Prediction of the variation of swelling pressure and 1-D heave of expansive soils with respect to suction using the soil water retention curve as a tool

ABSTRACT: The one-dimensional (1-D) potential heave (or swell strain) of expansive soil is conventionally estimated using the swelling pressure and swelling index values which are determined from different types of oedometer test results. The swelling pressure of expansive soils is typically measured at saturated condition from oedometer tests. The experimental procedures of oedometer tests are cumbersome as well as time-consuming for use in conventional geotechnical engineering practice and are not capable for estimating heave under different stages of unsaturated conditions. To alleviate these limitations, semi-empirical models are proposed to predict the variation of swelling pressure of both compacted and natural expansive soils with respect to soil suction using the soil water retention curve (SWRC) as a tool. An empirical relationship is also suggested for estimating the swelling index from plasticity index values, alleviating the need for conducting oedometer tests. The predicted swelling pressure and estimated swelling index are then used to estimate the variation of 1-D heave with respect to suction for expansive soils by modifying Fredlund (1983) equation. The proposed approach is validated on eight field sites from six countries; namely, Saudi Arabia, Australia, Canada, China, US, and the UK, and on six different compacted expansive soils from US. Le soulèvement potentiel unidimensionnel (ou déformation de gonflement) des sols gonflants est estimée conventionnellement en utilisant la pression de gonflement et l'indice de gonflement, qui sont déterminées à partir de différents types de résultats d'essais oedométriques. La pression de gonflement des sols gonflants est généralement mesurée à l'état saturé à partir de tests oedométriques. Les procédures expérimentales des essais oedométriques sont généralement trop lourdes et demandent trop de temps pour leur utilisation de façon routinière dans la pratique de l'ingénierie géotechnique conventionnelle, et elles ne permettent pas d'estimer le soulèvement à différents degrés de saturations. Pour pallier ces limitations, un modèle semi-empirique est proposé pour prévoir la variation de la pression de gonflement du sol expansif par rapport à la succion du sol en utilisant la courbe de rétention d'eau (CRE) comme outil d'estimation. Une relation empirique est également suggéré pour estimer l'indice de gonflement à partir de l'indice de plasticité, réduisant le besoin d'essais oedométriques. La pression de gonflement l'indice de gonflement calculés sont ensuite utilisées pour l'estimation de la variation unidimensionnelle du soulèvement en fonction de la succion pour des sols gonflants en modifiant l'équation de Fredlund (1983). L'approche proposée est validée en utilisant huit sites différents situés dans six pays différents; à savoir l'Arabie saoudite, l'Australie, le Canada, la Chine, les Etats-Unis et le Royaume-Uni; ainsi que sur six types de sols gonflants compactés provenant des Etats-Unis.The accepted manuscript in pdf format is listed with the files at the bottom of this page. The presentation of the authors' names and (or) special characters in the title of the manuscript may differ slightly between what is listed on this page and what is listed in the pdf file of the accepted manuscript; that in the pdf file of the accepted manuscript is what was submitted by the author