Adjusted porosity/cement index : mechanical behavior and microstructure over a wide range of dosages

Abstract

O parâmetro porosidade/teor volumétrico de cimento tem se mostrado conveniente para fins de dosagem de solo-cimento, pois inclui o papel da compactação (η) e da quantidade de cimento (Civ) em um único índice adimensional. Tal abordagem já foi utilizada com êxito em correlações com diferentes propriedades mecânicas de distintos solos cimentados, como resistência à compressão simples, módulo de cisalhamento à pequeníssimas deformações e durabilidade. Dessa forma, ao se estabelecer um valor específico para o índice η/(Civ)c, espera-se a obtenção de uma resposta mecânica (e.g resistência e rigidez) semelhante a despeito da dosagem adotada. Porém, tal alegação ainda não foi verificada para uma ampla variedade de dosagens dentro de um mesmo valor de η/(Civ)c. Nesse sentido, a presente pesquisa pretender examinar essa lacuna estabelecendo sete valores específicos do índice porosidade/teor volumétrico de cimento (i.e. 45, 40, 30, 35, 25, 22.5 e 20) para misturas compactadas de solo residual de arenito Botucatu com cimento. Ao menos três dosagens diferentes para cada valor de η/(Civ)c foram estipuladas através da variação da porosidade e da quantidade de cimento para um mesmo η/(Civ)c. Ensaios de resistência à compressão simples e módulo de cisalhamento inicial foram realizados para todas as 26 dosagens estabelecidas considerando-se um período de cura de 7 dias, ao passo que ensaios de durabilidade e ensaios triaxiais foram executados para um número restrito de dosagens. Ademais, ensaios adicionais de microscopia eletrônica de varredura e de porosimetria por intrusão de mercúrio foram realizados em algumas amostras de forma a se caracterizar a microestrutura dessas. Os resultados parciais indicaram uma ótima concordância, independentemente da dosagem adotada, entre o índice η/(Civ)0.28 e a resistência, a rigidez inicial e a durabilidade das misturas estudadas. Porém, os parâmetros efetivos de resistência (Φ´and c´) não puderam ser correlacionados ao índice porosidade/teor volumétrico de cimento devido à dependência da dosagem dos mecanismos de mobilização da resistência.

The adjusted porosity/cement index has shown to be a useful tool when a rational dosage methodology for soil-cement purposes is sought. It inputs the role of the compactness, through the molding porosity value (η), and the amount of cement, via the volumetric cement content (Civ), into a single dimensionless parameter. Such index, and its derivations, have already been successfully used to model a series of mechanical characteristics of compacted soil-cement specimens, such as unconfined compressive strength, split tensile strength, initial shear modulus and durability. Soils of distinct natures have, so far, being tested through this approach. Moreover, by establishing a specific η/(Civ)c value, it is expected that a similar mechanical response can be obtained regardless of the adopted dosage. Still, such assertion has not yet been verified for a broad range of different dosages within specific η/(Civ)c values. Present research intends to address this gap by setting seven specific η/(Civ)0.28 values (i.e. 45, 40, 30, 35, 25, 22.5 and 20) for compacted Botucatu residual soil-cement mixtures and establishing, at least, three distinct dosages within each chosen η/(Civ)0.28 by varying the porosity and the cement content. Unconfined compressive strength tests and initial shear modulus tests were carried out for all the 26 defined dosages considering a curing period of 7 days, whereas durability and triaxial tests were conducted for a smaller range of mix designs. Moreover, scanning electron microscope tests and mercury intrusion porosimetry tests were done in for a few dosages The results have shown a great agreement, irrespective of the dosage, between strength, the initial shear modulus and the durability response to the η/(Civ)0.28 index. Yet, the effective stress parameters (Φ´and c´) could not be correlated to the η/(Civ)0.28 index owing to the dosagedependance of the strength mobilization mechanisms.