Published August 1, 2018 | Version v1
Publication Open

Energy efficiency of fibre reinforced soil formation at small element scale: Laboratory and numerical investigation

Creators

  • 1. University of Bristol
  • 2. Université de Bretagne Occidentale
  • 3. University of Southern Brittany
  • 4. Institut de Recherche Dupuy de Lôme
  • 5. French National Centre for Scientific Research
  • 6. Vattenfall (United Kingdom)
  • 7. Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Description

This paper explores the aspects related to the energy consumption for the compaction of unreinforced and fibre reinforced samples fabricated in the laboratory. It is well known that, for a fixed soil density, the addition of fibres invariably results in an increased resistance to compaction. However, similar peak strength properties of a dense unreinforced sample can be obtained using looser granular soil matrices mixed with small quantities of fibres. Based on both experimental and discrete element modelling (DEM) procedures, this paper demonstrates that less compaction energy is required for building loose fibre reinforced sand samples than for denser unreinforced sand samples while both samples show similar peak strength properties. Beyond corroborating the macro-scale experimental observations, the result of the DEM analyses provides an insight into the local micro-scale mechanisms governing the fibre-grain interaction. These assessments focus on the evolution of the void ratio distribution, re-arrangement of soil particles, mobilisation of stresses in the fibres, and the evolution of the fibre orientation distribution during the stages of compaction.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تستكشف هذه الورقة الجوانب المتعلقة باستهلاك الطاقة لدمك العينات غير المقواة والمقواة بالألياف المصنعة في المختبر. من المعروف جيدًا أنه بالنسبة لكثافة التربة الثابتة، تؤدي إضافة الألياف دائمًا إلى زيادة مقاومة الدمك. ومع ذلك، يمكن الحصول على خصائص قوة ذروة مماثلة لعينة كثيفة غير مقواة باستخدام مصفوفات تربة حبيبية أكثر مرونة ممزوجة بكميات صغيرة من الألياف. استنادًا إلى كل من إجراءات نمذجة العناصر التجريبية والمنفصلة (DEM)، توضح هذه الورقة أن هناك حاجة إلى طاقة ضغط أقل لبناء عينات رملية معززة بالألياف السائبة مقارنة بعينات الرمل غير المسلحة الأكثر كثافة بينما تظهر كلتا العينتين خصائص قوة ذروة مماثلة. إلى جانب تأكيد الملاحظات التجريبية على نطاق واسع، توفر نتيجة تحليلات DEM نظرة ثاقبة على آليات النطاق الصغير المحلية التي تحكم تفاعل الألياف والحبوب. وتركز هذه التقييمات على تطور توزيع نسبة الفراغ، وإعادة ترتيب جزيئات التربة، وتعبئة الضغوط في الألياف، وتطور توزيع اتجاه الألياف خلال مراحل الدمك.

Translated Description (French)

Cet article explore les aspects liés à la consommation d'énergie pour le compactage d'échantillons non renforcés et renforcés de fibres fabriqués en laboratoire. Il est bien connu que, pour une densité de sol fixe, l'ajout de fibres entraîne invariablement une résistance accrue au compactage. Cependant, des propriétés de résistance de crête similaires d'un échantillon dense non renforcé peuvent être obtenues en utilisant des matrices de sol granulaires plus lâches mélangées à de petites quantités de fibres. Basé sur des procédures expérimentales et de modélisation par éléments discrets (DEM), cet article démontre que moins d'énergie de compactage est nécessaire pour construire des échantillons de sable renforcés de fibres lâches que pour des échantillons de sable non renforcés plus denses, alors que les deux échantillons présentent des propriétés de résistance au pic similaires. Au-delà de la corroboration des observations expérimentales à l'échelle macro, le résultat des analyses DEM donne un aperçu des mécanismes locaux à l'échelle micro régissant l'interaction fibre-grain. Ces évaluations se concentrent sur l'évolution de la distribution du taux de vide, le réarrangement des particules du sol, la mobilisation des contraintes dans les fibres et l'évolution de la distribution de l'orientation des fibres au cours des étapes de compactage.

Translated Description (Spanish)

Este trabajo explora los aspectos relacionados con el consumo de energía para la compactación de muestras no reforzadas y reforzadas con fibra fabricadas en el laboratorio. Es bien sabido que, para una densidad de suelo fija, la adición de fibras da como resultado invariablemente una mayor resistencia a la compactación. Sin embargo, se pueden obtener propiedades de resistencia máxima similares de una muestra densa no reforzada utilizando matrices de suelo granulares más sueltas mezcladas con pequeñas cantidades de fibras. Basado en procedimientos experimentales y de modelado de elementos discretos (DEM), este documento demuestra que se requiere menos energía de compactación para construir muestras de arena reforzada con fibras sueltas que para muestras de arena no reforzada más densas, mientras que ambas muestras muestran propiedades de resistencia máxima similares. Más allá de corroborar los resultados experimentales a macroescala, el resultado de los análisis DEM proporciona una visión de los mecanismos locales a microescala que rigen la interacción fibra-grano. Estas evaluaciones se centran en la evolución de la distribución de la relación de vacíos, la reorganización de las partículas del suelo, la movilización de las tensiones en las fibras y la evolución de la distribución de la orientación de las fibras durante las etapas de compactación.

Files

Energy_efficiency_of_fibre_reinforced_soil_formation_at_s_2018_Geotextiles_a.pdf.pdf

Files (5.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:91c442a7c43eaefecfabc01ccc495b96
5.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
كفاءة الطاقة لتكوين التربة المقواة بالألياف على نطاق العناصر الصغيرة: الفحص المختبري والعددي
Translated title (French)
Efficacité énergétique de la formation de sols renforcés de fibres à l'échelle des petits éléments : Investigation en laboratoire et numérique
Translated title (Spanish)
Eficiencia energética de la formación de suelo reforzado con fibra a pequeña escala de elementos: Laboratorio e investigación numérica

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2803070442
DOI
10.1016/j.geotexmem.2018.04.008

Is supplement to
https://openalex.org/W4362727451 (Other)
https://openalex.org/W3023863392 (Other)
https://openalex.org/W2977543312 (Other)
https://openalex.org/W2613161855 (Other)
https://openalex.org/W2369258354 (Other)
https://openalex.org/W2225805609 (Other)
https://openalex.org/W1998466228 (Other)
https://openalex.org/W1983694986 (Other)
https://openalex.org/W1979234632 (Other)
https://openalex.org/W1969990794 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1970356279
  • https://openalex.org/W1973909737
  • https://openalex.org/W1975020876
  • https://openalex.org/W1982440475
  • https://openalex.org/W1982598289
  • https://openalex.org/W2002835426
  • https://openalex.org/W2004292896
  • https://openalex.org/W2013839035
  • https://openalex.org/W2022330345
  • https://openalex.org/W2026365489
  • https://openalex.org/W2033376142
  • https://openalex.org/W2034504856
  • https://openalex.org/W2051498161
  • https://openalex.org/W2051883908
  • https://openalex.org/W2053209227
  • https://openalex.org/W2055485671
  • https://openalex.org/W2063690820
  • https://openalex.org/W2067244488
  • https://openalex.org/W2069360055
  • https://openalex.org/W2072535245
  • https://openalex.org/W2084070874
  • https://openalex.org/W2086367658
  • https://openalex.org/W2088183001
  • https://openalex.org/W2113275629
  • https://openalex.org/W2137418157
  • https://openalex.org/W2143541394
  • https://openalex.org/W2144439299
  • https://openalex.org/W2155570135
  • https://openalex.org/W2166434376
  • https://openalex.org/W2521783418
  • https://openalex.org/W2755721649
  • https://openalex.org/W655986179