Reliability-based design of stone columns for ground improvement considering two settlement failure modes. The necessity of preloading

This paper studies stone column under uncertainty, analyzing two settlement failure modes: i) “remaining” settlements, or settlements occurring after some waiting period; and ii) “total” settlements, or settlements occurring since application of the load acting on the improved ground. An improved theoretical solution that considers the influence of the radial deformation and yielding of the column on the (radial only) consolidation analysis is employed. Reliability methods are used to consider the effects of uncertainties on the probability of failure under both failure modes. To work with realistic values of geotechnical parameters, data are taken from a real soil improved with stone columns. The main conclusion of is the necessity of pre-loading the ground improved with stone columns so that settlements occur before application of the load associated to the permanent structure. Otherwise the probability of failure can be very high, even in cases in which the deterministic margin of safety may be sufficient.

Cette étude est dédiée, dans le cadre de l’analyse d’incertitude, à deux modes de défaillance des colonnes ballastées: i) les tassements « résiduels » ou tassements survenant après une période d’attente; et ii) les tassements « totaux », ou tassements obtenus suite à l’application du chargement sur le sol renforcé. Nous considérons ici, une solution analytique améliorée qui considère l’influence de la déformation radiale et de la déformation plastique de la colonne, sur l’analyse de la consolidation (radiale seulement). Des méthodes de fiabilité sont utilisées pour évaluer les effets des incertitudes sur la probabilité de défaillance selon les deux modes envisagés. Pour travailler avec des valeurs réalistes des paramètres géotechniques, les données sont issues d’un cas réel de sol renforcé avec des colonnes ballastées. La conclusion principale est qu’il est nécessaire d’appliquer un préchargement aux sols améliorés avec des colonnes ballastées de sorte que les tassements aient lieu avant l’application du chargement de la structure définitive. Dans le cas contraire, la probabilité de défaillance peut être très élevée, même quand la marge de sécurité parait suffisante.