Electrochemical cementation of offshore calcareous soil

Author： Shang J Q Mohamedelhassan E Ismail M

ISSN： 1208-6010

Source： Canadian Geotechnical Journal, Vol.41, Iss.5, 2004-09, pp. : 877-893

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Abstract

The electrochemical stabilization processes are studied in a calcareous soil recovered from the Western Australia coast and on the interface of calcareous soil and steel foundation. A series of experiments are performed to study the effects of two chemical agents used in electrochemical stabilization tests. The strengthening effects of electro kinetics and electrochemical treatments on the calcareous soil are investigated first. Significant increases in the undrained shear strength and effective cohesion are obtained after all tests, and the most significant improvement is found after the electrochemical treatment using a 15% CaCl₂ solution as the stabilization agent. Subsequently, an electrochemical test is carried out on the calcareous soil with an embedded steel plate to simulate a part of a caisson foundation, using CaCl₂ as the stabilization agent. In this test, the practical considerations for later large-scale tests and ultimately for field implementation are taken into account in the design, including factors such as the attachment of electrodes to the foundation, injection of the stabilization agent via perforated pipe electrodes, and distributions of voltage and electrical current in the soil. The result of this test reveals a 700% increase in the steel plate axial load capacity after 7 days of treatment with an applied voltage of 4 V. The main features of the approach are that it generates virtually no disturbance to the soil and the treatment is targeted at the soil–structure interface. With further development, the electrochemical treatment may be applied in offshore engineering for stabilization of foundations installed in weak calcareous soils.Key words: calcareous soil, offshore foundations, soil improvement, chemical stabilization, electrokinetics.On a étudié les processus électrochimiques de stabilisation dans un sol calcareux provenant de la côte de l'Australie de l'Ouest et sur l'interface du sol calcareux et d'une fondation d'acier. Une série d'expériences ont été réalisées pour étudier les effets de deux agents chimiques utilisés dans les essais de stabilisation électrochimiques. On a étudié en premier lieu les effets de renforcement des traitements électrocinétiques et électrochimiques sur le sol calcareux. Des accroissements significatifs de la résistance au cisaillement et de la cohésion effective ont été obtenus après tous les essais, alors qu'on a trouvé l'amélioration la plus significative après le traitement électrochimique au moyen d'une solution de 15 % de CaCl₂ comme agent de stabilisation. Subséquemment, une essai électrochimique a été réalisé sur le sol calcareux avec une plaque d'acier enfouie pour simuler une partie d'une fondation de caissons, utilisant du CaCl₂ comme agent de stabilisation. Dans cet essai, on prend en compte dans la conception les considérations pratiques pour des essais subséquents à grande échelle et finalement pour l'implantation sur le terrain, incluant des facteurs tels que: l'attache des électrodes à la fondation, l'injection de l'agent de stabilisation au moyen d'électrodes de tuyaux perforés, et les distributions de voltage et du courant électrique dans le sol. Le résultat de cet essai révèle un accroissement de la capacité portante axiale de la plaque d'acier de 700 % après 7 jours de traitement avec un voltage appliqué de 4 volts. Le principales caractéristiques de cette approche sont qu'elle ne génère pratiquement aucun remaniement du sol et le traitement est ciblé sur l'interface sol-structure. Avec des développements additionnels, on pourrait appliquer le traitement électrochimique dans l'ingéniérie offshore pour la stabilisation des fondation installées dans les sols calcareux mous.Mots clés : sol calcareux, fondations offshore, amélioration des sols, stabilisation chimique, électrocinétique.[Traduit par la Rédaction]