Numerical simulations of cone penetration test in gassy sand deposits

Abstract

ensification of loose granular deposits with blast densification technique isusually verified with measurements of ground surface settlement and by comparison of penetration resistance with field tests performed after and before treatment. Field test ssuch as the Standard Penetration Test (푆푃푇) and Cone Penetration Test (퐶푃푇)are ommonly employed. Recent field performance data has shown SPT and CPT measurements after blasting lower than the values before treatment. It indicates that the soil mass has not been improved, in terms of strength, despite the treated ayer significantly settled after blasting. This phenomenon is a ttributed to factors such as loss of aging, redistribution of stress, particle rearrangement and gas bubbles trapped in the soil mass released by detonations. This research focused on numerically studying the effect of gas bubbles trapped in the soil mass on the penetration resistance measured with the CPT. Boundary value problems simulating edometer, triaxial and CPT tests were performed with the finite element code PLAXIS 2D. The hypoplastic sand model with the intergranular strain extension was used to model the constitutive response of the sand more fluid compressibility is modified to account for the resence of free gas into the soil structure. Results from the field and numerical analyses were combined to draw conclusions and provide recommendations. It was found that the increases of the pore fluid compressibility reduce, especially for loose to medium sands, the cavity expansion pressure which is directly related to the CPT tip resistance

Resumen: La densificación de depósitos de suelos granulares sueltos usando la técnica de densificación con explosivos es usualmente verificada a partir de asentamientos medidos en la superficie, y comparando la resistencia a la penetración obtenida de ensayos de campo ejecutados antes y después del tratamiento. El ensayo de penetración estándar (SPT) y el ensayo de penetración con cono (CPT) son comúnmente empleados. Datos recientes de medidas de resistencia obtenidas con el SPT y el CPT después de las explo siones son menores a los valores medidos antes del tratamiento. Esto indica que la masa de suelo no presenta ninguna mejora en términos de resistencia, a pesar de los asentamientos que se presentaron en el estrato mejorado después de las explosiones. Este fenómeno se atribuye a factores como la perdida de la edad del suelo, redistribución de esfuerzos, reordenamiento de partículas y las burbujas de gas atrapadas en la masa de suelo liberadas por la detonación. Esta investigación se enfoca en estudiar el efecto que causan las burbujas de gas atrapadas en la masa de suelos en la resistencia a la penetración medida con el CPT. Simulación numérica de ensayos edometricos, triaxiales y CPT fueron ejecutados con el programa de elementos finitos PLAXIS 2D. El modelo de hipoplasticidad para arenas con la extensión de la deformación entre granos se usó para modelar la respuesta de la arena. La compresibilidad del fluido en los poros se modificó para tener en cuenta la presencia de los gases dentro de la estructura de suelo.Los resultados obtenidos de las pruebas de campo y los análisis numéricos se combinaron para explicar si la falta de incremento en la resistencia a la penetración con CPT, después de la densificación con explosivos, es atribuida a la presencia del gas en forma de burbujas que se encuentran dentro de la masa de suelo.Se encontró que el incremento de la compresibilidad del fluido en los poros reduce, especialmente para arenas sueltas y medias, la presión de expansión de cavidad la cual estárelacionada con la resistencia por punta del CPT