Vibro stone columns – model tests vs. fem calculations

Colonnes ballastées essais en modèle réduit et calculs aux éléments finis

Technical University of Dresden Institute for geotechnical engineering George-Bähr-Str. 01069 Dresden, Germany.

Abstract

Research on the group action of stone columns points out that the behaviour of an isolated single column is quite different from the one of a stone column in a group of columns under a rigid footing. To highlight the differences, model tests of a rigid footing on a single sand column in clay and model tests of a rigid footing with various numbers of sand columns in clay are compared. A re-calculation of model tests has been performed by means of the finite element method taking into account the mean grain diameter. Beginning with a single isolated column, the deformation mechanism of the column has been reproduced, detecting a wedge shaped shear zone below the footing. Furthermore, the same footing has been analysed to study the group effect in a section of 5 columns. Again the same deformation mechanism as in the model test has been observed displaying a wedge shaped area below the footing. The influence of the length of the columns and an additional row of columns outside the footing has been investigated and recommendations are given.

Résumé

L’analyse du fonctionnement de colonnes ballastées en groupe montre que le comportement d’une colonne ballastée isolée est notablement différent de celui d’une colonne ballastée en groupe sous une semelle rigide. Pour mettre en évidence ces différences, des essais en modèle réduit d’une semelle rigide sur une colonne isolée dans l’argile et d’autres essais sur une semelle rigide reposant sur différents nombres de colonnes dans l’argile sont comparés. Les essais ont été recalculés par la méthode des éléments finis, en prenant en compte le diamètre moyen des grains. En commençant par une colonne isolée, le mécanisme de déformation a été reproduit, permettant de déceler une zone de cisaillement en forme de coin sous la semelle. Par la suite, la même semelle a été analysée pour étudier l’effet de groupe dans une section de 5 colonnes. Là encore, le même mécanisme de déformation que dans le modèle réduit a été observé, avec une surface en forme de coin sous la semelle. L’influence de la longueur des colonnes et d’une rangée supplémentaire de colonnes à l’extérieur de la semelle a été étudiée, et des recommandations sont proposées.