Stress-strain behavior and shear strength of artificially clemented dune sand

In recent decades a number of studies have been conducted in order to understand the behavior of soil with cementation (natural or artificial) between particles. The sands studied here generally exhibit good bearing capacity. However, it is often necessary to improve the soil to increase static support capacity or even to consider the effect of natural cementing that occurs in some sands. To that end, it is important to understand the mechanical behavior of cemented soils. The general aim of this study was to describe stress-strain-strength behavior of artificially-cemented sand from the Dunes of Natal, Brazil by means of unconfined compression and drained triaxial compression tests. The influence of cement content, molding moisture, void ratio and confining stress on strength was assessed and the validity of using the void/cement factor in estimating unconfined compressive strength, shear strength in drained conditions and stress-strain behavior was determined. Unconfined compression test samples were molded using different molding moisture levels (6%, 9% and 12%), different cement content (2.5%; 5.0%; 7.5% and 10%) and a void ratio of 0.6. In triaxial compression tests, all the samples were molded in 6% moisture with three void ratios (0.6; 0.7 and 0.8) and four cement contents (0.0%; 2.5%; 5.0% and 7.5%), and rupture occurred under different confining stresses (50, 100, 200 and 300 kPa). The cementing agent used was high-early-strength Portland cement, with sulphate resistance (CP-V ARI – RS). It was concluded that unconfined compressive strength rises with an increase in cement content and a decline in molding moisture. It was found that shear strength increases with a rise in the amount of cement and a decrease in void ratio. It was also observed that the variation in friction angle values was practically negligible when compared to the change in cohesion intercept. Finally, it was found that the void/cement factor was a very effective and reliable parameter for predicting the behavior of Natal Sand in order to determine the soil-cement dosage.Nas últimas décadas vários trabalhos vêm sendo realizados no sentido de compreender o comportamento dos solos com cimentação (natural ou artificial) entre as partículas. As areias, objeto de estudo desse trabalho, geralmente apresentam boa capacidade de suporte. Entretanto, muitas vezes se faz necessária a realização de melhoramento do solo, para aumento da capacidade de suporte estática ou mesmo de se considerar o efeito da cimentação natural que ocorre em algumas areias. Para isso, é necessário que se compreenda o comportamento mecânico dos solos cimentados. O objetivo geral deste estudo foi descrever o comportamento tensão - deformação - resistência de uma areia originária de Dunas de Natal cimentada artificialmente através de ensaios de compressão simples e ensaios de compressão triaxial drenados. Foi avaliada a influência do teor de cimento, da umidade de moldagem, do índice de vazios e da tensão confinante sobre a resistência e verificada a validade do uso do fator vazios/cimento na estimativa da resistência à compressão simples, da resistência ao cisalhamento em condições drenadas e do comportamento tensão-deformação. As amostras dos ensaios de compressão simples foram moldadas com diferentes teores de umidade de moldagem (6%, 9% e 12%), diferentes teores de cimento (2,5%; 5,0%; 7,5% e 10%) e índice de vazios de 0,6. Nos ensaios de compressão triaxial, todas as amostras foram moldadas na umidade de 6%, com três índices de vazios (0,6; 0,7 e 0,8) e quatro teores de cimento (0,0%; 2,5%; 5,0% e 7,5%), sendo rompidas sob diferentes tensões confinantes (50, 100, 200 e 300 kPa). O agente cimentante utilizado foi o Cimento Portland de Alta resistência inicial resistente aos sulfatos (CP-V ARI – RS). Concluiu-se que, a resistência a compressão simples cresce com o aumento do teor de cimento e com a diminuição da umidade de moldagem. Quanto a resistência ao cisalhamento, verificou-se que esta aumenta com o aumento da quantidade de cimento e com a diminuição do índice de vazios. Percebeu-se ainda que a variação nos valores de ângulo de atrito se mostrou praticamente negligenciável quando comparado com a variação do intercepto coesivo. Por fim, foi verificado que o fator vazios/cimento mostrou-se ser um parâmetro muito eficaz e confiável na previsão do comportamento da areia de Natal para dosagem de solo-cimento