ABSTRACT:- In this paper, the finite element method is utilized as a tool for carrying out different analyses of stone column–soil systems under different conditions. A trial is made to improve the behaviour of stone column by encasing the stone column by geogrid as reinforcement material. The program CRISP2D is used in the analysis of problems. The program adopts the finite element method and allows prediction to be made of soil deformations considering Mohr–Coulomb failure criterion for elastic-plastic soil behaviour. A parametric study is carried out to investigate the behaviour of ordinary and encased floating stone columns in different conditions. Different parameters were studied to show their effect on the bearing improvement and settlement reduction of the stone column. These include the length to diameter ratio (L/d), end support of the stone column and the area replacement ratio (as). It was found that the effect of encasement length ratio on bearing improvement and settlement reduction increases with the increase in the end bearing soil undrained shear strength.The encasement of the stone column should be extended to the full stone column length to make the stone column take the full benefit of the end bearing soil support especially for long columns with (L/d) more than 4. Keywords:- Stone columns, Encased, Geogrid, End bearing, Finite elements.

الخلاصة في هذا البحث تم استخدام طريقة العناصر المحددة كوسيلة لأجراء تحليلات مختلفة على منظومة الأعمدة الحجرية-التربة بظروف مختلفة. أجريت محاولة لتحسين تصرف الأعمدة الحجرية بواسطة تغليف الأعمدة باستخدام المشبكات (geogrid) كمادة تسليح. تم استخدام برنامج CRISP2D لإجراء هذه التحليلات و الذي يعتمد طريقة العناصر المحددة ويمكن من خلاله الحصول على التشوه المتوقع من خلال اعتماد معيار فشل Mohr–Coulomb لتصرف التربة المرن - اللدن.أجريت دراسة للمعاملات لتحري تصرف الأعمدة الحجرية لظروف مختلفة. تمت دراسة عدة معاملات لبيان تأثيرها على تحسين قابلية التحمل والهبوط للأعمدة الحجرية وهذه المعاملات هي نسبة طول الركيزة إلى قطرها (L/d), وإسناد النهاية للعمود الحجري وكذلك نسبة المساحة التعويضية (مساحة العمود الحجري/مساحة الأساس الكلي) لكل من الأعمدة الحجرية العادية والمسلحة. وقد وجد أن تأثير نسبة طول التغليف للأعمدة الحجرية (طول التغليف بالمشبك على طول العود الحري / الطول الكلي للعمود) على كل من تحسن التحمل و تقليل الهبوط يزداد مع زيادة مقاومة القص للطبقة التي تستند إليها نهاية العمود. إن تغليف العمود الحري يجب أن يمتد إلى الطول الكلي للعمود الحجري لجعل العمود يستفيد استفادة قصوى من التربة التي تستند إليها نهايته و خاصة للأعمدة الطويلة ذات نسبة (L/d) أكثر من 4.

Stone columns --- Encased --- Geogrid --- End bearing --- Finite elements.

This paper presents an experimental study to investigate the behavior of piled raft system in different types of sandy soil. A small scale “prototype” model was tested in a sand box with load applied to the foundation through a compression jack and measured by means of a load cell. The settlement was measured at the raft by means of dial gauges, three strain gauges were attached on piles to measure the strains and to calculate the load carried by each pile in the group by the strain indicator. Nine configurations of pile groups (1x2, 1x3, 1x4, 2x2, 2x3, 2x4, 3x3, 3x4 and 4x4) were tested in the laboratory as a free standing pile group (the raft is not in contact with the soil) and as a piled raft (the raft is in contact with the soil), in addition to tests for a raft (unpiled) with different sizes. Three different densities of sand were used for some tests.It is found that the piles work as settlement reducers effectively when the number of piles is greater than (6) than when the number of piles is less than (6). The settlement can be increased by about 8 times in (1x2) free standing pile group compared to the piled raft of the same size. The effect of piled raft in reducing the settlement vanishes when the number of piles exceeds (6). For piled rafts (3x3) and (4x4) embedded in loose, medium and dense sand; an increase in the ultimate capacity by about 93%, 96% and 98% is obtained when the group is enlarged from (3x3) to (4x4). This is attributed to increase in footing size (cap) and the increase of the number of piles in the group

يمثل هذا البحث دراسة عملية للتحري عن تصرف منظومة الأساس الحصيري المدعم بالركائز في ترب رملية مختلفة. تم فحص نموذج مختبري مصغر في صندوق من الرمل مع حمل مسلط على الأساس من خلال مرفاع ضغط هيدروليكي و مقاسا بواسطة خلية حمل. و قد قيس الهبوط في الأساس بواسطة مقاييس ازاحة و ربطت مقاييس انفعال بالركائز لقياس الانفعالات و من ثم حساب الحمل الذي تحمله كل ركيزة في المجموعة بواسطة قاريء انفعالات. و قد فحصت تسعة أشكال من مجاميع الركائز (1x2, 1x3, 1x4, 2x2, 2x3, 2x4, 3x3, 3x4, 4x4) باعتبار أن الركائز حرة النهايات و أن قبعة الركائز ليست في تماس مع التربة، ثم فحصت المجاميع بجعل قبعة الركائز بتماس مع التربة بالاضافة الى فحص أساس حصيري (بدون ركائز) بأحجام مختلفة. و قد أستعمل رمل بكثافات مختلفة في بعض الفحوص. و قد وجد أن الركائز تعمل كمقللات هبوط بكفاءة عندما يكون عدد الركائز أكبر من (6) عن حالة عدد الركائز أقل من (6). ان الهبوط يمكن أن يزداد بحدود (8) مرات في مجموعة الركائز (1x2) مقارنة مع أساس حصيري مستند على ركائز بنفس الحجم. ان دور الأساس الحصيري المستند على ركائز في تقليل الهبوط يتلاشى عندما يتجاوز عدد الركائز (6). و للأساس الحصيري المستند على ركائز بحجم (3x3) و (4x4) المستند على تربة رملية مفككة و متوسطة و كثيفة، لوحظ حصول زيادة في قابلية التحمل بحدود 93% و 96% و 98% على التوالي عند زيادة حجم المجموعة من (3x3) الى (4x4) بسبب الزيادة في حجم الأساس (القبعة) و زيادة عدد الركائز في المجموعة.

Piled raft --- bearing capacity --- group --- sand density

When embankment is constructed on very soft soil, special construction methods are adopted. One of the techniques is a piled embankment. Piled (stone columns) embankments provide an economic and effective solution to the problem of constructing embankments over soft soils. This method can reduce settlements, construction time and cost. Stone columns provide an effective improvement method for soft soils under light structures such as rail or road embankments. The present work investigates the behavior of the embankment models resting on soft soil reinforced with stone columns. Model tests were performed with different spacing distances between stone columns and two lengths to diameter ratios of the stone columns, in addition to different embankment heights. A total number of 21 model tests were carried out on a soil with undrianed shear strength ≈ 10 kPa. The models consist of stone columns embankment at spacing to diameter ratio equal to 2.5, 3 and 4. Three embankment heights; 200 mm, 250 mm and 300 mm were conducted. Three earth pressure cells were used to measure directly the vertical effective stress on column at the top of the middle stone column under the center line of embankment and on the edge stone column for all models while the third cell was placed at the base of embankment between two columns to measure the vertical effective stress in reinforced soft soil directly. The embankment models constructed on soft clay treated with ordinary stone columns at spacing ratio equal 2.5 revealed maximum bearing improvement ratio equals (1.21, 1.44 and 1.7) for 200 mm, 250 mm and 300 embankment heights, respectively and maximum settlement improvement ratio equals (0.78, 0.67 and 0.56) for 200 mm, 250 mm and 300 embankment heights, respectively.

ان انشاء سدة على تربة طينية رخوة يحتاج الى طرق خاصة. احدى هذه الطرق هو استخدام الركائز الحجرية تحت السدة. حيث توفر هذه الطريقة حلاً اقتصادياً وفعالاً لمشاكل انشاء السدة فوق تربة طينية رخوة. تقلل هذه الطريقة الهبوط ووقت وكلفة الانشاء, تعتبر الاعمدة الحجرية طريقة تحسين فعالة تحت الاحمال الخفيفة مثل احمال السدة لسكة قطار او الطريق. اجريت هذه الدراسة على مجموعة موديلات بلغت 42 موديل تضمنت تربة طينية رخوة ذات مقاومة قص غير مبزول ≈ 10 كيلوباسكال مع اعمدة حجرية عادية تم ترتيبها بنمط مربع الشكل مع مسافات مركزية بين عمود واخر تساوي 2.5, 3, 4 من قطر العمود كما تم تغيير ارتفاع السدة حيث بلغ 200ملم, 250ملم و300 ملم. وجد من دراسة موديلات لسدة مستندة على تربة طينية رخوة مثبته بأعمدة حجرية ، إن الاعمدة الحجرية المرتبه بمسافة مركزية (2.5) أظهرت أعلى نسبة تحسن في قابلية تحمل التربة حيث بلغت ( 1.21, 1.44و1.7) لسدة بارتفاع 200ملم, 250ملم و300 ملم. وأقل نسبة تحسن في نسبة الهبوط وبلغت ( 0.78, 0.67 و 0.56) لسدة بارتفاع 200ملم, 250ملم و300 ملم.

stone columns --- soft clay --- embankment --- laboratory models.

Open-ended steel pipe piles are widely used for foundations both on land and offshore because of low cost compare with other types of piles and it does not need a high effort for driving. During driving process of these piles into the soil, a soil column known as the soil plug is formed inside the pile. As the penetration continues, the frictional resistance between the inner pile shaft and the soil plug may be developed and in turn may prevent further soil intrusion. Depending on the relative movement between the pile and the soil plug, the pile is considered to be perfectly plugged, imperfectly plugged or unplugged. A numerical modeling of experiments was carried out using PLAXIS-2015 software, in which the Hardening Soil Model (HS small) has been used for soil modeling. During the verification problem used to simulate the experimental results of the pile group G2(2x2), the piles simulated as volume piles and steel cap were modeled using linear elastic model. The simulation showed that the maximum percentage of deviation between experimental and theoretical results is not more than 13.0%. This ratio is considered good when compared to the actual results and the theoretical results with the same values in some of the results.

تعتبر الركائز الأنبوبية الحديدية مفتوحة النهايات واسعة الاستعمال في الأسس عند اليابسة و في المنشآت البحرية وذلك لأنها رخيصة الثمن مقارنه بأنواع الركائز الاخرى ولا تحتاج الى جهد عالي عند تنفيذها. أثناء عملية الغرز لهذه الركائز في التربة يتكون عمود من التربة يعرف بسدادة التربة، و مع استمرار اختراق الركيزة يمكن أن تتنامى مقاومة الاحتكاك بين السطح الداخلي للركيزة و سدادة التربة مما ينتج عنه منع دخول مزيد من التربة. و اعتمادا على الحركة النسبية بين الركيزة و سدادة التربة تعتبر الركيزة إما مغلقة بشكل تام أو مغلقة بشكل غير تام أو غير مغلقة. PLAXIS تم إجراء تمثيل عددي لتجارب عملية باستعمال برنامج الحاسبة - حيث تم استعمال نموذج تصلب التربة 2015 لتمثيل التربة. و خلال مسألة التحقق التي استعملت لمحاكاة النتائج HARDENING SOIL MODEL (HS SMALL) PLAXIS ) ركيزة باستعمال البرنامج 2 X 2العملية لمجموعة ركائز مؤلفة من ( -، حيث تم تمثيل الركائز كركائز 2015 حجمية و تمثيل قبعة الركائز الخرسانية باستعمال نموذج مرن خطي. لقد بينت المحاكاة أن نسبة الانحراف العظمى بين النتائج العملية و النظرية لا تزيد عن 13% .

Pipe pile --- open-ended --- fully plugged --- finite elements --- simulation.