Esta tese apresenta duas técnicas diferentes de preparação de amostras para produzir corpos-de-prova “ideais”, i.e. amostras artificialmente moldadas nas condições desejadas. O desafio fundamental da moldagem de amostras altamente colapsíveis cimentadas artificialmente é conservar a estrutura porosa com elevado índice de vazios enquanto ocorre a cura do cimento. Na primeira técnica isto é alcançado acrescentandose partículas de poliestireno expandido à mistura de solo. A segunda técnica utiliza duas etapas de preparo de forma que a cura parcial do cimento da primeira etapa de mistura já aconteceu quando a segunda etapa for realizada. Ambas as técnicas são utilizadas para produzir amostras colapsíveis que imitam o comportamento de solos altamente colapsíveis naturais. Ao mesmo tempo, as técnicas permitem a variação controlada dos parâmetros fundamentais que podem influenciar comportamento de colapso do solo. O trabalho apresentado nesta tese analisou os parâmetros que caracterizam e controlam o comportamento mecânico de solos colapsíveis. O programa experimental foi executado em amostras colapsíveis cimentadas artificialmente que possuem as características físicas mais relevantes de solos colapsíveis naturais: elevado índice de vazios, baixo nível de cimentação e condições não saturadas antes da inundação. O programa de laboratório foi fundamentado em ensaios de compressão não confinada, ensaios de condutividade hidráulica, testes para obtenção da curva característica do solo, análises de microscopia ótica, ensaios de cisalhamento direto, ensaios triaxiais, ensaios edométricos convencionais e com sucção controlada e ensaio de compressão isotrópica com controle de sucção Com base nos resultados experimentais, foi possível observar a importante influência do índice de vazios inicial e do teor de adição de cimento no processo de degradação da cimentação (desestruturação do solo) e no fenômeno de colapso por inundação. Isto é importante para se compreender o comportamento mecânico fundamental de solos colapsíveis cimentados e permitir o desenvolvimento de modelos constitutivos apropriados. É apresentado um modelo constitutivo (Wheeler, 2004) baseado em solos não saturados incluindo o efeito de cimentação (bonding) e o processo de desestruturação do solo. O modelo sugerido foi analisado qualitativamente com base nos resultados obtidos do programa experimental.

Para a determinação do comportamento de um solo não saturado, é necessária a identificação da sua curva característica, que representa a capacidade de armazenamento de água pelo solo em função do valor de sucção imposto. Quando este solo é submetido a algum processo de contaminação, a sua estrutura interna pode ser alterada por processos físico-químicos, modificando, por conseqüência, o seu comportamento. Esta dissertação propõe uma metodologia de ensaio para a determinação de curvas características de sucção total em um solo artificialmente contaminado com diferentes teores de óleo diesel. O programa experimental proposto consiste basicamente na realização do método do papel filtro, através da técnica sem contato entre a amostra e o papel, com algumas modificações em relação às metodologias anteriormente descritas na literatura geotécnica. Foram também executados ensaios para controle e quantificação da evaporação do contaminante ao longo do tempo, e sua possível absorção pelo papel filtro utilizado. Além disso, foram realizados ensaios para a caracterização física, mineralógica e química do solo, antes e após a adição do óleo, com o intuito de constatar as alterações causadas pela contaminação. O material estudado é constituído por sedimentos coluvionares provenientes de arenito da Formação Botucatu, sendo que sua curva característica, sem contaminação, já foi determinada em um estudo anterior, através do método do papel filtro com contato. Para possibilitar comparações entre estes resultados, foram medidos também alguns pontos em amostras não contaminadas, através da técnica proposta nesta dissertação. Estes apresentaram uma satisfatória concordância em relação à curva anteriormente ajustada. Na análise das curvas características do solo contaminado com 2%, 5%, 10% e 15% de óleo diesel, constatou-se a permanência do formato bimodal, sugerindo que a microestrutura e a macroestrutura continuam influenciando na entrada e saída de água do meio. Entretanto, foram identificadas alterações na forma da curva e na extensão dos patamares resultantes, em relação à curva característica sem contaminação, assim como as diferentes localizações dos valores de entrada de ar. Foi verificado que, conforme o aumento do teor de contaminante, há uma gradual tendência ao formato unimodal da curva característica, induzindo a um comportamento de solo tipicamente granular. Este fato foi comprovado nos resultados de microscopia eletrônica, onde se verifica que, com teores menores de óleo, a estrutura do solo encontra-se mais fechada e, à medida que este teor aumenta, a estrutura torna-se mais porosa. Os tempos de equalização para o método de ensaio proposto variaram entre 7 e 30 dias, conforme o nível de sucção da amostra. A avaliação da histerese revelou que, com o aumento do teor de contaminante, há uma pequena redução deste fenômeno. Além disso, os ensaios complementares comprovaram a existência de uma pequena porcentagem de evaporação do óleo diesel, assim como a absorção do mesmo pelo papel filtro, que se apresentou praticamente nula. / The unsaturated soil behavior can be determined through its soil-water characteristic curve, which represents the capacity of the soil to store water when submitted to different suction levels. When this soil is contaminated, its internal structure can be modified according to physical and chemical processes, thus changing the initial behavior. This dissertation proposes a test methodology to determine the total-suction soil-water characteristic curves of a contaminated soil at different diesel oil contents. The experimental program consisted of using the filter-paper method without contact between the sample and the paper, but with some modifications in relation to previously studied techniques. Some control tests were also carried out to check oil evaporation and its absortion by the filter paper. Besides, the samples were submitted to physical, mineralogical and chemical characterization, before and after contamination, to verify the possible changes. The studied material is a colluvium soil, constituted basically by sandstone, from the Botucatu Formation. This soil was previously studied by the filter-paper method with contact, and its soil water characteristic curve without contamination was already known. To compare the results, the proposed test methodology was also performed with non contaminated samples, showing a satisfactory agreement with the initial curve. The soil-water characteristic curves of this soil with a diesel oil content of 2%, 5%, 10% and 15% showed a "saddle" shape, indicating that both the microstructure and the macrostructure were influenced by the entrance and exit of water through the soil. However, the shape of the curve and the extent of its plateau changed according to the level of contamination. Increasing the oil content, the curve tends to a unimodal shape, with a behavior similar to granular soils. This statement was proved by the microstruture photographs, which showed an increase of sample porosity due to the increase of oil content. The time required to reach suction equilibrium during the tests varied between 7 to 30 days, according to the initial water content of the samples. The observed hysteresis had a small reduction with the increase of oil content. The control tests proved that oil evaporation and its absortion by the filter paper were insignificant in the whole test program.

Submitted by Amanda Leoncini Carvalho Barros (amanda_leoncini@yahoo.com.br) on 2018-11-09T16:08:38Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Amanda Barros.pdf: 17724737 bytes, checksum: aea0eba26a241617041802312cfe28db (MD5) / Approved for entry into archive by Lucilene Cordeiro da Silva Messias null (lubiblio@bauru.unesp.br) on 2018-11-09T16:42:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 barros_alc_me_bauru.pdf: 17724737 bytes, checksum: aea0eba26a241617041802312cfe28db (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-09T16:42:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 barros_alc_me_bauru.pdf: 17724737 bytes, checksum: aea0eba26a241617041802312cfe28db (MD5) Previous issue date: 2018-09-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Países com clima tropical sofrem frequentemente com o fenômeno da erosão. Devido às condições climáticas, que variam entre longos períodos de seca e chuvas intensas, em conjunto com a ação antrópica, este fenômeno tem seu efeito acelerado e pode causar graves consequências para o meio ambiente. Apesar do grande número de trabalhos publicados sobre o fenômeno erosivo, pouco deles aborda esse assunto sobre uma perspectiva da Mecânica dos Solos Não Saturados, muito comum nas regiões de clima tropical. Esta dissertação apresenta uma caracterização hidromecânica de um solo não saturado coletado de uma microbacia da cidade de Bauru-SP afetada por um processo erosivo hídrico e, conjuntamente, avalia o mecanismo de erodibilidade ocorrido na área. Os parâmetros hidráulicos foram obtidos pelos de retenção da água no solo e permeabilidade. Os parâmetros mecânicos foram obtidos pelos ensaios de compressão triaxial e edométricos, ambos com sucção controlada. Os resultados desses ensaios mostraram a influência da sucção tanto nos parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo quanto nos de compressibilidade. A avaliação do mecanismo de erodibilidade foi realizada com base nos resultados encontrados nos ensaios de compressão triaxial e Inderbitzen, sendo esse último disponível no histórico de informações da microbacia. Essa avaliação constatou que o aumento da sucção pode contribuir contra o efeito da erosão uma vez que interfere na sua resistência através do intercepto de coesão. Entretanto, caso haja uma chuva intensa na área, essa contribuição pode durar poucos minutos, pois a microbacia não possui um sistema de drenagem eficiente e a camada superficial se saturada rapidamente e, consequentemente, perde o intercepto de coesão que estava disponível antes da chuva. O trabalho realizado evidencia um severo processo erosivo na microbacia Água Comprida e ainda permite um avanço nos estudos desse solo em termos do conceito da Mecânica dos Solos Não Saturados. / Countries with tropical climate often suffer from the erosion phenomenon. Due to the climatic conditions, which vary between long periods of drought and intense rains, together with the anthropic action, this phenomenon has its effect accelerated and can cause serious consequences for the environment. In spite of the great number of published works on the erosive phenomenon, few of them approach this subject on a perspective of the Mechanics of Unsaturated Soils, very common in the regions of tropical climate. This dissertation presents a hydromechanical characterization of an unsaturated soil collected from a microbasin of Bauru-SP city affected by an erosive water process and, together, evaluates the mechanism of erodibility occurred in the area. The hydraulic parameters were obtained by the soil-water retention and permeability. The mechanical parameters were obtained by triaxial and edometric compression tests, both with controlled suction. The results of these tests showed the influence of suction on both the shear strength and the compressibility parameters. The evaluation of the erodibility mechanism was carried out based on the results found in the triaxial and Inderbitzen tests, the latter being available in the history of the microbasin information. This evaluation found that increased suction may contribute to the erosion effect since it interferes with its resistance through the cohesion parameter. However, if there is heavy rainfall in the area, this contribution may last for a few minutes because the microbasin does not have an efficient drainage system and the surface layer is rapidly saturated and consequently loses the cohesion intercept that was available before the rain. The work carried out evidences a severe erosive process in the Água Comprida microbasin and still allows an advance in the studies of this soil in terms of the concept of the Mechanics of Unsaturated Soils.

Esta tese tem por objetivo analisar o comportamento mecânico de um solo coluvionar de arenito não saturado (Solo AV) em condições indeformadas e remoldados. Sua localização é na divisa dos estados de Santa Catarina e Rio Grande do Sul. Os corpos de prova foram moldados com o mesmo índice de vazios na condição indeformada e na condição remoldada com o intuito de se avaliar o papel da estrutura deste solo. Para este estudo foi modificado o equipamento triaxial com sucção controlada, apresentado por Pereira (2006), inserindo os medidores de deslocamentos locais nos corpos de prova (sensores de efeito Hall). A partir dos medidores de deformação locais foi possível observar a influência da sucção nos módulos de deformabilidade do solo AV para a condição remoldada. Foram determinadas as envoltórias de resistência ao cisalhamento para os ensaios na condição não saturada para corpos de prova indeformados e remoldados. Na condição não saturada observou-se que o ângulo de atrito interno (’) é influenciado pelo nível de sucção e tensão normal líquida aplicada. As envoltórias no plano tensão cisalhante versus sucção são não lineares e resultam, para baixos valores de sucção, em valores de b sempre superiores a ’. Os resultados indicaram que os corpos de prova indeformados, na condição saturada, apresentaram parâmetros e resistência ao cisalhamento superiores aos corpos de prova remoldados. Entretanto, para a condição não saturada, os corpos de prova remoldados apresentaram resistência ao cisalhamento superiores a dos corpos de prova indeformados. Os resultados dos ensaios do hollow cylinder indicaram que a magnitude da tensão principal intermediária influencia na resistência ao cisalhamento obtida. Pela variação da direção da tensão principal maior observou-se um comportamento anisotrópico nos corpos de prova remoldados. Em termos de parâmetros de resistência ao cisalhamento os ensaios triaxiais e hollow cylinder apresentaram resultados consistentes, de acordo com a literatura. Os principais modelos de previsão de resistência ao cisalhamento existentes, baseados em dados básicos do Solo AV, não apresentaram um bom ajustes para as condições de moldagem. Baseado em análises estatísticas, foi possível obter duas equações de ajuste, sendo uma linear exponencial para a condição indeformada e uma parabólica para a condição remoldada. / This thesis aims to analyze the mechanical behavior of an unsaturated sandstone colluvium soil (Soil AV) in undisturbed and remolded conditions. The colluvium is located on the border of the states of Santa Catarina and Rio Grande do Sul. The specimens were prepared with the same void ratio for undisturbed and remolded conditions in order to evaluate the soil structure. For this study the triaxial apparatus with suction-controll, presented by Pereira (2006), was improved by inserting local displacement traducers (Hall effect sensors). These tranducers allowed the evaluation of the influence of the suction on the Young’s modulus for the soil AV in the remolded condition. Shear strength envelopes were determined based on tests on unsaturated condition on undisturbed and remolded specimens. For the unsaturated condition, it was noted that the internal friction angle ('’) is influenced by the level of suction and net normal stress applied. The shear envelopes on the shear stress versus suction plane are nonlinear and showed b higher than ’, for low suction values. The results showed that undisturbed specimens in saturated conditions presented shear strength parameters and shear strength higher than the remolded specimens. However, in the unsaturated condition the remolded specimens showed higher shear strength than undisturbed specimens. The Hollow Cylinder test results indicated that the intermediate principal stress has influence on shear strength of the soil. By varying the direction of major principal stress it was noticed an anisotropic behavior in the remolded specimens. In terms of shear strength parameters triaxial and hollow cylinder tests presented consistent results as it was observed in the literature. Some of the models used to predict the shear strength, based on basic parameters of the soil AV, have not shown good matches for both, undisturbed and remolded conditions. Based on statistical analysis, it was possible to obtain two adjustment equations being a linear exponential to the undisturbed conditions and a parabolic for the remolded condition.

Para a determinação do comportamento de um solo não saturado, é necessária a identificação da sua curva característica, que representa a capacidade de armazenamento de água pelo solo em função do valor de sucção imposto. Quando este solo é submetido a algum processo de contaminação, a sua estrutura interna pode ser alterada por processos físico-químicos, modificando, por conseqüência, o seu comportamento. Esta dissertação propõe uma metodologia de ensaio para a determinação de curvas características de sucção total em um solo artificialmente contaminado com diferentes teores de óleo diesel. O programa experimental proposto consiste basicamente na realização do método do papel filtro, através da técnica sem contato entre a amostra e o papel, com algumas modificações em relação às metodologias anteriormente descritas na literatura geotécnica. Foram também executados ensaios para controle e quantificação da evaporação do contaminante ao longo do tempo, e sua possível absorção pelo papel filtro utilizado. Além disso, foram realizados ensaios para a caracterização física, mineralógica e química do solo, antes e após a adição do óleo, com o intuito de constatar as alterações causadas pela contaminação. O material estudado é constituído por sedimentos coluvionares provenientes de arenito da Formação Botucatu, sendo que sua curva característica, sem contaminação, já foi determinada em um estudo anterior, através do método do papel filtro com contato. Para possibilitar comparações entre estes resultados, foram medidos também alguns pontos em amostras não contaminadas, através da técnica proposta nesta dissertação. Estes apresentaram uma satisfatória concordância em relação à curva anteriormente ajustada. Na análise das curvas características do solo contaminado com 2%, 5%, 10% e 15% de óleo diesel, constatou-se a permanência do formato bimodal, sugerindo que a microestrutura e a macroestrutura continuam influenciando na entrada e saída de água do meio. Entretanto, foram identificadas alterações na forma da curva e na extensão dos patamares resultantes, em relação à curva característica sem contaminação, assim como as diferentes localizações dos valores de entrada de ar. Foi verificado que, conforme o aumento do teor de contaminante, há uma gradual tendência ao formato unimodal da curva característica, induzindo a um comportamento de solo tipicamente granular. Este fato foi comprovado nos resultados de microscopia eletrônica, onde se verifica que, com teores menores de óleo, a estrutura do solo encontra-se mais fechada e, à medida que este teor aumenta, a estrutura torna-se mais porosa. Os tempos de equalização para o método de ensaio proposto variaram entre 7 e 30 dias, conforme o nível de sucção da amostra. A avaliação da histerese revelou que, com o aumento do teor de contaminante, há uma pequena redução deste fenômeno. Além disso, os ensaios complementares comprovaram a existência de uma pequena porcentagem de evaporação do óleo diesel, assim como a absorção do mesmo pelo papel filtro, que se apresentou praticamente nula. / The unsaturated soil behavior can be determined through its soil-water characteristic curve, which represents the capacity of the soil to store water when submitted to different suction levels. When this soil is contaminated, its internal structure can be modified according to physical and chemical processes, thus changing the initial behavior. This dissertation proposes a test methodology to determine the total-suction soil-water characteristic curves of a contaminated soil at different diesel oil contents. The experimental program consisted of using the filter-paper method without contact between the sample and the paper, but with some modifications in relation to previously studied techniques. Some control tests were also carried out to check oil evaporation and its absortion by the filter paper. Besides, the samples were submitted to physical, mineralogical and chemical characterization, before and after contamination, to verify the possible changes. The studied material is a colluvium soil, constituted basically by sandstone, from the Botucatu Formation. This soil was previously studied by the filter-paper method with contact, and its soil water characteristic curve without contamination was already known. To compare the results, the proposed test methodology was also performed with non contaminated samples, showing a satisfactory agreement with the initial curve. The soil-water characteristic curves of this soil with a diesel oil content of 2%, 5%, 10% and 15% showed a "saddle" shape, indicating that both the microstructure and the macrostructure were influenced by the entrance and exit of water through the soil. However, the shape of the curve and the extent of its plateau changed according to the level of contamination. Increasing the oil content, the curve tends to a unimodal shape, with a behavior similar to granular soils. This statement was proved by the microstruture photographs, which showed an increase of sample porosity due to the increase of oil content. The time required to reach suction equilibrium during the tests varied between 7 to 30 days, according to the initial water content of the samples. The observed hysteresis had a small reduction with the increase of oil content. The control tests proved that oil evaporation and its absortion by the filter paper were insignificant in the whole test program.

Esta tese apresenta duas técnicas diferentes de preparação de amostras para produzir corpos-de-prova “ideais”, i.e. amostras artificialmente moldadas nas condições desejadas. O desafio fundamental da moldagem de amostras altamente colapsíveis cimentadas artificialmente é conservar a estrutura porosa com elevado índice de vazios enquanto ocorre a cura do cimento. Na primeira técnica isto é alcançado acrescentandose partículas de poliestireno expandido à mistura de solo. A segunda técnica utiliza duas etapas de preparo de forma que a cura parcial do cimento da primeira etapa de mistura já aconteceu quando a segunda etapa for realizada. Ambas as técnicas são utilizadas para produzir amostras colapsíveis que imitam o comportamento de solos altamente colapsíveis naturais. Ao mesmo tempo, as técnicas permitem a variação controlada dos parâmetros fundamentais que podem influenciar comportamento de colapso do solo. O trabalho apresentado nesta tese analisou os parâmetros que caracterizam e controlam o comportamento mecânico de solos colapsíveis. O programa experimental foi executado em amostras colapsíveis cimentadas artificialmente que possuem as características físicas mais relevantes de solos colapsíveis naturais: elevado índice de vazios, baixo nível de cimentação e condições não saturadas antes da inundação. O programa de laboratório foi fundamentado em ensaios de compressão não confinada, ensaios de condutividade hidráulica, testes para obtenção da curva característica do solo, análises de microscopia ótica, ensaios de cisalhamento direto, ensaios triaxiais, ensaios edométricos convencionais e com sucção controlada e ensaio de compressão isotrópica com controle de sucção Com base nos resultados experimentais, foi possível observar a importante influência do índice de vazios inicial e do teor de adição de cimento no processo de degradação da cimentação (desestruturação do solo) e no fenômeno de colapso por inundação. Isto é importante para se compreender o comportamento mecânico fundamental de solos colapsíveis cimentados e permitir o desenvolvimento de modelos constitutivos apropriados. É apresentado um modelo constitutivo (Wheeler, 2004) baseado em solos não saturados incluindo o efeito de cimentação (bonding) e o processo de desestruturação do solo. O modelo sugerido foi analisado qualitativamente com base nos resultados obtidos do programa experimental.

Esta tese tem por objetivo analisar o comportamento mecânico de um solo coluvionar de arenito não saturado (Solo AV) em condições indeformadas e remoldados. Sua localização é na divisa dos estados de Santa Catarina e Rio Grande do Sul. Os corpos de prova foram moldados com o mesmo índice de vazios na condição indeformada e na condição remoldada com o intuito de se avaliar o papel da estrutura deste solo. Para este estudo foi modificado o equipamento triaxial com sucção controlada, apresentado por Pereira (2006), inserindo os medidores de deslocamentos locais nos corpos de prova (sensores de efeito Hall). A partir dos medidores de deformação locais foi possível observar a influência da sucção nos módulos de deformabilidade do solo AV para a condição remoldada. Foram determinadas as envoltórias de resistência ao cisalhamento para os ensaios na condição não saturada para corpos de prova indeformados e remoldados. Na condição não saturada observou-se que o ângulo de atrito interno (’) é influenciado pelo nível de sucção e tensão normal líquida aplicada. As envoltórias no plano tensão cisalhante versus sucção são não lineares e resultam, para baixos valores de sucção, em valores de b sempre superiores a ’. Os resultados indicaram que os corpos de prova indeformados, na condição saturada, apresentaram parâmetros e resistência ao cisalhamento superiores aos corpos de prova remoldados. Entretanto, para a condição não saturada, os corpos de prova remoldados apresentaram resistência ao cisalhamento superiores a dos corpos de prova indeformados. Os resultados dos ensaios do hollow cylinder indicaram que a magnitude da tensão principal intermediária influencia na resistência ao cisalhamento obtida. Pela variação da direção da tensão principal maior observou-se um comportamento anisotrópico nos corpos de prova remoldados. Em termos de parâmetros de resistência ao cisalhamento os ensaios triaxiais e hollow cylinder apresentaram resultados consistentes, de acordo com a literatura. Os principais modelos de previsão de resistência ao cisalhamento existentes, baseados em dados básicos do Solo AV, não apresentaram um bom ajustes para as condições de moldagem. Baseado em análises estatísticas, foi possível obter duas equações de ajuste, sendo uma linear exponencial para a condição indeformada e uma parabólica para a condição remoldada. / This thesis aims to analyze the mechanical behavior of an unsaturated sandstone colluvium soil (Soil AV) in undisturbed and remolded conditions. The colluvium is located on the border of the states of Santa Catarina and Rio Grande do Sul. The specimens were prepared with the same void ratio for undisturbed and remolded conditions in order to evaluate the soil structure. For this study the triaxial apparatus with suction-controll, presented by Pereira (2006), was improved by inserting local displacement traducers (Hall effect sensors). These tranducers allowed the evaluation of the influence of the suction on the Young’s modulus for the soil AV in the remolded condition. Shear strength envelopes were determined based on tests on unsaturated condition on undisturbed and remolded specimens. For the unsaturated condition, it was noted that the internal friction angle ('’) is influenced by the level of suction and net normal stress applied. The shear envelopes on the shear stress versus suction plane are nonlinear and showed b higher than ’, for low suction values. The results showed that undisturbed specimens in saturated conditions presented shear strength parameters and shear strength higher than the remolded specimens. However, in the unsaturated condition the remolded specimens showed higher shear strength than undisturbed specimens. The Hollow Cylinder test results indicated that the intermediate principal stress has influence on shear strength of the soil. By varying the direction of major principal stress it was noticed an anisotropic behavior in the remolded specimens. In terms of shear strength parameters triaxial and hollow cylinder tests presented consistent results as it was observed in the literature. Some of the models used to predict the shear strength, based on basic parameters of the soil AV, have not shown good matches for both, undisturbed and remolded conditions. Based on statistical analysis, it was possible to obtain two adjustment equations being a linear exponential to the undisturbed conditions and a parabolic for the remolded condition.

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.

Esta tese apresenta duas técnicas diferentes de preparação de amostras para produzir corpos-de-prova “ideais”, i.e. amostras artificialmente moldadas nas condições desejadas. O desafio fundamental da moldagem de amostras altamente colapsíveis cimentadas artificialmente é conservar a estrutura porosa com elevado índice de vazios enquanto ocorre a cura do cimento. Na primeira técnica isto é alcançado acrescentandose partículas de poliestireno expandido à mistura de solo. A segunda técnica utiliza duas etapas de preparo de forma que a cura parcial do cimento da primeira etapa de mistura já aconteceu quando a segunda etapa for realizada. Ambas as técnicas são utilizadas para produzir amostras colapsíveis que imitam o comportamento de solos altamente colapsíveis naturais. Ao mesmo tempo, as técnicas permitem a variação controlada dos parâmetros fundamentais que podem influenciar comportamento de colapso do solo. O trabalho apresentado nesta tese analisou os parâmetros que caracterizam e controlam o comportamento mecânico de solos colapsíveis. O programa experimental foi executado em amostras colapsíveis cimentadas artificialmente que possuem as características físicas mais relevantes de solos colapsíveis naturais: elevado índice de vazios, baixo nível de cimentação e condições não saturadas antes da inundação. O programa de laboratório foi fundamentado em ensaios de compressão não confinada, ensaios de condutividade hidráulica, testes para obtenção da curva característica do solo, análises de microscopia ótica, ensaios de cisalhamento direto, ensaios triaxiais, ensaios edométricos convencionais e com sucção controlada e ensaio de compressão isotrópica com controle de sucção Com base nos resultados experimentais, foi possível observar a importante influência do índice de vazios inicial e do teor de adição de cimento no processo de degradação da cimentação (desestruturação do solo) e no fenômeno de colapso por inundação. Isto é importante para se compreender o comportamento mecânico fundamental de solos colapsíveis cimentados e permitir o desenvolvimento de modelos constitutivos apropriados. É apresentado um modelo constitutivo (Wheeler, 2004) baseado em solos não saturados incluindo o efeito de cimentação (bonding) e o processo de desestruturação do solo. O modelo sugerido foi analisado qualitativamente com base nos resultados obtidos do programa experimental.

Para a determinação do comportamento de um solo não saturado, é necessária a identificação da sua curva característica, que representa a capacidade de armazenamento de água pelo solo em função do valor de sucção imposto. Quando este solo é submetido a algum processo de contaminação, a sua estrutura interna pode ser alterada por processos físico-químicos, modificando, por conseqüência, o seu comportamento. Esta dissertação propõe uma metodologia de ensaio para a determinação de curvas características de sucção total em um solo artificialmente contaminado com diferentes teores de óleo diesel. O programa experimental proposto consiste basicamente na realização do método do papel filtro, através da técnica sem contato entre a amostra e o papel, com algumas modificações em relação às metodologias anteriormente descritas na literatura geotécnica. Foram também executados ensaios para controle e quantificação da evaporação do contaminante ao longo do tempo, e sua possível absorção pelo papel filtro utilizado. Além disso, foram realizados ensaios para a caracterização física, mineralógica e química do solo, antes e após a adição do óleo, com o intuito de constatar as alterações causadas pela contaminação. O material estudado é constituído por sedimentos coluvionares provenientes de arenito da Formação Botucatu, sendo que sua curva característica, sem contaminação, já foi determinada em um estudo anterior, através do método do papel filtro com contato. Para possibilitar comparações entre estes resultados, foram medidos também alguns pontos em amostras não contaminadas, através da técnica proposta nesta dissertação. Estes apresentaram uma satisfatória concordância em relação à curva anteriormente ajustada. Na análise das curvas características do solo contaminado com 2%, 5%, 10% e 15% de óleo diesel, constatou-se a permanência do formato bimodal, sugerindo que a microestrutura e a macroestrutura continuam influenciando na entrada e saída de água do meio. Entretanto, foram identificadas alterações na forma da curva e na extensão dos patamares resultantes, em relação à curva característica sem contaminação, assim como as diferentes localizações dos valores de entrada de ar. Foi verificado que, conforme o aumento do teor de contaminante, há uma gradual tendência ao formato unimodal da curva característica, induzindo a um comportamento de solo tipicamente granular. Este fato foi comprovado nos resultados de microscopia eletrônica, onde se verifica que, com teores menores de óleo, a estrutura do solo encontra-se mais fechada e, à medida que este teor aumenta, a estrutura torna-se mais porosa. Os tempos de equalização para o método de ensaio proposto variaram entre 7 e 30 dias, conforme o nível de sucção da amostra. A avaliação da histerese revelou que, com o aumento do teor de contaminante, há uma pequena redução deste fenômeno. Além disso, os ensaios complementares comprovaram a existência de uma pequena porcentagem de evaporação do óleo diesel, assim como a absorção do mesmo pelo papel filtro, que se apresentou praticamente nula. / The unsaturated soil behavior can be determined through its soil-water characteristic curve, which represents the capacity of the soil to store water when submitted to different suction levels. When this soil is contaminated, its internal structure can be modified according to physical and chemical processes, thus changing the initial behavior. This dissertation proposes a test methodology to determine the total-suction soil-water characteristic curves of a contaminated soil at different diesel oil contents. The experimental program consisted of using the filter-paper method without contact between the sample and the paper, but with some modifications in relation to previously studied techniques. Some control tests were also carried out to check oil evaporation and its absortion by the filter paper. Besides, the samples were submitted to physical, mineralogical and chemical characterization, before and after contamination, to verify the possible changes. The studied material is a colluvium soil, constituted basically by sandstone, from the Botucatu Formation. This soil was previously studied by the filter-paper method with contact, and its soil water characteristic curve without contamination was already known. To compare the results, the proposed test methodology was also performed with non contaminated samples, showing a satisfactory agreement with the initial curve. The soil-water characteristic curves of this soil with a diesel oil content of 2%, 5%, 10% and 15% showed a "saddle" shape, indicating that both the microstructure and the macrostructure were influenced by the entrance and exit of water through the soil. However, the shape of the curve and the extent of its plateau changed according to the level of contamination. Increasing the oil content, the curve tends to a unimodal shape, with a behavior similar to granular soils. This statement was proved by the microstruture photographs, which showed an increase of sample porosity due to the increase of oil content. The time required to reach suction equilibrium during the tests varied between 7 to 30 days, according to the initial water content of the samples. The observed hysteresis had a small reduction with the increase of oil content. The control tests proved that oil evaporation and its absortion by the filter paper were insignificant in the whole test program.