Water content-void ratio swell-shrink paths of compacted expansive soils

Abstract: This paper addresses the behaviour of compacted expansive soils under swell-shrink cycles. Laboratory cyclic swell-shrink tests were conducted on compacted specimens of two expansive soils at surcharge pressures of 6.25, 50.00, and 100.00 kPa. The void ratio and water content of the specimens at several intermediate stages during swelling until the end of swelling and during shrinkage until the end of shrinkage were determined to trace the water content versus void ratio paths with an increasing number of swell-shrink cycles. The test results showed that the swellshrink path was reversible once the soil reached an equilibrium stage where the vertical deformations during swelling and shrinkage were the same. This usually occurred after about four swell-shrink cycles. The swelling and shrinkage path of each specimen subjected to full swelling -full shrinkage cycles showed an S-shaped curve (two curvilinear portions and a linear portion). However, the swelling and shrinkage path occurred as a part of the S-shaped curve, when the specimen was subjected to full swelling -partial shrinkage cycles. More than 80% of the total volumetric change and more than 50% of the total vertical deformation occurred in the central linear portion of the S-shaped curve. The volumetric change was essentially parallel to the saturation line within a degree of saturation range of 50-80% for the equilibrium cycle. The primary value of the swell-shrink path is to provide information regarding the void ratio change that would occur for a given change in water content for any possible swell-shrink pattern. It is suggested that these swell-shrink paths can be established with a limited number of tests in the laboratory. Key words: expansive soils, oedometer tests, swell-shrink behaviour, shrinkage tests. Résumé : Cet article traite du comportement des sols gonflants compactés sous des cycles de gonflement-retrait. Les essais en laboratoire de gonflement-retrait ont été réalisés sur des spécimens compactés de deux sols gonflants à des pressions de surcharge de 6,25, 50,00, et 100,00 kPa. On a déterminé l'indice des vides et la teneur en eau des spéci-mens à plusieurs étapes intermédiaires durant le gonflement jusqu'à la fin du gonflement, et durant le retrait jusqu'à la fin du retrait, pour tracer le cheminement de la teneur en eau en fonction de l'indice des vides avec le nombre croissant de cycles de gonflement-retrait. Les résultats d'essais ont montré que le cheminement gonflement-retrait était ré-versible une fois que le sol avait atteint une étape d'équilibre où les déformations verticales durant le gonflement et le retrait étaient les mêmes. Cette étape était généralement atteinte après environ quatre cycles de gonflement-retrait. Le cheminement de gonflement et retrait de chaque spécimen assujetti à des cycles de gonflement complet et retrait complet ont montré une courbe en forme de « S » (deux portions curvilignes et une portion linéaire). Cependant, le cheminement de gonflement et retrait se produisait le long de la courbe en forme de « S » lorsque le spécimen était soumis à des cycles de gonflement-retrait partiel. Plus de 80 % du changement volumétrique total et plus de 50 % de la dé-formation verticale totale se sont produits le long de la portion centrale linéaire de la courbe en forme de « S ». On a trouvé que le changement volumétrique était essentiellement parallèle à la ligne de saturation à l'intérieur d'un degré de saturation variant dans la plage de 50 à 80 % pour le cycle d'équilibre. La valeur première du cheminement gonflement-retrait est de fournir de l'information quant au changement de l'indice des vides qui se produirait pour un changement donné de teneur en eau pour n'importe quel schéma possible de gonflement-retrait. On croit que ces cheminements gonflement-retrait peuvent être établis avec un nombre limité d'essais en laboratoire. Mots clés : sols expansifs, essais oedométriques, comportement gonflement-retrait, essais de retrait. [Traduit par la Rédaction] Tripathy et al. 95