Water shielding mechanism of a double-layered compacted earth structure and its application to conservation of tumulus mounds

Abstract

Tumuli are burial mounds for ancient rulers constructed in many parts of Japan more than 1300 years ago. A tumulus usually consists of a burial chamber made of stones covered by a compacted earth mound. They should be conserved for the next generations as historical cultural heritages, but many of them have been seriously damaged by natural forces and man-caused damages. Precipitation is one of the main causes of the damage of tumuli. Infiltrating rainwater into a mound induces slope failures, which results in the deterioration of the burial chamber by poor protection from precipitation and heat. Infiltration control is hence a vital objective in the restoration of damaged tumuli. In the present paper, conservation of tumuli by controlling infiltration using a capillary barrier is proposed with an example of the restoration of the Garandoya Tumulus. A capillary barrier is a water shielding system formed at the interface between finer and coarser grained layers. The mechanism of water shielding by a capillary barrier is investigated thorough model chamber tests and simulation of the tests. It is found that water shielding by a capillary barrier is caused by the difference in unsaturated hydraulic conductivity of the finer and coarser grained layers.

Les Tumuli s’agissent de tertres funéraires destinés aux anciens souverains, construits dans de nombreuses régions du Japon et datant de plus de 1300 ans. Les Tumuli sont généralement composés d’une chambre funéraire en pierres, couverte par un monticule de terre compactée. Plusieurs Tumuli ont subi des dommages importants causés par des forces naturelles et humaines. La précipitation est la cause principale de ces dommages. L’eau de pluie infiltrant le monticule engendre des glissements de pentes, ceci entraine la détérioration de la chambre funéraire suite à la mauvaise protection contre la pluie et la chaleur. De ce fait, contrôler l’infiltration est primordial pour la restauration des tumuli endommagés. Le présent document propose la conservation des tumuli par contrôle d’infiltration en utilisant une barrière capillaire. La solution est accompagnée d’un exemple de restauration du Tumulus de Garandoya. Une barrière capillaire est un système d’étanchéité formé à l’interface entre les couches fines et grenues du sol. Le mécanisme d’étanchéité par barrière capillaire est examiné à travers des essais sur une chambre modèle et leur simulation. Il est constaté que l’étanchéité par une barrière capillaire est due à la différence entre les conductivités hydrauliques des couches de sol fin et grenu en milieu non saturé.