Laboratory and field studies of response of structures to heave of expansive clay

Abstract

Laboratory and field studies are presented concerning the interaction that takes place between expansive soils and structures. A model floating slab and fixed slab were constructed on a highly expansive soil contained in a stainless steel box, which was also used to obtain large, undisturbed soil samples and used as a part of the laboratory experiment. A controlled heave test was conducted to investigate the effect of heave rate on swelling pressure. In the field, an instrumented, reinforced concrete structure and an in situ test were carried out to investigate heave movement, structure—expansive soil interaction and structural damage, while the ground was artificially wetted through vertical sand drains. The field and laboratory tests were compared with the results of the conventional oedometer test. The swelling pressure obtained from the constant volume test, in which the volume of the specimen was kept constant throughout the test, almost coincides with the average pressure predicted from the braced fixed slab test. A major reduction in swelling pressure takes place if the expansion is not completely restrained, as revealed from both the unbraced fixed slab and the instrumented field tests. The presence of non-uniform fissures in clay could lead to a differential heave and a reduction in swelling pressures. Les auteurs présentent des études de laboratoire et sur le terrain portant sur ľinteraction entre les sole expansifs et les ouvrages. Its ont construct un modèle de dalle flottante et de dalle fixe dans un sol très expansif contenu dans une caisse en acier inoxydable, qˇils ont également utilisée pour obtenir de grands échantilIons de sol intact et pour les expériences en laboratoire. Ils ont effectué un essai contrô1é de soulèvement pour examiner ľeffet du taux de soulèvement sur la pression de gonflement. Sur le terrain, un ouvrage instrumenté en béton armé a servi à étudler les mouvements de soulèvement, ľinteraction entre ľouvrage et le sol expansif et les dégâts subis par ľouvrage après ľhumidification artificielle du sol à ľaide de pieux drainants. Les résultats des essais sur le terrain et en laboratoire ont été comparés à ceux ďun essai oedométrique classique. La pression de gonflement donnée par ľessai à volume constant, où le volume du spécimen reste constant pendant tout ľessai, coincide presque exactement avec la pression moyenne prédite par ľessai de la dalle fixe renforcée. Une forte réduction de la pression de gonflement se product si ľexpansion ňest pas entièrement refrénée, comme ľont montré les essais avec la dalle fixe non renforcée et les essais instrumentés sur le terrain. La présence de fissures non uniformes dans ľargile pourrait expliquer la variation du soulèvement et la réduction des pressions de gonflement.