Tests of the interface between sand and steel in the simple shear apparatus

Abstract

The simple shear apparatus is used for tests on the interface between soil and other construction materials. A comparison was made of its advantages and disadvantages, as well as of the test results for sand-steel interfaces, with respect to three other types of interface testing apparatuses: the direct shear, the annular shear and the ring torsion types. A simple shear apparatus is less sophisticated than a ring torsion apparatus mainly in the non-uniformity of the stress distributions, but it can be used with much less technical difficulty. Good agreement was observed between the results from the three types on the correlations between the coefficient of friction and the roughness of the steel surface. The sliding displacement measured in simple shear tests showed good agreement with the observation in the ring torsion type of apparatus, but the tangential displacement in the direct shear test was larger, possibly because it included the displacement due to the strain in the sand mass inside the shear box. A modification was made to the evaluation of the steel surface roughness. The modified roughness was divided by the 50% diameter of the sand and called the normalized roughness. A good correlation was obtained between the coefficient of friction and the normalized roughness over a wide range of sand diameters. L'appareil de cisaillement simple s'emploie pour effectuer des essais sur l'interface entre le sol et d'autres matériaux de construction. On a comparé ses avantages et ses défauts aussi bien que les résultats de quelques essais sur des interfaces sable-acier avec ceux de deux autres types d'appareil pour effectuer des essais sur les interfaces, c'est-à-dire celui de cisaillement direct, celui de cisaillement annulaire et celui de cisaillement circulaire par torsion. Un appareil de cisaillement simple est moins évolué que celui de cisaillement circulaire par torsion, surtout à cause du manque d'uniformité des distributions de contraintes, mais on peut employer celui-là avec beaucoup moins de difficultés techniques. Les résultats obtenus à partir des trois types sont analogues et confirment la corrélation entre le coefficient de friction et la rugosité de la surface d'acier. Le déplacement glissant mesuré dans des essais de cisaillement simple correspond bien celui enregistré à l'aide de l'appareil de cisaillement circulaire par torsion, mais dans l'essai de cisaillement direct le déplacement tangentiel était plus grand, peut-être parce qu'il comprenait le déplacement provoqué par la contrainte dans la masse de sable à l'intérieur de la boîte de cisaillement. On modifia l'évaluation de la rugosité de la surface d'acier. La rugosité modifiée fut divisée par la moitié du diamètre du sable et appelée la rugosité normalisée. Une bonne corrélation fut obtenue entre le coefficient de friction et la rugosité normalisée pour un large intervalle de diamètres du sable.