Recent experiences from the Darfield and Canterbury, New Zealand earthquakes have shown that the soft soil condition of saturated liquefiable sand has a profound effect on seismic response of buildings, bridges and other lifeline infrastructure. For detailed evaluation of seismic response three dimensional integrated analysis comprising structure, foundation and soil is required; such an integrated analysis is referred to as Soil Foundation Structure Interaction (SFSI) in literatures. SFSI is a three-dimensional problem because of three primary reasons: first, foundation systems are three-dimensional in form and geometry; second, ground motions are three-dimensional, producing complex multiaxial stresses in soils, foundations and structure; and third, soils in particular are sensitive to complex stress because of heterogeneity of soils leading to a highly anisotropic constitutive behaviour. In literatures the majority of seismic response analyses are limited to plane strain configuration because of lack of adequate constitutive models both for soils and structures, and computational limitation. Such two-dimensional analyses do not represent a complete view of the problem for the three reasons noted above. In this context, the present research aims to develop a three-dimensional mathematical formulation of an existing plane-strain elasto-plastic constitutive model of sand developed by Cubrinovski and Ishihara (1998b). This model has been specially formulated to simulate liquefaction behaviour of sand under ground motion induced earthquake loading, and has been well-validated and widely implemented in verifcation of shake table and centrifuge tests, as well as conventional ground response analysis and evaluation of case histories. The approach adopted herein is based entirely on the mathematical theory of plasticity and utilises some unique features of the bounding surface plasticity formalised by Dafalias (1986). The principal constitutive parameters, equations, assumptions and empiricism of the existing plane-strain model are adopted in their exact form in the three-dimensional version. Therefore, the original two-dimensional model can be considered as a true subset of the three-dimensional form; the original model can be retrieved when the tensorial quantities of the three dimensional version are reduced to that of the plane-strain configuration. Anisotropic Drucker-Prager type failure surface has been adopted for the three-dimensional version to accommodate triaxial stress path. Accordingly, a new mixed hardening rule based on Mroz’s approach of homogeneous surfaces (Mroz, 1967) has been introduced for the virgin loading surface. The three-dimensional version is validated against experimental data for cyclic torsional and triaxial stress paths.

O comportamento de solos estruturados por cimentação é fortemente influenciado pelo estado de tensões existente durante a deposição do agente cimentante. Procedimentos rotineiros de extração e preparação de amostras em laboratório geralmente causam danos à estrutura natural do material, impedindo, muitas vezes a observação do comportamento real do ponto de vista de rigidez e de deformabilidade. A simulação, em laboratório, das condições de confinamento durante a formação da estrutura cimentante, torna-se uma condição necessária para o estudo do comportamento desses materiais. Seguindo essa linha, o trabalho busca avaliar a influência da tensão de confinamento (tensão de cura) existente durante a formação da cimentação no comportamento deste material, a partir de ensaios triaxiais drenados consolidados isotropicamente. Assim, neste estudo propõe-se a utilização de um solo artificialmente curado sob tensão, observando em conjunto a essa variável a influência do nível de cimentação bem como os efeitos oriundos da tensão confinantes utilizada na fase de cisalhamento. Procurou-se avaliar características de deformabilidade e resistência, através de uma análise do comportamento dos materiais. A avaliação das superfícies de plastificação foi realizada a partir da análise de pequenas deformações do solo cimentado. A análise tensãodilatância se desenvolveu com base no exame do comportamento do material a deformações relativamente grandes. Os resultados mostraram, no geral, que o comportamento do material cimentado foi fortemente influenciado pela variação da tensão de cura, tanto a pequenas bem como a deformações relativamente grandes. / The behavior of cemented structured soils is strongly influenced by the existing stress state during the addition of the cementation agent. The common procedures for laboratory sampling usually cause damage to the natural structure of the materials, hindering, many times, the identification of the real behavior in regard to deformability and stiffness properties. The simulation, in laboratory environment, of confining conditions during the cement structure formation turns to be a mandatory circumstance for the study of the material’s behavior. Inside this context, this work aims to evaluate the influence of the existing confining stress (stress cure) during the cement formation in the behavior of the material, through isotropic drained triaxial tests. Thus, it suggested in this study the usage of artificially cemented soil cured under stress, with parallel observation of the influence of the cement degree, as well the effects from the confining stress used during the shearing stage. It was also evaluated deformability and strength characteristics through behavior analyses of the materials. An assessment of the yield surfaces was carried on from soil cemented small deformation analysis. The evaluation of stress-dilatancy was developed based on the exam of relatively large deformation behavior. The results showed that the general behavior of this material was strongly influenced by the variation of the stress curing both at small strains and at relatively large strains.

O comportamento de solos estruturados por cimentação é fortemente influenciado pelo estado de tensões existente durante a deposição do agente cimentante. Procedimentos rotineiros de extração e preparação de amostras em laboratório geralmente causam danos à estrutura natural do material, impedindo, muitas vezes a observação do comportamento real do ponto de vista de rigidez e de deformabilidade. A simulação, em laboratório, das condições de confinamento durante a formação da estrutura cimentante, torna-se uma condição necessária para o estudo do comportamento desses materiais. Seguindo essa linha, o trabalho busca avaliar a influência da tensão de confinamento (tensão de cura) existente durante a formação da cimentação no comportamento deste material, a partir de ensaios triaxiais drenados consolidados isotropicamente. Assim, neste estudo propõe-se a utilização de um solo artificialmente curado sob tensão, observando em conjunto a essa variável a influência do nível de cimentação bem como os efeitos oriundos da tensão confinantes utilizada na fase de cisalhamento. Procurou-se avaliar características de deformabilidade e resistência, através de uma análise do comportamento dos materiais. A avaliação das superfícies de plastificação foi realizada a partir da análise de pequenas deformações do solo cimentado. A análise tensãodilatância se desenvolveu com base no exame do comportamento do material a deformações relativamente grandes. Os resultados mostraram, no geral, que o comportamento do material cimentado foi fortemente influenciado pela variação da tensão de cura, tanto a pequenas bem como a deformações relativamente grandes. / The behavior of cemented structured soils is strongly influenced by the existing stress state during the addition of the cementation agent. The common procedures for laboratory sampling usually cause damage to the natural structure of the materials, hindering, many times, the identification of the real behavior in regard to deformability and stiffness properties. The simulation, in laboratory environment, of confining conditions during the cement structure formation turns to be a mandatory circumstance for the study of the material’s behavior. Inside this context, this work aims to evaluate the influence of the existing confining stress (stress cure) during the cement formation in the behavior of the material, through isotropic drained triaxial tests. Thus, it suggested in this study the usage of artificially cemented soil cured under stress, with parallel observation of the influence of the cement degree, as well the effects from the confining stress used during the shearing stage. It was also evaluated deformability and strength characteristics through behavior analyses of the materials. An assessment of the yield surfaces was carried on from soil cemented small deformation analysis. The evaluation of stress-dilatancy was developed based on the exam of relatively large deformation behavior. The results showed that the general behavior of this material was strongly influenced by the variation of the stress curing both at small strains and at relatively large strains.

O comportamento de solos estruturados por cimentação é fortemente influenciado pelo estado de tensões existente durante a deposição do agente cimentante. Procedimentos rotineiros de extração e preparação de amostras em laboratório geralmente causam danos à estrutura natural do material, impedindo, muitas vezes a observação do comportamento real do ponto de vista de rigidez e de deformabilidade. A simulação, em laboratório, das condições de confinamento durante a formação da estrutura cimentante, torna-se uma condição necessária para o estudo do comportamento desses materiais. Seguindo essa linha, o trabalho busca avaliar a influência da tensão de confinamento (tensão de cura) existente durante a formação da cimentação no comportamento deste material, a partir de ensaios triaxiais drenados consolidados isotropicamente. Assim, neste estudo propõe-se a utilização de um solo artificialmente curado sob tensão, observando em conjunto a essa variável a influência do nível de cimentação bem como os efeitos oriundos da tensão confinantes utilizada na fase de cisalhamento. Procurou-se avaliar características de deformabilidade e resistência, através de uma análise do comportamento dos materiais. A avaliação das superfícies de plastificação foi realizada a partir da análise de pequenas deformações do solo cimentado. A análise tensãodilatância se desenvolveu com base no exame do comportamento do material a deformações relativamente grandes. Os resultados mostraram, no geral, que o comportamento do material cimentado foi fortemente influenciado pela variação da tensão de cura, tanto a pequenas bem como a deformações relativamente grandes. / The behavior of cemented structured soils is strongly influenced by the existing stress state during the addition of the cementation agent. The common procedures for laboratory sampling usually cause damage to the natural structure of the materials, hindering, many times, the identification of the real behavior in regard to deformability and stiffness properties. The simulation, in laboratory environment, of confining conditions during the cement structure formation turns to be a mandatory circumstance for the study of the material’s behavior. Inside this context, this work aims to evaluate the influence of the existing confining stress (stress cure) during the cement formation in the behavior of the material, through isotropic drained triaxial tests. Thus, it suggested in this study the usage of artificially cemented soil cured under stress, with parallel observation of the influence of the cement degree, as well the effects from the confining stress used during the shearing stage. It was also evaluated deformability and strength characteristics through behavior analyses of the materials. An assessment of the yield surfaces was carried on from soil cemented small deformation analysis. The evaluation of stress-dilatancy was developed based on the exam of relatively large deformation behavior. The results showed that the general behavior of this material was strongly influenced by the variation of the stress curing both at small strains and at relatively large strains.