Understanding Micro- and Macro-Mechanics of Soil Liquefaction: A Necessary Step for Field-Scale Assessment

Liquefaction is a devastating instability associated with saturated, loose, and cohesionless soils. It poses a significant risk to distributed infrastructure systems that are vital for the security, economy, safety, health, and welfare of societies. In order to make our cities resilient to the effects of liquefaction, it is important to be able to identify areas that are most susceptible. Some of the prevalent methodologies employed to identify susceptible areas include conventional slope stability analysis and the use of so-called liquefaction charts. However, these methodologies have some limitations, which motivate our research objectives. In this dissertation, we investigate the mechanics of origin of liquefaction in a laboratory test using grain-scale simulations, which helps (i) understand why certain soils liquefy under certain conditions, and (ii) identify a necessary precursor for onset of flow liquefaction. Furthermore, we investigate the mechanics of liquefaction charts using a continuum plasticity model; this can help in modeling the surface hazards of liquefaction following an earthquake. Finally, we also investigate the microscopic definition of soil shear wave velocity, a soil property that is used as an index to quantify liquefaction resistance of soil. We show that anisotropy in fabric, or grain arrangement can be correlated with anisotropy in shear wave velocity. This has the potential to quantify the effects of sample disturbance when a soil specimen is extracted from the field. In conclusion, by developing a more fundamental understanding of soil liquefaction, this dissertation takes necessary steps for a more physical assessment of liquefaction susceptibility at the field-scale.

Estimating the food consumption of fishes: one step in linking a species with its ecosystem

Details are given of a new software package MAXIMS which may be used to estimate the daily food consumption of fish. The software estimates the feeding times, the rates of ingestion and evacuation and related parameters. Two applications of the program are described. The first pertains to anchovy (Engraulis ringens ) with one feeding period per day, and the second one to juvenile cod (Gadus morhua ), which feed during dawn and dusk.

Contribuição ao estudo do efeito tridimensional de instalação e de grupo em estacas cravadas em areia.

O efeito de instalação de estacas cravadas em areia, que promove um aumento da compacidade do solo e de seus parâmetros de resistência e deformabilidade, é analisado nesta dissertação em conjunto com o efeito de grupo. O procedimento estabelecido objetiva quantificar a melhoria após a instalação de um grupo de estacas e foi desenvolvido nesta pesquisa a partir da contribuição de Alves (1998). Para a utilização deste procedimento, foram propostas correlações do módulo de Young do solo em função da resistência à penetração NSPT (ou da resistência à penetração normalizada N60), a partir de um banco de dados obtido da literatura, visando não apenas as aplicações implementadas neste estudo, como também nortear futuras aplicações práticas. Na análise de casos documentados da literatura, foi utilizado o programa Plaxis 3D Foundation. Inicialmente foi procedida a calibração do programa através da reprodução de um caso de instrumentação de um grupo de estacas na argila rija de Londres, muito bem documentado por Cooke et al. (1980). Os resultados das simulações, com parâmetros do solo obtidos da literatura, se ajustaram muito bem aos resultados experimentais, seja nos valores de recalque, seja nos diagramas de transferência de carga. Posteriormente, a melhoria do solo por efeito da instalação foi estimada, através do procedimento estabelecido nesta dissertação, baseado em Alves (1998), a partir das características iniciais do solo antes da instalação de um grupo de estacas em modelo reduzido em solo arenoso. Obtidos os parâmetros melhorados previstos para o solo após a instalação, estes foram aplicados a um grupo de 9 estacas, para diferentes espaçamentos relativos, como dados de entrada no programa Plaxis. A comparação dos resultados experimentais com aqueles simulados numericamente sinaliza para o potencial tanto do programa Plaxis, na reprodução do comportamento do conjunto, como do modelo de Alves (1998), que norteou o procedimento proposto nesta pesquisa. O fator de escala, ressaltado na dissertação, bem como outros aspectos relevantes observados nas análises realizadas, são propostos como temas futuros a serem investigados na continuidade desta linha de pesquisa.