Study of the Behavior of Soft Soils Treated by Granular Columns

Abstract

إن المواد الركامية المعاد تدويرها أصبحت محل اهتمام متزايد في السنوات الأخيرة، نظرًا للإمداد المحدود للمواد الركامية الطبيعية والتأثير الكربوني المرتبط بها. يهدف استخدام المواد الركامية المعاد تدويرها إلى تقليل استهلاك الطاقات الحيوية وبالتالي المساهمة في الحد من النفايات الضارة للبيئة. يهدف هذا البحث إلى توضيح أهمية استخدام مواد الركام المعاد تدويرها في تعزيز التربة وإظهار فعاليتها مقارنةً بالمواد الركامية الطبيعية. تعتمد هذه الدراسة على عدد من الاختبارات العددية باستخدام طريقة العناصر المحدودة في برنامج PLAXIS 3D، وذلك باستخدام نموذج السلوك المرن-البلاستيكي المثالي ومعيار تدفق مور-كولومب لجميع المواد المستخدمة. تم في هاته الدراسة إنشاء نموذج خلية وحدة للتربة الناعمة المعالجة بواسطة ثلاثة أنواع من الأعمدة الحبيبية: أعمدة الحجر العادية (OSC)، ومزيج الرمل مع الألياف (SFM)، والخوازيق من الخرسانة المسامية المعاد تدويرها (RAPP) حتى الانهيار. تم إجراء دراسة شاملة لاستكشاف تأثير نوع العمود، وزاوية الاحتكاك، ومعامل المرونة، وطول العمود، وصلادة الجيوصطناعي الفعالة على سلوك التربة الناعمة. أظهرت نتائج الاختبارات العددية أن قدرة تحمل أعمدة الركام المعاد تدويرها أكبر بثلاث مرات من قدرة تحمل أعمدة الركام الطبيعي. تم تقديم نتائج هذا البحث في شكل مخططات تحميل-تسوية، مما سمح بإصدار توصيات بناءة لتنفيذ العمل بهذه التقنية.

Recycled aggregates have been increasingly considered at the recent years, owing to the limited supply of natural aggregates coupled with the corresponding carbon footprint. The use of recycled aggregates aims to reduce energy consumption and thus contributes to reducing waste harmful to the environment. The objective of this thesis is to clarify the importance of using recycled aggregate materials in soil reinforcement and to demonstrate their effectiveness compared to natural aggregate. This study is based on a number of numerical tests using the finite element method of the PLAXIS 3D software with the elastic-perfectly plastic behavior model and the Mohr-Coulomb flow criterion for all materials. In the present study, a unit cell model of soft soil treated by three types of granular columns: Ordinary Stone Columns (OSC), Sand-Fiber Mix (SFM) and Recycled Aggregate Porous concrete Pile (RAPP) was loaded to failure. Where an extensive study was conducted to investigate the effects of the column type; angle of friction, modulus of elasticity, column length and geosynthetic effective stiffness on the behavior of soft soils. Results of the numerical tests indicated that the bearing capacity of the columns of recycled aggregates is three times greater than that the columns of natural aggregates. The findings of this research are given in the form of load-settlement graphs, which made it possible to release constructive recommendations for the realization of the work on this technique.

Au cours des dernières années, les agrégats recyclés ont été de plus en plus pris en considération en raison de la rareté des agrégats naturels et de leur empreinte carbone correspondante. L'utilisation d'agrégats recyclés vise à réduire la consommation d'énergie et contribue ainsi à la réduction des déchets nocifs pour l'environnement. L'objectif de cette thèse est de clarifier l'importance de l'utilisation des matériaux d'agrégats recyclés dans le renforcement des sols et de démontrer leur efficacité par rapport aux agrégats naturels. Cette étude repose sur un certain nombre de tests numériques utilisant la méthode des éléments finis du logiciel PLAXIS 3D avec un modèle de comportement élastique-parfaitement plastique avec le critère d'écoulement de Mohr-Coulomb pour tous les matériaux utilisés. Dans la présente étude, un modèle de cellule unitaire de sol compressible traité par trois types de colonnes granulaires a été chargé jusqu'à la rupture : des colonnes ballastées ordinaires (OSC), un mélange de sable et de fibres (SFM) et des pieux en béton poreux d'agrégats recyclés (RAPP). Une étude approfondie a été menée pour examiner les effets du type de colonne, de l'angle de frottement, du module d'élasticité, de la longueur de la colonne et de la rigidité effective du géosynthétique sur le comportement des sols mous. Les résultats des tests numériques ont indiqué que la capacité portante des colonnes d'agrégats recyclés est trois fois supérieure à celle des colonnes d'agrégats naturels. Les résultats de cette recherche sont présentés sous forme de graphiques de chargement et de tassement, ce qui a permis de formuler des recommandations constructives pour la mise en œuvre de cette technique.