comportement des sols
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« Rhéologie des Sols »
Arezou MODARESSIFernando LOPEZ-CABALLERO
Laboratoire de Mécanique des Sols, Structures, Matériaux
� Rhéologie : Science des lois de comportement des matériaux, qui lient les contraintes aux déformations (élasticité, plasticité, viscosité, etc.). Larousse
Rhéologie des Sols
� Détermination du comportement des sols� Types de chargement dans les sols� Essais au laboratoire
� Comportements : Isotrope – oedométriques� Comportement élastique� Comportement à la plasticité
� Comportement normalement consolidé NC� Comportement surconsolidé OC.
� Comportement intermédiaire� Variation des modules � État caractéristique� Liquéfaction
Plan général
� Notations
Détermination du comportement des sols
� État initial – in-situ� Types de chargement dans les solsDétermination du comportement des sols
� Chargement vertical
État initial
� Types de chargement dans les solsDétermination du comportement des sols
� Mur de soutènement
État initial
Décharge horizontale
� Types de chargement dans les solsDétermination du comportement des sols
� Ancrage
Détermination du comportement des sols
État initial
Charge horizontale
� Types de chargement dans les sols
Détermination du comportement des sols
Décharge verticale
� Excavation� Types de chargement dans les sols
État initial
Détermination du comportement des sols
Charge verticale et cisaillement
� Remblai� Types de chargement dans les sols
Détermination du comportement des sols
Charge verticale et cisaillement
� Séismes� Types de chargement dans les sols
Détermination du comportement des sols
� Essais de consolidation� Essais au Laboratoire
• Consolidation Isotrope.
• Consolidation Oedométrique.• Essai de ko.
Détermination du comportement des sols
� Essais de consolidation� Essais au Laboratoire
Détermination du comportement des sols
� Essai de cisaillement� Essais au Laboratoire
Détermination du comportement des sols
� Essai triaxial� Essais au Laboratoire
� Détermination du comportement des sols� Types de chargement dans les sols� Essais au laboratoire
� Comportements : Isotrope – oedométriques� Comportement élastique� Comportement à la plasticité
� Comportement normalement consolidé NC� Comportement surconsolidé OC.
� Comportement intermédiaire� Variation des modules � État caractéristique� Liquéfaction
Plan général
Comportements : Isotrope – oedométriques
� Essai compression isotrope� Réponse au Laboratoire
• Argile Weald (Parry 1960)
Comportements : Isotrope – oedométriques
� Essai compression isotrope� Réponse au Laboratoire
• Sable de Sacramento (Lee et Seed 1967)
Comportements : Isotrope – oedométriques
� Essai compression isotrope� Réponse au Laboratoire
Comportements : Isotrope – oedométriques
� Essai oedométrique� Réponse au Laboratoire
• Argile de Mexico (Rutledge 1944)
Comportements : Isotrope – oedométriques
� Représentation simplifiée� Réponse au Laboratoire
Comportements : Isotrope – oedométriques
� Représentation simplifiée� Réponse au Laboratoire
Comportements : Isotrope – oedométriques� Réponse au Laboratoire
Comportements : Isotrope – oedométriques
� Comportement de référence - Argiles� Réponse au Laboratoire
� Détermination du comportement des sols� Types de chargement dans les sols� Essais au laboratoire
� Comportements : Isotrope – oedométriques� Comportement élastique� Comportement à la plasticité
� Comportement normalement consolidé NC� Comportement surconsolidé OC.
� Comportement intermédiaire� Variation des modules � État caractéristique� Liquéfaction
Plan général
Comportement élastique des sols
� Le comportement dit « élastique » des sols est limité seulement aux très petites déformations (i.e ε1 ou γ < 10-5). � Ce domaine est obtenu en laboratoire àl’aide des appareils tels que :
• le triaxial de précision, • la colonne résonante, • l’essai de torsion cyclique ou • des mesures de vitesse de propagation d’ondes (bender elements).
� Essai triaxial de précision� Essais au LaboratoireComportement élastique des sols
� Essai triaxial de précision� Essais au LaboratoireComportement élastique des sols
� Loi de Hertz� Modules élastiques (Emax, Gmax, Kmax)Comportement élastique des sols
Relation entre les forces de contact et les déformations dans un ensemble de sphères élastiques uniformes.
� Loi de Hertz
Comportement élastique des sols
K : Module de compressibilité volumétrique de l’ensemblep’ : Contrainte moyenne isotrope appliquéeζ: Module « semi-cubique » d’élasticité non-linéaireK dépend des paramètres décrivant l’arrangement des sphères (g(e)) et les propriétés élastiques des sphères (Eget νg).
� Modules élastiques (Emax, Gmax, Kmax)
Comportement élastique des sols� Modules élastiques (Emax, Gmax, Kmax)
� Cas des sols
A : paramètre qui dépend de la nature du sol, F(e) : fonction de compacité qui dépend de l’indice des vides e, pref : contrainte de référence arbitraire n : paramètre adimensionnel.
Comportement élastique des sols� Modules élastiques (Emax, Gmax, Kmax)
� Résultats expérimentaux - Sables
E ~ σ’o n pour les sables et graviers (Kohata et al. [KOH 97], Tatsuoka [TAT 00])
Comportement élastique des sols� Modules élastiques (Emax, Gmax, Kmax)
� Résultats expérimentaux - Argiles
G ~ p’ n pour la kaolinite remanié (Viggiani et Atkinson [VIG 95])
Comportement élastique des sols� Relations pour déterminer Gmax
� Relations pour les sols remaniés
Hardin et Richart [HAR 63]
Comportement élastique des sols� Relations pour déterminer Gmax
� Relations pour les sols remaniés
Comportement élastique des sols� Relations pour déterminer Gmax
� Relations pour les sols remaniés
Comportement élastique des sols� Relations pour déterminer Gmax
� Relations pour les sols remaniés
Comportement élastique des sols� Relations pour déterminer Gmax
� Relations pour les sols remaniés
Comportement élastique des sols� Relations pour déterminer Gmax
� Relations pour les sols remaniés
Comportement élastique des sols� Relations pour déterminer Gmax
� Relations pour les sols remaniés
Argiles NC et OCR
Argiles NC
Comportement élastique des sols� Relations pour déterminer Gmax
� Relations pour les sols remaniés
� Détermination du comportement des sols� Types de chargement dans les sols� Essais au laboratoire
� Comportements : Isotrope – oedométriques� Comportement élastique� Comportement à la plasticité
� Comportement normalement consolidé NC� Comportement surconsolidé OC.
� Comportement intermédiaire� Variation des modules � État caractéristique� Liquéfaction
Plan général
Comportement normalement consolidé NC� Essais triaxiaux CID sur l'Argile noire
Comportement normalement consolidé NC� Essais triaxiaux CID sur un sable extrêmement peu dense
Comportement normalement consolidé NC� Essais triaxiaux non drainés sur l'argile noire
Comportement normalement consolidé NC� Chemins triaxiaux NC (CID et CIU) sur l'argile simple
Comportement normalement consolidé NC� Chemins triaxiaux NC (CID et CIU) sur l'argile Wead
q = M p’
Comportement normalement consolidé NC� Chemins triaxiaux NC (CID et CIU) sur l'argile Wead
Comportement normalement consolidé NC� Essais à p' constant sur l'argile blanche
Comportement normalement consolidé NC� Analogie du comportement d'un sable extrêmement peu dense et d'une argile remaniée normalement consolidée.
� Détermination du comportement des sols� Types de chargement dans les sols� Essais au laboratoire
� Comportements : Isotrope – oedométriques� Comportement élastique� Comportement à la plasticité
� Comportement normalement consolidé NC� Comportement surconsolidé OC.
� Comportement intermédiaire� Variation des modules � État caractéristique� Liquéfaction
Plan général
Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CID sur l’argile simple; comparaison des essais NC et OC.
Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CID sur l’argile simple.
� Comparaison des essais NC et OC
0 10 20 30 40
ε1 (%)0
0.5
1
1.5
2 η = q/p'
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
p'0
0.5
1
1.5
2
2.5
3 qM = 1.35
emin
emax
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
p'0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85 e
0.1 1 10
p'0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85 e0 10 20 30 40
ε1 (%)0
0.5
1
1.5
2
2.5
3 q (MPa)
0 10 20 30 40
ε1 (%)0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85 e
σ'3 = 0.1
σ'3 = 0.3
σ'3 = 0.8
σ'3 = 0.1
σ'3 = 0.3
σ'3 = 0.8
Cc = 0.15
HOSTUN SandBouvard, 1982
Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CID sur un sable.
� Comportement post pic – état critique
Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CID sur un sable.
[(epp - eOC) = -0.02] ψ = 1.6[(epp - eOC) = 0] ψ = 1.4
[(epp - eOC) = 0.25] ψ = 15.5
[(epp - eOC) = 0.02] ψ =2
0 10 20 30 40
ε1 (%)0.0
0.5
1.0
1.5η/M = q/p'/M
[(epp - eOC) = 0.11] ψ = 10.1[(epp - eOC) = 0.14] ψ = 12.3
[(epp - eOC) = 0.06] ψ = 7
[(epp - eOC) = -0.03] ψ = 0Black clay NC
Sand "NC"
Simple clay OCR = 12
Rowe 62 ψ
[(epp - eOC) = 0.06] ψ = 7
[(epp - eOC) = 0.11] ψ = 10.1
[(epp - eOC) = 0] ψ = 1.4
[(epp - eOC) = 0.14] ψ = 12.3
[(epp - eOC) = -0.02] ψ = 1.6
[(epp - eOC) = 0.25] ψ = 15.5
[(epp - eOC) = 0.02] ψ = 2
[(epp - eOC) = -0.03] ψ = 0
0 10 20 30 40ε1 (%)-9
-6
-3
0
3
6
9
12 -εv (%)
Sand "NC"Black clay NC
Simple clay OCR = 12
Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CID – Comportement de référence.
Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CID sur une argile.
ELASTIC LIMIT
CSL
Cs: « ELASTIC PATH »
p’iCDILATANCY LINE
� Limite volumétrique pseudo-élastique
Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CIU sur une argile.
� Comparaison des essais NC et OC
Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CIU sur une argile.
� Comparaison des essais NC et OC
Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CIU sur une argile.
� Comparaison des essais NC et OC
Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CIU sur l’argile simple.
Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CIU sur le sable de Sacramento.
Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CIU sur le sable de Toyoura.
� Sable lâche
Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CIU sur le sable de Toyoura.
� Sable moyen
Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CIU sur le sable de Toyoura.
� Sable dense
� Détermination du comportement des sols� Types de chargement dans les sols� Essais au laboratoire
� Comportements : Isotrope – oedométriques� Comportement élastique� Comportement à la plasticité
� Comportement normalement consolidé NC� Comportement surconsolidé OC.
� Comportement intermédiaire� Variation des modules � État caractéristique� Liquéfaction
Plan général
Variation des modules de rigidité� Effet de la déformation.
Variation des modules de rigidité� Limites de domaines de comportement.
� « volumetric threshold shear strain »
Variation des modules de rigidité� Évolution de G en fonction de la déformation.
� Argiles
Variation des modules de rigidité� Évolution de G en fonction de la déformation.
� Sables
� Détermination du comportement des sols� Types de chargement dans les sols� Essais au laboratoire
� Comportements : Isotrope – oedométriques� Comportement élastique� Comportement à la plasticité
� Comportement normalement consolidé NC� Comportement surconsolidé OC.
� Comportement intermédiaire� Variation des modules � État caractéristique� Liquéfaction
Plan général
État caractéristique� Définition.
État caractéristique� Définition.