Continuous evaluation of the stiffness of stabilized soils since compaction: enhancements to the EMM-ARM methodology

Abstract

The stabilization of soils has been used for the improvement of its characteristics to meet required performances. Binders are widely used for the stabilization process, and thereby the soil suffers a hardening process during which its mechanical properties are improved, namely its stiffness. Monitoring the stiffness evolution over the hardening time can reveal important information for quality control, and early identification of potential problems. The EMM-ARM (Elasticity Modulus Measurement through Ambient Response Method) has been applied to stabilized soils in pursuit of a robust method that actually allows continuous measurement of the stiffness of a stabilized soil since very early ages. EMMARM is based on the identification of the resonance frequency of a composite beam that comprises the tested material, over the curing time and allows inferring the E-modulus of the stabilized time through the dynamic equation of motion of the beam. This technique has been used on stabilized soils with success. However, the technique still lacked a sampling method that allowed retrieving representative samples from in-situ layers. This dissertation aimed to contribute for the development of the EMM-ARM technique namely in developing a sampling procedure that can be applied on practical conditions. Therefore, a specific sampler was developed for EMM-ARM, and its feasibility has been proved through an experimental program for validation. Moreover a new EMM-ARM variant that allows direct in-situ tests was proposed in order to avoid the uncertainties related with the sampling process. This variant consists on the identification of the resonance frequency of a steel bar that is partially embedded in the tested layer of stabilized soil. Even though the pilot applications revealed sensitive issues of the proposed technique, its viability and feasibility has potential to be further improved.

A estabilização de solos tem sido usada para o melhoramento das suas características para o cumprimento de requisitos de desempenho. Os ligantes são amplamente utilizados para o processo de estabilização, e desse modo o solo sofre um processo de endurecimento durante o qual as suas propriedades mecânicas são melhoradas nomeadamente a sua rigidez. A monitorização da evolução da rigidez ao longo do período de endurecimento pode revelar informações importantes para o controlo da qualidade e para a identificação de potenciais problemas. A técnica EMM-ARM (Elasticity Modulus Measurement through Ambient Response Method) tem sido aplicado a solos estabilizados de forma a encontrar um método que realmente permita a medição contínua da rigidez de solos estabilizados desde as primeiras idades. O EMM-ARM é baseado na identificação da frequência de ressonância de uma viga mista que inclui o material a testar, ao longo do período de cura e permite deduzir o módulo de elasticidade no tempo de estabilização através de equações de equilíbrio dinâmico. Esta técnica tem sido usada com sucesso em solos estabilizados. Contudo a técnica ainda não possui um método de amostragem que permita a recolha de amostras representativas de camadas estabilizadas in-situ. Esta dissertação tem o propósito de contribuir para o desenvolvimento da técnica EMM-ARM nomeadamente em desenvolver um processo de amostragem que possa ser aplicado em condições reais de campo. Neste contexto, foi desenvolvido um amostrador específico para o EMM-ARM, e a sua viabilidade foi comprovada através da execução de um programa experimental. Além disso foi proposto uma nova variante do EMM-ARM que permite ensaios in-situ de forma a evitar as incertezas relacionadas com a amostragem. Esta nova modalidade de ensaio consiste em identificar a frequência de ressonância de uma viga de aço parcialmente embebida numa camada de solo estabilizado. Apesar da aplicação piloto ter revelado alguns problemas de sensibilidade da técnica proposta, a sua potencialidade merece aperfeiçoamento futuro.