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GCI 737 -RSISTANCE AU CISAILLEMENT

CHAPITRE II

VALUATION DE LA RSISTANCE AU CISAILLEMENT DES SOLS

2Introduction


Sols dposs en nature On ne connat pas la rsistance. Le problme dans les sols consiste tablir cette rsistance.

Lchantillon, les conditions de lessai et le type de lessai

doivent reprsenter le plus possible les conditions du

problme quon veut tudier.

Essai = simulation type de sollicitation ou type de chargement (rapide, lent, ect..) .


3Paramtres dinfluence


Les sols sont cres et dposs par la nature (des fois par lhomme). lencontre des autres matriaux

comme lacier et le bton, la rsistance nest pas une spcification garantie par le manufacturier.

Le problme dans les sols consiste tablir cette rsistance. Le matriau est disponible dans un certain tat

Quel est sa rsistance mobilisable dans cette situation. Le principale problme en stabilit des pentes : quel est la rsistance du sol pour les conditions donnes (fin

de construction, long terme, vidange rapide, sollicitation dynamique, etc.).

De quoi va dpendre la rsistance dun sol ? On est habitu de voir une expression trs simple :

= c + tan Est-ce que la rsistance dpend uniquement de c et de = cte. En ralit le problme est beaucoup plus complexe si on regarde louvrage dune faon gnrale et

universelle.

Rsistance au cisaillement = F(c, , C, e, , H, T, Sr, , , S, ) Condition de drainage et saturation

anisotropie




La rsistance au cisaillement dpend de c et de qui sont fonction de plusieurs paramtres :9 C : composition du sol (mme particules, deux arrangements).9 e : indice des vides9 : contrainte effective condition de drainage.9 H : histoire des contraintes9 T : temprature.9 : dformation9 : taux de dformation 9 S : structure du sol. 9 : direction des contraintes principales pour matriaux anisotrope. Plusieurs de ces paramtres sont indpendantes et dont c et est F().

Cependant il trs important de raliser quil y a autant de variables dans la rsistance au cisaillement. Lorsquon la rsistance au cisaillement S = c+tan, il faut raliser que lon a affaire un cas particulier, et quil peut exister quantit dautre c et pour le mme sol.Il nexiste donc pas un c et universelles pour un sol. Mais cest toujours un c et qui correspondent certaines conditions.

exprime laugmentation de la rsistance avec dans des conditions donnes.




La fonction (F) quantitative qui permet dintervenir les facteurs prsents nest pas connue. En consquence les valeurs de cet sont dtermins pour des conditions spcifiques et en fonction du type de sollicitation:

Programme dessai :

9 Condition de drainage 9 Taux de cisaillement 9 Plage de pression : par rapport lhistoire des contraintes 9 Histoire des contraintes ou compaction9 Condition de dformationOn aura donc plusieurs type de et de c pour un mme sol :

9 compression triaxiale 9 Extension triaxiale 9 Cisaillement simple9 Etc.

9 Contrainte totale 9 Contrainte effective 9 Condition drain9 Condition non drain9 Rsistance de pic (max.)9 Rsistance rsiduelle9 Condition de consolidation ou de

compaction




La combinaison de c et applicable un problme pratique va donc dpendre des conditions du problme rsoudre : 9 Chargement

9 Dchargement 9 Stabilit court terme9 Et/ou stabilit long terme9 Stabilit statique9 Stabilit dynamique9 O.C. ou N.C par rapport lhistoire des contraintes

Allons voir lvaluation de la rsistance pour diffrentes conditions.

Allons examiner les diffrents types dessais comme exemple de sollicitation.


7Essai de cisaillement direct


Force de cisaillement

Pierre poreuse

Pierre poreuse

Force normale

Plaque de charge

= (kPa)

(kPa)

ki

ik

f =tan

Avantages :

Essai rapide simple et peu coteux

Inconvnients :

Contrle du drainage (difficile pour les sols fins); Lessai nest utile que dans des cas compltement drains; On force la rupture sur un plan qui nest pas

ncessairement le plus critique On cre une concentration de contraintes sur les bords.


8Essai de cisaillement direct


Dans la boite de cisaillement et ne sont connues que surun seul plan. Il nest donc pas possible en gnrale de tracer un

cercle de Mohr (on ne connat pas 1 et 3 cause de la rotationdes contraintes).

Toutefois, la rupture, il est possible de tracer le cercle de Mohr.

La perpendiculaire lenveloppe passant par , N donne le centre du cercle - (1+2)/2.

= (kPa)

(kPa)

ki

ik

f =tan

f = c+tanCritre de rupture Mohr-Coulomb

c

3 1

12

N

f3f

1f

i

Ple

13

1

3


930-35Lche

35-40Moyennent dense

40-45dense

26-35Silt

34-48Gravier avec du sable

Sable : grains angulaires

35-38dense

30-35Moyennent dense

27-30Lche

Sable : grains arrondis

(deg)Type de solvaleurs typiques de Enveloppes typiques de rupture

(kPa)

(kPa)Sable et silt

(c 0)=tan

(kPa)

(kPa)

c

Argile sur-consolide=c+tan

(c0)Argile normalement

consolide=tan

(c 0)

Essai de cisaillement direct



10

Essais triaxiaux


Essai triaxial en compressionLessai triaxial en compression permet de contrler les contraintes principales.

Principe :Un chantillon cylindrique est soumis une pression hydrostatique de confinement c (contrainte dans la cellule*). Une contrainte dvia torique est applique verticalement par un piston*. * Les deux moyens dappliquer une contrainte totale.Puisque aucune contrainte extrieure de cisaillement nest applique, les contraintes horizontale et verticale sont des contraintes principales.

cc

c

c

uc cc

c

c

d=1-3

d

ud

Membrane


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Essais triaxiaux


Essai triaxial en compressionLe dviateur est appliqu de faon provoquer une dformation en compression axialeAu dbut de lessai, les contraintes dans lchantillon sont reprsentes par un point.a(c, 0), aucun cisaillement =0 condition isotropique.Ensuite avec lapplication de la contrainte = 1-3, les contraintes sont reprsentes par un cercle C(c, c) rayon = (1-3)/2 condition anisotropique - k0 = 3/1 - Lenveloppe de rsistance peut tre tracer partir de plusieurs cercles de rupture

cc

c

c

Enveloppe de rsistance

33

1f

1f

a(c, 0)

33

1f

1fExemple dans le livre H&K 10.8


12


Essai triaxial en extensionLe dviateur est appliqu de faon provoquer une dformation en extension axialeAu dbut de lessai, les contraintes dans lchantillon sont reprsentes par un point.a(c, 0), aucun cisaillement =0 condition isotropique.Ensuite avec lapplication de la contrainte = 1-3 deux possibilits ?, les contraintes sont reprsentes par un cercle C(c,c) rayon = (1-3)/2 condition anisotropique - k0 = 3/1 - Lenveloppe de rsistance peut tre tracer partir de plusieurs cercles de rupture

cc

c

c

Enveloppe de rsistance

33

1f

1f

a(c, 0)

33

1f

1f

Essais triaxiaux


13

Condition de drainage


Dans les essais courantes de boite de cisaillement, le drainage nest pas contrl (drain). On va parler de conditions de drainages dans le triaxiale seulement.

Il est difficile sinon impossible de reproduire exactement en laboratoire les conditions de drainage qui prvalent sur le chantier pour un problme donn.

On a tablie trois conditions limites bien dfinies comme essais standards pour Les essais de routine en laboratoire.

Augmentation de volume

diminution de volume

Valve


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ESSAIS DE CISAILLEMENT - TRIAXIALE

Essai consolid-drain ou drain (CD) Essai consolid-non drain (CU) Essai non-consolid non drain (UU)


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Deux phases pour le drainage

Consolidation de lchantillon :

Phase laquelle lchantillon est soumis une pression de confinement, la valve de drainage tant ouverte.

- isotropique pression cellulaire seulement - Anisotropique consolidation jusqu v0 Notion : Essai consolid

Essai non-consolid.

Cisaillement de lchantillon.

Phase laquelle japplique ou augmente un dviateur lchantillon induit un cisaillement pour amener jusqu la rupture

Notion : Cisaillement drain Cisaillement non-drain

Valve

N.B. : consolidation anisotropique Les conditions de drainage peuvent varier dans les deux phases.

Notion : essai triaxial consolid drain rfre au cisaillement


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ESSAI CONSOLID-DRAIN

Valve de drainage ouverte pendant la consolidation et pendant le cisaillement 3 pression de confinement d dviateur de pression 1 = 3+d = contrainte principale Lessai tant draine la pression de

leau est dissipe u = 0SYMBOLE POUR ESSAI TRIAXIAL DRAIN :

CD ou CID CAD (consolid (C) isotropique (I) ou anisotropique (A) drain).

(kPa)

(kPa)

c

Argile sur-consolide Argile normalement

consolide

13

(kPa)

(kPa)

Sable et silt

13 13



cc

c

c

uc=0 cc

c

c

d=1-3

d

ud=0

Essai se fait trs lentement pour quil ny ait pas de pression interstitielle dans lchantillon =0 pendant le cisaillement Contrainte applique changement de volume V. V mesure le rarrangement de la structure des grains.


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(kPa)

(kPa)

Sable et silt

ud

13 13



ESSAI CONSOLID- NON DRAIN

Valve de drainage ouverte pendant la consolidation. La valve de drainage est ensuite ferme et la contrainte deviatorique est applique sans permettre le drainage. i.e. sans permettre un changement de teneur en eau (si Sr =100%)

3 pression de confinement d dviateur de pression 1 = 3+d = contrainte principale Lessai tant non draine la pression de leau nest pas dissipe u 0

SYMBOLE POUR ESSAI TRIAXIAL CONSOLID NON DRAIN :

CU ou CIU CAU (consolid (C) isotropique (I) ou anisotropique (A) non drain).

Note : La pression interstitielle induite pendant lapplication du dviateur peut tre mesure. Au dbut de lessai 3 = c. Cependant un m est induit pendant le cisaillement et 3 = c

Introduction de la notion de volume constant si Sr = 100% Sr = 100%, V =? .; w = cte, V = cte.

cc

c

c

uc=0 cc

c

c

d=1-3

d

ud0


18



ESSAI CONSOLID- NON DRAIN

Valve de drainage toujours ferme. chantillon est soumis a une pression hydrostatique de confinement sans drainage et le dviateur est applique sans drainage (sans permettre aucun changement de teneur en eau - Sr =100%)

3 pression de confinement d dviateur de pression 1 = 3+d = contrainte principale Lessai tant non draine la pression de leau nest pas dissipe pendant la consolidation et le cisaillement uc # 0 u 0

SYMBOLE POUR ESSAI TRIAXIAL CONSOLID NON DRAIN :

UU (non consolid (U) non drain (U)). Compression simple U c =0

cc

c

c

uc0 cc

c

c

d=1-3

d

ud0

(kPa)

(kPa)Argile

ud

=0

13 13

cu

>400dure

200-400Trs raide

100-200Raide

50-100Moyenne

25-50Molle

0-25Trs molle

qu = 2Cu (kPa)

Consistance


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Essai de cisaillement simple (DSS)


v

Comparable lessai de cisaillement direct. Le cisaillement est appliquen haut et en bas de lchantillon.

Cet essai permet dviter le problme de concentration des contraintesrencontr dans lessai de cisaillement direct.

Permet deffectuer des essais drains et non drains.

Permet aussi deffectuer des chargements dynamiques ou statiques.

Comme dans lessai de cisaillement direct, il ya rotation des contraintes.

En pratique on interprte h = ff.

v

h


Diapositive numro 1Diapositive numro 2Diapositive numro 3Diapositive numro 4Diapositive numro 5Diapositive numro 6Diapositive numro 7Diapositive numro 8Diapositive numro 9Diapositive numro 10Diapositive numro 11Diapositive numro 12Diapositive numro 13Diapositive numro 14Diapositive numro 15Diapositive numro 16Diapositive numro 17Diapositive numro 18Diapositive numro 19

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