Laboratoire de Mécanique des Sols, Structures, Matériaux. «Rhéologie des Sols» Arezou MODARESSI Fernando LOPEZ-CABALLERO

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1 Laboratoire de Mécanique des Sols, Structures, Matériaux «Rhéologie des Sols» Arezou MODARESSI Fernando LOPEZ-CABALLERO

2 Rhéologie des Sols Rhéologie : Science des lois de comportement des matériaux, qui lient les contraintes aux déformations (élasticité, plasticité, viscosité, etc.). Larousse

3 Plan général Détermination du comportement des sols Types de chargement dans les sols Essais au laboratoire Comportements : Isotrope oedométriques Comportement élastique Comportement à la plasticité Comportement normalement consolidé NC Comportement surconsolidé OC. Comportement intermédiaire Variation des modules État caractéristique Liquéfaction

4 Détermination du comportement des sols Notations

5 Détermination du comportement des sols Types de chargement dans les sols État initial in-situ

6 Détermination du comportement des sols Types de chargement dans les sols Chargement vertical État initial

7 Détermination du comportement des sols Types de chargement dans les sols Mur de soutènement Décharge horizontale État initial

8 Détermination du comportement des sols Types de chargement dans les sols Ancrage Charge horizontale État initial

9 Détermination du comportement des sols Types de chargement dans les sols Excavation Décharge verticale État initial

10 Détermination du comportement des sols Types de chargement dans les sols Remblai Charge verticale et cisaillement

11 Détermination du comportement des sols Types de chargement dans les sols Séismes Charge verticale et cisaillement

12 Détermination du comportement des sols Essais au Laboratoire Essais de consolidation Consolidation Isotrope.

13 Détermination du comportement des sols Essais au Laboratoire Essais de consolidation Consolidation Oedométrique. Essai de ko.

14 Détermination du comportement des sols Essais au Laboratoire Essai de cisaillement

15 Détermination du comportement des sols Essais au Laboratoire Essai triaxial

16 Plan général Détermination du comportement des sols Types de chargement dans les sols Essais au laboratoire Comportements : Isotrope oedométriques Comportement élastique Comportement à la plasticité Comportement normalement consolidé NC Comportement surconsolidé OC. Comportement intermédiaire Variation des modules État caractéristique Liquéfaction

17 Comportements : Isotrope oedométriques Réponse au Laboratoire Essai compression isotrope Argile Weald (Parry 1960)

18 Comportements : Isotrope oedométriques Réponse au Laboratoire Essai compression isotrope Sable de Sacramento (Lee et Seed 1967)

19 Comportements : Isotrope oedométriques Réponse au Laboratoire Essai compression isotrope

20 Comportements : Isotrope oedométriques Réponse au Laboratoire Essai oedométrique Argile de Mexico (Rutledge 1944)

21 Comportements : Isotrope oedométriques Réponse au Laboratoire Représentation simplifiée

22 Comportements : Isotrope oedométriques Réponse au Laboratoire Représentation simplifiée

23 Comportements : Isotrope oedométriques Réponse au Laboratoire

24 Comportements : Isotrope oedométriques Réponse au Laboratoire Comportement de référence - Argiles

25 Plan général Détermination du comportement des sols Types de chargement dans les sols Essais au laboratoire Comportements : Isotrope oedométriques Comportement élastique Comportement à la plasticité Comportement normalement consolidé NC Comportement surconsolidé OC. Comportement intermédiaire Variation des modules État caractéristique Liquéfaction

26 Comportement élastique des sols Le comportement dit «élastique» des sols est limité seulement aux très petites déformations (i.e ε 1 ou γ < 10-5 ). Ce domaine est obtenu en laboratoire à l aide des appareils tels que : le triaxial de précision, la colonne résonante, l essai de torsion cyclique ou des mesures de vitesse de propagation d ondes (bender elements).

27 Comportement élastique des sols Essais au Laboratoire Essai triaxial de précision

28 Comportement élastique des sols Essais au Laboratoire Essai triaxial de précision

29 Comportement élastique des sols Modules élastiques (E max, G max, K max ) Loi de Hertz Relation entre les forces de contact et les déformations dans un ensemble de sphères élastiques uniformes.

30 Comportement élastique des sols Modules élastiques (E max, G max, K max ) Loi de Hertz K : Module de compressibilité volumétrique de l ensemble p : Contrainte moyenne isotrope appliquée ζ: Module «semi-cubique» d élasticité non-linéaire K dépend des paramètres décrivant l arrangement des sphères (g(e)) et les propriétés élastiques des sphères (E g et ν g ).

31 Comportement élastique des sols Modules élastiques (E max, G max, K max ) Cas des sols A : paramètre qui dépend de la nature du sol, F(e) : fonction de compacité qui dépend de l indice des vides e, p ref : contrainte de référence arbitraire n : paramètre adimensionnel.

32 Comportement élastique des sols Modules élastiques (E max, G max, K max ) Résultats expérimentaux - Sables E ~ σ o n pour les sables et graviers (Kohata et al. [KOH 97], Tatsuoka [TAT 00])

33 Comportement élastique des sols Modules élastiques (E max, G max, K max ) Résultats expérimentaux - Argiles G ~ p n pour la kaolinite remanié (Viggiani et Atkinson [VIG 95])

34 Comportement élastique des sols Relations pour déterminer G max Relations pour les sols remaniés Hardin et Richart [HAR 63]

35 Comportement élastique des sols Relations pour déterminer G max Relations pour les sols remaniés

36 Comportement élastique des sols Relations pour déterminer G max Relations pour les sols remaniés

37 Comportement élastique des sols Relations pour déterminer G max Relations pour les sols remaniés

38 Comportement élastique des sols Relations pour déterminer G max Relations pour les sols remaniés

39 Comportement élastique des sols Relations pour déterminer G max Relations pour les sols remaniés

40 Comportement élastique des sols Relations pour déterminer G max Relations pour les sols remaniés Argiles NC et OCR Argiles NC

41 Comportement élastique des sols Relations pour déterminer G max Relations pour les sols remaniés

42 Plan général Détermination du comportement des sols Types de chargement dans les sols Essais au laboratoire Comportements : Isotrope oedométriques Comportement élastique Comportement à la plasticité Comportement normalement consolidé NC Comportement surconsolidé OC. Comportement intermédiaire Variation des modules État caractéristique Liquéfaction

43 Comportement normalement consolidé NC Essais triaxiaux CID sur l'argile noire

44 Comportement normalement consolidé NC Essais triaxiaux CID sur un sable extrêmement peu dense

45 Comportement normalement consolidé NC Essais triaxiaux non drainés sur l'argile noire

46 Comportement normalement consolidé NC Chemins triaxiaux NC (CID et CIU) sur l'argile simple

47 Comportement normalement consolidé NC Chemins triaxiaux NC (CID et CIU) sur l'argile Wead q = M p

48 Comportement normalement consolidé NC Chemins triaxiaux NC (CID et CIU) sur l'argile Wead

49 Comportement normalement consolidé NC Essais à p' constant sur l'argile blanche

50 Comportement normalement consolidé NC Analogie du comportement d'un sable extrêmement peu dense et d'une argile remaniée normalement consolidée.

51 Plan général Détermination du comportement des sols Types de chargement dans les sols Essais au laboratoire Comportements : Isotrope oedométriques Comportement élastique Comportement à la plasticité Comportement normalement consolidé NC Comportement surconsolidé OC. Comportement intermédiaire Variation des modules État caractéristique Liquéfaction

52 Comportement surconsolidé OC Essais triaxiaux CID sur l argile simple; comparaison des essais NC et OC.

53 Comportement surconsolidé OC Essais triaxiaux CID sur l argile simple. Comparaison des essais NC et OC

54 Comportement surconsolidé OC Essais triaxiaux CID sur un sable. Comportement post pic état critique q (MPa) q HOSTUN Sand Bouvard, η = q/p' 2 σ' 3 = M = σ' 3 = σ' 3 = 0.1 ε 1 (%) e 0.8 σ' 3 = p' e ε1 (%) e emax 0.8 Cc = σ' 3 = σ' 3 = ε 1 (%) p' emin p'

55 Comportement surconsolidé OC Essais triaxiaux CID sur un sable.

56 Comportement surconsolidé OC Essais triaxiaux CID Comportement de référence. η/m = q/p'/m [(epp - eoc) = 0.25] ψ = 15.5 [(epp - eoc) = 0.14] ψ = 12.3 [(epp - eoc) = 0.11] ψ = 10.1 Simple clay OCR = 12 [(epp - eoc) = 0.06] ψ = 7 [(epp - eoc) = 0.02] ψ =2 [(epp - eoc) = -0.02] ψ = 1.6 [(epp - eoc) = 0] ψ = 1.4 [(epp - eoc) = -0.03] ψ = 0 Black clay NC Sand "NC" Rowe 62 ψ ε 1 (%) εv (%) Simple clay OCR = 12 [(epp - eoc) = 0.25] ψ = 15.5 [(epp - eoc) = 0.14] ψ = 12.3 [(epp - eoc) = 0.11] ψ = 10.1 [(epp - eoc) = 0.06] ψ = 7 [(epp - eoc) = 0.02] ψ = 2 [(epp - eoc) = -0.02] ψ = 1.6 [(epp - eoc) = 0] ψ = 1.4 [(epp - eoc) = -0.03] ψ = 0 Sand "NC" Black clay NC ε 1 (%)

57 Comportement surconsolidé OC Essais triaxiaux CID sur une argile. Limite volumétrique pseudo-élastique ELASTIC LIMIT DILATANCY LINE p ic CSL C s : «ELASTIC PATH»

58 Comportement surconsolidé OC Essais triaxiaux CIU sur une argile. Comparaison des essais NC et OC

59 Comportement surconsolidé OC Essais triaxiaux CIU sur une argile. Comparaison des essais NC et OC

60 Comportement surconsolidé OC Essais triaxiaux CIU sur une argile. Comparaison des essais NC et OC

61 Comportement surconsolidé OC Essais triaxiaux CIU sur l argile simple.

62 Comportement surconsolidé OC Essais triaxiaux CIU sur le sable de Sacramento.

63 Comportement surconsolidé OC Essais triaxiaux CIU sur le sable de Toyoura. Sable lâche

64 Comportement surconsolidé OC Essais triaxiaux CIU sur le sable de Toyoura. Sable moyen

65 Comportement surconsolidé OC Essais triaxiaux CIU sur le sable de Toyoura. Sable dense

66 Plan général Détermination du comportement des sols Types de chargement dans les sols Essais au laboratoire Comportements : Isotrope oedométriques Comportement élastique Comportement à la plasticité Comportement normalement consolidé NC Comportement surconsolidé OC. Comportement intermédiaire Variation des modules État caractéristique Liquéfaction

67 Variation des modules de rigidité Effet de la déformation.

68 Variation des modules de rigidité Limites de domaines de comportement. «volumetric threshold shear strain»

69 Variation des modules de rigidité Évolution de G en fonction de la déformation. Argiles

70 Variation des modules de rigidité Évolution de G en fonction de la déformation. Sables

71 Plan général Détermination du comportement des sols Types de chargement dans les sols Essais au laboratoire Comportements : Isotrope oedométriques Comportement élastique Comportement à la plasticité Comportement normalement consolidé NC Comportement surconsolidé OC. Comportement intermédiaire Variation des modules État caractéristique Liquéfaction

72 État caractéristique Définition.

73 État caractéristique Définition.

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