Excessive settlement and foundation instability are some of the main problems commonly encountered in fills and embankment structures built on a soft soil of low bearing capacity.The Expanded Polystyrene(EPS)replacement method, by partially or fully replacing the conventional fill material with extremely lightweight EPS geofoam, may solve these problems. In this thesis, experimental and theoretical work have been carried out to investigate the behaviour of EPS under various loading conditions in geotechnical applications and the effectiveness of EPS replacement technique has been studied using numerical models.Several tests were performed for this study and the results of these tests are given / Doctor of Philosophy (PhD)

In this thesis, a semi-permeable lining system was proposed to upgrade arctic wastewater stabilization ponds, acting as a biofilter. Although commonplace at lower latitudes, the effects of cold temperatures and short-duration summers on biofilter performance are inadequately studied. The goal of this research was to study the hydraulic and treatment performance of geotextile substrate biofilters under arctic conditions. Filtration experiments were conducted in a laboratory environment. Municipal wastewater was passed through columns containing nonwoven geotextiles over 10 cm of gravel. Three experimental trails were conducted at either 10? or 2?, each lasting 12 weeks. Weekly samples taken before and after filtration were analyzed for various water quality parameters. Hydraulic conductivity was monitored using weekly constant head permeameter tests. Results showed that biomat accumulation is possible on geotextile material over 12 week period. Significant removal of TSS and BOD5 was observed, along with a 1-log reduction in hydraulic conductivity.

Thesis (Ph. D.)--University of Texas at Austin, 1998. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 526-540). Available also in a digital version from Dissertation Abstracts.

Thesis (M.C.E.)--University of Delaware, 2006. / Principal faculty advisor: Dov Leshchinsky, Dept. of Civil and Environmental Engineering. Includes bibliographical references.

Thesis (M.S.)--West Virginia University, 2007. / Title from document title page. Document formatted into pages; contains xii, 94 p. : ill. (some col.). Includes abstract. Includes bibliographical references (p. 93-94).

Thesis (M.S.) University of Missouri-Columbia, 2006. / The entire dissertation/thesis text is included in the research.pdf file; the official abstract appears in the short.pdf file (which also appears in the research.pdf); a non-technical general description, or public abstract, appears in the public.pdf file. Title from title screen of research.pdf file (viewed on August 27, 2007) Includes bibliographical references.

O uso de geossintéticos em vias permanentes tem tido grande aplicação em diversos países nas últimas décadas, principalmente em regiões onde o subleito não possui capacidade de suporte suficiente e/ou contamina a camada de lastro, acelerando a degradação da via. A Baixada Santista, região de grande importância nacional no que se refere ao escoamento de produtos de importação e exportação, é caracterizada por subleitos com grandes espessuras de solos orgânicos, saturados e com pouca resistência que elevam o número de intervenções na via e resultam em paralisações, reduções de velocidade e perda de produtividade. Este estudo tem como objetivo principal avaliar o comportamento estrutural e geométrico em vias permanentes contendo geocomposto, estando este posicionado em diferentes interfaces da estrutura (lastro-sublastro, lastro-plataforma e sublastro-plataforma). Para tanto, foram acompanhados dois trechos experimentais executados com e sem tal tecnologia, desde a construção, na linha 1 do Terminal Integrador Portuário Luiz Antonio Mesquita (TIPLAM), localizado em Santos (SP), e na linha 2 da via Piaçaguera - Raiz da Serra, também na Baixada Santista. Em ambos os trechos, foram realizadas avaliações geométricas, pelo monitoramento de recalques e variações quanto ao alinhamento. No segundo trecho, foi efetuada avaliação do comportamento estrutural por meio de ensaios in situ para levantamento de dados como deflexões (para cálculo do módulo de via). De maneira geral, as condições de plataforma e executivas dos trechos experimentais com geocomposto, além do curto período de monitoramento após a construção, foram desfavoráveis para verificar seu potencial de aplicação para reforço da via permanente. Em Piaçaguera, a utilização do geocomposto não indicou melhorias estruturais nem geométricas no período avaliado. Desta forma, para vias com baixo acúmulo de MTBTs, o geocomposto pode se constituir uma solução para longo prazo (ainda a se avaliar mais precisamente). Em relação ao TIPLAM, concluiu-se que a aplicação da geogrelha poderá não ocasionar redução no recalque total, independentemente da posição de instalação. Em contrapartida, utilizar o geocomposto na interface lastro/sublastro pode gerar melhorias geométricas no parâmetro de superelevação. Posicionando-se este em camadas mais profundas (sublastro/plataforma), podem ser gerados menores recalques diferenciais, entretanto essa conclusão ficou dificultada pelo comportamento da plataforma. De forma geral, essa pesquisa contribuiu para o conhecimento do uso de geocomposto em via permanente em diferentes condições de velocidade de operação, cargas transportadas e características geotécnicas. O estudo também abordou avaliações geométricas além das estruturais, que são alvo de poucos estudos de campo em nível nacional (sabendo-se da importância da geometria no intervalo entre manutenções e nível de segurança da via). / The use of geosynthetics in permanent ways has been widely applied in several countries in the last decades, mainly in regions where it can be witnessed the loss of subgrade bearing capacity during and after construction and/or the pumping of fines effect, which accelerates the degradation of the track. The soft soil foundation of Santos, a region of great national importance in terms of economics, is characterized by large deposits of saturated and low resistance soil layers that, once settled, increase the number of interventions on the railway and result in stoppages, speed control and loss of productivity. The main objective of this paper is to evaluate the structural and geometric behavior in permanent ways containing geocomposite, at different interfaces of the structure (ballast-sublast, ballast-platform and sub-platform). In order to do so, two experimental sections were carried out with and without such technology: line 1 of the Terminal Integrador Portuário Luiz Antonio Mesquita (TIPLAM), located in Santos (SP), and line 2 of the Piaçaguera - Raiz da Serra railway, also in the region of Santos. In both sections, geometric evaluations were carried out by monitoring settlements and variations in alignment. In the latter section, the structural behavior was evaluated through in situ tests to collect data such as deflections (for the calculation of the track modulus). In general, due to executive issues and platform characteristics of the experimental sections with geocomposite, alongside the short period of monitoring, it became adverse to verify the potential of such technology in means of reinforcing the track. In Piaçaguera, the use of the geocomposite did not indicate structural or geometric improvements during the evaluated period. Thus, for permanent ways with low MTBTs accumulation, the geocomposite can be a long-term solution (still to be evaluated more precisely). In relation to TIPLAM, it was concluded that the application of the geogrid may not cause reduction in total settlement, regardless of the installed position. In contrast, using the geocomposite at the ballast/sub-ballast interface can generate geometric improvements in the superelevation parameter. By positioning this in deeper layers (sub-ballast/platform), smaller differential settlements can be generated, however this conclusion was made difficult by the behavior of the platform. In general, this research contributed to the knowledge of the use of geocomposite in different railway conditions such as operation speed, transported loads and geotechnical characteristics. The study also addressed structural and geometric evaluations, which has not been addressed commonly oftenly in national studies, even though it is known the importance of geometry to dictate maintenance intervals and safety levels of railways.

O comportamento em fluência é uma propriedade fundamental dos geossintéticos utilizados em estruturas de solo reforçado. Este parâmetro geralmente é caracterizado por meio de ensaios padronizados, que utilizam corpos de prova em condição não confinada, com temperatura e umidade controlada. Embora este ensaio seja utilizado na prática atual, o mesmo apresenta dois pontos negativos: grande tempo demandado para obtenção de uma resposta significativa quanto a esse comportamento (até 10.000 horas de ensaio) e o fato de não considerar o efeito do confinamento em solo. Para contornar essas deficiências, os ensaios padronizados podem ser realizados em temperaturas elevadas e sob condição de confinamento em solo. Estas abordagens têm sido apresentadas na literatura técnica, a fim de considerar cada um desses aspectos, mas apenas de forma independente. Recentemente, foi desenvolvido um equipamento capaz de conduzir ensaios de fluência confinado e acelerado em geossintéticos, considerando simultaneamente ambas as preocupações abordadas. Deste modo, este trabalho apresenta um conjunto de ensaios de fluência realizados sob diferentes condições com este equipamento. Um geotêxtil não-tecido e uma geogrelha biaxial foram utilizados para os ensaios, que compreenderam a deformação por fluência sem confinamento e em confinamento para ambos os geossintéticos e na ruptura por fluência, em condição confinada, para o geotêxtil não-tecido. Os resultados mostraram que a utilização de temperaturas elevadas permitiu acelerar a determinação do comportamento em fluência e que o efeito do confinamento se traduz por uma diminuição das taxas de deformação por fluência. Além disso, os resultados dos ensaios de ruptura por fluência na condição confinada indicam que os fatores de redução devido à fluência sugeridos na literatura técnica apresentam-se conservadores. / The creep behavior is one of the most important properties of geosynthetics used in reinforced soil structures. This parameter is usually characterized by standard tests, using in-isolation specimens, with controlled temperature and humidity conditions. Although their widespread use, these tests present two main concerns: they are time-consuming and may not consider the possibly significant effect of soil confinement. Together, these aspects may lead to expensive tests and conservative results. In order to address them, standard tests could be performed at elevated temperatures and under the confinement of soil. Several approaches have been presented in the technical literature in order to consider each of these aspects, but only independently. Recently, a new apparatus was developed in order to conduct confined and accelerated creep tests using geosynthetics. Thus, both concerns involving standard creep tests (i.e. elevation of the test temperature and specimen under soil confinement) are addressed simultaneously. This work presents a set of creep tests performed under different conditions with this equipment. A non-woven geotextile and a biaxial geogrid were used in these tests, which comprised the creep deformation behavior both in in-isolation and in-soil conditions and geosynthetic creep rupture in condition confined to the non-woven geotextile. Results highlight the importance of both using elevated temperatures to expedite the determination of geosynthetics creep behavior and the effect of soil confinement in lower rates of creep deformations. In addition, it was found that the reduction factors due to creep were considerably lower than those suggested by the literature.

O comportamento em fluência é uma propriedade fundamental dos geossintéticos utilizados em estruturas de solo reforçado. Este parâmetro geralmente é caracterizado por meio de ensaios padronizados, que utilizam corpos de prova em condição não confinada, com temperatura e umidade controlada. Embora este ensaio seja utilizado na prática atual, o mesmo apresenta dois pontos negativos: grande tempo demandado para obtenção de uma resposta significativa quanto a esse comportamento (até 10.000 horas de ensaio) e o fato de não considerar o efeito do confinamento em solo. Para contornar essas deficiências, os ensaios padronizados podem ser realizados em temperaturas elevadas e sob condição de confinamento em solo. Estas abordagens têm sido apresentadas na literatura técnica, a fim de considerar cada um desses aspectos, mas apenas de forma independente. Recentemente, foi desenvolvido um equipamento capaz de conduzir ensaios de fluência confinado e acelerado em geossintéticos, considerando simultaneamente ambas as preocupações abordadas. Deste modo, este trabalho apresenta um conjunto de ensaios de fluência realizados sob diferentes condições com este equipamento. Um geotêxtil não-tecido e uma geogrelha biaxial foram utilizados para os ensaios, que compreenderam a deformação por fluência sem confinamento e em confinamento para ambos os geossintéticos e na ruptura por fluência, em condição confinada, para o geotêxtil não-tecido. Os resultados mostraram que a utilização de temperaturas elevadas permitiu acelerar a determinação do comportamento em fluência e que o efeito do confinamento se traduz por uma diminuição das taxas de deformação por fluência. Além disso, os resultados dos ensaios de ruptura por fluência na condição confinada indicam que os fatores de redução devido à fluência sugeridos na literatura técnica apresentam-se conservadores. / The creep behavior is one of the most important properties of geosynthetics used in reinforced soil structures. This parameter is usually characterized by standard tests, using in-isolation specimens, with controlled temperature and humidity conditions. Although their widespread use, these tests present two main concerns: they are time-consuming and may not consider the possibly significant effect of soil confinement. Together, these aspects may lead to expensive tests and conservative results. In order to address them, standard tests could be performed at elevated temperatures and under the confinement of soil. Several approaches have been presented in the technical literature in order to consider each of these aspects, but only independently. Recently, a new apparatus was developed in order to conduct confined and accelerated creep tests using geosynthetics. Thus, both concerns involving standard creep tests (i.e. elevation of the test temperature and specimen under soil confinement) are addressed simultaneously. This work presents a set of creep tests performed under different conditions with this equipment. A non-woven geotextile and a biaxial geogrid were used in these tests, which comprised the creep deformation behavior both in in-isolation and in-soil conditions and geosynthetic creep rupture in condition confined to the non-woven geotextile. Results highlight the importance of both using elevated temperatures to expedite the determination of geosynthetics creep behavior and the effect of soil confinement in lower rates of creep deformations. In addition, it was found that the reduction factors due to creep were considerably lower than those suggested by the literature.

A geocélula foi desenvolvida, inicialmente, com o intuito de melhorar a capacidade de carga do solo. Contudo, este geossintético também é empregado para compor muro de arrimo de gravidade, como sistema de faceamento de estruturas reforçadas, como proteção de taludes contra erosão e como revestimento de canais. Na melhora da capacidade de carga de solos, a geocélula pode ser usada no reforço de fundações, de vias rodoviárias e ferroviárias, e em aterros sobre solos moles. Na literatura existem poucos modelos de previsão da capacidade de carga de solos reforçados com geocélulas, contudo, com limitações em sua aplicabilidade. Neste aspecto, o presente trabalho apresenta um novo método de previsão considerando os mecanismos de desenvolvimento da resistência tanto do solo de fundação como da geocélula, sendo estes os efeitos laje e do confinamento. Este novo método de cálculo é verificado com resultados de ensaios de placa de laboratório conduzidos por diversos autores e por simulações numéricas computacionais, sendo, também, comparado qualitativamente e quantitativamente com os demais métodos de cálculo. Os resultados indicaram que os valores calculados pelo presente modelo foram mais próximos daqueles obtidos pelos ensaios e pelas simulações, em comparação com os demais métodos. O presente modelo se adequou de forma satisfatória para diferentes características da geocélula (geometria e material de constituição), do solo de fundação e de preenchimento (diferentes tipos de areia e argila) e da geometria do carregamento (placas circular, retangular e corrida). Por fim, o método foi aplicado em reforço de fundações e de solos moles e verificado de forma satisfatória com o uso de modelos numéricos. / The geocell was initially designed to improve the soil bearing capacity. However, this geosynthetic also can be used as a retaining wall, facing for reinforced soil structures, slope protection against erosion and channel lining. In the soil bearing capacity improvement the geocell can be applied as reinforcement of foundation, soft soil embankments and roads and railroads. In the literature there are few methods for predicting bearing capacity of geocell-reinforced soil, however with disabilities that limit their applicability. In this regard, a new method for predicting the bearing capacity of geocell-reinforced soils is presented herein, taking into account the soil foundation resistance and the geocell reinforcement mechanisms, namely, stress dispersion effect and confinement effect. The present method is verified with the results of laboratory plate load experiments by several authors and numerical simulations, and compared with other calculation methods. The results indicated that the calculated results obtained from this method were very close to experimental and numerical results, better than other methods. This method also proved to be a good approach for different geocell characteristics (geometry and constitution material), for foundation soil and geocell infill (different types of sand and clay) and for loading shape (circular, rectangular and strip). In the last Chapter, the method has been applied in foundation and soft soil improvement and satisfactory verified by numerical simulations.