The effects of the structure on the mechanical behaviour of young Holocene alluvial materials from the Bormida River (Italy) and Turia River (Spain)

Abstract

[EN] The understanding of the mechanical behaviour of natural intact soils is central to engineers when designing new structures. The research carried in this thesis focused on investigating the effects of the naturally occurring in-situ structure on the mechanical behaviour of two shallow recently deposited Holocene alluvial materials, the Bormida River silts (BRS) from Italy and the Valencia silty soils (VSS) from the alluvial plains of the Turia River, Spain. These types of deposits are frequently characterised by highly heterogeneous in-situ structures.

A large range of soils with different size distributions from sands to silty clays were investigated. Oedometer and triaxial tests were carried out on intact, slurry and compacted samples. The first step was to characterise the behaviour of the materials at their reconstituted state to define the reference framework for investigating the effect of the in-situ structure of the intact specimens. The effects of the sample preparation technique on the mechanical behaviour were examined, in particular its influence on the uniqueness of the normal compression line and critical state line. The initial structure created during the preparation of the specimens was totally removed after compression and shearing regardless of the sample preparation method. Only one soil displayed a clear effect of the sample preparation technique, the oedometer compression lines of which remained parallel to each other even at a very high stress levels for the case of the slurry samples. This result showed that contrary to what is stated in the literature the sample preparation technique can created very robust initial structures resulting in a transitional behaviour.

Clears effects of the in-situ structure of the intact samples of the BRS and VSS were observed on the oedometer compression behaviour even at very high stress levels with stress sensitivity values still larger than unity at the end of the tests. It appeared that the effects were more noticeable as the degree of heterogeneity inside the specimens increased at a meso-structure level as it was the case of some samples of the VSS materials which exhibited a certain layering. Small effects of the in-situ structure were seen at large shearing strains and only on the wet side of the critical state.

[ES] El conocimiento del comportamiento mecánico de los suelos en su estado natural es de importancia capital para los ingenieros a la hora de diseñar nuevas obras. La investigación desarrollada en esta Tesis se centra en descubrir los efectos que tiene la estructura del suelo en su estado natural en la respuesta mecánica de dos suelos aluviales holocenos, depositados superficialmente: los limos del río Bormida (BRS) en Italia y los suelos limosos provenientes de la llanura aluvial del río Turia (VSS) en España. Este tipo de suelos se caracterizan frecuentemente por una estructura inicial altamente heterogénea.

Se ha ensayado una gran variedad de muestras con diferentes granulometrías, desde arenas a arcillas limosas en las que se han realizado ensayos edométricos y triaxiales en muestras intactas, compactadas y en muestras reconstituidas (slurry). En una primera etapa de la investigación se caracterizó la respuesta del material en su estado reconstituido para definir un marco de referencia con el que poder comparar la respuesta de las muestras intactas tomadas in situ y que preservan su estructura natural (inalteradas). Se ha analizado la influencia del modo de preparación de las muestras en su comportamiento mecánico, y, en particular, en la unicidad de las curvas de compresión noval y de estado critico. Se ha comprobado que la estructura inicial inducida durante el proceso de preparación desaparece completamente tras someter la muestra a compresión y corte, independientemente del método de preparación utilizado. Únicamente un suelo mostró, de un modo nítido, el efecto de la técnica de preparación, de modo que las líneas de compresión edométrica se mantuvieron paralelas incluso a niveles de tensión elevados en el caso de muestras reconstituidas (slurry). Este resultado demostró, contrariamente a la opinión aceptada en la bibliografía, que el sistema de preparación de la muestra puede crear una potente estructura inicial dando lugar a un comportamiento de tipo transicional.

En los ensayos de compresión edométrica se ha podido comprobar un claro efecto positivo de la estructura inicial de las muestras intactas, incluso a niveles altos de tensión, observándose índices de sensitividad tensional superiores a uno al final de los ensayos, de modo que para igualdad de índice de huecos, la tensión efectiva vertical de la muestra intacta es superior a la correspondiente en la muestra reconstituida. Aparentemente, este efecto es tanto más significativo cuanto mayor es el grado de heterogeneidad interno de la muestra a nivel de meso-estructura, como se pudo observar en algunas muestras de los suelos (VSS) que presentaban niveles de laminación horizontal. En los ensayos de corte la influencia de la estructura intacta fue relativamente pequeña y únicamente en el lado húmedo del estado critico.

[CA] Conèixer el comportament mecànic dels sòls en el seu estat natural és d'importància capital per als enginyers a l'hora de dissenyar noves obres. La investigació desenvolupada en aquesta Tesi se centra a descobrir els efectes de l'estructura del sòl en el seu estat natural en la resposta mecànica de dos sòls al¿luvials holocens, dipositats superficialment: els llims del riu Bormida (BRS) a Itàlia i els sòls llimosos provinents de la plana al¿luvial del riu Túria (VSS) a Espanya. Aquests tipus de sòls es caracteritzen sovint per una estructura inicial altament heterogènia. S'ha assajat una gran varietat de mostres amb diferents granulometries, des d'arenes fins a argiles llimoses amb les quals s'han realitzat assajos edomètrics i triaxials en mostres intactes, compactades i en mostres reconstituïdes (slurry).

En una primera etapa de la investigació es va caracteritzar la resposta del material en el seu estat reconstituït per a definir un marc de referència amb el qual poder comparar la resposta de les mostres intactes preses in situ i que preserven la seua estructura natural (inalterades). S'ha analitzat la influència del mètode de preparació de les mostres en el seu comportament mecànic i en particular, en la unicitat de les corbes de compressió noval i d'estat crític. S'ha comprovat que l'estructura inicial induïda al llarg del procés de preparació desapareix completament després de sotmetre la mostra a compressió i tall, independentment del mètode de preparació utilitzat. Únicament un sòl va mostrar clarament l'efecte de la tècnica de preparació, de manera que les línies de compressió edomètrica es van mantenir paral¿leles fins i tot a nivells de tensió elevats en el cas de mostres reconstituïdes (slurry).

Aquest resultat va demostrar, contràriament a l'opinió acceptada en la bibliografia, que el sistema de preparació de la mostra pot crear una potent estructura inicial donant lloc a un comportament de tipus transicional. Als assajos de compressió edomètrica s'ha pogut comprovar un clar efecte positiu de l'estructura inicial de les mostres intactes, inclús a nivells alts de tensió, observant-se índexs de sensitivitat tensional superiors a la unitat al final dels assajos, de manera que per a igualtat d'índex de buits, la tensió efectiva vertical de la mostra intacta és superior a la corresponent en la mostra reconstituïda. Aparentment, aquest efecte és més significatiu quant major és el grau d'heterogeneïtat intern de la mostra a nivell de meso-estructura, com es va poder observar en algunes mostres dels sòls (VSS) que presentaven nivells de laminació horitzontal. Als assajos de tall la influència de l'estructura intacta va ser relativament petita i únicament en el costat humit de l'estat crític."