Utilize este identificador para referenciar este registo: https://hdl.handle.net/1822/75516

TítuloStress-strain response of soft soils stabilised with alkali activated industrial by-products
Autor(es)Silva, Manuela Corrêa Alves
Orientador(es)Miranda, Tiago F. S.
Cristelo, Nuno
Rouainia, Mohamed
Palavras-chaveTriaxial tests
Kinematic hardening model
SEM-EDS
XRD
Full-scale prototype
Ensaios triaxiais
Modelo de endurecimento cinemático
Protótipo à escala real
Data13-Dez-2021
Resumo(s)Alternative binders based on the alkaline activation technology have been strongly investigated over the last decades as a potential replacement for Portland Cement. However, little research has been devoted to the shear behaviour of soft soils stabilised with those type of binders and their numerical modelling using constitutive models. This PhD thesis aims to deepen the knowledge in this area through the characterisation of the short- and long-term shear behaviour of soft soils stabilised with alkali-activated binders and the numerical modelling of the stress-strain behaviour of these geomaterials using a advanced constitutive model. In this context, triaxial tests were undertaken, after 28 and 90 curing days, in both a sandy lean clay and clay with high water content at reconstituted and stabilised states using alkali-activated blast furnace slags. The impact of the stress-history, represented by the overconsolidation ratio, and stress-state, represented by the initial mean effective stress, were investigated. Oedometer and isotropic consolidation tests were also undertaken. Scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy, x-ray powder diffraction and leachate analyses were carried out to investigate the nature of the binding phases formed and the risk of contamination of soils. The results were used to calibrate an advanced kinematic hardening constitutive model proposed by Rouainia and Muir Wood, 2000 for natural clays. It was the first attempt of using this constitutive model in artificially cemented soils. Additionally, the opportunity to be integrated within a research project related to the application of alkali-activated industrial wastes in situ allowed me to be deeply involved in constructing a full-scale prototype of a (sub)base layer stabilised with alkali-activated binders and conventional binders. Big challenges arose, including the definition of a construction methodology, equipment selection, on-site handling of distinct materials, quality control techniques, among others. The in situ performance of the stabilised geomaterials was assessed through falling weight deflectometer tests, plate load field tests and unconfined compressive strength tests after 36 and 90 days. For each layer, it was estimated the financial cost of the construction and the equivalent CO2 emissions. The work showed the feasibility of the on-site application of alkali-activated binders in the stabilisation of soil layers in the context of transport infrastructures.
Os ligantes alcalinos têm sido fortemente investigados nas últimas décadas como um potencial substituto do cimento Portland. Contudo, o comportamento ao corte de solos estabilizados com este tipo de ligantes é ainda uma área pouco explorada atualmente, juntamente com o uso de modelos constitutivos. A presente tese de doutoramento visa aprofundar o conhecimento existente nesta área, através da caracterização do comportamento ao corte de solos moles estabilizados com ligantes alcalinos a curto e longo prazo e a modelação numérica do comportamento tensão-extensão desses geomateriais utilizando um modelo constitutivo avançado. Nesse contexto, foram realizados ensaios triaxiais, ensaios edométricos e de consolidação isotrópica, numa argila magra arenosa e numa argila com alto teor em água, ambos no estado reconstituído e estabilizado com escórias de alto-forno ativadas por álcalis, aos 28 e 90 dias de cura. O impacto do grau de sobreconsolidação, representado pela razão de sobreconsolidação, e do estado de tensão in situ, representado pela tensão média efetiva inicial, foram investigados no comportamento ao corte desses geomateriais. Foram realizadas análises de microscopia eletrônica de varrimento com espectroscopia de energia dispersiva e difração de raios-X e testes de lixiviados para investigar a natureza dos géis formados e o risco de contaminação dos solos. Os resultados foram utilizados na calibração de um modelo constitutivo de endurecimento cinemático proposto por Rouainia and Muir Wood, 2000 para argilas naturais que, até ao momento, não tinha sido utilizado em solos artificialmente cimentados. Adicionalmente, a oportunidade de estar integrada num projeto de investigação relacionado com a construção à escala real de uma camada de (sub)base estabilizada com ligantes alcalinos e ligantes convencionais possibilitou-me enveredar por esta temática. Grandes desafios foram encontrados do longo deste projeto, entre os quais, a definição de uma metodologia de construção, a seleção de equipamentos, manuseio dos materiais in situ, definição dos ensaios de controle de qualidade, etc. O desempenho in situ dos geomateriais estabilizados foi avaliado através de ensaios de capacidade de carga com defletómetro de impacto, ensaios de carga em placa e de compressão uniaxial aos 36 e 90 dias. Para cada camada foram também estimados os custos financeiros de construção e as emissões de CO2 equivalentes. Este projeto mostrou a viabilidade de utilização local dos ligantes alcalinos para a estabilização de camadas de solo no contexto das infraestruturas de transporte.
TipoTese de doutoramento
DescriçãoTese de doutoramento em Engenharia Civil
URIhttps://hdl.handle.net/1822/75516
AcessoAcesso aberto
Aparece nas coleções:BUM - Teses de Doutoramento
ISISE - Teses de Doutoramento

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