Laboratory compaction of a subgrade layer overlying a deep soil deposit

Abstract

Roads constitute the largest and most expensive project that governments undertake. The deterioration of the infrastructure of these roads represents a major and outstanding problem in transportation engineering. Construction of roads is usually made by stripping the top soil (600–1000 mm), which often contains organic materials, and replacing it with a layer of subgrade material (crushed stones, well-graded sand). A thin layer of asphalt or concrete is usually placed on the top of the subgrade layer to provide a durable surface. One of the main design requirements is that the subgrade material must be compacted up to a minimum of 95% of the Proctor maximum dry density, as determined from laboratory test results (AASHTO). This requirement is usually specified as a norm in any contract document involving field compaction. The choice of 95% is based on the fact that conditions in the field may not be ideal, given a realistic variance in soils, equipment, weather and the human factor as compared with the laboratory conditions. A 5% leeway is taken as cost-effective. This paper examines the role of a weak, deep deposit existing below the subgrade layer on the level of compaction achieved. Experimental and numerical investigations were conducted on the compaction of a thin layer overlying a deep/soft layer. The results of these investigations will confirm that the stiffness of the lower deep deposit presents a serious parameter that governs the compaction of the upper thin layer. Furthermore, the suitability of the laboratory compaction test performed in Proctor's set-up to predict field compaction will be examined. A new laboratory set-up is proposed to duplicate the presence of a weaker deposit below the thin layer under compaction. Design charts are presented to assist in determining the maximum compaction that can be achieved in a thin layer as a function of the stiffness of the underlying natural deposit. La construction de routes constitue le projet le plus vaste et le plus coûteux qu'un gouvernement peut entreprendre. La détérioration de leur infrastructure représente un énorme problème, jamais résolu, aux ingénieurs des Ponts & Chaussées. La construction de routes se fait normalement en enlevant la couche de terre supérieure (sur 600 à 1000 mm), couche qui contient souvent des matières organiques, et à la remplacer par un fond de forme (pierres broyées, sable bien calibré ). Une fine couche d'asphalte ou de béton est alors placée par-dessus afin de donner une surface durable. Un des principaux critères de conception est que le matériau du fond de forme doit être compacté jusqu'à un minimum de 95% de la densité sèche maximum de Proctor, ainsi que l'ont déterminé les résultats des essais en laboratoire (AASHTO). Cette condition est généralement spécifiée comme norme dans tout contrat faisant intervenir un compactage du terrain. Le choix de 95% se base sur le fait que les conditions dans le terrain ne sont peut-être pas idéales, étant donné une variance réaliste des sols, des équipements, du climat et des facteurs humains par rapport aux conditions en laboratoire. Une marge de 5% est considérée comme rentable. Cet exposé examine donc le rôle d'un dépôt profond mais faible, situé en dessous de la couche de fond de forme sur le niveau de compactage obtenu. Nous avons mené des enquêtes expérimentales et numériques sur le compactage d'une couche mince reposant sur une couche profonde/tendre. Les résultats de ces enquêtes confirment que la rigidité du dépôt profond sous-jacent est un paramètre qui affecte sérieusement le compactage de la couche mince supérieure. De plus, nous examinons si l'essai de compactage en laboratoire dans une installation Proctor convient pour prévoir le compactage de terrain. Nous proposons une nouvelle installation expérimentale pour reproduire la présence d'un dépôt plus faible sous la couche mince à compacter. Nous présentons des tableaux conceptuels afin d'aider à déterminer le compactage maximum qui peut être obtenu sur une couche mince comme fonction de la rigidité du dépôt naturel sous-jacent.