Progressive destructuring of Bothkennar clay. implications for sampling and reconsolidation procedures

Abstract

Triaxial stress and strain path tests have been carried out on high-quality Laval and Sherbrooke samples of lightly overconsolidated Bothkennar clay. The specimens were instrumented with local axial and radial strain and mid-plane pore pressure measurement, with precautions being taken to retain the existing pore water chemistry. The test programme imposed shear and volumetric strains of various magnitudes to assess the reduction in strength and stiffness caused by sampling and laboratory reconsolidation procedures. It is concluded that for this clay even very high quality tube samples will suffer a significant loss in mean effective stress, and some loss of structure during sampling, as a result of the imposed undrained shear strain cycle. Re-establishment of the initial effective stress level, by an appropriate stress path, will recover a proportion of the undisturbed undrained compressive strength that depends on the amount of destructuring: stiffness cannot be fully recovered. Reconsolidation procedures risk taking the specimen through the current yield surface, in which case large volumetric strains will occur and be accompanied by significant destructuring and, hence, irrecoverable loss of strength and stiffness. For natural clays, such as Bothkennar clay, the variability of structure within the deposit means that normalization solely with respect to effective stress cannot be used to allow for the disturbance caused by tube sampling, or to recover in situ soil properties. Des essais au triaxial avec chemin de contraintes et déformations ont été faits sur des échantillons Laval et Sherbrooke d'argile de Bothkennar un peu sur-consolidée de haute qualité. Les spécimens ont été instrumentés, les déformations locales axiales et radiales ainsi que la pression interstitielle à mi-plan étant mesurées, des précautions étant prises pour conserver la chimie de l'eau interstitielle existante. Le programme d'essaise impo-sava des déformations de cisaillement et de volume d'ampleurs variées pour établir la réduction de la résistance et de la raideur causée par les procédés d'échantillonnage et de re-consolidation en laboratoire. On a conclus que pour cette argile même des échantillons mince paroi de haute qualité verront une réduction importante de la contrainte effective moyenne et quelque déstructuration pendant l'échantillonnage, comme résultat du cycle de déformation de cisaillement non drainé imposé. Le rétablissement du niveau initial de la contrainte effective, par un chemin de contrainte approprié, permettra de récupérer une proportion de la résistance à la compression non drainée non remaniée dépendant de l'ampleur de déstructuration: la raideur ne peut jamais être pleinement retrouvée. Les procédures de re-consolidation risquent de mener l'échantillon au delà de la surface de fluage courante, au quel cas de grandes déformations de volume prendront place, et seront accompagnées par une déstructuration importante, et, donc, de pertes de résistance et de raideur irréparables. Pour des argiles naturelles telle que l'argile de Bothkennar, la variabilité de la structure au sein de la couche signifie que la normalisation par rapport à la contrainte effective seulement ne peut pas être utilisée pour prendre en compte le remaniement causé par l'échantillonnage au tube, en pour retrouver les propriétés du sol in-situ.