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Development and validation of a low-cost electrical resistivity tomographer for soil process monitoring / Victor M. Damasceno in Canadian geotechnical journal, Vol. 46 N° 7 (Juillet 2009) 

Public ISBD [article]  in Canadian geotechnical journal > Vol. 46 N° 7 (Juillet 2009) . - pp. 842-854 Titre : Development and validation of a low-cost electrical resistivity tomographer for soil process monitoring Type de document : texte imprimé Auteurs : Victor M. Damasceno, Auteur ; Dante Fratta, Auteur ; Peter J. Bosscher, Auteur Article en page(s) : pp. 842-854 Note générale : Sciences de la Terre Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Electrical  resistivity  Tomography  Acquisition  system  Inclusion  Diffusion  Résistivité  électrique  Tomographie  Système  d’acquisition  Inclusion  Diffusion Index. décimale : 550 Sciences auxiliaires de la géologie. Résumé : This paper presents the development and validation of a low-cost electrical resistivity tomography (ERT) system for the monitoring of process in soils. The ERT technique is capable of evaluating the distribution of electrical properties within a cross section of soil specimens by measuring the applied electrical current and monitoring the voltage distribution along boundary electrodes. This new ERT system consists of (i) a two-dimensional (2D) acrylic testing cell with strip copper electrodes, (ii) an acquisition system and control software, and (iii) a third-party reconstruction software. The tomographer is developed to collect low-noise data at moderate acquisition speeds. To validate the quality of the proposed ERT system, noise levels were evaluated with and without the testing cell and imaging tests were conducted to calibrate the system, evaluate the sensitivity of the instrument to locate a low-resistivity inclusion, and to monitor chemical diffusion in a saturated Ottawa sand specimen. Results show that the proposed low-noise, low-cost ERT acquisition system can be successfully used, with proper interpretation, to locate inclusions and obtain images of diffusion processes in soils. These validation tests show the applicability of the developed acquisition system in monitoring time-dependent processes that do not require real-time acquisition and reconstruction. Cet article présente le développement et la validation d’un système de tomographie en résistivité électrique (TRE) pour la surveillance des processus dans les sols. La technique TRE peut évaluer la distribution des propriétés électriques à l’intérieur d’une section d’un échantillon de sol en mesurant le courant électrique appliqué et en suivant la distribution du voltage le long des électrodes frontières. Ce nouveau système TRE consiste en : (i) une cellule d’essai à deux dimensions (2D) en acrylique avec des électrodes de cuivre, (ii) un système d’acquisition et un logiciel de contrôle et (iii) un logiciel tiers de reconstruction. Le tomographe est développé pour récolter des données à faible niveau de bruit à des vitesses d’acquisition moyennes. Pour valider la qualité du système TRE proposé, les niveaux de bruit ont été évalué avec et sans la cellule d’essais, et des essais d’imagerie ont été effectués pour calibrer le système, pour évaluer la sensibilité de l’instrument à localiser une inclusion à faible résistivité, et pour suivre la diffusion chimique dans un échantillon de sable d’Ottawa saturé. Les résultats démontrent que le système d’acquisition TRE à faible niveau de bruit et à faible coût proposé peut être utilisé efficacement, avec une interprétation adéquate, pour localiser les inclusions et pour obtenir des images des processus de diffusion dans les sols. Les essais de validation montrent l’applicabilité du système d’acquisition développé pour le suivi de processus variables dans le temps qui ne nécessitent pas d’acquisition et de reconstruction en temps réel. DEWEY : 550 ISSN : 0008-3674 En ligne : http://rparticle.web-p.cisti.nrc.ca/rparticle/AbstractTemplateServlet?calyLang=f [...] [article] Development and validation of a low-cost electrical resistivity tomographer for soil process monitoring [texte imprimé] / Victor M. Damasceno, Auteur ; Dante Fratta, Auteur ; Peter J. Bosscher, Auteur . - pp. 842-854. Sciences de la Terre Langues : Anglais (eng) in Canadian geotechnical journal > Vol. 46 N° 7 (Juillet 2009) . - pp. 842-854 Mots-clés : Electrical  resistivity  Tomography  Acquisition  system  Inclusion  Diffusion  Résistivité  électrique  Tomographie  Système  d’acquisition  Inclusion  Diffusion Index. décimale : 550 Sciences auxiliaires de la géologie. Résumé : This paper presents the development and validation of a low-cost electrical resistivity tomography (ERT) system for the monitoring of process in soils. The ERT technique is capable of evaluating the distribution of electrical properties within a cross section of soil specimens by measuring the applied electrical current and monitoring the voltage distribution along boundary electrodes. This new ERT system consists of (i) a two-dimensional (2D) acrylic testing cell with strip copper electrodes, (ii) an acquisition system and control software, and (iii) a third-party reconstruction software. The tomographer is developed to collect low-noise data at moderate acquisition speeds. To validate the quality of the proposed ERT system, noise levels were evaluated with and without the testing cell and imaging tests were conducted to calibrate the system, evaluate the sensitivity of the instrument to locate a low-resistivity inclusion, and to monitor chemical diffusion in a saturated Ottawa sand specimen. Results show that the proposed low-noise, low-cost ERT acquisition system can be successfully used, with proper interpretation, to locate inclusions and obtain images of diffusion processes in soils. These validation tests show the applicability of the developed acquisition system in monitoring time-dependent processes that do not require real-time acquisition and reconstruction. Cet article présente le développement et la validation d’un système de tomographie en résistivité électrique (TRE) pour la surveillance des processus dans les sols. La technique TRE peut évaluer la distribution des propriétés électriques à l’intérieur d’une section d’un échantillon de sol en mesurant le courant électrique appliqué et en suivant la distribution du voltage le long des électrodes frontières. Ce nouveau système TRE consiste en : (i) une cellule d’essai à deux dimensions (2D) en acrylique avec des électrodes de cuivre, (ii) un système d’acquisition et un logiciel de contrôle et (iii) un logiciel tiers de reconstruction. Le tomographe est développé pour récolter des données à faible niveau de bruit à des vitesses d’acquisition moyennes. Pour valider la qualité du système TRE proposé, les niveaux de bruit ont été évalué avec et sans la cellule d’essais, et des essais d’imagerie ont été effectués pour calibrer le système, pour évaluer la sensibilité de l’instrument à localiser une inclusion à faible résistivité, et pour suivre la diffusion chimique dans un échantillon de sable d’Ottawa saturé. Les résultats démontrent que le système d’acquisition TRE à faible niveau de bruit et à faible coût proposé peut être utilisé efficacement, avec une interprétation adéquate, pour localiser les inclusions et pour obtenir des images des processus de diffusion dans les sols. Les essais de validation montrent l’applicabilité du système d’acquisition développé pour le suivi de processus variables dans le temps qui ne nécessitent pas d’acquisition et de reconstruction en temps réel. DEWEY : 550 ISSN : 0008-3674 En ligne : http://rparticle.web-p.cisti.nrc.ca/rparticle/AbstractTemplateServlet?calyLang=f [...]

Effect of fine particle migration on the small-strain stiffness of unsaturated soils / Bashar Alramahi in Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering, Vol. 136 N° 4 (Avril 2010) 

Public ISBD [article]  in Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering > Vol. 136 N° 4 (Avril 2010) . - pp. 620-628 Titre : Effect of fine particle migration on the small-strain stiffness of unsaturated soils Type de document : texte imprimé Auteurs : Bashar Alramahi, Auteur ; Khalid A. Alshibli, Auteur ; Dante Fratta, Auteur Année de publication : 2010 Article en page(s) : pp. 620-628 Note générale : Géotechnique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Unsaturated  soils  Wave  propagation  X-ray  microcomputed  tomography  Particle  migration  Shear  modulus  Stiffness Index. décimale : 624.1 Infrastructures.Ouvrages en terre. Fondations. Tunnels Résumé : The paper presents the results of an experimental investigation of fine particle migration from pore body to the pore throat and toward the contact between particles and its effect on skeleton stiffness of granular materials. We hypothesize that the suspended colloids in the pore fluid migrate and deposit on the contact surface between the skeleton-forming particles and change the magnitude of the soil stiffness. Three specimens were prepared using uniform spherical glass particles that were saturated with deionized water and kaolinite or silt-base slurries. The specimens were drained by evaporation which retained the fines in the soil while increasing the matric suction. Changes in soil dynamic stiffness were evaluated using piezoelectric transducers while the migration of fines and the changes of the properties of the pore fluid were monitored using synchrotron X-ray microcomputed tomography (SMCT) on identical specimens. The wave propagation experiments show that the stiffness of the tested specimens increased at different rates during the drying processes. These measurements were complemented with SMCT scanning analysis that shows an increase in mass density of the remaining slurry as the pore fluid concentrated near the particle contacts. The results indicate that the soil stiffness increase due to the alteration of the pore fluid at the particles’ contact and changes caused at the contact behavior itself. These results provide an insight about parameters that influence soil stiffness which may help in better predictions of stiffness changes in compacted soils during moisture changes. DEWEY : 624.1 ISSN : 1090-0241 En ligne : http://ascelibrary.org/gto/resource/1/jggefk/v136/i4/p620_s1?isAuthorized=no [article] Effect of fine particle migration on the small-strain stiffness of unsaturated soils [texte imprimé] / Bashar Alramahi, Auteur ; Khalid A. Alshibli, Auteur ; Dante Fratta, Auteur . - 2010 . - pp. 620-628. Géotechnique Langues : Anglais (eng) in Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering > Vol. 136 N° 4 (Avril 2010) . - pp. 620-628 Mots-clés : Unsaturated  soils  Wave  propagation  X-ray  microcomputed  tomography  Particle  migration  Shear  modulus  Stiffness Index. décimale : 624.1 Infrastructures.Ouvrages en terre. Fondations. Tunnels Résumé : The paper presents the results of an experimental investigation of fine particle migration from pore body to the pore throat and toward the contact between particles and its effect on skeleton stiffness of granular materials. We hypothesize that the suspended colloids in the pore fluid migrate and deposit on the contact surface between the skeleton-forming particles and change the magnitude of the soil stiffness. Three specimens were prepared using uniform spherical glass particles that were saturated with deionized water and kaolinite or silt-base slurries. The specimens were drained by evaporation which retained the fines in the soil while increasing the matric suction. Changes in soil dynamic stiffness were evaluated using piezoelectric transducers while the migration of fines and the changes of the properties of the pore fluid were monitored using synchrotron X-ray microcomputed tomography (SMCT) on identical specimens. The wave propagation experiments show that the stiffness of the tested specimens increased at different rates during the drying processes. These measurements were complemented with SMCT scanning analysis that shows an increase in mass density of the remaining slurry as the pore fluid concentrated near the particle contacts. The results indicate that the soil stiffness increase due to the alteration of the pore fluid at the particles’ contact and changes caused at the contact behavior itself. These results provide an insight about parameters that influence soil stiffness which may help in better predictions of stiffness changes in compacted soils during moisture changes. DEWEY : 624.1 ISSN : 1090-0241 En ligne : http://ascelibrary.org/gto/resource/1/jggefk/v136/i4/p620_s1?isAuthorized=no

Time-domain reflectometry — parametric study for the evaluation of physical properties in soils / Jeffrey M. Schneider in Canadian geotechnical journal, Vol. 46 N° 7 (Juillet 2009) 

Public ISBD [article]  in Canadian geotechnical journal > Vol. 46 N° 7 (Juillet 2009) . - pp. 753-767 Titre : Time-domain reflectometry — parametric study for the evaluation of physical properties in soils Type de document : texte imprimé Auteurs : Jeffrey M. Schneider, Auteur ; Dante Fratta, Auteur Article en page(s) : pp. 753-767 Note générale : Sciences de la Terre Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Time-domain  reflectometry  (TDR)  Granular  soils  Electrolytes  Iron-filings  Water  content  Parameter  interpretation  Réflectométrie  dans  le  domaine  temps  (RDT)  Sols  granulaires  Electrolytes  Limaille  de  fer  Teneur  en  eau  Interprétation  des  paramètres Index. décimale : 550 Sciences auxiliaires de la géologie. Résumé : Time-domain reflectometry (TDR) has become a commonly used method in geotechnical engineering to measure the volumetric water content and electrical conductivity in soils. The ability of TDR to accurately determine soil properties depends on the proper understanding of the parameters that affect the propagation of an electromagnetic pulse along the TDR waveguide. The purpose of this paper is to document a parametric study and analyses aimed at gaining a better understanding of TDR measurements and to evaluate the limits in the measurement technique. A parametric study on TDR signals was performed by determining the effects of heterogeneities in the dielectric permittivity, conductivity, and magnetic permeability in sand and gravel specimens. Impedance differences in the probe head were found to contribute to inaccurate travel-time measurements that affect material dielectric permittivity calculations. The calculated relative dielectric permittivity may also be dependent on local changes in porosity near the probes. Tests performed in layered materials indicate that TDR can be used to find abrupt changes in material permittivity, such as the depth to saturation. However, problems in the determination of capillary rise may contribute to uncertainties in the proper determination of permittivity and thicknesses of layers. The presence of ferromagnetic materials was found to change the measured electromagnetic wave velocity. However, the properties of materials outside the radius defined by the probes and beneath the probes minimally affected the TDR results in the two-rod probe used. La réflectométrie dans le domaine temps (RDT) est une méthode couramment utilisée en géotechnique pour mesurer la teneur en eau volumique et la conductivité électrique des sols. La capacité de la RDT à déterminer précisément les propriétés d’un sol est basée sur une connaissance adéquate des paramètres qui affectent la propagation d’un signal électromagnétique le long des guides des ondes de RDT. L’objectif de cet article est de documenter une étude paramétrique et des analyses visant à mieux comprendre les mesures faites à l’aide de la RDT et d’évaluer les limites de cette méthode de mesure. Une étude paramétrique sur des signaux RDT a été réalisée, par la détermination des effets de l’hétérogénéité dans la permittivité diélectrique, la conductivité, et la perméabilité magnétique pour des échantillons de sable et gravier. Il a été déterminé que les différences d’impédance dans la tête des sondes contribuent à fausser les mesures de temps de parcours, et ainsi affectent les calculs de permittivité diélectrique des matériaux. La permittivité diélectrique relative calculée peut aussi dépendre des variations locales de porosité près des sondes. Des essais effectués sur des matériaux en couches ont indiqué que la RDT permet de déterminer les changements brusques dans la permittivité des matériaux, comme la profondeur jusqu’à saturation. Cependant, des problèmes reliés à la montée capillaire peuvent apporter des incertitudes dans la détermination adéquate de la permittivité des matériaux et de l’épaisseur des couches. Les auteurs ont remarqué que la présence de matériaux ferromagnétiques change la vélocité mesurée de l’onde électromagnétique. Par contre, les propriétés des matériaux à l’extérieur du rayon défini par les sondes et sous les sondes affectent de façon minimale les résultats obtenus à l’aide de la sonde à deux branches utilisée. DEWEY : 550 ISSN : 0008-3674 En ligne : http://rparticle.web-p.cisti.nrc.ca/rparticle/AbstractTemplateServlet?calyLang=f [...] [article] Time-domain reflectometry — parametric study for the evaluation of physical properties in soils [texte imprimé] / Jeffrey M. Schneider, Auteur ; Dante Fratta, Auteur . - pp. 753-767. Sciences de la Terre Langues : Anglais (eng) in Canadian geotechnical journal > Vol. 46 N° 7 (Juillet 2009) . - pp. 753-767 Mots-clés : Time-domain  reflectometry  (TDR)  Granular  soils  Electrolytes  Iron-filings  Water  content  Parameter  interpretation  Réflectométrie  dans  le  domaine  temps  (RDT)  Sols  granulaires  Electrolytes  Limaille  de  fer  Teneur  en  eau  Interprétation  des  paramètres Index. décimale : 550 Sciences auxiliaires de la géologie. Résumé : Time-domain reflectometry (TDR) has become a commonly used method in geotechnical engineering to measure the volumetric water content and electrical conductivity in soils. The ability of TDR to accurately determine soil properties depends on the proper understanding of the parameters that affect the propagation of an electromagnetic pulse along the TDR waveguide. The purpose of this paper is to document a parametric study and analyses aimed at gaining a better understanding of TDR measurements and to evaluate the limits in the measurement technique. A parametric study on TDR signals was performed by determining the effects of heterogeneities in the dielectric permittivity, conductivity, and magnetic permeability in sand and gravel specimens. Impedance differences in the probe head were found to contribute to inaccurate travel-time measurements that affect material dielectric permittivity calculations. The calculated relative dielectric permittivity may also be dependent on local changes in porosity near the probes. Tests performed in layered materials indicate that TDR can be used to find abrupt changes in material permittivity, such as the depth to saturation. However, problems in the determination of capillary rise may contribute to uncertainties in the proper determination of permittivity and thicknesses of layers. The presence of ferromagnetic materials was found to change the measured electromagnetic wave velocity. However, the properties of materials outside the radius defined by the probes and beneath the probes minimally affected the TDR results in the two-rod probe used. La réflectométrie dans le domaine temps (RDT) est une méthode couramment utilisée en géotechnique pour mesurer la teneur en eau volumique et la conductivité électrique des sols. La capacité de la RDT à déterminer précisément les propriétés d’un sol est basée sur une connaissance adéquate des paramètres qui affectent la propagation d’un signal électromagnétique le long des guides des ondes de RDT. L’objectif de cet article est de documenter une étude paramétrique et des analyses visant à mieux comprendre les mesures faites à l’aide de la RDT et d’évaluer les limites de cette méthode de mesure. Une étude paramétrique sur des signaux RDT a été réalisée, par la détermination des effets de l’hétérogénéité dans la permittivité diélectrique, la conductivité, et la perméabilité magnétique pour des échantillons de sable et gravier. Il a été déterminé que les différences d’impédance dans la tête des sondes contribuent à fausser les mesures de temps de parcours, et ainsi affectent les calculs de permittivité diélectrique des matériaux. La permittivité diélectrique relative calculée peut aussi dépendre des variations locales de porosité près des sondes. Des essais effectués sur des matériaux en couches ont indiqué que la RDT permet de déterminer les changements brusques dans la permittivité des matériaux, comme la profondeur jusqu’à saturation. Cependant, des problèmes reliés à la montée capillaire peuvent apporter des incertitudes dans la détermination adéquate de la permittivité des matériaux et de l’épaisseur des couches. Les auteurs ont remarqué que la présence de matériaux ferromagnétiques change la vélocité mesurée de l’onde électromagnétique. Par contre, les propriétés des matériaux à l’extérieur du rayon défini par les sondes et sous les sondes affectent de façon minimale les résultats obtenus à l’aide de la sonde à deux branches utilisée. DEWEY : 550 ISSN : 0008-3674 En ligne : http://rparticle.web-p.cisti.nrc.ca/rparticle/AbstractTemplateServlet?calyLang=f [...]