Encapsulated stone columns as a soil improvement technique for collapsible soil

Abstract

Quite often, foundation engineers encounter a thick layer of collapsible soil. This type of soil possesses considerable strength, which is largely lost when the soil becomes wet. Excessive settlement and lateral deformation accompany this significant loss in strength. As an alternative to conventional deep foundations, stone columns encapsulated in geofabric reinforcement may be used to transmit foundation loads to suitable bearing strata below the collapsible soil layer. This paper presents an experimental investigation on the performance of stone columns encapsulated in geofabric installed in a collapsible soil layer and subjected to inundation. The carrying capacity of the columns and their settlement characteristics were investigated. Columns made of sand were tested with different lengths, degrees of inundation and different strengths of geofabric. Based on the results of the present experimental investigation, it can be reported that unreinforced sand columns in collapsible soil did not contribute significantly to the soil's performance. Furthermore, premature failure of the column was noted. The carrying capacity of encapsulated sand columns increases owing to an increase in strength of the geofabric material and/or an increase in column length. The settlement of the column's head due to external loading and inundation decreases owing to an increase in column rigidity and/or an increase in column length (up to a maximum value equal to the thickness of the collapsible soil layer). Theoretical models were developed to predict the carrying capacity and settlement of these columns. Comparison of the results predicted by the proposed theory and experimental results of the present investigation and those reported in the literature showed good agreement. Très souvent, les ingénieurs s'occupant de fondations rencontrent une couche épaisse de sol sujette à l'effondrement. Ce type de sol possède une résistance considérable qui disparaît en grande partie lorsque le sol s'humidifie. Un affaissement excessif et une déformation latérale accompagnent cette perte de résistance significative. Pour remplacer les fondations profondes conventionnelles, on peut utiliser des colonnes de pierres encapsulées dans un renfort géotextile afin de transmettre les charges de fondation à une strate porteuse située en dessous de la couche sujette à l'effondrement. Cet exposé présente une investigation expérimentale de la performance de colonnes de pierres encapsulées dans des géotextiles et installées dans une couche de sol sujette àl'effondrement et soumise à l'inondation. Nous avons étudié la capacité porteuse des colonnes ainsi que leurs caractéristiques d'affaissement. Nous avons testé des colonnes faites de sable avec plusieurs longueurs, degrés d'inondation et résistances géotextiles. En nous basant sur les résultats de la présente investigation expérimentale, nous pouvons rapporter que les colonnes de sable non renforcées dans le sol sujet à l'effondrement ne contribuent pas de manière significative à la performance du sol. De plus, nous avons noté la défaillance prématurée de la colonne. La capacité porteuse des colonnes de sable encapsulées augmente en raison d'une augmentation de la résistance des matériaux géotextiles et/ou d'une augmentation de la longueur de colonne. Le tassement de la tête de colonne à cause de la charge extérieure et de l'inondation diminue en raison d'une augmentation de la rigidité de la colonne et/ou d'une augmentation de la longueur de la colonne (jusqu'à une valeur maximum égale à l'épaisseur de la couche de sol sujette à l'effondrement). Nous avons développé des modèles théoriques pour prédire la capacité porteuse et l'affaissement de ces colonnes. Les résultats prédits par la théorie proposée, les résultats expérimentaux de l'investigation et ceux rapportés dans la documentation montrent une bonne corrélation.