Limite de liquidez: correlações e comparações entre os métodos de fall cone e da concha de casagrande

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Geológica (Geotecnia)

Definição de padrões de plasticidade de solos através do cone de penetração, por comparação com o método de Casagrande

Existe uma vasta literatura que defende a utilização do ensaio com o cone Penetrómetro ou fall cone como sendo uma alternativa razoável relativamente ao método mais tradicional na determinação do limite de liquidez, a concha de Casagrande. Com este trabalho pretende-se dar mais um contributo à temática da obtenção dos parâmetros de plasticidade dos solos, utilizando diferentes dispositivos e metodologias distintas. Para tal, selecionou-se um solo de caráter argiloso, proveniente de um barreiro da zona de Chaves, e estabeleceram-se comparações entre os valores dos limites de consistência, obtidos pela concha de Casagrande e pelo fall cone. Nesse âmbito, foi elaborada, inicialmente, uma caracterização deste tipo de solos, a definição de conceitos importantes como o de limite de liquidez, limite de plasticidade e índice de plasticidade, assim como uma descrição do funcionamento daqueles dispositivos e das variáveis associadas a cada um deles. Procedeu-se à classificação do solo, segundo três sistemas, através de ensaios de identificação e caracterização, com o objetivo de inferir acerca da composição e comportamento do mesmo. Foi também objetivo deste trabalho, estudar a potencial influência do operador, nos resultados obtidos em ambos os dispositivos. Desta forma, foi possível concluir acerca das vantagens e desvantagens de cada aparelho e definir perspetivas para trabalhos futuros.

Estudo da resistência não drenada de solo de baixa consistência por meio de ensaios de campo e laboratório

A variabilidade natural dos solos torna complexo o conhecimento de suas propriedades na elaboração de projetos geotécnicos, sendo a determinação da resistência ao cisalhamento não drenada um parâmetro importante nas análises de estabilidade de solos moles. Os ensaios de laboratório de cone e palheta, não convencionais, os ensaios de campo de palheta e piezocone e os ensaios de compressão simples e triaxial não adensado e não drenado foram utilizados para mensurar a resistência não drenada de uma camada de argila marinha mole localizada na planície costeira central brasileira. Os ensaios de laboratório foram realizados em amostras indeformadas coletadas com amostradores de pistão estacionário em vertical próxima à realização dos ensaios de campo. O sítio foi investigado preliminarmente por sondagens de simples reconhecimento, sendo apresentado o perfil estratigráfico por meio de modelagem computacional. Foram também realizados ensaios para caracterização física (análise granulométrica, teor de umidade, limites de liquidez e plasticidade, densidade real dos grãos) e mineralógica (difração de raios X), e ensaios de adensamento para obtenção do histórico de tensões e classificação de qualidade das amostras indeformadas. Os valores de resistência não drenada obtidos pelos ensaios de laboratório foram comparados ao perfil contínuo de resistência determinado empiricamente pelo ensaio de piezocone, com fator de cone Nkt calibrado pelo ensaio de palheta de campo, apresentando boa concordância, com a variabilidade natural do solo influenciando de forma preponderante a qualidade das amostras na variação entre os resultados. Os valores de resistência obtidos pelos ensaios de laboratório de cone e palheta foram comparados entre si, apresentando boa compatibilidade. Ambos, quando comparados ao ensaio de palheta de campo, não apresentaram boa concordância. Os resultados de resistência obtidos pelos ensaios de compressão simples e triaxial apresentaram boa compatibilidade com os resultados do ensaio de laboratório de cone, o que não ocorreu com os resultados do ensaio de laboratório de palheta. Na comparação entre a resistência normalizada pela tensão de sobreadensamento obtida pelos diversos métodos e algumas correlações empíricas da literatura internacional, foi observado para as amostras de solo com índice de plasticidade superior a 60% boa concordância com as correlações de Mesri (1975) e Jamiolkowski et al (1985). Os ensaios não convencionais apresentaram boa confiabilidade, que aliado a simplicidade e agilidade de execução, justificam a difusão destes na prática da investigação geotécnica brasileira como método alternativo para complementar e dar suporte às estimativas de resistência não drenada de solos moles.

Physical properties and geochemical pore-water analysis of sediment core GeoB16423-1

Several studies indicate that the 2011 Tohoku-Oki earthquake (Mw 9.0) off the Pacific coast of Japan has induced slip to the trench and triggered landslides in the Japan Trench. In order to better understand these processes, detailed mapping and shallow-coring landslides at the trench as well as Integrated Ocean Drilling Program (IODP) deep drilling to recover the plate boundary décollement (Japan Trench Fast Earthquake Drilling Project, JFAST) have been conducted. In this study we report sediment core data from the rapid response R/V SONNE cruise (SO219A) to the Japan Trench, evidencing a Mass Transport Deposit (MTD) in the uppermost section later drilled at this JFAST-site during IODP Expedition 343. A 8.7 m long gravity core (GeoB16423-1) recovered from ~7,000 m water depth reveals a 8 m sequence of semi-consolidated mud clast breccias embedded in a distorted chaotic sediment matrix. The MTD is covered by a thin veneer of 50 cm hemipelagic, bioturbated diatomaceous mud. This stratigraphic boundary can be clearly distinguished by using physical properties data from Multi Sensor Core Logging and from fall-cone penetrometer shear strength measurements. The geochemical analysis of the pore-water shows undisturbed linear profiles measured from the seafloor downcore across the stratigraphic contact between overlying younger background-sediment and MTD below. This indicates that the investigated section has not been affected by a recent sediment destabilization in the course of the giant Tohoku-Oki earthquake event. Instead, we report an older landslide which occurred between 700 and 10,000 years ago, implying that submarine mass movements are dominant processes along the Japan Trench. However, they occur on local sites and not during each megathrust earthquake.

Slope stability analyses based on sediment cores of the Ligurian Margin, Southern France

Submarine slope failures of various types and sizes are common along the tectonic and seismically active Ligurian margin, northwestern Mediterranean Sea, primarily because of seismicity up to ~M6, rapid sediment deposition in the Var fluvial system, and steepness of the continental slope (average 11°). We present geophysical, sedimentological and geotechnical results of two distinct slides in water depth >1,500 m: one located on the flank of the Upper Var Valley called Western Slide (WS), another located at the base of continental slope called Eastern Slide (ES). WS is a superficial slide characterized by a slope angle of ~4.6° and shallow scar (~30 m) whereas ES is a deep-seated slide with a lower slope angle (~3°) and deep scar (~100 m). Both areas mainly comprise clayey silt with intermediate plasticity, low water content (30-75 %) and underconsolidation to strong overconsolidation. Upslope undeformed sediments have low undrained shear strength (0-20 kPa) increasing gradually with depth, whereas an abrupt increase in strength up to 200 kPa occurs at a depth of ~3.6 m in the headwall of WS and ~1.0 m in the headwall of ES. These boundaries are interpreted as earlier failure planes that have been covered by hemipelagite or talus from upslope after landslide emplacement. Infinite slope stability analyses indicate both sites are stable under static conditions; however, slope failure may occur in undrained earthquake condition. Peak earthquake acceleration from 0.09 g on WS and 0.12 g on ES, i.e. M5-5.3 earthquakes on the spot, would be required to induce slope instability. Different failure styles include rapid sedimentation on steep canyon flanks with undercutting causing superficial slides in the west and an earthquake on the adjacent Marcel fault to trigger a deep-seated slide in the east.

Physical properties, pore water geochemistry, 210Pb-dating of sediment cores GeoB16426-1, GeoB16427-1, GeoB16429-1

We present differential bathymetry and sediment core data from the Japan Trench, sampled after the 2011 Tohoku-Oki (offshore Japan) earthquake to document that prominent bathymetric and structural changes along the trench axis relate to a large (~27.7 km**2) slump in the trench. Transient geochemical signals in the slump deposit and analysis of diffusive re-equilibration of disturbed SO4**2- profiles over time constrain the triggering of the slump to the 2011 earthquake. We propose a causal link between earthquake slip to the trench and rotational slumping above a subducting horst structure. We conclude that the earthquake-triggered slump is a leading agent for accretion of trench sediments into the forearc and hypothesize that forward growth of the prism and seaward advance of the deformation front by more than 2 km can occur, episodically, during a single-event, large mega-thrust earthquake.