Deep soil mixing to construct stiff columns is one of the methods used today to improve performance of loose ground and remediate liquefaction problems. This research adopts a numerical approach to study seismic performance of soil-cement columnar reinforcements in loose sandy profiles. Different constitutive models were investigated in order to find a model that can properly predict soil behavior during seismic excitations. These models included NorSand, Dafalias-Manzari, Plasticity Model for Sands (PM4Sand) and Pressure-Dependent-Multi-Yield-02 (PDMY02) model. They were employed to predict behavior of soils with different relative densities and under different confining pressures during monotonic and cyclic loading. PDMY02 was identified as the most suitable model to represent soil seismic behavior for the system studied herein. The numerical aspects of the finite element approach were investigated to minimize the unintended numerical miscalculations. The focus was put on convergence tolerance, solver time-step, constraint definition, and, integration, material and Rayleigh damping. This resulted in forming a robust numerical configuration for 3-D nonlinear models that were later used for studying behavior of the reinforced grounds. Nonlinear finite element models were developed to capture the seismic response of columnar reinforced ground during dynamic centrifuge testing. The models were calibrated with results from tests with unreinforced profiles. Thereafter, they were implemented to predict the response of two reinforced profiles during seismic excitations with different intensities and liquefaction triggering. Model predictions were compared with recordings and the possible effects from the reinforcements were discussed. Finally, parametric studies were performed to further evaluate the efficiency of the reinforcements with different extension depths and area replacement ratios. The results collectively showed that the stiff elements, if constructed appropriately, can withstand seismic excitations with different intensities, and provide a firm base for overlying structures. However, the presence of the stiff elements within the loose ground resulted in stronger seismic intensities on the soil surface. The columns were not able to considerably reduce pore water pressure generation, nor prevent liquefaction triggering. The reinforced profiles, comparing to the free-field profiles, had larger settlements on the soil surface but smaller settlements on the columns. The results concluded that utilization of the columnar reinforcements requires great attention as these reinforcements may result in larger seismic intensities at the ground surface, while not considerably reducing the ground deformations. / Ph. D.

Les inclusions souples, telles que les colonnes ballastées, sont constituées de matériaux granulaires purement frottants et réalisées à partir de différentes méthodes, afin d’entraîner des améliorations des performances du sol (réduction des tassements, augmentation de la capacité portante, etc.). Dès leur origine, fin des années 1950, ces colonnes ont été employées en maillages réguliers sous des ouvrages de grandes dimensions (remblais, réservoirs, dallages…) apportant des surcharges uniformément réparties. Depuis plusieurs années, les colonnes sont souvent mises en œuvre de manière isolée ou en groupe d’éléments limités (2 à 6 unités) et coiffées par une semelle rigide. Il est donc important de prévoir le comportement mécanique de ces inclusions sous des semelles rigides compte tenu de leur application à de nombreuses structures (logements, bâtiments industriels…). L’objectif principal du travail présenté ici est : (1) d’analyser et de quantifier l’amélioration du sol obtenue par la mise en place des colonnes ballastées, dans un sol argileux, sous semelles rigides et (2) de développer une méthodologie numérique permettant de valider les résultats d’essais en grandeur réelle. Pour atteindre ces objectifs, une importante campagne d’essais en grandeur réelle a été élaborée puis mise en œuvre. Il s’agit d’une campagne de sondages de pénétration statique réalisés avant et après la mise en place des colonnes (isolées ou en groupe de 3 de 1,8 m d’entre-axe), ainsi que d’essais de chargement comparatifs en grandeur réelle pendant 77 jours, de semelles (1,2 x 1,2 x 0,5 m) sur une colonne ballastée et sur le sol naturel, et de semelles (2,3 x 2,5 x 0,5 m) sur trois colonnes et sur le sol naturel. Une importante instrumentation du sol et des colonnes (inclinomètres, sondes de pression interstitielle, capteurs de pression totale verticale) a été mise en place avant la réalisation des colonnes afin de déterminer l’amélioration du sol et le comportement à la rupture de ces inclusions. Puis, les résultats expérimentaux (déplacements horizontaux et verticaux, et contraintes totales verticales) ont été confrontés aux résultats de modélisations numériques en 2 (PLAXIS 2D V8) et 3D (FLAC 3D). Ont notamment été étudiés en 2D les outils numériques permettant de simuler le processus de mise en œuvre d’une colonne par refoulement latéral du sol / Flexible inclusions, such as stone columns, are made up of purely frictional granular material and are constructed using a variety of methods, in order to improve the soil (settlement reduction, increase in bearing capacity…). At their beginning, end of the 1950’s, stone columns were placed in a regular mesh under great structures (embankments, tanks, slabs…) bringing uniformly distributed loads. Since several years, these columns are often constructed as isolated elements or in groups of a certain number (generally 2 to 6) on top of which is placed a rigid footing. It is thus important to predict the stone column’s mechanical behavior under rigid footings knowing that they can be used under a broad variety of structures (accomodation, industrial buildings…). The main purpose of the work presented in this thesis is to: (1) analyse and quantify the soil’s improvement thanks to the construction of stone columns, in a clayey soil, under rigid footings and (2) to develop a numerical methodology allowing us to validate full scale experimental results. In order to achieve this, an important full scale load test campaign was first conceived and then set up. Cone penetration tests were carried out before and after stone column construction (in isolated elements or in groups of three columns located at the corners of a 1,8 m faced triangle). Another part of this campaign deals with comparative full scale load tests carried out during 77 days: two rigid footings of 1.2 x 1.2 x 0.5 m, one on the natural soil and one placed on top of a stone column, and two rigid footings of 2.3 x 2.5 x 0.5 m, one on the natural soil and the other one placed on three stone columns. An important soil and column monitoring (inclinometers, pore pressure cells, total vertical load pressure cells) was set up before column construction in order to measure the soil’s improvement and the column’s failure behavior. The the experimental results (lateral and vertical displacements, and total vertical pressures) were compared to numerical ones in 2 (PLAXIS 2D V8) and 3D (FLAC 3D). In 2D, part of the work was focused on simulating the installation process of a stone column by lateral displacement of the soil

Las columnas de grava constituyen uno de los métodos habituales de mejora del terreno para la cimentación de terraplenes o estructuras en suelos blandos. Mejoran la capacidad portante y la estabilidad al deslizamiento y reducen el valor del asiento y el tiempo que tarda en producirse.Las columnas acortan el camino de drenaje de una forma similar a los drenes verticales. Por ello, suelen emplearse las mismas soluciones para estudiar su consolidación radial. Sin embargo, las columnas son mucho más rígidas que los drenes y soportan una parte importante de la carga. En esta tesis se ha desarrollado una solución analítica que permite incluir la interacción radial y vertical entre el suelo y la columna en el estudio de su consolidación radial. La solución permite obtener las tensiones y las deformaciones en cualquier instante a través de una sencilla hoja de cálculo.Se presentan también los resultados de la instrumentación realizada en dos obras reales en las que el terreno fue mejorado con columnas de grava. / Stone columns, either by the vibro-replacement or vibro-displacement methods, are one of the most common improvement techniques for foundation of embankments or structures on soft soils. The main effects usually considered with respect to the untreated ground conditions are: improvement of bearing capacity, reduction of total and differential settlements, acceleration of consolidation, improvement of the stability of embankments and natural slopes, and reduction of liquefaction potential.In this thesis, a new closed-form solution that includes the radial and vertical interaction between soil and column has been developed. The solution gives all the stresses and displacements at any time by means of a simple spreadsheet.The instrumentation of two different field sites where the ground was improved with stone columns is shown and analysed.

El estudio del proceso de consolidación radial alrededor de las columna de grava y de la interacción suelo-columna suele realizarse analizando una celda unitaria formada por una columna de grava central y el área de terreno circundante, sobre la cual ejerce su acción de mejora. En esta tesis doctoral se ha modelizado a escala reducida una celda unidad para analizar la transferencia de carga entre la columna y el terreno y el proceso de consolidación que se produce alrededor de la columna, para condiciones de carga vertical rígida.Se han realizado ensayos con columnas de dos diámetros distintos, con el fin de estudiar también la influencia del área de suelo blando reemplazada por la columna. Se presentan los resultados obtenidos en cada ensayo, su interpretación, y la comparación con soluciones teóricas existentes. Todo ello tanto para el análisis de la consolidación radial como para el comportamiento deformacional del conjunto suelo-columna. / The analysis of the radial consolidation process around the column and the column-soil interaction is based on the study of a unit cell approach, which consists of a central column of gravel and the surrounding soil. In this thesis, a unit cell in small scale has been reproduced with the aim of analyzing load transfer between soil and column, settlement reduction and radial consolidation process that happen when a rigid vertical load is applied on surface.Tests with two different geometries are carried out.From the results, some conclusions related to consolidation process, stress concentration factor and settlement reduction have been obtained for each testing geometry.The influence of the replacement area has been studied comparing the results of both geometries.Finally, the results are presented and interpreted using some existing analytical solutions related to consolidation process and stone columns deformation.

No description available.

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.

Normalmente fundações diretas não são utilizadas em solos colapsáveis devido à falta de soluções econômicas e eficientes para melhorar essa condição crítica de terreno. Quando estes solos são inundados, a água afeta sua estrutura provocando uma redução de volume, e consequentemente grandes recalques nas fundações. Por outro lado, a maioria dos solos colapsíveis em regiões tropicais está sujeita a intenso intemperismo e laterização, os quais são responsáveis por melhorar as propriedades do solo após compactação. Por esta razão, solos lateríticos colapsíveis em forma compactada são comumente usados como aterros e materiais de construção em estradas, e têm sido empregados no Brasil para possibilitar a construção de fundações diretas. A pesquisa atual foi planejada para avaliar um aprimoramento desta técnica, que seria o uso de grupos de colunas de solos lateríticos compactados, ao invés de camadas compactadas de solo muito espessas, para permitir o uso de fundações diretas. Para este estudo, ensaios edométricos simples e duplos e de modelagem física em centrífuga foram conduzidos em um solo laterítico colapsível típico do sudeste brasileiro. Complementarmente, um modelo numérico foi ajustado, usando-se os resultados dos ensaios em centrífuga, para estimar a melhoria nas propriedades do solo reforçado. Por fim, os resultados experimentais mostraram que a técnica proposta pode reduzir os recalques de colapso induzidos por umedecimento do solo, e também melhorar o comportamento carga-recalque de fundações diretas apoiadas no solo investigado. / Normally, shallow foundations are not used in collapsible lateritic soils due to the lack of economic and efficient solutions to improve this critical ground condition. When these soils become wetted, the water breaks down soil arrangement and causes the soil to compress, and consequent large settlement of the foundations supported by them. In contrast, most collapsible soils in tropical regions are subject to intense weathering and laterization, which are responsible for good soil properties after compaction. For this reason, collapsible lateritic soils in compacted form are commonly used as fills and road construction materials, and have been utilised in Brazil to allow the construction of shallow foundations. The current research was designed in order to evaluate an enhancement of this technique, which is the use of groups of compacted lateritic soil columns, instead of very thick compacted soil layers, to allow the use of shallow foundations. For this study, single-point and double oedometer and physical model tests in centrifuge were conducted on a collapsible lateritic soil typical in the southeastern part of Brazil. Additionally, a numerical model was adjusted using the data from the centrifuge tests to estimate the improvement of the reinforced soil. The experimental results show that the proposed technique can reduce wetting-induced collapse settlements and also improve the loaddisplacement performance of shallow foundations in the soil investigated.

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.

Railway tracks experience elevated rail deflections when the supporting soil is soft and/or the train speed is greater than approximately 50% of the wave propagation velocity in the track-soil system (i.e. the critical velocity). Such vibrations are undesirable, so soil replacement or soil improvement of the natural soil (or alternatively mini-piles or lime-cement treatment) is often used to increase track-ground stiffness prior to line construction. Although areas of existing soft subgrade might be easily identified on a potential new rail route, it is challenging to determine the type and depth of ground remediation required. Therefore, major cost savings can be made by optimising ground replacement/improvement strategies. This paper presents a numerical railway model, designed for the dynamic analysis of track-ground vibrations induced by high speed rail lines. The model simulates the ground using a thin-layer finite element formulation capable of calculating 3D stresses and strains within the soil during train vehicle passage. The railroad track is modelled using a multi-layered formulation which permits wave propagation in the longitudinal direction, and is coupled with the soil model in the frequency-wavenumber domain. The model is validated using a combination of experimental railway field data, published numerical data and a commercial finite element package. It is shown to predict track and ground behaviour accurately for a range of train speeds. The railway simulation model is computationally efficient and able to quickly assess dynamic, multi-layered soil response in the presence of ballast and slab track structures. Therefore it is well-suited to analysing the effect of different soil replacement strategies on dynamic track behaviour, which is particularly important when close to critical speed. To show this, three soil-embankment examples are used to compare the effect of different combinations of stiffness improvement (stiffness magnitude and remediation depths up to 5 m) on track behaviour. It is found that improvement strategies must be carefully chosen depending upon the track type and existing subgrade layering configuration. Under certain circumstances, soil improvement can have a negligible effect, or possibly even result in elevated track vibration, which may increase long-term settlement. However, large benefits are possible, and if detailed analysis is performed, it is possible to minimise soil improvement depth with respect to construction cost.