The properties of weakly bonded soil have been studied experimentally, mainly by an extension of recent work on artificial bonded sand. Higher stresses were used to fully examine yield of this soil when at denser states. Triaxial equipment applying confining pressures of 3.5 MPa and a belt for measuring radial strain on triaxial soil samples were developed. The influence of saturation procedures on test results was investigated. A new loading arrangement has been used and comparative studies carried out to evaluate its influence. The new arrangement improves the stress distribution in the sample and the quality of the conventional strain measurements taken platen to platen. It also reduces premature failure of tbe sample due to non-uniform stresses. Two natural materiais with some degree of cementation were also tested: the Corinth marl (a soft carbonaceous rock from Greece) and the Chemususu Dam soil (a red lateritic soil from Kenya). Both materiais have similar characteristics to the artificial soil when tested in triaxial compression. The bonded soils have shown a characteristic variation of stiffness with confining pressure. As the pressure is increased the secant initial stiffness increases initially but, at some treshold value of confining stress, show stabilization or even a drop on its absolute value, depending on the initial void ratio and the strength of the bonding. The bonded soils have a curved yield locus which is coincident with the failure envelope at low stresses. The failure envelope in the low stress region is dependent of the stress path, being lower for conventional drained compression tests.

Este trabalho é parte integrante de uma linha de pesquisa destinada ao estudo de viabilidade técnica de melhoramento artificial de camadas de solo. Objetiva-se com este trabalho contribuir para a viabilização de uso de solos melhorados para suporte de fundações superficiais. O estudo baseou-se em resultados experimentais de provas de carga em placas circulares de 0,30m e 0,60m de diâmetro sobre camadas de solo melhorado com cimento (teor de 5%) de 0,15m, 0,30111 e 0,60m de espessura. Os diâmetros das placas (D) e as espessuras das camadas de solo melhorado com cimento (H) foram fixados de forma a obter-se três valores distintos da relação H/D, correspondendo a 0,5, 1 e 2. Os resultados, representados adimensionalmente através de relações entre a tensão normalizada e o recalque relativo, demonstram a influência da espessura da camada de solo melhorado no comportamento de fbndações superficiais submetidas a carregamento vertical. Uma correlação de natureza semiempirica é desenvolvida de forma a permitir a previsão da magnitude de recalques e tensões de ruptura de sapatas a partir de resultados de ensaios de placa. Foram também avaliados a aplicabiidade de modelos analíticos para fundações superficiais assentes em perfis de solos não homegêneos com características coesivo-fnccionais. Neste sentido, apresenta-se urna comparação quantitativa e qualitativa entre os diversos métodos de previsão da capacidade de suporte e recalques, bem como uma validação das proposições através de comparações entre resultados calculados e medidos experimentalmente em campo. Os principais resultados obtidos na pesquisa são: [a] melhora de desempenho das fundações quando apoiadas em solos tratados, [b] dificuldade de previsão das cargas de ruptura e níveis de recalques em fundações apoiadas em solos estratifcados através de métodos analíticos, refletindo a complexidade deste problema de interação solo-estrutura e [c] desenvolvimento de uma metodologia semi-empírica para estimativa do comportamento de fùndações superíiciais com base em resultados de ensaios de placa. / The study of the technical viability of soil improvement with cement and its application to support shallow foundations are the aims of the present research. Data are presented comparing the load-settlement behaviour of circular steel plate loading tests 0,30m and 0,60m diameter resting on improved layers (5% degree of cementation) 0,15m, 0,30111 and 0,60m thick. The diameter of the plates (D) and the thickness of the cemented layers (H) have been selected in order to produce ratios of D/H of 0,5, 1 and 2. The results are expressed in t e m of dimensionless variables in a plot of norrnalised applied pressures versus relative settiements. The infiuence of soíl cemented layers on the load-settlement response of shallow foundations is clearly demonstrated. A semi-empirical correlation is developed in an attempt to assess the magnitude of settlements and to estimate bearing capacity of the plate loadig test results. Additionally, the existing analytical formulations for predicting the behaviour of shaiiow foundations on stratified soil profiles of cohesive-fnctional nature have been revised. A comparison of the analytical predictions and experimental measurements was produced and some parametrical study of the influente of the various pararneters used in the analysis is presented. The main conclusions of the work are summarised as follows: [a] the benefits of having an improved soil layer irnmediate below the foundation element was clearly demonstrated by observing the overd behaviour of the load tests, [b] the existing closed form solutions can not rnodel precisely the load-settlement behaviour of such a complex soilsuucture interaction problem and [c] the semi-empirical proposition developed to predict the behaviour of the load tests can be useful to estimate settlements and bearing capacity of foundations on cohesive-fiictional soil layers.

O presente trabalho trata da estabilização química de uma areia do litoral do Rio Grande do Sul com cinza volante e cal, e ainda cimento de alta resistência inicial como aditivo de cura rápida. Estudou-se quatro misturas compostas com estes materiais. Realizou-se ensaios de resistência à compressão simples, compressão diametral: módulo de resiliência e resistência à tração, com objetivo de verificar as características e o comportamento mecânico das misturas. Além desses ensaios, procedeu-se também, a realização do ensaio de fadiga à flexão, com uma das misturas estudadas. A partir da utilização do programa computacional ELSYM 5 realizou-se uma análise paramétrica, com os dados obtidos nos ensaios laboratoriais, variando-se a espessura da base e os módulos de resiliência da base e do subleito. Finalmente, apresenta-se uma metodologia de dimensionamento preliminar de pavimentos com camada de base de material cimentado, com uma camada de 5 em de revestimento asfáltico, onde relaciona-se a vida de fadiga com a espessura da base, para di versos módulos de resiliência da base e do subleito. / This work presents the results of a research on the stabilization o f sand wi th lime and fly ash. Four compacted mixtures were tested, two of them also including high initial strength cement. Besides unconfined compression strength tests, diametral compression tests (resilient modulus and tensile strength) were carried out, in arder to characterize the mixtures and determine their mechanical behavior. Specimen of one of the mixtures were also submi ted to flexural fatigue tests. A parametric analisys, where different base layer thickness and resilient modulus values were adopted, was performad with help of ELSYM 5 software, using laboratory test resuslts. Finally, a preliminary method is presented with the purpose o f designing pavements wi th stabilized base layers, considering a 5 em asphal t concrete wearing course. Fatigue life is related to the base layer thickness for the several base layer and subgrade resilient modulus adopted.

Nesta dissertação desenvolve-se um equipamento de compressão confinada com medição de tensão lateral e avalia-se o comportamento, sobre a trajetória de tensões Ko, de um solo e de misturas de solo-fibra e solo-cimento, considerando a influência da adição de fibras de diferentes comprimentos e de cimento em variadas quantidades ao solo estudado bem como o efeito da tensão de cura e índice de vazios de cura na trajetória de tensões Ko, na tensão lateral, nas deformações verticais e nos valores de Ko. O solo utilizado no estudo é uma areia fina de granulometria uniforme extraída de uma jazida localizada no município de Osório – RS. O trabalho de pesquisa realizado com esses solos tem seu enfoque dividido em duas partes principais: (1) projeto, construção, validação e calibração do equipamento; (2) ensaios de compressão confinada com medição de tensão lateral em amostras de solocimento- fibra com dois comprimentos de fibras (6mm e 12 mm), três teores de cimento (1%, 3% e 7%) e em três diferentes condições de cura (cura sob tensão vertical de 0 kPa, cura sob tensão vertical de 0 kPa com índice de vazios modificado pela aplicação anterior à cura de uma tensão vertical de 500 kPa e cura sob tensão vertical de 500 kPa). Os níveis de tensões aplicados neste trabalho chegam a 3000 kPa. Os resultados mostram que o equipamento de compressão confinada com medição de tensões laterais funciona satisfatoriamente, apresentando dados coerentes e confiáveis A inclusão de fibras, bem como o aumento do comprimento das mesmas, diminui os valores de tensão lateral e de Ko em relação ao material sem reforço. A presença de cimento reduz a tensão lateral e gera uma tensão lateral residual, a qual aumenta com o teor de cimento. Da mesma forma, um acréscimo na rigidez ocorre com o aumento da quantidade de cimento. O efeito da cimentação diminui os valores de Ko e os tornam não mais constantes no carregamento. A alteração das condições de cura não causa mudanças significativas no que diz respeito às tensões, mas a rigidez inicial é aumentada com a mudança do índice de vazios e da tensão de cura dos materiais cimentados, sendo o acréscimo maior para a segunda.

The properties of weakly bonded soil have been studied experimentally, mainly by an extension of recent work on artificial bonded sand. Higher stresses were used to fully examine yield of this soil when at denser states. Triaxial equipment applying confining pressures of 3.5 MPa and a belt for measuring radial strain on triaxial soil samples were developed. The influence of saturation procedures on test results was investigated. A new loading arrangement has been used and comparative studies carried out to evaluate its influence. The new arrangement improves the stress distribution in the sample and the quality of the conventional strain measurements taken platen to platen. It also reduces premature failure of tbe sample due to non-uniform stresses. Two natural materiais with some degree of cementation were also tested: the Corinth marl (a soft carbonaceous rock from Greece) and the Chemususu Dam soil (a red lateritic soil from Kenya). Both materiais have similar characteristics to the artificial soil when tested in triaxial compression. The bonded soils have shown a characteristic variation of stiffness with confining pressure. As the pressure is increased the secant initial stiffness increases initially but, at some treshold value of confining stress, show stabilization or even a drop on its absolute value, depending on the initial void ratio and the strength of the bonding. The bonded soils have a curved yield locus which is coincident with the failure envelope at low stresses. The failure envelope in the low stress region is dependent of the stress path, being lower for conventional drained compression tests.

O presente trabalho tem como objetivo estudar o comportamento de camadas superficiais de solo melhorado como base de fundações superficiais. Nesta pesquisa foram realizados ensaios de placa de 30 cm de diâmetro sobre camadas de solo residual compactado e de solo tratado com cimento (teor de 5% de cimento), ambas com 60 cm de espessura. O programa experimental também incluiu a retirada de amostras de campo das camadas de solo melhorado para a execução de ensaios triaxiais drenados (CID) com medida interna de deformações, a fim de obter parâmetros constitutivos para a realização de simulações numéricas. Uma comparação entre os resultados dos ensaios triaxiais com amostras retiradas em campo e moldadas em laboratório (Rohlfes Junior, 1996) é apresentada. A diferença entre os resultados dos ensaios triaxiais com amostras de campo e laboratório foi significativa para o caso das amostras de solo melhorado com cimento, tal fato é atribuído principalmente a dificuldade de mistura em campo. O Método dos Elementos Finitos foi utilizado para simular o comportamento carga x recalque das placas assentes sobre camadas de solo melhorado. O modelo Pseudo-Elástico Não Linear (Hiperbólico) foi empregado na análise numérica para modelar o comportamento dos novos materiais. Os resultados dos ensaios de placa sobre camadas de solo melhorado demonstraram que houve um aumento significativo da capacidade de suporte, além de uma redução considerável dos recalques, quando comparados ao comportamento carga x recalque do solo natural (Cudmani, 1994). A analise do comportamento de fundações superficiais assentes em solos estratificados, através de simulações numéricas, demonstrou ser eficiente para a previsão do comportamento carga x recalque das mesmas. / The aim of this research is to study the behavior of layers of improved soil as a base for shallow foundations. In this work, plate loading tests of 30 cm diameter have been performed over layers of compacted soil and soil-cement mixtures (5% of cement in weight), both with 60 cm of thickness. The experimental program has also included sampling of improved soils in the field and the execution of drained triaxial tests with interna1 measurement of deformation. The triaxial tests results were used to obtain constitutive parameters for numerical simulation of the plate loading tests. A comparison between results of triaxial tests with samples collected in the field and obtained in laboratory conditions (Rohlfes Junior, 1996) is presented. The difference between field and laboratory samples was significant mainly for soil-cement mixture, due to field mixing problems. The finite element method was used to simulate the load-settlement behavior of plates based on improved soil layers. The hyperbolic model was used in the numerical analysis to reproduce the stress-strain behavior of the new materials. The results of the plate loading tests on layers of improved soils have shown an increase of bearing capacity, as well as, a reduction of settlements when compared to the test on natural soil (Cudmani, 1994). The analysis of the behavior of shallow foundations based in layered soils, through numerical simulation, have shown its efíiciency in forecasting load-settlement behavior in the field.

Este trabalho é parte integrante de uma linha de pesquisa destinada ao estudo de viabilidade técnica de melhoramento artificial de camadas de solo. Objetiva-se com este trabalho contribuir para a viabilização de uso de solos melhorados para suporte de fundações superficiais. O estudo baseou-se em resultados experimentais de provas de carga em placas circulares de 0,30m e 0,60m de diâmetro sobre camadas de solo melhorado com cimento (teor de 5%) de 0,15m, 0,30111 e 0,60m de espessura. Os diâmetros das placas (D) e as espessuras das camadas de solo melhorado com cimento (H) foram fixados de forma a obter-se três valores distintos da relação H/D, correspondendo a 0,5, 1 e 2. Os resultados, representados adimensionalmente através de relações entre a tensão normalizada e o recalque relativo, demonstram a influência da espessura da camada de solo melhorado no comportamento de fbndações superficiais submetidas a carregamento vertical. Uma correlação de natureza semiempirica é desenvolvida de forma a permitir a previsão da magnitude de recalques e tensões de ruptura de sapatas a partir de resultados de ensaios de placa. Foram também avaliados a aplicabiidade de modelos analíticos para fundações superficiais assentes em perfis de solos não homegêneos com características coesivo-fnccionais. Neste sentido, apresenta-se urna comparação quantitativa e qualitativa entre os diversos métodos de previsão da capacidade de suporte e recalques, bem como uma validação das proposições através de comparações entre resultados calculados e medidos experimentalmente em campo. Os principais resultados obtidos na pesquisa são: [a] melhora de desempenho das fundações quando apoiadas em solos tratados, [b] dificuldade de previsão das cargas de ruptura e níveis de recalques em fundações apoiadas em solos estratifcados através de métodos analíticos, refletindo a complexidade deste problema de interação solo-estrutura e [c] desenvolvimento de uma metodologia semi-empírica para estimativa do comportamento de fùndações superíiciais com base em resultados de ensaios de placa. / The study of the technical viability of soil improvement with cement and its application to support shallow foundations are the aims of the present research. Data are presented comparing the load-settlement behaviour of circular steel plate loading tests 0,30m and 0,60m diameter resting on improved layers (5% degree of cementation) 0,15m, 0,30111 and 0,60m thick. The diameter of the plates (D) and the thickness of the cemented layers (H) have been selected in order to produce ratios of D/H of 0,5, 1 and 2. The results are expressed in t e m of dimensionless variables in a plot of norrnalised applied pressures versus relative settiements. The infiuence of soíl cemented layers on the load-settlement response of shallow foundations is clearly demonstrated. A semi-empirical correlation is developed in an attempt to assess the magnitude of settlements and to estimate bearing capacity of the plate loadig test results. Additionally, the existing analytical formulations for predicting the behaviour of shaiiow foundations on stratified soil profiles of cohesive-fnctional nature have been revised. A comparison of the analytical predictions and experimental measurements was produced and some parametrical study of the influente of the various pararneters used in the analysis is presented. The main conclusions of the work are summarised as follows: [a] the benefits of having an improved soil layer irnmediate below the foundation element was clearly demonstrated by observing the overd behaviour of the load tests, [b] the existing closed form solutions can not rnodel precisely the load-settlement behaviour of such a complex soilsuucture interaction problem and [c] the semi-empirical proposition developed to predict the behaviour of the load tests can be useful to estimate settlements and bearing capacity of foundations on cohesive-fiictional soil layers.

A utilização de fibras como reforço de solos é uma técnica relativamente nova e promissora, fundamentada na tecnologia dos materiais compósitos, onde se busca criar um novo material com propriedades e características específicas através da combinação de dois ou mais materiais conhecidos. No presente trabalho, busca-se avaliar as influências provocadas pela inserção de fibras de polipropileno (teor de 0,5%) de dois comprimentos (12 e 36mm) e cimento (teor de 7% em relação ao peso de material seco) a três solos (uma argila, uma areiasiltosa e uma areia), através de ensaios triaxiais drenados e ensaios de condutividade hidráulica (estes restritos às misturas com argila). A análise global dos resultados permitiu a identificação de padrões de comportamento dos solos reforçados, que independem do tipo de solo, e outros que dependem fundamentalmente das características do solo empregado.

O presente trabalho tem como objetivo estudar o comportamento mecânico de camadas de um solo residual areno-siltoso reforçado com a adição de fibras de polipropileno distribuídas aleatoriamente na massa de solo, sob carregamento estático, visando o assentamento de fundações superficiais. O estudo se baseou em duas etapas, uma de laboratório e outra de campo. O programa experimental de laboratório consistiu na realização de ensaios triaxiais adensados drenados a fim de se estudar o comportamento do solo residual e de misturas solo-fibra em termos de tensão-deformação-resistência. Foram analisadas tensões confinantes, comprimentos, teores e diâmetros de fibras de polipropileno. Também foi avaliado o comportamento ao longo de ciclos carga-descarga-recarga para o solo reforçado, a influência da velocidade de carregamento, bem como o comportamento do solo residual e do solo-fibra, não somente na umidade ótima e densidade máxima, como também nos ramos seco e úmido da curva de compactação, obtida sob energia Proctor Normal. Na etapa de campo foram construídos aterros experimentais com camadas de solo residual compactado e do mesmo reforçado com fibras, e sobre estes foram executadas provas de carga (placa circular) com o objetivo de avaliar o comportamento carga x recalque de fundações superficiais. Uma comparação entre os resultados de ensaios triaxiais realizados sobre amostras de solo reforçado reconstituídas em laboratório e sobre amostras retiradas em campo é apresentada. A análise global dos resultados permitiu identificar as alterações provocadas pela inclusão aleatória de fibras de polipropileno no solo residual de arenito. Os resultados dos ensaios de placa sobre camadas de solo compactado com e sem reforço fibroso demonstraram um aumento significativo da capacidade de suporte com a inclusão de fibras, além de uma redução considerável dos recalques, quando comparado ao comportamento do solo residual compactado.

O presente trabalho trata da estabilização química de uma areia do litoral do Rio Grande do Sul com cinza volante e cal, e ainda cimento de alta resistência inicial como aditivo de cura rápida. Estudou-se quatro misturas compostas com estes materiais. Realizou-se ensaios de resistência à compressão simples, compressão diametral: módulo de resiliência e resistência à tração, com objetivo de verificar as características e o comportamento mecânico das misturas. Além desses ensaios, procedeu-se também, a realização do ensaio de fadiga à flexão, com uma das misturas estudadas. A partir da utilização do programa computacional ELSYM 5 realizou-se uma análise paramétrica, com os dados obtidos nos ensaios laboratoriais, variando-se a espessura da base e os módulos de resiliência da base e do subleito. Finalmente, apresenta-se uma metodologia de dimensionamento preliminar de pavimentos com camada de base de material cimentado, com uma camada de 5 em de revestimento asfáltico, onde relaciona-se a vida de fadiga com a espessura da base, para di versos módulos de resiliência da base e do subleito. / This work presents the results of a research on the stabilization o f sand wi th lime and fly ash. Four compacted mixtures were tested, two of them also including high initial strength cement. Besides unconfined compression strength tests, diametral compression tests (resilient modulus and tensile strength) were carried out, in arder to characterize the mixtures and determine their mechanical behavior. Specimen of one of the mixtures were also submi ted to flexural fatigue tests. A parametric analisys, where different base layer thickness and resilient modulus values were adopted, was performad with help of ELSYM 5 software, using laboratory test resuslts. Finally, a preliminary method is presented with the purpose o f designing pavements wi th stabilized base layers, considering a 5 em asphal t concrete wearing course. Fatigue life is related to the base layer thickness for the several base layer and subgrade resilient modulus adopted.