Stone column treatment is commonly used to mitigate liquefaction hazard in sandy soils. Research and experience indicate that this method is effective for clean sands but that it may not be effective for silts and sands with fines contents greater than 15-20%. An alternative to the stone column method involves supplementing stone column treatment with pre-fabricated vertical wick drains installed prior to the stone columns installation. Although this method is used in practice, there has not been a formal academic study of its effectiveness. This thesis evaluates seven different case histories where wick drains were used and one where wick drains were not used, for comparison purposes. The site locations varied as well as the soil properties and treatment plans. CPT testing was done at 3 sites and SPT testing was performed at the other 5 sites. CPT data were correlated to SPT data to facilitate comparisons. One of the case histories includes a unique study in which three different variations of the stone column treatment were applied at the same site, providing a direct comparison of the effectiveness of each method. A 26% area replacement ratio (Ar) with drains was determined to be more effective overall than a 26% Ar without drains and more effective in increasing low initial blow counts than the 34% Ar without drains. The areas with drains were more likely to exceed the minimum project criteria consistently throughout the site. Significant scatter were observed in the results and probable causes for the scatter are noted. Final blow count coefficients of variation ranged from 28% to 77%. Increased fines contents required increased Ar in order to maintain similar average final blow counts. Site improvements were evaluated separately and collectively. Individual site results were compared to clean sand curves developed by Baez (1995). Sites with average fines contents less than 20% which were improved using drains and an 11-15% Ar treatment were comparable to clean sand sites without drains and with 5-10% Ar. To achieve similar improvement at sites with 40-46% fines necessitated drains and Ar values of 23-26%. Design recommendations are provided.

In der vorliegenden Arbeit wurden Experimente zur Fallgewichtsverdichtung in Modellversuchen im Erdschwerefeld (1g) durchgeführt. Ziel der Versuche war es, das Verformungsverhalten eines Versuchssandes in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu erfassen und Nachrechnungen im Sinne von Benchmark-Tests zu ermöglichen. Die messtechnische Erfassung des Bodenverhaltens erfolgte vor allem durch die optische Messmethode der digitalen Bildkorrelation (DIC, englisch: Digital Image Correlation). Ein wichtiger Teil der Arbeiten war in diesem Zusammen-hang die Eignungsprüfung der Messmethode an den eigenen Versuchsständen. Im Rahmen einer Variantenstudie mit 22 Modellkonfigurationen wurde zudem die Bedeutung von Steuergrößen der Fallgewichtsverdichtung hinter-fragt. Numerische Berechnungen wurden mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) durchgeführt. Mit den Versuchen konnte Verschiebungen des Versuchssandes an der Sicht-ebene in hoher räumlicher Auflösung gemessen werden. Für die Erfassung bodendynamischer Vorgänge konnte die DIC-Auswertung von Hochge-schwindigkeitsaufnahmen sowie von Beschleunigungssensoren im Boden erfolgreich eingesetzt werden. Die DIC-Messung eines Granulats hinter einer transparenten Sichtebene führt zu einer Streuung der Verschiebungsergebnisse, was wiederum negative Auswirkung auf die Ermittlung von kleinräumigen Dehnungen hat. Eine besondere Herausforderung stellte in diesem Zu-sammenhang die Erfassung einer Änderung der Dichte bzw. Porenzahl über die naturgemäß kleinen Betragsänderungen der volumetrischen Dehnung dar. Das Verformungsverhalten des Versuchssandes zeigte bei der Fallgewichts-verdichtung große Ähnlichkeiten zu Versuchen mit statischer Auflast. Ergebnisse der Variantenstudie zeigen Zusammenhänge zwischen Steuergrößen der Fallgewichtsverdichtung und der Einflusstiefe auf. Es wird deutlich, dass die in der Baupraxis verbreitete Größe der potentiellen Fallenergie nur begrenzt für eine Klassifizierung von Fallgewichtskonfigurationen geeignet ist.:1 Einleitung 1 2 Zur praktischen Bedeutung der Fallgewichtsverdichtung 6 2.1 Geschichte der Verdichtung mit Fallgewichten 6 2.2 Anwendungsbereiche 6 2.3 Bodenmechanische Vorgänge während der Verdichtung 8 2.4 Wellenausbreitung bei impulsförmigem Energieeintrag 8 2.5 Bewertung des Verdichtungserfolges 9 3 Überblick zu experimentellen und rechnerischen Untersuchungen zur Fallgewichtsverdichtung 11 3.1 Feldversuche 11 3.2 Modellversuche 12 3.3 Berechnungsverfahren 29 4 Versuchstechnische Grundlagen 34 4.1 Geotechnische Experimente und deren Anforderung 34 4.2 Konzeption von Modellversuchen 35 4.3 Wahl und Realisierung von Randbedingungen 38 4.4 Erfassung und Auswertung von Messgrößen 38 4.5 Digital Image Correlation (DIC) 40 5 Versuchssand, Versuchsstände und Einbaumethoden 52 5.1 Versuchssand 52 5.2 Versuchsstand-C 54 5.3 Versuchsstand-S 57 5.4 Versuchsstand-M 61 5.5 Einbaumethoden 68 5.6 Kontrolle der Probenhomogenität 73 6 Versuche mit statischer Auflast 79 6.1 Versuchsprogramm und Ziele 79 6.2 Kompressionsversuche 81 6.3 Streifen- und Kreisfundamentversuche 93 6.4 Ergänzende Messungen 103 6.5 Zusammenfassung 106 7 Versuche mit skalierten Fallgewichten 108 7.1 Versuchsprogramm und Ziele 108 7.2 Fallgewichtsversuche im ebenen Verformungszustand 109 7.3 Fallgewichtsversuche als Halbmodell 115 7.4 Ergebnisse zusätzlicher Sondierungen 122 7.5 Ergänzende Messungen 125 7.6 Kinematik 130 7.7 Versuchsstudie zur Fallgewichtsverdichtung 133 7.8 Zusammenfassung 150 8 Vergleich zwischen statischen und dynamischen Versuchen 153 9 Numerische Berechnungen mit der Finite-Elemente-Methode 157 9.1 Grundlagen der verwendeten Finite-Elemente-Methode 157 9.2 Bestimmung der Stoffmodellparameter 160 9.3 Simulation der Kompressionsversuche 161 9.4 Simulation der Streifenfundamentversuche 170 9.5 Simulation der Fallgewichtsversuche 176 9.6 Kinematik 182 9.7 Zusammenfassung 186 10 Zusammenfassung 188 11 Ausblick Literaturverzeichnis 196 Anhang A Versuchsstudie zur Fallgewichtsverdichtung 204 A.1 Einzelversuche am Versuchsstand-S 204 A.2 Einzelversuche am Versuchsstand-M 208 Anhang B DIC-Studien an idealisiertem Versuchsaufbau 213 Anhang C Studie zu Zwischenbezugsschritten in ISTRA4D 220 Anhang D Studie zur Ermittlung von Dehnungen in ISTRA4D 223 Anhang E Kalibrierung der Stoffmodellparameter in Abaqus 227 Anhang F Hypoplastisches Stoffmodell ohne intergranulare Dehnung 229 Anhang G Hypoplastisches Stoffmodell mit intergranularer Dehnung 232 / A quantitative validation of numerical simulations of soil dynamic problems and the derivation of physical relationships needs appropriate experimental data. Within the scope of the present work, experiments on the heavy tamping in small-scaled models in earth's gravity (1g) were developed. The aim of the experiments was to record the deformation behavior of a test sand in high spatial and temporal resolution and to allow re-calculations in the sense of benchmark tests. The optical measuring method of digital image correlation (DIC) were mainly carried out for the metrological recording of the soil behavior. By comparing discrete image areas of a few grains of sand (patches), it is possible to full-field capture soil displacements behind a vertical viewing plane. In this context, an important part of the work was the suitability test of the measuring method at the own experiments. A variant study with 22 model configurations also questioned the importance of control factors of heavy tamping. The numerical calculations were performed with the finite element method (FEM) in Abaqus. Therefore, the simulation of individual special tests with static load were done using classical Lagrangian FEM. Experiments as well as with large soil deformations as well as heavy tamping were modeled using the Coupled Eulerian Lagrangian (CEL) method. As material model, a formulation of the hypoplasticity with extension to the concept of intergranular strains was used. The experiments showed that the optical measuring method of the DIC is capable of reliably detecting shifts of the test sand at the viewing plane in high spatial resolution. For the acquisition of soil dynamic processes, the DIC evaluation of high-speed recordings as well as of acceleration sensors in the soil could be successfully carried out. Experimental and metrological challenges resulted from the effects of optical refraction through the viewing plane as well as the detection and tracking of patterns of individual patches. In comparison to direct measurement on rigid bodies, the detection of a granulate behind a transparent viewing plane leads to a greater scattering of the displacement results, which in turn has a negative effect on the determination of small-scale strains in the measuring plane. A particular challenge in this context was the detection of a change in the density or pore number over the inherently small changes in the magnitude of the volumetric strain. Remarkably, the deformation behavior of the sand in medium-dense storage showed under the influence of falling-weight compacting great similarities to the deformation behavior under static loading. With both load models, the measurement results point to successful compaction work below and to the side of the load transfer, which are due to vertical or horizontal strain components. The results of the study on heavy tamping show correlations between the control factors of heavy tamping to an influence depth. The study shows that the size of the potential fall energy, which is common in construction practice, is only limitedly suitable for the classification of heavy tamping configurations. The evaluation of a series of drops proves the possibilities of correlation between state variables of a soil such as void ratio or degree of compaction and the velocity of the propagation waves in the soil. In numerical calculations, the deformation behavior of static load tests could be reproduced well. It showed the importance of a sufficient consideration of boundary conditions like friction between sand and container wall, container deformations and silo effects in narrow containers. Recalculations of the heavy tamping tests led to plausible results with a significant compaction effect below the drop weight, which is amplified in further drops and extended to greater depths. This also corresponds to the experimental results as well as the contexts known in practical engineering.:1 Einleitung 1 2 Zur praktischen Bedeutung der Fallgewichtsverdichtung 6 2.1 Geschichte der Verdichtung mit Fallgewichten 6 2.2 Anwendungsbereiche 6 2.3 Bodenmechanische Vorgänge während der Verdichtung 8 2.4 Wellenausbreitung bei impulsförmigem Energieeintrag 8 2.5 Bewertung des Verdichtungserfolges 9 3 Überblick zu experimentellen und rechnerischen Untersuchungen zur Fallgewichtsverdichtung 11 3.1 Feldversuche 11 3.2 Modellversuche 12 3.3 Berechnungsverfahren 29 4 Versuchstechnische Grundlagen 34 4.1 Geotechnische Experimente und deren Anforderung 34 4.2 Konzeption von Modellversuchen 35 4.3 Wahl und Realisierung von Randbedingungen 38 4.4 Erfassung und Auswertung von Messgrößen 38 4.5 Digital Image Correlation (DIC) 40 5 Versuchssand, Versuchsstände und Einbaumethoden 52 5.1 Versuchssand 52 5.2 Versuchsstand-C 54 5.3 Versuchsstand-S 57 5.4 Versuchsstand-M 61 5.5 Einbaumethoden 68 5.6 Kontrolle der Probenhomogenität 73 6 Versuche mit statischer Auflast 79 6.1 Versuchsprogramm und Ziele 79 6.2 Kompressionsversuche 81 6.3 Streifen- und Kreisfundamentversuche 93 6.4 Ergänzende Messungen 103 6.5 Zusammenfassung 106 7 Versuche mit skalierten Fallgewichten 108 7.1 Versuchsprogramm und Ziele 108 7.2 Fallgewichtsversuche im ebenen Verformungszustand 109 7.3 Fallgewichtsversuche als Halbmodell 115 7.4 Ergebnisse zusätzlicher Sondierungen 122 7.5 Ergänzende Messungen 125 7.6 Kinematik 130 7.7 Versuchsstudie zur Fallgewichtsverdichtung 133 7.8 Zusammenfassung 150 8 Vergleich zwischen statischen und dynamischen Versuchen 153 9 Numerische Berechnungen mit der Finite-Elemente-Methode 157 9.1 Grundlagen der verwendeten Finite-Elemente-Methode 157 9.2 Bestimmung der Stoffmodellparameter 160 9.3 Simulation der Kompressionsversuche 161 9.4 Simulation der Streifenfundamentversuche 170 9.5 Simulation der Fallgewichtsversuche 176 9.6 Kinematik 182 9.7 Zusammenfassung 186 10 Zusammenfassung 188 11 Ausblick Literaturverzeichnis 196 Anhang A Versuchsstudie zur Fallgewichtsverdichtung 204 A.1 Einzelversuche am Versuchsstand-S 204 A.2 Einzelversuche am Versuchsstand-M 208 Anhang B DIC-Studien an idealisiertem Versuchsaufbau 213 Anhang C Studie zu Zwischenbezugsschritten in ISTRA4D 220 Anhang D Studie zur Ermittlung von Dehnungen in ISTRA4D 223 Anhang E Kalibrierung der Stoffmodellparameter in Abaqus 227 Anhang F Hypoplastisches Stoffmodell ohne intergranulare Dehnung 229 Anhang G Hypoplastisches Stoffmodell mit intergranularer Dehnung 232

El estudio de la presente tesis fue validar la hipótesis que plantea el mejoramiento de las propiedades físico-mecánicas de suelos arcillosos de la Av. La Despensa desde Antenor Orrego hasta Dorado la cual presenta un suelo de baja capacidad de soporte, con un grado de plasticidad alto, siendo este el responsable de generar problemas de transitabilidad en épocas de lluvias, asentamientos a nivel de vereda y hundimientos en la vía con ausencia de pavimento. Debido a la problemática anterior, se hizo el estudio incorporando agregados provenientes de los residuos calcáreos de las siguientes combinaciones: 20%RC+80%S, 30%RC+70%S, 40%RC+60%S y 50%RC+50%S, Para ello, se experimentó dichos porcentajes en tres muestras: C-01, C-02 y C-03, clasificándose como: CL (Arcillas de baja plasticidad) respectivamente. Así mismo, en base a los ensayos de laboratorio, se determinó como porcentaje óptimo, el 40%RC+60S%, donde tiene un IP de 19.00%, 20.00% y 19.00% según sea la muestra de suelo, alterándolo en 0.1 a 2.00 veces su valor natural, a su vez, la MDS resultó de 1.98, 1.96 y 1.93 g/cm3 correspondientemente, aumentándola en 0.37 hasta 0.25 veces su valor natural, en tanto, el CBR (95%) obtuvo los valores de 10.12%, 9.52% y 11.10% respectivamente, incrementándose 7 hasta 7.67 veces de su valor inicial. Recategorizándose las tres muestras de subrasantes de pobre a buena. Finalmente, para la ejecución de pavimento flexible cuya subrasante esté mejorada con 40%RC+ 60%S. se necesitará S/844,145.57 soles por cada 500m, no obstante, esta propuesta disminuye al 61.15 % los impactos que tradicionalmente se generarán. / The study of this thesis was to validate the hypothesis that the improvement of the physicalmechanical properties of clayey soils of Av. La Despensa from Antenor Orrego to Doradon presents a soil with low support capacity, with a degree of plasticity. high, this being responsible for generating traffic problems in the rainy season, settlements at sidewalk level and subsidence on the road with no paving. Due to the above problems, the study was carried out incorporating aggregates from calcareous residues of the following combinations: 20%RC+80%S, 30%RC+70%S, 40%RC+60%S and 50%RC+ 50%S, For this, these percentages were experimented in three samples: C-01, C-02 and C-03, being classified as: CL (Low plasticity clays) respectively. Likewise, based on laboratory tests, the optimal percentage was determined to be 40%RC+60S%, where it has an IP of 19.00%, 20.00% and 19.00% depending on the soil sample, altering it by 0.1 to 2.00. times its natural value, in turn, the MDS was 1.98, 1.96 and 1.93 g/cm3 correspondingly, increasing it by 0.37 to 0.25 times its natural value, while the CBR (95%) obtained values of 10.12%, 9.52 % and 11.10% respectively, increasing 7 to 7.67 times from its initial value. Recategorizing the three subgrade samples from poor to good. Finally, for the execution of flexible pavement whose subgrade is improved with 40%RC+ 60%S. S/844,145.57 soles will be needed for every 500m, however, this proposal reduces the impacts that would traditionally be generated to 61.15%.

Le but de cette étude est d'étudier le renforcement des sols par inclusions rigides sous chargement complexe et cyclique. L'effet de certains paramètres liés à la définition d’un chargement complexe et cyclique sur le comportement du système est mis en évidence.Du point de vue des chargements statiques complexes, des semelles de fondation posées sur un sol compressible renforcé par inclusions rigides sans matelas soumis à des charges centrées, excentrées verticales et horizontales et à quelques cycles de charge ont été étudiées. Des approches numériques et expérimentales sont présentées. Les résultats des mesures expérimentales et numériques permettent de mettre en évidence le comportement de ces systèmes en termes de contrainte sur la tête d'inclusion et sur le sol compressible, de déplacements verticaux et latéraux de la semelle et du déplacement latéral de l'inclusion. L'efficacité de la semelle renforcée est comparée à celle d’une semelle non renforcée.Une modélisation 3D de solutions de fondations pour les éoliennes est étudiée. La combinaison d’un chargement vertical et de différents moments appliqués à la fondation est prise en compte. Le sol compressible renforcé par inclusions rigides est considéré comme une option qui est comparée à d’autres solutions plus classiques (fondation superficielle et radier sur pieux). Les résultats obtenus permettent de présenter l’impact sur le tassement du sol, la rotation de la fondation, les efforts axiaux et les moments fléchissants dans les inclusions rigides. Les résultats numériques indiquent enfin que la technique d'amélioration du sol par inclusions rigides peut être une solution appropriée pour les fondations d'éoliennes.En ce qui concerne les aspects cycliques, trois points principaux sont abordés. Dans un premier temps, la modélisation numérique d’essais en laboratoire d’un renforcement de sol par inclusions rigides soumis à des chargements monotones et des cycles limités de chargement mise en œuvre. Le modèle hypoplastique (HYP) est utilisé pour modéliser le comportement de la plate-forme de transfert de charge. Les résultats numériques sont validés à la fois par rapport aux données expérimentales et numériques de Houda (2016). L'influence des conditions aux limites et de l'état du sol compressible est mise en évidence. Les résultats numériques indiquent qu'il est possible de considérer le comportement cyclique du sol renforcé par inclusions rigides en utilisant le modèle HYP.Dans un second temps, un remblai renforcé par des inclusions rigides sous un nombre élevé de chargement cyclique est étudié. Deux niveaux de complexité différents pour le modèle constitutif (HYP et le modèle élastique linéaire parfaitement plastique avec un critère de rupture de type Mohr-Coulomb) ont été pris en compte pour étudier le comportement de la LTP et analyser le comportement cyclique du système. Le modèle HYP est proposé pour la suite des études car il permet de bien capturer la décroissance et l’accumulation des tassements avec le nombre de cycles de charge. L'effet des paramètres qui sont le nombre de cycles de charge, l'amplitude et la fréquence (induite par la vitesse du trafic) et la hauteur du remblai est également présentée.Finalement, une étude sur la réponse cyclique d'un remblai de GRPS est menée. En comparant le remblai renforcé par des géosynthétiques (GRPS) avec le remblai renforcé par inclusions (PE), le rôle du géosynthétique est mis en évidence sous des chargements statiques et cycliques. L'influence du nombre de cycles de chargement et du nombre de géosynthétiques sur l'effet de voute et les tassements cumulés est également discutée. / The aim of the study is to investigate the soil improvement by rigid inclusions under complex and cyclic loadings, and to highlight the effect of some parameters related to complex and cyclic loading on the system behavior.Concerning the static complex loading, footings over rigid inclusion-reinforced soil without mattress subjected to centered, eccentrically vertical and horizontal loads, and load cycles are first studied. Numerical and experimental approaches are presented. Monitored and numerical results permit to show the behavior of these reinforced systems in terms of stresses on the inclusion head and soft soil, vertical and lateral displacements of the footings and lateral displacement of the inclusions. The efficiency of the reinforced footing is also presented and compared to the unreinforced one.A 3D modeling of the foundation solutions for wind turbines is presented. The combination of vertical loading and different moments applied to the foundation is taken into account. The inclusion-improved soft soil under footing is considered as a foundation option and, compared to classical ones (shallow foundation and piled raft). The obtained results are illustrated concerning the ground surface settlements, the foundation rotations, the axial forces and bending moments of the reinforcements. The numerical results indicate that the soil improvement technique by rigid inclusions can be an appropriate solution for the wind turbine foundations.With regard to the cyclic aspects, three main concerns are studied. Firstly, the numerical modeling of laboratory tests on a soil improvement by rigid inclusions subjected to monotonic loading and a limited load cycles is carried out, in which the hypoplasticity (HYP) model is used to model the load transfer platform (LTP). The numerical results are validated against both the experimental data and numerical ones of Houda (2016). The influence of the boundary condition and soft soil state are figured out. The numerical results indicate that it is possible to address the cyclic behavior of the rigid inclusion-reinforced soil by using the HYP model.Secondly, a piled embankment under a high number of cyclic loadings is studied. Two different levels of complexity for the constitutive models are used (HYP and a simpler one the linear elastic perfectly plastic constitutive model with a shear criteria of Mohr-Coulomb). These models were considered to model the behavior of the LTP and analyze the cyclic behavior of the system. The HYP model is then suggested for the following studies since it can capture well the arching decrease and the cumulated settlements under the load cycles number. The effect of the parameters that are load cycles number, amplitude and frequency (induced by traffic speed), and embankment height is illustrated as well.Finally, a study on the cyclic response of a GRPS embankment is conducted. By comparing the geosynthetic-reinforced pile-supported (GRPS) embankment with the piled embankment (PE), the role of the geosynthetic is verified under static and cyclic loading aspects. The influence of the load cycles number and the geosynthetic layers number on the arching effect and cumulative settlements is shown as well.

O chalk é uma rocha calcária formada de calcita, com até 95% de teor de carbonato de cálcio. Pode ser encontrado no oeste europeu e cobre aproximadamente 15% da área do Reino Unido. Muitas construções e obras de infraestrutura são realizadas sobre o chalk, e situações imprevisíveis ainda acontecem pela falta de conhecimento do seu comportamento geotécnico. Sem ser perturbado, o chalk é uma rocha fraca que permanece estável. Entretanto, quando esmagado, ele rompe facilmente. Estes desafios, somados à abundância deste material no Reino Unido, fez com que ele passasse a ser estudado nos últimos anos para um melhor entendimento de suas características e comportamento. Uma das formas de melhoramento do comportamento do chalk é com adição de cimento Portland ao material, desenvolvida nesta pesquisa. O chalk utilizado nos testes é da região de St. Nicholas, Kent, no Reino Unido, classificado, de acordo com a CIRIA, como A/B, com baixa a média densidade. O material foi moído em laboratório até a obtenção de um silte arenoso, com D50 de 0,035 mm. O material foi misturado com cimento Portland de alta resistência inicial, nas porcentagens 3, 5 e 7% em relação à massa de solo seco. Os resultados dos testes de compressão simples e de tração por compressão diametral e de rigidez inicial (G0) mostraram um ganho de resistência com o aumento do teor de cimento e dos pesos específicos aparentes secos nas amostras estudadas. Os dados de resistência foram analisados em função da porosidade pelo teor volumétrico de cimento (/Civ), mostrando a influência do nível de cimentação e do nível de compactação na resistência da mistura. O expoente de ajuste de 0,28 no volume de agente cimentante gerou melhores coeficientes de determinação nos resultados. Houve uma relação praticamente linear entre a rigidez inicial e a resistência à compressão simples. As curvas de rigidez ao longo do tempo mostraram uma tendência logarítmica da evolução de G0 com o tempo, para todas as amostras. Nos ensaios de durabilidade, quanto maior o peso específico e teor de cimento da amostra, menor a perda de massa. A rigidez permaneceu praticamente constante durante os 12 ciclos. / Chalk is a limestone formed by calcite, with up to 95% of calcium carbonate content. It can be found in Western Europe and it covers about 15% of the area of the United Kingdom. Many constructions and infrastructure works are carried out on chalk, and unpredictable situations still happen due to the lack of knowledge of its geotechnical behavior. Undisturbed, chalk is a weak rock that remains stable. However, when crushed, it breaks easily. These challenges, coupled with the abundance of this material in the UK, have led chalk to be studied in recent years for a better understanding of its characteristics and behavior. One of the ways of improving the chalk behavior is with the addition of Portland cement to the material, which is developed in this research. The chalk used in the testing was collected in St. Nicholas, Kent, UK, and characterised as CIRIA Grade A/B, low to medium density. The material was crushed in the laboratory until it became sandy silt, with D50 of 0.035 mm. The material was mixed with high initial strength Portland cement, at 3, 5 and 7% in relation to the dry soil mass The results of unconfined compression, traction by diametral compression and initial stiffness (G0) tests showed a gain of strength with the increase of cement content and specific dry unit weights in the studied samples. The strength data was analyzed as a function of the porosity by the volumetric content of cement (/Civ), showing the influence of the level of cementation and compaction in the strength of the mixture. The adjustment exponent of 0.28 in the cementing agent volume generated better determination coefficients in the results. There was an almost linear relationship between initial stiffness and unconfined compression strength. The stiffness versus time curves showed a logarithmic trend for the evolution of G0 with time in all samples. In the durability tests, the higher the dry unit weight and cement content of the sample, the lower the mass loss. The stiffness remained practically constant during the 12 cycles.

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Argilas dispersivas, também conhecidas como solos altamente erosivos, são dispersas na presença de água relativamente pura, tal como a causada por precipitações. Esse fenômeno é gerado pela ação que à água intersticial presente no solo ter uma maior concentração de cátions do que a água pura de chuva. A adição de cal nestes solos, é uma técnica de melhoramento das características físicas nas argilas dispersivas, assim também como suas propriedades mecânicas. A presente pesquisa tem por objetivo quantificar a influência isolada de cada variável; quantidade de cal, porosidade e tempo de cura, sobre a resistência não confinada de um solo dispersivo tratado com cal e permitir avaliação da transformação para um estado não-dispersivo. Esta dissertação visa a compreensão dos parâmetros-chave da mistura de argila dispersiva com adição de cal para o controle das resistências à compressão simples (qu) e de tração (qt). Assim, mostra-se que a relação vazios/cal é um parâmetro adequado para avaliar estas resistências não confinadas. Em consequência, verificou-se uma única relação qt=qu igual a 0,136, sendo independente da relação vazios/cal e o tempo de cura. Além disso, verificou-se que a metodologia para previsão de Envoltórias de Mohr-Coulomb é adequada para a determinação dos parâmetros de resistência. Finalmente, desde um enfoque ambiental através da ferramenta de avaliação do ciclo de vida (ACV) foram avaliadas todas as misturas em função ao custo energético envolvido (energia incorporada). Esta avaliação foi realizada através de um comparativo em Mega Joules por metro cúbico de mistura [MJ=m3]. / Argilas dispersivas, também conhecidas como solos altamente erosivos, são dispersas na presença de água relativamente pura, tal como a causada por precipitações. Esse fenômeno é gerado pela ação que à água intersticial presente no solo ter uma maior concentração de cátions do que a água pura de chuva. A adição de cal nestes solos, é uma técnica de melhoramento das características físicas nas argilas dispersivas, assim também como suas propriedades mecânicas. A presente pesquisa tem por objetivo quantificar a influência isolada de cada variável; quantidade de cal, porosidade e tempo de cura, sobre a resistência não confinada de um solo dispersivo tratado com cal e permitir avaliação da transformação para um estado não-dispersivo. Esta dissertação visa a compreensão dos parâmetros-chave da mistura de argila dispersiva com adição de cal para o controle das resistências à compressão simples (qu) e de tração (qt). Assim, mostra-se que a relação vazios/cal é um parâmetro adequado para avaliar estas resistências não confinadas. Em consequência, verificou-se uma única relação qt=qu igual a 0,136, sendo independente da relação vazios/cal e o tempo de cura. Além disso, verificou-se que a metodologia para previsão de Envoltórias de Mohr-Coulomb é adequada para a determinação dos parâmetros de resistência. Finalmente, desde um enfoque ambiental através da ferramenta de avaliação do ciclo de vida (ACV) foram avaliadas todas as misturas em função ao custo energético envolvido (energia incorporada). Esta avaliação foi realizada através de um comparativo em Mega Joules por metro cúbico de mistura [MJ=m3].

O chalk é uma rocha calcária formada de calcita, com até 95% de teor de carbonato de cálcio. Pode ser encontrado no oeste europeu e cobre aproximadamente 15% da área do Reino Unido. Muitas construções e obras de infraestrutura são realizadas sobre o chalk, e situações imprevisíveis ainda acontecem pela falta de conhecimento do seu comportamento geotécnico. Sem ser perturbado, o chalk é uma rocha fraca que permanece estável. Entretanto, quando esmagado, ele rompe facilmente. Estes desafios, somados à abundância deste material no Reino Unido, fez com que ele passasse a ser estudado nos últimos anos para um melhor entendimento de suas características e comportamento. Uma das formas de melhoramento do comportamento do chalk é com adição de cimento Portland ao material, desenvolvida nesta pesquisa. O chalk utilizado nos testes é da região de St. Nicholas, Kent, no Reino Unido, classificado, de acordo com a CIRIA, como A/B, com baixa a média densidade. O material foi moído em laboratório até a obtenção de um silte arenoso, com D50 de 0,035 mm. O material foi misturado com cimento Portland de alta resistência inicial, nas porcentagens 3, 5 e 7% em relação à massa de solo seco. Os resultados dos testes de compressão simples e de tração por compressão diametral e de rigidez inicial (G0) mostraram um ganho de resistência com o aumento do teor de cimento e dos pesos específicos aparentes secos nas amostras estudadas. Os dados de resistência foram analisados em função da porosidade pelo teor volumétrico de cimento (/Civ), mostrando a influência do nível de cimentação e do nível de compactação na resistência da mistura. O expoente de ajuste de 0,28 no volume de agente cimentante gerou melhores coeficientes de determinação nos resultados. Houve uma relação praticamente linear entre a rigidez inicial e a resistência à compressão simples. As curvas de rigidez ao longo do tempo mostraram uma tendência logarítmica da evolução de G0 com o tempo, para todas as amostras. Nos ensaios de durabilidade, quanto maior o peso específico e teor de cimento da amostra, menor a perda de massa. A rigidez permaneceu praticamente constante durante os 12 ciclos. / Chalk is a limestone formed by calcite, with up to 95% of calcium carbonate content. It can be found in Western Europe and it covers about 15% of the area of the United Kingdom. Many constructions and infrastructure works are carried out on chalk, and unpredictable situations still happen due to the lack of knowledge of its geotechnical behavior. Undisturbed, chalk is a weak rock that remains stable. However, when crushed, it breaks easily. These challenges, coupled with the abundance of this material in the UK, have led chalk to be studied in recent years for a better understanding of its characteristics and behavior. One of the ways of improving the chalk behavior is with the addition of Portland cement to the material, which is developed in this research. The chalk used in the testing was collected in St. Nicholas, Kent, UK, and characterised as CIRIA Grade A/B, low to medium density. The material was crushed in the laboratory until it became sandy silt, with D50 of 0.035 mm. The material was mixed with high initial strength Portland cement, at 3, 5 and 7% in relation to the dry soil mass The results of unconfined compression, traction by diametral compression and initial stiffness (G0) tests showed a gain of strength with the increase of cement content and specific dry unit weights in the studied samples. The strength data was analyzed as a function of the porosity by the volumetric content of cement (/Civ), showing the influence of the level of cementation and compaction in the strength of the mixture. The adjustment exponent of 0.28 in the cementing agent volume generated better determination coefficients in the results. There was an almost linear relationship between initial stiffness and unconfined compression strength. The stiffness versus time curves showed a logarithmic trend for the evolution of G0 with time in all samples. In the durability tests, the higher the dry unit weight and cement content of the sample, the lower the mass loss. The stiffness remained practically constant during the 12 cycles.

O chalk é uma rocha calcária formada de calcita, com até 95% de teor de carbonato de cálcio. Pode ser encontrado no oeste europeu e cobre aproximadamente 15% da área do Reino Unido. Muitas construções e obras de infraestrutura são realizadas sobre o chalk, e situações imprevisíveis ainda acontecem pela falta de conhecimento do seu comportamento geotécnico. Sem ser perturbado, o chalk é uma rocha fraca que permanece estável. Entretanto, quando esmagado, ele rompe facilmente. Estes desafios, somados à abundância deste material no Reino Unido, fez com que ele passasse a ser estudado nos últimos anos para um melhor entendimento de suas características e comportamento. Uma das formas de melhoramento do comportamento do chalk é com adição de cimento Portland ao material, desenvolvida nesta pesquisa. O chalk utilizado nos testes é da região de St. Nicholas, Kent, no Reino Unido, classificado, de acordo com a CIRIA, como A/B, com baixa a média densidade. O material foi moído em laboratório até a obtenção de um silte arenoso, com D50 de 0,035 mm. O material foi misturado com cimento Portland de alta resistência inicial, nas porcentagens 3, 5 e 7% em relação à massa de solo seco. Os resultados dos testes de compressão simples e de tração por compressão diametral e de rigidez inicial (G0) mostraram um ganho de resistência com o aumento do teor de cimento e dos pesos específicos aparentes secos nas amostras estudadas. Os dados de resistência foram analisados em função da porosidade pelo teor volumétrico de cimento (/Civ), mostrando a influência do nível de cimentação e do nível de compactação na resistência da mistura. O expoente de ajuste de 0,28 no volume de agente cimentante gerou melhores coeficientes de determinação nos resultados. Houve uma relação praticamente linear entre a rigidez inicial e a resistência à compressão simples. As curvas de rigidez ao longo do tempo mostraram uma tendência logarítmica da evolução de G0 com o tempo, para todas as amostras. Nos ensaios de durabilidade, quanto maior o peso específico e teor de cimento da amostra, menor a perda de massa. A rigidez permaneceu praticamente constante durante os 12 ciclos. / Chalk is a limestone formed by calcite, with up to 95% of calcium carbonate content. It can be found in Western Europe and it covers about 15% of the area of the United Kingdom. Many constructions and infrastructure works are carried out on chalk, and unpredictable situations still happen due to the lack of knowledge of its geotechnical behavior. Undisturbed, chalk is a weak rock that remains stable. However, when crushed, it breaks easily. These challenges, coupled with the abundance of this material in the UK, have led chalk to be studied in recent years for a better understanding of its characteristics and behavior. One of the ways of improving the chalk behavior is with the addition of Portland cement to the material, which is developed in this research. The chalk used in the testing was collected in St. Nicholas, Kent, UK, and characterised as CIRIA Grade A/B, low to medium density. The material was crushed in the laboratory until it became sandy silt, with D50 of 0.035 mm. The material was mixed with high initial strength Portland cement, at 3, 5 and 7% in relation to the dry soil mass The results of unconfined compression, traction by diametral compression and initial stiffness (G0) tests showed a gain of strength with the increase of cement content and specific dry unit weights in the studied samples. The strength data was analyzed as a function of the porosity by the volumetric content of cement (/Civ), showing the influence of the level of cementation and compaction in the strength of the mixture. The adjustment exponent of 0.28 in the cementing agent volume generated better determination coefficients in the results. There was an almost linear relationship between initial stiffness and unconfined compression strength. The stiffness versus time curves showed a logarithmic trend for the evolution of G0 with time in all samples. In the durability tests, the higher the dry unit weight and cement content of the sample, the lower the mass loss. The stiffness remained practically constant during the 12 cycles.

Argilas dispersivas, também conhecidas como solos altamente erosivos, são dispersas na presença de água relativamente pura, tal como a causada por precipitações. Esse fenômeno é gerado pela ação que à água intersticial presente no solo ter uma maior concentração de cátions do que a água pura de chuva. A adição de cal nestes solos, é uma técnica de melhoramento das características físicas nas argilas dispersivas, assim também como suas propriedades mecânicas. A presente pesquisa tem por objetivo quantificar a influência isolada de cada variável; quantidade de cal, porosidade e tempo de cura, sobre a resistência não confinada de um solo dispersivo tratado com cal e permitir avaliação da transformação para um estado não-dispersivo. Esta dissertação visa a compreensão dos parâmetros-chave da mistura de argila dispersiva com adição de cal para o controle das resistências à compressão simples (qu) e de tração (qt). Assim, mostra-se que a relação vazios/cal é um parâmetro adequado para avaliar estas resistências não confinadas. Em consequência, verificou-se uma única relação qt=qu igual a 0,136, sendo independente da relação vazios/cal e o tempo de cura. Além disso, verificou-se que a metodologia para previsão de Envoltórias de Mohr-Coulomb é adequada para a determinação dos parâmetros de resistência. Finalmente, desde um enfoque ambiental através da ferramenta de avaliação do ciclo de vida (ACV) foram avaliadas todas as misturas em função ao custo energético envolvido (energia incorporada). Esta avaliação foi realizada através de um comparativo em Mega Joules por metro cúbico de mistura [MJ=m3]. / Argilas dispersivas, também conhecidas como solos altamente erosivos, são dispersas na presença de água relativamente pura, tal como a causada por precipitações. Esse fenômeno é gerado pela ação que à água intersticial presente no solo ter uma maior concentração de cátions do que a água pura de chuva. A adição de cal nestes solos, é uma técnica de melhoramento das características físicas nas argilas dispersivas, assim também como suas propriedades mecânicas. A presente pesquisa tem por objetivo quantificar a influência isolada de cada variável; quantidade de cal, porosidade e tempo de cura, sobre a resistência não confinada de um solo dispersivo tratado com cal e permitir avaliação da transformação para um estado não-dispersivo. Esta dissertação visa a compreensão dos parâmetros-chave da mistura de argila dispersiva com adição de cal para o controle das resistências à compressão simples (qu) e de tração (qt). Assim, mostra-se que a relação vazios/cal é um parâmetro adequado para avaliar estas resistências não confinadas. Em consequência, verificou-se uma única relação qt=qu igual a 0,136, sendo independente da relação vazios/cal e o tempo de cura. Além disso, verificou-se que a metodologia para previsão de Envoltórias de Mohr-Coulomb é adequada para a determinação dos parâmetros de resistência. Finalmente, desde um enfoque ambiental através da ferramenta de avaliação do ciclo de vida (ACV) foram avaliadas todas as misturas em função ao custo energético envolvido (energia incorporada). Esta avaliação foi realizada através de um comparativo em Mega Joules por metro cúbico de mistura [MJ=m3].