Water Retention Curves of Opalinus Clay

Abstract

The water retention curve of Opalinus clay samples was determined under different conditions: total and matric suction, stress or no-stress conditions, wetting and drying paths. Through the fitting of these results to the van Genuchten expression the P parameter, related to the air entry value (AEV), was obtained. The AEV is the suction value above which air is able to enter the pores of the sample, and consequently, above which 2-phase flow can take place in the soil pore structure. The samples used in this research came from two different boreholes, BHT-1 and BHG-D1, but the behaviour of them did not depend on their location, what was probably due to the fact that both were drilled in the shaly facies of the Opalinus clay.

There was not a distinct difference between the results obtained under total or matric suctions. In the drying paths, both the water contents and the degrees of saturation tended to be higher when total suction was applied, however the reverse trend was observed for the water contents reached in wetting paths. As well, no clear difference was observed in the water retention curves obtained in oedometers under matric and total suctions, what points to the osmotic component of suction in Opalinus clay not being significant. Overall, the water contents were lower and the degrees of saturation higher when suction was applied under vertical stress, what would indicate that the water retention capacity was lower under 8 MPa vertical stress than under free volume conditions. This vertical stress value is slightly higher than the maximum in situ stress. Also, the samples showed hysteresis according to the expected behaviour, i.e. the water contents for a given suction were higher during a drying path than during a wetting path. The P values obtained were between 6 and 34 MPa, and tended to be higher for the samples tested under stress, in drying paths and when total suction was used. The air entry value calculated from the mercury intrusion porosimetry tests was 28 MPa.

Se ha determinado la curva de retención de la arcilla Opalinus bajo diferentes condiciones: succión total y matricial, condiciones de tensión y no tensión, trayectorias de mojado y secado. Al ajustar estos resultados a las expresión de van Genuchten se obtiene el parámetro P, que está relacionado con el valor de entrada de aire (VEA), que es la succión por encima de la cual el aire puede entrar en los poros de la muestra y por tanto, a partir de la que se puede producir flujo bifásico en la estructura porosa del suelo. Las muestras utilizadas provenían de dos sondeos, BHT-1 y BHG-D1, pero el comportamiento de unas y otras es similar, probablemente debido a que ambos sondeos se perforaron en la facies arcillosa de la formación.

No se observó diferencia clara entre los resultados obtenidos bajo succión total y matricial. En las trayectorias de secado tanto las humedades como los grados de saturación tendieron a ser mayores cuando se aplicó succión total, pero se observó la tendencia contraria para las humedades en trayectorias de mojado. Así mismo, no se observaron diferencias claras en las curvas de retención obtenidas en edómetro bajo succión total o matricial, lo que parece indicar que elcomponente osmótico de la succión de la Opalinus no es significativo. En general las humedades fueron menores y los grados de saturación mayores cuando se aplicó la succión bajo tensión vertical, lo que indicaría que la capacidad de retención fue menor bajo tensión vertical de 8 MPa que en condiciones de volumen libre. Este valor de tensión vertical es algo mayor que la máxima tensión medida in situ. Los resultados mostraron histéresis de acuerdo a lo esperado: las humedades para una succión dada fueron mayores en las trayectorias de secado que en las de mojado. El valor obtenido para el parámetro P fue de entre 6 y 34 MPa, con tendencia a ser mayor para las muestras ensayadas bajo tensión vertical, en las trayectorias de secado y cuando se usó succión total. El VEA calculado a partir de la porosimetría por intrusión de mercurio fue de 28 MPa.