Characterisation of stress-strain behaviour of a chemically stabilised soft soil reinforced with fibres under monotonic and cyclic loadings

Abstract

Due to the development of cities and industrial areas, it is becoming increasingly necessary to build on soils with precarious mechanical characteristics, an example of such soils are soft soils, which exist everywhere in the world, and are characterised by low mechanical strength and high deformability. Chemical stabilisation of soils is a solution that has shown good results, allowing construction on soft soils. To improve existing knowledge about the mechanical behaviour of these chemically stabilised soils, an experimental study was carried out on the Baixo Mondego soil. Samples of unreinforced and polypropylene fibre reinforced, chemically stabilised Baixo Mondego soil were studied under monotonic and cyclic loads. This study analyses their mechanical behaviour using the compression and tension, compressibility, and shear stress-strain responses. The effect of curing conditions, type, and amount of binder, as well as the influence of the type of failure mechanism imposed by the different types of tests, were studied. The effect of fibre addition was analysed as well as the parameters characterising the cyclic loading, i.e., number of cycles, frequency, stress level, and amplitude. One of the main conclusions is that the introduction of fibres can reduce cementitious bonds, causing yielding to occur earlier. However, and simultaneously, the presence of fibres may improve the mechanical behaviour under cyclic loading since, due to the deformations occurring during the cyclic phase, they allow the mobilisation of the fibres and these, in turn, result in yielding occurring at higher stresses.

Devido ao desenvolvimento das cidades e áreas industriais, torna-se cada vez mais necessário construir sobre solos com fracas características mecânicas. Um exemplo deste tipo de solos são os solos moles, que existem em todo o mundo, e que se caracterizam por baixa resistência mecânica e elevada deformabilidade. A estabilização química dos solos é uma solução que tem mostrado bons resultados, permitindo a construção em solos moles. Para melhorar os conhecimentos existentes sobre o comportamento mecânico destes solos moles quimicamente estabilizados, foi elaborado um estudo experimental sobre solo mole do Baixo Mondego. Foram estudadas amostras deste solo estabilizado quimicamente não reforçadas e reforçadas com fibras de polipropileno, sob cargas monotónicas e cíclicas. Analisa-se o efeito das condições de cura, tipo e quantidade de ligante, bem como a influência do tipo de mecanismo de rotura imposto por diferentes tipos de ensaios. Analisa-se o efeito da introdução de fibras, assim como os parâmetros que caracterizam a ação cíclica, isto é, o número de ciclos, a frequência, o nível de tensão e amplitude. O estudo foca-se na análise do comportamento mecânico em compressão e tração, da compressibilidade e da resposta da tensão-deformação-resistência ao corte. Uma das principais conclusões é que a introdução de fibras pode reduzir as ligações cimentícias, fazendo com que a cedência ocorra mais cedo. Contudo, e simultaneamente, a presença de fibras pode melhorar o comportamento mecânico sob cargas cíclicas uma vez que as deformações que ocorrem durante a fase cíclica permitem a mobilização das fibras e estas, por sua vez, fazem com que a cedência ocorra para tensões mais elevadas.

Debido al desarrollo de las ciudades y las zonas industriales, cada vez se hace más necesario construir sobre suelos de pobres características mecánicas. Un ejemplo de este tipo de suelos son los suelos blandos, los cuales existen por todas partes en el mundo, y se caracterizan por tener baja resistencia mecánica y elevada deformabilidad. La estabilización química en los suelos es una solución que ha mostrado buenos resultados, permitiendo la construcción en suelos blandos. De acuerdo con mejorar el conocimiento acerca del comportamiento mecánico de estos suelos químicamente estabilizados, fue elaborado un estudio experimental sobre el suelo de Baixo Mondego. Se estudió este suelo estabilizado químicamente no reforzado y reforzado con fibras de polipropileno sometida a cargas monotónicas y cargas cíclicas. Se estudió el efecto de las condiciones de curado, el tipo y la cantidad de aglutinante, así como la influencia del tipo de mecanismo de falla impuesto por los diferentes ensayos. Se analizó el efecto de la introducción de fibras, así como los parámetros que caracterizan la acción cíclica, es decir, el número de ciclos, la frecuencia, el nivel de tensión y la amplitud. Algunas de las principales conclusiones es que la introducción de fibras puede ocasionar la reducción de ligaciones cementicias, haciendo con que la fluencia ocurra antes, sin embargo, al mismo tiempo la presencia de las fibras bajo cargas cíclicas puede originar una mejora en el comportamiento mecánico, pues, debido a las deformaciones ocurridas durante la fase cíclica permiten la movilización de las fibras y éstas a su vez, provocar que la fluencia ocurra para tensiones más elevadas.