Modelling desiccation crack geometry evolution in clayey soils by analytical and numerical approaches

Thi Dong Vo (1) , Amade Pouya (1) , Sahar Hemmati (2) , Anh Minh A.M. Tang (1)

1 navier umr 8205 - Laboratoire Navier
2 IFSTTAR - Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux

In the present work, the development and geometry of desiccation cracks are studied by using a finite element code including cohesive joints elements. The numerical results show that cracking occurs sequentially to form different crack families. The propagation of each crack at the onset suddenly reaches an ultimate depth. The cracks in each family appear simultaneously and reach an identical ultimate depth. From the numerical results and additional analytical analysis, empirical correlations are proposed to predict the spacing and crack depth as a function of suction applied on the top surface, the soil parameters, and the desiccation rate. The proposed model shows that higher suction is required to initiate cracks at a higher value of soil tensile strength. In addition, there is a general trend of larger spacing and deeper cracks for a slower desiccation rate. Finally, empirical relations are evaluated by comparing them with in situ experimental observations published previously.

Dans le présent travail, le développement et la géométrie des fissures de dessiccation sont étudiés en utilisant un code d’éléments finis incluant des éléments de joint cohérents. Les résultats numériques montrent que la fissuration se produit séquentiellement pour former différentes familles de fissures. La propagation de chaque fissure au début atteint soudainement une profondeur ultime. Les fissures dans chaque famille apparaissent simultanément et atteignent une profondeur ultime identique. À partir des résultats numériques et d’analyses analytiques supplémentaires, des corrélations empiriques sont proposées pour prédire l’espacement et la profondeur des fissures en fonction de la succion appliquée sur la surface supérieure, les paramètres du sol et le taux de dessiccation. Le modèle proposé montre qu’une succion plus élevée est nécessaire pour amorcer des fissures à une valeur plus élevée de la résistance à la traction du sol. En outre, il existe une tendance générale à un espacement plus important et à des fissures plus profondes pour un taux de dessiccation plus lent. Enfin, les relations empiriques sont évaluées en comparant avec les observations expérimentales in situ publiée précédemment.

Domaines: Génie civil; Géotechnique

Thi Dong Vo, Amade Pouya, Sahar Hemmati, Anh Minh A.M. Tang. Modelling desiccation crack geometry evolution in clayey soils by analytical and numerical approaches. Canadian Geotechnical Journal, 2019, ⟨10.1139/cgj-2018-0105⟩. ⟨hal-02879232⟩