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Compacted soil columns for foundations on collapsible soils. Laboratory and in-situ
experimental study
Colonnes de sols compactés utilisées pour des fondations sur sols effondrables.
Étude expérimentale menée en laboratoire et in-situ
Burlacu C., Olinic E., Manea S.
Technical University of Civil Engineering Bucharest, Department of Soil Mechanics and Foundations
Uţă P.
SC Geosond SA Bucharest
ABSTRACT: Moisture-sensitive or collapsible soils are materials with high porosity that under the loads transmitted by the
foundations present additional settlements once the soil is saturated. This category includes loess deposits and other high silt content
soils with uneven porosity. A method often used for foundation on these soils is the realization of local loessoid material compacted
columns. According to the Romanian legislation, it is forbidden to use granular material in loessoid soils. A compromise may be
reached by using a mixture of granular material and local loessoid soil in columns. This paper presents the experimental laboratory
program aiming to achieve an optimal mixture of local material (loess) and monogranular sand in order to improve the values of the
mechanical soil parameters while keeping the permeability coefficient values as low as possible. This objective can be achieved by
adding bentonite. On the experimental polygons, 1:5 scale compacted soil columns were made using a dynamic penetrometer. The
aim of the dynamic penetration tests performed in the center and between the columns was to obtain results concerning the
improvement of the mechanical characteristics of the columns and the foundation soil.
RÉSUMÉ : Les sols effondrables sont des matériaux avec une porosité élevée, qui, suite à la saturation, présentent des tassements
supplémentaires sous l’effet des charges transmises par les fondations. Cette catégorie inclue les dépôts de loess et d’autres sols ayant
un contenu élevé de silt avec une porosité irrégulière. Une des méthodes de fondation souvent utilisée sur ce type de sols est la
réalisation de colonnes de matériel loessique compacté. Bien que la législation roumaine interdise l’utilisation de matériaux sableux
dans des sols loessiques, ceux-ci peuvent toutefois être utilisés pour la réalisation de colonnes dans un mélange avec du sol loessique.
Cet article présente un programme expérimental de laboratoire qui vise à réaliser un mélange optimal de matériaux lœssiques avec du
sable pour améliorer les valeurs des paramètres mécaniques du sol, en maintenant toutefois les valeurs du coefficient de perméabilité
le plus bas possible. On peut atteindre cet objectif par l’addition de bentonite. Dans le cadre d’un programme expérimental, on a
realisé des essais à l'aide d'un pénétromètre dynamique sur des colonnes de sol compacté à une échelle de 1:5. Le but des essais de
pénétration dynamique a été d’obtenir des résultats concernant l’amélioration des caractéristiques mécaniques des colonnes et du
terrain de fondation.
KEYWORDS: collapsible soils, compacted soil columns, dynamic penetration test, soil mixtures.
1
INTRODUCTION
Moisture-sensitive or collapsible soils are unsaturated
macroporous cohesive soils that, upon saturation with water,
undergo sudden and irreversible changes of the internal
structure, reflected by additional settlements with collapsing
character and decreases in the values of geotechnical parameters
of mechanical behaviour (NP 125: 2010).
Figure 1. Collapsible soil spreading in Romania (Bally,Antonescu 1971)
In Romania, moisture-sensitive soils cover about 19% of the
country’s territory (approx. 40.000 km
2
) and it is common
particularly in the eastern part of the country (Figure 1).
In order to characterize a soil as moisture sensitive, it must
meet at least one criterion regarding the physical characteristics
and one criterion regarding the mechanical behaviour, the main
criteria being the following:
A. Criteria regarding physical characteristics:
-
ratio of silt fraction: 50 – 80%
-
degree of saturation: Sr < 0,8
-
porosity in natural state: n > 45%
B. Criteria regarding mechanical behaviour:
-
the index of the additional settlement caused by saturation
under a loading of 300 kPa (in oedometric test): i
m300
≥ 2%.
2
IMPROVEMENT METHODS FOR COLLAPSIBLE
SOILS
Difficult foundation soil improvement methods are
continuously progressing, not only quantitatively, but also
qualitatively, as a result of both the development of new
technologies and the recognition of economic and
environmental protection benefits of modern methods.
A significant number of techniques aimed at improving the
mechanical characteristics of difficult foundation soils have
