Comportement des sables et des m©langes ... - INSA de .m/m et les divers exemples pr©sent©s ont

  • View
    213

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Comportement des sables et des m©langes ... - INSA de .m/m et les divers exemples...

  • 1 Etudes prliminaires

    1.1 Essais statiques et dynamiques, in situ et en laboratoire 1.1.1 Introduction

    1.1.2 Essais in situ 1.1.2.1 Essais de pntration 1.1.2.2 Essais de cisaillement 1.1.2.3 Essais dexpansion 1.1.2.4 Essais sismiques

    1.1.3 Essais en laboratoire 1.1.3.1 Classification des essais 1.1.3.2 Essais quasi-statiques de prcision

    1.1.4 Conclusion

    1.2 Propagation dondes dans un milieu continu lastique

    1.2.1 Elasticit linaire 1.2.1.1 Elasticit linaire isotrope 1.2.1.2 Elasticit linaire isotrope transverse

    1.2.2 Propagation dondes dans un milieu lastique linaire 1.2.2.1 Milieu lastique linaire isotrope 1.2.2.2 Milieu lastique linaire isotrope transverse

    1.2.3 Conclusion

    1.3 Propagation dondes dans un milieu porolastique satur

    1.3.1 Porolasticit 1.3.1.1 Porolasticit isotrope 1.3.1.2 Porolasticit isotrope transverse

    1.3.2 Propagation dondes dans un milieu porolastique isotrope 1.3.2.1 Ondes de compression 1.3.2.2 Ondes de cisaillement 1.3.3 Conclusion

    1.4 Conclusion

    1

  • 2

  • Partie 1 : Etudes prliminaires

    Introduction

    Caractriser la rponse des sols des sollicitations diverses comme celles prsentes ltat naturel ncessite lemploi dun certain nombre de techniques dessais en place (in situ) mais galement en laboratoire.

    En premier lieu, les principaux essais raliss in situ et en laboratoire sont ainsi

    succinctement prsents. Les essais en laboratoire se sont considrablement diversifis au cours des dernires annes. Une classification est propose en insistant sur les appareils de prcision dont les plus rcents comprennent des dispositifs de sollicitations quasi-statiques mais galement dynamiques.

    Dans le cas de techniques dessais dynamiques (tels que les essais de propagation

    dondes raliss la fois in situ et en laboratoire), une hypothse au pralable sur le comportement du sol est ncessaire. Sous cette hypothse, les vitesses des ondes mises dans le sol peuvent tre alors relies aux paramtres de comportement de ce sol. Dans un second temps, il est donc propos de prsenter ces relations en considrant le sol comme un milieu continu lastique ou comme un milieu poreux (constitu de deux phases, solide et liquide) lastique, lorsque celui-ci est satur.

    3

  • 4

  • Partie 1 : Etudes prliminaires 1.1 Essais statiques et dynamiques, in situ et en laboratoire

    1.1 Essais statiques et dynamiques, in situ et en

    laboratoire

    1.1.1 Introduction

    Les sols prsentent un comportement fortement non linaire et irrversible face aux dformations quils subissent. La mcanique des sols sattache dcrire et prdire ce comportement, pour une grande varit de matriaux et dans une large gamme de dformations. Il savre possible dexhiber un comportement qualitativement similaire des diffrents types de gomatriaux (tels que les argiles, sables, graviers, roches tendres ou roches dures) en fonction du niveau de dformation. Comme lillustre Tatsuoka & Shibuya (1991), ces matriaux tmoignent successivement de comportement lastiques linaires et lasto-plastiques (figure 1.1). Dun point de vue quantitatif, ces matriaux prsentent des diffrences, particulirement en ce qui concerne les seuils de dformation entre ces diffrents types de comportements.

    Figure 1.1 : Comportement des gomatriaux en fonction du niveau de dformation (Tatsuoka & Shibuya, 1991)

    Les niveaux de dformations illustrs sur la figure 1.1 doivent tre mis en rapport avec ceux qui apparaissent lors de la ralisation des ouvrages ou au cours de la vie de ces derniers (figure 1.2). Les proprits mcaniques de dformabilit et de rsistance des gomatriaux sont alors accessibles travers un certain nombre de techniques dessais en laboratoire et dessais in situ, chaque essai possdant un champ dapplication li aux dformations quil gnre. Sur la figure 1.2, les flches pleines correspondent au niveau habituellement considr des dformations mises en jeu lors de la ralisation de diffrents ouvrages. Toutefois, de nombreux chercheurs (entre autres, Burland, 1989, Jardine, 1994, Tatsuoka et al., 1995, 2001, Koseki et al., 2001) rapportent nombre de cas, tirs de leur exprience pratique o des dformations plus faibles sont impliques (flches en pointills). Pour exemple, Burland (1989) donne le cas du creusement dun tunnel Londres, lors duquel les dformations en surface ne dpassent pas 5.10-4 m/m et restent infrieures 10-3 m/m proximit du tunnel, ou

    5

  • Partie 1 : Etudes prliminaires 1.1 Essais statiques et dynamiques, in situ et en laboratoire

    encore lexemple de chargements en surface lors de la construction dun acclrateur nuclaire pour lesquels la dformation reste infrieure 10-4 m/m. Tatsuoka et al. (1995) reporte des niveaux de dformation maximum atteints proximit de murs de soutnement ou de fondations superficielles de lordre de 10-4 m/m. Koseki et al. (2001) rpertorient 18 cas douvrages construits au Japon (tel que le pont dAkashi Kaikyo, le Rainbow Bridge Tokyo, la centrale nuclaire de Kashiwazaki ou encore plus gnralement le cas de nombreux gratte-ciels) pour lesquels des essais de laboratoire ont t utiliss. Des appareils triaxiaux de prcision ont permis de dterminer la rigidit des sols pour des dformations de quelques 10-5 m/m et les divers exemples prsents ont montr limportance dune bonne connaissance des sols ces niveaux de dformation.

    Figure 1.2 : Domaines dutilisation des matriels dessais pour la dtermination des modules de

    dformation et de leur application (Reiffsteck, 2002)

    Dans ce qui suit sont prsents brivement les techniques dessais in situ et les techniques dessais en laboratoire, en privilgiant par la suite pour ces derniers, les essais de prcision. Les essais de prcision permettent de retranscrire le comportement du sol pour des dformations infrieures 10-4 m/m. Lappareil utilis au cours de notre tude en fait partie et sa prsentation fait lobjet de la deuxime partie.

    1.1.2 Essais in situ

    Lusage des techniques dessais in situ est devenue systmatique pour la plupart des ouvrages importants sur terre comme en mer. Il est possible de distinguer les essais de pntration, de cisaillement, dexpansion et les essais sismiques ou de propagation dondes. Les principaux essais sont prsents ci-aprs.

    1.1.2.1 Essais de pntration

    Les essais de pntration peuvent tre raliss par fonage dune pointe conique

    (pntromtre statique, figure 1.3.a), par battage laide dun mouton dune pointe conique (pntromtre dynamique, figure 1.3.b) ou dun carottier. La rsistance de pointe est mesure

    6

  • Partie 1 : Etudes prliminaires 1.1 Essais statiques et dynamiques, in situ et en laboratoire

    et les premires amliorations ont consist la dissocier du frottement latral. Du fait de sa souplesse et sa facilit dutilisation, le pntromtre est trs rpandu et a connu de nombreuses variantes en intgrant un ou plusieurs capteurs de pression interstitielle (pizocne), ou un acclromtre (sismocne). a. b.

    (a) (b)

    Figure 1.3 : Vues schmatiques du pntromtre statique (a.) (Qp rsistance en pointe, Qst frottement latral) et pntromtre dynamique (b.) (Rp rsistance en pointe)

    1.1.2.2 Essais de cisaillement

    Les essais de cisaillement consistent dterminer les caractristiques de rsistance des sols en imposant une contrainte de cisaillement soit par traction ou arrachement vertical de lappareil soit par rotation autour de son axe.

    Le scissomtre est lessai de cisaillement le plus rpandu (figure 1.4.a.), le cisaillement tant ralis par rotation des pales rectangulaires. Son utilisation est frquente pour la dtermination de la cohsion non draine des argiles qui est relie au couple de torsion appliqu. Selon Tavenas et Leroueil (1987), les effets de la gomtrie particulire de lappareil sur le frottement, la distribution non uniforme des contraintes ou encore sur la rupture progressive du sol (qui peut avoir lieu au cours du cisaillement), sont mal connus et rendent difficile linterprtation des rsultats. Le scissomtre autoforeur dvelopp par Baguelin et Jzquel en 1973 (figure 1.4.b.) consiste descendre une sonde par autoforage pour rduire au maximum les effets de remaniement du sol. Suivant le mme principe que le scissomtre, le cisaillement est appliqu par rotation de la partie cylindrique munie de pales et le couple torsion avec langle de rotation sont mesurs.

    Le phicomtre reproduit le principe du premier essai de cisaillement en forage dvelopp aux Etats-Unis sous le nom de borehole shear test selon Reiffsteck (2002). Il consiste dilater dans un forage pralable une sonde munie dasprits qui pntrent dans le sol (figures 1.4.c. et 1.4.d.). La rsistance au cisaillement du sol est alors mesure lors de larrachement vertical de la sonde.

    7

  • Partie 1 : Etudes prliminaires 1.1 Essais statiques et dynamiques, in situ et en laboratoire

    (a) (b) (c) (d)

    Figure 1.4 : Vues schmatiques du scissomtre (a.), du borehole shear test (b.), du phicomtre (c.) , et du scissomtre autoforeur (d.) (Reiffsteck 2002)

    1.1.2.3 Essais dexpansion

    Les essais dexpansion reposent sur le principe de dilater une sonde radialement, dans

    un forage pralable et dterminer la relation entre la pression applique et le dplacement de la paroi de la sonde. Les principaux essais prsents ici sont le pressiomtre, le pressiomtre autoforeur et le pressio-pntromtre.

    Lun des essais les plus rpandus in situ est le pressiomtre, originellement dvelopp par Mnard en 1955. Il est constitu