência entre precipitações e variação da poropressão de água, e variação do nível dágua do terreno, em ambos os tipos de revestimento superficial, vegetação natural e argamassa, nos dois tipos de solo presentes no maciço. Análises de estabilidade do talude indicaram o efeito do tipo de revestimento superficial e das variações sazonais de poro-pressão de água no fator de segurança ao escorregamento do talude. / Slopes formed by unsaturated soils are very common in Brazil. In these cases porewater pressure contribute for the slope stability behavior. This work aims at evaluating the effects of types of superficial coating on the profile of pore-water pressure changes, due to flow generated by precipitation, evaporation and evapotranspiration, and consequently on the stability of a experimental slope. It is presented here the geological-geotechnical, geomorfological, climatic and pluvial characterizations of the experimental field located in the east zone of São Paulo/SP, where have been installed and monitored tensiometers, pluviometer and groundwater level measurer during eight months. Results of tests of characterization, shear strength, and for obtaining the hydraulic properties of the in situ soils are analyzed, as well as the tests carried out with de mortar applied over the slope, as well as the functionality tests for the tensimeters and tensiometric tubes used on the monitoring, as well as other in situ tests. Monitoring indicated coherence between precipitation and change in pore-water pressure profile, and groundwater level, in both types of superficial coatings, natural vegetation and mortar, and in both types of in situ soils. Stability analyzes indicated the effect of the type of superficial coating and of the variation of pore-water pressure profile, during the experiment, on the factor of safety of the experimental slope.

A presente pesquisa apresenta resultados de uma série de ensaios de palheta de laboratório, com a finalidade de determinar a resistência não drenada de um solo residual compactado. Durante o ensaio foram realizadas medições continuas de sucção com uso de um tensiômetro de alta capacidade, disposto na base dos corpos de prova, sendo este procedimento inédito. O objetivo secundário do estudo é a avaliação de aspectos relacionados com a variação da resistência e sucção quando a distância do tensiômetro de alta capacidade é modificada com relação à superfície inferior do plano de ruptura pré-estabelecido. Para a realização destes experimentos foram modificados e adaptados equipamentos de laboratório. O estudo foi realizado com um solo residual de gnaisse compactado obtido do antigo campo experimental da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. O estudo constata que o valor medido da resistência não drenada é afetado pela proximidade do tensiômetro a palheta. / This research presents results of a series of mini-vane tests in order to determine the undrained shear strength of a residual compacted soil. During the tests and for the first time, continuous measurement of suction has been made using a high capacity tensiometer placed at the base of the specimen. The secondary aim of this study is to evaluate aspects related to resistance and suction variation when the distance of the high capacity tensiometer is modified in relation to the lower pre-set failure surface. For this reason laboratory equipments were modified and adapted in order to perform the study. The tests were performed with a compacted residual soil of gneiss obtained from the experimental site of the Polytechnical School of the University of São Paulo. The study showed that the undrained shear strength is affected when the vane are closer to the tensiometer.

Em muitas partes do mundo, engenheiros geotécnicos freqüentemente lidam com solos não saturados, e o desempenho de obras nestes solos depende de suas características mecânicas, como a resistência ao cisalhamento. A determinação experimental da resistência de solos não saturados pode ser feita em laboratório utilizando técnicas que permitem controle ou medida da sucção, sendo uma delas o ensaio de compressão triaxial com teor de umidade constante. Neste contexto, essa pesquisa analisa a resistência ao cisalhamento de um solo arenoso compactado não saturado por meio de ensaios de compressão triaxial. Ensaios do tipo adensado-drenado e adensado-não drenado foram realizados com solo saturado, enquanto ensaios com teor de umidade constante foram realizados para caracterizar o comportamento do solo não saturado. Os resultados dos ensaios com solo saturado foram combinados e forneceram uma envoltória de resistência comum em termos de tensões efetivas. Para o solo não saturado, as curvas tensão-deformação foram representadas pela diferença de tensões principais e por esta normalizada por algumas das variáveis de estado de tensão do solo. Tais curvas se assemelham a curvas típicas de um material plástico, com exceção das obtidas para a menor tensão confinante, nas quais se observou a ocorrência de picos de resistência. Já a sucção apresentou um comportamento comum a todos os ensaios, com redução inicial seguida de estabilização. As diferentes representações da curva tensão-deformação permitiram definir superfícies planares de resistência no espaço tensão x sucção x resistência, nas quais foram observadas pequenas variações nos valores de coesão efetiva e ângulo de atrito com relação à sucção. Apesar do bom ajuste destas envoltórias planares, os resultados mostraram alguma não-linearidade. Por fim, testaram-se os métodos de Khalili e Khabbaz (1998) e Vilar (2007) de previsão da resistência ao cisalhamento de solos não saturados. / In many parts of the world, geotechnical engineers frequently deal with unsaturated soils, and the performance of constructions on such soils depends on their mechanical characteristics, and among them, the shear strength. The unsaturated soil shear strength can be experimentally determined by using techniques which allow soil suction control or measurement and one of the available techniques is the constant water content triaxial compression test. In this context, this research analyzes the shear strength of an unsaturated compacted sandy soil using triaxial compression tests. Consolidated-drained and consolidated-undrained triaxial compression tests were performed with the saturated soil, while constant water content triaxial compression tests were performed to characterize the unsaturated soil behavior. Results of tests with saturated soil were gathered and yielded a common shear strength envelope in terms of effective stress. Regarding the unsaturated soil, the stress-strain curves were represented by the deviator stress and the deviator stress normalized by some stress state variables of the soil. Such curves were similar to typical curves of a plastic material, except for those obtained for the lower confining pressure, in which peak of stress were observed. Suction development during shearing presented a common behavior to all the tests, with initial reduction followed by stabilization. The different representations of stress-strain curves allowed defining shear strength planar surfaces on stress x suction x strength space, which showed small variations of effective cohesion and angle related to suction. Despite of the good adjustment of these planar shear strength envelopes, the results showed some non-linearity. Finally, the methods proposed by Khalili and Khabbaz (1998) and Vilar (2007) for predicting the shear strength of unsaturated soils were tested.

Deslizamentos em solos tropicais são frequentemente resultados do avanço de uma frente de umedecimento devido às águas das chuvas. O avanço desta frente de umedecimento provoca elevação da poro-pressão de água ou redução da sucção, e consequentemente, perda de resistência do solo. Este trabalho apresenta um estudo sobre a resistência ao cisalhamento dos solos não saturados, abrangendo uma fase experimental envolvendo ensaios de caracterização, resistência e obtenção das propriedades hidráulicas dos solos e um estudo numérico, com o objetivo de verificar o comportamento da poro-pressão no interior de um talude e a influência na sua estabilidade. Os ensaios de resistência foram realizados no aparato de cisalhamento direto, para a condição inundada, e no aparato de compressão simples com medida direta de sucção, por meio do tensiômetro de alta capacidade (TAC), para a condição não saturada. O equipamento TRIFLEX 2 foi utilizado para se determinar os coeficientes de permeabilidade na condição saturada, e as curvas de retenção foram obtidas utilizando-se a placa de sucção, o TAC e o método do papel filtro. A partir dos resultados obtidos na fase experimental, avaliou-se a influência das características das precipitações (duração e intensidade), condições inicias de sucção no talude e das propriedades hidráulicas dos solos na variação da poro-pressão de água, no interior do talude, ao longo do tempo. Paralelamente à variação da poro-pressão de água, foi obtida a variação do fator de segurança durante e após a precipitação. / Landslides in tropical soils are often the result of advance of the wetting due to rainfall. This advance results from an increase in pore water pressure, reduction in present soil matric suction, reduction in the shear strength of the soil. This work will present a study related to the shear strength of unsaturated soils, including an experimental study, involving characterization, shear strength tests and obtaining hydraulic characteristics of the soils. There is also a numeric study with the aim to analyze the pore water pressure behavior in slopes and its influence in the slope stability. The shear strength tests were carried out in the direct shear test device, for the flooded condition, and concerning the unconfined compression with direct measured matric suction using a high capacity tensiometer (HCT) placed at the base of the sample, for the unsaturated condition. The permeability tests were carried out with TRIFLEX 2 device, and the retention curves were determined using suction plate, HCT and filtered paper. The experimental data permitted the evaluation of the influence of the characteristics of the rainfall (duration and intensity), initial conditions of the slope and of the hydraulic characteristics of the soils in the pore-pressure change of water in the slope, during the test time. In parallel to the pore pressure change of water, the variations of the safety factors during and after the rainfall were obtained.

A presente pesquisa apresenta resultados de uma série de ensaios de palheta de laboratório, com a finalidade de determinar a resistência não drenada de um solo residual compactado. Durante o ensaio foram realizadas medições continuas de sucção com uso de um tensiômetro de alta capacidade, disposto na base dos corpos de prova, sendo este procedimento inédito. O objetivo secundário do estudo é a avaliação de aspectos relacionados com a variação da resistência e sucção quando a distância do tensiômetro de alta capacidade é modificada com relação à superfície inferior do plano de ruptura pré-estabelecido. Para a realização destes experimentos foram modificados e adaptados equipamentos de laboratório. O estudo foi realizado com um solo residual de gnaisse compactado obtido do antigo campo experimental da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. O estudo constata que o valor medido da resistência não drenada é afetado pela proximidade do tensiômetro a palheta. / This research presents results of a series of mini-vane tests in order to determine the undrained shear strength of a residual compacted soil. During the tests and for the first time, continuous measurement of suction has been made using a high capacity tensiometer placed at the base of the specimen. The secondary aim of this study is to evaluate aspects related to resistance and suction variation when the distance of the high capacity tensiometer is modified in relation to the lower pre-set failure surface. For this reason laboratory equipments were modified and adapted in order to perform the study. The tests were performed with a compacted residual soil of gneiss obtained from the experimental site of the Polytechnical School of the University of São Paulo. The study showed that the undrained shear strength is affected when the vane are closer to the tensiometer.

Taludes formados por solos na condição não saturada são muito comuns no Brasil. Nestes casos a poro-pressão de água contribui para a estabilidade desses taludes. Este trabalho pretende avaliar o efeito do tipo de revestimento superficial na alteração do perfil de poro-pressão de água provocado por fluxos gerados a partir de precipitações, evaporação e evapo-transpiração, e conseqüentemente na estabilidade de talude experimental. São apresentadas aqui as características geológico-geotécnica, geomorfológica, climática e pluviométrica de campo experimental implantado na zona leste de São Paulo/SP, onde foram instalados e monitorados tensiômetros, pluviômetro e medidor de nível dágua por um período oito meses. Resultados de ensaios de caracterização, resistência e obtenção das propriedades hidráulicas dos solos que compõem o maciço estudado são analisados, assim como ensaios realizados com a argamassa de revestimento do talude, ensaios para a análise do funcionamento dos tensímetros e tubos tensiométricos utilizados no monitoramento, e outros ensaios realizados in situ. O monitoramento realizado indicou coerência entre precipitações e variação da poropressão de água, e variação do nível dágua do terreno, em ambos os tipos de revestimento superficial, vegetação natural e argamassa, nos dois tipos de solo presentes no maciço. Análises de estabilidade do talude indicaram o efeito do tipo de revestimento superficial e das variações sazonais de poro-pressão de água no fator de segurança ao escorregamento do talude. / Slopes formed by unsaturated soils are very common in Brazil. In these cases porewater pressure contribute for the slope stability behavior. This work aims at evaluating the effects of types of superficial coating on the profile of pore-water pressure changes, due to flow generated by precipitation, evaporation and evapotranspiration, and consequently on the stability of a experimental slope. It is presented here the geological-geotechnical, geomorfological, climatic and pluvial characterizations of the experimental field located in the east zone of São Paulo/SP, where have been installed and monitored tensiometers, pluviometer and groundwater level measurer during eight months. Results of tests of characterization, shear strength, and for obtaining the hydraulic properties of the in situ soils are analyzed, as well as the tests carried out with de mortar applied over the slope, as well as the functionality tests for the tensimeters and tensiometric tubes used on the monitoring, as well as other in situ tests. Monitoring indicated coherence between precipitation and change in pore-water pressure profile, and groundwater level, in both types of superficial coatings, natural vegetation and mortar, and in both types of in situ soils. Stability analyzes indicated the effect of the type of superficial coating and of the variation of pore-water pressure profile, during the experiment, on the factor of safety of the experimental slope.