A platform for research: civil engineering, architecture and urbanism
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Formation and strengthening of layers of dry faceted crystals above artificial melt–freeze crusts from overburden stress in a controlled environment
Layers of faceted crystals were grown from naturally fallen snow above wet snow layers in a temperature-controlled laboratory. Static loads were then applied to the weak layers to represent overburden snow. Eleven experiments with constant loads were analyzed, equivalent to 260 to 1500 Pa of overburden stress. The density of the slab above the weak layer increased with time, following a power law relationship with an average exponent of 0.10. Shear strength of the weak layer increased with time for all experiments, also following a power law relationship. Early-time rates of strength gain averaged 250 Pa·day −1 for the constant-load experiments over the first 3–5 days, decreasing to an average of <1 Pa·day −1 after approximately 30 days. Exponents for the power law relationships ranged between 0.09 and 0.35 with an average of 0.26 ± 0.08. Sintering was likely the dominant process for strength gain, although densification probably contributed as well. Three experiments were conducted in which the overburden was increased in stages; these exhibited an average strength gain rate of 270 Pa·day −1 over 4–8 days with approximately linear relationships, highlighting the importance of cumulative snowfall for layer strength gain.
Des couches de grains à faces planes se sont formées à partir de neige naturelle déposée sur des couches de neige mouillée dans un laboratoire où la température était contrôlée. On a soumis les couches fragiles de neige à des charges statiques pour reproduire le scénario d’une neige surchargée. Onze expériences utilisant des charges constantes, équivalentes à des surcharges comprises entre 260 et 1500 Pa, ont été analysées. La densité de la plaque de neige recouvrant la couche de neige fragile augmente au cours du temps, en suivant une relation de type loi de puissance dans laquelle la valeur moyenne de l’exposant est égale à 0,10. Dans toutes les expériences, la résistance au cisaillement de la couche fragile augmente dans le temps et obéit également à ce même type de relation. Dans un premier temps, pendant les trois à cinq premiers jours, le taux d’augmentation de la résistance au cisaillement est en moyenne de 250 Pa·jour −1 dans le cas des expériences utilisant des charges constantes, puis diminue pour atteindre une valeur moyenne inférieure à 1 Pa·jour −1 après environ 30 jours. Les valeurs des exposants des lois de puissance varient entre 0,09 et 0,35 et sont en moyenne égales à 0,26 ± 0,08. Le phénomène de frittage est probablement le principal mécanisme à l’origine de l’augmentation de la résistance au cisaillement, même si le phénomène de densification contribue lui aussi à cette augmentation. Trois expériences ont été réalisées, dans lesquelles la surcharge exercée a été augmentée par paliers. Ces expériences ont mis en évidence un taux moyen d’augmentation de la résistance au cisaillement égal à 270 Pa·jour −1 pendant 4–8 jours et des courbes quasi linéaires, ce qui montre le rôle important de l’accumulation de la neige dans l’augmentation de la résistance au cisaillement des couches fragiles de neige. [Traduit par la Rédaction]
Formation and strengthening of layers of dry faceted crystals above artificial melt–freeze crusts from overburden stress in a controlled environment
Layers of faceted crystals were grown from naturally fallen snow above wet snow layers in a temperature-controlled laboratory. Static loads were then applied to the weak layers to represent overburden snow. Eleven experiments with constant loads were analyzed, equivalent to 260 to 1500 Pa of overburden stress. The density of the slab above the weak layer increased with time, following a power law relationship with an average exponent of 0.10. Shear strength of the weak layer increased with time for all experiments, also following a power law relationship. Early-time rates of strength gain averaged 250 Pa·day −1 for the constant-load experiments over the first 3–5 days, decreasing to an average of <1 Pa·day −1 after approximately 30 days. Exponents for the power law relationships ranged between 0.09 and 0.35 with an average of 0.26 ± 0.08. Sintering was likely the dominant process for strength gain, although densification probably contributed as well. Three experiments were conducted in which the overburden was increased in stages; these exhibited an average strength gain rate of 270 Pa·day −1 over 4–8 days with approximately linear relationships, highlighting the importance of cumulative snowfall for layer strength gain.
Des couches de grains à faces planes se sont formées à partir de neige naturelle déposée sur des couches de neige mouillée dans un laboratoire où la température était contrôlée. On a soumis les couches fragiles de neige à des charges statiques pour reproduire le scénario d’une neige surchargée. Onze expériences utilisant des charges constantes, équivalentes à des surcharges comprises entre 260 et 1500 Pa, ont été analysées. La densité de la plaque de neige recouvrant la couche de neige fragile augmente au cours du temps, en suivant une relation de type loi de puissance dans laquelle la valeur moyenne de l’exposant est égale à 0,10. Dans toutes les expériences, la résistance au cisaillement de la couche fragile augmente dans le temps et obéit également à ce même type de relation. Dans un premier temps, pendant les trois à cinq premiers jours, le taux d’augmentation de la résistance au cisaillement est en moyenne de 250 Pa·jour −1 dans le cas des expériences utilisant des charges constantes, puis diminue pour atteindre une valeur moyenne inférieure à 1 Pa·jour −1 après environ 30 jours. Les valeurs des exposants des lois de puissance varient entre 0,09 et 0,35 et sont en moyenne égales à 0,26 ± 0,08. Le phénomène de frittage est probablement le principal mécanisme à l’origine de l’augmentation de la résistance au cisaillement, même si le phénomène de densification contribue lui aussi à cette augmentation. Trois expériences ont été réalisées, dans lesquelles la surcharge exercée a été augmentée par paliers. Ces expériences ont mis en évidence un taux moyen d’augmentation de la résistance au cisaillement égal à 270 Pa·jour −1 pendant 4–8 jours et des courbes quasi linéaires, ce qui montre le rôle important de l’accumulation de la neige dans l’augmentation de la résistance au cisaillement des couches fragiles de neige. [Traduit par la Rédaction]
Formation and strengthening of layers of dry faceted crystals above artificial melt–freeze crusts from overburden stress in a controlled environment
Conlan, Michael (author) / Jamieson, Bruce
2015
Article (Journal)
English
Crystals , Shear loading , augmentation de la résistance au cisaillement , Sintering , Geotechnology , grains à faces planes , Shear strength , résistance au cisaillement , shear strength , strength gain , overburden stress , surcharge , sintering , frittage , melt–freeze crust , faceted crystals , croûte de regel
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The strengthening and improvement of road crusts
Engineering Index Backfile | 1912