Tensile zone effects on performance of layered systems

Abstract

For a two-layered soil system in which the upper layer is stiffer than the lower layer most analytical models predict a horizontal tensile stress in the bottom of the upper layer under vertical surface loading. For the usually assumed geostatic stress conditions representing the unloaded state, failure will be indicated. As a result the predicted elastic and plastic deformations of the system will be inconsistent with observed railroad track and pavement performance. In this Paper the nature of the tensile zone is examined and alternative modelling approaches are considered. The results of tank model experiments are presented to help to resolve this problem. A large horizontal residual compressive stress is shown to develop in the tensile zone under repeated loading, supplementing that which is produced during construction. This residual stress is believed to be the key factor limiting permanent deformation by offsetting the incremental horizontal tensile stresses associated with the loading. Pour un bi-couche dans lequel la couche supérieure est plus rigide que la couche inférieure la plupart des modèles analytiques prédisent une contrainte de traction horizontale à la base de la couche supérieure sous chargement superficiel vertical. La rupture sera indiquée pour les conditions de contrainte géostatique généralement admises, représentant l'état non-chargé. Par conséquent les déformations élastique et plastique annoncées prédites pour le système ne s'accorderont pas avec les performances observées des lignes ferroviaires et des chaussées. Cet article examine la nature de la zone de traction et considère des méthodes alternatives de modélisation. Les résultats de quelques expériences de modélisation effectuées dans un caisson sont présentés pour aider à résoudre le problème. L'article montre comment une grande contrainte de compression résiduelle se développe dans la zone de tension sous des chargements répétés et s'ajoute à celle qui se produit au cours de la construction. On pense que cette contrainte résiduelle représente le facteur clef qui limite la déformation permanente en contrebalançant les contraintes de traction horizontales incrémentales associées avec le chargement.