Evaluation of the geomechanical behavior of fiber-reinforced clay soil

ABSTRACT: Reinforcing soil by adding distinct fibers is an option for enhancing soil strength. This study evaluates the role of discrete polymeric fibers in altering the geomechanical behavior of clay soil. Undrained triaxial compression tests are performed on clay samples reinforced with three lengths (6 mm, 18 mm, and 48 mm) of polypropylene fibers. The influence of sample preparation techniques (compacting the soil to its optimum moisture content and placing hydraulically as a slurry) on the behavior of the soil-fiber composite is also analyzed. All fiber-reinforced samples showed a tendency to bulge with no evident failure plane upon shearing. Compacted fiber-reinforced samples exhibited higher deviator stress compared to the slurry samples owing to their higher density and optimum water content. Greater amount of tension was mobilized in 18 mm long fibers and hence the maximum strength and pore pressure response was observed in 18 mm long fiber-reinforced composites. The paper also discusses the limitations of traditional triaxial compression tests in predicting the strength of fiber-reinforced composites. The results of this research are anticipated to be applicable to estimate the undrained behavior and shear strength of fibrous organic soils and soils reinforced with elements that act in tension.

RÉSUMÉ: Renforcer le sol en ajoutant des fibres distinctes est une option pour améliorer la résistance du sol. Cette étude évalue le rôle des fibres polymères discrètes dans la modification du comportement géomécanique des sols argileux. Des essais de compression triaxiale non drainés sont effectués sur des échantillons d'argile renforcés avec trois longueurs (6 mm, 18 mm et 48 mm) de fibres de polypropylène. L'influence des techniques de préparation des échantillons (compactage du sol à sa teneur en humidité optimale et mise en œuvre hydraulique sous forme de lisier) sur le comportement du composite sol-fibre est également analysée. Tous les échantillons renforcés de fibres ont montré une tendance à gonfler sans plan de rupture évident lors du cisaillement. Les échantillons compactés renforcés de fibres ont présenté une contrainte de déviateur plus élevée que les échantillons de suspension en raison de leur densité plus élevée et de leur teneur en eau optimale. Une plus grande quantité de tension a été mobilisée dans les fibres de 18 mm de long et, par conséquent, la résistance maximale et la réponse à la pression interstitielle ont été observées dans les composites renforcés de fibres de 18 mm de long. L'article discute également des limites des essais de compression triaxiale traditionnels pour prédire la résistance des composites renforcés de fibres. Les résultats de cette recherche devraient être applicables pour estimer le comportement non drainé et la résistance au cisaillement des sols organiques fibreux et des sols renforcés par des éléments agissant en tension.