Efficiency of Aggregate Piers to Reduce the Vertical and Lateral Stresses on Deep Foundation Units Due to Embankment Loadings

Alper Turan, Tony Sangiuliano, M. Hesham El Naggar

In the proceedings of: GeoManitoba 2012: 65th Canadian Geotechnical Conference

Session: W2C - Foundations IV

ABSTRACT: Highway approach embankments to bridges constructed over weaker, compressible soils must satisfy stability and settlement performance requirements. Floatation, excavation and displacement methodologies have been used to satisfy these requirements. Traditional methods include partial or total sub-excavation to remove the compressible soils and replacement with granular material or rock fill; preloading and surcharging to realize anticipated settlements; application of lightweight fill materials such as expanded polystyrene and expanded pelletized blast furnace to reduce embankment loading; and/or prefabricated vertical drains to expedite pore water pressure dissipation and primary consolidation settlement. Ground improvement techniques are emerging as alternative methods to manage the performance of highway embankments adjacent to structures. One such method is aggregate piers which involve the placement of granular graded materials in pre-augured holes to create stiff columns. Aggregate piers improve the characteristics of the soil supporting the embankments immediately behind the abutment. The high axial and lateral stiffnesses of the columns reduce the magnitude of settlement and limit the lateral displacement of the soil supporting the approach embankments. Aggregate piers considerably limit the dragloads and lateral soil pressures on the abutment piles, and therefore minimize the impact on the integrity of the pile foundation. This paper studied the mechanisms by which aggregate piers create a composite stiffness within the reinforced soil and interact with adjacent piles. Three-dimensional nonlinear finite element analyses were conducted using commercial software package, ABAQUS. The results indicate that the use of aggregate piers as a ground improvement tool for approach embankments reduces the dragloads and lateral forces on the piles. Results also indicate that the overall settlement of the foundation soil reduced significantly by the existence of aggregate piers.

RÉSUMÉ: Remblais d'approche à l'autoroute ponts construits sur plus faible, les sols compressibles doivent satisfaire les exigences de performance et la stabilité de règlement. Méthodologies de flottaison, de l'excavation et le déplacement ont été utilisés pour satisfaire à ces exigences. Les méthodes traditionnelles comprennent partielle ou totale sous-excavation pour enlever les sols compressibles et leur remplacement par un matériau granulaire ou en enrochement; préchargement et surcharge de réaliser règlements prévus; application de matériaux légers tels que remplissage en polystyrène expansé et expansé de haut fourneau granulé pour réduire le chargement du remblai; et / ou des drains verticaux préfabriqués pour accélérer pores dissipation de la pression de l'eau et tassement de consolidation primaire. Techniques d'amélioration de sol sont en train de devenir des méthodes alternatives pour gérer la performance des remblais routiers adjacents aux structures. Une telle méthode est piles globales qui impliquent la mise en place de matériaux granulaires classés dans le pré-trous ajourés pour créer des colonnes rigides. Piliers globaux d'améliorer les caractéristiques du sol à l'appui des remblais placés immédiatement derrière le pilier. La raideur élevée axiale et latérale des colonnes de réduire l'amplitude de tassement et limite le déplacement latéral du sol supportant les remblais d'approche. Piliers globaux de limiter considérablement les dragloads et les pressions latéraux du sol sur les culées, et donc de minimiser l'impact sur l'intégrité de la fondation sur pieux. Cet article étudie les mécanismes par lesquels les piliers globaux de créer une raideur composite dans le sol renforcé et d'interagir avec des piles adjacentes. Trois dimensions analyses par éléments finis non linéaires ont été effectuées en utilisant progiciel commercial, ABAQUS. Les résultats indiquent que l'utilisation de piles agrégées comme un outil d'amélioration du sol pour les remblais d'approche réduit les dragloads et des forces latérales sur les pieux. Les résultats indiquent également que le règlement global du sol de fondation réduit de manière significative par l'existence de piliers globaux.

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