Na construção de rodovias, as condições de umidade e densidade observadas na compactação são, geralmente, próximas daquelas correspondentes ao pico da curva de compactação obtida no ensaio Proctor. É sabido que variações ambientais no decorrer da vida do pavimento podem alterar, de maneira significativa, a umidade do subleito e dos seus componentes e assim, as suas propriedades resilientes. O objetivo principal desta pesquisa é avaliar a influência da variação da umidade pós-compactação no módulo de resiliência de solos de rodovias do interior paulista a partir de resultados de ensaios de laboratório. Foram coletados e caracterizados setenta e três solos, e, dentre estes, selecionados trinta para a etapa de estudo da variação da umidade pós-compactação, após a realização de ensaios MCT, difração de raios-x, microscopia eletrônica de varredura e azul de metileno para determinação da gênese. Os solos selecionados apresentam características distintas quanto à gênese, sendo metade laterítico e metade não-laterítico. Os corpos-de-prova foram compactados na umidade ótima e submetidos a processos de secagem e umedecimento e, posteriormente, realizados ensaios triaxiais cíclicos. Os resultados permitiram a modelagem do 'M IND.R' em função do estado de tensão para diferentes umidades e a avaliação da competência de alguns modelos matemáticos nesta representação. Estudou-se a influência da gênese e da granulometria sobre o valor do 'M IND.R' e avaliou-se a conseqüência da variação da umidade sobre este para solos lateríticos e não-lateríticos. Determinou-se uma expressão para estimar a variação do 'M IND.R' com a variação da umidade a partir do parâmetro k1, independentemente do estado de tensão. Pesquisou-se a existência de relações entre os parâmetros de regressão do modelo composto e os resultados dos ensaios de compressão simples e as propriedades físicas dos solos, de forma a permitir a estimativa do módulo de resiliência a partir do resultado de ensaios mais simples. Investigou-se a possibilidade de se utilizar as relações entre a variação do módulo tangente inicial com a variação da umidade para estimar os efeitos sobre o 'M IND.R'. / On road construction, the field compaction conditions are usually close to those determined from Proctor tests. Environmental variations may lead to changes in the pavement moisture and also changing its resilient properties. The main objective of this research is to study the influence of post-compaction moisture content variation on the resilient modulus of soils from São Paulo state pavements, using laboratory tests. To accomplish this objective, seventy three soils samples were collected and characterized. Among them, thirty samples were selected, after four different tests were carried out to determine the soils genesis, to study the post-compaction moisture content variation. Half of these selected soils are lateritic ones, and the other half are non-lateritic soils. The specimens were compacted at optimum moisture content and submitted to drying and moistening processes prior cyclic triaxial test to be carried out. The results allowed the resilient modulus modeling as a function at the stress state and the performance evaluation of five different models. The genesis and grain size distribution influence on the resilient modulus values were studied. The effects of moisture content variations on lateritic and non-lateritic soils were investigated. An expression to estimate the resilient modulus variations with the moisture variations was determined, independently of the stress state. The existence of relations of the compound model regression parameters with the results of unconfined compressive strength and soil properties were studied. The possibility of using the initial tangent modulus variations with the moisture variations to estimate the effects on the resilient modulus were also investigated.

Um dos maiores problemas na utilização de ensaios geotécnicos de laboratório está na obtenção de amostras indeformadas. Os solos moles estão entre os mais difíceis de amostrar e há um grande trabalho de pesquisa no desenvolvimento de técnicas de amostragem. A fim de obter amostras de alta qualidade para o estudo do comportamento do material do depósito, foi desenvolvido nesta pesquisa uma modificação do Equipamento de Amostragem Japonês e foram adaptadas algumas das técnicas utilizadas para amostragem indeformada. O processo usual de extrusão de solo de dentro do tubo amostrador foi substituído pelo corte transversal do tubo, o que reduz a perturbação do solo. Para facilitar esta operação, os tubos foram construídos de latão (substituindo o aço inoxidável original). O depósito sedimentar objeto de estudo desta dissertação foi escolhido por ter apresentado em ensaios de campo um índice de sensibilidade (razão entre as resistências ao cisalhamento não drenadas indeformada e amolgada) bastante elevado, o que torna a sua amostragem cuidadosa ainda mais importante. A sensibilidade dos solos é um parâmetro importante em projetos de engenharia geotécnica, pois as deformações reduzem severamente a resistência ao cisalhamento não drenada nestes materiais. Foram utilizados diferentes ensaios de laboratório para permitir a determinação da resistência ao cisalhamento não-drenada do solo nas condições indeformada e amolgada, e para avaliação da sensibilidade (ensaio de cone de laboratório, ensaio de palheta de laboratório e ensaio triaxial), além de ensaios de caracterização do depósito. O depósito estudado apresenta lentes com dois materiais distintos (um argiloso e outro arenoso), entretanto apresentam ângulos de atrito interno semelhantes (~34°). Em ambos o solos as resistências ao cisalhamento não drenada foram baixas (Su ~10 kPa na condição indeformada e Su = 0,5 - 2,0 kPa na condição amolgada). A sensibilidade do material argiloso ficou em torno de 10 e no solo arenoso foi de aproximadamente 20. Análises qualitativas dos resultados indicam que as amostras coletadas pelo novo amostrador tiveram elevado grau de qualidade. Os resultados obtidos (a) confirmam o bom desempenho do novo equipamento amostrador; (b) permitiram determinar com precisão as resistências não-drenadas dos materiais; (c) comprovaram a grande sensibilidade das lentes arenosas; (d) ajudam a explicar o comportamento do depósito em campo. / One of the most difficult problems in the use of laboratory geotechnical tests is related to obtaining undisturbed samples. The soft soils are among the most difficult soils to sample and there is a great research effort in developing new sampling techniques. In order to obtain high quality samples for the study of the soil sensitivity, a modification of the Japanese thin-walled tube sampler has been build for this research and some modifications of the sampling techniques have been made. The conventional extrusion of the soil sample from the tube was substituted by a traverse cut of the tube in order to reduce the soil perturbation during its extraction. To make this operation easier, the material used for the tubes was brass (substituting the usual stainless steel). The sedimentary deposit studied on this research has been selected for having presented an high sensitivity on vane field tests (relation between peak and large deformation strengths) which gives even more importance to careful sampling. The sensitivity is an important parameter for geotechnical design as the deformations can severely reduce the undrained shear strength of these materials. Various laboratory testing techniques have been used to determine the undrained shear strength of these soils both in undisturbed and disturbed conditions (fall cone tests, lab vane tests and triaxial tests), besides characterization tests of the deposit. The studied deposit presents lenses of two distinct materials (clayey and sandy lenses), however they present similar internal angles of friction (~34°). In both soils the undrained shear strength are quite low (Su ~10 kPa in undisturbed condition and Su = 0,5 - 2,0 kPa in disturbed condition). The sensitivity of the clayey material is around 10 and around 20 in the sandy soil. Qualitative analyses of the results indicate that the samples taken with the new sampler have an high quality level. The results obtained (a) confirm the good performance of the sampler built; (b) allowed the undrained shear strength to be determined with precision; (c) showed the great sensitivity of the sandy lenses; (d) helped to explain the field behaviour of the soil.

[pt] Este estudo apresenta o comportamento de solos reforçados com adição de pérolas de EPS (Poliestireno Expandido) através de estudo experimental. Os solos utilizados foram: um solo argiloso de origem coluvionar, uma areia limpa, mal graduada e bentonita. Foram realizados ensaios de caracterização física e de caracterização mecânica, como ensaios de compactação Proctor Normal, ensaios triaxiais consolidados isotropicamente drenados (CID) e ensaios de cisalhamento direto para buscar estabelecer padrões de comportamento que possam explicar a influência da adição de pérolas de EPS, relacionando-a com os parâmetros de resistência ao cisalhamento. Os ensaios triaxiais CID foram realizados em amostras de solo argiloso compactadas na densidade máxima seca e umidade ótima, com teores de pérolas de EPS de 0 por cento, 0,25 por cento, 0,50 por cento, 0,75 por cento e 1 por cento, em relação ao peso seco do solo e os ensaios triaxiais CID em amostras de areia foram realizados para uma densidade relativa de 50 por cento e umidade de 10 por cento, com teores de pérolas de EPS de 0 por cento, 0,50 por cento e 0,75 por cento, em relação ao peso seco do solo. Os ensaios de cisalhamento direto com bentonita foram realizados com teores de pérolas de EPS de 0 por cento, 0,50 por cento e 0,75 por cento, em relação ao peso seco do solo. Os resultados mostraram que o tipo de solo, o teor de pérolas de EPS e o nível de tensão confinante influenciam positivamente o comportamento mecânico final dos compósitos com relação aos parâmetros de resistência, porém não há uma tendência de comportamento bem definida ao analisar cada fator independentemente. Portanto, o uso de pérolas de EPS em obras geotécnicas de carregamento estático contribuiria com o menor consumo de material natural e a consequente redução dos custos de transporte e volume de material mobilizado. / [en] This study presents the behavior of soils reinforced with EPS (Expanded Polystyrene) beads through experimental study. The soils used were a coluvionar soil, a clean and barely graduated sand and bentonite. Physical characterization, Standard Proctor, consolidated drained triaxial and direct shear tests were performed to establish patterns of behavior that may explain the influence of the addition of expanded polystyrene beads, linking it with shear strength parameters. The CID triaxial was performed on samples of clayey soil compacted within the maximum dry density and optimum moisture content with expanded polystyrene beads ratios of 0 percent, 0.25 percent, 0.50 percent, 0.75 percent and 1 percent by dry weight of soil. CID triaxial tests on sand samples were made to a relative density of 50 per cent and 10 per cent of moisture content, with EPS beads ratios of 0 percent, 0.50 percent and 0.75 percent by dry weight of soil. The direct shear tests with bentonite were made with EPS beads ratios of 0 percent, 0.50 percent and 0.75 percent by dry weight of soil. The results showed that the kind of soil, the EPS content and level of confining stress level influence positively on the final mechanical behavior of the composites with respect to strength parameters, but there is no well-defined pattern of behavior to examine each factor independently. Therefore, the use of EPS beads in geotechnical works, contribute to lower consumption of natural material and the consequent reduction in transport costs and volume of mobilized material.

Um dos maiores problemas na utilização de ensaios geotécnicos de laboratório está na obtenção de amostras indeformadas. Os solos moles estão entre os mais difíceis de amostrar e há um grande trabalho de pesquisa no desenvolvimento de técnicas de amostragem. A fim de obter amostras de alta qualidade para o estudo do comportamento do material do depósito, foi desenvolvido nesta pesquisa uma modificação do Equipamento de Amostragem Japonês e foram adaptadas algumas das técnicas utilizadas para amostragem indeformada. O processo usual de extrusão de solo de dentro do tubo amostrador foi substituído pelo corte transversal do tubo, o que reduz a perturbação do solo. Para facilitar esta operação, os tubos foram construídos de latão (substituindo o aço inoxidável original). O depósito sedimentar objeto de estudo desta dissertação foi escolhido por ter apresentado em ensaios de campo um índice de sensibilidade (razão entre as resistências ao cisalhamento não drenadas indeformada e amolgada) bastante elevado, o que torna a sua amostragem cuidadosa ainda mais importante. A sensibilidade dos solos é um parâmetro importante em projetos de engenharia geotécnica, pois as deformações reduzem severamente a resistência ao cisalhamento não drenada nestes materiais. Foram utilizados diferentes ensaios de laboratório para permitir a determinação da resistência ao cisalhamento não-drenada do solo nas condições indeformada e amolgada, e para avaliação da sensibilidade (ensaio de cone de laboratório, ensaio de palheta de laboratório e ensaio triaxial), além de ensaios de caracterização do depósito. O depósito estudado apresenta lentes com dois materiais distintos (um argiloso e outro arenoso), entretanto apresentam ângulos de atrito interno semelhantes (~34°). Em ambos o solos as resistências ao cisalhamento não drenada foram baixas (Su ~10 kPa na condição indeformada e Su = 0,5 - 2,0 kPa na condição amolgada). A sensibilidade do material argiloso ficou em torno de 10 e no solo arenoso foi de aproximadamente 20. Análises qualitativas dos resultados indicam que as amostras coletadas pelo novo amostrador tiveram elevado grau de qualidade. Os resultados obtidos (a) confirmam o bom desempenho do novo equipamento amostrador; (b) permitiram determinar com precisão as resistências não-drenadas dos materiais; (c) comprovaram a grande sensibilidade das lentes arenosas; (d) ajudam a explicar o comportamento do depósito em campo. / One of the most difficult problems in the use of laboratory geotechnical tests is related to obtaining undisturbed samples. The soft soils are among the most difficult soils to sample and there is a great research effort in developing new sampling techniques. In order to obtain high quality samples for the study of the soil sensitivity, a modification of the Japanese thin-walled tube sampler has been build for this research and some modifications of the sampling techniques have been made. The conventional extrusion of the soil sample from the tube was substituted by a traverse cut of the tube in order to reduce the soil perturbation during its extraction. To make this operation easier, the material used for the tubes was brass (substituting the usual stainless steel). The sedimentary deposit studied on this research has been selected for having presented an high sensitivity on vane field tests (relation between peak and large deformation strengths) which gives even more importance to careful sampling. The sensitivity is an important parameter for geotechnical design as the deformations can severely reduce the undrained shear strength of these materials. Various laboratory testing techniques have been used to determine the undrained shear strength of these soils both in undisturbed and disturbed conditions (fall cone tests, lab vane tests and triaxial tests), besides characterization tests of the deposit. The studied deposit presents lenses of two distinct materials (clayey and sandy lenses), however they present similar internal angles of friction (~34°). In both soils the undrained shear strength are quite low (Su ~10 kPa in undisturbed condition and Su = 0,5 - 2,0 kPa in disturbed condition). The sensitivity of the clayey material is around 10 and around 20 in the sandy soil. Qualitative analyses of the results indicate that the samples taken with the new sampler have an high quality level. The results obtained (a) confirm the good performance of the sampler built; (b) allowed the undrained shear strength to be determined with precision; (c) showed the great sensitivity of the sandy lenses; (d) helped to explain the field behaviour of the soil.

Considering the similarity between the mechanical behavior of artificially cemented soils and rock masses, this study proposes a methodology to obtain the envelopes resistance of artificially cemented soils, using the Hoek-Brown failure criterion. The proposed methodology consists basically in performing two triaxial tests, with the soil non-cemented and cemented with a high cement content, and estimate the strength envelopes for intermediate cement contents, using the equations presented in this research. To develop the methodology, initially, a number of unconfined compression tests and triaxial tests were carried out in order to quantify the influence of the porosity/cement ratio (n/Civ) on the strength parameters of the cement mixtures used. From the tests results and the Hoek-Brown failure criterion, new equations were developed to calculate the envelope parameters (a, m, s), as functions of porosity/cement ratio. The proposed method was applied to triaxial tests data presented in four different studies and the results showed that the Hoek-Brown envelope is suitable to represent the resistance of artificial cemented soils, being able to incorporate the effects caused by the confining pressure and by the cement content. The envelopes estimated and those obtained from the triaxial tests were very close, indicating that the proposed methodology can be used with a reasonable degree of reliability. The results obtained with the proposed methodology were used to simulate, by the Finite Element Method, the pressuresettlement behavior and the variation of the safety factor of a shallow foundation bearing on a double-layered system formed by an artificially cemented soil layer overlaying a soil stratum. The simulations were performed using as variables the cement content of the enhanced layer and the relationship between the thickness of the treated layer (H) and the diameter of the foundation (D). The results show that the use of artificially cemented layers considerably increases the vertical pressure required for an specific settlement and also the foundation safety factor. Thus, the execution of shallow foundations, replacing deep foundations, becomes feasible / Considerando a semelhanÃa existente entre o comportamento mecÃnico dos solos artificialmente cimentados e dos maciÃos rochosos, o presente trabalho propÃe uma metodologia para a obtenÃÃo das envoltÃrias de resistÃncia dos solos artificialmente cimentados, utilizando o critÃrio de ruptura geral de Hoek-Brown. A metodologia proposta consiste, basicamente, em realizar dois ensaios triaxiais, um com o solo nÃo cimentado e outro com o solo cimentado com um teor de cimento elevado, e estimar as envoltÃrias de resistÃncia para os teores de cimento intermediÃrios, atravÃs das equaÃÃes desenvolvidas. Para o desenvolvimento da metodologia, inicialmente, foram realizados ensaios de compressÃo simples e triaxiais nÃo drenados, com o objetivo quantificar a influÃncia do fator vazio/cimento (n/Civ) sobre os parÃmetros de resistÃncia das misturas cimentadas utilizadas. A partir dos resultados dos ensaios de resistÃncia e da equaÃÃo geral do critÃrio de Hoek-Brown, foram desenvolvidas equaÃÃes para calcular os parÃmetros da envoltÃria (a, m, s), em funÃÃo do fator vazio/cimento. A metodologia proposta foi aplicada aos resultados dos ensaios triaxiais apresentados em outros quatro trabalhos e os resultados mostraram que a envoltÃria de Hoek-Brown à adequada para representar a resistÃncia dos solos artificialmente cimentados, sendo capaz de incorporar os efeitos causados pela tensÃo confinante e pelo nÃvel de cimentaÃÃo. As envoltÃrias estimadas e as obtidas com os ensaios triaxiais ficaram bem prÃximas, indicando que a metodologia proposta pode ser empregada com um razoÃvel grau de confiabilidade. Os resultados obtidos com a metodologia proposta foram utilizados para simular, atravÃs do MÃtodo dos Elementos Finitos, o comportamento carga-recalque e a variaÃÃo do fator de seguranÃa de uma fundaÃÃo superficial assente sobre um sistema de dupla camada, sendo a superior cimentada. As simulaÃÃes foram realizadas utilizando como variÃveis o teor de cimento da camada reforÃada e a relaÃÃo entre a altura da camada cimentada (H) e o diÃmetro da fundaÃÃo (D). Os resultados obtidos mostram que a utilizaÃÃo de camadas artificialmente cimentadas eleva consideravelmente as tensÃes verticais necessÃrias para um recalque relativo especÃfico e, tambÃm, o fator de seguranÃa da fundaÃÃo. Com isso, a execuÃÃo de fundaÃÃes superficiais, em substituiÃÃo a fundaÃÃes profundas, torna-se viÃvel.

Um dos maiores problemas na utilização de ensaios geotécnicos de laboratório está na obtenção de amostras indeformadas. Os solos moles estão entre os mais difíceis de amostrar e há um grande trabalho de pesquisa no desenvolvimento de técnicas de amostragem. A fim de obter amostras de alta qualidade para o estudo do comportamento do material do depósito, foi desenvolvido nesta pesquisa uma modificação do Equipamento de Amostragem Japonês e foram adaptadas algumas das técnicas utilizadas para amostragem indeformada. O processo usual de extrusão de solo de dentro do tubo amostrador foi substituído pelo corte transversal do tubo, o que reduz a perturbação do solo. Para facilitar esta operação, os tubos foram construídos de latão (substituindo o aço inoxidável original). O depósito sedimentar objeto de estudo desta dissertação foi escolhido por ter apresentado em ensaios de campo um índice de sensibilidade (razão entre as resistências ao cisalhamento não drenadas indeformada e amolgada) bastante elevado, o que torna a sua amostragem cuidadosa ainda mais importante. A sensibilidade dos solos é um parâmetro importante em projetos de engenharia geotécnica, pois as deformações reduzem severamente a resistência ao cisalhamento não drenada nestes materiais. Foram utilizados diferentes ensaios de laboratório para permitir a determinação da resistência ao cisalhamento não-drenada do solo nas condições indeformada e amolgada, e para avaliação da sensibilidade (ensaio de cone de laboratório, ensaio de palheta de laboratório e ensaio triaxial), além de ensaios de caracterização do depósito. O depósito estudado apresenta lentes com dois materiais distintos (um argiloso e outro arenoso), entretanto apresentam ângulos de atrito interno semelhantes (~34°). Em ambos o solos as resistências ao cisalhamento não drenada foram baixas (Su ~10 kPa na condição indeformada e Su = 0,5 - 2,0 kPa na condição amolgada). A sensibilidade do material argiloso ficou em torno de 10 e no solo arenoso foi de aproximadamente 20. Análises qualitativas dos resultados indicam que as amostras coletadas pelo novo amostrador tiveram elevado grau de qualidade. Os resultados obtidos (a) confirmam o bom desempenho do novo equipamento amostrador; (b) permitiram determinar com precisão as resistências não-drenadas dos materiais; (c) comprovaram a grande sensibilidade das lentes arenosas; (d) ajudam a explicar o comportamento do depósito em campo. / One of the most difficult problems in the use of laboratory geotechnical tests is related to obtaining undisturbed samples. The soft soils are among the most difficult soils to sample and there is a great research effort in developing new sampling techniques. In order to obtain high quality samples for the study of the soil sensitivity, a modification of the Japanese thin-walled tube sampler has been build for this research and some modifications of the sampling techniques have been made. The conventional extrusion of the soil sample from the tube was substituted by a traverse cut of the tube in order to reduce the soil perturbation during its extraction. To make this operation easier, the material used for the tubes was brass (substituting the usual stainless steel). The sedimentary deposit studied on this research has been selected for having presented an high sensitivity on vane field tests (relation between peak and large deformation strengths) which gives even more importance to careful sampling. The sensitivity is an important parameter for geotechnical design as the deformations can severely reduce the undrained shear strength of these materials. Various laboratory testing techniques have been used to determine the undrained shear strength of these soils both in undisturbed and disturbed conditions (fall cone tests, lab vane tests and triaxial tests), besides characterization tests of the deposit. The studied deposit presents lenses of two distinct materials (clayey and sandy lenses), however they present similar internal angles of friction (~34°). In both soils the undrained shear strength are quite low (Su ~10 kPa in undisturbed condition and Su = 0,5 - 2,0 kPa in disturbed condition). The sensitivity of the clayey material is around 10 and around 20 in the sandy soil. Qualitative analyses of the results indicate that the samples taken with the new sampler have an high quality level. The results obtained (a) confirm the good performance of the sampler built; (b) allowed the undrained shear strength to be determined with precision; (c) showed the great sensitivity of the sandy lenses; (d) helped to explain the field behaviour of the soil.

Na construção de rodovias, as condições de umidade e densidade observadas na compactação são, geralmente, próximas daquelas correspondentes ao pico da curva de compactação obtida no ensaio Proctor. É sabido que variações ambientais no decorrer da vida do pavimento podem alterar, de maneira significativa, a umidade do subleito e dos seus componentes e assim, as suas propriedades resilientes. O objetivo principal desta pesquisa é avaliar a influência da variação da umidade pós-compactação no módulo de resiliência de solos de rodovias do interior paulista a partir de resultados de ensaios de laboratório. Foram coletados e caracterizados setenta e três solos, e, dentre estes, selecionados trinta para a etapa de estudo da variação da umidade pós-compactação, após a realização de ensaios MCT, difração de raios-x, microscopia eletrônica de varredura e azul de metileno para determinação da gênese. Os solos selecionados apresentam características distintas quanto à gênese, sendo metade laterítico e metade não-laterítico. Os corpos-de-prova foram compactados na umidade ótima e submetidos a processos de secagem e umedecimento e, posteriormente, realizados ensaios triaxiais cíclicos. Os resultados permitiram a modelagem do 'M IND.R' em função do estado de tensão para diferentes umidades e a avaliação da competência de alguns modelos matemáticos nesta representação. Estudou-se a influência da gênese e da granulometria sobre o valor do 'M IND.R' e avaliou-se a conseqüência da variação da umidade sobre este para solos lateríticos e não-lateríticos. Determinou-se uma expressão para estimar a variação do 'M IND.R' com a variação da umidade a partir do parâmetro k1, independentemente do estado de tensão. Pesquisou-se a existência de relações entre os parâmetros de regressão do modelo composto e os resultados dos ensaios de compressão simples e as propriedades físicas dos solos, de forma a permitir a estimativa do módulo de resiliência a partir do resultado de ensaios mais simples. Investigou-se a possibilidade de se utilizar as relações entre a variação do módulo tangente inicial com a variação da umidade para estimar os efeitos sobre o 'M IND.R'. / On road construction, the field compaction conditions are usually close to those determined from Proctor tests. Environmental variations may lead to changes in the pavement moisture and also changing its resilient properties. The main objective of this research is to study the influence of post-compaction moisture content variation on the resilient modulus of soils from São Paulo state pavements, using laboratory tests. To accomplish this objective, seventy three soils samples were collected and characterized. Among them, thirty samples were selected, after four different tests were carried out to determine the soils genesis, to study the post-compaction moisture content variation. Half of these selected soils are lateritic ones, and the other half are non-lateritic soils. The specimens were compacted at optimum moisture content and submitted to drying and moistening processes prior cyclic triaxial test to be carried out. The results allowed the resilient modulus modeling as a function at the stress state and the performance evaluation of five different models. The genesis and grain size distribution influence on the resilient modulus values were studied. The effects of moisture content variations on lateritic and non-lateritic soils were investigated. An expression to estimate the resilient modulus variations with the moisture variations was determined, independently of the stress state. The existence of relations of the compound model regression parameters with the results of unconfined compressive strength and soil properties were studied. The possibility of using the initial tangent modulus variations with the moisture variations to estimate the effects on the resilient modulus were also investigated.

Les matériaux granulaires sont souvent utilisés les chaussées à faible et moyen trafic, pour la réalisation des couches d’assise, des couches de forme et de la couche de sol support. Les sollicitations dues au trafic sont les principales causes d’endommagement de ces chaussées qui conduisent à deux modes de dégradation: l’orniérage à grand rayon et la fissuration par fatigue de la couverture bitumineuse. L’influence de la non saturation et de la teneur en fines sur la capacité portante des sols granulaires joue un rôle très important sur la rigidité mécanique ainsi que l’endommagement des structures de chaussées soumises aux chargements répétés du trafic. En plus, le phénomène d’hystérésis produit par les conditions environnementales, notamment les conditions hydriques a également une influence importante sur la rigidité de ces matériaux non liés. Cependant, la méthode de dimensionnement des chaussées neuves en France ne permet pas de prendre en compte correctement l’effet de teneur en fines et l’effet de l’hystérésis hydrique. L’objectif de la thèse est d’étudier l’effet de la non-saturation, de la teneur en fines et de l’hystérésis hydrique sur le comportement mécanique des matériaux granulaires de chaussées soumis aux chargements répétés du trafic. Nous avons réalisé une campagne d’essais à différentes teneurs en eau sur deux chemins d’humidification et de séchage, avec mesure de la succion, de la résistance au cisaillement et du comportement résilient (essais triaxiaux à chargements répétés). Finalement, à l’aide de ces résultats expérimentaux, nous avons déterminé les paramètres des modèles classiques d’élasticité non linéaire. Ces modèles sont implantés dans le code de calcul aux éléments finis CAST3M pour déterminer la déflexion de chaussées souples lorsqu’elles sont soumises à des sollicitations mécaniques de trafic et des sollicitations hydriques environnementales. / Granular materials are often used in low traffic pavement structures, with unbound granular base and sub-base layers. The load due to traffic is one of the principal damage modes for these pavements. The main design criteria for these pavements are a rutting criterion for the subgrade, a fatigue criterion for the asphalt layer. The variation of the unsaturated state and the clay content in granular materials have a significant influence on their mechanical behavior. In addition, the hysteresis phenomenon produced by the environmental conditions, including water conditions also has a very important influence on the rigidity of the unbound material. Whereas, the French design method is based on linear elastic calculations. It does not take into account theinfluence of clay content of pavement materials and the influence of the hysteresis phenomenon. Then, the objective of this thesis is to study the unsaturated state, the clay content and the hysteresis phenomenon on mechanical behavior of unbound granular materials for roads subjected to traffic loading. A series of tests for different water contents on both wetting and drying paths have been carried out with matrix suction measurements, shear tests and repeated load triaxial tests for the resilient behavior. Finally, the experimental results were simulated using the nonlinear elastic model (modified Boyce model) generally used for the resilient behavior of granular soils. These models are implemented in the finite element code and calculations have been performed with CAST3M to determine the deflection of full scale pavements at different environmental conditions.

This dissertation presents an investigation of the effects of stress, and of absolute and relative particle size, in tests on vertically loaded footings. Two granular materials, namely, a silica rock flour and a Chatelet flint grit, which differed in nominal diameter by a factor of 50 but were otherwise practically similar in all other grain characteristics were used in this work. A comprehensive series of triaxial tests under a wide range of cell pressures was carried out to quantify the stress and absolute particle size effects. Model footing tests were also performed by pushing a rigid circular punch axisymmetrically into the flat surface of a cylindrical soil model either under 1-g (gravity) with surcharge or under elevated g in a centrifuge. The 1-g and centrifuge test series were used to study the scale effects on the surcharge term Ng and the self-weight term Nγ of the Terzaghi bearing capacity equation, respectively. Parameters varied were punch diameter, particle size and surcharge or g level. Two theoretical analyses were attempted based on the finite element method and the method of characteristics. Using the Schofield Soil Model, the finite element analysis can give a reasonable order of magnitude prediction for the settlement of the footing under working load conditions. When the effect of reducing angle of shearing with increasing stress was taken into account together with the change of geometry due to footing penetration, the angles of shearing inferred from the method of characteristics fall within ±20 of those measured in triaxial compression tests. Distortion due to violating the scaling law by not conserving the ratio of particle size to model dimension was not considered to be significant. Distortion due to violating the constitutive soil behaviour by varying the absolute particle size was found to be significant due to differences in grain crushing, but this can be accounted for effectively by the new style of calculations developed in the thesis.

[pt] O presente estudo apresenta o comportamento dos solos reforçados com PET em pó e triturado, através de ensaios de laboratório. Foram utilizados três solos: um solo coluvionar, uma areia limpa e mal graduada e uma bentonita. Caracterização física, química e ensaios mecânicos (triaxiais CIU e cisalhamento direto) foram realizadas para cada material e misturas. O ensaio triaxial foi realizado em amostras de solo argiloso compactado com porcentagens de pó de PET de 0, 10, 20 e 30 por cento de PET triturado de 3,0 e 5,0 por cento, por seco peso de solo. Os ensaios triaxiais, em amostras de areia foram feitas a uma densidade relativa de 50 por cento e 10 por cento de teor de umidade, e com 0, 10 e 20 por cento de pó de PET, em relação ao peso seco do solo. Os ensaios de cisalhamento direto com bentonita foram feitos com porcentagens de 0 e 30 por cento de pó de PET e 3,0 e 5,0 por cento de PET triturado, por peso seco de solo. Os resultados mostraram que o teor de PET e nível de confinamento têm influência sobre o comportamento mecânico final das misturas. Com ambos os resíduos de PET, as misturas apresentam um comportamento satisfatório, aumentando ou mantendo os parâmetros de resistência ao cisalhamento semelhantes ao solo puro. Assim, para as misturas argilosos, a mistura com 30 por cento de pó de PET e a com 5 por cento de PET triturado são mais eficazes, uma vez que nelas observou-se maior melhora nos parâmetros de resistência. Para misturas de areia a inclusão PET é mais eficaz com 10 por cento de pó PET em tensões confinantes menores e umidade ótima de 10 por cento. Para misturas bentonita, a inserção de PET é mais eficaz para o PET triturado na porcentagem de 5 por cento. Portanto, o uso de resíduos de PET para o reforço do solo poderia minimizar os problemas atuais disposição do resíduo, contribuir com a redução do consumo de recursos naturais e dar um uso nobre para este material. / [en] This study presents the behavior of soils reinforced with crushed PET (Polyethylene Terephthalate) residue through experimental study. Three soils were used: a coluvionar soil, a clean and poorly graduated sand and a bentonite. Physical characterization, chemical and mechanical tests (isotropically consolidated-drained triaxial and direct shear) were performed for each material and mixtures. The triaxial test was performed on samples of clayey soil compacted within the maximum dry density and optimum moisture content with ratios of 0, 10, 20 and 30 per cent of fine crushed PET and 3,0 and 5,0 per cent of PET flakes, by dry weight of soil. The triaxial tests on sand samples were made to a relative density of 50 percent and 10 per cent of water content, and with 0, 10 and 20 percent fine crushed PET, by dry weight of soil. The direct shear tests with bentonite were made with ratios of 0 and 30 percent of fine crushed PET and 3,0 and 5,0 percent of PET flakes, by dry weight of soil. The results have shown that the PET content and level of confining stress have influence on the final mechanical behavior of the mixtures. With both residue of PET, the mixtures present a satisfactory behavior, increasing or maintaining the shear strength parameters similar to the pure soil. Thus, for the clayey mixtures, the fine crushed PET content of 30 percent and the PET flakes content of 5 percent are more effective, once they increase the strength parameters. For sandy mixtures the PET inclusions is more effective with 10 percent of fine crushed PET at lower confining stresses and the optimum content is 10 percent. For bentonite mixtures the PET inclusions is more effective for PET flakes and the optimum content is 5. Therefore, the use of PET waste for soil reinforcement could minimize the current problems of waste disposal, contribute with the reduction of consumption of natural resources and give a noble use for this material.