A study to determine the correlation between characteristics diameters and air-entry value of fine-grained soil

ABSTRACT: Historically, there has been only minor research carried out to correlate characteristic soil particle diameters with the air-entry value (AEV) for sand materials. It was found that the AEVs were strongly related to characteristic grain size diameters, specifically D30 and D50. The current research undertakes a similar study to determine correlation(s) between characteristic diameters and AEV for clay and silt material. The purpose was to determine whether it would be possible to estimate a grain size distribution for a given soil water characteristic curve (SWCC) or vice versa. This study demonstrates that there are not correlations for clay soils, most likely due to the electrostatic nature of clay particles. Because the SWCC is a measure of pore-space distribution and is not necessarily related to the grain-size distribution of the soil, there are considerable difficulties with the prediction of the AEV in clay soils when using grain size distributions alone. This difficulty is due to the presence of the diffuse double layer and its interaction with the pore-water that changes the effective pore diameter. This interaction thereby affects the corresponding SWCC by drastically reducing the predicted pore-size distribution. This paper presents the findings and suggests a path forward for confirming the hypothesis.

RÉSUMÉ: Historiquement, seules des recherches mineures ont été menées pour corréler les diamètres caractéristiques des particules de sol avec la valeur d'entrée d'air (AEV) pour le sable. Il a été constaté que les AEV étaient fortement corrélés aux diamètres caractéristiques, en particulier D30 et D50. La recherche actuelle entreprend une étude similaire pour déterminer la ou les corrélations entre les diamètres caractéristiques et l'AEV pour les matériaux argileux et limoneux. Le but était de déterminer s'il serait possible d'estimer une distribution granulométrique pour une courbe caractéristique de l'eau du sol (SWCC) donnée ou vice versa. Cette étude démontre qu'il n'y a pas de corrélations pour les sols argileux, probablement en raison de la nature électrostatique des particules d'argile. Étant donné que le SWCC est une mesure de la distribution de l'espace poreux et qu'il n'est pas nécessairement lié à la distribution granulométrique du sol, il existe des difficultés considérables avec la prédiction de l'AEV dans les sols argileux lors de l'utilisation des distributions granulométriques seules. Cette difficulté est due à la présence de la double couche diffuse et à son interaction avec l'eau interstitielle qui modifie le diamètre effectif des pores. Cette interaction affecte ainsi le SWCC correspondant en réduisant considérablement la distribution prédite de la taille des pores. Cet article présente les résultats et suggère une voie à suivre pour confirmer l'hypothèse.