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Modelling the inflight construction of sand compaction piles in the centrifuge

Abstract:

Sand compaction piles are used in practice for ground improvement of weak subsoil. These columnar inclusions improve the consolidation behaviour as well as reduce the compressibility of the soft ground. The current design procedure of these sand piles is based on simple empirical calculations, which does not fully take account of the sand pile behaviour. In order to gain a deeper understanding of the behaviour of sand compaction piles, physical and numerical investigations are being conducted. The basic system behaviour of soft soil and column is simulated physically by centrifuge modelling. Because the stress situation in the soil changes significantly due to installation, a sand compaction pile installation tool was developed and applied successfully in the first tests. This allowed the stress paths encountered by the soil during the construction process of a displacement sand pile to be modelled realistically. The results will be compared to real geometries and the behaviour is also studied numerically by means of finite element modelling. These findings provide the basis for further analysis of this geotechnical interaction problem extending the model by including geotextiles below embankments to be able to formulate some recommendations for the design procedure of sand compaction piles under embankments.

Les colonnes ballastées de sable sont souvent utilisées dans la pratique pour l’amélioration des sous-sols faibles. Ces inclusions améliorent le comportement en consolidation et réduisent aussi la compressibilité du sol mou. La procédure actuelle de dimensionnement de ces colonnes de sable se base sur des calculs empiriques simples qui ne tiennent pas compte complètement du comportement du pieu de sable. Afin d’obtenir une meilleure compréhension du comportement des colonnes de sable ballastées, des études physiques et numériques sont conduites. Le comportement basique du système colonne – sol est simulé physiquement par une modélisation en centrifuge. L’état des tensions dans le sol changeant de manière significative à la suite de l’installation, un outil de mise en place de colonnes ballastées a été développé et utilisé avec succès dans les premiers essais. Ceci a permis de modéliser de manière réaliste les chemins des tensions subis par le sol durant la phase de construction d’une colonne ballastée. Le comportement est aussi étudié numériquement par la méthode des éléments finis et les résultats seront comparés aux résultats d’essais in situ. Sur la base de ces résultats, ce problème géotechnique d’interaction sera étendu à la modélisation supplémentaire d’un géosynthétique mis en place sous le remblai, dans le but de formuler des recommandations pour la procédure de dimensionnement des colonnes ballastées de sable sous les remblais.

Authors:

Weber, Thomas M. and Laue, Jan and Springman, Sarah M.

Index Terms:

centrifuge modelling; soft clay; Soil; ground improvement; SoilGroup; Laue, Jan; Springman, Sarah M.; Weber, Thomas

Further Information:

Date published: 2005