Reinforced piled embankment technique is becoming increasingly utilised for the construction over soft grounds. Most of the studies focused on studying the behaviour of piled embankments that are loaded with static surcharge load. However, less attention has been given to the behaviour of piled embankments under cyclic loading conditions. In this study, an experimental programme has been undertaken to improve our understanding for the behaviour of unreinforced and reinforced shallow piled embankments subject to cyclic loadings that are applied over a specific area of the embankment. The results showed that arching of the soil was adversely affected during the initial stages of cyclic loading regardless of the embankment height. However, regain of strength and recovery of the arching effect was observable during further stages of cyclic loadings. Inclusion of reinforcement layers was found to enhance the performance of load transfer mechanisms. The surface settlement increased with raising the embankment height and reduced with increasing the number of reinforcement layers. Two preliminary experimental studies have been carried out in order to be able to understand and design the main experiment. The results showed that with increasing number of reinforcement layers, enormous cycles of loading could be applied without experiencing excessive deformation or loss of bearing resistance. Furthermore, it was observed that alternating the direction of movement significantly affected the formation of arching during the initial cycles irrespective of the embankment height. / Higher Education Institute of the Libyan Government

The formation of plastic strains in non-cohesive soils due to large number of loading cycles is a phenomenon of great importance in geotechnical and civil engineering. It constitutes a considerable cause for failures and deformations in various types of engineering applications including pavements. Strain accumulation due to cyclic loading has been studied for years through different models. This thesis reviews various models and focuses on the Bochum model through which, the most contributing soil and traffic parameters on permanent strains formation in pavement subgrades can be figured out. This represents the base for studying the serviceability of increasing the gross weights of vehicles that affect the behavior and size of cyclic loading. This was discussed through investigating the efficacy of increasing the number of vehicle axles and through increasing the vehicle gross weight while keeping the number of axles to check their impacts at the levels of strain formation in soil and consequently on its deformation. The results showed a considerable difference in settlements after changing the axle configurations of vehicles through increasing its number of axles. The work is expected to open a new area of scientific research in pavement designs seeking for ideal configurations of vehicle axles and to provide an advanced approach for studying soil deformations due to higher cyclic loadings.

L’une des principales exigences d’utilisation d’un adhésif est son aptitude à conserver sa capacité à supporter des efforts, appliqués de manière répétée, tout au long de sa vie en service. Toutefois, on dénombre peu d’études sur le comportement en fatigue des assemblages collés. De plus, ces études concernent majoritairement la propagation de fissures et non l'amorçage. Le comportement en fatigue d’assemblages collés est généralement caractérisé grâce à des essais simple-recouvrement auxquels sont associés des états de contrainte complexes présentant de fortes concentrations de contrainte. Le but de ce travail est de développer un outil prédictif du comportement cyclique d’un adhésif dans un assemblage soumis à un chargement de fatigue, en utilisant des essais basés sur l’utilisation d’un montage Arcan modifié. Ce type de montage utilise des éprouvettes générant un état de contrainte avec peu d’effets de bord et un maximum au centre du joint de colle. Une base expérimentale constituée d'essais monotones, cycliques et de fluage pour différents modes de chargement sont présentés. Les résultats expérimentaux concernant un adhésif bi-composant polyuréthane SikaForce®-7817 L60MR permettent de caractériser un comportement reproductible. Ces résultats soulignent une évolution non-linéaire des déformations et fortement dépendante du type de chargement. Ce comportement peut être décrit par l’utilisation d’un modèle visco-élastique-visco-plastique. Implanté dans un code de calcul par éléments finis, ce modèle a permis d’analyser l’influence des phénomènes visqueux. Afin de limiter les temps d'essais, une identification inverse des paramètres a été menée à partir d'une campagne d'essais Arcan en fluage/recouvrement. Les simulations par éléments finis ont permis de décrire le comportement cyclique de structures collées et en utilisant un critère de rupture pertinent, d'effectuer un calcul de durée de vie à l'amorçage d'une fissure. Ce travail a été appliqué à l’étude du comportement en fatigue d'assemblages collés pour applications éoliennes offshores. Aussi, à partir de la stratégie développée, des estimations de la durée de vie de structures composites collés ainsi que d’un cas d’application représentatif ont été réalisées. / Estimating capacities of adhesives to endure repetitive loadings is an essential point to perform fatigue assessments. Nevertheless, few studies have been performed on the cyclic behaviour of adhesively bonded structures. Moreover, fatigue crack initiation is less studied for adhesives than the fatigue crack propagation. Fatigue behaviour is mainly analysed using lap-shear type specimens, which are associated with complex stress states and stress concentrations. The aim of this work is to develop a predictive tool describing the cyclic behaviour of an adhesive in an assembly under fatigue loading using an experimental approach based on modified Arcan tests. Such a device is associated with low edge effects and a maximum stress state in the centre of the adhesive. Accurate experimental results under monotonic, creep and cyclic loading are presented for several load amplitudes, mean loads and loading rates. For a two-component polyurethane SikaForce®-7817 L60 MR adhesive, experimental results led to reproducible behaviour. These results underline that the evolutions of the non linear strains strongly depend on the loading type. This behaviour is well described using a visco-elastic-visco-plastic model with non-linear viscous parameters. This model, implemented in 3D finite element simulations, allows analysing the influence of viscosity. In order to limit the experimental test time the inverse identification of the model parameters is performed from modified Arcan creep-relaxation tests. The finite element simulations of bonded structures allowing an efficient description of the cyclic behaviour and using an adequate failure criterion based on the viscous strains evolutions, a validation on fatigue life predictions is performed. This work is dedicated to the study of fatigue of bonded structures in offshore windmills applications. From this strategy a fatigue life estimation of composite structures tests and on an application test is proposed.

O avanço das técnicas de melhoramento de solos vem permitindo o aproveitamento de locais nos quais, até pouco tempo atrás, era considerada a construção de muitas estruturas como inviáveis, seja técnica, financeira ou ambientalmente. Uma das técnicas que tem conseguido demostrar bons resultados é o reforço com fibras de diferentes origens, com ou sem presença de algum agente cimentante. A maioria dos estudos conduzidos sobre este tipo de materiais se têm centrado na caracterização dos materiais sob cargas estáticas, e outros estudos se limitam a avaliar o comportamento sob cargas cíclicas destes materiais para densidades relativas baixas, nas quais o fenômeno de liquefação governa o mecanismo de ruptura. O presente estudo tenta aprofundar no conhecimento sobre materiais compactos quando submetidos a carregamentos cíclicos, de maneira a fornecer insumos para o estudo deste campo. O estudo, de caráter experimental, foi feito através da caracterização de corpos de prova de areia e areia com 0,5% de fibras, além da consideração de dois índices de vazios: o primeiro de 0,63 (correspondente a uma densidade relativa de 90%), e o segundo com um índice de vazios igual a 0,75 (correspondente a uma densidade relativa de 50%) Foram executados 29 ensaios triaxiais, além da adoção dos valores de outros 15 feitos por outro autor, totalizando 44 ensaios. A totalidade dos ensaios divide-se assim: 12 ensaios monotônicos CID, 12 ensaios monotônicos CIU, e 20 ensaios cíclicos CIU sob tensão controlada. Nos ensaios monotônicos obtiveram-se incrementos no ângulo de atrito do material composto, sendo mais evidente para as amostras compactas. Em relação aos ensaios cíclicos, obteve-se incrementos nas resistência do material até atingir sua condição de ruptura, seja por liquefação em amostras pouco compactas (Dr= 50%), ou por mobilidade cíclica no caso de amostras compactas (Dr= 90%). A normalização dos resultados permitiu observar que, embora as fibras melhorem o desempenho das misturas quando submetidas a carregamentos cíclicos, não alteraram a estrutura do material em sua resposta em termos de módulo de elasticidade, pelo menos no que respeita a níveis de deformações medianos a grandes. Para pequenas deformações, evidenciou-se uma diminuição na rigidez das amostras, ocasionando assim maiores acréscimos de poropressão nos estágios iniciais dos ensaios, mais nas em areias com fibras do que sem elas. / The development of ground improvement techniques has allowed the use of certain places, which was in the past considered as non-viable for the construction of many types of structures. Fiber reinforced soils have shown good results, with or without presence of any cementitious agent. The focus of most studies performed on this type of materials, is the characterization under static loading, and other studies are limited to evaluating its behavior on cyclic loading at low level of relative density, in which cases the liquefaction phenomenon governs the mechanism of rupture. This study aims to improve the knowledge of cyclic loading effects in dense materials. Was carried out an experimental program by characterizing specimens of sand with 0% and 0.5% of randomly distributed fiber, considering two void ratios: 0.63 (dense sand, Dr = 90%) and 0.75 (moderately loose sand, Dr = 50%). In total, were performed 29 triaxial tests, in addition of another 15 executed by another author, totaling 44 The test were divided as follows: 12 monotonic CIU test, 12 monotonic CID test, and 20 CIU loading controlled cyclic test. In monotonic conditions, fibers addition increases the friction angle, mostly on dense samples (Dr = 90%) than on loose specimens (Dr = 50%). For cyclic tests, in both materials, fiber additions causes improvement on cyclic behavior, but with different failure mechanism, liquefaction for loose, and cyclic mobility for dense sands, regardless of the presence of fibers. The transformation of the number of cycles axis, or normalization of another cyclic results allowed observing that, despite the fiber addition can cause improvement of materials subjected to cyclic loading, the structure of the material did not change in elasticity modulus response, at least for medium to large strains levels. For small strains, occur a decrease in the stiffness of samples, causing greater increases of pore pressure in the initial stages of tests, more in reinforced sand than for none reinforced condition. / El avance de las técnicas para mejoramiento de suelos ha permitido el aprovechamiento de sitios en los cuales, hasta hace poco tiempo, se consideraba como no viable la construcción de muchas estructuras, sea por cuestiones técnicas, financieras o ambientales. Una técnica que ha demostrado buenos resultados es la incorporación de refuerzos con fibras de diferente origen, considerando o no la presencia de algún agente cementante. La mayoría de los estudios realizados a este tipo de materiales se han centrado en la caracterización bajo la acción de cargas estáticas, e otros se han limitado a evaluar el comportamiento bajo la acción de cargas cíclicas considerando únicamente densidades relativas bajas, para las cuales la ruptura está controlada por el fenómeno de licuación. El presente estudio busca ahondar en el conocimiento sobre el comportamiento bajo acción de cargas cíclicas de materiales compactos, buscando con ello ampliar la base experimental sobre este campo. El estudio, de carácter experimental, fue realizado a partir de la caracterización de especímenes de arena sin fibras y con 0,5% de fibras, además de la consideración de dos relaciones de vacíos: 0.63 (correspondiente a una densidad relativa de 90%), y 0,75 (correspondiente a una densidad relativa de 50%) Fueron realizados 29 ensayos triaxiales, además de haber adoptado los resultados de otros 15 realizados por otro autor, totalizando 44 ensayos. Los ensayos fueron divididos así: 12 ensayos monotónicos CID, 12 ensayos monotónicos CIU, y 20 ensayos triaxiales cíclicos CID con control de esfuerzos. En los ensayos monotónicos fueron obtenidos incrementos en el ángulo de fricción del material compuesto, siendo esta situación más evidente en muestras compactas. Con relación a los ensayos cíclicos, se obtuvo incremento en la resistencia de las muestras hasta alcanzar su condición de ruptura, bien sea por licuación (materiales relativamente sueltos, Dr = 50%), o por movilidad cíclica (materiales compactos, Dr = 90%). La normalización de los resultados permitió observar que, aunque las fibras mejoran el desempeño bajo cargas cíclicas de los materiales, no alteraron la estructura del material en términos de módulo de elasticidad, por lo menos para niveles medios y altos de deformación. Para pequeñas deformaciones, se evidenció una disminución en la rigidez de las muestras, lo que produjo mayores incrementos en las presiones de poros durante las fases iniciales de los ensayos, con mayor visibilidad en las arenas con fibras que cuando no hubo adición.

O avanço das técnicas de melhoramento de solos vem permitindo o aproveitamento de locais nos quais, até pouco tempo atrás, era considerada a construção de muitas estruturas como inviáveis, seja técnica, financeira ou ambientalmente. Uma das técnicas que tem conseguido demostrar bons resultados é o reforço com fibras de diferentes origens, com ou sem presença de algum agente cimentante. A maioria dos estudos conduzidos sobre este tipo de materiais se têm centrado na caracterização dos materiais sob cargas estáticas, e outros estudos se limitam a avaliar o comportamento sob cargas cíclicas destes materiais para densidades relativas baixas, nas quais o fenômeno de liquefação governa o mecanismo de ruptura. O presente estudo tenta aprofundar no conhecimento sobre materiais compactos quando submetidos a carregamentos cíclicos, de maneira a fornecer insumos para o estudo deste campo. O estudo, de caráter experimental, foi feito através da caracterização de corpos de prova de areia e areia com 0,5% de fibras, além da consideração de dois índices de vazios: o primeiro de 0,63 (correspondente a uma densidade relativa de 90%), e o segundo com um índice de vazios igual a 0,75 (correspondente a uma densidade relativa de 50%) Foram executados 29 ensaios triaxiais, além da adoção dos valores de outros 15 feitos por outro autor, totalizando 44 ensaios. A totalidade dos ensaios divide-se assim: 12 ensaios monotônicos CID, 12 ensaios monotônicos CIU, e 20 ensaios cíclicos CIU sob tensão controlada. Nos ensaios monotônicos obtiveram-se incrementos no ângulo de atrito do material composto, sendo mais evidente para as amostras compactas. Em relação aos ensaios cíclicos, obteve-se incrementos nas resistência do material até atingir sua condição de ruptura, seja por liquefação em amostras pouco compactas (Dr= 50%), ou por mobilidade cíclica no caso de amostras compactas (Dr= 90%). A normalização dos resultados permitiu observar que, embora as fibras melhorem o desempenho das misturas quando submetidas a carregamentos cíclicos, não alteraram a estrutura do material em sua resposta em termos de módulo de elasticidade, pelo menos no que respeita a níveis de deformações medianos a grandes. Para pequenas deformações, evidenciou-se uma diminuição na rigidez das amostras, ocasionando assim maiores acréscimos de poropressão nos estágios iniciais dos ensaios, mais nas em areias com fibras do que sem elas. / The development of ground improvement techniques has allowed the use of certain places, which was in the past considered as non-viable for the construction of many types of structures. Fiber reinforced soils have shown good results, with or without presence of any cementitious agent. The focus of most studies performed on this type of materials, is the characterization under static loading, and other studies are limited to evaluating its behavior on cyclic loading at low level of relative density, in which cases the liquefaction phenomenon governs the mechanism of rupture. This study aims to improve the knowledge of cyclic loading effects in dense materials. Was carried out an experimental program by characterizing specimens of sand with 0% and 0.5% of randomly distributed fiber, considering two void ratios: 0.63 (dense sand, Dr = 90%) and 0.75 (moderately loose sand, Dr = 50%). In total, were performed 29 triaxial tests, in addition of another 15 executed by another author, totaling 44 The test were divided as follows: 12 monotonic CIU test, 12 monotonic CID test, and 20 CIU loading controlled cyclic test. In monotonic conditions, fibers addition increases the friction angle, mostly on dense samples (Dr = 90%) than on loose specimens (Dr = 50%). For cyclic tests, in both materials, fiber additions causes improvement on cyclic behavior, but with different failure mechanism, liquefaction for loose, and cyclic mobility for dense sands, regardless of the presence of fibers. The transformation of the number of cycles axis, or normalization of another cyclic results allowed observing that, despite the fiber addition can cause improvement of materials subjected to cyclic loading, the structure of the material did not change in elasticity modulus response, at least for medium to large strains levels. For small strains, occur a decrease in the stiffness of samples, causing greater increases of pore pressure in the initial stages of tests, more in reinforced sand than for none reinforced condition. / El avance de las técnicas para mejoramiento de suelos ha permitido el aprovechamiento de sitios en los cuales, hasta hace poco tiempo, se consideraba como no viable la construcción de muchas estructuras, sea por cuestiones técnicas, financieras o ambientales. Una técnica que ha demostrado buenos resultados es la incorporación de refuerzos con fibras de diferente origen, considerando o no la presencia de algún agente cementante. La mayoría de los estudios realizados a este tipo de materiales se han centrado en la caracterización bajo la acción de cargas estáticas, e otros se han limitado a evaluar el comportamiento bajo la acción de cargas cíclicas considerando únicamente densidades relativas bajas, para las cuales la ruptura está controlada por el fenómeno de licuación. El presente estudio busca ahondar en el conocimiento sobre el comportamiento bajo acción de cargas cíclicas de materiales compactos, buscando con ello ampliar la base experimental sobre este campo. El estudio, de carácter experimental, fue realizado a partir de la caracterización de especímenes de arena sin fibras y con 0,5% de fibras, además de la consideración de dos relaciones de vacíos: 0.63 (correspondiente a una densidad relativa de 90%), y 0,75 (correspondiente a una densidad relativa de 50%) Fueron realizados 29 ensayos triaxiales, además de haber adoptado los resultados de otros 15 realizados por otro autor, totalizando 44 ensayos. Los ensayos fueron divididos así: 12 ensayos monotónicos CID, 12 ensayos monotónicos CIU, y 20 ensayos triaxiales cíclicos CID con control de esfuerzos. En los ensayos monotónicos fueron obtenidos incrementos en el ángulo de fricción del material compuesto, siendo esta situación más evidente en muestras compactas. Con relación a los ensayos cíclicos, se obtuvo incremento en la resistencia de las muestras hasta alcanzar su condición de ruptura, bien sea por licuación (materiales relativamente sueltos, Dr = 50%), o por movilidad cíclica (materiales compactos, Dr = 90%). La normalización de los resultados permitió observar que, aunque las fibras mejoran el desempeño bajo cargas cíclicas de los materiales, no alteraron la estructura del material en términos de módulo de elasticidad, por lo menos para niveles medios y altos de deformación. Para pequeñas deformaciones, se evidenció una disminución en la rigidez de las muestras, lo que produjo mayores incrementos en las presiones de poros durante las fases iniciales de los ensayos, con mayor visibilidad en las arenas con fibras que cuando no hubo adición.

O avanço das técnicas de melhoramento de solos vem permitindo o aproveitamento de locais nos quais, até pouco tempo atrás, era considerada a construção de muitas estruturas como inviáveis, seja técnica, financeira ou ambientalmente. Uma das técnicas que tem conseguido demostrar bons resultados é o reforço com fibras de diferentes origens, com ou sem presença de algum agente cimentante. A maioria dos estudos conduzidos sobre este tipo de materiais se têm centrado na caracterização dos materiais sob cargas estáticas, e outros estudos se limitam a avaliar o comportamento sob cargas cíclicas destes materiais para densidades relativas baixas, nas quais o fenômeno de liquefação governa o mecanismo de ruptura. O presente estudo tenta aprofundar no conhecimento sobre materiais compactos quando submetidos a carregamentos cíclicos, de maneira a fornecer insumos para o estudo deste campo. O estudo, de caráter experimental, foi feito através da caracterização de corpos de prova de areia e areia com 0,5% de fibras, além da consideração de dois índices de vazios: o primeiro de 0,63 (correspondente a uma densidade relativa de 90%), e o segundo com um índice de vazios igual a 0,75 (correspondente a uma densidade relativa de 50%) Foram executados 29 ensaios triaxiais, além da adoção dos valores de outros 15 feitos por outro autor, totalizando 44 ensaios. A totalidade dos ensaios divide-se assim: 12 ensaios monotônicos CID, 12 ensaios monotônicos CIU, e 20 ensaios cíclicos CIU sob tensão controlada. Nos ensaios monotônicos obtiveram-se incrementos no ângulo de atrito do material composto, sendo mais evidente para as amostras compactas. Em relação aos ensaios cíclicos, obteve-se incrementos nas resistência do material até atingir sua condição de ruptura, seja por liquefação em amostras pouco compactas (Dr= 50%), ou por mobilidade cíclica no caso de amostras compactas (Dr= 90%). A normalização dos resultados permitiu observar que, embora as fibras melhorem o desempenho das misturas quando submetidas a carregamentos cíclicos, não alteraram a estrutura do material em sua resposta em termos de módulo de elasticidade, pelo menos no que respeita a níveis de deformações medianos a grandes. Para pequenas deformações, evidenciou-se uma diminuição na rigidez das amostras, ocasionando assim maiores acréscimos de poropressão nos estágios iniciais dos ensaios, mais nas em areias com fibras do que sem elas. / The development of ground improvement techniques has allowed the use of certain places, which was in the past considered as non-viable for the construction of many types of structures. Fiber reinforced soils have shown good results, with or without presence of any cementitious agent. The focus of most studies performed on this type of materials, is the characterization under static loading, and other studies are limited to evaluating its behavior on cyclic loading at low level of relative density, in which cases the liquefaction phenomenon governs the mechanism of rupture. This study aims to improve the knowledge of cyclic loading effects in dense materials. Was carried out an experimental program by characterizing specimens of sand with 0% and 0.5% of randomly distributed fiber, considering two void ratios: 0.63 (dense sand, Dr = 90%) and 0.75 (moderately loose sand, Dr = 50%). In total, were performed 29 triaxial tests, in addition of another 15 executed by another author, totaling 44 The test were divided as follows: 12 monotonic CIU test, 12 monotonic CID test, and 20 CIU loading controlled cyclic test. In monotonic conditions, fibers addition increases the friction angle, mostly on dense samples (Dr = 90%) than on loose specimens (Dr = 50%). For cyclic tests, in both materials, fiber additions causes improvement on cyclic behavior, but with different failure mechanism, liquefaction for loose, and cyclic mobility for dense sands, regardless of the presence of fibers. The transformation of the number of cycles axis, or normalization of another cyclic results allowed observing that, despite the fiber addition can cause improvement of materials subjected to cyclic loading, the structure of the material did not change in elasticity modulus response, at least for medium to large strains levels. For small strains, occur a decrease in the stiffness of samples, causing greater increases of pore pressure in the initial stages of tests, more in reinforced sand than for none reinforced condition. / El avance de las técnicas para mejoramiento de suelos ha permitido el aprovechamiento de sitios en los cuales, hasta hace poco tiempo, se consideraba como no viable la construcción de muchas estructuras, sea por cuestiones técnicas, financieras o ambientales. Una técnica que ha demostrado buenos resultados es la incorporación de refuerzos con fibras de diferente origen, considerando o no la presencia de algún agente cementante. La mayoría de los estudios realizados a este tipo de materiales se han centrado en la caracterización bajo la acción de cargas estáticas, e otros se han limitado a evaluar el comportamiento bajo la acción de cargas cíclicas considerando únicamente densidades relativas bajas, para las cuales la ruptura está controlada por el fenómeno de licuación. El presente estudio busca ahondar en el conocimiento sobre el comportamiento bajo acción de cargas cíclicas de materiales compactos, buscando con ello ampliar la base experimental sobre este campo. El estudio, de carácter experimental, fue realizado a partir de la caracterización de especímenes de arena sin fibras y con 0,5% de fibras, además de la consideración de dos relaciones de vacíos: 0.63 (correspondiente a una densidad relativa de 90%), y 0,75 (correspondiente a una densidad relativa de 50%) Fueron realizados 29 ensayos triaxiales, además de haber adoptado los resultados de otros 15 realizados por otro autor, totalizando 44 ensayos. Los ensayos fueron divididos así: 12 ensayos monotónicos CID, 12 ensayos monotónicos CIU, y 20 ensayos triaxiales cíclicos CID con control de esfuerzos. En los ensayos monotónicos fueron obtenidos incrementos en el ángulo de fricción del material compuesto, siendo esta situación más evidente en muestras compactas. Con relación a los ensayos cíclicos, se obtuvo incremento en la resistencia de las muestras hasta alcanzar su condición de ruptura, bien sea por licuación (materiales relativamente sueltos, Dr = 50%), o por movilidad cíclica (materiales compactos, Dr = 90%). La normalización de los resultados permitió observar que, aunque las fibras mejoran el desempeño bajo cargas cíclicas de los materiales, no alteraron la estructura del material en términos de módulo de elasticidad, por lo menos para niveles medios y altos de deformación. Para pequeñas deformaciones, se evidenció una disminución en la rigidez de las muestras, lo que produjo mayores incrementos en las presiones de poros durante las fases iniciales de los ensayos, con mayor visibilidad en las arenas con fibras que cuando no hubo adición.