Département de génie civil Laboratoire de mécanique des des sols
ÉCOLE POLYTECHNIQUE FÉDÉRALE DE LAUSANNE
Michel Dysli
Cycle postgrade: Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement
B2-2: Mécanique des sols
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Liste des documents
mise à jour: 1997-05-30 Document No
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11a - c 12 12a 12b 12c 13 14
Titre
Buts du cours Bibliographie Discontinu - continu Partie liquide Livres et shaker Reconnaissances géotechniques Procédés de sondage en terrain meuble Exemple d'un logging (géotechnique) de forage Les trois éléments constitutifs d'un sol Détermination masses volumiques et teneur en eau Perte d'eau d'une argile (kaolinite) en fonction de la température Symboles et terminologie, français, allemand et anglais Les limites de consistance Granulométrie par tamisage Sédimentométrie Uniformité et courbure de la granulométrie Classification USCS en laboratoire Exemples de courbes granulométriques de quelques sols types
Cycle postgrade EPFL: Géologie appliquée à l'ingénierie et à l'environnement Liste des documents cours de mécanique des sols (suite) Document No
39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50a 50b 51 52 53 54 55 56
Titre
Les deux méthodes de calcul d'une fondation avec rigidité Poutre sur sol élastique (théorie du 1er ordre) : mise au point Relation entre le module de réaction de l'essai et celui de la fondation Comparaison des distributions des pressions de contact pour une même charge totale Contraintes dues au poids propre du sol et contraintes dues aux surcharges Massif plastifié : Mohr-Coulomb et von Mises États limites pour un massif à surface horizontale Etats limites pour un massif à surface inclinée Chemins des contraintes dans diagramme p, q Ordre de grandeur de quelques paramètres de résistance et de déformabilité des sols Tassements des sols Consolidation unidimensionnelle des sols Consolidation unidimensionnelle des sols (suite) Essai œdométrique standard (incrémental) Diagramme œdométrique Explication effet préconsolidation Module œdométrique et indice de compression / gonflement Exemple d'usage du diagramme œdométrique: décharge et charge en un point du sol Exemple d'usage du diagramme œdométrique: contraintes et modules œdométriques à différentes profondeurs
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Buts du cours
Buts du cours de mécanique des sols :
• Comprendre la mécanique des sols, • apprendre à s'en servir • et reconnaître ses points délicats. Et non pas : Apprendre des formules par coeur, formules que l'on peut trouver dans le cours polycopié ou dans les nombreux traités de mécanique des sols.
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Document No 1
Bibliographie 1. A acquérir (Vente des cours de l'EPFL)
Recordon Ed. (1984). Technologie des sols. Cours polycopié EPFL. Recordon Ed. (1980). Mécanique des sols. Cours polycopié EPFL. 2. Acquisitions conseillées
Dysli M. (1991). Le gel et son action sur les sols et les fondations. Compléments au traité de génie civil. Presses polytechniques et universitaires romandes. (Vente des cours EPFL). Holtz R. D., Kovacs W. D. (1991). Introduction à la géotechnique. Trad. J. Lafleur. Edition de l'Ecole Polytechnique de Montréal (existe aussi en anglais). Lang H-J., Huder J. (1982). Bodenmechanik und Grundbau . Springer Verlag. 3. Autres
Filliat G. Ed. (1981). La pratique des sols et fondations. Editions du Moniteur, Paris.
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Document No 2
Partie solide d'un sol = discontinu Pas de mécanique du discontinu utilisable en pratique donc : usage de la mécanique du continu avec notamment : • la théorie de l'élasticité, • la théorie de la plasticité.
Cours du cycle postgrade requis préalablement : • Module B2-1 : Mécanique du solide
Cours EPFL utiles (polycopiés) :
• Prof. Frey : Mécanique des structures et solides I et II (1 er et 2ème sem.) • Prof. Frey : Mécanique des structures et solides III (3 ème sem.) • Prof. Meister : Mécanique I et II (1 er et 2ème sem.)
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Document No 3
Partie liquide d'un sol : usage de l'hydrostatique et de l'hydrodynamique
Cours du cycle postgrade requis préalablement : • Module B3-2 : Ecoulements souterrains
Cours EPFL utiles (polycopiés, livre) :
• Recordon : Ecoulements souterrains (4 ème sem.) • Graf et Altinakar : Hydrodynamique (Eyrolles)
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e l i d o u s t u r e s d u e s t r u c r e s q i a n d e s t I I r u c t u c é u e I e s t é e M u i q s d e s P n q i a e P R é c i d u e I I I p p l I I M t s o l a n i q e s a t e e e é c l i d u e I M t s o t a t i q u q e S n i a c P é P M R
H y d r a u l H i q u y d e r o d y n a m i q u e
Document No 4
E c o u l e m e n t s s o u t e r r a i n s
l e s r o l
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Document No 5
Reconnaissances géotechniques Questions qui se posent à l'ingénieur civil qui doit réaliser un projet de fondations: Bâtiments
• Comment exécuter la fouille jusqu'à une profondeur de plusieurs mètres au-dessous du niveau de la nappe? • Comment fonder le bâtiment, sur semelles filantes, sur radier général ou sur pieux? • Comment dimensionner les fondations choisies pour éviter les risques de tassements exagérés et de rupture des sols d'assise du bâtiment? Ponts
Les questions qui se posent sont les mêmes que dans le cas des bâtiments. Encore faut-il éviter des tassements trop différents entre les appuis.
Remblais
• Pour quelle pente des talus le remblai est-il stable? Les sols d'assise du remblai tasseront-il beau
rticulier au voisinage de
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Document No 6
PROCEDES DE SONDAGE EN TERRAIN MEUBLE PAR ORDRE DECROISSANT DE LA QUALITE DE L’ECHANTILLON No
Procédé de forage
Diamètre D usuel en mm
Outil de forage
Profondeur usuelle en m
Adaptation à la nature du sol
Qualité des échantillons
Caractéristiques déterminables en laboratoire
Echantillons peu ou pas dérangés 1
Echantillonneur
2a
Rotation à sec
2b
Rotation à l’eau
3
Carottier battu
4 5
Percussion avec sonde à soupape Benne
6
Tarière
7
Excavation
Tube carottier spécial pour prélèvement d’échant. intacts Carottier simple
60 à 150
50 T
Sols fins, cohérents
75 à 150
50 T
Sols fins, cohérents
Carottier double ou simple Carottier épais
75 à 150
50 T
100 à 300
50 T
Très bons, non dérangés
Bons, non dérangés au centre Sols fins, compacts, Bons, en partie non roches tendres dérangés Tous les sols si Bons, peu dérangés si ømax < D / 2 tube à tranchant intérieur
G, 0, γ , w, ∆e, τ
G, 0, (γ , w, ∆e, τ) 0, (G, γ , w) G, 0, γ, w (∆e, τ)
Echantillons dérangés
Sonde à clapet, à piston ou à bille Benne généralement cylindrique Tarière ouverte ou avec manteau
100 à 600
40 T
500 à 1000
30
50 à 500
50 T
Pelle mécanique, trancheyeuse, trax, pelle et pioche
fouilles tranchées puits
3à4
Sables et graviers, sables fins, limons Graviers et sables avec blocs Sols fins à grossiers, ømax < D / 4 cohérents à peu cohérents Sols avec gros blocs
Dérangés, délavés
Idem
Tous terrains
Très dérangés
Dérangés, év. délavés sous la nappe Idem
15
0 (G) 0 (G) 0, (G, év. w)
0 (G év. w)
Echantillons très dérangés 8
Rotary
A
lames
ou
à
100 à 200
illimitée
Inutilisable pour
Exemple d'un logging (géotechnique) de forage
M C o y d c l u e l p e B o s 2 t -2 g r : a M d e
é c a n : i G q u é e o l d o g e i s e s o A l p s p
l i M q u . é D e y à s l l I i ' n g é n i e r i e e t à l ' E n v i r o n n e m e n t
D o N c o u m 7 e n t
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Document No 8
Les trois éléments constitutifs du sol volume
masse
ρ = M V
V a
air (gaz)
M a
ρ d = M s = V
V v
ρ s = M s
M v V w
eau (liquide)
V s
M w
γ = ρ . g w
V
M
=
θ =
M w M s V w V
ρ 1+w
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Détermination de la masse volumique du sol
ρ
Masse éprouvette ρ = Volume éprouvette Plusieurs méthodes :
Norme CH :
pesée sous l'eau mesure des dimensions de l'éprouvette ballon ou sable nulcéomètre (absorbtion rayons gamma) SN 670'335a : Masse volumique du sol
Détermination de la masse volumique des particules solides ρs Par un picnomètre Principe: particules broyées, volume par poids d'eau
Document No 9
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Document No 10
Perte d'eau d'une argile (kaolinite) en fonction de la température
perte d'eau
[% du poids] 50 105° C
45
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Symbole
Unité
Français
Deutsch (CH)
Document No 11a English (UK+US)
Identification -3 . masse volumique du sol tm kN.m-3 poids volumique du sol
Identifikation Feuchtdichte
Identification density of soil
Feuchtraumgewicht
unit weight of soil
masse volumique du sol sec t.m-3 kN.m-3 poids volumique du sol sec
Trockendichte
density of dry soil
Trockenraumgewicht
unit weight of dry soil
masse volumique des particules solides t.m-3 kN.m-3 poids volumique des particules solides
Dichte der Festsubstanz
density of solid particles
Spezifisches Gewicht der Festsubstanz
unit weight of solid particles
masse volumique du sol saturé t.m-3 kN.m-3 poids volumique du sol saturé
Dichte des gesättigten Bodens
density of saturated soil
Raumgewicht der gesättigten Böden
unit weight of saturated soil
masse volumique du sol déjaugé t.m-3 kN.m-3 poids volumique du sol déjaugé
Dichte des Bodens unter Auftrieb
density of submerged soil
Raumgewicht des Bodens unter Auftrieb
unit weight of submerged soil
Dichte des Wassers
density of water
γ w Sr w wL wP IP IL om ID
masse volumique de l'eau t.m-3 kN.m-3 poids volumique de l'eau
Raumgewicht des Wassers
unit weight of water
% % (1) % (1) % (1) % (1) % (1) % (1) -
degré de saturation teneur en eau limite de liquidité limite de platicité indice de plasticité indice de liquidité teneur en matière organique indice de densité (densité relative)
Sättigungsgrad Wassergehalt Fliessgrenze Ausrollgrenze Plastizitätsindex Liquiditätsindex Gehalt an organischen Substanzen Dichteindex (Lagerungsdichte)
degree of saturation water content liquid limit plastic limit plasticity index liquidity index organic matter content density index
dx
mm mm mm -
Kornverteilung Korndurchmesser bei x% der Korngrössenverteilungskurve maximaler Korndurchmesser minimaler Korndurchmeser Krümmungsgrad Steilheitskoeffizient
Grain size distribution x percent-grain diameter
dmax dmin Ccd Cud
Granulométrie diamètre des grains à x % de la courbe granulométrique diamètre maximum des grains diamètre minimum des grains degré de courbure coefficient d'uniformité
ρ γ ρd γ d ρs γ s ρ sat γ sat ρ' γ ' ρw
maximum grain size minimum grain size coefficient of curvature uniformity coefficient
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Symbole e n e0
Unité
% -
σ'v0 ep
kPa
σ'p Cc Cs Eœd cv cve0 Ev Ev1 Ev2 EM
kPa
-
Français Déformabilité indice de vide porosité
Zusammendrückbarkeit Porenziffer Porosität
English (UK+US) Deformability void ratio porosity
indice de vide correspondant à σ'v0 Porenziffer bei σ'v0 contrainte effective verticale initiale en place effektive vertikale Anfangsspannung in situ
void ratio at σ'v0 effective overburden pressure
indice de vide correspondant à σ'p contrainte de préconsolidation
Porenziffer bei σ'p Ueberkonsolidationsspannung
void ratio at σ'p preconsolidation pressure
Zusammendrückungsindex Quellindex Oedometersmodul Konsolidationskoeffizient Konsolidationskoeffizient bei e 0 Verformungsmodul (M E) Ev bei Erstbelastung (M E1) Ev bei Zweitbelastung (M E2) Pressiometersmodul effektive minimale und maximale Spannung, die den Wertbereich eines Parameters definieren, mit x=1,2,3,v,h Bettungsziffer
compression index swelling index oedometric modulus coefficient of consolidation coefficient of consolidation at e 0 modulus of deformation with a plate test Ev at first loading (M E1) Ev at second loading (M E2) pressuremeter modulus maximum or minimum effective pressure for the validity field of a parameter, with x = 1,2,3,v,h modulus of subgrade reaction
Hydraulik Durchlässigkeitskoeffizient (Darcy) Durchlässigkeitskoeffizient bei e 0
Hydraulics coefficient of permeability coefficient of permeability at e 0
Druckhöhe
hydraulic head or potential
σ'xmax k s
indice de compression indice de gonflement module œdométrique coefficient de consolidation coeff. de consolidation correspondant à e 0 module de déformation à la plaque (M E) Ev au premier chargement (M E1) Ev au deuxième chargement (M E2) module pressiométrique contrainte effective minimale et maximale kPa définissant le domaine de validité d'un paramètre, avec x=1,2,3,v,h -3 . module de réaction kN m
k k e0
m.s-1 m.s-1
h
m
σ'xmin
Deutsch (CH)
Document No 11b
kPa m2.s-1 m2.s-1 kPa kPa kPa kPa
Hydraulique coefficient de perméabilité (Darcy) coefficient de perméabilité correspondant à e0 charge hydraulique
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Symbole
Unité
Français
Deutsch (CH)
Document No 11c English (UK+US)
Φ'
°
Résistance angle de frottement effectif
Φ'R c' c'R
°
angle de frottement résiduel
Restreibungswinkel
residual angle of internal friction
kPa kPa °
cohésion effective cohésion résiduelle angle de frottement apparent (non drainé)
effektive Kohäsion Restkohäsion Innerer Reibungswinkel (undrainiert) undrainierte Scherfestikeit cu = qu/2 gestörte Scherfestigkeit Scherfestigkeit (Taschenpenetrometers) Scherfestigkeit (Flügelsonde) Geschwindigkeit eines Scherversuches A-Koeffizient nach Skempton Grenzdruck des Pressiometers SPT-Wert
effective cohesion intercept residual cohesion intercept apparent angle of internal friction (undrained) apparent cohesion intercept (undrained) remoulded undrained shear strength pocket penetrometer shear strength vane shear strength speed of a shear test coefficient A of Skempton pressuremeter limit pressure SPT blow count
Verdichtung optimaler Wassergehalt (Proctor) optimale Trockendichte des Bodens
Compaction optimum water content (Proctor) optimum density of dry soil
Sättigungsgrad bei Proctor opt.
degree of saturation at optimum Proctor
Φu cu cr cup cus vs AS pl N
kPa kPa kPa kPa
wopt
% (1) t.m-3
ρ dopt Sropt Wc CBR1 CBR2 CBRF CBRp (1) (2)
cohésion apparente (non drainée) cu = qu/2 cohésion remaniée résistance au pénétromètre de poche résistance au scissomètre . vitesse d'un essai de cisaillement -1 mm h coefficient A de Skempton kPa pression limite de l'essai pressiométrique (2) Valeur SPT
Compactage teneur en eau optimale (Proctor) masse volumique optimale du sol sec
%
degré de saturation correspondant à l'optimum Proctor -3 . énergie de compactage MJ m % coefficient CBR imméd. après compactage % coefficient CBR selon ASTM % coefficient CBR après cycle gel-dégel (CBR3) % coefficient CBR avec le pénétromètre
Remarques % de la masse Nbre de coups pour 300 mm
Festigkeit effektiver Reibungswinkel
Strength effective angle of internal friction
Verdichtungsenergie compaction energy CBR-Wert direkt nach Verdichtung CBR-value just after compaction CBR-Wert nach ASTM CBR-value according to ASTM CBR-Wert nach Frost-Auftauzyklus (CBR 3) CBR-value after freeze-thaw cycle (CBR3) CBR-Wert mit Penetrometer
CBR-value with the penetrometer
Bemerkungen Masseprozent Anzahl Schläge für 300 mm
Notes % of the mass blow count for 300 mm
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Document No 12
Les limites de consistance volume
enfoncement d'un cylindre posé sur le sol t n e m e c n o f n
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Document No 12a
Granulométrie par tamisage Echantillon Division ou quartage Séchage
Pesage
m
Défloculant
Brassage
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Document No 12b
Sédimentométrie Quartage
Echantillon
mw
Pesage
Défloculant
Séchage
Brassage Teneur en eau
Séparation 63 µm
Coupelle d’évaporation
Séchage
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Document No 12c
Uniformité et courbure de la granulométrie 100%
s t a s i m a t s e d e u q i s s a m e g a t n e c r u o P
90 80 70 60 50 40 30 20
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Document No 13
Classification USCS en laboratoire Principes (ne suffisent pas
pour une classification précise):
Teneur en gravier Te g Teneur en sable Te s Teneur en fin
> 2 mm 0.06 - 2 mm < 0.06 mm
Teg > Tes : G Teg < Tes : S
< 5% de fins
Symbole simple
GP GW SP SW
5< fins< 15%
Symbole simple
GM GC SM SC
15< fins< 50%
Symbole composé IP < 4% 4 < I < 7%
GM-ML GM-GC
SM-ML SM-SC
Document No 14
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Exemples de courbes granulométriques de quelques sols types % de la masse
0,002
0,06
argile
Echelle des fréquences %
2
limon
sable
pierres 50
100
80
40
fréquence CH
CH SW
60
30
fréquence SP fréquence SW
SP
CL 40
20
SC-CL 20
0,0001
10
0,001
0,01
0,1
diamètre des grains [mm]
1
10
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Document No 15
Différences entre USCS suisse et USCS ASTM (international) USCS CH
(SN 670’008, 1959)
USCS Casagrande (ASTM D2487)
Teneur en gravier > 2 mm Teneur en gravier Teneur en fin < 0.06 mm Teneur en fins < 5% de fins Symbole simple GP GW < 5% de fins SP SW 5< fins< 15% Symbole simple 5< fins<12% GM GC SM SC 15< fins< 50%
Symbole composé IP < 4% GM-ML, SM-ML
12< fins< 50%
> 4.75 mm T4 < 0.074 mm T200 Symbole simple GP GW SP SW Symbole composé GP-GM GP-GC GW-GM GW-GC SP-SM SP-SC SW-SM SW-SC Symbole simple et composé IP < 4% GM SM
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Document No 16
Nomenclature des sols selon SN 670'010a (1993) Symbole
Français Gravier et gravier sableux, GW propre bien gradué Gravier et gravier sableux, GP propre mal gradué Gravier avec un peu de GM limon GC Gravier avec un peu d'argile GM-ML Gravier limoneux GM-GC Gravier limono-argileux GC-CL Gravier argileux GC-CH Gravier avec argile de grande plasticité Sable et sable graveleux, SW propre bien gradué Sable et sable graveleux, SP
Nomenclature
Deutsch (CH) English Sauberer, gut abgestufter Well-graded gravel Kies und sandiger Kies Sauberer, schlecht abgestuf- Poorly-graded gravel ter Kies und sandiger Kies Kies mit wenig Silt Gravel with few silt Kies mit wenig Ton Siltiger Kies Siltiger bis toniger Kies Toniger Kies Kies mit Ton hoher Plastizität Sauberer, gut abgestufter Sand und kiesiger Sand Sauberer, schlecht abgestuf-
Gravel with few clay Silty gravel Silty to clayey gravel Clayey gravel Gravel with fat clay Well-graded sand Poorly-graded sand
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Document No 17a
Classification USCS simplifiée - méthode de chantier (SN 670'005) Marche à suivre
e r t è m a i d m n m u t 6 n o 0 , s 0 t n e e m u é l q é s d e d n a é i r t i g o m s u a l l e p d s u l P
e r e d . i s m t a S n i v a r N I e d g m n A é u = R l é t m G s n e o m S d O é m 2 R i t m e u G i o 6 q 0 , A m 0 d n a S l L e > . a r O d m g S s i a s u u d l l p P e . e S d s m l N t a b i n E e d a Y m n s u = O é l t M é n m S s e o m d N I é m 2 A i t m e u R i o 6 q , t G m 0 i t a 0 A l > e S e . p L d m s
s n i f s s t n n a s e m é l é s n i f c t s e n v e a m é l é s n i f s s t n n a s e m é l é s n i f c t s e n v e a
dans la partie à gros grains, tous les Ø de grains sont représentés. aucun ne prédomine
Désignations géotechniques Gravier propre Gravier propre avec sable
Symboles USCS GW
}
dans la partie à gros grains, une grosseur Gravier propre désigner la de grains ou un groupe de grains de préGravier propre avec sable fraction même grosseur prédomine dominante
GP
les éléments fins n'ont pas de cohésion
gravier limoneux gravier limoneux avec sable
GM
les éléments fins sont cohérents
gravier argileux gravier argileux avec sable
GC
dans la partie à grains moyens, tous les Ø de grains sont représentés, aucun ne prédomine
sable propre sable propre avec gravier
SW
dans la partie à grains moyens, une grosseur de grains ou un groupe de grains de même grosseur prédomine
sable propre sable propre avec gravier
les éléments fins n'ont pas de cohésion
sable limoneux sable limoneux avec gravier
}
désigner la fraction prédominante
SP
SM
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli Subdivision de détail des argiles et limons
Les sols à grains fins reconnus sous chiffre 8 sont subdivisés plus avant sur la base des trois essais de chantier décrits ci-dessous (col. 4 a ... c) et effectués sur des échantillons préparés de la façon suivante: élimination des grains qui gênent le pétrissage (> 0,5 mm) puis humidification ou séchage par pétrissage, afin de rendre l'échantillon plastique mais non collant. un échantillon est agité dans le creux d'une main. L'agitation fait apparaître plus ou moins rapidement l'eau à la surface de l'échantillon qui devient brillante. (Cet aspect brillant disparaît lorsque l'échantillon est légèrement serré entre le pouce et l'index.) Si la surface devient très rapidement brillante, le matériel est un sable fin; si elle devient lentement brillante, c'est un limon; si elle reste mate, c'est une argile. a) Agitation:
un échantillon est pétri, puis roulé entre les paumes des mains ou sur une surface poreuse (papier) pour lui donner la forme d'un cylindre mince (diamètre 3 b) Consistance:
Document No 17b
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement M. Dysli Module B2-2: Mécanique des sols
Lé g e n de :
in dé t e rm in é
Paramètres à déterminer
Paramètres connus
ρ,
n
ρd ,
e
ρ
d
ρs
ρ
,
d
,
ρs
, w
ρs ,
n
ρd ,
w, S r
, e, w
ρs , ρd , ρ s , ρ,
1-n
ρd
ρd + e ρ w
ρd (1+e)
w
Sr
1 100+w 1+e 100
ρsat
ρs
ρ w ρ w w sat ρs + 100
ρs 100 + w sat ρ 100 + ρs w sat w
ρs
ρs 1-n
(1-n) ρs +n ρ w
ρs
ρd
ρd ( 1 + w )
ρd
100
ρ
ρs ρ ρs
Sr
ρs + e ρ w
1 1+e
ρs
ρ w Sr
100 ρ w Sr 100
S r [%]
e [-]
ρ w n ρd 100 ρ w e ρd (1+e)
100
n
n 1-n
e 1+e
e
ρs - ρd ρs
ρs - ρd ρd
ρs - ρsat ρs - ρ w
ρs - ρsat ρsat - ρ w
w
ρsat - ρ w ρ w 1- ρ s
ρ 100+w d
1+e
ρs
100
ρs
ρd
ρd + n ρ w
ρ ρ ρd + s - d ρ w ρs
ρd 100+w
n [-]
w s at [%]
w
ρd
ρd
s at
w [%]
ρ
ρd
100
ρs at
ρs
100 + w
ρd
ρs
ρs
100
ρ 100+w
, w
ρs at
ρd
ρ
w
ρd ,
Relations entre les principaux paramètres
Document No 18
1+e
ρd + ρs ρ -
ρs - ρd ρ ρs w
ρ w Sr 100
+
ρ w (ρs-ρ)
ρs - ρ w Sr 100
θ
w d
e ρ ρ u θ q i m = u l w o v u a e d n ρ w e ρ r w u e n = e θ t
Sr ρd
ρ w ρ w ρd - ρs 100 100 ( ρs - ρsat )
ρs
ρsat ρ w - 1
w sat
ρ w n ρs 1-n 100 w
100 Sr
Sr ρ w - w ρd
w
ρs
w
ρ w ρs e 100
ρs
w
ρ w ρ w ρd - ρs 100
ρs
ρ w Sr (ρs - ρ) ρ ρ ρ w Sr s
-
100
ρ w (ρs - ρ)100 ρ S ρs ρ - w r 100
1+
1 100 ρ w ρs w sat
n 1-n
n
ρd ρ w Sr
w
e 1+e
ρs - ρd ρs ρs - ρ ρ w Sr
ρs -
ρs w sat ρ w 100
100
w ρd ρ w Sr - w ρd
Sr w e
e
ρs - ρd ρd ρs - ρ ρ S ρ - w r
ρs ρ w
w ρs ρd ρs - ρd ρ w
Sr
100
Version mai 1993
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 19
Schéma sols fins Eau adsorbée
Particule d'argile
Air Eau libre
Air
T
T r
Particule de limon
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 20
Diverses formes de l'eau dans les sols non saturés Sr ≈ 0 à 25%
Sr ≈ 25 à 80%
régime lenticulaire eau discontinue
régime funiculaire air et eau distincte continuité de l'eau
Sr ≈ 80 à 100%
air occlus succion [kPa]
100 000 10 000
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 21
Degré de saturation et surconsolidation par dessiccation des sols au-dessus de la nappe phréatique Climat humide tempéré à froid Terre végétale
WS
Hiver
2 Eté
4
Légère surconsolidation par dessication
6 Sol fin
8 10
Consolidation gravifique c u = f(z)
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 22
Frange de gel surface du sol gélif particules limono-argileuses film d'eau non gelé lentille de glace frange de gel ou film actif
succion isotherme 0° C
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 23
Indice de gel de l'air FI, gonflement et diminution de la portance au dégel
température de l'air [° C] courbe cumulée des températures indice de gel de l'air FI [° C jour] profondeur du gel [m]
+5 0 –5 –10 –15 100 0 –100 –200 –300 –400 0 0,2
nov.
déc.
janv.
fév.
mars
avril
+
. FI = 439° C jour
lentilles de glace
revêtement
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 23a
Full-scale tests carried out at the test facilities of the Soil Mechanics Laboratory of the Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne:
Temperatures during a freeze-thaw cycle 10
temperature of the road surface [ °C]
0 -10 0 cm -12
road surface isotherms
-52
sub-base
+1°C
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 24
Degré de gélivité des sols La succion capillaire dans la frange de gel provoque la migration de l'eau vers cette frange. Cette migration va cependant être contrariée par le fait que la conductivité hydraulique d'un sol non saturé diminue en même temps que sa teneur en eau. Cette antinomie entre les variations de la succion capillaire et celles de la conductivité hydraulique d'un sol permet d'expliquer toutes les particularités liées au phénomène de la gélivité des sols. Les sols les plus sensibles au gel –ceux dont le degré de gélivité est le plus élevé– sont donc les sols qui ont une succion capillaire appréciable et une perméabilité pas trop faible. very high
20
GW-GC, GP-GC
10
y t i l i b i t p e c s u s t s o r F
high to medium low very low negli-
] 1 y a d 5 . 4 m m 3 [ e 2 v a e h f o 1,0 e t a r e g 0,5 a r e 0,4 v A
ML, ML-OL, ML-CL GM-GC, GC CL
GW, GP
SW, SP
SM-SC, SC
, S M M S S P , - S M S W
CL-OL, CL
Diagramme CRREL
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Essais de compactage (Proctor)
γ d Branche sèche
Branche humide
γ d max
w wopt = teneur en eau optimale
Désignations géotechniques :
Document No 25
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 25a
Engins de compactage: Compression et pétrissage Rouleau lisse automoteur Poids en Cohésion du service sol compacté KN
25 à 150
nulle à faible
Epaisseurs couches cm
10 à 25
Rouleau à grille tracté Poids en Cohésion du service sol compacté KN
150
Rouleau à pneu automoteur
nulle à faible
Epaisseurs couches cm
20 à 40
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 25b
Engins de compactage: Vibration Plaque vibrante Poids en Cohésion du service sol compacté KN
2 à 25
Vibrateur à plaque multiple
nulle
Poids en Cohésion du service sol compacté KN
32 à 80
nulle
Epaisseurs couches cm
15 à 60
Epaisseurs couches cm
25 à 50
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 26
Portance, essais CBR, essai M E La portance est un terme qui se rapporte au dimensionnement des voies de communication (routes, voies ferrées); il peut être défini par: • Le coefficient CBR (California bearing ratio) • Le module de compressibilité M E
Essais CBR enfoncement [mm]
contrainte verticale [kPa] 7000 10500 p
2,54 5,08
(c) p
s
1
courbe standard CBR = 100%
2
courbe d'un essai
coefficient CBR =
p p
s
2
1 échelle CBR
. 100%
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Document No 27
Normes SN (Suisse) : Essais sur les sols et divers relatif à la mécanique des sols No SN Nom
640 034 640 302a 640 311a 640 312a 640 342a 640 383 640 385 640 386 640 387 640 388 640 389 640 500a 640 503a 640 506a 640 509a 640 530b 640 532b 640 535b 640 538a 640 550 640 552 640 575
Signes conventionnels géotechniques (en révision) Nomenclature super- et infrastructure Études géotechniques pour l'établissement du projet Effet des ébranlements sur les constructions Drainage, étude des projets Murs de soutènement, type de murs Murs de soutènement, fondations Murs de soutènement, parements Murs de soutènement, joints Murs de soutènement, couronnements Murs de soutènement, assainissement et remblayage Stabilisation, généralités Stabilisation à la chaux aérienne Stabilisation aux liants hydrocarbonés Stabilisation aux liants hydrauliques Évacuation des eaux, définitions Évacuation des eaux, collecteurs et drainages, prescriptions d'exécution Fouilles en tranchée, prescriptions d'exécution Prescriptions administratives pour les travaux de fouille dans les voies publiques Géotextiles, définitions et description des produits Géotextiles, exigences pour les fonctions de séparation, de filtration et de drainage Terrassements, généralités, classement des sols
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 28
Contrainte totale et effective P
A P' u
u Ac P=
Force normale totale
P' =
Force normale intergranulaire
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Résistance au cisaillement N
T aire A
∆u
∆u =
∆x
accroissement de la pression interstitielle par application de la force N
Document No 29
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 30
Comportement en contrainte - déformation
σ'1 En contraintes effectives
σ'2 = σ'3
∆u =
pression interstitielle en excès = 0
σ1' - σ3'
σ1' σ3 '
ε1
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 31
Lois classiques Rupture
Déformation (tassement)
σ
σ Atan E C r i t è r e d e r u p t u r e
ε
ε
E = f(σv0, charge-décharge)
b
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 32
Contraintes dues à la gravité sans nappe phréatique, sol horizontal
Massif homogène et isotrope Pas de déformation latérales :
εh = 1 σh + ν σh + σv = 0
E d'où : σh = σv ν = K 0 σv 1- ν
z
σv = γ . z x y
σx = σh σy = σh
plans verticaux
τ z
Théoriquement 0 à 1.0 (ν = 0 à 0.5) Pratiquement : 0.3 à 0.7 voire ≥ 1.0 pour sol surconsolidé
σ plan horizontal: cercle de rayon nul
σh
σv
pas d'eau =>
σ' = σ
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Document No 33
Contraintes dues à la gravité sans nappe phréatique, sol incliné x
β
γ
h
τxz
σ' = σ
pas d'eau =>
x
σv
σz
= σ y
τxz
σ x
1
z A
cos β
τ
toujours par l'origine car τxz = σz sinβ
parallèle à la face où s'applique σz
z
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 34
Contraintes dues à la gravité avec nappe phréatique Contraintes verticales σ 'v
WS
γ
Contraintes horizontales σ 'h
hw hA
γ sat
uA
A z
z
σ 'vA Contrainte verticale totale en A :
σvA = γ hw + γ sat ( hA - hw )
uA
σ 'h
A
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Document No 35
Les équations des contraintes et déformations Notation indicielle (d'Einstein)
1. Equations d'équilibre i = 1,2,3 = direction ∂σ'ij ∂u des normales + + F = 0 aux faces ∂xi ∂xi j j = 1,2,3 = direction des axes σ = σ' + u u = pression interstitielle F j = force par unité de volume En général, F x (ou F 1) = F y (ou F 2) = 0 sauf si forces d'inertie (séisme par ex.) Fz (ou F3) = -ρ.g car sol = milieu pesant
Nbre Nbre équations inconnues
Notation xyz
∂σx' x + ∂σyz + ∂σzx + ∂u + F = 0 ∂x ∂y ∂z ∂ x x
qui s'écrit habituellement : ∂σx' ∂τyz ∂τzx ∂u
+
+
3 z ou 3
+ + F = 0
σ
z ∂x ∂ y ∂z ∂ x x τzx τzy ∂τxy ∂σy' ∂τzy ∂u τyz + + + + Fy = 0 τ σy xz ∂x ∂y ∂ z ∂y ∂τzx + ∂τyz + ∂σz' + ∂u + F = 0 σx τxy τyx y ou 2 ∂ x ∂y ∂z ∂z z x ou 1
6 3σ 3τ τij = τ ji
2. Relations déformation-déplacement (équations géométriques)
∂u εij = 1 ∂ui + j 2 ∂x j ∂xi
i = 1,2,3 j = 1,2,3
ui,j = vecteur des déplacements Formulation de Lagrange : la position d'un point est décrite en fonction de ses coordonnées initiales (avant déformation).
εx = 1 ∂ux + ∂ux = ∂ux = ∂u ∂x ∂x 2 ∂x ∂x
6
ux = u ; u y = v ; u z = w w εz = ∂ εy = ∂v ∂z ∂y γ εxy = xy = 1 ∂u + ∂v γ xy = ∂u + ∂v
∂
∂
∂
∂
9
u, v, w εx , εy ,
ε
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 36
Principales lois constitutives = lois des matériaux = relations
σ ,ε
σ , τ
ε élastique-linéaire
élastique-non linéaire
rigide-parfaitement plastique
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 37
Solution des équations de contraintes et déformations Charges simples pouvant conduire à une solution analytique :
Semi-infini élastique
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 38
Allure du diagramme des contraintes verticales en fonction de la profondeur Autre cas fréquent
Massif élastique isotrope mais hétérogène
E1
E2
E1 > E 2
σz E1
E1 = E2 E1 < E2
E2 = ∞
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 39
Les deux méthodes de calcul d'une fondation avec rigidité
Méthode élastique ( 2 éme ordre)
EI
Méthode des ressorts ( Westergaard, 1 ère ordre)
EI ks
Semi infini élastique Esol , νsol
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 40
Poutre sur sol élastique (théorie du 1 er ordre) Mise au point
EI = E.b.h3 /12 si section rectangulaire b
l
x
Q
Q
h z
ks
p
Unités:
Equilibre :
- dT = p = ks z avec T = effort tranchant dx
b, l, h, x, z [m] p [kPa = kN .m-2] ks [kN.m-3]
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 41
Relation entre le module de réaction k s de l'essai et celui de la fondation
σ
Essai
Fondation
s
l
dp
ksd =
σ s
ME [kN.m-3] = dp
b
ks0.3 = ks pour plaque de 0,3 m de diamètre dp = diamètre de la plaque d'essai
ks(b,l) =
ksd f
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 42
Comparaison des distributions des pressions de contact pour une même charge totale
Massif élastique (Méth. 2 ème ordre) s e g r e a n d h o i t i g C a i d r s n t c n è a o r i o t F t s n s o e r c e P d s e g r a e h n l o p C
Méthode de Westergaard
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Contraintes dues au poids propre du sol et contraintes dues aux surcharges q
s u r c h a r g e q
Calcul tassements
σ γ
σq
Document No 43
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 44
Massif plastifié : Mohr-Coulomb et von Mises
σ Loi constitutive : rigide parfaitement plastique
critère de rupture
ε
En mécanique des sols, usage surtout de deux critères de rupture :
Loi
Etat du sol
Analyse
Mohr-Coulomb
drainé
c, Φ
von Mises
non drainé
c, Φ=0
Mohr-Coulomb dans diagramme
τ−σ
von Mises dans diagramme
τ−σ
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 45
Etats limites pour un massif à surface horizontale
σhp
z
σh0 σha σv = γ z
σha = Ka σv = tg2(45-Φ /2) σv σh0 = K0 σv σhp = Kp σv = tg2(45+Φ /2) σv
Etats limites de contrainte
τ
Φ
e t u r p r u e e d n g L i
45+Φ /2
c=0
Pa
σh0
Ca
45-Φ /2
σv C
Pp
σ
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Etats limites pour un massif à surface inclinée
β τxz z
τ
Φ
r e u t r u p e e d n g L i
σz Etats limites de contrainte
Pp
σz = γ z cos2β τxz = γ z cosβ sinβ
45-Φ /2
β 45+Φ /2
Pa c=0
Document No 46
Ca
45-Φ /2
τxz σ
C
σ
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 47
Chemins des contraintes dans diagramme p,q τ
Diagramme
σ−τ
d e li g n e
K f ) ( e r r u p t u
Etat de contrainte = cercle
c'
σ '3
Φ'
σ'3
σ'3
σ'1-σ'3 2
σ
K f ) ( e r t u e r u p d e l i g n Etat de contrainte
σ'1
σ'c
C C E
K l ig n e 0
K0∆σ1
σ'c = σ'3 = contrainte de
us
2
p' =
K0σ 'c
p
q
σ'1+σ'3
σ '3 ∆ σ1
consolidation
α'
p
= point
d'
q
u=0
cercle de construction
Diagramme p, q
q
σ '1
σ'1
σ'1 + σ'3
2 σ1 + σ3 p = 2 σ'1 - σ'3 q = q' = 2 α' = atan(sin Φ ') d' = c' cos Φ '
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 48
Ordre de grandeur de quelques paramètres de résistance et de déformabilité des sols
sols
USCS
I P
[%] roche concassée gravier propre gravier limoneux gravier argileux sable propre à granulométrie étendue sable propre à granulométrie uniforme sable peu à moyennement limoneux sable peu à moyennement argileux sable argileux limon (1) limon argileux (1) argile limoneuse
GW GM GC SW SP SM SC SC-CL ML CL-ML CL
0 2-6 7-12 0 0 2-6 6-12 9-15 2-6 4-10 12-18
forme grains
Φ'
c'
M E
[°]
[kPa]
[MPa]
angul. toutes toutes toutes angul. arrond. toutes toutes toutes
47 ± 7 40 ± 5 36 ± 4 34 ± 4 40 ± 4 36 ± 6 34 ± 3 32 ± 3 27 ± 3 33 ± 4 30 ± 4 27 ± 4
C c
C s
0 200 - 400 0 50 - 300 env. 0 40 - 300 env. 0 20 - 200 0 30 - 100 0 20 - 80 env. 0 30 - 100 env. 0 20 - 80 5 ± 5 10 - 50 env. 0 6 - 20 15 ± 10 3 - 20 (3) 0,100 ± 0,070 0,010 ± 0,007 20 ± 10 2 - 10 (3) 0,150 ± 0,100 0,025 ± 0,015
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 49
Tassements des sols charge à t=t 0
Gravier charge à t=t 0
tassement
tassement initial instantané ≈ tassement final
temps t0 tassement
tassement final
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 50a
Consolidation unidimensionnelle des sols sol non pesant admis pour la démonstration
t=0
∆ σ' = 0 car sol non pesant capteur de contrainte effective (grain à grain) (1) Drainage
∆u = 0
2H piézomètres
t=0+
ε
∆u = p - ε
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 50b
Consolidation unidimensionnelle des sols (suite) t = t2
∆σ '
capteur de contrainte effective (grain à grain) (1) Drainage
charge p à t=t 0
2H
∆u
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 51
Essai œdométrique standard (incrémental) σ
comparateur plaque de charge tube pour saturation et drainage éprouvette de sol cylindrique pierre poreuse
σ Vv hi, i=0,1,2,...
air eau solide Vs
hs =
γ s
ps γ s.S
Tv90 . (h90)2 0.848 . (h90)2 = cv = t90 t90
S (section) 1.00 ps = poids matière solide sèche
1.15
cv = coefficient de consolidation Tv90 = facteur de temps pour un degré de consolidation U = 90%
t90
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 52
Diagramme œdométrique Œdomètre standard
σ
comparateur plaque de charge tube pour saturation et drainage éprouvette de sol cylindrique pierre poreuse
Sol normalement consolidé
Sol surconsolidé
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 53
Explication effet préconsolidation 1. Préconsolidation par décharge (sans consolidation secondaire) Résistance au cisaillement [kN .m-2] 10
15 20
30 40 50 60 80 100
150 200
500
consolidation pendant formation du sol
1,0 e e d i v e d0,9 e e0, actuel c i d n I
0,8
300
σ v0' ,actuel
cu,actuel
décharge par érosion
courbe œdométrique actuelle
10 m de sol détruit par érosion
σ p' = préconsolidation
WS
1,5 m
σ v0'
ρ = 2,00 t.m-3
4,0 m
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 54
Module œdométrique et indice de compression / gonflement e
!
Cs einit
e0
• einit souvent égal à e0 mais ce n'est pas toujours le cas • einit souvent dénommé e0
−∆σ ' +∆σ ' ∆e
einit
−∆σ '
+∆σ ' Cc
σinit'
σinit'
Log10 σ '
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 55
Exemple d'usage du diagramme œdométrique : décharge et charge en un point du sol e 1,5 m
ρ = 2,10 t .m-3 WS
Cs = 0.017
0,9
e0
σ v0' = 90
0,8 4,5 m
ρ = 1,95 t .m-3 σ v0'
e0
0,7
Cc = 0.210 0,6 1
10
100
Log10 σ ' [kPa]
e 0,9
Excavation
e0
σ v0'
1000
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 56 Ajout: 1995-06-10
Exemple d'usage du diagramme œdométrique : contrainte et module œdométrique à différentes profondeurs e
q = 200 kPa
Cs = 0.017
0,9
0.00 m
σ v'
e0,e
Résultats essais en laboratoire
0,8
couche fictive 1
σ v0' = 85
Eœd = env. 2'000 kPa 0,7
ρ = 2,10 t .m-3
WS -3.0 m
Cc = 0.210 0,6
σ v0'
-5.0 m
1
10
Log10 σ ' [kPa]
e0 σ v0'
Echantillon prélevé pour essai en labo
σ vq'
Eœd = env. 3'000 kPa
100
1000
Diagramme oedométrique reconstitué pour couche fictive 1 e0,1 0,9
e
env. 180 kPa
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 57
Relations entre les modules de déformation σ
σ ε1 s u n n o C
ε2
E =
σ σ ε1
2
σ
τ
ε1 1 - s in Φ' ≈ ε2 2 - s in Φ'
s
d K=
σ 3ε
G=
τ γ
ME =
G, E
E
G, ν
2 G (1 + ν )
G, K
9 KG 3K+G
E,
e
e0 e0
ε σd s
Eœd =
-∆σ '
∆σ ∆ε
+∆σ '
σ0' σ0'
Eœ d = 1 / m v
E = ~ EM s i ν = 0 . 3 3
σ
γ
σ
2
ν =
ε
ν
E-2G 2G
ν 3K - 2G 6Κ + 2G
K
GE 3(3G-E) 3 G ( 1 + ν ) 3 (1 - 2 ν )
G
G G
K
G
E
E
ME
16G
=
2
π ( 4 G- E )
1 +e 0 • Cc ou C s
∆σ' σ ' ± ∆σ ' Log 1 0 0 σ0'
G (4 G- E ) 3G-E
8G
2 G (1 - ν )
π (1 - ν )
1 - 2 ν
8 G (6 K+2 G)
π (3K+4 G)
3K+4G 3
4E
(1 - ν)E
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 58
Abaque de détermination de E œd 0 800
200
400
1 Eœd = mv = 700 ] a 600 P k [ ' t
i n i σ 500
e l a
0 – 5 0 0 0 4
600
η
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 800 0
1 + einit Cc ou Cs
0 5 –
0 5 0 2 0 0 4 5 0 – 1 – 0 0 3 5 0 – – 0 – 0 2 5 0 0 – 0 5 1 1 0 – 0 5 2 0 0 1 0 0 2 0 0 0 3 0 4 0 0 0 5 0 0 6 0 7 0 0 8
700
600 '
σ ∆
500
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Document No 59a Ajout: 1997-05-30
Théorie de la consolidation unidimensionnelle Principes A résoudre:
∆u = f(t,z) avec u = pression interstitielle, t = temps et z = hauteur ∞
piézomètres
WS
p1 = charge instantannée à t = 0 + (à t = 0 p 1 = 0)
Sable
∆u
u/ γ w à t > 0 + l'eau s'échappe vers le haut u/ γ w à t = 0 +
v Argile
B
dz
u/ γ w à t = 0 et à t = ∞
A z
imperméable
z
uA0γ w h -
∆uA γ w
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Document No 59b Ajout: 1997-05-30
Théorie de la consolidation unidimensionnelle (suite) Principes 2 ∂ ∆u k A résoudre: ⋅ γ w ∂ z 2
= mv ∂∆ u
à savoir:
∂ t
Pression en excès ∆u
∆u = f(t,z)
t j
Autres formes de l'équation de la consolidation: mv γ w ∂∆ u ⋅ k ∂ t
∂ 2∆ u ∂ z 2
=
∂ 2∆ u ∂ z 2
= c1 ⋅ ∂∆ u v
∂ t
∇∆ u = c1 ⋅ ∂∆ u v ∂ t
avec cv =
k
h t p s m T e
zi
∆u = f(z) pour t = 0
mv γ w
= coefficient de consolidation avec ∇ = laplacien
∆u (z i,t j)
∆u = f(z) pour t = t j ; isochrone t j ∆u = f(t) pour z = z i ; isocote z i
Cotes z
Solutions: a) par développement en série (Terzaghi) b) par différences finies c) par éléments finis = méthode générale actuelle pour une, deux et trois dimensions a) possible à la main à condition d'avoir des conditions aux limites simples, b) et c) à l'ordinateur Avec la méthode a) on introduit dans l'équation de la consolidation un paramètre T v = facteur de temps:
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Document No 60
Sols expansifs (gonflants) Forces de liaison importantes
Une molécule H2O ne peut pénétrer entre les feuillets G
Si G
Si
Par exemple kaolinite
Si = tétrahèdre de silice B = brucite G = gibbsite
Forces de liaison très faibles
La pénétration de molécules d'eau entre les feuillets provoque le gonflement Si
B ou G
Si Si
B ou G
Si Interstratifiés : • montmorillonite • vermiculite
H2O
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Document No 61
Equation de la pression interstitielle de Skempton Théorie de la consolidation unidimensionnelle : ∆u = -∆ σ ' car σ = cte Réalité et plus généra l : ∆u = f(∆
σ) ou ∆u = f(∆e), e = indice de vide σ1
∆u donné par exemple par l' équation de Skempton : ∆u = B[∆σ3 + A(∆σ1 – ∆σ3)]
B = 1 : sols saturés B< 1 : sols non saturés
(cependant relation B = f(Sr) peu connue!)
contraintes ∆σ1 totales
∆σ3 σ3
ε1
Consolidation sphérique : σ1 = σ3 ∆u = ∆u p
0 % 0 = 1 r S
% 9 0
∆u = ∆u = B . ∆σ3
Cycle postgrade : Géologie Appliquée à l'Ingénierie et à l'Environnement Module B2-2: Mécanique des sols M. Dysli
Document No 62
Rupture d'un sol par cisaillement vitesse de chargement
σ1 > σ3
σ1 = σ3
σ1 > σ 3
A
σ1 > σ3
B
σ3
σ3
t=0
σ3
t=0+
σ3
t=t
t=t
∆u
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Document No 63
Résistance de pic (de pointe) et résistance résiduelle
τ ou σ1 - σ3
σ' 1 résistance de pic
ε1
σ'3
A
s o l s u r c o n s o l i dé
résistance résiduelle
B s o l n o rm a l e m e n t c o n s o l i d é
ε1
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Document No 64
Essais de cisaillement Compression simple
Scissomètre
Cisaillement direct surface A
M
T σ'2 = σ'3 = 0 admis
τ
σ'1
Relation contraintesdéformations
σv
σ '1 + u
T
τ
σ '3 + u
τ
τf
ε1
Pénétromètre P
T
τ = T / A
σ
Compression triaxiale
surface A
σv
σ'1
Tenseur des contraintes
Cisaillement simple
rotation
τ = T / A
τf
z P nbre coups
σ1 - σ 3
τ
τpic τrésiduel
dépl. horiz.
ε1
dépl. horiz.
z τ
τ σ
σ2=σ3=0
Remarques
τ
τ
τf
Etat de contraintes
τf σ
σ
σv
σ1 = qu Permet évent. de déterminer la résistance résiduelle.
τpic τrésiduel
L'orientation des contraintes principales varie pendant le cisaillement.
τ
σ
σv Essai alterné pour déterminer la résistance résiduelle.
σ σ '3
σ '1 • Pénétromètre de poche • Pénétromètre statique • Pénétromètre dynamique