Consolidation et tassement des sols

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]
Éteindre vos cellulaires, SVP!
Séances d'exercice dirigé: A-2332
Références supplémentaires:
CGS 2006. Canadian foundation engineering manual. 4th edition, Bitech Publisher.
McCarthy, D.F. 2002. Essentials of soil mechanics and foundation: Basi geotechnics. 6th
edition, Prentice Hall.
Consolidation et tassement des sols
(Séance 1er/2)
Mouvement ou déplacement des sols
Construction
Excavation
Définitions
Le tassement d'une structure est le résultat de la déformation du
sol de fondation. L'origine de cette déformation peut être un ou
plusieurs suivant(s):
– La déformation sous une charge totale croissante est appelée
"mouvement" ou "déplacement".
– Le changement de volume associé à la diminution du volume
d'air, provenant d'un effet dynamique ou d'un chargement
statique, est appelé "compactage".
– Les changements de volume progressifs associés à une
réduction de la teneur en eau du sol est appelé
"consolidation".
– La déformation sous contrainte effective constante est
appelée "fluage".
Composantes du tassement
Pour les sols argileux, le tassement total, st:
St  Si  S c  S s
où si = tassement immédiate (déformation élastique des fondations
structurales, fûts de pieu par exemple);
sc = tassement de consolidation (variation de teneur en eau);
ss = tassement secondaire (fluage).
Pour les sables, le tassement total, st:
St  Si  S s
où le tassement immédiate, si, comprend le tassement élastique, se, et le
tassement de consolidation (appelé plutôt "compression"), sc:
Si  S e  S c
Consolidation des argiles
u
pression
interstitielle
excessive
Œdomètre ou consolidomètre et essais de consolidation
Échantillons non-remaniés:
D : H = 2.5 ~ 5
Œdomètre à anneau flottant
Œdomètre à anneau fixe
Dimension de l'échantillon
(a)
(b)
coefficient de
compressibilité
Un matériau écrouissable
(a)
(b)
pression de préconsolidation
Contrainte de préconsolidation
Particularité des sols: "mémoire"
"Cassure" indiquant 'vc et une argile
(absent pour les sables et silts)
Courbe de
recompression
État de consolidations
Le rapport de surconsolidation OCR (over consolidation ratio):
où 'p = contrainte de préconsolidation;
'vo = contrainte vertical effective due au poids des terres.
Un sol sera
― Normalement consolidé si 'p = 'vo (OCR = 1);
― Surconsolidé si 'p > 'vo (OCR > 1);
― Sous-consolidé si 'p < 'vo (OCR < 1).
Sous-consolidation 'p < 'vo (OCR < 1)
Remblais récents
h
H
'p = H - w(H+h) = subH - wh
'vo = H - wH
= subH
OCR = 'p/'p = 1 – (wh)/(subH) < 1
Détermination de la contrainte de préconsolidation 'p
5
2
1
4
ou
3
'p Casagrande = 'vc B
'p probable = 'vc C
'vc D  'p  'vc E
Construction de Casagrande
L'histoire de l'argile selon Casagrande
Courbes typiques de consolidation
des sols naturels
Des sols américain légèrement surconsolidés
sable
silt
Moraines glaciaires du Canada fortement surconsolidées
•
•
Pression de préconsolidation élevée
indice de vide faible
Influence de remaniement sur les courbes de consolidation
Comportement d'une argile sensible
Intact
1.
2.
3.
4.
"Cassure" très raide;
Avant cassure;
Après cassure;
Indice de vide.
Remanié
Consolidation d'une "argile" mexicain
Intact
1.
2.
3.
"Cassure" très raide;
Avant cassure;
Après cassure;
4.
Indice de vide trop élevé (n > 90%).
"argile
sensible"
Consolidation d'une argile gonflant américaine
pression de
gonflement
Essais de gonflement
à volume constant
mouillage
Consolidation d'une lœss (silts)
Effet de l'eau
Consolidation d'un autre silt
Caractéristiques
• Manque de "cassure"
• Difficile de déterminer 'p
Consolidation d'une tourbe
Caractéristiques:
• Indice de vide très élevé
• Concave vers le haut
• Difficile de déterminer 'p
Tassements
H0
Coefficient de compressibilité, av
Par définition, av > 0
(erreur de signe dans
l'Exemple 8.3)
e1
e2
 '1  '2
Coefficient de changement de volume, mv
dv
v
e
v 
1  e0
e  e0
v 
1  e0
d v
de / d 'v
 av


d 'v
1  e0
1  e0
 av
mv 
1  e0
mv
1
Module œdométrique, D ou Eœd
D  Eoed
d ' v
1


d v
mv
mv
D
1
1
Indice de compression, Cc
C'est la pente de la courbe de compression vierge:
Indice de compression modifié, Cc
d v
 v
 v 2   v1
Cc 


d log  'v  log  'v log  'v 2
 'v1
e  e0
v 
1  e0
de
d v 
1  e0
Cc
1
de
Cc 
d log  'v
Cc
Cc 
1  e0
Indice de recompression, Cr
C'est la pente de la courbe de recompression (rebondissement):
de
Cr 
d log  'v
Cr
1
Indice de recompression modifié, Cr
d v
C r 
d log  'v
Cr
1
Cr
Cr 
1  e0
Calcul des tassements de consolidation, sc
Cas d'une argile normalement consolidée
'v0 = 'p
1.
Construction 'v > 0, tassement. À considérer la courbe de compression vierge
2.
Excavation 'v < 0, gonflement. À considérer la courbe de recompression.
Cr
1
'v0 = 'p
Cas d'une argile surconsolidée
Eqs. (8.16) et (8.17)
Eqs. (8.18) et (8.19)
Déduction des courbes de consolidation sur le terrain
Méthode de Schmertmann (1955)
Argile normalement consolidée
Argile surconsolidée
Estimation des indices de compression
Équation de Terzaghi et Peck (1976):
Invalide si sensibilité > 4 et wL >100% ou si teneur en
matière organique élevée.
En général:
• Cr  (5 ~10%)Cc
• 0.035  Cr  0.015