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Closure to “Plate Load Tests on Cemented Soil Layers Overlaying Weaker Soil” by Nilo Cesar Consoli, Francisco Dalla Rosa, and Anderson Fonini
No full textStudy of the influence of cementations introduced under stress
No full textA melhoria das características mecânicas de solos naturais constitui uma técnica de crescente utilização na engenharia geotécnica, em especial na execução de fundações sobre solos moles. Algumas soluções passam pela utilização de materiais geotécnicos cimentados, tais como o saio-cimento, que constitui um material cujas características de àefom1ação e resistência já foram amplamente pesquisadas. Entretanto, nenhum trabalho levou em conta que a cimentação, tal como ocorre em depósitos naturais, é formada sob tensão. Além disso, esta estrutura do solo poderia ser danificada no momento em que fossem aplicadas tensões confinantes maiores que as tensões em que o mesmo encontrava-se em campo, danificando-a e conduzindo a resultados não representativos do real comportamento do solo. No presente trabalho, a partir de um programa experimental que incluiu ensaios de resistência à compressão simples, ensaios triaxiais drenados (CID) com medições internas de deformações e microscopia eletrônica de varredura, um solo arenoso artificialmente cimentado teve seu comportamento mecânico investigado, frente à variação das condições de compactação, do nível de tensões efetivas médio inicial (p'i = 100, 300 e 500 kPa) e das condições de cura, com a introdução da cimentação sob tensão. Os resultados mostraram que o comportamento do solo cimentado foi influenciado, em maior ou menor grau, por todas as variáveis investigadas. A introdução da cimentação sob tensão conduziu a mudanças significativas na mobilização da resistência ao cisalhamento, bem como nas características de deformabilidade do material estudado.The improvement of natural soils characteristics is largely used in geotechnical engineering, specially in the design of foundations on soft grounds. Sometimes, artificially cemented material layers such as soil-cement are employed These kind of adrnixture aiready has its characteristics very weii studied. Nevertheless, there is not any stuày regarding the process of cementation taking place under stress. Besides, the cemented soil structure could be damaged when a confining stress, higher than the in situ soii stress, is appiied. In this work, an experimental programme was carried out to investigate the mechanical behavior of an artificially cemented sanày soil, which includes unconfined compression tests, drained triaxial compression tests (CID) with local measurements of strains and scanning electron microscopy analysis. The influence of compaction conditions, initial mean effective stress (p'i = 1 00, 300 e 500 k:Pa) and cure conditíons, with the introduction of the cementation under stress, were evaluated. The results have shown that the cemented soil behavior was affected by both compaction conditions and initial mean effective stress. The introduction of cementations under stress induced expressive changes on the material strain and strenght characteristics
Study for repairing soil contaminated with acidic oily sludge using the encapsulation technique
No full textEste trabalho tem como objetivo aplicar a técnica de encapsulamento, conhecida também como solidificação/estabilização, em um solo contaminado com crescentes quantidades do resíduo industrial borra oleosa ácida, utilizando como agente encapsulante o cimento Portland CP-V ARI. O programa experimental consistiu na realização de estudos pré e pós-tratamento, analisando fisicamente o solo através de ensaios de caracterização geotécnica, compactação, resistência à compressão simples, durabilidade e condutividade hidráulica. Quimicamente foram realizados ensaios de lixiviação em coluna e análises químicas e físico-químicas do lixiviado. Devido às elevadas temperaturas detectadas no momento das misturas de solo/cimento e borra oleosa ácida, foram realizados ensaios para o monitoramento da temperatura e o tempo de hidratação do cimento. Os resultados apontam que quanto maior a quantidade de borra oleosa ácida presente no solo tratado, maior é a temperatura de hidratação do cimento e mais rápido atinge o pico máximo, resultando em menor resistência à compressão simples e maior perda de massa. Em amostras sem cimento, a condutividade hidráulica diminui com o aumento de borra oleosa ácida, quando adicionado cimento a condutividade hidráulica inicialmente diminui com o acréscimo de borra oleosa ácida, mas volta a aumentar com quantidades maiores de contaminante. A técnica de encapsulamento mostrou-se eficiente quanto à redução dos metais pesados, devido, principalmente, ao aumento do pH e a precipitação de tais elementos. Porém não se mostrou eficiente quanto ao sulfato, condutividade elétrica e demanda química de oxigênio.The objective of this study is applying the encapsulation technique, also known as solidification/stabilization, in soil contaminated with increasing amounts of acidic oily sludge industrial residues, using Portland cement CP-V ARI as the encapsulating agent. The experimental program consisted of studies pre and post-treatment, in which the soil was physically analyzed through geotechnical characterization testings, compactation, unconfined compressive strength, duration and hydraulic conductivity tests. In chemical terms, column leach testings were conducted, along with chemical and physical-chemical analyses of the leachete. Due to the high temperatures detected upon mixing soil/cement and the acidic oily sludge, tests were conducted to monitor the temperature and the hydratation rate of the cement. The results show that the greater the amount of acidic oily sludge in the treated soil, the higher the temperature necessary to hydrate the cement and the faster it reaches the maximum peak, which results in less unconfined compressive strength and greater mass loss. In samples without cement, the hydraulic conductivity reduced upon increasing the amount of acidic oily sludge. When cement is added, the hydraulic conductivity initially decreases with the acidic oily sludge, but it increases again with greater amounts of the substance. The encapsulation technique proved to be efficient in the reduction of heavy metals, due mainly to the pH increase and the precipitation of such components. However, the technique did not prove to be efficient in relation to sulphate, and to the electrical conductivity and the chemical oxygen demand
Comportamento de fundações superficiais apoiadas em aterros estabilizados com resíduos industriais
Get PDFNeste trabalho foi estudado o comportamento de fundações superficiais apoiadas em sistema de dupla camada, quando a superior é cimentada. O estudo consistiu-se de três etapas, chamadas de Etapa de Laboratório, Etapa Numérica e Etapa de Campo. Na Etapa de Laboratório foi verificada a viabilidade técnica de utilizar os resíduos industriais cinza pesada e cal de carbureto na estabilização de um solo residual de arenito botucatu. Estudou-se a reatividade da cinza pesada com a cal de carbureto, a influência da temperatura e do tempo de cura no desenvolvimento das reações pozolânicas, a influência de diferentes teores de resíduos na resistência à compressão simples, compressão diametral e durabilidade, objetivando definir uma mistura ótima e, ainda, o impacto ambiental da utilização da mistura ótima, através de ensaios de lixiviação e solubilização. Na Etapa Numérica foi estudado, através do Método dos Elementos Finitos, o comportamento de fundações superficiais apoiadas em dupla camada. O modelo utilizado para representar o comportamento do material cimentado e não-cimentado foi o elástico-plástico com critério de ruptura de Drucker-Prager e fluxo não-associado. Verificou-se, através de análise paramétrica, a influência da espessura da camada cimentada e do diâmetro da fundação, bem como a influência dos parâmetros dos materiais cimentado e não-cimentado na resposta carga x recalque de fundações superficiais. Na Etapa de Campo foram construídos aterros experimentais utilizando a mistura ótima determinada na Etapa de Laboratório e, sobre estes aterros, foram executados provas de carga de placas. A análise dos resultados obtidos nas três etapas levou às seguintes conclusões: é possível utilizar cinza pesada e cal de carbureto para estabilizar o solo residual de botucatu; o comportamento de fundações superficiais sobre solos cimentados é controlado pela relação espessura da camada cimentada diâmetro da fundação; os parâmetros ângulo de atrito e módulo de elasticidade da camada cimentada não influenciam os resultados de prova de carga; a ruptura da fundação é função de dois mecanismos progressivos, os quais são função das tensões de tração geradas na parte inferior da camada cimentada e das tensões cisalhantes existentes logo abaixo das bordas da fundação.In this work the behavior of shallow foundations on a double layer system when the upper is cemented was studied. The study consisted of three stages named Laboratory Stage, Numerical Stage and Field Stage. In the Laboratory Stage the technical viability of using the industrial by-products such as bottom ash and carbide lime in the stabilization of a sandstone residual soil was verified. The reactivity of the bottom ash with carbide lime, the influence of the temperature and time of curing in the development of the pozzolanic reactions, the influence of different amounts of residues in the unconfined strength, tensile strength and durability, were studied. The objective of the later study was to define the optimum mixture. The environmental impact of using the residues was verified through lixiviation and solubilization tests. In the Numerical Stage the behavior of shallow foundations on double layer system was studied using the Finite Element Method. The elastic-perfectly plastic model with Drucker-Prager failure criteria and non-associated flow rule was used to represent the behavior of the cemented and uncemented materials. The influence of cemented layer thickness and diameter of the foundation, and the cemented and uncemented material parameters in the load x settlement response of shallow foundations was verified using parametric analysis. In the Field Stage three experimental fills were built using the optimum mixture determined in the Laboratory Stage on which plate load tests were executed. The analysis of the results obtained in the three stages led to the following conclusions: it is possible to use bottom ash and carbide lime to stabilize the sandstone residual soil; the behavior of foundations is governed by the thickness of the cemented layer/diameter of the foundation ratio; the parameters friction angle and elasticity module of the cemented layer do not influence the results of load test; the rupture of the foundation is function of two progressive mechanisms, which are function of the tension stress generated in the bottom part of the cemented layer and of the shear stress below the corner of the foundation; it is possible to estimate the load capacity regarding 2% of the relative settlement, through the methodology proposed in this work
Yielding of a Cemented Soil cured under Stress
No full textA fim de avaliar a contribuição das ligações cimentantes no comportamento tensão-deformação dos solos cimentados, bem como quantificar a variação das tensões de início de plastificação e incremento de tensão de plastificação em função do índice de vazios de cura, foram realizados dezoito ensaios de compressão isotrópica em amostras artificialmente cimentadas curadas com diferentes tensões confinantes, índices de vazios e teores de cimento. As amostras foram inicialmente adensadas a várias tensões confinantes ao longo da linha de compressão normal do solo sem cimentação, simulando a formação de elementos de solos em diferentes profundidades de um depósito sedimentar cimentado. Após o adensamento, as amostras eram curadas para posterior aplicação de incrementos de tensão isotrópica. Complementarmente, dezenove ensaios triaxiais drenados foram realizados em amostras artificialmente cimentadas curadas sob diferentes tensões confinantes e índices de vazios de forma a analisar as modificações dos parâmetros de resistência, deformabilidade e plastificação em função do índice de vazios e tensão de cura. Por final, um novo modelo matemático foi proposto para simular os ensaios isotrópicos das amostras curadas com diferentes índices de vazios e teores de cura, descrevendo o comportamento teórico dos elementos de solo situados nas diferentes profundidades do depósito fictício de solo cimentado. A capacidade do modelo de simular os resultados dos ensaios isotrópicos para uma gama ampla de índice de vazios de cura e teores de cimento também foi apresentada. Comentários acerca das respostas obtidas com simulações de amostras curadas a altos e baixos índices de vazios, e solicitadas a elevadas tensões isotrópicas, também são apresentadas juntamente com uma análise dos três parâmetros adicionais requeridos pelo modelo em relação ao modelo Cam Clay: um parâmetro de medida de nível de cimentação, um parâmetro definidor do tipo de comportamento da estrutura cimentante (rígido, rígido-plástico, linear, etc.), e um parâmetro que relaciona a magnitude das tensões da estrutura cimentante com o nível de cimentação da amostra.To evaluate the contribution of cementation on the stress-strain behaviour of cemented soils, as well as to quantify the variation of the initial yielding stress and yielding stress increment based on the curing void ration, a series of eighteen isotropic compression tests were performed en artificially cemented samples cured under different confining stresses, void ratio and cement content. The samples were initially consolidated to different stresses on the normal compression line of the non-cemented soil, in order to simulate the soil formation at different depths in cemented sedimentary deposits. After consolidated, the samples were cured and then isotropic increments of tension were applied. Complementary, nineteen drained triaxial tests were performed on artificially cemented samples cured under different confining stresses and void ratio in order to analyze the modification on the shear strength parameters, deformability and yielding based on the void ratio and curing stress. At the end, a new mathematical model was proposed to simulate the isotropical tests performed on samples cured with different void ratio and cement content, describing the theorical behavior of the soil elements situated on different depths of a fictitious deposit of cement soil. The model’s ability to simulate the results of the isotropic tests performed for a wide range of curing void ratio and cement was also presented. Comments about the simulations of samples cured with low and high void ratios and consolidated to high isotropic stresses are also presented together with an analysis of the three additional parameters required by the model in relation to Cam Clay model: a parameter measuring the cementation level, a parameter defining the kind of cementing structure behaviour (rigid, rigid-plastic, linear, etc.) and a parameter that relates the stress magnitude of the cementing structure with the cementation level of the sample
Relação entre resistência à tração e à compressão de um solo fino artificialmente cimentado
Get PDFO melhoramento de solos com cimento Portland para utilização em camadas de base de fundações rasas, liners de proteção ambiental ou proteção contra erosão em barragens de terra entre outros mostra grandes vantagens econômicas, evitando a necessidade de substituição do solo natural bem como, a necessidade de uma área de despejo. A presente pesquisa tem por objetivo quantificar a relação entre resistência à tração e a compressão de um solo fino (caulim) artificialmente cimentado bem como, quantificar a influência da porosidade, teor de cimento e teor de umidade na resistência à tração das misturas caulim-cimento. Um programa experimental foi delineado com esse objetivo. Dentro da faixa de valores estudados, os resultados mostram que o teor de umidade (w) tem uma influência linear sobre a resistência à tração (qt), ou seja, quanto maior o teor de umidade maior a resistência à tração da mistura estudada. Por fim, a relação vazios/cimento (h/Civ) demonstrou ser válida no dimensionamento de misturas caulim-cimento à tração. A relação resistência à tração/resistência à compressão (qt/qu) não é única para o solo estudado. qt/qu varia em função do teor de umidade de modo não-linear.The addition of Portland cement to soil in order to base layers for shallow foundations, liners for environmental protection or protection against erosion in earth damns has shown great economic advantages, avoiding the need of soil substitution as well as waste area. This research aim to quantify the relation between tensile and compressive strength for fine grained, artificially cemented soils as well as, quantify the influence of porosity, water content and cement content on tensile strength of kaolin-cement mixtures. An experimental program was designed with this objective. For the range of values studied, results show that water content (w) affects linearly tensile strength (qt) of specimens, bigger the water content bigger the tensile strength of the mixture studied. Besides that, the relation porosity/cement content (h/Civ) has demonstrated to be valid for designing kaolin-cement mixtures under tensile strength. The relation between tensile and compressive strength (qt/qu) is not unique for the soil studied. qt/qu seems to be a function of water content in a non-linear function
Estudo do comportamento de um solo reforçado com fibras de polipropileno visando o uso como base de fundações superficiais
Get PDFO presente trabalho tem como objetivo estudar o comportamento mecânico de camadas de um solo residual areno-siltoso reforçado com a adição de fibras de polipropileno distribuídas aleatoriamente na massa de solo, sob carregamento estático, visando o assentamento de fundações superficiais. O estudo se baseou em duas etapas, uma de laboratório e outra de campo. O programa experimental de laboratório consistiu na realização de ensaios triaxiais adensados drenados a fim de se estudar o comportamento do solo residual e de misturas solo-fibra em termos de tensão-deformação-resistência. Foram analisadas tensões confinantes, comprimentos, teores e diâmetros de fibras de polipropileno. Também foi avaliado o comportamento ao longo de ciclos carga-descarga-recarga para o solo reforçado, a influência da velocidade de carregamento, bem como o comportamento do solo residual e do solo-fibra, não somente na umidade ótima e densidade máxima, como também nos ramos seco e úmido da curva de compactação, obtida sob energia Proctor Normal. Na etapa de campo foram construídos aterros experimentais com camadas de solo residual compactado e do mesmo reforçado com fibras, e sobre estes foram executadas provas de carga (placa circular) com o objetivo de avaliar o comportamento carga x recalque de fundações superficiais. Uma comparação entre os resultados de ensaios triaxiais realizados sobre amostras de solo reforçado reconstituídas em laboratório e sobre amostras retiradas em campo é apresentada. A análise global dos resultados permitiu identificar as alterações provocadas pela inclusão aleatória de fibras de polipropileno no solo residual de arenito. Os resultados dos ensaios de placa sobre camadas de solo compactado com e sem reforço fibroso demonstraram um aumento significativo da capacidade de suporte com a inclusão de fibras, além de uma redução considerável dos recalques, quando comparado ao comportamento do solo residual compactado
Análise numérica e experimental do comportamento de fundações superficiais assentes em solo melhorado
Get PDFO presente trabalho tem como objetivo estudar o comportamento de camadas superficiais de solo melhorado como base de fundações superficiais. Nesta pesquisa foram realizados ensaios de placa de 30 cm de diâmetro sobre camadas de solo residual compactado e de solo tratado com cimento (teor de 5% de cimento), ambas com 60 cm de espessura. O programa experimental também incluiu a retirada de amostras de campo das camadas de solo melhorado para a execução de ensaios triaxiais drenados (CID) com medida interna de deformações, a fim de obter parâmetros constitutivos para a realização de simulações numéricas. Uma comparação entre os resultados dos ensaios triaxiais com amostras retiradas em campo e moldadas em laboratório (Rohlfes Junior, 1996) é apresentada. A diferença entre os resultados dos ensaios triaxiais com amostras de campo e laboratório foi significativa para o caso das amostras de solo melhorado com cimento, tal fato é atribuído principalmente a dificuldade de mistura em campo. O Método dos Elementos Finitos foi utilizado para simular o comportamento carga x recalque das placas assentes sobre camadas de solo melhorado. O modelo Pseudo-Elástico Não Linear (Hiperbólico) foi empregado na análise numérica para modelar o comportamento dos novos materiais. Os resultados dos ensaios de placa sobre camadas de solo melhorado demonstraram que houve um aumento significativo da capacidade de suporte, além de uma redução considerável dos recalques, quando comparados ao comportamento carga x recalque do solo natural (Cudmani, 1994). A analise do comportamento de fundações superficiais assentes em solos estratificados, através de simulações numéricas, demonstrou ser eficiente para a previsão do comportamento carga x recalque das mesmas.The aim of this research is to study the behavior of layers of improved soil as a base for shallow foundations. In this work, plate loading tests of 30 cm diameter have been performed over layers of compacted soil and soil-cement mixtures (5% of cement in weight), both with 60 cm of thickness. The experimental program has also included sampling of improved soils in the field and the execution of drained triaxial tests with interna1 measurement of deformation. The triaxial tests results were used to obtain constitutive parameters for numerical simulation of the plate loading tests. A comparison between results of triaxial tests with samples collected in the field and obtained in laboratory conditions (Rohlfes Junior, 1996) is presented. The difference between field and laboratory samples was significant mainly for soil-cement mixture, due to field mixing problems. The finite element method was used to simulate the load-settlement behavior of plates based on improved soil layers. The hyperbolic model was used in the numerical analysis to reproduce the stress-strain behavior of the new materials. The results of the plate loading tests on layers of improved soils have shown an increase of bearing capacity, as well as, a reduction of settlements when compared to the test on natural soil (Cudmani, 1994). The analysis of the behavior of shallow foundations based in layered soils, through numerical simulation, have shown its efíiciency in forecasting load-settlement behavior in the field
Determinação do comportamento carga-recalque de sapatas em solos residuais a partir de ensaios SPT
Get PDFO comportamento carga-recalque de sapatas assentes em solos residuais é perfeitamente representado a partir da interpretação de provas de carga. No entanto, a execução de provas de carga em fundações reais ou em placa é indesejada pela maioria dos construtores e contratantes por razões de cronograma e custo. Por outro lado, sondagens de simples reconhecimento (SPT) são de rápida execução, exigidas pela normalização vigente de projeto e execução de fundações (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1996) e largamente utilizados na geotecnia nacional, sendo tal ensaio normalizado pela da norma NBR 6.484/2001. Deste modo, nesta pesquisa, pretende-se estabelecer uma metodologia semi-empírica para estimar o comportamento de sapatas assentes em solos residuais a partir de correlação estatística de resultados de sondagens de simples reconhecimento (NSPT) com a tensão admissível e os recalques sob tensão de trabalho, obtidos a partir de resultados de provas de carga em placa ou fundações reais assentes em solos residuais. Deste modo, a partir de retro-análise de um conjunto de resultados de provas de carga executados em diferentes solos residuais, encontrados na literatura, e o uso de conceitos de estatística, obteve-se diversas correlações que possibilitam estimar o comportamento tensão-recalque deste tipo de solo através dos resultados médios dos ensaios de SPT Como resultados destas correlações foram obtidas equações para a previsão de recalques e tensão admissível de fundações assentes sobre solos residuais, bem como do módulo de elasticidade de tais solos. As equações de estimativa de recalques são dependentes, além dos resultados de SPT, da geometria da fundação e da tensão aplicada. Já as equações para a estimativa da tensão admissível e módulo de elasticidade são dependentes somente dos valores médios do ensaio de SPT. E finalmente, para testar as equações desenvolvidas, foi realizada uma análise “Classe A” no comportamento carga-recalque de três provas de carga realizadas em locais diferentes, mostrando a eficiência da metodologia desenvolvida para a determinação da tensão admissível e dos recalques em sapatas sob a aplicação de carga de trabalho assentes em solos residuais
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