Sampling disturbances of soft sensitive clays

Sampling disturbance is unavoidable and hence the laboratory testing most often is on partially disturbed samples. This paper deals with the development of a simple method to assess degree of sample disturbance from the prediction of yield stress due to cementation and comparison of yield stress in compression of partially disturbed sample with reference to a predicted compression path of the clay devoid of any mechanical disturbance. The method uses simple parameters which are normally determined in routine investigations.

Prediction of extension test results of soft cemented clays with a simple constitutive model

In the present paper, the constitutive model is proposed for cemented soils, in which the cementation component and frictional component are treated separately and then added together to get overall response. The modified Cam clay is used to predict the frictional resistance and an elasto-plastic strain softening model is proposed for the cementation component. The rectangular isotropic yield curve proposed by Vatsala (1995) for the bond component has been modified in order to account for the anisotropy generally observed in the case of natural soft cemented soils. In this paper, the model proposed is used to predict the experimental results of extension tests on the soft cemented soils whereas compression test results are presented elsewhere. The model predictions compare quite satisfactorily with the observed response. A few input parameters are required which are well defined and easily determinable and the model uses associated flow rule.

Is diatom earth a collapsible material?

Analysis of compressibility data of diatom earth and Ariake clay of similar water holding capacities has been made in this paper. Analysis suggests that in the case of clays with sheet minerals such as in Ariake clays, due to compression, cluster growth takes place, whereas with diatom earth the breakdown of cluster accounts for bilinear compression characteristics. It has been hypothesized that the interactive void ratio in the case of diatom earth is likely to be far smaller than that in the case of Ariake clay where most of the pore water is herd by micropores enclosed by clay particle clusters. In a way diatom earth reflects the behaviour of clay of very law physico-chemical potential with far reduced collapse potential. Even the compressibility at higher stress range both in undisturbed and remolded states are likely to be due to breakdown of clusters with little contribution from the physico - chemical potential. Diatom earth is not a collapsible material at stress levels of engineering interest despite the in -situ water content is at par or even higher than soft sensitive Ariake clay with comparatively low cementation consequently with pronounced collapsible potential.

Analysis of residual tropical cemented soil behaviour

In -situ soils in gee-material spectrum might arise due to sedimentation or could be non-sedimentary residual formations. The inherent nature and diversity of geological processes involved in the soil formation stage itself are responsible for a wide variability in the in-situ state of the soil. In this paper the possibility of analyses to arrive at engineering parameters of residual soils with varied degrees of residual or acquired cementation by the use of physical and in-situ parameters normally determined in routine investigations, are examined. An Intrinsic State Line,(ISL), with reference to an intrinsic state parameter (e/e(L)) and its variation with effective stress for reconstituted clays has been developed for residual tropical soils of non-sedimentary origin. In relation to the Intrinsic State Line (ISL), the undisturbed state, e, the potential parameter, e(L), along with the overburden pressure data has been analyzed to identify the dominance of cementation or stress history or both in controlling the compressibility and strength behaviour of natural residual soil. The location of yield stress point in relation to the ISL, pre-, and post- yield stress, compression indices along the e- log sigma(v) path provide a simple means to the analysis of the compressibility characteristics of cemented soils for analysis.

Laboratory Studies on Stabilization of an Expansive Soil by Lime Precipitation Technique

Lime stabilization prevails to be the most widely adopted in situ stabilization method for controlling the swell-shrink potentials of expansive soils despite construction difficulties and its ineffectiveness in certain conditions. In addition to the in situ stabilization methods presently practiced, it is theoretically possible to facilitate in situ precipitation of lime in soil by successive permeation of calcium chloride (CaCl2 ) and sodium hydroxide (NaOH) solutions into the expansive soil. In this laboratory investigation, an attempt is made to study the precipitation of lime in soil by successive mixing of CaCl2 and NaOH solutions with the expansive soil in two different sequences.Experimental results indicated that in situ precipitation of lime in soil by sequential mixing of CaCl2 and NaOH solutions with expansive soil developed strong lime-modification and soil-lime pozzolanic reactions. The lime-modification reactions together with the poorly de- veloped cementation products controlled the swelling potential, reduced the plasticity index, and increased the unconfined compressive strength of the expansive clay cured for 24 h. Comparatively, both lime-modification reactions and well-developed crystalline cementation products (formed by lime-soil pozzolanic reactions) contributed to the marked increase in the unconfined compressive strength of the ex-pansive soil that was cured for 7–21 days. Results also show that the sequential mixing of expansive soil with CaCl2 solution followed by NaOH solution is more effective than mixing expansive soil with NaOH solution followed by CaCl2 solution. DOI: 10.1061/(ASCE)MT .1943-5533.0000483. © 2012 American Society of Civil Engineers.

Design of a Portable Compliant Device for Estimating the Failure-Load of Mesoscale Cemented Sand Specimens

In this paper, we present the design and development of a portable, hand-operated composite compliant mechanism for estimating the failure-load of cm-sized stiff objects whose stiffness is of the order of 10 s of kN/m. The motivation for the design comes from the need to estimate the failure-load of mesoscale cemented sand specimens in situ, which is not possible with traditional devices used for large specimens or very small specimens. The composite compliant device, developed in this work, consists of two compliant mechanisms: a force-amplifying compliant mechanism (FaCM) to amplify sufficiently the force exerted by hand in order to break the specimen and a displacement-amplifying compliant mechanism (DaCM) to enable measurement of the force using a proximity sensor. The two mechanisms are designed using the selection-maps technique to amplify the force up to 100N by about a factor of 3 and measure the force with a resolution of 15 mN. The composite device, made using a FaCM, a DaCM, and a Hall effect-based proximity sensor, was tested on mesoscale cemented sand specimens that were 10mm in diameter and 20mm in length. The results are compared with those of a large commercial instrument. Through the experiments, it was observed that the failure-load of the cemented sand specimens varied from 0.95N to 24.33 N, depending on the percentage of cementation and curing period. The estimation of the failure-load using the compliant device was found to be within 1.7% of the measurements obtained using the commercial instrument and thus validating the design. The details of the design, prototyping, specimen preparation, testing, and the results comprise the paper.

Mechanism of improvement in the strength and volume change behavior of lime stabilized soil

An attempt has been made to bring out the influence on strength and volume change behavior of fabric changes and new cementitious compound formation in a soil upon addition of various lime contents and with curing periods. The effects of changes in fabric of treatment with various lime contents (0, 2,4 and 6%) and with curing periods (0, 7, 14 and 28 days) have been evaluated by one-dimensional consolidation tests, in terms of void ratio changes and compressibility. The strength of soil treated with different lime contents with curing periods up to 28 days, and with the optimum lime content of 6% up to one year has been determined by unconfined compression tests. Comparison of effects of lime on the strength and volume change behavior of the soil brings out that the formation of flocculated fabric and cation exchange significantly reduces the compressibility of soil but marginally increases the strength. Cementation of soil particles and filling with cementitious compounds of the voids of flocculated fabric in the soil marginally reduces the compressibility but significantly increases the strength. Thus, the mechanism of volume change behavior of soil treated with lower lime content at short curing periods is distinctly different from that of the soil treated with optimum lime content at longer curing periods. This is consistent with the increase in the permeability caused by the addition from 2 to 4% lime and the decrease following the addition of 6% lime. Changes consistent with mechanical behavior have been determined by scanning electron microscope, X-ray diffraction and thermal analyses, energy dispersive X-ray spectrometer and pH value in microstructure, mineralogy, chemical composition and alkalinity, respectively. (C) 2015 Published by Elsevier B.V.

钙质砂的胶结性及对力学性质影响的实验研究

对南海钙质砂进行了三轴实验研究, 重点针对不同胶结情况下的力学性质,如不同胶结材料和含量的变化对强度和应力应变特性的影响等.研究表明,钙质砂具有与陆源砂不同的性质,它的内摩擦角高达48°,远大于一般陆源砂的35°左右;在低围压下钙质砂表现出剪胀性,但随围压增加剪胀性降低;利用硅酸盐水泥作为胶结材料效果较好;随着水泥含量的增加,钙质砂试样的强度增加.

Influência do sistema de cimentação e do modo de ativação na resistência ao push-out de pinos de fibra de vidro

O objetivo deste estudo foi avaliar a influência do tipo de sistema de cimentação (condicionamento ácido total ou autoadesivo), do modo de ativação (autoativado ou dual), do terço do conduto radicular (cervical, médio ou apical) e da espessura do filme de cimento sobre a resistência de união de pinos de fibra de vidro cimentados em dentes humanos. Quarenta raízes foram incluídas em resina epóxi, submetidas a tratamento endodôntico e obturadas com guta percha e cimento endodôntico sem eugenol. Decorridos sete dias, os condutos foram preparados a uma profundidade de 10mm com brocas padronizadas do sistema dos pinos de fibra (WhitePost DC #2) e aleatoriamente divididos em 4 grupos, conforme o sistema de cimentação e o modo de ativação: (G1) RelyX ARC/Adper Scotchbond Multi-Purpose Plus (condicionamento ácido total), ativação dual, (G2) RelyX ARC/Adper Scotchbond Multi-Purpose Plus, autoativado, (G3) RelyX U100 (autoadesivo), dual e (G4) RelyX U100, autoativado. Após uma semana, cada raiz foi seccionada em máquina de corte, originando 6 fatias de 1 mm de espessura (n=60). Antes do ensaio de push-out cada fatia foi fotografada em ambas as faces, para determinação do raio dos pinos e da espessura do filme de cimento. Após o ensaio mecânico, novas imagens foram capturadas para determinação do modo de falha. Para automatizar a determinação da espessura de cimento, foi desenvolvida uma macro no software KS 400. Os dados foram estatisticamente analisados com ANOVA 3 fatores (resistência de união) e teste de Kruskall-Wallis (espessura do cimento). Comparações múltiplas foram realizadas com o teste Student-Newman-Keuls. Análise de regressão, modelo linear, foi empregada para verificar a correlação entre espessura do cimento e resistência de união. Todos os testes foram aplicados com α = 0,05. O fator cimento exerceu influência significativa para a resistência de união (p = 0,0402): o RelyX U100 apresentou a maior média. A ativação dual elevou os valores de resistência de união em comparação ao modo quimicamente ativado (p < 0,0001). Houve diferenças significantes entre os grupos, sendo G1 (22,4 4,0 MPa) > G3 (20,4 3,6 MPa) > G4 (17,8 5,2 MPa) > G2 (13,5 4,3 MPa). O terço do conduto não exerceu influência significativa sobre a resistência adesiva (p = 0,4749). As espessuras dos filmes de cimento foram estatisticamente diferentes nos diferentes terços: cervical (102 45 m) > médio (75 29 m) > apical (52 28m). Não foi observada forte correlação entre os valores de espessura e os de resistência ao push-out (r = - 0,2016, p = 0,0033). O tipo de falha predominante foi a mista, exceto para o G2, que apresentou 74% das falhas na interface cimento-pino. Dessa forma, o cimento autoadesivo apresentou melhor desempenho que o convencional, e ambos os sistemas duais, sobretudo o RelyX ARC, apresentaram dependência da fotoativação para atingirem maiores valores de resistência de união.

Efeito do selamento dentinário imediato na resistência de união de restaurações cerâmicas

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do selamento dentinário imediato na cimentação definitiva de restaurações cerâmicas (Empress2Ivoclar Vivadent), levando em consideração a influência de diferentes métodos de remoção dos restos de cimento provisório da superfície dentinária previamente selada. Para isso foram utilizados 72 molares, hígidos, conseguidos no banco de dentes da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. Os dentes foram divididos em nove grupos, os três primeiros serviram como grupo controle, onde não houve contaminação com nenhum cimento provisório, sendo eles: G1, onde o selamento e a cimentação definitiva foram feitas 15 dias após a confecção dos preparos cavitários; G2, onde o selamento dentinário foi feito imediatamente após o preparo e a cimentação definitiva após 15 dias; G3, onde o preparo, selamento e cimentação definitiva foram feitos no mesmo momento. Os próximos grupos foram os do selamento tardio, onde o sistema adesivo foi aplicado somente no momento da cimentação. Nestes grupos, após o preparo foram cimentadas restaurações provisórias com um cimento livre de eugenol (Temp BondNE) e após 15 dias as restaurações provisórias foram removidas e os restos de cimento limpos com diferentes métodos: G4: remoção com instrumento manual; G5: remoção com jato de bicarbonato; G6: remoção com pontas de ultra-som; após esta limpeza o sistema adesivo foi aplicado e as restaurações cerâmicas cimentadas. Por último foram os grupos do selamento dentinário imediato, onde o sistema adesivo foi aplicado imediatamente após a confecção dos preparos cavitários e em seguida foi feita a cimentação das restaurações provisórias. Após 15 dias as restaurações provisórias foram removidas, os restos de cimento foram limpos com os diferentes métodos: G7: remoção com instrumento manual; G8: remoção com jato de bicarbonato; G9: remoção com pontas de ultra-som. Após a limpeza as restaurações cerâmicas foram cimentadas. Para todos os grupos o sistema adesivo utilizado foi o Optibond FL Kerr e o cimento resinoso foi o Rely X ARC3M/ESPE. Vinte e quatro horas após as cimentações cerâmicas os corpos de prova foram submetidos ao ensaio mecânico de push out em uma máquina de ensaios universais EMIC DL. Os valores de resistência de união foram obtidos em KgF, convertidos em MPa e analisados estatisticamente. O teste de ANOVA mostrou que houve diferença estatisticamente significante entre os grupos (p≤0,05) e em seguida o t-teste mostrou que a técnica do selamento imediato resultou nos melhores valores de resistência de união. Por último, o teste de comparações múltiplas Student-Newman-Keuls (Teste SNK) mostrou que o método de limpeza dos restos de cimento provisório da superfície dentinária apresenta influência na resistência de união das restaurações cerâmicas. Com base nos resultados pôde-se concluir que a técnica do selamento imediato promoveu maior resistência adesiva para as restaurações cerâmicas e quanto ao método de limpeza, o melhor resultado, independente da técnica adesiva utilizada, foi a remoção com as pontas de ultrasson.

Influência da associação de catalisadores químicos na cimentação de pinos pré-fabricados de fibra de vidro

O objetivo deste estudo foi avaliar a Influência da associação de catalisadores químicos junto a diferentes sistemas adesivos autocondicionantes e cimentos resinosos de dupla polimerização, na cimentação de pinos pré-fabricados de fibra de vidro, quanto a sua resistência ao cisalhamento por extrusão - push out, seu grau de conversão e nanoinfiltração. Foram utilizadas trinta raízes bovinas extraídas, que tiveram seus canais obturados com guta-percha termoplastificada, divididas em três grupos: G1 - Adper SE Plus /Rely X ARC; G2- Adper SE Plus / Catalisador Scotchbond + Rely X ARC ; G3- Clearfil SE Bond / ED Primer + Panavia F. Após a cimentação dos pinos foram obtidas fatias das raízes, com 1mm de espessura, dos terços cervical (C), médio (M) e apical (A). O ensaio de resistência ao cisalhamento por extrusão foi realizado em máquina de ensaio universal EMIC D500 com carga de 100KN à velocidade de 1,0 mm/min, até o deslocamento do pino. Os dados obtidos no ensaio foram tabulados e submetidos à análise estatística. A análise de variância a dois critérios mostrou que apenas os fatores grupo e profundidade foram significativos, não sendo significativa a sua interação. O resultado do teste de Tukey (ρ≥0,05), para o fator grupo, mostrou que a menor média de resistência ao cisalhamento por extrusão foi obtida pelo grupo 3, que apresentou diferença estatística significativa para os grupos 1 e 2 que não diferiram entre si. Para o fator Profundidade a maior média foi obtida no terço cervical que apresentou diferença estatística significativa para os terços médio e apical que não diferiram entre si: A análise do grau de conversão foi feita após vinte e quatro horas e os fatores estudados foram os cimentos resinosos Panavia F e Rely X ARC e os catalisadores químicos ED Primer e Catalisador Scotchbond, na forma incorporada ou aplicada superficialmente aos cimentos, formando 10 grupos experimentais. Para o grau de conversão, o teste de Tukey mostrou que o catalisador químico não aumentou o grau de conversão do RelyX ARC, já para o Panavia F, este aumentou significativamente seu grau de conversão. Quanto a análise em MEV da nanoinfiltração para o fator grupo, o resultado do teste de Tukey (ρ≥0,05) mostrou que a maior média foi obtida pelo grupo 3 que apresentou diferença estatística significativa para os grupos 1 e 2, que não diferiram entre si. Para o fator Profundidade a maior média foi obtida no terço apical que apresentou diferença estatística significativa para o terço cervical, que não diferiu do terço médio. Conclusões: 1- A associação de catalisadores químicos não aumentou a resistência ao cisalhamento por extrusão dos pinos de fibra de vidro. 2- O cimento Panavia F é dependente de catalisador aumentar o grau de conversão. 3- A associação de catalisadores químicos não foi capaz de alterar o padrão da camada híbrida, representado pela nanoinfiltração. 4- A nanoinfiltração está associada inversamente ao grau de conversão dos sistemas de cimentação, o que contribui negativamente para a resistência adesiva de pinos de fibra de vidro.

Efeito da temperatura de secagem de dois tipos de silano e da supressão ou redução do tempo de condicionamento com ácido hidrofluorídrico na resistência de união entre uma cerâmica de dissilicato de lítio e um cimento resinoso

Este estudo avaliou o efeito de diferentes métodos de silanização e aplicação do ácido hidrofluorídrico (HF) sobre a resistência à microtração de uma cerâmica de dissilicato de lítio a um cimento resinoso. Quarenta blocos de IPS e.max Press /Ivoclar Vivadent (5x5x6mm) foram cimentados a blocos de resina Z250/3M ESPE (5x5x6mm) usando o cimento resinoso RelyX ARC/3M ESPE de acordo com os seguintes métodos de tratamento superficial: G1: 20s de ácido fluorídrico (HF) + silano não hidrolisado Primer-Activactor/Dentsply (SNH) seco à temperatura ambiente; G2: 20s HF + silano pré-hidrolisado RelyX Ceramic-Primer/3M ESPE (SPH) seco à temperatura ambiente; G3: 10s HF + SNH seco com ar quente (50oC-2min); G4: 10sHF + SPH seco com ar quente (50oC-2min); G5: sem ácido, SNH seco com ar quente (50oC-2min); G6: sem ácido, SPH seco com ar quente (50oC-2min); G7: sem ácido, SNH seco à temperatura ambiente; G8: sem ácido, SPH seco à temperatura ambiente. Antes de cada método de silanização, os blocos cerâmicos receberam acabamento com lixas de carbeto de silício (220-600) e limpeza com ácido fosfórico 37% (1min). A cimentação foi realizada com carga vertical de 1kg por 10min. Os conjuntos de cerâmica/cimento/resina foram armazenados em água destilada (37C) por 24 horas e depois seccionados em máquina de corte Isomet 1000 a fim de obter palitos (n = 40) de 1mm2 de área da seção transversal, que foram submetidos ao teste de microtração em máquina de ensaio universal Emic (v = 0,5mm/min). O modo de fratura foi avaliado em microscópio eletrônico de varredura. A análise estatística foi realizada utilizando ANOVA / Dunnett (p-valor = 0,000). As médias MPa e desvio padrão foram: G1-21,5 (8,9) BC; G2-30,5 (7,2) A; G3-19.4 (9.1) BC; G4-24,0 (9,0) B; G5-8.1 (3.2) D; G6 -18,0 (6,2) C; G7-7.8 (2,6) D; G8-6.3 (2,5) D. Grupos 2, 3, 4 e 6 não tiveram falhas prematuras dos palitos contra os grupos 1, 5, 7 e 8, que apresentaram 2,2; 44,4; 75,6 e 33,3% de perdas prematuras, respectivamente. O teste de correlação foi realizado apresentando significância estatística, com valor de -0,736 (p-valor = 0,000), mostrando que, a medida que o percentual de perda prematura aumenta, a média da MPa diminui. Quanto ao modo de fratura, observou-se 44,97% de falhas do tipo mista, 51,70% de falhas do tipo adesiva, 3,33% de falhas do tipo coesiva do cimento. Quando é realizada a supressão do condicionamento com HF como pré-tratamento da superfície cerâmica IPS e.max Press, a aplicação de silano SPH, associada ao seu tratamento térmico, deve ser o método de silanização recomendado, embora os valores mais elevados de resistência de união tenham sido os obtidos quando utilizado o condicionamento com HF por 20s. Quando é realizada a redução do tempo de condicionamento com HF para 10s, a aplicação do silano (SPH ou SNH) deve ser sempre associada ao seu tratamento térmico. O SNH só deve ser usado se as superfícies das cerâmicas IPS e.max Press forem tratadas com HF.

Microbial carbonate precipitation: Correlation of S-wave velocity with calcite precipitation

The use of microbial induced precipitation as a soil improvement technique has been growing in geotechnical domains where ureolytic bacteria that raise the pH of the system and induce calcium carbonate (CaCO3) precipitation are used. For many applications, it is useful to assess the degree of CaCO 3 precipitation by non-destructive testing. This study investigates the feasibility of S-wave velocity measurements to evaluate the amount of calcite precipitation by laboratory testing. Two sets of cemented specimen were tested. The first were samples terminated at different stages of cementation. The second were samples that went through different chemical treatments. These variations were made to find out if these factors would affect the S-wave velocity- cementation relationship. If chemical reaction efficiency was assumed to be constant throughout each test, the relationship between S-wave velocity (Vs) and the amount of CaCO3 precipitation was found to be approximately linear. This correlation between S-wave velocity and calcium carbonate precipitation validates its use as an indicator of the amount of calcite precipitation © 2011 ASCE.

Study on small-strain behaviours of methane hydrate sandy sediments using discrete element method

Methane hydrate bearing soil has attracted increasing interest as a potential energy resource where methane gas can be extracted from dissociating hydrate-bearing sediments. Seismic testing techniques have been applied extensively and in various ways, to detect the presence of hydrates, due to the fact that hydrates increase the stiffness of hydrate-bearing sediments. With the recognition of the limitations of laboratory and field tests, wave propagation modelling using Discrete Element Method (DEM) was conducted in this study in order to provide some particle-scale insights on the hydrate-bearing sandy sediment models with pore-filling and cementation hydrate distributions. The relationship between shear wave velocity and hydrate saturation was established by both DEM simulations and analytical solutions. Obvious differences were observed in the dependence of wave velocity on hydrate saturation for these two cases. From the shear wave velocity measurement and particle-scale analysis, it was found that the small-strain mechanical properties of hydrate-bearing sandy sediments are governed by both the hydrate distribution patterns and hydrate saturation. © 2013 AIP Publishing LLC.

Development of low-pH cements for immobilisation of intermediate level radioactive waste: Achievements and challenges

Although cementation is a widely recognized solidification/ stabilization process for immobilisation of Intermediate Level Radioactive Waste (ILRW), the low resistance to hyperalkaline pore waters compromises the effectiveness of the process when Portland Cement (PC) is employed. Moreover the manufacture of PC is responsible for significant CO2 emissions. In this context, low pH cements are environmentally more suitable and have emerged as a potential alternative for obtaining secure waste forms. This paper summarises the achievements on development of low-pH cements and the challenges of using these new materials for the ILRW immobilisation. The performance of waste forms is also discussed in terms of radionuclides release. Reactive magnesium oxide and magnesium phosphate cements are emphasised as they feature important advantages such as consumption of available constituents for controlling acid-base reactions, reduced permeability and higher density. Additionally, in order to identify new opportunities for study, the long-term modelling approach is also briefly discussed. Copyright © 2013 by ASME.