Validation of oedometric CRS test on undisturbed samples

• Research unit: FEDRO RBT
• Project number: VSS2008/501

Key words (English)

Geotechnique, laboratory test, œdometric test, settlements

Key words (French)

Géotechnique, essai en laboratoire, essai œdométrique, tassements

Short description (English)

The standard œdometric test (incremental œdometer) is a very old test (Terzaghi, 1925) which is still carried out today. It has several drawbacks, particularly the inaccuracy in the determination of the preconsolidation stress and the length and complexity of the procedure. The constant rate loading test (CRS) avoids these two problems, but it is not yet considered as a standard test.

An initial research project (VSS 1999/285) has shown great interest in this procedure. It has also led to a literature search, develop theories of primary consolidation, conduct comparative tests and develop a test procedure. However this research has been carried out on reconstituted samples. In order to introduce this procedure, as a standard œdometric test and as a basis for the drafting of an SN standard, tests on undisturbed samples are still needed.

Short description (French)

L'essai œdométrique incrémental est un très vieil essai (Terzaghi, 1925) toujours réalisé aujourd'hui. Il présente différents défauts, notamment l'imprécision de la détermination de la contrainte de préconsolidation et une procédure complexe. L'essai à vitesse de chargement constante (CRS) remédie à ces deux défauts mais il n'est pas encore considéré comme un essai standard.

Une première recherche (VSS 1999/285) a montré un grand intérêt pour cette procédure. Elle a aussi permis d'effectuer une recherche bibliographique, d'approfondir les théories de la consolidation primaire, d'effectuer des essais comparatifs et d'élaborer une procédure d'essai. Cependant cette recherche n'a été effectuée que sur des échantillons remaniés. Afin d'introduire cette procédure, comme essai œdométrique standard et pour servir de base à la rédaction d'une norme SN, des essais sur des échantillons intacts doivent encore être réalisés.

Project description (French)

En Suisse, où les sols compressibles prédominent, l'essai œdométrique est probablement l'essai de mécanique des sols le plus important. L'essai réalisé actuellement est un essai dit incrémental où la charge verticale est appliquée par paliers et l'éprouvette placée dans un anneau métallique qui empêche toute déformation latérale. Il est réalisé selon des procédures diverses, mais cependant proches l'une de l'autre, car il n'existe pas de norme décrivant une procédure unique.

La procédure de l'essai incrémental a été mise au point par K. Terzaghi (1925), A. Casagrande (vers 1932) et G. Gilboy (1936). Les premiers essais effectués en Suisse avec cette procédure datent de 1935 environ. Depuis lors, les principales améliorations ont porté surtout sur les méthodes d'acquisition des données de l'essai.

Les principaux défauts de l'essai incrémental sont:

• La difficulté de déterminer la contrainte de préconsolidation qui est d'une très grande importance pour le calcul des tassements.

• La longue durée de l'essai et les nombreuses opérations à réaliser qui induisent un coût élevé.

• Les conditions de déformation et de drainage qui font que la déformabilité du sol ainsi déterminée est avant tout celle provoquée par la consolidation du sol (drainage de l'eau interstitielle). Cet essai ne donne ainsi de bons résultats que pour les sols fins. Ce dernier défaut est cependant aussi le propre de l'essai à vitesse de chargement constante (CRS).

L'essai œdométrique CRS a été proposé et développé notamment par Crawford (1964), Smith et Wahls (1969), Lowe et al. (1969), Aboshi et al. (1970), Wissa et al. (1971) et Janbu (1981).

Par rapport à l'essai incrémental, les deux plus grands avantages de l'essai à vitesse de chargement constante (CRS) sont: la mesure précise de la contrainte de préconsolidation et une procédure plus simple et plus rapide, donc moins coûteuse.

Il existe, bien entendu, d'autres essais pour déterminer les paramètres de déformabilité d'un sol parmi lesquels on peut citer:

• l'essai œdométrique, dit triaxial, réalisé dans la cellule de l'essai triaxial,

• l'essai de plaque réalisé in situ

• et l'essai pressiométrique ou dilatométrique réalisé dans des forages.

Expected findings/ usefulness, beneficiaries (French)

Détermination facilitée et plus précise de la contrainte de consolidation et réalisation plus rapide de l’essai œdométrique. Concepteurs et maîtres d'ouvrages.

Methods (French)

Collecte d’échantillons intacts, réalisation d’essais œdométriques CRS et standards, comparaison des résultats.

Special tools and infrastructure (French)

Appareillages oedométriques.

Overview of research activities (French)

Le rapport VSS 199/285 de juin 2005 montre qu'il existe de nombreuses raisons de vouloir normaliser l’essai CRS.

Cet essai présente essentiellement l’avantage d’être beaucoup plus rapide que l’essai classique. De plus, lors de sa réalisation, les mesures sont prises en continu, ce qui permet une détermination plus précise des paramètres œdométriques. Avec l'acquisition automatique des données, le CRS n’est pas plus difficile à utiliser que l’œdomètre incrémental et de nombreuses recherches préalablement effectuées montrent la validité du CRS.

Les essais comparatifs effectués sur des sols argileux, limoneux, voire sableux montrent aussi que les paramètres C_c, C_s, c_v, m_v, k avec le CRS sont tout à fait comparables et très semblables à ceux obtenus avec l’œdomètre incrémental classique.

Avec les sols reconstitués utilisés, quelques difficultés ont été mises en évidence lors de la détermination du point de préconsolidation avec la méthode de Casagrande. Par contre la détermination de la préconsolidation à partir de la courbe de variation de la pression interstitielle au cours de l'essai CRS offre une bonne alternative.

Une inconnue persiste pour les sols très sensibles à la consolidation secondaire et les sols de consistance très molle à visqueuse. En effet sur ces matériaux, la courbe œdométrique obtenue va être influencée par l’effet de vitesse. Cependant sur les matériaux utilisés dans cette 1^ère étude, seul le kaolin avait montré une très légère sensibilité à la vitesse de sollicitation. Avec les œdomètres standards, ce problème existe aussi et il n'est également pas résolu. Des pistes existent en vue de la correction de cet effet de vitesse et de plus amples recherches, notamment sur la viscosité des sols, devraient encore être entreprises afin de mieux connaître leur comportement lors de leur consolidation.

Au vu des résultats obtenus lors de cette première étude, l'œdomètre CRS a donné globalement des résultats très corrects et la rédaction d'une norme pour cet essai en Suisse peut être recommandée.

Project aims (English)

An initial research was conducted on reconstituted soil (VSS 1999/285). She showed great interest for the œdometric CRS test (Constant Rate of Strain). This additional research will be carried out on undisturbed samples. The advantages of the CRS tests are numerous enough to justify a standardisation procedure in Switzerland.

Project aims (French)

Une première recherche a été effectuée sur des sols remaniés (VSS 1999/285). Elle a montré un grand intérêt pour les essais œdométriques CRS, à vitesse de chargement constante. Cette recherche complémentaire réalisée à partir d’échantillons intacts doit conduire à l’établissement définitif d'une procédure suisse normalisée de cet essai.

Research agenda (French)

La recherche sera menée selon la démarche suivante:

• choix de toute une palette d'échantillons intacts représentatifs des sols compressibles en Suisse

• Essais comparatifs, sur des échantillons intacts, entre l'essai œdométrique standard (incrémental) et l'essai CRS réalisé selon la procédure déjà mise au point.

• Propositions pour l'établissement d'une procédure suisse normalisée de l'essai CRS

Transfer and application (French)

Etablissement d’une procédure normalisée pour l’exécution des essais œdométriques en relation avec :

EN - ISO 17892-5.

Publications / Results (German)

.

Berichtsnummer (German)

1321

Literature (French)

Aboshi H., Yoshikumi H., Maruyama S. (1970), Constant loading rate consolidation test. Soils and Foundations, (10). 1, pp. 43-56.

Crawford C.B. (1964), Interpretation of the consolidation test. Proc. ASCE, (90), SM5,
pp. 87-102.

Degen W. (1994), Sekundärsetzung in reinen Tonen, Mitteilungen des Institutes für Geotechnik der ETHZ, Band 206 2/94.

Gilboy G. (1936), Improved soil testing methods. Engineering News Record, May 21.

Janbu N., Tokheim O., Senneset K. (1981), Consolidation test with continuous loading. Proc. of the X ICSMFE, Stockholm, Vol 1, pp. 645-654.

Lowe J., Jonas E., Obrician V. (1969), Controlled gradient consolidation test. Proc. ASCE, (95), SM1, pp. 77-97.

Smith R.E., Wahls H.E. (1969), Consolidation under constant rates of strain. Proc. ASCE, (95), SM2, pp. 519-539.

Terzaghi K. (1925), Principles of soil mechanics: IV, Settlement and consolidation of clay. Engineering News Record, vol. 95, No 22, p. 874.

Wissa A.E.Z., Christian J.T., Davis E.H., Heiberg S. (1971), Consolidation at constant rate of strain. Proc. ASCE, (97), SM10, pp. 1393-1413.

Steinmann G. (2005), Remplacement de l'essai œdométrique standard par un essai CRS (Constant Rate of Strain). Rapport VSS 1999/285 DETEC, Office fédéral des routes.