Three-dimensional numerical modeling of sand compaction piles in soft clay deposit

Diponkar Saha, Muhammad Abdur Rahman, Naveel Islam, Kshama Roy, Kavya Koganti, Margaret McBride

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoCalgary 2022: 75th Canadian Geotechnical Conference

Session: T12

RÉSUMÉ: Les pieux de compactage du sable (SCP) sont considérés comme l’une des méthodes potentielles pour améliorer la stabilité du sol. Dans la méthode SCP, des tas de sable compactés, soit dans un motif triangulaire carré ou équilatéral, sont installés dans le sol meuble à la profondeur souhaitée pour former un lit de fondation composite qui agit comme un matériau plus rigide pour supporter les charges super-structurelles. Les études antérieures sur le SCP pour estimer la capacité portante des sols renforcés SCP sont principalement basées sur des approches analytiques. Cependant, la plupart de ces méthodes analytiques sont basées sur des hypothèses théoriques simplifiées qui pourraient ne pas représenter l’état réel du sol. Cependant, la plupart de ces méthodes analytiques sont basées sur des hypothèses théoriques simplifiées qui pourraient ne pas représenter l’état réel du sol. Cette étude s’est concentrée sur le développement d’un modèle tridimensionnel d’éléments finis (FE) pour simuler l’état du sol composite avec des SCP installés dans un dépôt d’argile molle. Une superficie de 2 m x 2 m carrés a été placée sur le sol renforcé SCP pour évaluer la capacité portante du sol. Les résultats de l’EF ont montré que la capacité portante ultime de la pied carré est supérieure de 21 % à celle de la solution analytique. En outre, l’étude paramétrique a montré qu’une disposition triangulaire des SCP offre une capacité portante 25% plus élevée que le motif carré. Enfin, un organigramme de conception a été formulé pour calculer les paramètres composites du sol pour les SCP et le sol environnant en tenant compte de l’effet du compactage et de la perturbation qui en résulte dans les sols environnants lors de l’installation du SCP.

ABSTRACT: Sand compaction piles (SCP) are considered as one of the potential methods for improving ground stability. In the SCP method, compacted sand piles, either in a square or equilateral triangular pattern, are installed into the soft ground at a desired depth to form a composite foundation bed that acts as a stiffer material to support the super-structural loads. Previous studies on the SCP for estimating the bearing capacity of SCP reinforced soils are primarily based on analytical approaches. However, most of these analytical methods are based on simplified theoretical assumptions that might not represent the actual ground condition. This study focused on the development of a three-dimensional finite element (FE) model to simulate the composite ground condition with SCPs installed in a soft clay deposit. A 2 m x 2 m square footing was placed on the SCP reinforced ground to evaluate the bearing capacity of the soil. The FE results showed that the ultimate bearing capacity of the square footing is 21% higher than the analytical solution. Furthermore, the parametric study showed that a triangular arrangement of the SCPs provides 25% higher bearing capacity than the square pattern. Finally, a design flow-chart was formulated to calculate the composite ground parameters for SCPs and the surrounding soil considering the effect of compaction and resulting disturbance in the surrounding soils during the SCP installation.

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