Tassement consolidation

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  • 1. 1re partie - Connaissance des sols M.S. 3 Tassement - Consolidation

2. Tassement-Consolidation Plan 1 - Etude qualitative de la consolidation. 2 - Thorie mathmatique de la consolidation unidimensionnelle. 3 - Consolidation dune couche draine sur les deux faces. 4 - Prise en compte du temps de chargement. 5 - Essai de compressibilit ldomtre. 6 - Calcul du tassement de consolidation. 3. Tassement - Consolidation ETUDE QUALITATIVE DE LA CONSOLIDATION 4. 1. Remarques prliminaires. Dfinition : On appelle consolidation, le phnomne de rduction progressive de volume, en fonction du temps, dune couche de sol satur, sous laction dune contrainte totale normale constante. Condition dapplication : La thorie de la consolidation due K.Terzaghi ne sapplique quaux sols saturs. 5. 2. Tassement dans le temps sous une charge donne. a. Explication du phnomne. u = Q/S = 0 = Q/S u = 0 = 0 = 0 u = .Q/S = .Q/S = Q/S + = 1 u = 0 = Q/S = Q/S u = pression interstitielle Q (1) pas de charge S = contrainte transmise au ressort (2) (3) Q Q 6. 2. Tassement dans le temps sous une charge donne. b. Evolution des contraintes effectives et interstitielles en fonction du temps. temps pressionstassement 7. 2. Tassement dans le temps sous une charge donne. b. Degr de consolidation. Dfinition : On appelle degr de consolidation U, le rapport entre laugmentation de contrainte effective au temps t et laugmentation finale de la contrainte effective. En pratique, on confond U avec Us (degr de tassement) 100 s s U final t s = U est donc le rapport du tassement obtenu, linstant t, sur le tassement final obtenu. 8. 3. Tassement en fonction de la charge. Plus le sol est charg , plus le sol se dforme.Plus le sol est charg , plus le sol se dforme. H H V V = avec = H H tassement relatif du sol Module domtrique H H E ' oed = 9. Tassement - ConsolidationTassement - Consolidation THEORIE MATHEMATIQUE DE LA CONSOLIDATION UNIDIMENSIONNELLE 10. 1. Problme rsoudre. couche impermable sol compressible drain H q 11. 2. Modlisation mathmatique Equation diffrentielle modlisant la consolidation u : pression interstitielle en un point quelconque situ en une cote z ; Cv : coefficient de consolidation du sol (en m/s) 2 2 u z .Cv t u = avec w oed E kCv = La rsolution conduit dfinir Tv : le facteur-temps 12. 3. Solution Dfinition : On appelle facteur-temps, la quantit : t H Cv Tv = t : temps (dure) total de la consolidation ; Cv : coefficient de consolidation du sol (en m/s) ; H : longueur du chemin de drainage de la couche compressible ; Labaque en annexe du chapitre 4 (cf. manuel ESAG) permet de dterminer Tv en fonction de U et inversement. 13. abaque U = f(Tv) 14. Tassement - Consolidation CONSOLIDATION DUNE COUCHE DRAINE SUR LES DEUX FACES 15. Consolidation dune couche draine sur les deux faces couche drainante sol compressible drain H/2 q H/2 16. Consolidation dune couche draine sur les deux faces Par raison de symtrie,tout se passe comme dans le cas prcdent en posant le chemin de drainage H = H/2 t H Cv Tv ' = = = 4.Cv H.Tv t t H 4.Cv Tv Conclusion : Le temps de consolidation est proportionnel au carr de la longueur de drainage 17. Exercice : Temps de consolidation Considrons une couche dargile de 2 m dpaisseur, consolide uniformment entre deux couches drainantes. 1 - au bout de combien de temps aura-t-on atteint un degr de consolidation de 40 %, sachant que Cv = 2.10-8 m2 /s ? 2 - aprs combien de temps aura-t-on 50 %, 90 % et 100 % de consolidation ? 18. Tassement - Consolidation PRISE EN COMPTE DU TEMPS DE CHARGEMENT 19. Mthode approche de prise en compte du temps de consolidation Courbe thorique = courbe du tassement obtenue en supposant que la charge dfinitive a t applique t0 = 0 ; Le chargement est suppos linaire entre t0 et t1 ; On suppose que le tassement rel linstant t (point B) est identique celui observ si la contrainte 1 avait t applique au temps t1/2 (point A de la courbe thorique) ; Au del du temps t1 , la courbe relle est obtenue par translation AB de la courbe thorique ; La courbe relle, entre 0 et B, est obtenue en considrant qu un instant ti quelconque tel que ti t1 , le tassement est identique celui observ si la charge 1 avait t applique au temps ti /2. U tant le degr de consolidation correspondant, le degr de consolidation rel est calcul en appliquant la formule : 1 ' UU = ce qui permet dobtenir le point C de la courbe. 20. Tassement - Consolidation ESSAI DE COMPRESSIBILIT LDOMTRE 21. 1. Appareillage. 22. 2. Principe. 23. 3. Courbe de consolidation, dtermination de Cv CD : Expulsion de leau absorbe. h reste faible et dure longtemps. Les grains sont en contact et simbriquent O H log t A B C DE BC Expulsion de leau.interstitielle h diminue brusquement AB Mise en pression de leau interstitielle contenue dans lchantillon. h varie peu. Consolidation primaire Consolidation secondaire H0 H50 H100 t50 t100 50 2 t 4 H 0,197 Cv = (0,197 correspond au facteur-temps Tv pour U = 50%) = Cte 24. 4. Courbe oedomtrique, dtermination de Cs et Cc Palier n v (en kPa) H (en 10-2 cm) e 1 5 9 1,34 2 12,5 30,4 1,32 3 17,5 44,7 1,31 4 25 65 1,29 5 35 95 1,26 6 60 142,8 1,21 7 17,5 130,5 1,22 8 5 115,8 1,24 9 17,5 124,8 1,23 10 60 150,0 1,20 11 120 228,5 1,12 12 240 334,0 1,02 13 480 450,3 0,90 14 960 567,4 0,79 15 5 435,1 0,92 25. Caractristiques de compressibilit : ei : indice des vides initial ; e0 : indice des vides du sol en place ; v0 : contrainte effective verticale ; P : contrainte de prconsolidation : Cc : indice de compression ; Cs : indice de gonflement. 26. ( ) ( ) ( ) = == ' 1 ' 2 21 ' 1 ' 2 21 c log ee loglog ee 'log e C Indice de compression Dfinition 1 : On appelle indice de compression et on note Cc, le rapport de la variation dindice des vides et de la variation du logarithme dcimal de la contrainte effective obtenus pour les trois derniers chargements. Dfinition 2 : Cest la pente du segment ]M1;M2[ )'(log e Cc=soit 27. Tassement - ConsolidationTassement - Consolidation CALCUL DU TASSEMENT DECALCUL DU TASSEMENT DE CONSOLIDATIONCONSOLIDATION 28. 1. Expression gnrale du tassement. ' v0 ' v0 C 0 0 C logC e1 H H + + = e0 : indice des vides initial (avant chargement) ; H0 : hauteur ou paisseur initiale de la couche compressible ; v0 : contrainte initiale au niveau considr du terrain en place ; : augmentation de contrainte ; Cc : indice de compression 29. 2. Expression du tassement dune couche compressible paisse. h1 h2 h3 V0 1 + V0 2 + V0 3 + hV0 + Principe : On dcoupe la couche paisse en plusieurs couches (i) de quelques mtres (voire moins) pour lesquelles on suppose e0 ; v0 et constants (valeurs au centre de la couche = valeur moyenne pour chaque couche). i = I. (I dpend de la gomtrie de la surcharge) On calcule Hi pour chaque couche = i itotal HH 30. Exercice : calcul du tassement dune couche de vase Calculer le tassement de la vase : en considrant une couche de 12 m ; en divisant la couche en deux sous-couches de 6 m ; en divisant la couche en quatre sous-couches de 3 m. Vase normalement consolide = 16 kNm3 e0 = 1,8 Cc = 0,7 q = 18 kPa H = 12 m 31. Tassement - ConsolidationTassement - Consolidation TECHNOLOGIESTECHNOLOGIES D ACCELERATION ARTIFICIELLED ACCELERATION ARTIFICIELLE DE LA CONSOLIDATIONDE LA CONSOLIDATION 32. Les drains verticaux 33. Les drains verticaux 34. Consolidation atmosphrique 35. Procd Mnard Vacuum 36. Procd Mnard Vacuum 37. Chantier A 837 38. Vue de la tranch d tanchit la membrane sous vide du remblai 39. Les deux zones de Boutonne Zone sous vide. Zone en cours de chargement