The effect of modern and conventional additives on compaction behavior of dispersive soils

ABSTRACT: Dispersive soils in surface and construction materials of embankment dams can causes technical problems associated with internal erosion, piping and erosion of natural slopes. Erosion can cause damage and destruction in many hydraulic structures such as earth dams, embankments, and other infrastructures. The main factor governing the sensitivity of dispersive clays is the amount of Sodium cation dissolved in pore water relative to the number of divalent cations (Magnesium and Calcium). These soils normally have relatively high strength in the dry state; however, in wet conditions by absorbing water, they deflocculate and cause erosion with the dispersive phenomenon. The presence of dispersive clay soils at the diversion channel of a dam led to erosion and resulted in cavities and water leakage from the channel walls. The purpose of this study was to explore solutions that can reduce the sensitivity of dispersive clays to remediate erosion potential at the diversion channel and investigate the effect of additives on compaction behavior of dispersive soil. The following conventional and modern additives were used in this study: Lime, Polypropylene fibers, Magnesium chloride, Calcium chloride solutions and PVA polymer. Soil dispersion detection tests in this study included double hydrometer and pinhole tests. To eliminate erosion potential at the diversion channel and verify compactibility of the material for earthdam construction, this study investigated the effectiveness of the additives to i) reduce the dispersivity of the soil and ii) increase/decrease compactibility of the material. Standard proctor and modified proctor tests were conducted on improved soils with different additives types and quantities. The results showed that if the purpose of the treatment and stabilization is to only reduce the dispersivity of the soil, addition of 2.5% polypropylene fibers or 4% PVA or 3% - 4% Magnesium/Calcium Chloride are recommended. If the purpose is to reduce the dispersivity along with improving compactibility of the soil to be used as borrow material for earthdam construction, addition of 3% PVA is recommended.

RÉSUMÉ: Les sols dispersifs sont problématiques lorsqu'ils sont exposés à l'eau et peuvent causer des problèmes techniques et d'ingénierie dans les projets de construction. Le principal facteur régissant la sensibilité des argiles dispersives est la quantité de cation sodium dissous dans l'eau interstitielle par rapport au nombre de cations divalents (magnésium et calcium). Ces sols ont normalement une résistance relativement élevée à l'état sec ; cependant, en conditions humides en absorbant l'eau, ils défloculent et provoquent une érosion avec le phénomène dispersif. La présence de sols argileux dispersifs au niveau du canal de dérivation d'un barrage a conduit à l'érosion et a entraîné des cavités et des fuites d'eau des parois du canal. L'érosion peut endommager et détruire de nombreuses structures hydrauliques telles que les barrages en terre, les remblais et autres infrastructures. Le but de cette étude était d'explorer des solutions qui peuvent réduire la sensibilité des argiles dispersives pour remédier au potentiel d'érosion au niveau du canal de dérivation et d'étudier l'effet des additifs sur le comportement de compactage du sol dispersif. Les additifs conventionnels et modernes suivants ont été utilisés dans cette étude : chaux, fibres de polypropylène, chlorure de magnésium, solutions de chlorure de calcium et polymère PVA. Les tests de détection de la dispersion du sol dans cette étude comprenaient des tests à double hydromètre et à trou d'épingle. Pour éliminer le potentiel d'érosion au niveau du canal de dérivation et vérifier la compactibilité du matériau pour la construction du barrage en terre, cette étude a examiné l'efficacité des additifs pour i) réduire la dispersivité du sol et ii) augmenter/diminuer la compactibilité du matériau. Des tests proctor standard et proctor modifié ont été menés sur des sols améliorés avec différents types et quantités d'additifs. Les résultats ont montré que si le but du traitement et de la stabilisation est de réduire uniquement la dispersivité du sol, l'ajout de 2,5 % de fibres de polypropylène ou de 4 % de PVA ou de 3 % - 4 % de magnésium/chlorure de calcium est recommandé. Si le but est de réduire la dispersivité tout en améliorant la compactibilité du sol à utiliser comme matériau d'emprunt pour la construction de barrages en terre, l'ajout de 3% de PVA est recommandé.