Numerical Modeling of Encased Stone Columns Supporting Embankments on Sabkha Soil

The present research work is concerned with the construction of road embankments on a specific soil called Sabkha in Algeria. This soil is not only soft and very humid during the flooding seasons but also has frequent small areas of very soft soil which we here call Locally Weak Zones (LWZ). LWZ is characterized by low strength and high compressibility. The paper presents the results of two-dimensional axisymmetric numerical analyze that were carried out using PLAXIS 2D 2017, for the modeling of an embankment supported by stone columns on Sabkha soil. The study focuses on the evaluation of the maximum bulging of the stone column and on the settlement of the embankment. It has been demonstrated that Ordinary Stone Columns (OSC) were ineffective due to excessive bulging (221.16 mm) caused by the lack of lateral pressure. On the other hand, the Encased Stone Columns (ESC) showed good behavior, namely a much reduced bulging (42.09 mm) and a reasonable settlement (0.962 m vs. 1.560 m for an OSC) so that it is possible to build safe very high embankments. The numerical analysis also shows that the length of the encasement should just be greater than the depth of the LWZ. Besides, an extensive parametric study was conducted to investigate the effects of the variations of embankment height, stiffness of geosynthetic, the depth of the locally weak zone, area replacement ratio (ARR), and the stone column friction angle, on the performance of the (ESC) - embankment composite in (LWZ). Some important guidelines for selecting the ideal encased stone column (ESC) to support embankments on over locally weak zone were established through this numerical study

Contribution à l’analyse numérique des remblais sur sols mous

Le présent travail de recherche s'intéresse à la contribution à l'analyse numérique des remblais sur sol mou appelé Sabkha. De vastes étendues de sols arides et salins (sabkha) qui se trouvent au Moyen-Orient et en Afrique du Nord et ailleurs possèdent une densité et une résistance très faibles qui nécessitent une amélioration avant toute construction réelle. Ce sol est non seulement mou et très humide pendant les saisons de crue mais comporte également de fréquentes petites zones de sol très mou que l'on appelle ici zones localement faibles (LWZ). LWZ se caractérise par une faible résistance et une haute compressibilité. Ce présent travail présente les résultats d'une analyse numérique axisymétrique bidimensionnelle réalisée à l'aide de PLAXIS 2D 2017, pour la modélisation d'un remblai soutenu par des colonnes ballastées sur un sol de sabkha. L'étude porte sur l'évaluation du renflement maximal de la colonne ballastée et sur le tassement du remblai. Il a été démontré que les colonnes ballastées ordinaires (OSC) étaient inefficaces en raison d'un renflement excessif (221,16 mm) causé par le manque de pression latérale. Par contre, les Colonnes ballastées enveloppées (ESC) ont montré un bon comportement, à savoir un renflement très réduit (42,09 mm) et un tassement raisonnable (0,962 m contre 1,560 m pour un (OSC) de sorte qu'il est possible de construire des remblais très hauts et sûrs. L'analyse numérique montre également que la longueur de l'enrobage doit être juste supérieure à la profondeur de la (LWZ). En outre, une étude paramétrique approfondie a été menée pour étudier les effets des variations de la hauteur du remblai, de la rigidité du géosynthétique, de la profondeur de la zone localement faible, du taux de remplacement de la zone et de l'angle de frottement de la colonne ballastée, sur les performances de la (ESC) - remblai composite en (LWZ). Deuxièmement, des simulations numériques 2D ont été effectuées pour étudier les effets que les colonnes ballastées renforcées avec armature externe et armature interne appelées enrobage vertical et bandes horizontales qui sont l'une des meilleures méthodes d'amélioration des zones localement faibles (LWZ), en particulier pour augmenter la stabilité du remblai sur l'autoroute, à savoir un renflement très réduit et un tassement raisonnable, (En effet, les résultats numériques ont montré pour une combinaison (VESC +HRSC), un tassement vertical de 0,74 m et une déformation latérale de 20,02 mm vs 1,56 m et 221,16 mm pour un OSC). En outre, une étude paramétrique approfondie est menée pour étudier l'effet de l'espacement des bandes de renforcement horizontales et de la longueur de la colonne renforcée. L'influence du diamètre de la colonne, de la profondeur de la zone localement faible et de la rigidité effective du géosynthétique, sur la performance du composite (RSC) - remblai sont également étudiées

Numerical modeling of horizontally layered geosynthetic reinforced encased stone columns supporting embankment on sabkha soil

The present research work is concerned with the construction of road embankments on a Sabkha soil in Algeria. This soil is not only soft and very humid during the flooding seasons but also has frequent small areas of very soft soil which are called locally weak zones (LWZ) in the context of this study. LWZ are characterized by low strength and high compressibility. Two-dimensional axisymmetric analyses were carried out using PLAXIS 2D 2017. The study demonstrated that ordinary stone columns (OSC) are ineffective given the nature of these soils due to the excessive bulging caused by the lack of lateral pressure. On the other hand, the reinforced stone columns with external and internal reinforcements called as vertical encasement and horizontal strips (VESC+HRSC) are one of the best improvement methods of locally weak zones (LWZ), especially to increase the stability of embankment on the highway, namely, a much reduced bulging and a reasonable settlement, so that it is possible to build safe and very high embankments (indeed, numerical results showed for a (VESC+HRSC) combination, a vertical settlement of 0.74 m and a lateral deformation of 20.02 mm vs. 1.56 m and 221.16 mm for an OSC). Besides, an extensive parametric study was conducted to investigate the effect of the spacing of the horizontal reinforcing strips and of the column reinforced length. The influence of stone column diameter, depth of locally weak zone, and the effective stiffness of the geosynthetic, on the performance of the (RSC)-embankment composite were also investigated. The computational results are presented in the form of tables and graphs, and compared with previous published results available in the literature