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 3/3

Comportement des argiles

• • • •

Essai de compression simple pour mesurer la résistance UU Sensibilité de l'argile Paramètres de pression interstitielle Coefficient des terres au repos pour les argiles

Comportement des argiles

• • • •

Essai de compression simple pour mesurer la résistance UU

Sensibilité de l'argile Paramètres de pression interstitielle Coefficient des terres au repos pour les argiles

Cet essai est une variante particulière de l'essai UU où la pression de confinement est nulle.

Pour obtenir la même résistance dans l'essai de compression simple et dans l'essai UU, il faut: 1. L'échantillon doit être 100% saturé; 2. L'échantillon ne doit présenter aucune discontinuité, telle que des fissures, des lits, des varves; 3. Le sol doit être à grains très fins pour avoir suffisamment de contrainte capillaire résiduelle pour maintenir l'intégrité de l'échantillon pendant l'essai de compression. Cela signifie que seuls les sols argileux peuvent subir l'essai de compression simple.

4. L'échantillon doit être déformé rapidement à la rupture. La rupture devrait être déterminée en 5 à 15 minutes.

5. Le résultat obtenu avec tel essai est la résistance en compression simple en contrainte totale non drainée, UCS u (souvent notée en q u ).

Il faut remarquer que la contrainte de cisaillement réelle à la rupture  ff sur le plan de rupture est inférieure à la résistance au cisaillement non drainé  f = c u parce que  ff se développe sur un plan de rupture dont l'inclinaison est régie par les contraintes effectives.

Comportement des argiles

• • • • Essai de compression simple pour mesurer la résistance UU

Sensibilité de l'argile

Paramètres de pression interstitielle Coefficient des terres au repos pour les argiles

S t

 UCS u intact UCS u remanié 

c

u intact

c

u remanié    f intact u remanié Remarque: la détermination de résistance remaniée doit se faire à la même teneur en eau – la teneur en eau naturelle, w n , que celle de l'échantillon intact.

Échelle des valeur de sensibilité utilisées aux É-U. et en Suède Échelle des valeur de sensibilité utilisées au Canada (CGS 1994).

Comportement des argiles

• • • • Essai de compression simple pour mesurer la résistance UU Sensibilité de l'argile

Paramètres de pression interstitielle

Coefficient des terres au repos pour les argiles

Quand on traite le problème de tassement, on estime l'augmentation de la pression interstitielle égale à l'augmentation de la charge externe.

Dans la pratique, il est souvent nécessaire d'évaluer les pressions interstitielles excessives (  u) lors d'un chargement non drainé par un ensemble de variations des contraintes externes (  1 ,  2 et  3 ). Ces variations exprimées en termes de contraintes totales peuvent être isotropes ou anisotropes.

Lors d'un essai de compression triaxiale UU dans la phase de consolidation, si l'échantillon est 100% saturé (S r = 100%), on obtient une augmentation de la pression interstitielle égale à l'augmentation de la charge externe, soit:  u =  c ou  u/  c = 1 Si l'échantillon n'est pas complètement saturé (S r < 100%),  u <  c et  u/  c < 1. Skempton (1954) a défini ce rapport comme paramètre B de pression interstitielle:

B

 

u

  3  1  1

nC v C sq

où n = porosité

C

v

C

sq = compressibilité des pores = compressibilité du squelette du sol Si sol complètement saturé, C Si sol sec, C v /C sq   , B  0.

v Si sols partiellement saturés, 1 = C w  B   0, B 0.

 1;

• • Le paramètre B permet d'établir si le sol est complètement saturé lors d'essais triaxiaux: Si B ~ 1, échantillon d'argile molle est saturé. Si la structure du sol est relativement rigide, B peut être inférieur à 1 même si Sr = 100%.

Lors d'un essai de compression triaxiale UU dans la phase de cisaillement, une augmentation de la pression interstitielle  u est engendrée par l'application du déviateur de contraintes  =  1  3 =  1  3 . Si le sol est élastique, on aurait: 

u



B

1 3    1    3  Comme le sol n'est généralement pas élastique, Skempton a désigné un coefficient A, au lieu de 1/3. L'augmentation de la pression interstitielle dans la phase de cisaillement est alors: 

u



B A

   1    3  ou 

u



A

   1    3  où

A



B A

En synthèse, l'augmentation totale de la pression interstitielle lors d'un essais triaxiaux UU est: 

u tot

   

u B



cons

 

B

  3 3   

u cisa A

   

A

   1 1       3  3   Les coefficients de pression interstitielle de Skempton sont très utiles dans la pratique, parce que les pressions interstitielles peuvent être prédites en connaissant les variations de contraintes totales. Sur le terrain, on doit absolument être en mesure de prédire la pression interstitielle excessive afin d'établir si les sollicitations sont sur le point de déterminer la rupture. Le cas échéant, on peut prévoir une construction en plusieurs phases; le comportement de l'ouvrage doit alors être suivi à l'aide d'un programme d'instrumentation sur le terrain.

Les paramètres de Skempton sont utilisés dans la conception et le contrôle de la construction de barrages en terre, de la mise en place d'un remblai routier, d'une halde à stérile sur une fondation d'argiles très molle.

Exercice 1

On effectue un essai triaxial UU sur une argile saturé à Sr = 100%. On applique une pression de confinement de 50 kPa avant d'appliquer une charge supplémentaire de 40 kPa dans la direction axiale pour cisailler l'échantillon.

1. Quelle est l'augmentation de la pression interstitielle dans la phase de consolidation?

2. Quelle est l'augmentation de la pression interstitielle dans la phase de cisaillement?

3. Quelle est la pression interstitielle excessive finale?

Exercice 2

On fait une construction routière d'une hauteur de 3 m sur une dépôt argile. Quel est la pression interstitielle excessive à court terme?

Comportement des argiles

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Coefficient des terres au repos pour les argiles