Stabilization of a dispersive clayey sand

Abstract

A few decades ago, Geotechnical Engineers had to face challenges dealing with soils with practically immutable properties, so they had to adapt the infrastructure to the as-is condition of the soil/rock mass. With the development of many ground improvement techniques, soils with undesirable properties could be replaced by one with more adequate properties. Those techniques were boosted into a conjuncture where there is a growing need for the occupation of peripheral zones of cities, where the behaviour of geotechnical materials is usually not as suitable as one of the occupied areas. However, conventional techniques to build in those zones tend to be expensive, turning many projects unfeasible. Thus, many researches have been carried out to understand the behaviour of soil improvement focusing on strength, stiffness, liquefiability, expansibility, collapsibility, and dispersibility properties. Thereby, this research aims to study the improvement effect in a clayey dispersive sand with the addition of lime and fly ash, comparing a commercial (dolomitic) and a byproduct lime (calcitic). Different admixtures were be analyzed varying specific weight, lime, and fly ash content, for a curing period of 28 days. The applied methodology consists of Unconfined Compressive Strength (UCS) tests, Small Strain stiffness tests, and durability tests, all of them conducted at every dosage. The experimental program was developed from full factorial design methods and intended to evaluate the response variables related to many factors and the damage caused by the durability cycles. Results have indicated that a small amount of binder was enough to control the dispersive behaviour of the soil, though, in most cases not to grant durability, and it was found that the lime that leads to higher strength admixtures is not necessarily the one which promotes higher durability. Still, the response variables like strength, small strain stiffness, and loss of mass may be related. Besides that, a dosage methodology was proposed based on the porosity/volumetric binder (and lime) content ratio, and this key dosing parameter could be used in the behaviour prediction of cemented soils even when they undergo rough climate conditions.

Há algumas décadas, Engenheiros Geotécnicos tinham que enfrentar desafios lidando com solos de propriedades praticamente imutáveis, tendo que adaptar a infraestrutura à condição natural da massa de solo/rocha. Com o desenvolvimento de diversas técnicas de melhoramento do terreno, as características indesejáveis do solo puderam ser substituídas por outras de melhores propriedades. Essas técnicas ganharam força em uma conjuntura em que há uma necessidade crescente de ocupação das zonas periféricas das cidades, onde materiais geotécnicos são usualmente não tão desejáveis quanto em áreas já ocupadas. No entanto, técnicas convencionais para construir nessas zonas tendem a ser dispendiosas, tornando muitos empreendimentos inviáveis. Portanto, diversas pesquisas tem sido feitas para compreender o comportamento de solos melhorados, principalmente quanto às propriedades de resistência, rigidez, liquefação, expansividade, colapsividade e dispersibilidade. Com isso, esta pesquisa visa ao estudo do efeito de uma areia argilosa dispersiva por meio da adição de cal e cinza volante, comparando-se cais comercial (dolomítica) e de resíduo (calcítica). Foram analisadas diferentes misturas, variando-se o peso específico e o teor de cal e de cinza, para um período de cura de 28 dias. A metodologia aplicada consiste em ensaios de Resistência a Compressão Simples (RCS), rigidez inicial, e ensaios de durabilidade, todos para cada uma das dosagens. O plano experimental foi desenvolvido a partir de um projeto fatorial completo, buscando-se avaliar as variáveis resposta em relação a diferentes fatores e ao dano causado por ciclos de durabilidade. Os resultados indicaram que uma pequena quantidade de reagente foi suficiente para controlar a dispersibilidade do solo, embora não necessariamente para conferir durabilidade a ele, e que a cal que gera misturas mais resistentes nem sempre é a que promove maior ganho de durabilidade. Ainda, variáveis resposta como resistência, rigidez inicial e perda de massa acumulada podem ser relacionadas. Além disso, uma metodologia de dosagem foi proposta baseada na razão porosidade/teor volumétrico de agente cimentante (e cal). Por fim, foi observado que o parâmetro-chave de dosagem poderia ser utilizado inclusive para a previsão do comportamento de solos cimentados quando submetidos a condições climáticas adversas.