Stress-strain behaviour of Heavily Cemented Clay (Soilcrete) subjected to freezing/thawing cycles

Chao Liu, Claude Berard, Lijun Deng

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoNiagara 2021: 74th Canadian Geotechnical Conference; 14th joint with IAH-CNC

RÉSUMÉ: Le mélange profond de sol (DSM) a été largement adopté pour améliorer le sol meuble et pour stabiliser les sols problématiques. Les recherches antérieures étaient axées sur les propriétés mécaniques et physiques des matériaux cimentés à faible teneur en ciment et dans des conditions météorologiques douces. Alors que la mise en œuvre du DSM au Canada devient plus courante pour le support des fondations, il est essentiel de comprendre le comportement des sols fortement cimentés (ou du béton de sol) soumis à des cycles de gel/dégel (F/T). La présente recherche a étudié les propriétés mécaniques du béton de sol, qui était le matériau composite de DSM pour la fondation des réservoirs de stockage de pétrole à Edmonton, au Canada. Le ciment Portland GU1 a été choisi comme liant à mélanger avec de l'argile rigide d'Edmonton avec une teneur en eau naturelle de 21 %. Un protocole de mélange en laboratoire a été établi et des échantillons cylindriques d'un diamètre de 75 mm et d'une hauteur de 150 mm ont été coulés. Une certaine teneur en ciment a été adoptée et une plage de durcissement de 14 à 300 jours a été utilisée. Les échantillons ont été soumis à des cycles de 1 à 10 F/T à diverses températures de congélation en utilisant un système de contrôle nouvellement développé. Des spécimens avec et sans cycles F/T ont été testés pour des tests axiaux non confinés et des tests consolidés non drainés, afin d'examiner le comportement contrainte-déformation du béton de sol. Les résultats des tests ont montré que les résistances maximales et post-pics, le module et les paramètres de résistance efficace étaient affectés par la température de congélation et les cycles F/T.

ABSTRACT: Deep soil mixing (DSM) has been widely adopted to improve the soft ground and to stabilize problematic soils. Past research was focused on the mechanical and physical properties of cemented material with low cement content and mild weather conditions. As the implementation of DSM in Canada becomes more common for foundation support, it is vital to understand the behavior of heavily cemented soils (or soilcrete) subjected to freezing/thawing (F/T) cycles. The present research investigated the mechanical properties of soilcrete, which was the composite material of DSM for the foundation of oil storage tanks in Edmonton, Canada. GU1 Portland cement was selected as the binder material to be mixed with Edmonton stiff clay with a natural water content of 21%. Lab mixing protocol was established, and cylindrical specimens with a diameter of 75 mm and a height of 150 mm were cast. A certain cement content was adopted and a range of 14 to 300 days curing was used. Specimens were subjected to 1 to 10 F/T cycles at various freezing temperatures using a newly developed control system. Specimens with and without F/T cycles were tested for unconfined axial tests and consolidated undrained tests, to examine the stress-strain behaviour of the soilcrete. Test results showed that the peak and post-peak strengths, modulus, and effective strength parameters were affected by the freezing temperature and F/T cycles.

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