MECANIOUE DES SOLS M PARIS. Daniel CORDARY LONDRES - NEWYORK. 11, rue Lavoisier F Paris Cedex 08

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Agnès Boutin
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2 TABLE DES MATIERES Avant-propos Table des matières V VII Avertissement o XV Chapitre l : Définition et constitution d'un sol l 1.1 Constitution d'un sol a) Le gaz b) L'eau o o... o c) Le squelette solide d) Sols grenus et sols fins Caractéristiques physiques ne dépendant que de la répartition en tre elles des trois phases du sol o 7 a) Volumes et poids b) Poids volumiques.... o Caractéristiques physiques dépendant de l'arrangement et de la nature des grains solides Granulométrie a) Tamisage b) Sédimentométrie c) Caractéristiques granulométriques Essais propres aux sols grenus o a) L'essai d'équivalent de sable b) Densité relative Essais propres aux sols cohérents a) Généralités b) Limites d'atterberg c) Analyse miné.ralogique d) Teneur en matiè.res organiques e) Teneur en C03 Ca Classification des sols.. o a) Classification des sols fins b) Classificati o n des sols grenus Le compactage o Les paramètres du compactage L'essai Proctor L'essai C.B.R Conclusion

...... o......... o... o......... 3 c) Le squelette solide........................... 4 d) Sols grenus et sols fins........................ 4 1.

3 VIII ;\lécanique d es sol~ Chapitre 2 : Mécanique des milieux biphasiques Rappel de mécanique des milieux continus Contraintes- déformations a) Notion de contrainte b) Cercle de Mohr c) Notion de déformation Equations d'équilibre Loi de comportement Annexe 2.1, l : Equilibre en coordonnées polaires dans un pian prìncipal Annexe 2.1, 2 : Déformations en coordonnées polaires L'eau dans le sol Définition du sol en tant que domaine d'écoulement a) Porosité b) Vi tesse fictive Formule de Darcy a) Retour sur la notion de charge hydraulique b) Formule de Darcy c) Mesure de la perméabilité a:) Perméamètre à charge constante /3) Perméamètre à charge variable d) Remarque sur le gradient Equations générales de l'écoulement a) Equation de continuité b) Equatìon de mouvement Etude de quelques écoulements permanents a) Ecoulement monodirectionnel vertical b) Ecoulements plans a:) Etude des solutions /3) Conditions aux limites ) Analogie électrique c) Conséquences de l'écoulement sur la stabilité d'ouvrages : radiers et écrans Annexe 2.2, l : Loi des filtres Conditions d'assimilation d'un sol à un milieu continu Le sol est un milieu polyphasique Drainage: état drainé, état non drainé Contrainte totale Discussion et introduction de la notion de contrainte effective a) Approche fondée sur la distinction entre "contraintes sèches" et "contraintes humides" 82

12 Equations d'équilibre................................... 50 2.13 Loi de comportement.................................. 51 Annexe 2.1, l : Equilibre en coordonnées polaires dans un pian prìncipal.

4 TABLE DES MAT IERES IX b) Contrainte etfective a ) Sol sec B) Sol saturé sans écoulement d'eau "') Sol saturé avec écoulement d'eau Etude du champ géostatique Sol sans écoulement a) Sol horizontal b) Sol e n pente c) Ròle de l'eau Sol avec écoulement a) Sol horizontal avec écoulement vertical b) Sol en pente Ròle du temps Conclusion - Définition du coefficient Ko Chapitre 3 : Utilisation de lois simples dans le but de décrire le comportement des sols Etude élémentaire du comportement des sols à partir d'observations Essai triaxial Essai redométrique Elasticité Généralités, linéarité, superposition, isotropie, anisotropie, solutions a) Généralités b) Isotropie- anisotropie c) Méthodes de résolution Résultats classiques: application à la mécanique des sols a) Milieu semi-infini b) Contraintes totales et contraintes effectives c) Application pratique à la mécanique des sols Pression interstitielle dans un essai non drainé; formule de Skempton Application: initiation aux calculs de tassement a) Méthode redométrique b) Méthode triaxiale c) Approximations de ces méthodes Etude de la consolidation des sols saturés Généralités Consolidation monodimensionnelle a) Equations b) Solutions c) Consolidation monodimensionnelle d'unmulticouche Consolidation tridimensionnelle a) Equations b) Commentaires - résultats

............................... 91 b) Sol e n pente................................. 92 c) Ròle de l'eau................................ 93 2.52 Sol avec écoulement.

5 x Mécanique des sols Remarques diverses a) Ròle de la vìtesse de chargement b) Ròle de la variatìon de différents paramètres Annexe 3.2, l : Consolidation d'un sol composé de plusieurs couches Plasticité Critères de plasticité Généralités Critère de Von Misès Critère de Tresca Critère de Coulomb Application aux sols a) Les sols vérifient-ils le critère de Coulomb? b) Contraintes effectives et contraintes totales Méthodes de résolution Superposition d'équilibres limites Théorème des états correspondants Equilibre limite d'un milieu semi-infini Facettes de glissement Equilibr~ l~mite d'un milieu semi-infini sans cohes10n a) Sol pesant non surchargé b) Sol non pesant chargé en surface c) Remarque sur la superposition des charges Equilibre limite d'un milieu semi-infini doué de cohésion a) Sol non pesant surchargé b) Sol pesant sans surcharge c) Sol pesant surchargé Equilibre limite d'un milieu purement cohérent Notion de poussée- butée Déformation dans un milieu en équilibre limite Etat actif, état passif Applications a) Exemple du massif dans lequel règne l'équilibre de Rankine b) Exemple de l'essai triaxial de révolution Equilibre de dièdre Position du problème Etude d'un cas particulier a) Schéma avec ligne de discontinuité b) Schéma avec saut de Prandtl Application à l'étude des fondations a) Etude d'un cas particulier (sol horizontal, homogène, charge normale centrée) b) Fondation soumise à une charge inclinée et excentrée Conclusion

..................................... 1.71 3.311 Critère de Von Misès............................. 172 3.312 Critère de Tresca................................ 172 3.313 Critère de Coulomb.............................. 173 3.

6 TABLE DES MATIERES XI Annexe 3.3, l : Invariants du tenseur des contraintes Annexe 3.3, 2 : Vitesse de déformation volumique pour divers critères dans le cas des matériau.x standard Annexe 3.3, 3 : ~onstruction géométrique des cercles de Mohr hmttes Annexe 3.3, 4 : Relations dans!es cercles de Mohr à l'équilibre limite Chapitre 4 : Détermination des paramètres mécaniques des sols à partir des essais classiques Domaine des petites déformations Essai oedométrique Sols grenus ou pulvérulents Sols fins a) Consolidation in situ et consolidation à l'oedomètre b) Détermination des tassements à partir d'une courbe oedométrique c) Détermination des caractéristiques mécaniques Essai triaxial Conditions initiales a) Conditions in situ b) Prélèvement c) Reconsolidation dans la cellule triaxiale Sols pulvérulents (sollicitations monotones) a) Chemin isotrope b) Chemin "triaxial" classique Sols fins (sollicitations monotones) a) Che mi n isotrope a) Essai non drainé ,8) Essai drainé b) Chemin "triaxial" classique a) Essai consolidé-drainé (C.D.) (3) Essai consolidé-non drainé (C.U.) Sollicitations cycliques (sols fins et pulvérulents) Essai pressiométrique Domaine des grandes déformations et de la rupture Différents modes de représentation Essai triaxial Matériau.x pulvérulents a) Généralités b) Essais monotones sur matériau.x secs a) Relation contraintes-déformations (3) Etude de la variation de volume; état caractéristique

.............................. 236 Chapitre 4 : Détermination des paramètres mécaniques des sols à partir des essais classiques.................... 239 4.1 Domaine des petites déformations........................... 241 4.

7 XII lvfécanique des sols c) Essais monotones non drainés sur matériaux saturés a ) Principaux résultats /3) Liquéfaction statique d) Essais cycliques o:) Essais drainés ;3) Essais non drainés; liquéfaction Matériaux cohérents (argiles) a) Généralités b) Essai consolidé-drainé (C.D.) a) Sol normalement consolidé /3) Sol surconsolidé 'Y) Cas de la consolidation anisotrope ) Conclusion sur l'essai C.D.... c) Essai non consolidé-non drainé (U.U.).... a ) Sols saturés ,8) Sols non saturés 'Y) Compression simple d) Essai consolidé-non drainé (C.U.) a) Sol normalement consolidé !3) Sol surconsolidé ~r ) Comparaison entre l'essai C.D. et l'essai C.U. pour la détermination de la courbe intrinsèque ) Relations entre diverses grandeurs e) Consolidation in si tu et consolidation e n laboratoire. Variation de la cohésion avec la profondeur cp) Conclusion e) Représentation des états limites dans l'espace (p', q, e) f) Essais cycliques g) Conclusions Essai à la boìte de cisaillement et autres essais de laboratoire Principe de l'essai de cisaillement Matériaux pulvérulents Matériaux fins a) Essai consolidé-drainé (C.D.) b) Essai non consolidé-non drainé (U.U.) c) Essai consolidé-non drainé (C.U.) Autres types d'essais de cisaillement a) Cisaillement simple b) Bo! te de cisaillement annulaire c) Scissomètre de laboratoire d) Cylindre creux e) Appareil biaxial t) Véritable appareil triaxial Essais in situ Essai scissométrique (vane test)

D.)......... a) Sol normalement consolidé............. /3) Sol surconsolidé........ 'Y) Cas de la consolidation anisotrope....... 8) Conclusion sur l'essai C.D.... c) Essai non consolidé-non drainé (U.

8 TABLE DES MATIERES XIII Essai pressiométrique a) Détermination de la "courbe de cisaillement du sol" b) Etude d'un cas particulier c) Conclusion Essai pénétrométrique Conclusion sur!es essais in si tu Annexe 4, 1 : Simulation en mécanique des sols Annexe 4, 2 : La compression secondaire des argiles Liste des principales notations Bibliographie Biographies sommaires

.................. 351 351 Annexe 4, 1 : Simulation en mécanique des sols....................... 352 Annexe 4, 2 : La compression secondaire des argiles.................. 356 Liste des principales notations.

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