Interpretation of the stiffness and permeability of Sand-Kaolin mixtures in the framework of homogenization

Abstract

This study deals with the behaviour of mixtures of sand and saturated kaolin paste considered as composite materials made of permeable and deformable (with non-linear behaviour) matrix (the kaolin paste) with rigid and impervious inclusions (the sand grains). Oedometric and permeability tests conducted on such mixtures highlight the key role of the state of the clay paste, and show the existence of a threshold of sand grain concentration above which a structuring effect influences both modulus and permeability. At the light of these experiments, the usual and tangent homogenization process (with simplifying assumptions to make the problem manageable) has been applied to estimate the mixture permeability and tangent compressibility. Qualitative and quantitative comparisons with experimental data point out the domain of interest and the limitations of such approaches.

Translated abstract

O estudo lida com o comportamento de misturas compostas por areia e uma pasta de caulinita considerada um material composto feito de uma matriz (caulinita) permeável e deformável (com comportamento não-linear) com inclusões rígidas e impermeáveis (grãos de areia). Testes de permeabilidade e odométricos conduzidos nestas misturas enfatizam o papel chave de estado da pasta argilosa e mostram a existência de uma concentração crítica de grãos de areia com efeito estruturante que influencia o módulo e a permeabilidade. Sob a luz destes experimentos o processo de homogeneização usual e tangente (com hipóteses simplificadoras para tornar o problema tratável) foi aplicado para estimar a permeabilidade da mistura e a compressibilidade tangente. Comparações qualitativas e quantitativas com dados experimentais apontam o domínio de interesse bem como a limitação destas abordagens.