Characteristic water contents of a fine-grained soil—water system

Abstract

This paper critically appraises the limitations of the liquid-limit water content of clayey soils determined conventionally either by percussion cup or by the cone penetration method. It is shown that the conventional liquid limit and plastic limit are arbitrary, strength-based water contents and that they cannot represent the plasticity limits, and that the state of the soil— water system at the conventional liquid limit does not correspond to a stress-free reference state. The present investigation identifies three characteristic limiting water contents for a soil— water system which have well-defined, unique mechanisms controlling them, namely the free swell limit, settling limit and shrinkage limit. Simple procedures for the determination of the free swell limit and settling limit of natural soils are presented. The settling limit is shown to be the 'real liquid limit' of any clayey soil. With a number of experimental illustrations, it is clearly shown that the settling limit represents the maximum water-holding capacity of clayey soils and that it corresponds to the stress-free reference state. Cet article fait une évaluation critique des restrictions de la teneur en eau à limite liquide des sols argileux, déterminée de manière convendonnelle par coupe de percussion on par essai de pénétration. II a été démontré que la limite liquide conventionnelle et la limite de plasdcité sont des teneurs en eau arbitraires basées sur la résistance qui ne peuvent représenter les limites de plasdcité et que l'état du système sol-eau à la limite liquide conventionnelle ne correspond pas à un 6tat de référence sans contrainte. Cette étude identifie trois caractéristiques limitant les teneurs en eau pour un système sol-eau qui a des mécanismes uniques et bien définis pour les contr&circler, nommément la limite de gonflement libre, la limite d'affaissement et la limite de retrait. Nous présentons ici des procédures simples pour déterminer la limite de gonflement libre et la limite d'affaissement des sols naturels. Nous montrons que la limite d'affaissement est la 'limite liquide réelle' de tout sol argileux. Avec plusieurs illustrations expérimentales, nous démontrons clairement que la limite d'affaissement représente la capacité maximum de retenue de l'eau des sols argileux et qu'elle correspond à l'état de référence sans contrainte.