Stiffness of coarse-grained soils at small strains

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Abstract
The accurate predictions of deformations around geotechnical structures depend on the correct definition of the stiffness–strain curve of the soil, and in particular on the elastic stiffness at very small strains, which, being the starting point of the curve, may be regarded as a benchmark parameter for a given soil. Whereas for clays the factors controlling stiffness are well understood, for sands the current analyses tend to be empirical. The paper presents the results of bender element tests examining the elastic stiffness of sands, which is then related to the stiffness at larger strains determined in triaxial tests using a new system of local axial strain measurement. Three sands with very different geological origins were tested over a wide range of stresses, allowing a new general framework for stiffness to be established. By means of correct normalization of the data, unique relationships are derived for each soil which demonstrate that the confining stress and volumetric state relative to the normal compression line are principal controlling factors as they would be for clays. The paper shows, however, that for sands the means of arriving at its initial volume–stress state is also important, in particular whether this is by geological overconsolidation or compaction during the depositional process. La précision des prévisions des déformations autour de structures géotechniques repose sur une définition correcte de la courbe rigidité/ déformation du sol, et en particulier sur la rigidité élastique à très faibles contraintes, qui, vu qu'elle constitue le point de départ de la courbe, pent être considérée le paramètre de référence d'un sol donné. On comprend bien les facteurs qui régissent la rigidité des argiles, mais, dans le cas des sables, les analyses actuelles tendent à être empiriques. L'article présente les résultats d'essais de résistance à la flexion réalisés pour examiner la rigidité élastique des sables et la mettre ensuite en corrélation avec la rigidité à des contraintes plus fortes, établie dans des essais triaxiaux à I'aide d'un nouveau système de mesure locale des contraintes axiales. Les essais ont porté sur trois sables d'origines géologiques très différentes, dans un large éventail de contraintes, ce qui a permis de formuler un nouveau schéma général pour la rigidité. Grâce à une normalisation correcte des données, les auteurs ont pu établir pour chaque sol des rapports individuels qui montrent que la contrainte de confinement et la contrainte hydrostatique par rapport à la ligne de compression normale sont les principaux facteurs déterminants, tout comme dans le cas des argiles. L'article montre toutefois que, dans le cas des sables, le processus qui aboutit à I'état initial de contrainte hydrostatique est aussi un facteur important, qu'il s'agisse de préconsolidation géologique ou de tassement pendant la sédimentation.

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