Empirical correlation between undrained shear strength and preconsolidation pressure in Swedish soft clays

The undrained shear strength and preconsolidation pressure are key parameters in describing the characteristics of soft clays. The two parameters both reflect the clay’s structure and state of stress, and hence empirical correlations for undrained shear strength normalized with respect to preconsolidation pressure are widely used to assess soil behavior. The empirical correlations given in the literature are typically dependent on liquid limit, or plasticity index, but some studies have questioned the dependency and proposed correlations constant for consistency limits. Data from geotechnical projects often display a considerable scatter and deviate from established empirical correlations. In this thesis, statistical analyses are performed and evaluated qualitatively on direct simple shear, constant rate of strain and fall cone test data from 146 sampling points with a total of 596 soil samples from Stockholm, Gothenburg and Uppsala. The aim is to investigate the correlation between shear strength and the preconsolidation pressure. The thesis evaluates the normalized shear strength’s dependency on liquid limit, how the data corresponds to Hansbo’s (1957) and Swedish Geotechnical Institute’s (2007) linear empirical correlations, and the correction factor applied to shear strength measured by the fall cone test. The results of the study show that the correction factor typically reduces the shear strength from fall cone tests too much with respect to shear strength from direct simple shear tests. The normalized shear strength’s dependency on liquid limit may be rejected for the fall cone test data. The results for direct simple shear test data however, indicates a correlation with liquid limit. The data scatter is considerable, especially for fall cone test data, and the relevance of describing the normalized shear strength from fall cone test with a linear empirical correlation to liquid limit may conclusively be questioned.Skjuvhållfasthet och förkonsolideringstryck är två viktiga jordparametrar för lösa leror. Båda parametrar reflekterar lerans struktur och spänningstillstånd, och empiriska korrelationer för odränerad skjuvhållfasthet, normaliserad mot förkonsolideringstrycket, används därför ofta för att bedöma en leras egenskaper. De empiriska korrelationerna är vanligen kopplade till flytgräns eller plasticitetsindex. Dessa korrelationer har däremot ifrågasatts av studier som i vissa fall istället föreslagit ett konstant förhållande mellan normaliserad odränerad skjuvhållfasthet och plasticitetsgränser. Mätvärden från geotekniska projekt i Sverige visar allmänt stor spridning avseende dessa parametrar och data avviker ofta från etablerade empiriska korrelationer. I examensarbetet har data från direkta skjuvförsök, ödometerförsök och fallkonförsök utvärderats statistiskt och kvalitativt. Totalt omfattar studien 596 jordprover från 146 provtagningspunkter från Stockholm, Göteborg och Uppsala. Syftet med studien är att undersöka korrelationen mellan odränerad skjuvhållfasthet och förkonsolideringstryck. Studien behandlar den normaliserade skjuvhållfashetens flytgränsberoende, Hansbos (1957) och Statens Geotekniska Instituts (2007) empiriska korrelationer, samt den korrektionsfaktor som ska tillämpas på skjuvhållfastheter från fallkonförsök. Resultatet visar att korrektionsfaktorn reducerar skjuvhållfastheten för mycket och att korrigerade skjuvhållfastheter är i sämre samstämmighet med skjuvhållfastheter från direkta skjuvförsök än okorrigerade. Data från fallkonförsök uppvisar inget tydligt flytgränsberoende, medan resultaten från direkta skjuvförsök indikerar ett beroende. Spridningen i data är dock påfallande, särskilt för fallkonförsöket. Relevansen i att tillämpa en linjär empirisk korrelation för odränerad normaliserad från fallkonförsök mot förkonsolideringstryck beroende av flytgräns bör ifrågasättas