The design of diaphragm-type boundary total stress cells

Abstract

The compliance of boundary total stress cells is normally the primary criterion governing their design. It is widely believed that they will not under-read the pressures applied to them by soil if the ratio of the diameter of the cell diaphragm to the displacement at its centre is not smaller than some threshold value (typically 2000). This Paper reports the results of experimental and finite element studies which show that this approach is unsound, and that boundary total stress cells are more properly designed by taking into account the relative stiffness of the diaphragm with respect to the soil. Care must be taken in the design of calibration experiments, and soil stiffness must be measured locally and at small strains. There is then good agreement between observed cell action factors and predictions made using finite element analyses. Charts are presented which may be used for the design of field and laboratory instrumentation. La conformité des cellules de contrainte totale limites est normalement le principal critère qui gouverne leur conception. Il est très largement répandu qu'elles ne tiennent pas compte des pressions qui leurs sont appliquées par le sol si le rapport entre le diamètre du diaphragme de la cellule et le déplacement au centre n'est pas inférieur à certaines valeurs seuil. L'article présente les résultats d'études expérimentales et d'études par éléments finis qui montrent que cette approche est discutable et que les cellules de contrainte totale limites doivent être plutôt conçues en prenant en compte la raideur relative du diaphragme par rapport au sol. Il faut faire attention lors des essais de calibration, la raideur du sol doit être mesurée localement, pour le faibles déformations. Il y a alors une bonne correspondance entre les facteurs d'action des cellules observés et les prévisions faites par analyses par éléments finis. Les résultats sont présentés sous forme d'abaques qui peuvent être utlisés pour la conception de l'instrumentation in situ ou en laboratoire.