Effects of small scaling on the stress dilatancy response of coarse gravel soil

Stress strain behavior of oversized soils is usually assessed after tests on small-scale specimens, where grading is altered due to size restrictions imposed by the available testing devices. It is well known that particle size distribution (PSD) has a strong effect on the mechanical behavior of granular soils, however, most studies reported on this topic are related to sands. This study presents an experimental study of triaxial shearing on coarse soil at different size specimen scales. The scope is to evaluate the impact of small scaling through scalping grading on the stress strain behavior of coarse alluvial gravels. Conventional triaxial compression tests were performed on specimens of 100, 150 and 800 mm in diameter. Grading and size effects are presented and discussed. The results show that dilatancy strongly increases when reducing the specimen size, and the critical state line shifts to higher void ratios. This outcome is due to PSD and packing properties, because small scale specimens are more uniformly graded than coarser ones. The paper addresses the implications of small scaling in gravelly materials.

Résumé

Dans la pratique, la caractérisation mécanique des matériaux graveleux est généralement réalisée sur des éprouvettes de petite taille, dans lesquels la dimension maximale des particules est réduite afin de permettre leur mise en place dans les appareils d’essai standard. Cette adaptation implique une modification de la granulométrie initiale, dont l’influence sur le comportement contrainte-déformation est bien connue. Toutefois, la majorité des études sur les effets de la granulométrie ont été menées après des essais sur des sables, et l’impact de la réduction d’échelle sur les sols graveleux reste encore marginalement compris. Cet article présente une étude expérimentale sur la réponse au cisaillement d’un sol grossier à différentes échelles d’éprouvettes. L’objectif principal est d’évaluer l’influence des méthodes de réduction d’échelle sur le comportement en déformation des sols grossiers. La technique de granulométrie tronquées a été utilisée pour préparer les éprouvettes. Des essais triaxiaux ont été réalisés à l’aide de cellules standards et de très grande taille, capables d'accommoder des éprouvettes de 100, 150 et 800 mm de diamètre. Les effets de la granulométrie et de la taille des éprouvettes sont présentés et discutés. Les analyses montrent que la dilatance diminue fortement avec la taille de l’éprouvette, tandis que la ligne d’état critique se déplace vers des indices des vides plus denses. Ces différences sont principalement liées à la granulométrie et aux propriétés de compacité —les éprouvettes réduites étant plus uniformément granulés que celles de grande taille. L’article présente des perspectives pratiques sur les effets liés à la réduction d’échelle et de leurs implications pour la caractérisation des matériaux graveleux.