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O problema da disposição de resíduos de mineração e a ruptura de barragens de rejeitos preocupa engenheiros e órgãos ambientais nacionais e internacionais. Estes materiais possuem características geotécnicas distintas dos geomateriais encontrados em depósitos naturais, têm granulometria predominantemente siltosa e condutividade hidráulica intermediária. Como o ensaio de palheta constitui-se em uma técnica rotineira na estimativa da resistência ao cisalhamento não-drenada de argilas, procura-se através da presente pesquisa ampliar este conhecimento a solos siltosos. Dentre os fatores que influenciam as medições da resistência não-drenada, a velocidade de rotação pode ser considerada o mais importante, particularmente quando há ocorrência de drenagem parcial durante o cisalhamento. A ocorrência de drenagem parcial durante ensaios de campo em resíduos siltosos gera incertezas na interpretação e na estimativa de parâmetros de projeto. Assim, o objetivo deste trabalho consiste em avaliar a influência da velocidade de rotação da palheta na resistência não-drenada de um material siltoso, de granulometria semelhante aos resíduos de ouro, através de ensaios de laboratório utilizando uma mini-palheta. Para tal, procedeu-se a automatização e adaptação de um equipamento de palheta de laboratório, inicialmente manual, para aplicação de diferentes velocidades de rotação. Os ensaios de mini-palheta foram realizados a velocidades de rotação entre 0,5 e 54 rpm, que correspondem a velocidades adimensionais (V) entre 2 e 276. Os resultados dos ensaios de mini-palheta mostraram, de modo geral, um aumento na resistência com a diminuição da velocidade de rotação da palheta, devido à ocorrência do adensamento a baixas velocidades de rotação. O tempo de ruptura diminuiu e o deslocamento até a ruptura aumentou com o aumento da velocidade de rotação. Observou-se uma grande dispersão nos resultados dos ensaios, provavelmente devido à relação entre o tamanho da palheta e o tamanho dos grãos do solo. Com relação às condições de drenagem impostas ao solo durante o cisalhamento, observou-se que as condições não-drenadas foram satisfeitas para valores de V superiores a 10+2, enquanto as condições drenadas ocorrem para V inferior a 1. Assim, quando 1<V<10+2 há ocorrência de drenagem parcial durante o cisalhamento. A interpretação através da normalização de resultados, correlacionando a velocidade adimensional V ao grau de drenagem U, possibilita a identificação da ocorrência de drenagem parcial, evitando a superestimativa das propriedades geotécnicas dos solos em ensaios de campo.

The problem of tailings disposal and dams failure concerns engineers and national and international environmental agencies. These materials have geotechnical characteristics that differ from geomaterials found in natural deposits, are predominantly silty and have intermediate hydraulic conductivity. As the vane test is a usual technique to estimate the shear strength of clays, the present study extend this knowledge to silty soils. Among the factors that influence the…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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A prática da engenharia geotécnica dispõe de métodos consagrados para obtenção de parâmetros constitutivos através de ensaios de campo aplicados a solos argilosos, que apresentam resposta não drenada, e a solos granulares, que apresentam resposta drenada. Solos que possuem granulometria intermediária podem apresentar resposta parcialmente drenada, trazendo incertezas na obtenção de parâmetros geotécnicos estimados a partir destes ensaios. Este trabalho apresenta resultados de ensaios de campo conduzidos em diferentes velocidades, em dois depósitos de granulometria intermediária, para avaliar tanto a influência da velocidade sobre as medidas do ensaio, quanto a transição das condições de fluxo ao redor do piezocone. O primeiro local de estudo é caracterizado por um depósito natural localizado no município de Joinville/SC, constituído na camada analisada de solo siltoso. O segundo local é caracterizado por um depósito de resíduo de mineração de ouro localizado no município de Barrocas/BA, constituído na camada analisada de silte arenoso. Ensaios de piezocone em velocidade padrão buscaram primeiramente verificar a estratigrafia do terreno e definir uma camada mais homogênea para concentrar as análises. Ensaios de dissipação foram realizados para obtenção dos parâmetros de fluxo. Ensaios de piezocone com variação de velocidade compreenderam o intervalo de 0,5 mm/s a 45 mm/s no depósito natural e 0,3 mm/s a 57 mm/s no resíduo de mineração de ouro. Adicionalmente, amostras foram coletadas para caracterização dos materiais. Os resultados dos ensaios de piezocone nos dois depósitos estudados mostraram que a diminuição da velocidade gerou aumento da resistência e redução da poro-pressão e que o aumento da velocidade não gerou mudanças significativas, sugerindo que os ensaios em velocidade padrão são predominantemente não drenados. As análises em termos de velocidade adimensional mostraram que a transição de não drenado para parcialmente drenado ocorre em torno de uma velocidade normalizada V da ordem de 300 e a transição de parcialmente drenado para drenado ocorre em V inferior a 5 no resíduo de mineração de ouro. Já no depósito de solo natural a transição não pode ser avaliada com clareza devido ao sistema complexo de macrodrenagem, típico de solos residuais. Por fim, foi proposta uma metodologia que busca identificar o grau de drenagem ocorrido nos ensaios, com base na curva de drenagem estabelecida do solo, e converter a resistência à penetração parcialmente drenada em uma condição não drenada para permitir a utilização dos resultados e interpretação através das teorias consagradas.

In geotechnical engineering practice, a series of methods has been established for obtaining constitutive parameters from field tests applied to clay soils (considering the response fully undrained) and sandy soils (considering the penetration response as drained). Soils with intermediate particle sizes may present partial drained response, which introduces uncertainties in the assessment of constitutive parameters. This paper presents…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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A engenharia geotécnica brasileira é fortemente dependente dos resultados do ensaio SPT, sendo de fundamental importância aprimorar os métodos de investigação e elaboração de projetos nesta área. Embora bastante utilizado, o ensaio tem sido objeto freqüente de críticas, abrangendo tanto aspectos relacionados à dispersão de resultados, quanto à dependência do operador e diversidade de equipamentos e procedimentos. Devido a estas limitações, estudos de medição de energia têm sido desenvolvidos visando a padronização do ensaio, sendo inúmeras as contribuições nesta área. Para validar abordagens baseadas em conceitos de energia e dinâmica foram projetados, construídos e testados equipamentos de penetração dentro dos princípios de escala e similaridade com o objetivo de avaliar as semelhanças geométricas envolvidas no processo de cravação dinâmico. Os equipamentos foram projetados de acordo com uma análise dimensional, que objetiva estabelecer condições de semelhança física entre os ensaios considerando-se relações entre as áreas transversais dos amostradores correspondentes a 0,5, 1,5 e 2,0 vezes a área do amostrador padrão. A engenharia geotécnica brasileira é fortemente dependente dos resultados do ensaio SPT, sendo de fundamental importância aprimorar os métodos de investigação e elaboração de projetos nesta área. Embora bastante utilizado, o ensaio tem sido objeto freqüente de críticas, abrangendo tanto aspectos relacionados à dispersão de resultados, quanto à dependência do operador e diversidade de equipamentos e procedimentos. Devido a estas limitações, estudos de medição de energia têm sido desenvolvidos visando a padronização do ensaio, sendo inúmeras as contribuições nesta área. Para validar abordagens baseadas em conceitos de energia e dinâmica foram projetados, construídos e testados equipamentos de penetração dentro dos princípios de escala e similaridade com o objetivo de avaliar as semelhanças geométricas envolvidas no processo de cravação dinâmico. Os equipamentos foram projetados de acordo com uma análise dimensional, que objetiva estabelecer condições de semelhança física entre os ensaios considerando-se relações entre as áreas transversais dos amostradores correspondentes a 0,5, 1,5 e 2,0 vezes a área do amostrador padrão.

The Brazilian geotechnical practice is heavily dependent on SPT tests and for this reason it is fundamental the improvements of interpretation method throughout systematic research in this area. Although widely used, the test has been the object of frequent criticism, due to aspects related to scatter in test data, dependence of the operator and diversity of equipment and procedures. Because of these limitations, studies of measured energy have been developed to standardize the test are of ultimate importance and so are the methods of interpretation based on energy. To validate approaches based on the concepts of energy and dynamic, an equipment was constructed and tested following the principles of scale and similarity in an attempt of evaluating the geometrical similarities…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

▼ A extração e processamento de minério resultam na geração de elevadas quantidades de resíduos, cuja disposição gera impacto e risco ambiental. O lançamento direto em reservatórios contidos por diques consiste na forma mais comum de disposição dos resíduos de mineração em superfície. Estes diques podem ser construídos por alteamentos sucessivos a montante (upstream), prática desaconselhada em alguns países. Apesar de se tratar de um processo de baixo custo, o tipo de aterro a montante é uma operação de risco, pois a montante as barragens são sensíveis à liquefação e também porque a estabilidade das barragens pode ser ameaçada pelo excesso de poro pressão gerado dentro do depósito durante a construção. Para atender às exigências de projetos de áreas de disposição de resíduos é, portanto, fundamental entender o comportamento destes materiais. Resíduos exibem considerável variabilidade em suas características físicas, químicas e mineralógicas, que conferem um comportamento distinto dos geomateriais usualmente encontrados em depósitos naturais. Entre os diferentes resíduos destacam-se ouro e bauxita cuja prática de exploração no Brasil é revestida de considerável interesse econômico e ambiental. Nesta tese estes materiais são analisados a partir de uma extensa campanha de investigação geotécnica baseada em um programa de ensaios de laboratório destinados à caracterização destes resíduos e à definição de parâmetros constitutivos. Para fins comparativos são realizados ensaios com um material siltoso, porém inerte. A condutividade hidraúlica e compressibilidade dos resíduos foram obtidas através de ensaios oedométricos executados com estágios de carga e gradientes hidráulicos constantes. Ensaios triaxiais foram realizados com altos níveis de tensões de confinamento e distintas trajetórias de tensões, para a definição da linha do estado crítico e a identificação do comportamento destes materiais através de ensaios com Bender Elements. A análise dos resultados obtidos permitiu comparações entre a linha de consolidação oedométrica (LCO), a linha de consolidação isotrópica (LCI) e a linha do estado crítico (LEC) que definiram a resposta de liquefação estática do material. No espaço e - log (p´) o aparecimento de um comportamento instável alterou significativamente a inclinação da LEC com relação a LCI e a LCO. A mesma mudança de inclinação é observada tanto no parâmetro de estado como no módulo cisalhante do solo quando plotados contra a tensão efetiva média. Com base nessas evidências, é defendido que o LEC de resíduos de mineração é altamente não-linear, e servem como indicativo de três respostas distintas do solo: uma resposta estável quando LCO, LCI e a LEC exibem paralelismo, um comportamento meta-estável em baixas tensões de confinamento levando à liquefação e quebra de grãos para altas tensões de confinamento da amostra. O avanço nas pesquisas relativas à disposição de resíduos provenientes de indústrias de mineração com o conhecimento dos fenômenos que se processa, poderá evitar a ocorrência de ruptura de barragens, que… Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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O presente trabalho apresenta um estudo das condições geotécnicas e do monitoramento da obra de ampliação dos molhes, proteção da entrada do canal de navegação do Porto de Rio Grande-RS/ Brasil, assente em solos moles. Atenção é dada a problemas associados à capacidade de carga e recalque das fundações. Investigações indicaram que o solo de fundação é constituído de uma camada de areia com 3 a 5 m de espessura abaixo do piso marinho, seguida de camada de argila mole, com índice NSPT de 2 a 4 e espessura média de 15 m. Somente abaixo dessa profundidade ocorrem solos de maior resistência. Deste modo, antecipou-se no projeto que as camadas do subsolo marinho iriam sofrer recalques e deslocamentos significativos quando submetidas às cargas decorrentes do alteamento dos molhes, havendo a necessidade de garantir as condições de estabilidade a partir da construção de bermas de equilibrio. Devido aos riscos, a obra foi concebida como observacional, sendo acompanhada de instrumentação de controle do processo construtivo, incluindo a observação das poro-pressões, recalques e deslocamentos horizontais na camada de argila mole, compressível e de baixa resistência. A instrumentação implantada na obra inclui inclinômetros, medidores do tipo aranha e piezômetros, sendo tal instrumentação pioneira no Brasil em obras nearshore, pois devido às condições marítimas adversas, parte dos instrumentos envia os dados via rádio, com monitoramento contínuo em tempo real. Este trabalho apresenta relatos das etapas da obra, incluindo a investigação das condições do subsolo e a instalação da instrumentação, constituindo-se igualmente em um desafio devido à profundidade, às restrições de acesso, ventos, impacto de ondas e correntes. Os resultados da instrumentação foram analisados e sistemas de alerta foram implantados para garantir as condições de segurança durante todas as etapas construtivas dos molhes.

The present work presents the study of the geotechnical conditions and the monitoring of the breakwaters enlargement work in Rio Grande-RS/Brazil. The breakwaters are the protection for the Rio Grande harbor channel, based on soft soils. Focus is given to problems associated to the load and settlements of the foundations. Investigations have indicated that the soil is constituted of a 3 to 5 meter thick sand layer under the sea floor, followed by a soft clay layer with NSPT between 2 and 4 and 15 meter average thick. Only under this depth soils with larger strength occur. Therefore, it was predicted in the project that the layers from the sea subsoil would experience considerable settlements and displacements when they undergo the loads from the breakwaters heightening, existing the need to ensure stability conditions with the construction of balance berms. Due to risks, the work was conceived as observational and it has been accompanied by a control instrumentation of the constructive process, including pore water pressure observations as well as horizontal and vertical displacements in the clay layer. The implemented instrumentation…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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Elemento estratégico na inserção de um país no contexto do desenvolvimento tecnológico e no cenário econômico internacional a indústria de mineração, que envolve a extração e o processamento de minério, resulta na geração de elevadas quantidades de resíduos, cuja disposição gera impacto e risco ambiental. Neste sentido, a presente pesquisa é um estudo de investigação geotécnica em uma área de disposição de resíduos de mineração de zinco, com o objetivo de caracterizar adequadamente o rejeito evitando os riscos de acidentes e impactos ambientais. A área de disposição em estudo resulta do processo de mineração do zinco da Votorantim Metais e Zinco, localizada em Juiz de Fora – MG, na qual os resíduos foram lançados em uma barragem por via úmida, em forma de lama. Os ensaios foram realizados em três ilhas de investigação (PZC01, PZC02 e PZC03), nas quais foram realizados ensaios de palheta (vane test), piezocone (CPTU), cone sísmico (SCPTU) e coleta de amostras para ensaios de laboratório. A campanha teve como objetivo avaliar principalmente a influência da velocidade de carregamento na estimativa dos parâmetros geotécnicos a partir dos ensaios de campo, e para isso foram empregadas distintas velocidades de rotação no ensaio de palheta e de cravação do piezocone. Complementarmente foi analisada a influência da velocidade em argilas, ensaios nos quais os efeitos viscosos são predominantes. Com isto é possível buscar uma análise integrada para avaliar a ocorrência de drenagem parcial durante os ensaios combinada, se necessário, aos efeitos viscosos. Nestas análises são usados resultados de trabalhos anteriores (i. e. BLIGHT, 1968 e BISCONTIN & PESTANA, 1999), estabelecendose uma metodologia para interpretação de ensaios de campo em resíduos de mineração de zinco.

Strategic to a nation´s development and essential to its recognition as an economical international player, the mining industry comprises the extraction and processing of minerals and produces, as a consequence, large amounts of tailings that represent important environmental risks and impacts. The present research focus on the study of zinc tailings and attempts to contribute in a general understanding of tailings behavior to allow reliable engineering design of tailing deposits to reduce the risk of failure and contamination. This goal has been achieved throughout a study of a large zinc tailing deposit from Votorantim Metais e Zinco, at Juiz de Fora, in the state of MG, Brazil. In this area, tailings are deposited as slurry. The study of this material has been made by carrying out vane tests, piezocone tests (CPTU) and seismic cone tests (SCPTU), as well as by collecting disturbed samples for laboratory investigation. The site investigation comprises three investigation positions (PZC01, PZC02 e PZC03), selected to give a representative evaluation of the area and its variations. Tests were performed to investigate rate effects and its implications on the prediction of soil properties assessed from testing data. Different penetration and rotation rates have…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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Recentemente foi desenvolvido na Universidade Federal do Rio Grande do Sul um método racional para previsão de capacidade de carga em fundações profundas. Denominado de método UFRGS, este procedimento considera conceitos de energias envolvidos durante o ensaio SPT. No presente trabalho, realizou-se estudo da precisão das estimativas fornecidas pela aplicação do método com intuito de compreender, averiguar, ajustar e validar seu uso na prática de engenharia. Para tal, foi gerado um banco de dados de provas de carga estáticas instrumentadas com base na bibliografia nacional e internacional, sendo este constituído de 25 casos em estacas metálicas, 42 em escavadas, 12 do tipo hélice contínua e 10 em prémoldadas. Considerando a resistência mobilizada por atrito lateral, ponta, resistência total e curvas de mobilização, foram gerados gráficos expressando os resultados obtidos pelo método e os resultados medidos nas provas de carga. Adicionalmente, apresenta-se uma comparação com resultados fornecidos por métodos consagrados de previsão de comportamento em estacas: os métodos de Aoki-Velloso, Décourt & Quaresma e interpretação teórica. De maneira geral, o método UFRGS apresentou subestimativas e baixa dispersão para o atrito lateral e uma superestimativa acompanhada de maior dispersão para a ponta das estacas. Da análise dos resultados, verifica-se que o método captura os mecanismos de mobilização de resistência desenvolvidos nas estacas, e reproduz resultados globais compatíveis com os métodos empregados na prática de engenharia. Além disso, apresenta destacada potencialidade haja vista à facilidade de melhoria dos resultados, que através da calibração da energia transferida pelo ensaio SPT, possibilita aplicação e compartilhamento entre diferentes práticas internacionais. Por fim, no âmbito de projeto, destaca-se que dentre todos os métodos empregados, o método estudado forneceu menor dispersão de atrito lateral. Em projetos que envolvem cálculos de risco e probabilidade de ruína, chama-se atenção de que melhorias discretas nos valores de dispersões geram ganho significativo na diminuição dos riscos.

Recently, a rational method for predicting the pile bearing capacity was developed at Federal University of Rio Grande do Sul in Brazil: the so called method UFRGS which considers the concepts of soil dynamics and principles of energy conservation in the interpretation of SPT test results. The present work analyses the accuracy of predicted bearing capacity values with the aim of understanding, verifying, and validating its application in engineering practice. Thus a database of static and instrumented load tests was built from national and international case studies; the data is composed by 25 load tests executed on steel piles, 42 on drilled piles, 12 on continuous flight auger piles and 10 on precast piles. The mobilized contributions of skin friction, tip resistance, and load mobilization curves of each pile were evaluated and compared to actual predictions using the results from UFRGS method. Furthermore, a series of…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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Este trabalho apresenta estudo exploratório realizado com 29 alunos ingressantes no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil – PPGEC da Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS, 2009 e 2010, composto de questionário com cinco questões abertas, abordando questões relacionadas ao domínio dos alunos sobre temas ligados a legislação, aplicações e aplicabilidade econômica da gestão de resíduos sólidos. Este estudo serviu de base para identificar as lacunas de conhecimento e, com base neste resultado, foi desenvolvido e implantado um modelo de disciplina a distância - Tópicos Especiais de Engenharia I: Gerenciamento de Resíduos Sólidos - ofertada pelo PPGEC em janeiro de 2010. A disciplina a distância teve o objetivo de consolidar a cultura de formação continuada para profissionais da área tecnológica, bem como implementar Tecnologias de Informação e Comunicação (TICs) em aplicações com fins educacionais. A disciplina foi estruturada tendo como base o modelo sistêmico de Moore e Kearsley (2007) que descreve os principais componentes de um sistema de educação a distancia que são: identificação das fontes, projeto instrucional, oferta, interação, ambientes de aprendizagem e avaliação. São descritos todos os passos do desenvolvimento do projeto instrucional, implantação do curso e avaliação do desempenho dos alunos (projeto que emula um caso real de ampliação de um aterro sanitário) e avaliação da disciplina pelos alunos.

The present work starts with an exploratory study with 29 students from the the Post-Graduation Course in Civil Engineering at Federal University of Rio Grande do Sul (PPGEC/UFRGS). A questionnaire consisting in a series of five open-ended questions designed with the purpose of gathering information regarding the students´ familiarity to subjects such as environmental legislation and management of Solid Wastes was applied in March 2009. Assessment to the students´ lack of knowledge on these topics guided the development and implementation of a long distance course named “Special Topics in Engineering: Management of Solid Wastes, offered by PPGEC in January 2010. The course was developed with the aim of consolidating the culture of continuous education in the technological field, as well as evaluating the potential of Information and Communication Technologies (ICTs) for education purposes. The course has been structured following the conceptual framework proposed by Moore and Kearsley (2007), which implied on incorporating recommendations of the critical aspects of the systems approach: identification of learner’s needs, instructional design, technology and media, interaction, learning environment and evaluation. Within this frame of reference, the work describes every step taken in the instructional design development, implementation of the course with used technologies and evaluation of the students from a case based study that emulates the real extension of municipal solid waste (MSW) site. Finally the students´ satisfaction with the course was assessed.

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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As reservas de petróleo e gás estão localizadas cada vez mais longe da costa e em águas profundas e ultra profundas, o que faz necessário a utilização de estruturas flutuantes, as quais estão sujeitas às forças impostas por condições ambientais, tais como vento, ondas e correntes marítimas. É portanto relevante o estudo de sistemas de ancoragem de estrutura flutuantes, sendo estes responsáveis pelo posicionamento da plataforma, garantindo segurança às operações realizada. Este é o objetivo do presente trabalho, que diz respeito a um estudo numérico do comportamento do trecho enterrado da linha de ancoragem de plataformas flutuantes de extração, produção e/ou armazenamento de petróleo. O sistema de ancoragem estudado é do tipo taut-leg, recomendado para lâminas de água superiores a 1000m. Este tipo de ancoragem pode ser dividido em três partes, um trecho suspenso que vai da plataforma até o leito marinho, um trecho apoiado sobre o leito marinho e um terceiro segmento que penetra no solo junto com a âncora, o qual adquire a forma de uma catenária invertida. Este tipo de sistema chega ao leito marinho com inclinações entre 30 e 45° e é capaz de resistir a esforços horizontais e verticais. O objetivo deste estudo é analisar os parâmetros envolvidos, as forças atuantes e a configuração do trecho em catenária invertida, através de análise numérica para os experimentos realizados em laboratório em escala reduzida. Os ensaios experimentais realizados por Rocha (2014) consistiram na aplicação de um conjunto de forças no trecho da linha de ancoragem que simula o encontro da corrente com o leito marinho, medindo-se as cargas no ponto que representa o olhal onde a corrente é fixada à âncora. A configuração da linha no trecho enterrado era obtida através de um ultrassom. Neste trabalho foi feita retro-análise numérica dos resultados obtidos experimentalmente a fim de se determinar os parâmetros que definem o equilíbrio do trecho enterrado da linha de ancoragem. Esses parâmetros foram validados para diferentes carregamentos, respeitando as configurações do solo e da corrente, através de um conjunto de equações diferenciais e do software DIGIN. Com base nas análises são quantificados a atenuação do sistema e os parâmetros de capacidade de carga e adesão que controlam o processo de transferência de cargas.

Oil and gas reserves are located offshore, in deep and ultra deep waters and for this reason the use of floating structures becomes necessary. Those structures are subject to forces imposed by environmental conditions such as wind, waves and sea currents. It is therefore relevant to study the anchoring of floating structure systems, as it is responsible for positioning the platform and ensuring security operations. This is the aim of the present research efforts, which describes a numerical study of the behavior of the embedded portion of systems designed to anchor the floating platform during extraction, production and/or storage of oil. The taut-leg mooring system is the one studied herein, which is recommended for water…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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A instalação de estruturas offshore em grandes profundidades demanda avanços na área da Engenharia, principalmente quanto ao desenvolvimento de novas tecnologias associadas à ancoragem destas estruturas. O objetivo deste trabalho é analisar os mecanismos e conceitos associados à fluidização de solos arenosos com jatos de água, associando a técnica ao melhoramento do solo com agente cimentante, com a finalidade de futuramente aplicar estas técnicas em campo, na instalação e fixação de fundações e âncoras para plataformas e estruturas offshore. O trabalho é fundamentado nas pesquisas de Niven (1998) e Mezzomo (2009). O estudo foi desenvolvido através de ensaios em laboratório, sendo os ensaios de fluidização executados em tanque de acrílico de 45 x 45 cm e altura de 110 cm. Foram realizados ensaios em areia fina de granulometria uniforme (d50 = 0,18 mm). Quanto aos ensaios de fluidização, foi avaliada a influência dos parâmetros do jato (vazão e velocidade) na geometria da zona fluidizada, verificando as equações empíricas para determinar a geometria da zona fluidizada através do número de Froude das partículas (Frp) - desenvolvidas por Mezzomo (2009) - e ampliando o banco de dados dos ensaios de fluidização. Foi avaliada a influência dos parâmetros do jato (vazão) e do solo (permeabilidade e diâmetro das partículas), sobre a profundidade crítica T3. Foi definida a relação entre a profundidade crítica T3 de ensaios executados no centro e na lateral do tanque de ensaios (T3centro/T3lateral = 0,5 a 0,8). Complementarmente, foram realizados ensaios de fluidização associados à injeção de agente cimentante, através dos quais foi possível compreender a forma geral de comportamento da injeção de agente cimentante em solos arenosos. Finalmente, foram executadas provas de carga estáticas à tração em solo arenoso fluidizado e não fluidizado, e em ensaios com injeção de calda de cimento. Através destes, verificou-se uma perda de capacidade de carga entre 30 e 50% devido à fluidização do solo. Além disso, a injeção de agente cimentante resultou em aumento da capacidade de carga entre 11 e 15 vezes, em relação aos ensaios sem injeção de agente cimentante.

The installation of offshore structures in deep water demands advances in Engineering, particularly for the development of new technologies associated with the anchor of these structures. The aim of this paper is to analyze the mechanisms and concepts associated with fluidization of sandy soils with water jets, combining the technique of improvement of the soil with cementing agent in order to implement these techniques in the field for installing and arrest offshore foundations and anchors of platforms and structures, in the future. The work is based on Niven (1998) and Mezzomo (2009) researches. The study was developed through laboratory tests designed for fluidization tests carried on into acrylic tank of dimensions 45 x 45 cm and height of 110 cm. The tests were performed with uniform fine sand (d50 = 0.18 mm). About fluidization tests the influence of jet parameters (rate…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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A maior parte do petróleo explorado no Brasil encontra-se em jazidas marítimas onde a lâmina d’água pode superar os 1000 metros. As descobertas recentes de novos campos de petróleo offshore têm motivado pesquisas nesta área para enfrentar os desafios tecnológicos envolvidos nos processos de exploração do óleo. Para a extração deste material, são comumente empregadas plataformas flutuantes que utilizam um sistema de ancoragem no leito oceânico para sua operação. O presente trabalho estuda uma nova técnica de instalação de âncoras para plataformas marítimas de petróleo, que serve de alternativa e/ou adaptação a técnicas já utilizadas, e que consiste na aplicação de jatos de água para remoção do solo permitindo que a âncora penetre no subleito oceânico. No desenvolvimento do trabalho foi analisado o comportamento de duas argilas (A e B), nas quais o jateamento vertical de água é utilizado para introduzir tubos metálicos na massa argilosa. Os ensaios de jateamento foram realizados em laboratório, utilizando tanques retangulares de dimensões reduzidas com paredes em acrílico, preenchidos com solo. A geometria da cavidade formada pela injeção em cada amostra argilosa foi observada através das paredes dos tanques. A influência da técnica de instalação na adesão solo-estaca foi avaliada através de provas de carga à tração, realizadas no próprio tubo usado no jateamento em cada ensaio, cujos resultados foram comparados com provas de carga em tubos instalados sem o emprego do jateamento. Nos testes com jatos são identificados dois mecanismos de erosão, característicos de argilas com alto índice de vazios: a erosão em massa e a superficial. A máxima profundidade da zona erodida não coincidiu com o eixo do tubo na quase totalidade dos ensaios. A penetração do jato no subleito do solo argiloso reduz com o aumento da profundidade do jato, e também com a resistência da argila. O diâmetro da cavidade na saída do jato sofreu redução com o aumento da profundidade. A geometria da cava erodida em cada argila mostrou ser função da velocidade e do diâmetro do jato, sendo determinadas equações empíricas para estimar suas dimensões. Após a instalação dos tubos empregando a técnica do jateamento, a redução média da adesão solo-estaca na argila A foi de 42% e na argila B foi de 41% em relação à adesão inicial. As análises dos resultados em função da velocidade do jato e da vazão indicaram pequena influência destes parâmetros na variação da adesão do solo ao tubo.

Most of all petroleum produced in Brazil is encountered in marine deposits where the water depth may exceed 1000 meters. Recent discoveries of new offshore oil fields have motivated studies in this area designed to develop new techniques applied to oil exploration. For the extraction of oil deposits floating platforms are commonly used, supported by anchorage systems on the seabed. This work examines a new technique for installing anchors for offshore oil platforms, that can work as alternatives or complement to existing techniques, and consists of applying water jets to remove…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

▼ Os ensaios de palheta são frequentemente utilizados na estimativa da resistência não-drenada de depósitos de argilas moles devido à simplicidade do equipamento, rapidez de execução e baixo custo. A velocidade de deformação em ensaios de palheta de campo é, geralmente, de 6º/min. Contudo, os resultados destes ensaios são influenciados por vários fatores e, dentre eles, a velocidade de rotação pode ser considerada um dos mais importantes. Sob condições não-drenadas, os materiais argilosos apresentam ganho de resistência não-drenada com o aumento da velocidade de cisalhamento, resultante da viscosidade da água adsorvida nas partículas de solo. Como o ensaio de palheta tem sido cada vez mais utilizado para estimar a resistência não-drenada de outros solos de granulometria fina, como siltes, resíduos de mineração entre outros, é preciso ter cautela na interpretação dos resultados nestes materiais, pois a utilização da velocidade padrão de campo pode levar à ocorrência de drenagem parcial durante o cisalhamento e, nestes casos, os solos apresentam resistência e rigidez maiores que sob condições não-drenadas. Desta forma, o objetivo deste trabalho consiste na avaliação da influência da velocidade de rotação do ensaio de palheta na resistência dos solos. Foram realizados ensaios de palheta, utilizando palhetas de 20,2, 25,5 e 40,0 mm de diâmetro e com relação altura-diâmetro igual a 2 a velocidades de rotação de 0,68 a 10800o/min, utilizando três misturas compostas por 85% caulim e 15% bentonita com 100, 130% e 160% de umidade (argilosas), uma mistura composta por caulim puro a 50% de umidade (silte) e uma mistura composta por 60% caulim e 40% areia com 40% de umidade (silte). A partir dos resultados dos ensaios de palheta, observou-se que a resistência não-drenada aumenta com a velocidade, sob condições não-drenadas, tanto para os solos argilosos quanto para os siltosos. A resistência não-drenada também é influenciada pelo diâmetro da palheta e pelo índice de vazios do solo, e consequentemente pelo seu teor de umidade. A resposta viscosa dos ensaios de palheta ao longo de toda a faixa não-drenada pode ser descrita por uma equação potencial (para valores de velocidade adimensional maiores que 10). Os solos siltosos, especialmente a argila misturada com areia, também apresentam aumento de resistência com o aumento da velocidade, sob condições não-drenadas, mais pronunciado que para os solos argilosos. Entretanto, a pequenas velocidades, uma parcela do excesso de poro pressão gerado durante a rotação da palheta foi dissipado, ocasionando efeitos de drenagem parcial durante o cisalhamento. O torque medido durante os ensaios é influenciado pelas dimensões da palheta. Porém, não foi verificada qualquer tendência de variação na resistência normalizada (T/Tref) decorrente das dimensões da palheta. A velocidade normalizada (V) considera diretamente, além da velocidade, a geometria da palheta e o coeficiente de adensamento do solo e reflete os efeitos de permeabilidade, rigidez e velocidade de cisalhamento, fatores que também… Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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O objetivo desta tese foi verificar a viabilidade de utilização de jatos de água verticais circulares, únicos e contínuos, provenientes da ponteira de uma estaca torpedo, para auxiliar sua instalação por peso próprio no leito marinho, através da fluidização do solo. Foram realizados ensaios de laboratório, em modelo reduzido, utilizando hastes para simular estacas torpedo (sem aletas) seguindo a lei de semelhança pelo número de Froude. Os ensaios de instalação por peso próprio, com e sem fluidização, ocorreram sem altura de queda, com a estaca modelo em contato com a superfície do leito. Trabalhou-se com três diâmetros de estacas, seis massas, quatros vazões e areia fina saturada compactada em duas densidades relativas iniciais (média e densa). Os ensaios de arrancamento, em leito arenoso fluidizado e não fluidizado, foram realizados imediatamente, 4, 24 e 48 horas após a instalação dos modelos. A metodologia de instalação proposta mostrou-se viável, quando o jateamento é aplicado desde a superfície em solo arenoso. As profundidades instaladas atingidas por fluidização (L/de > 50) foram consideravelmente superiores às profundidades cravadas por apenas peso próprio (L/de < 5). A geometria da zona perturbada durante a instalação por fluidização dos modelos, permaneceu constante e paralela ao fuste, com geometria de aproximadamente 2de em relação ao modelo, independentemente da vazão aplicada e da densidade relativa inicial do solo. A partir das leis de análise dimensional, uma expressão para a profundidade instalada das estacas modelo foi proposta, mostrando que a mesma é função do peso e da geometria do modelo, das propriedades físicas do solo e do fluido, e de sua vazão. Quanto maior a massa do modelo e a vazão aplicada e menor a densidade relativa, maior a profundidade atingida e maior a velocidade inicial de instalação. Constatou-se que a capacidade de carga axial dos modelos depende da densidade relativa, do diâmetro do modelo e do método de instalação (com e sem fluidização). Independentemente da densidade relativa inicial, o solo fluidizado convergiu para a mesma densidade relativa final, próxima as suas condições no estado crítico. As estacas em solo fluidizado apresentaram ganho resistência com o tempo (efeito de setup), com capacidade de carga inferior às estacas cravadas em solo não fluidizado.

The aim of this thesis was to investigate the feasibility of using circular vertical water jets, single and continuous, from the tip of a torpedo pile, to assist its installation by own weight on the seabed, through soil fluidization. Laboratory model tests were carried out, using tubes to simulate torpedo piles (without wings) following the law of similarity defined by the Froude number. The installation tests by the pile own weight, with and without fluidization, occurred without drop height, with the piles in contact with the surface of the bed. Three diameters of model piles and six masses, four flow rates and saturated sand at two initial relative densities (medium and dense) have been used in this set of…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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Este trabalho aborda o desenvolvimento e implementação de um Sistema Tutor Inteligente (STI), disciplina da Inteligência Artificial, disponibilizado para acesso pela World Wide Web e modelado para o domínio da Engenharia de Fundações. No planejamento desse STI optou-se pela implementação da estratégia pedagógica baseada em elaboração de projeto (Project-Based Learning - PBL), atividade que, supõe-se, contém a síntese das habilidades desejadas para o profissional da área das Engenharias. A elaboração de projetos pressupõe o diagnóstico das condições iniciais do problema a ser resolvido, o equacionamento e a síntese de conhecimento necessária para propor soluções viáveis, características que evidenciam a complexidade da ação de projetar e vêm ao encontro das necessidades complexas do ensino de Engenharia. Este tema integra o framework teórico desta Tese. Nele contextualiza-se o problema da formação do engenheiro contemporâneo, destacando-se as estratégias de raciocínio necessárias para a análise, equacionamento e proposição de soluções para problemas rotineiros no exercício profissional. Estes pressupostos são estruturados em um STI que envolve o uso de recursos computacionais com a intenção de simular a tutoria humana. Este trabalho aborda o desenvolvimento e implementação de um Sistema Tutor Inteligente (STI), disciplina da Inteligência Artificial, disponibilizado para acesso pela World Wide Web e modelado para o domínio da Engenharia de Fundações. No planejamento desse STI optou-se pela implementação da estratégia pedagógica baseada em elaboração de projeto (Project-Based Learning - PBL), atividade que, supõe-se, contém a síntese das habilidades desejadas para o profissional da área das Engenharias. A elaboração de projetos pressupõe o diagnóstico das condições iniciais do problema a ser resolvido, o equacionamento e a síntese de conhecimento necessária para propor soluções viáveis, características que evidenciam a complexidade da ação de projetar e vêm ao encontro das necessidades complexas do ensino de Engenharia. Este tema integra o framework teórico desta Tese. Nele contextualiza-se o problema da formação do engenheiro contemporâneo, destacando-se as estratégias de raciocínio necessárias para a análise, equacionamento e proposição de soluções para problemas rotineiros no exercício profissional. Estes pressupostos são estruturados em um STI que envolve o uso de recursos computacionais com a intenção de simular a tutoria humana. A estrutura interna do STI, bem como a interface, foram desenvolvidas para que o sistema tivesse condições de acompanhar o aluno durante a solução dos problemas propostos e, desta forma, inferir sobre o nível de conhecimento e aspectos do raciocínio do aluno, habilitando o sistema a agir de acordo com as estratégias implementadas.

The present work aims at developing and implementing a Intelligent Tutoring System in the field of Foundation Engineering, (ITS), a subject of Artificial Intelligence, available from World Wide Web. In the design of this system, a pedagogical strategy…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

▼ No sistema produtivo contemporâneo, o design é uma atividade central, pois responde pelo projeto de bens e serviços. Design não está, todavia, relacionado apenas com as capacidades criativas ou com leituras estéticas do projetista – como faz crer o uso popular da palavra - englobando profissionais dos mais diversos domínios. Um engenheiro eletrônico que projeta circuitos; um engenheiro mecânico que projeta motores; um arquiteto que projeta um edifício; um designer gráfico que projeta uma marca; um analista que projeta um software: todos são designers. Em comum estes profissionais têm o mesmo tipo de problema, e assim o percurso cognitivo destes profissionais é similar. Da mesma forma, espera-se que um designer que projeta um artefato educacional digital também apresente comportamentos semelhantes durante o processo de projeto. Todavia, como é regra para a atividade de design, o projeto de artefato educacionais digitais tem seus desafios. Neste caso específico, o desafio do designer está no fato de que ele não pode projetar sozinho. Até mesmo nas etapas iniciais do projeto - quando se está gerando idéias e explorando conceitos, quando não se tem clara a forma ou mesmo a estrutura do artefato – o designer não pode projetar sozinho. Isto porque, para este tipo de artefato, o conhecimento e as habilidades do designer precisam ser orientadas por educadores e especialistas no domínio. Neste cenário se colocam as questões de pesquisa desta tese, que buscam compreender qual papel o designer tem enquanto membro de uma equipe de desenvolvimento de artefatos digitais educacionais. Como se entende que o designer não pode projetar este tipo de artefato sozinho, os objetivos específicos desta tese relacionam-se à cooperação com outro especialista: o educador. Deseja-se investigar como estes profissionais constroem colaborativamente o espaço do problema; quais estratégias de projeto os designers utilizam; e se há evidências de sobreposição entre os domínios pertinentes ao problema (neste caso, “educação”, “design” e “química”). Utilizando métodos adaptados à análise de atividades de design, investigou-se a atividade de duas duplas – formadas por um designer e por um educador especialista no domínio – buscando regularidades que pudessem responder à tais questões. Os resultados sugerem que a complexidade do tema não é um fator tão marcante para a qualidade do projeto quanto a estratégia utilizada pelo designer. Quando o designer decidiu tentar “brifar” seu colega – a fim de estruturar seu conhecimento sobre o tema para embasar o projeto – o efeito da complexidade do tema se fez sentir. Já quando o designer buscou integrar rapidamente as informações recebidas de seu colega educador ao projeto - sem antes buscar estruturar seu conhecimento sobre o tema – o efeito do tema foi tênue. Nenhuma destas estratégias corresponde à descrição de processos de design reportadas na literatura. Ao utilizar a estratégia de “integrar o mais rápido possível”, o designer deixou claras algumas de suas concepções a respeito dos processos de ensino e… Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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Procura-se nesta pesquisa estudar o desempenho de estacas escavadas de grande diâmetro em solo arenoso sob diferentes métodos executivos (uso de polímero e bentonita). Um programa de provas de cargas instrumentadas em profundidade foi realizado para verificar o desempenho de estacas escavadas em solo arenoso sob carga vertical. O Campo Experimental em que se realizou o estudo localiza-se no município de Araquari, litoral Norte do Estado de Santa Catariana, Brasil. O perfil geotécnico é composto de areia compacta a fofa, intercalada por uma camada de argila de três metros de espessura entre os 18 e 22m de profundidade. Foram executas duas estacas escavadas de 1,0m de diâmetro e cota de apoio de 24,10m e 24,40m respectivamente com uso de polímero (Polymud) e bentonita. Os resultados das provas de carga demostraram diferença de desempenho entre as duas técnicas usadas. Realizaram-se duas provas de carga lenta para verificar o desempenho. Uma prova de carga em que a carga máxima resistida pela estaca com uso de bentonita foi de 4574kN gerando deslocamento de 63,5mm no topo da estaca. Outra prova de carga na estaca com uso de polímero em que a carga aplicada no topo da estaca foi de 8518kN a qual gerou um deslocamento no topo da estaca de 98,71mm. O desempenho do atrito lateral apresentado pela estaca com o uso de lama bentonítica foi inferior que a estaca em que foi usado polímero. Essa diferença foi maior na camada até de 0,0 m aos 11,0m iniciais. Nesses 11,0m iniciais o solo é composto por uma camada de areia fofa a pouco compacta até os 4,0m e dos 4,0m aos 11,0m areia compacta a muito compacta. Essa redução da resistência lateral na estaca com o uso de bentonita pode estar relacionado devido à formação de cake. Em relação ao desempenho da carga de ponta, as técnicas de execução não tiveram influência na capacidade de carga.

It has been sought in this research to study the performance of bored piles of large diameter in sandy soil under different executive methods (the use of polymer and bentonite). A testing program of instrumental loads in depth was conducted to verify the performance of bored piles in sandy soil under vertical load. The experimental field in which the study took place is located in the city of Araquari, coast of the state of Santa Catarina, Brazil. The geotechnical profile is composed by compact sand to soft, alternated with a layer of clay three meters thick between 18 and 22m deep. It’s been executed two bored piles of 1.0m diameter and depth of 24,10m and 24,40m respectively with use of polymer (Polymud) and bentonite. The results of load tests have shown performance difference between the techniques used. There were two tests of slow load to verify performance. A load test in which maximum load resisted by the pile with use of bentonite was 4574kN creating 63,5mm displacement at the top of the pile. Another proof load on the pile with the polymer used in the load applied to the top of the pile was 8518kN which an offset generated at the top of the pile 98,71mm. The performance of the lateral…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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Contribuir ao entendimento dos mecanismos que controlam o comportamento da interação estaca-solo, em estacas de grande diâmetro executadas em perfil arenoso, foi a principal motivação que levou a propor a criação de um campo experimental, concebido para realização de um programa de ensaios de provas de carga instrumentadas. Este processo deu inicio com o desenvolvimento desta pesquisa, que descreve a caracterização geotécnica da área de estudo. As investigações geotécnicas iniciais foram compostas por ensaios de campo; ensaios de penetração padrão (SPT), ensaios dilatométricos (DMT) e ensaios de piezocone (CPTu), além de ensaios de laboratório de caracterização, representados por ensaios de umidade natural e ensaios granulométricos. Os ensaios de campo permitem obter parâmetros constitutivos do perfil da área de estudo, sendo possível junto à descrição geológica, fazer algumas inferências que foram determinantes para o processo de concepção das provas de carga instrumentadas. Uma revisão de aspectos geológicos foi realizada, caracterizando-se o contexto regional e a gênese das planícies costeiras do estado de Santa Catarina, área onde foi localizado o campo experimental. Ênfase é dada á instrumentação das estacas, sendo elementos essenciais para a realização das provas de carga e analises posteriores, incluindo, diversas recomendações para instrumentação tanto no topo como no fuste das estacas. Previsões de capacidade de carga através de três métodos de cálculo, dimensionamento do sistema de reação, metodologia de carregamento e instrumentação fazem parte das contribuições resultantes da realização desta pesquisa, subsidiando a execução das provas de carga de pesquisas futuras. Estes subsídios foram projetados em base a normativas nacionais e internacionais, além da recopilação de diferentes experiências relatadas na literatura, as quais estão incluídas na revisão bibliográfica.

Contributing to the understanding of the mechanism controlling the behavior of the pile-soil interaction in large diameter piles in sand was the main motivation of the present research. This led to the creation of an experimental testing site designed to test large diameter instrumented piles. This process has started with the development of this research, which describes the geotechnical characterization of the area. Geotechnical investigations comprised field test: standard penetration tests (SPT), dilatometer tests (DMT) and cone penetration tests (CPTu), as well as laboratory tests to determinate the natural moisture and soil granulometric curves. Field studies allow obtaining constitutive parameters of the profile of the study area that beside the geological description, allowed inferences regarding the instrumentation of piles. A review of geological features was held, characterizing the regional deposition and the genesis of the coastal area of the state of Santa Catarina, where the experimental field was located. Emphasis is given to the instrumentation of piles, essential for the analyses of test, including several…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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Engenheiros geotécnicos, defrontam-se frequentemente com solos de baixa capacidade de suporte. Para viabilizar projetos nestes materiais, pode-se utilizar fundações com grandes dimensões e/ou melhorar a propriedades mecânicas destes solos. Fundações de grandes dimensões podem ser extremamente onerosas e gerar impactos ambientais indesejáveis provocados por grandes movimentações de solo. Em contrapartida, o melhoramento das propriedades mecânicas do solo pode ser obtido por meio de tratamento com agentes cimentantes. Esta técnica tem-se mostrado bastante promissora nas diversas subáreas da geotecnia, como por exemplo, leito e subleito de pavimentação, estabilidade de taludes e terrenos para assentamento de fundações à compressão. A utilização desta técnica em fundações escavadas submetidas à tração ainda é incipiente. Até meados dos anos 1950, os métodos de previsão de desempenho consideravam somente o peso do solo contido em uma superfície ruptura somado ao peso da fundação, como contribuindo na capacidade de carga ao arrancamento. Estudos recentes passaram a incluir uma terceira parcela de resistência devido à resistência ao cisalhamento do solo. A partir de então diversos autores passaram a estudar técnicas de melhoramento e reforços dos reaterros. Num primeiro momento, foi estudada a influência das técnicas de compactação do reaterro e a substituição do material por outro com melhores propriedades. Atualmente, os estudos concentram-se no reforço dos reaterros com geossintéticos e adição de agentes cimentícios. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é realizar um estudo avaliando os benefícios gerados pelo aumento da capacidade de carga, de fundações escavadas e reaterradas com areia fina e homogênea (proveniente da cidade de Osório/RS), cimentada, avaliando sua influência em termos das propriedades geométricas (diâmetro das fundações, profundidade de assentamento e diâmetro de tratamento) e geotécnicas (coesão, ângulo de atrito e módulo de elasticidade, influenciados pelo teor de cimento). Para tanto foram realizadas provas de carga à tração, variando-se o diâmetro (30 e 45 cm), profundidades de embutimentos (entre 0,5 e 2,0), e teores de cimento (0%, 3% e 7%). Através das provas de carga, verificou-se que o aumento do teor de cimento e da profundidade de assentamento aumentam a capacidade de carga à tração. Os resultados experimentais foram reproduzidos pelo método de elementos finitos por meio de retroanálise. A partir do modelo numérico gerado pela retroanálise, foram executadas duas análises paramétricas. Na primeira foram definidos os parâmetros significativos – coesão e embutimento – e determinada uma equação adimensional para determinação da carga máxima para tratamento de uma camada infinita. Na segunda análise foram definidos ábacos para determinação da perda de carga em função da redução do diâmetro de tratamento, para três níveis de cimentação – baixa, média e alta.

Geotechnical engineers frequently have to deal with soils that have reduced strength. In order to carry out the design of footings…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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A recente descoberta das reservas de petróleo do Pré-Sal no Brasil obrigou a indústria a enfrentar condições de extração adversas, a mais de 1000m de lâmina de água e 5000m de sedimentos. Com o aumento da procura, justificou-se investir em pesquisa e tecnologia para dar resposta aos diversos problemas de exploração em águas ultra profundas. Em condições desfavoráveis de exploração, diversos sistemas tecnológicos submersos autônomos no fundo do mar, nearshore e offshore, tem que ser instalados para resistir a esforços solicitados por plataformas devido a manobras de navios, ondas, correntes marinhas, ventos, etc.. Atualmente a Petrobras utiliza um sistema desenvolvido e patenteado, as estacas torpedo metálicas, para resistir às solicitações e ancorar no leito oceânico as suas plataformas flutuantes. Sua instalação consiste na queda livre e penetração no solo argiloso marinho, por ação da aceleração da gravidade nas suas massas, e que apresenta ainda alguns desafios na instalação. O presente trabalho avalia uma nova técnica de instalação de âncoras para plataformas marítimas de petróleo e outras estruturas, que serve de alternativa e/ou melhoria à técnica já utilizada, e que consiste na instalação de uma haste metálica pela ação do seu peso próprio e por aplicação de jatos de água verticais, provenientes de tubos metálicos inseridos em solos argilosos. O estudo, na primeira etapa descrita nesta tese, concentra-se em modelos reduzidos, seguindo as leis de semelhança pelo número de Froude, e futuramente pretende-se transitar para o protótipo. Os ensaios de hidrojateamento foram realizados em laboratório, utilizando tanques em forma de paralelepípedo, com paredes em acrílico, preenchidos com solo argiloso. O estudo foi realizado em modelos reduzidos para duas escalas de comprimento, correspondentes a 1:67 e 1:76, com o objetivo de estudar o mecanismo de penetração dos torpedos metálicos e nos fenômenos de hidrojateamento em solo argiloso. O solo foi caracterizado e nos ensaios foram identificados e avaliados: (a) a influência do fluxo de água a partir das variáveis vazão, pressão, velocidade e diâmetro do jato, (b) a influência da massa e diâmetro das hastes metálicas e (c) a interação solo-estaca pós instalação. Os resultados apresentados indicaram que as maiores profundidades de penetração das estacas torpedo foram atingidas para os modelos de maior massa, e também para as maiores vazões do fluxo de água, para maiores pressões de fluxo de água e menor resistência não drenada do solo. Com base nas variáveis controladas foi possível estabelecer um modelo e uma equação para estimar a profundidade máxima atingida por estacas metálicas instaladas por fluidização. Estes resultados complementaram estudos anteriores e permitiram uma avaliação, baseada em modelos reduzidos, na eficiência do jateamento, parâmetros de controle do mecanismo de erosão, profundidade máxima de penetração no leito marinho e capacidade de carga das estacas, sempre utilizando conceitos de similaridade para relacionar modelo e protótipo.

Deep water…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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Ensaios de penetração dinâmica são ferramentas de investigação geotécnica de fácil execução e baixo custo. Estas características tornaram o ensaio SPT na técnica de investigação mais utilizada em diversos países como Canadá, Estados Unidos, Japão e principalmente, no Brasil. Em contrapartida, a penetração dinâmica de amostradores produz um complexo mecanismo de reação do solo, função da energia entregue ao sistema e da capacidade de absorção desta energia pelo próprio solo. Na prática de engenharia, este mecanismo é simplificado através do uso de abordagens empíricas. Pesquisas na década de 1970, realizadas por Schmeertmmann & Palacius (1979) e Schmertmmann (1979), avaliaram a energia inserida no sistema haste-amostrador objetivando a padronização do ensaio SPT para diferentes equipamentos e procedimentos. Pesquisas recentes de interpretação do ensaio utilizam conceitos de conservação de energia e trabalho realizado pelo amostrador ao penetrar no solo, visando equacionar a resistência mobilizada (eg. Oderebrecht, 2003; Odebrecht et al, 2005; Schnaid, 2005). Na presente pesquisa, são utilizados os conceitos de conservação de energia, associados com equações de equilíbrio dinâmico e com a teoria de expansão de cavidades (Vésic, 1972) para desenvolver uma rotina de simulação numérica capaz de modelar os principais mecanismos de reação do solo devido cravação de um amostrador. A partir da validação da rotina de simulação numérica para ensaios dinâmicos de distintas geometrias (ensaios SPT, ILPT, NALPT e RLPT), avalia-se a variabilidade da energia entregue ao solo devido às diferenças de compacidade do solo, eficiência do golpe, geometria do martelo, tipo e comprimento da composição de hastes. Destas simulações, é possível observar as diferenças de resultados entre ensaios de distintas geometrias de martelo e composição de hastes, concluindo-se que pequenas variações geométricas produzem diferenças no índice de resistência à penetração. Como conseqüência, sugere-se que a interpretação dos resultados depende de um método racional de análise capaz de incorporar estes efeitos à estimativa de propriedades de comportamento de solos. Na identificação dos mecanismos de ruptura para solos de diferentes compacidades foram desenvolvidas duas metodologias que permitem estimar a resistência ao cisalhamento de solos granulares a partir do índice de resistência à penetração medida em ensaios de penetração dinâmica. A primeira metodologia utiliza a rotina de simulação numérica desenvolvida através de uma análise do Problema do valor inverso, enquanto a segunda proposta utiliza os pressupostos do Teorema de Buckingham no estabelecimento de uma solução analítica que permita estimar o ângulo de atrito de pico de materiais granulares. As duas alternativas foram validadas através de estudo de casos, permitindo concluir que as soluções produzem estimativas de ângulo de atrito realistas, de mesma ordem de magnitude que outras abordagens difundidas no meio técnico e compatíveis com resultados de ensaios de campo e laboratório.

Dynamic…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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A presente dissertação tem por objetivo desenvolver um método para o cálculo da resistência não drenada (Su) através de uma metodologia que considera o cálculo da energia do ensaio SPT, partindo dos conceitos inicialmente propostos por Odebrecht (2003). Através de uma pesquisa bibliográfica foi gerado um banco de dados de estudos de casos executados em solos argilosos, em locais nos quais foram realizadas investigações geotécnicas extensivas, incluindo resultados de ensaios SPT e valores de Su obtidos através de outros ensaios de campo ou laboratório. Estes dados subsidiam a análise e formulação da proposta baseada em uma equação que combina o cálculo da energia desenvolvida durante o ensaio SPT à capacidade de carga estática por equilíbrio limite para uma estaca individual (proposta por Poulos e Davis, 1980). Foram definidas duas formas de calcular Su, diferenciadas pelo coeficiente de ajuste da força de atrito na capacidade de carga: α segundo proposta de Tomlinson (1969) e λ proposto por Vijayvergiya e Focht (1972). As formulações não produziram estimativas de Su compatíveis com valores medidos em outros ensaios e, por esta razão, foi proposta uma formulação alternativa para calcular α e λ como função direta do NSPT. Esta função é empírica e baseada em ajustes estatísticos. Dos processos de cálculo e avaliações conclui-se que o método proposto para a estimativa de α oferece resultados coerentes com os observados em ensaios de campo (piezocone e palheta). As estimativas de resistência não drenada apresentam considerável dispersão de resultados, com coeficiente de correlação médio r2 de 0,65. A dispersão é inerente a estimativas baseadas em ensaios SPT devido à diversidade de procedimentos usados na sua execução e, por este motivo, recomenda-se o uso destas correlações somente em nível de anteprojeto.

The present dissertation aims at developing a method for calculating the undrained shear strength Su using the methodology developed by Odebrecht’s (2003) based on the energy transmited by the SPT test. Through a bibliographic research, a database was created showing different case studies in clays in places where comprehensive geotechnical information is available. As a minimum requirement for selecting a case, the results of both the SPT test and the estimative of Su (from field or laboratory test) have to be registered. These results subsidized an analysis and the formulation of the proposed method, based on the equation that combines the theory for energy conservation to the static load capacity of a pile with the methodology of limit equilibrium analysis, suggested by Poulos and Davis (1980). Two different ways of calculating Su were defined. They were differentiated by the coefficient of adjustment of the frictional force: α as proposed by Tomlinson (1969) and λ by Vijayvergiya and Focht (1972). The formulations did not produce compatible estimates of Su with measureable values in other tests. For this reason a proposal was made to calculate both α and λ as a direct function of NSPT. This function is empirical…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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A geração de resíduos provocada pela atividade mineradora é revestida de considerável preocupação ambiental, tanto em função da área envolvida no depósito deste material, quanto pelos impactos causados por eventuais rupturas que possam a ocorrer nestes reservatórios. O método de disposição de resíduos, frequentemente utilizado pelas mineradoras, consiste no bombeamento do material por via úmida até os reservatórios de alteamento contidos através de diques ou barragens. Este processo pode tornar estas áreas suscetíveis à ocorrência de rupturas causadas por liquefação do material. Quando este tipo de evento acontece, tem-se um aumento repentino da poropressão, com consequente redução da resistência ao cisalhamento. A verificação do potencial de liquefação de resíduos de mineração é, portanto, imprescindível à prevenção de impactos ambientais, além de colaborar na execução de projetos geotécnicos mais seguros e econômicos. Neste trabalho são analisados três reservatórios distintos, sendo um composto por resíduo de mineração de ouro e os outros dois por resíduo de mineração de bauxita. Os resultados de ensaios realizados em campo (SCPTU/CPTU e SDMT) são utilizados na avaliação geotécnica dos resíduos, buscando-se verificar a compatibilidade com avaliações já realizadas através de ensaios de laboratório. O potencial de liquefação estática dos materiais é observado em laboratório para baixos níveis de tensões, demonstrando que os resíduos são suscetíveis à liquefação estática. Este comportamento é verificado também na interpretação de ensaios de campo, interpretados através de correlações de natureza semiempírica baseadas na combinação de uma medida representativa de pequenas deformações (módulo cisalhante) combinado a uma medida obtida à grandes deformações (resistência à penetração) que, combinadas, permitem a determinação do parâmetro de estado do material. A primeira proposta consistiu na definição de uma fronteira entre materiais de comportamento contrátil e dilatante no espaço G0/qc versus p’/pa. Esta proposta apresentou uma resposta adequada, entretanto, a concentração de todos os pontos referentes aos resíduos analisados, possivelmente suscetíveis ao fenômeno de liquefação estática, numa mesma região gráfica, somente foi possível no espaço G0/qc versus qc1. Neste espaço a separação entre materiais de comportamento dilatante e contrátil foi possível com a inserção de uma fronteira empírica. Este estudo demonstrou a boa sensibilidade dos parâmetros G0 e qc ao fenômeno de liquefação estática. A suscetibilidade à liquefação cíclica dos resíduos de mineração de ouro e bauxita também foi verificada através de correlações com resultados de ensaios de campo. Esta análise indicou a possibilidade de ocorrência do fenômeno para os mais baixos níveis de magnitude de sismo atuante.

Waste generation caused by mining activity emerges as an environmental concern, both because of the large area involved in deposits of this material, as well as the possible impacts caused by occasional failures that may occur in these deposits.…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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O evento de previsões do comportamento carga-recalque de uma estaca executada em solo predominantemente arenoso foi apresentado no 8° Seminário de Engenharia de Fundações Especiais e Geotecnia (SEFE8). As previsões utilizaram sondagens CPT, DMT e SPT realizadas no campo experimental de Araquari, em Santa Catarina. A estaca utilizada para o evento foi do tipo escavada com polímero, diâmetro de 100cm e comprimento de 24m. Foram recebidos pelo comitê organizador 73 previsões provenientes de 20 países, com estimativas do comportamento carga-recalque da estaca, da capacidade de carga total, lateral e de ponta e a distribuição de carga ao longo do fuste até a ruptura, definida pelo recalque de 100 mm (w/D = 10%), com um resumo dos métodos e considerações. Os dados das previsões foram comparados aos resultados obtidos em campo pela prova de carga estática da estaca instrumentada. As previsões foram majoritariamente conservadoras e o ensaio mais utilizado para determinação dos parâmetros do solo foi o CPT, tanto no meio acadêmico quanto no prático Diversos métodos foram utilizados, porém mesmo previsões que utilizaram o mesmo método apresentaram variabilidades nos resultados. Baixos valores de desvio na capacidade de carga total não significaram pequenos desvios de lateral e de ponta, mas uma combinação de desvios positivos e negativos desses. A maioria das estimativas subestimou a capacidade lateral e superestimou a de ponta. O método de Verbrugge (1981) foi utilizado em duas das cinco previsões com menores desvios de capacidade total. As curvas carga-recalque e carga-profundidade foram avaliadas quanto aos desvios médios absolutos e formatos, dados pela variância. As curvas carga-recalque com médias de até 10% utilizaram Elementos Finitos e o software UniPile, e o menor valor de variância utilizou Verbrugge (1981). As curvas carga-profundidade com médias de até 10% utilizaram Verbrugge (1981), Randolph e Wroth (1978) e Gwizdala e Steczniewski (2003), e o menor valor de variância utilizou o software UniPile.

The prediction event of load-settlement behavior of a pile built in predominantly sandy soil was presented at the 8th Foundation Engineering Seminar and Special Geotechnical (SEFE8). The predictions used tests of CPT, DMT and SPT accomplished in Araquari experimental field, in Santa Catarina. A bored pile with polymer, diameter of 100cm and length of 24m was the subject of the event. The organizing committee received 73 predictions from 20 countries, with estimates of load-settlement behavior of the pile, the total, shaft and base load capacity and the load distribution along the shaft until failure, defined by settlement of 100 mm (W/D = 10%), with a brief description of methods and considerations. Data from the predictions were compared to the results obtained in the field by static load test of the instrumented pile. The predictions were mostly conservative and the test most used for soil parameters prediction was the CPT, both in academia as in practice. Several methods were used, but even predictions that used…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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A indústria mineradora do país sofre constantemente com problemas ambientais devido à qualidade e volume de rejeitos gerados durante o processo de extração do minério. Os volumes gerados demandam grandes áreas para armazenagem e consequentemente obras complexas de contenção dos rejeitos. A engenharia geotécnica busca entender o comportamento mecânico de depósitos destes rejeitos através do uso de ensaios tanto de campo como de laboratório. Para isso utiliza ferramentas e procedimentos consagrados no meio técnico seguindo normas e procedimentos estabelecidos e consagrados mundialmente. No entendimento do comportamento mecânico dos solos argilosos, as análises são desenvolvidas em termos de tensões totais, já para os solos arenosos em termos de tensões efetivas. Todavia, para solos com granulometria intermediária, não se tem um consenso no que se refere à interpretação do comportamento mecânicos a partir de ensaios de campo Este trabalho apresenta resultados de ensaios de DMT e CPTU conduzidos em diferentes velocidades de penetração no intervalo de aproximadamente 1 e 57 mm/s, em depósito de rejeito de mineração, para avaliar tanto a influência da velocidade sobre as medidas do ensaio, quanto a transição das condições de fluxo ao redor do piezocone e durante a expansão da membrana do dilatômetro. Um equipamento simples e de baixo custo foi desenvolvido para monitorar a poropressão no centro da lâmina do DMT e dados são interpretados à luz das condições de drenagem impostas durante a execução do ensaio. Resultados indicam que as leituras e os valores de P0 e P1 são medidas de tensão total e por este motivo influenciadas pela magnitude da poropressão gerada durante a penetração da lâmina. Um novo Fator de Velocidade adimensional “Vt” é proposto para identificar possíveis efeitos de consolidação que ocorrem durante a penetração do piezocone e orientações são dadas para utilização de CPTU e DMT em solos de permeabilidade dentro do intervalo de 10-6 a 10-3 cm/s.

The mining industry of the country constantly suffers from environmental problems due to the quality and volume of waste generated during the mineral extraction process. Volumes generated require large areas for storage and consequently complex works of tailings. The geotechnical engineering seeks to understand the mechanical behavior of deposits of this waste by using assays well as laboratory and field. To this end tools and procedures laid down in the technical means following established rules and procedures consecrated worldwide. In the understanding of the mechanical behavior of clay soils, the analyzes are developed in terms of total stresses and for sandy soils in terms of effective stress. However, in soils with intermediate particle size, there is no consensus concerning the interpretation of the mechanical behavior from field trials. This paper presents the results of DMT and CPTU test conducted at different penetration rates in the range of about 1 to 57 mm / s in mining waste deposit to evaluate both the effect of speed on the measurements of the…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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Os ensaios de piezocone são frequentemente utilizados em obras de elevada complexidade e risco geotécnico para a determinação do coeficiente de adensamento de solos argilosos saturados. Contudo, obter o tempo de dissipação de 50% do excesso de poropressão, parâmetro fundamental para estimativa do coeficiente de adensamento, pode demandar demasiado tempo, tornando o ensaio menos atrativo para projetos de engenharia. Ainda, obter a poropressão de equilíbrio pode ser complicada em alguns casos, dificultando a determinação do coeficiente de adensamento através do ensaio de dissipação. Com o motivo de incentivar o uso do ensaio de dissipação para essa finalidade, o presente trabalho tem como objetivo propor uma nova metodologia para a determinação do tempo para dissipação de 50% do excesso de poropressão causado pela cravação do piezocone, fornecendo uma alternativa para a metodologia empregada atualmente, que seja independente da poropressão de equilíbrio e que necessite de menos tempo de ensaio. Para o desenvolvimento da metodologia foi realizada uma campanha de investigação geotécnica no campo experimental de Tubarão-SC. A campanha contou com 10 ensaios de dissipação atingindo valores superiores ou próximos a 70% de dissipação do excesso de poropressão, buscando equalização mais completa da curva de dissipação, a fim de comparar os resultados obtidos através da nova metodologia com os valores obtidos por métodos consagrados na prática de engenharia. Nessa dissertação foram utilizados dois equipamentos, um minipiezocone (MCPTu) de seção de área transversal de 5cm² com medidas de poropressão nas posições u1 e u2 e um piezocone convencional, com seção de área transversal de 10cm² e leitura de poropressão somente na posição u2. Para a validação da metodologia, buscou-se na literatura e junto à Geoforma Engenharia Ltda. (parceira da pesquisa) ensaios de dissipação que tenham atingido elevados graus de dissipação. Valores de coeficiente de adensamento horizontal obtidos pela solução consagrada de Houlsby e Teh (1991) e pela metodologia proposta nesse trabalho foram comparadas e a proposta de metodologia apresentada.

Piezocone tests are frequently employed in high complexity and geotechnical risk construction sites to obtain the coefficient of consolidation of saturated clayey soils. However, the time for 50% dissipation of the excess pore pressure, parameter required for the estimation of the coefficient of consolidation takes too long, rendering the piezocone dissipation test less attractive for engineering projects. Furthermore, in some cases it can be complicated to estimate the equilibrium pore pressure, making difficult to estimate the coefficient of consolidation from the dissipation test. With the goal of encouraging the use of dissipation test for this propose, the present dissertation propose a new methodology for the determination of the time required for 50% dissipation of the excess pore pressure, providing an alternative which is independent of the equilibrium pore pressure and that demands less time in the…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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O presente trabalho tem por objetivo avaliar a técnica de desaguamento de resíduos sólidos gerados em estações de tratamento de água utilizando tubos geotêxteis - Bags, que representam uma alternativa tecnológica para a redução do teor de umidade dos resíduos. O trabalho foi dividido em duas etapas: ensaios com Bags suspensos e com Bags dispostos sobre o solo. Nos estudos são abordadas as características mais relevantes do processo de desaguamento face às solicitações mecânicas e hidráulicas a que qualquer sistema está submetido, bem como são apresentados resultados e discussões sobre as características físico-químicas dos resíduos gerados, geocondicionados nos Bags geotêxteis e da água drenada. A técnica de desaguamento por Bags mostrou-se uma alternativa viável para a redução do teor de umidade, apresentando um melhor desempenho em relação às técnicas convencionais. Pode-se também utilizá-la em paralelo com outras técnicas já existentes para a otimização do processo de desaguamento. Ressalta-se que a correta operação da tecnologia garante a eficiência da drenagem, sendo, então, necessária a adição de polímeros como agentes coagulantes, de forma a promover a separação da fase líquida da fase sólida. Observou-se que os resíduos geocondicionados ao reduzirem o teor de umidade passam a concentrar alguns componentes químicos tais como: sílica, nitrogênio e alumínio. As dificuldades relacionadas à disposição de resíduos sólidos em estações de tratamento de água justificam esse estudo. A despeito dos resultados satisfatórios desse estudo, é importante salientar a necessidade de mais projetos que avaliem os resultados obtidos nos ensaios e o comportamento dos Bags com o passar do tempo, já que a técnica mostrou-se viável ambiental, econômica e tecnicamente.

The present study aims at evaluating the disposal process of slurry from a water treatment plant. In replacement to the conventional technique of disposing slurry in pools, a geotextile tube has been used to dehydrate and retain the slurry inside the Bag. This is achieved because the geotextile is permeable, yet soil-tight, and any excess water pressure is expelled from the tube. The work has been divided in two sets of tests: suspended Bags to define a treatment methodology and a prototype geoBag laid on the ground over a drained layer to simulate the treatment process. The mechanical, hydraulic and chemical responses associated with this process considering both solid waste and drained water contents have been evaluated and discussed. As a whole, the use of geoBags has proved to be a viable option to reduce the water content in slurry, as well as an attractive alternative to replace or to be combined with other techniques currently in use in Brazil. A critical aspect controlling the efficiency of the operation is the addition of polymers for flocculation before introducing slurry into the Bag so that liquid and solid phases are dissociated. Upon monitoring the process, it has been observed that solids retained inside the Bag exhibit concentrated levels of…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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O presente trabalho detalha o conceito de Projeto Interativo aplicado à obra de ampliação dos Molhes da Barra do Rio Grande-RS, uma das maiores obras de infraestrutura portuária do Brasil, a qual se desenvolve em substrato argiloso de baixa capacidade de suporte e elevada compressibilidade, com espessura média de 10m. A obra de ampliação dos molhes e sua estratigrafia são detalhados após a revisão de critérios de alerta aplicados à aterros sobre solos moles. Posteriormente com o intuito de aferir modelos, fez-se uma análise da sensibilidade dos parâmetros de projeto, através da aplicação dos conceitos de segurança segundo o Método dos Volumes Deslocados, a qual definiu que a relação de volumes deslocados (dVv/dVh - razão de volume vertical deslocado, dVv, por volume horizontal deslocado, dVh) é suscetível às condições de drenagem, aos parâmetros de resistência e compressibilidade do solo de fundação, da geometria da área carregada e dos locais onde as leituras são realizadas. A dependência das leituras a este conjunto de fatores reforça a necessidade de análises numéricas específicas para definição de níveis de alerta. A análise paramétrica observou também que a aferição de parâmetros deve ser feita distintamente entre parâmetros de resistência e compressibilidade. De posse destas observações foram aferidos os parâmetros de projeto. Sequencialmente fez-se a reavaliação das seções de simulação numérica através de uma retroanálise quando do alteamento dos molhes à cota +2m. Observou-se que as simulações conseguiram capturar o comportamento em campo, em termos de deslocamentos horizontais e verticais, distorções e poro pressão. Este procedimento foi repetido até a fase de fechamento dos molhes, retroanalisando-se etapas anteriores de construção para refinar a estimativa das etapas subsequentes, garantindo-se as condições de segurança da obra. Com base neste estudo apresenta-se uma discussão quanto à postulação de critérios de segurança em obras geotécnicas, observando que estes devem ser abrangentes, de acordo com as características da obra, definindo deformações máximas e controle de taxas de deformação e, em particular, a taxa de distorção que cresce linearmente próximo à ruptura e diminui quando do aumento da estabilidade durante o período de adensamento.

The concept of Interactive Design applied to a marine breakwater in Rio Grande-RS, southern Brazil, is described in the present paper. Besides a literature review concerning constructions control methods applied in soft soil embankments, the characteristics of the site and construction work are presented and, the stratigraphy is detailed, which is characterized by a soft foundation substrate of low capacity and high compressibility, with a thickness about 10m. Based on the need to postulate security levels in geotechnical projects, according the soft layer that support the current construction, the first steep was to perform a parametric evaluation of the breakwater using the Displaced Volume Method, a field stability control for embankments on soft soil. This…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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Procurando diminuir as incertezas a respeito do comportamento de estacas em perfis arenosos, desenvolveu-se um campo experimental localizado em Araquari-SC, conduzido pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul, no qual foram executados (a) ensaios de campo para definir as condições geotécnicas do solo, (b) estacas escavadas e hélice continua e (c) provas de carga estática nos elementos estruturais. O presente trabalho tem como objetivo estudar as variáveis que intervêm no mecanismo de transferência de carga ao solo. Mediante ensaios de laboratório, caracterizou-se o solo presente no campo experimental, definiram-se os parâmetros de resistência, mineralogia, forma, distribuição e tamanho das partículas, para serem usadas na retro análise do coeficiente de pressão de solo (ks) das provas de carga. Para esta finalidade foram analisados os resultados medidos em estacas escavadas executadas com bentonita e polímero. A retro análise foi realizada através do método beta (β), abordagem que permite a obtenção da capacidade lateral das estacas construídas em perfis arenosos, baseado nas tensões verticais, no coeficiente de pressão de solo e no ângulo de atrito da interface solo-estaca. Devido à interação entre as partículas do solo e concreto da estaca, estas são mobilizadas a elevados níveis de deformações, o ângulo de atrito da interface é considerado próximo ao ângulo de atrito no estado crítico da areia. O solo presente no campo experimental corresponde a areia fina com lentes de silte. Assim, os parâmetros de resistência definidos foram o ângulo de atrito no estado crítico e de pico com valores de 33,0° e 33,4° respetivamente. O ângulo no estado crítico foi utilizado na retro análise das provas de carga e como resultado foi obtido o ks, para posteriormente ser comparado ao coeficiente de empuxo no repouso (k0). Os resultados mostraram que com a profundidade o valor ks aproxima-se ao valor de k0, apresentado uma relação de ks/k0 próxima a unidade. Conclui-se que, o mecanismo de transferência de carga entre o solo e a estaca pode ser avaliado em função das tensões iniciais do depósito, expressas a partir de k0 estimado com base nos ensaios de laboratório.

In order to reduce the uncertainties regarding the behavior of piles in sandy profiles, an experimental field was developed by the Federal University of Rio Grande do Sul in Araquari-SC, where were executed (a) field tests to define soil geotechnical conditions, (b) bored and continuous flight auger piles and (c) static load tests on the structural elements. The aim of this research was to study the variables that intervene in the soil load transfer mechanism. The soil at the experimental field was characterized by laboratory tests, and parameters of resistance, mineralogy, particle shape, distribution and size were obtained for use in the back analysis of the soil pressure coefficient (ks) of the load tests. For this purpose, were analyzed the results measured on bored piles executed with bentonite and polymer. The back analysis was made using the beta method (β),…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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O estudo em laboratório do desempenho mecânico de solos artificialmente cimentados está normalmente vinculado à simulação do comportamento de geomateriais naturalmente formados em campo. Por outro lado, o estudo desses novos materiais pode ser também ferramenta útil na previsão do comportamento de aterros de solos artificialmente melhorados. O comportamento de solos cimentados possui considerável influência da densidade e do estado de tensões a que estes materiais estão submetidos durante a fase que compreende a cimentação dessas partículas. Uma alternativa ao estudo da cimentação nestes solos, é a elaboração de um meio em que as amostras possam ser cimentadas sob um estado de tensões específico, e que ao mesmo tempo em que se promove uma redução do índice de vazios do respectivo material. Seguindo nessa analogia, o presente estudo visa apresentar resultados de ensaios triaxiais realizados em amostras de um solo artificialmente cimentado, curadas sob diferentes níveis de tensão e estado de tensões. São abordados os resultados do ponto de vista da rigidez e deformabilidade encontrados para o material. Os resultados demonstraram que a alteração dos estados de tensões de cura, bem como a magnitude das tensões confinantes durante a cura, apresentaram influência no comportamento tensão-deformação-dilatância das amostras artificialmente cimentadas.

The laboratory study of mechanical performance of artificially cemented soils is normally associated with the mechanical behaviour of geomaterials that were created in field. The behaviour of artificially cemented soils has substantial influence of density and the stress state that these materials have been submitted during the particles cementation. Thus, an alternative to the understanding of cement effects in these soils is the preparation of a similar environment where the specimens can be submitted the cementation while a specific stress state is applied, promoting the respective void ratio reduction. Following this approach, this study aims to show the results of triaxial tests carried out in an artificially cemented soil, which was cured at different stress states. The results have shown that the changing of stress state of curing, as well as the intensity of the confining stress during the cure, presented considerably influence in the stress-strain-dilatancy of the artificially cemented samples.

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando.

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A problemática associada à execução e interpretação de ensaios de campo (e.g. palheta e pizocone) em materiais siltosos motiva a presente pesquisa, onde são desenvolvidas modelagens analíticas em poroelasticidade para o estudo do efeito de fluxo transiente no solo. As modelagens desenvolvidas referem-se aos problemas de rotação e expansão de um cilindro inserido na massa de solo. A abordagem adotada para solução dos problemas baseia-se na equivalência entre a resposta local de um comportamento perfeitamente plástico, em processo de carregamento monotônico, e um comportamento fictício não-linear poroelástico apropriado. Soluções fechadas para o campo de tensões, deformações e poropressões foram obtidas para o problema simplificado de rotação. Para a solução do problema de expansão considerou-se que um módulo equivalente elástico condiciona o fluxo, o que possibilita a obtenção de uma solução fechada para as distribuições de poropressões, tensões e deformações foram calculadas numericamente. Os modelos desenvolvidos foram criticamente comparados a resultados de simulações numéricas em elementos finitos, demostrando capturar a mesma tendência de comportamento. As condições de drenagem foram interpretadas no espaço de velocidade normalizada V e grau de drenagem U, demostrando que o processo de dissipação é sensível à rigidez do material. Uma tentativa de aplicação dos modelos foi realizada para a interpretação de ensaios de palheta em resíduo de zinco, e piezocone em resíduo de ouro. Destaca-se que as aplicações propostas não são determinísticas, e foram utilizadas para identificação de padrões de comportamento e análise de sensibilidade de parâmetros. Neste contexto, verificou-se que os modelos podem ser utilizados para a estimativa das velocidades não drenadas de ensaio, porém a transição de comportamento parcialmente drenado para drenado é subestimada pelos modelos. Por fim observa-se que, de maneira geral, os modelos se demonstram úteis para o entendimento do comportamento de materiais siltosos em fluxo transiente.

The problems associated with the in situ tests interpretation in silty materials motivates the present research where analytical models were developed for the study of transient flow. The developed models refer to the rotation and expansion of a cylinder considered deeply embedded into an infinite nonlinear poroelastic medium. The approach is based on the local equivalence between the response of a perfectly plastic behavior to monotonic loading and an appropriate fictitious non-linear poroelastic response. Closed-form solutions for pore pressures, stresses and displacements were derived for the rotation problem within a simplified poroelastic framework. The expansion problem was solved considering a simplified framework for the diffusion equation to derive a closed-form expression for pore pressure distribution, while stresses and displacements were computed numerically. The results are discretised and critically compared to finite element solutions showing good agreement in terms of radial stresses…

Advisors/Committee Members: Schnaid, Fernando, Maghous, Samir.