Chapitre5- Consolidation Des Sols

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Chapitre5- Consolidation Des Sols

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  • Universit Aboubakr Belkaid - Tlemcen

    Mcaniques des SolsMcaniques des SolsChapitre 5 : TASSEMENTS ET CONSOLIDATION

    DES SOLS

    Mme. ROUISSAT Nadia

    Dpartement de Gnie CivilFacult des Sciences de lIngnieurE-mail : n_rouissat@mail.univ-tlemcen.dz

  • Quelques centimtres de tassement diffrentiel peuvent fissurer une maison structure trop rigide. Il faut donc dans tous les cas sen proccuper. La plupart des charges

    INTRODUCTIONLes matriaux se dforment lorsquils sont soumis des sollicitations externes. Dans certains cas, comme cela se produit avec les matriaux lastiques, la rponse est instantane. Pour dautres matriaux, les dformations mettent beaucoup de temps se manifester. Cela est vrai de certains sols et plus particulirement des argiles.

    tous les cas sen proccuper. La plupart des charges appliques aux sols par les btiments et ouvrages dart sont verticales et crent des dformations principalement verticales que lon appelle tassements . Ce phnomne de tassement est loin dtre instantan, il peut parfois durer des annes si la couche compressible est paisse et sa permabilit faible. Ltude de la vitesse de tassement prsente donc une importance pratique considrable.

    INTERET DE LETUDE DE LA CONSOLIDATION DES SOLS ET DE LEUR TASSEMENT

  • Gnralits

    Une fondation, un remblai, un barrage ou un mur de soutnement exercent surle sol une charge qui produit des dplacements. Comme le laisse prvoir la loide Comportement du sol, suivant la valeur de cette charge le sol admettra desdplacements limits ou bien trs grands le sol cde sous la charge. On voit Apparitre les deux grandes classes de problmes rsoudre :

    -La dtermination de la charge limite ( ne pas atteindre) qui provoqueLa rupture.

    -Lestimation des dplacements provoqus par la charge lorsque celle-ciEst infrieure la charge limite

    Nous nous intresserons ici cette deuxime classe de problmes; lesdplacements qui nous intressent sont les dplacements verticaux dela surface du sol sous la fondation ou louvrage envisag: les tassements.

  • Dfinitions

    Un sol est dit compressible si son volume peut changer. La compressibilit dun solpeut rsulter de trois phnomnes :1 .La compression du squelette solide ,2 .La compression de leau et de lair qui remplissent les vides ,3 .Lvacuation de leau contenue dans les vides ,

    REMARQUE:

    Leau tant considr incompressible, dans le cas dun sol satur, la compressibilitNe sera due qu 1 et 2 .

    On appelle tassement la dformation verticale dun sol soumis des charges extrieures(fondation, remblais, digues,..).La part la plus importante des tassements estgnralement due la compressibilit des sols, cest dire au fait quils peuvent Diminuer de volume.

    On appelle consolidation le phnomne de rduction de volume dune couche de solsatur, par vacuation graduelle de leau, sous leffet dune contrainte normale;

  • COMPORTEMENT DES SOLS SATURES

    On considre un sol totalement satur (Sr = 100%) constitu donc de deux phases : solide (squelette de grains ou de particules) et eau.

    Le sol est sous la nappe, la pression interstitielle U est positive (convention de la mcanique des sols).

    Le comportement dun sol satur dpend la fois de sa permabilit et de Le comportement dun sol satur dpend la fois de sa permabilit et de la vitesse de chargement.

    Il est donc ncessaire de distinguer les sols forte permabilit comme les sols grenus, des sols faible permabilit comme les sols fins et de tenir compte de la dure dapplication des charges, trs courtes en phase de chantier par exemple, trs longues en phase de service de louvrage, plusieurs annes aprs sa construction par exemple.

  • COMPORTEMENT DUN SOL GRENU SATURE

    Quand on applique une contrainte sur un sol grenu quelle que soit la dure de chargement,sa permabilit k est assez grande pour que leau en surpression svacue pratiquement Instantanment. La contrainte est transmise immdiatement aux grains (contrainte inter granulaire ) et leau nest pas mise en surpression. Le tassement se produit instantanment.

    Les sols grenus sont permables et leau interstitielle na pas dinfluence sur lvolution de leurs dformations au court du temps.Les dformations sont instantanes.

  • COMPORTEMENT DUN SOL FIN SATURE

    Quand on applique une contrainte sur un sol fin, parfaitement satur, sans bulles dair, de faible permabilit, galement dans des conditions oedomtriques, on doit distinguer deux (02) cas :

    si la dure de chargement est courte , ou si on est au dbut du chargement , leau ne peut pas svacuer instantanment , le module de compressibilit de leau tant gnralement beaucoup plus grand ( Bw=2 000 MPA ) que le module du squelette du sol , surtout si cest une argile molle ( Bs=1 MPA ) . leau se met en surpression du sol , surtout si cest une argile molle ( Bs=1 MPA ) . leau se met en surpression et reprend la contrainte applique. Il ny a pas de tassement instantan.

    Le comportement du sol fin satur fait intervenir la fois le comportement, de leau et du squelette (phase de chantier rapide).

    ce comportement sera qualifi de court terme, non drain.

  • Si la vitesse de chargement est trs lente, ou si la dure de chargement est longue, c'est--dire si on attend assez longtemps aprs lapplication du chargement pour que leau en surpression se soit vacue (a peut tre quelques annes pour largile), la contrainte, comme pour le sol grenu, est transmise aux particules solides.

    Ce comportement sera qualifi de long terme drain.

    Les sols fins sont trs peu permables et leau interstitielle exerce une grande

    COMPORTEMENT DUN SOL FIN SATURE

    Les sols fins sont trs peu permables et leau interstitielle exerce une grande influence sur lvolution,de leurs dformations au cours du temps

  • COMPORTEMENT DES SOLS SATURES

    Comportement du sol

    Vitesse de chargementPermabilit

    Sol fin saturSol grenu satur Sol fin saturSol grenu satur

    Contrainte transmise Au squelette

    Tassementinstantan

    Court terme, non drain

    Long terme drain

    , , u = U=0

    Compressibilit Consolidation

  • THEORIE DE CONSOLIDATION

    Le tassement des massifs de sols rsulte dune diminution du volume des pores. Lorsque le sol est satur, il faut quun volume deau gal la variation du volume des pores se dplace dans le sol. Lorsque le sol est peu permable, ce mouvement de leau est lent, de sorte que la dformation se dveloppe au cours du temps et tend progressivement vers une asymptote, qui est la valeur finale du tassement sous la charge applique. Ce phnomne dinteraction entre la dformabilit et la permabilit du sol est appel en mcanique des sols la consolidation . On lobserve principalement dans les sols fins (argileux ou limoneux), qui sont la fois lobserve principalement dans les sols fins (argileux ou limoneux), qui sont la fois saturs, dformables et trs peu permables. Pour une couche compressible dune dizaine de mtres dpaisseur, la consolidation peut durer des annes, voire des dizaines dannes.

  • IV.1. POSTULAT DE TERZAGHI

    Cest la suite dessais de laboratoire, que Karl Terzaghi, dans les annes 1920, a postul la relation la plus importante en mcanique des sols. La contrainte totale est gale la somme de la contrainte effective note et la pression interstitielle U.

    = + u = Postulat de Terzaghi = Postulat de Terzaghi

  • THEORIE DE CONSOLIDATIONAPPLICATION : SOLS FINS SATURES

    Tassement Diminution devolume

    Dformation Instantane

    Sol trsPermable

    Sol peu Permable

    AsymptoteTassement finalCONSOLIDATION

    Dformation =f(t)

  • CONDITION DAPPLICATION

    Cette thorie, qui repose sur des hypothses simplifies est fondamentale. Pour les calculs de temps de tassement, les hypothses sont les suivantes :

    -Sol homogne,-sol compltement satur,-sol compltement satur,-incompressibilit de leau et des grains du sol,-Compression unidimensionnelle, -coulement unidimensionnel, -Validit de la loi de Darcy,-Relation linaire entre la contrainte effective et lindice des vides,-caractristiques du sol (module, permabilit) constantes pendant toute la consolidation-Pas de viscosit structurale du sol, c'est--dire pas de compression secondaire.

  • Le sol tudier est contenu dans un cylindre C de section A. ce cylindre est rempli deau reprsentant leau interstitielle. Le ressort R modlise le squelette des grains solides.

    Le sol est charg par une force normal N applique laide dun piston P coulissant dune faon tanche dans le cylindre C. Dans ce piston, est mnag un orifice O. Moins le sol est permable, plus cet orifice est petit.

    Le dplacement H du piston vers le bas correspond au tassement du sol, voyons ce qui se passe lorsque la contrainte totale = N/A est applique.

    A linstant t0 = 0 correspond au dbut du chargement, leau considre comme

    ANALOGIE MECANIQUE DE LA CONSOLIDATION

    A linstant t0 = 0 correspond au dbut du chargement, leau considre comme incompressible absorbe toute la pression, nous avons donc U = et = 0

    avec U : pression interstitielle : pression effective = N/A o

    N est la force transmise dans le ressort

    Le postulat de Terzaghi est vrifi.

  • tant en pression, leau commence svacuer par lorifice. Son volume diminuant, le piston sabaisse (le sol tasse) et le ressort se comprime en reprenant une part de la charge totale. Plus lorifice est petit, c'est--dire plus le sol est impermable plus le phnomne est lent.

    A linstant t quelconque (figure 1b) nous avons :

    U 0 0 et toujours = N/A = + U

    Au fur et mesure que le temps passe, leau svacue, donc le ressort se comprime, la contrainte effective augmente et u diminue, u diminuant, leau

    ANALOGIE MECANIQUE DE LA CONSOLIDAT