Triaxial tests on model sand columns in clay


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Abstract

Vibro-stone columns can improve the bearing capacity and reduce the settlement of foundations. Their performance depends on the strength of the column material, reinforcement method of column installation, type of in situ soil, area replacement ratio, and column length. This paper examines the behaviour of small laboratory specimens of soft clay (undrained shear strength ≈ 30 kPa) reinforced with sand columns when tested under known boundary stress conditions. Two series of tests were carried out on kaolin specimens (diameter 100 mm, height 200 mm) in a triaxial cell. In the first series, specimens were reinforced with a 32 mm diameter column of sand, 80, 120, 160, or 200 mm long. Columns were installed by (i) compacting moist sand into a prebored hole or (ii) freezing a column of moist sand before inserting it into a prebored hole. In the second series, columns were reinforced with geo-grids before installation. The specimens were subjected to (i) uniform loading in which the load was applied over the entire surface area of the specimen or (ii) foundation-type loading in which only a small area in the centre of the specimen was loaded. Under uniform loading, the specimens containing a full-depth column were significantly stronger than specimens without columns. Specimens with single, partially penetrating columns installed by wet compaction were weaker than specimens without columns. When frozen columns were installed, strengths increased progressively. Under foundation-type loading, bearing capacities increased with an increase in column length. Geo-grid reinforcement produced significant increases in load-carrying capacity.RésuméDes colonnes de roches compactées par vibration peuvent améliorer la capacité portante et réduire le tassement des fondations. Leur performance dépend de la résistance du matériau de la colonne, de la méthode de mise en place de la colonne, du type de sol in situ, du rapport de remplacement de surface et de la longueur de la colonne. Cet article examine le comportement en laboratoire de petits spécimens d'argile molle (résistance au cisaillement ≈ 30 kPa) armés avec des colonnes de sable et testés dans des conditions connues de contraintes aux frontières. Deux séries d'essais ont été réalisés sur des spécimens (diamètre de 100 mm, hauteur de 200 mm) dans une cellule triaxiale. Dans la première série, les spécimens ont été armés avec des colonnes de 32 mm de diamètre de sable, et des hauteurs de 80, 120, 160 ou 200 mm. Les colonnes ont été mises en place soit (i) en compactant le sable humide dans un trou pré-foré, soit (ii) en gelant une colonne de sable humide avant de l'insérer dans un trou pré-foré. Dans la deuxième série, les colonnes ont été armées avec des géogrilles avant la mise en place. Les spécimens ont été soumis à (i) un chargement uniforme dans lequel la charge à été appliquée sur l'entière surface du spécimen, ou (ii) un chargement de type fondation dans lequel seulement une petite surface dans le centre du spécimen a été chargée. Sous un chargement uniforme, les spécimens contenant un colonne à pleine hauteur étaient appréciablement plus résistants que les spécimens sans colonnes. Les spécimens avec de simples colonnes pénétrant partiellement le spécimen et mise en place par compactage humide étaient plus faibles que les spécimens sans colonnes. Lorsque des colonnes gelées ont été mises en place, les résistances ont augmenté progressivement. Sous un chargement de type fondations, les capacités portantes ont augmenté avec la longueur de la colonne. L'armature de géogrille a produit des augmentations appréciables de la capacité portante.

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