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Laboratory study of an epoxy resin grouted sand
Authors: Anagnostopoulos C. , Hadjispyrou S. 
Published: November 2009

It is generally accepted that only chemical grouts or solutions are available to penetrate and fill narrow joints or soils with very small pore size. Over the last 30 years a few hundred different compounds have been used for this purpose. Such materials show a wide spectrum of properties. Epoxy resins are among the compounds that are commonly used in chemical grouting because of their high strength and durability against mechanical or physical erosion. In this paper the improvement of the physical and mechanical properties of fine sand injected with a watersoluble two-component epoxy resin is investigated. The experiments were carried out using either epoxy resin only («one-shot process’), or in combination with sodium silicate (‘two-shot process’). For this reason, two epoxy resin solutions were employed. One was thick, with a water/ resin (W/R) ratio of 1; the other was more dilute, with W/R of 2. The grouting was performed through 10 cm diameter columns, filled with siliceous sand with a particle size distribution of 0·149–2·38 mm and 0·076–2·38 mm. For the two-shot grouting, two solutions of sodium silicate were used, with sodium silicate/water ratios of 3 and 2 respectively. The results of a comparison between the above two processes show that the compressive strength of injected sand specimens of the one-shot process is lower than that of the two-shot process. The permeability and porosity of the sand were lowered much more in the first case. Il est généralement admis que seuls des ciments ou des solutions chimiques peuvent pénétrer et remplir des joints étroits ou des sols à trés petits pores. Depuis 30 ans, quelques centaines de compounds différents ont été utilisés dans ce but. Ces matériaux montrent un vaste spectre de propriétés. Les résines époxydes sont parmi les compounds qui sont les plus couramment utilisés pour la cimentation chimique en raison de leur grande résistance et durabilité contre l'érosion mécanique ou physique. Dans cet exposé, nous étudions l'amélioration des propriétés physiques et mécaniques d'un sable fin injecté de résine époxyde bicomposant soluble dans l'eau. Les expériences ont été effectués en utilisant soit une résineé poxyde seule (‘injection simple’). Pour cette raison, deux solutions de résines époxydes ont été employées. L'une était épaisse, avec un rapport eau-résine de l, l'autre était plus dilueé avec un rapport eaux-résine de 2. La cimentation a été faite par des colonnes de 10 cm de diamétre, remplies de sable siliceux avec une distribution de dimensions de particules de 0,149-2,38 mm et 0,076-2,38 mm. Pour la cimentation à injection double, deux solutions de silicate de sodium ont été utilisées, avec des rapports silicate-eau de 3 et de 2 respectivement. Les résultats d'une comparaison entre les deux processus susmentionnés montrent que la résistance à la compression des spécimens de sable injectés par injection simple est plus basse que celle de l'injection double. La perméabilité et la porosité du sable étaient bien plus basses dans le premier cas.
Fracture mechanics in ground improvement design
Authors: Schnaid F. , Spinelli L. de F. , Iturrioz I. , Rocha M. M. 
Published: November 2009

This paper discusses the mechanical response of shallow footings on a double-layer system where the upper layer is artificially cemented. The study combines measurements from small-scale laboratory models and results from numerical analysis based on a discrete element method. Both experimental and numerical evidence identifies the propagation of fractures within the cemented layer as having a dominant effect that controls the load-settlement response of the footing. A discrete method of fracture propagation was applied to soil mechanics and proved to be capable of capturing essential features of the failure mechanism developed under the footing. Data from various thicknesses, degrees of cementation and compaction energies of the cemented layer are reported, the combined analysis of which yields detailed and pertinent information on the design of strip footings on a double-layer system. Cet exposé examine la réponse mécanique d'assises peu profondes sur un systéme à double couche où la couche supérieure est cimentée artificiellement. L'étude combine des mesures prises sur des modéles de laboratoire à petiteé chelle et les résultats d'analyses numériques basées sur une meéthode d'éléments discrets. Les preuves expérimentales et numériques montrent que la propagation de fractures au sein de la couche cimentée a un effet dominant qui gouverne la réponse charge-affaissement de l'assise. Une méthode discréte de propagation de fracture aété appliquée aux mécaniques du sol et s'est révelée capable de saisir les caractéristiques essentielles du mécanisme de défaillance développé sous l'assise. Nous rapportons les donneées avec diversesé paisseurs, divers degrés de cimentation et diversesé nergies de compaction, données dont l'analyse combinée produit une information pertinente et détaillée sur la construction des assises en bandes sur un systéme à double couche.
Model studies of embedded circular footing on geogrid-reinforced sand beds
Authors: Sitharam T. G. , Sireesh S. 
Published: November 2009

This paper describes laboratory model tests to determine the bearing capacity of an embedded circular footing supported by multiple layers of geogrid-reinforced sand beds. The embedment depth ratio of the footing was varied from zero to 0·6. The tests were conducted with one variety of geogrid in sand compacted to 70% relative density. Besides load settlement data, deformations on fill surface, strain in geogrid layer and pressure distribution in soil subgrade (below the geogrid layers) were measured. The test results demonstrate that the ultimate bearing pressure increases with embedment depth ratio of the foundation. With the provision of multiple layers of geogrid reinforcement in the sand bed, high-performance improvement is obtained, in terms of both increase in bearing capacity and reduction in surface deformation. Also, the footing pressure is redistributed more uniformly over a wider area on the subgrade soil. Strain measurements in the geogrid layers indicate that the geogrid reinforcement is more effective in the region below the footing width. Cet exposé décrit des essais sur modèle de laboratoire visant à déterminer la capacité porteuse d'une assise circulaire enfouie, supportée par des couches multiples delits de sables renforcés par des géogrilles. Nous avons fait varier le taux de profondeur d'enfouissement de l'assise entre zéro et 0,6. Les essais ont été conduits avec une variété de géogrilles dans un sable compacté avec densité relative de 70%. Outre des données d'affaissement de charge, nous avons mesuré les déformations sur la surface de remplissage, les déformations de la couche à géogrilles et la distribution de la pression dans la couche de forme (sous les couches géogrillagées). Les résultats des essais montrent que la pression porteuse ultime augmente proportionnellement avec le taux d'enfoncement de la fondation. Avec plusieurs couches de renfort géogrillagé dans le lit de sable, on obtient une amélioration à haute performance, à la fois en termes d'augmentation de la capacité porteuse et de réduction de la déformation de surface. De plus, la pression de l'assise est redistribuée plus uniformément sur une zone plus vaste sur la couche de forme. Les mesures de déformation dans les couches géogrillagées indiquent que le renfort à géogrille est plus efficace dans la zone située sous la largeur de l'assise.
Seismic behaviour of micropile systems
Authors: Shahrour I. , Juran I. 
Published: November 2009

This paper includes analysis of the performance of micropile systems under seismic loading. It presents results of both centrifuge model testing and three-dimensional finite element modelling carried out within the FOREVER research programme. The experimental and numerical results were analysed to study the effect of the main controlling parameters of the micropile-soil-structure systemsuch as the kinematic interaction, the group effect, the influence of micropile inclination, and performance assessment of micropile systems in liquefiable soils. Analysis shows that micropile systems offer effective engineering solutions for construction in seismic areas. Cette étude est constituée d'analyses de performances pour des systèmes à micropiles soumis à des charges sismiques. Elle présente les résultats d'essais sur modéle centrifuge ainsi que les résultats d'une modélisation en trois dimensions d'éléments finis, le tout effectué dans lecadre du programme de recherche FOREVER. Nous avons analysé les résultats expérimentaux et numériques afin d'étudier l'effet des principaux paramétres de contrôle du système micropile-sol-structure, comme l'interaction cinématique, l'effet de groupe, l'influence de l'inclinaison des micropiles et afin d'évaluer la performance des systémes à micropiles dans des sols liquéfiables. Les analyses montrent que les systémes à micropiles offrent des solutions d'ingénierie efficaces pour la construction dans des zones sujettes aux séismes.
An advanced experimental set-up for studying a monodirectional grout injection process
Authors: Dupla J.-C. , Canou J. , Gouvenot D. 
Published: November 2009

In this paper, an advanced experimental set-up is presented for studying the monodirectional grout injection process in sand matrices. The prototype presented is based on the use of sand pluviation for the reconstitution of vertical sand columns (80 mm in diameter and 104 cm in height), which makes it possible to obtain, within the whole column, a good homogeneity of the sand at a controlled preselected state of density. Also, the pore fluid pressure is measured at five equidistant points on the columns, which provides useful information on the injection process. The procedure used to perform a test is described in detail, and the result of a typical test carried out on a medium-size silica sand with a cement-bentonite grout is presented, showing the importance of the filtration mechanism with progressive plugging of the sand matrix for the injection process and for the mechanical properties of the grouted material. Finally, some comments are made on the influence of grain size distribution curve on the injection process. Dans cette étude, nous présentons un montage expérimental sophistiqué pour é tudier le processus d'injection monodirectionnel d'un coulis dans des matrices de sable. Le prototype présenté est basé sur l'utilisation de la pluviation sableuse pour la reconstitution de colonnes de sable verticales (de 80 mm de diamètre et 104 cm de hauteur) ce qui permet d'obtenir, dans toute la colonne, une bonne homogénéité du sable à un é tat présélectionné et contrôlé de densité. De plus, nous mesurons la pression de fluide interstitiel en cinq points équidistants sur les colonnes, ce qui donne une information utile sur le processus d'injection. La procédure utilisée pour effectuer un test est décrite en détail et nous présentons le résultat d'un test type effectué sur un sable de silice de taille moyenne avec un coulis au ciment bentonite, montrant l'importance du mécanisme de filtration, avec obturation progressive de la matrice sableuse, pour le processus d'injection et pour les propriétés mécaniques du produit cimenté. Enfin, nous faisons certaines observations sur l'influence de la courbe de distribution des dimensions de grains sur le processus d'injection.
Observational method of assessing improvement of marine clay
Authors: Arulrajah A. , Nikraz H. , Bo M. W. 
Published: November 2009

The ongoing Changi East Reclamation Project in Singapore consists of land reclamation and ground improvement works of the foreshore for the future expansion of the Changi International airport and associated facilities. Reclamation works in the project involve the hydraulic placement of sand-fill over the seabed, which is underlain by thick, highly compressible Singapore marine clay. Ground improvement works in the project comprise the installation of vertical drains and the subsequent placement of surcharge to accelerate the consolidation of the underlying marine clay. A pilot test site was carried out in the project, comprising three sub-areas that were installed with vertical drains at various spacings, plus a fourth untreated sub-area. The four sub-areas were surcharged simultaneously and preloaded for a duration of 32 months. A comprehensive field instrumentation programme was implemented in the pilot test site, comprising settlement plates, deep settlement gauges, piezometers and water standpipes. The degree of improvement attained by the foundation soil at each sub-area was determined and assessed during the process of consolidation and 32 months after surcharge placement using the observational method. This paper describes the applications and comparisons between the Asaoka method, the hyperbolic method and piezometers in monitoring the improvement of marine clay under reclamation fills. Le projet de récupération de terre qui se poursuit à Changi East à Singapour consiste en une récupération des terres et une amélioration des sols du littoral dans le but d'agrandir l'aéroport international de Changi ainsi que ses installations associées. Les travaux portent sur la mise en place hydraulique d'un remblai de sable sur le fond de mer, qui est recouvert d'une argile marine é paisse, très compressible, de Singapour. Les travaux d'amélioration des sols consistent à installer des drains verticaux et à leur imposer ensuite une surcharge afin d'accélérer la consolidation de l'argile marine sous-jacente. Un site d'essai pilote a é té réalisé dans le projet, comprenant trois sous zones qui ont é té é quipées de drains verticaux placés à diverses distances les uns des autres et une quatrième sous zone non traitée. Les quatre sous zones ont subi une surcharge simultanée et une pré-charges pendant 32 mois. Un programme d'instrumentation complet sur le terrain a é té mis en uvre dans le site d'essai pilote, comprenant des plaques de tassement, des jauges profondes d'affaissement, des piézomè tres et des remontées d'eau. Le degré d'amélioration atteint par le sol de fondation dans chacune des sous zones a été déterminé et é valué pendant le processus de consolidation et 32 mois après le placement de la surcharge en utilisant la méthode observationnelle. Cet exposé décrit les applications et comparaisons entre la méthode Asaoka, la méthode hyperbolique et les piézomètres pour suivre l'amélioration de l'argile marine sous remblais de récupération.
Model testing of strip footings with structural skirts
Authors: Al-Aghbari M. Y. , Mohamedzein Y. E.-A. 
Published: November 2009

Tests on footing models were carried out to study the behaviour of strip footings with structural skirts resting on sand. The use of structural skirts improved the bearing capacity of strip footings by a factor of up to three. The improvement depends on the geometrical and structural properties of the skirts and footing, and the soil characteristics and interface conditions of the soil-skirt-foundation system. To account for these factors, a modified bearing capacity equation was proposed for skirted strip foundations on dense sand by the authors. The predictions of the proposed equation are in excellent agreement with the experimental results. The experimental results showed that the use of structural skirts reduced the settlement by a factor of up to three depending on the skirt depth, geometrical properties of the skirt and footing, soil characteristics and the applied load. The structural skirts modified the load-settlement curve for the footing by increasing the strain at failure to about 22%. Nous avons fait des essais sur des modèls d'assises afin d'étudier le comportement d'assises à bandes avec des jupes structurales reposant sur du sable. L'utilisation de jupes structurales a amélioré la capacité porteuse des assises à bande par un facteur de 3. L'amélioration dépend des propriétés géométriques et structurales des jupes et des assises ainsi que des caractéristiques du sol et des conditions d'interface du système sol-jupe-fondation. Pour rendre compte de ces facteurs, les auteurs proposent une é quation modifiée pour la capacité porteuse des fondations à jupe sur du sable dense. Les prédictions de l'équation proposée sont en accord parfait avec les résultats expérimentaux. Les résultats expérimentaux ont montré que l'utilisation de jupes structurales réduisait le tassement par un facteur allant jusqu'à 3, selon la profondeur de la jupe, ses propriétés gé ométriques et son assise, les caractéristiques du sol et la charge appliquée. Les jupes structurales modifiaient la courbe charge-tassement pour l'assise en augmentant la déformation à la rupture jusqu'à environ 22 %.
Uniformity of lime-cement columns for deep mixing: a field study
Authors: Larsson S. , Dahlström M. , Nilsson B. 
Published: November 2009

A field study of the mixing process of lime-cement columns for deep mixing has been carried out at a test site in Håby, Sweden. The study aimed to investigate the influence on the stabilisation effect and the coefficient of variation for excavated columns, when a number of factors related to the installation process were varied. The influencing factors investigated were the retrieval rate, number of mixing blades, rotational speed, air pressure in the storage tank, and diameter of the binder outlet hole. A large number of hand-operated penetrometer tests were carried out on the excavated column cross-sections. Statistical multifactor analyses were used to evaluate the influence on the stabilisation effect and the coefficient of variation of the varied factors. The results showed that the retrieval rate and the number of mixing blades were found to have a significant effect. The effect of rotational speed and the diameter of the outlet hole were found to be insignificant. The field study showed that the strength and deformation properties of the soil and the upper pair of mixing blades, with respect to the binder outlet hole, had a major influence on the binder dispersion over the column cross-section. The blade rotation number can be used as an indirect value of the mixing work and can be used as a measure of the mixing tool effectiveness. Nous avons réalisé une étude de terrain sur le processus de mixage des colonnes chaux-ciment à mixage profond sur unsite d'essai de Håby en Suède. L'étude avait pour but de déterminer ce qui se passait pour l'effet de stabilisation et le coefficient de variation, pour des colonnes excavées, lorsqu'un certains nombre de facteurs liés au processus d'installation étaient variés. Les facteurs étudiés étaient le taux de récupération, le nombre de pales de mixage, la vitesse de rotation, la pression de l'air dans la cuve de stockage et le diamètre du trou de sortie de l'agent liant. Nous avons réalisé de nombreux essais au pénétromètre manuel sur des coupes de colonnes excavèes. Nous avons utilisé desanalyses statistiques multi-facteurs pour é valuer l'influence sur l'effet de stabilisation et le coefficient de variation de ces facteurs variés. Les résultats ont montré que le taux de récupération et le nombre de pales de mixage avaient un effet significatif. L'effet de la vitesse de rotation et du diamètre du trou de sortie sont apparus comme insignifiants. L'étude sur le terrain a montré que la résistance et les propriétés de déformation du sol ainsi que la paire supérieure de pales mélangeuses, par rapport au trou de sortie de l'agent liant, avaient une influence majeure sur la dispersion de l'agent liant sur la coupe transversale de la colonne. Le nombre de rotations des pales peut être utilisé comme valeur indirecte du travail de mixage et peut être utilisé comme mesure de l'efficacité de l'outil de mixage.
Reclamation and soil improvement on ultra-soft soil
Authors: Bo M. W. , Choa V. , Wong K. S. 
Published: November 2009

In recent years more and more reclamations have been carried out on waste ponds or mine tailing ponds. The deposits in these ponds are ultra-soft and may still be undergoing self-weight consolidation. Reclamation and soil improvement works in these areas are very challenging. They require special attention. Conventional reclamation and soil improvement methods are no longer workable. This paper highlights the experience obtained from reclamation and soil improvement works on such soil in a project in Singapore. The fill was placed using a sand spreader, and the ultra-soft deposit was strengthened with a high-strength geotextile. Prefabricated vertical drains and staged construction were used to accelerate the consolidation process. The monitoring of settlement and pore pressure requires modification of conventional instruments to cater for the low strength of the ultra-soft soil and the large strain of deformation. The paper also outlines a new method to estimate the settlement based on large-strain theory. Finally a case study is presented to validate the proposed method in the determination of settlement magnitude and the time rate of settlement.Depuis quelques années, on récupè de plus en plus de terrains sur les bassins de rejets ou les bassins de décharge des mines. Les dépô ts de ces bassins sont extrêmement mous et peuvent même ê tre en cours de consolidation autochargée. Les travaux de récupération et d'amélioration des sols dans ces zones posent beaucoup de problémes. Ils demandent une attention spéciale. Les méthodes conventionnelles de récupération et d'amélioration ne sont pas efficaces. Cet exposé présente l'expérience obtenue apre's des travaux de récupération et d'amélioration de ces sols dans un projet à Singapour. Le remblai é té placé en utilisant une dispersion de sable et le dépô t mou a é té renforcé par un géotextile à haute résistance. Des drains préfabriqués verticaux et une construction é tagée ont é té utilisés pour accélérer le processus de consolidation. Le suivi du tassement et de la pression interstitielle demande la modification des instruments conventionnels afin de prendre en compte la faiblesse du sol mou et la grande déformation. Cet exposé présente aussi une nouvelle méthode basée sur la théorie de grande déformation et servant à é valuer le tassement. Enfin nous présentons une é tude de cas pour valider la méthode proposée pour déterminer la magnitude du tassement et la durée du tassement.