Transcript Séance 2/3.

Cours CTN 504
Mécanique des sols
L i L i , ing., Ph.D
Professeur en géotechnique
Département de génie de la construction
Bureau: A-1484
Courriel: [email protected]
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Résistance au cisaillement
des sables et des argiles
Séance 2/3
Comportement des argiles
• Introduction
• Comportement des argiles en condition consolidée drainée
― Comportement à l'essai consolidé drainé (CD)
― Valeurs caractéristiques de résistance au cisaillement drainé.
― Utilisation de la résistance CD dans la pratique du génie
• Comportement des argiles en condition consolidée non drainée
― Comportement à l'essai consolidé non drainé (CU)
― Valeurs caractéristiques de résistance au cisaillement non drainé
― Utilisation de la résistance CU dans la pratique du génie
• Comportement des argiles en condition non consolidée non
drainée
― Comportement à l'essai non consolidé non drainé (UU)
― Valeurs caractéristiques de résistance UU
― Utilisation de la résistance UU dans les applications pratiques
Introduction
Comparaison entre comportement des argiles et des sables lors des essais triaxiaux:
Similarité:
• En essais drainés, sens de variation de volume (dilatation ou compression) dépend à
la fois de l'indice de densité et de la pression de confinement;
• En cisaillement non drainés, les tendance au changement de volume se traduisent
par des variations de pression interstitielle.
Particularité de l'argile: le comportement de l'argile dépend de l'histoire des contraintes
subies par le sol.
Sur le terrain, l'application des charges se fait souvent à des taux excédant la vitesse
d'évacuation de l'eau des pores d'un sol argileux, ainsi créant une pression interstitielle
excessive. Deux scénarios peuvent se produire:
1. La charge a une intensité telle que la rupture ne se produit pas, les pression
interstitielles excessives finiront par se dissiper et les variation de volume seront régies
par la consolidation;
2. La charge a une intensité telle que la rupture par cisaillement est imminente. En
principe, l'eau interstitielle ne supporte aucune contrainte de cisaillement, ce qui signifie
que la totalité des contraintes de cisaillement induites doit être nécessairement être
supportée par le seul squelette des grains solides; autrement dit, la résistance au
cisaillement du sol ne dépend que des contraintes effectives.
Méthodes d'analyses de stabilité en géotechnique:
1)
Méthode en contraintes totales.
Cette méthode consiste à empêcher le drainage durant les essais de
cisaillement et à poser l'hypothèse que les pressions interstitielles induites, et
par conséquent, les contraintes effective à l'intérieur de l'échantillon, sont
identiques à celles qui prévalent sur le terrain.
Cette méthode d'analyse de stabilité, appelée analyse en contraintes totales,
repose sur l'utilisation de la résistance au cisaillement non drainée, qui peut
être mesurée, soit en laboratoire, soit sur le terrain.
2)
Méthode en contraintes effectives.
Cette méthode d'analyse de stabilité s'appelle analyse en contraintes
effectives. Dans ce cas, il faut mesurer les pressions interstitielles induites sur
le terrain et dans les échantillons de laboratoire. Cette méthode est basée sur
l'utilisation de la résistance au cisaillement en contraintes effectives, qui ne
peut être obtenu qu'à partir d'essais en laboratoire.
Dans les cours précédents, on a présenté des essais
• en condition consolidée drainée (CD),
• consolidée non drainée (CU) et
• non consolidée non drainée (UU).
On a dit que les essais en condition non consolidée drainée (UD) sont rarement
réalisés. Ceci est dû
• d'une part que ce type d'essai ne simule aucune application pratique et
• d'autre part, ils ne peuvent pas être interprétés efficacement puisqu'un certain
drainage peut se produire pendant le cisaillement et rendre impossible toute
distinction entre l'effet des contraintes de confinement et celui des contraintes
de cisaillement.
• Comportement des argiles en condition consolidée drainée
― Comportement à l'essai consolidé drainé (CD)
― Valeurs caractéristiques de résistance au cisaillement drainé.
― Utilisation de la résistance CD dans la pratique du génie
• Comportement des argiles en condition consolidée drainée
― Comportement à l'essai consolidé drainé (CD)
― Valeurs caractéristiques de résistance au cisaillement drainé
― Utilisation de la résistance CD dans la pratique du génie
Courbes typique d'effort-déformation d'une argile compactée
1. Rigidité
2. Comparaison avec sable
Une argile normalement consolidée sous CD
Attention:
Même un cercle de Mohr pourrait déterminer l'enveloppement de rupture, les
résultats d'au moins 3 essais CD faits sur des échantillons identiques mais reconsolidés à des
pressions différentes sont nécessaires pour tracer l'enveloppement de rupture de Mohr.
La raison est si la gamme des pression de reconsolidation utilisée est étendue ou si les
échantillons n'ont pas exactement la même teneur en eau initiale, la même masse volumique
ou la même histoire de contraintes antérieures, les trois cercles ne s'aligneront pas sur une
même enveloppe et il faudra tracer la droite de façon approximative.
Argile surconsolidée sous CD
Normalement
consolidé
1. La portion DEC sur l'enveloppe de rupture s'appelle "bosse de préconsolidation"
2. Le point F sur l'enveloppe de rupture indique l'histoire de rebondissement DEC est oubliée.
• Comportement des argiles en condition consolidée drainée
― Comportement à l'essai consolidé drainé (CD)
― Valeurs caractéristiques de résistance au cisaillement drainé
― Utilisation de la résistance CD dans la pratique du génie
• '  20° pour les argiles normalement consolidées très plastiques non remaniées;
• ' pourrait atteindre 30° et plus pour les argiles siteuses et sableuses.
• ' est généralement de 25° ou 30° et peut parfois atteindre 35°, dans le cas des
argiles compactées.
• c'  0 pour les argiles normalement consolidées non cimentées.
Pour les sols surconsolidés, ' sera plus faible et c' plus élevé que dans la portion
normalement consolidée de l'enveloppe de rupture.
• c'  5 à 10 kPa sous un faible niveau de contraintes pour des argiles surconsolidées
non cimentées dont 'p ≤ 500 et 1000 kPa.
• c' sera plus élevée sous un faible niveau de contraintes pour des argiles
compactées.
Aux fins d'analyses de stabilité, les paramètres ' et c' de Mohr-Coulomb en contraintes
effectives sont déterminés à l'intérieur de la gamme des contraintes susceptibles de
s'appliquer sur le terrain.
• Comportement des argiles en condition consolidée drainée
― Comportement à l'essai consolidé drainé (CD)
― Valeurs caractéristiques de résistance au cisaillement drainé
― Utilisation de la résistance CD dans la pratique du génie
Les essais CD ne peu
courants dans les
laboratoire.
Les essais CU plus
pratiques pour obtenir les
paramètres de résistance
en contraintes effectives.
• Comportement des argiles en condition consolidée non drainée
― Comportement à l'essai consolidé non drainé (CU)
― Valeurs caractéristiques de résistance au cisaillement non drainé
― Utilisation de la résistance CU dans la pratique du génie
• Comportement des argiles en condition consolidée non drainée
― Comportement à l'essai consolidé non drainé (CU)
― Valeurs caractéristiques de résistance au cisaillement non drainé
― Utilisation de la résistance CU dans la pratique du génie
L'échantillon doit être saturé avant le cisaillement.
Cet essai permet d'obtenir deux enveloppes de rupture: une en contraintes totales (c, , ou
parfois T) et l'autre en contraintes effectives (c', ').
Cet essai peut servir à la fois pour les analyses en contraintes totales et pour les analyses
en contraintes effectives.
Typiquement, T  '/2
pour une argile
normalement consolidée
• Comportement des argiles en condition consolidée non drainée
― Comportement à l'essai consolidé non drainé (CU)
― Valeurs caractéristiques de résistance au cisaillement non drainé
― Utilisation de la résistance CU dans la pratique du génie
Pour les argiles normalement consolidées,  = 10° à 15° , c  0.
Pour les argiles surconsolidée et les argiles compactées,  diminue mais la valeur de c souvent
plus élevée.
• Comportement des argiles en condition consolidée non drainée
― Comportement à l'essai consolidé non drainé (CU)
― Valeurs caractéristiques de résistance au cisaillement non drainé
― Utilisation de la résistance CU dans la pratique du génie
Les essais CU peuvent servir à la fois pour les analyses en contraintes totales
et pour les analyses en contraintes effectives (CD).
Dans quelles applications pratiques utilise-t-on la résistance CU en contraintes
totales?
On utilise la résistance CU en contraintes totales pour résoudre les problèmes de
stabilité, où, après consolidation complète, les sols sont en équilibre dans le
champ de contraintes existant et auxquels sont rapidement appliquées des
contraintes additionnelles, sans drainage possible.
Utilisation de CU en contraintes totales – Résistance en court terme d'un système consolidé
soumis à nouvelle condition de chargement
Remarque:
Les essais CU peuvent être utilisés pour les analyses de stabilité à long
terme et à court terme. Les objectifs entre les deux termes sont
pourtant incompatibles.
Pour l'analyse de stabilité à long terme, la phase de cisaillement doivent
être réalisée d'une façon que le taux de chargement soit suffisamment
lent pour que les pressions interstitielles relevés aux extrémités de
l'échantillon soient identiques à l'intérieur de l'échantillon. Or, le
comportement effort-déformation et la résistance au cisaillement des
sols argileux dépendent de la durée d'application de la charge: plus une
argile est chargée rapidement, plus sa résistance sera élevée.
La meilleure solution consiste à effectuer deux série d'essais, une série
pour les conditions à long terme et une série pour le chargement à court
terme non drainé.
• Comportement des argiles en condition non consolidée non drainée
― Comportement à l'essai non consolidé non drainé (UU)
― Valeurs caractéristiques de résistance UU
― Utilisation de la résistance UU dans les applications pratiques
• Comportement des argiles en condition non consolidée non drainée
― Comportement à l'essai non consolidé non drainé (UU)
― Valeurs caractéristiques de résistance UU
― Utilisation de la résistance UU dans les applications pratiques
aucun changement de
contrainte effective
avant et après la
consolidation
uw=
La rupture se produit
en 10 à 20 minutes
uw=
uw=


• Comportement des argiles en condition non consolidée non drainée
― Comportement à l'essai non consolidé non drainé (UU)
― Valeurs caractéristiques de résistance UU
― Utilisation de la résistance UU dans les applications pratiques
La résistance non drainée des argiles varie considérablement.
 (ou T) est toujours égal à zéro. Mais, cu (ou su ou f) peut varier entre zéro pour des
sédiments très mous et quelques MPa pour des sols très raide.
Normalement, pour un site donné, la résistance au cisaillement non drainée est
exprimée comme f/'v0.
Caractérisation des argiles selon leur résistance au cisaillement non drainée
(CGS 1994)
• Comportement des argiles en condition non consolidée non drainée
― Comportement à l'essai non consolidé non drainé (UU)
― Valeurs caractéristiques de résistance UU
― Utilisation de la résistance UU dans les applications pratiques
La résistance UU est
appliquée au cas où les
charges externes sont
présumées être appliquées si
rapidement que les pressions
interstitielles excessives n'ont
pas le temps de se dissiper et
où la consolidation ne peut se
produire durant la période de
chargement.
On suppose que les variations
de contraintes totales durant
la construction n'influencent
pas la résistance non drainée
sur le terrain.