TP Geo [PDF]

Zitiervorschau

+Université Mohammed V-Agdal Ecole supérieure de technologie –Salé Département : Génie Urbain et Environnement Filière : Génie Civil –2 ème Année

RAPPORT TP GEOTECHNIQUE

Réalisé par : ASSAFIANI Zaineb DEMNATI Ines ELASS Hamza

Encadré par : Mme Sanae

Année universitaire : 2018/2019

Sommaire Introduction ............................................................................ 3 I. Essai de cisaillement .......................................................... 4 I.1 Le but de l’essai ............................................................ 4 I.2 Protocole expérimentale ................................................ 4 I.3 Le matériel utilisé :........................................................ 5 I.4 Calculs et résultats ........................................................ 6 II. Essai oedométrique : .......................................................... 8 II.1 Le but de l’essai ............................................................ 8 II.2 Calculs et résultats ...................................................... 10 II.3 Calcul des paramètres de tassement : .......................... 12 II.4 Commentaire ............................................................... 12 Conclusion ............................................................................ 13

2

Introduction Les ouvrages utilisent le sol autant qu'un élément de l'infrastructure qui transmet la charge globale de l'ouvrage vers une couche du sol suffisamment stable et résistante. De ce fait, la réussite de l'ouvrage relève du projet de fondation. La mécanique des sols est la science qui regroupe l'ensemble des connaissances et des techniques qui permettent de déterminer les caractéristiques qui régissent le comportement mécanique du sol. Afin de réaliser une bonne étude de sol, plusieurs essais géotechniques seront nécessaires, que l'on effectue au but d'analyser le comportement mécanique des sols. Ces essais permettent de déterminer la résistance du sol aux différentes contraintes et sa capacité portante, et par conséquent le choix du mode de fondation et les dimensions des éléments enterrés. enfin elle permet de connaitre la déformation ou tassement du sol sous la charge. Donc le problème qui se pose est le fait que les sols sont souvent meuble et donc compressible. Et pour cela il faut faire des essais dans les laboratoires et in situ vérifier et assurer la stabilité.

3

I. Essai de cisaillement L’étude de la résistance au cisaillement d’un sol constitue un problème complexe de la mécanique des sols. La résistance au cisaillement dépend du type de sol rencontré, suivant qu’il est cohérent ou non, que le matériau est grossier ou fin. Dans la résolution des problèmes de stabilité en mécanique des sols, il est nécessaire de connaître les paramètres de résistance au cisaillement du sol. Ainsi, l’angle de frottement interne et la cohésion interviennent dans les calculs de stabilité ou encore dans la justification des fondations superficielles par la contrainte de rupture du sol.

I.1 Le but de l’essai L’essai a pour objet de mesurer les caractéristiques de rupture d’un échantillon de sol fin saturé soumis à un cisaillement direct selon un plan imposé, à une vitesse constante. En vitesse lente et conditions drainées peuvent être déduites les valeurs de l’angle de frottement effectif f’ et la cohésion effective c’, paramètres utilisés pour le dimensionnement de fondations, les calculs de vérification des coefficients de sécurité à la rupture de talus et pour la détermination des actions de poussée et de butée sur les ouvrages de soutènement.

I.2 Protocole expérimentale Un échantillon de sol, contenu dans une boîte, elle-même composée de deux demiboîtes (pour fixer le plan de cisaillement), est soumis à une contrainte verticale Ϭ avant d'être cisaillé à vitesse constante. Par conséquent la contrainte de cisaillement Ƭ s'accroît jusqu'à une valeur maximum que l'on mesure. On en déduit l'état de contrainte Ƭr, Ϭr de l'échantillon de sol à la rupture. En réalisant plusieurs essais, sur un même matériau, avec différentes valeurs de contraintes verticales on peut déterminer le critère de rupture de Mohr-Coulomb et définir ses valeurs de cohésion c et d’angle de frottement 

4

I.3 Le matériel utilisé :

5

I.4 Calculs et résultats Le plan de Mohr est une représentation plane de l'état de contrainte dans des axes liés à la facette. L'axe des abscisses (Ϭ) est confondu avec la normale à la facette, l'axe des ordonnées est (Ƭ). Chacun des états de rupture dans un sol peut être caractérisé par un couple

Ƭr et Ϭr représenté par un point sur le plan de Mohr. 3

2.5

2.5

2



Ƭ(MPA) Ϭ(MPA) 0 0 1,17 0,05 2,5 0,1

1.5 1.17 1

0.5

0

0 0

0.05

0.1

Courbe intrinsèque  est appelé l'angle de frottement, il représente la pente de la droite et s'exprime en degré. C est appelée la cohésion. La cohésion traduit l' « effet de colle » que l'on observe dans des argiles ou des sables partiellement saturés, elle est nulle pour un sable sec

𝜑=

2.5 − 1.17 = 26.6° 0.1 − 0.05

6

700

600

500

400

300

200

100

0 0.01 0.04 0.06 0.07 0.08 0.08 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.2 0.21

0

Temps(s) 0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 180 216 276 324 372 420 468 504 528 600

Δ h(mm)

Temps(s) 0 12 24 36 48 84 144 192 228 288 360

Δ h(mm)

0 0,01 0,04 0,06 0,07 0,08 0,08 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,2 0,21

400 350 300 250 200 150 100 50 0 0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

7

0.08

0.09

0.1

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1

II. Essai oedométrique : Sous l'action des charges appliquées (fondations, remblais ...), il se développe dans les sols des contraintes verticales qui entraînent des déformations. Les déplacements verticaux vers le bas sont appelés tassements. Le tassement est dû à la compressibilité du sol, c'est à dire au fait qu’il peut diminuer de volume. Puisque les grains solides sont considérés incompressibles, la compressibilité (et donc le tassement) sont essentiellement dus à la diminution du volume des vides. Le sol étant en général supposé saturé, la diminution du volume des vides résulte de l'évacuation de l'eau contenue dans ces derniers. Par conséquent, le sol subit une diminution de volume correspondant au volume d’eau expulsé: ce phénomène est appelé la consolidation primaire et il peut être de grande ampleur (entraînant des tassements importants) dans les sols fins telle que les argiles. Par ailleurs, la perméabilité des sols fins étant faible (l'eau interstitielle circule lentement), l'évacuation de l'eau des vides ne s'effectue pas instantanément mais peut prendre un temps relativement long (plusieurs mois ou années). Pour une bonne durabilité des ouvrages construits (bâtiments, ponts, routes ou voies ferrées sur remblais ...) il est important d'évaluer pour les sols rencontrés la hauteur du tassement final produit, et le temps nécessaire pour atteindre ce tassement final. C’est ce qu’on va faire Au cours de ce TP, on va mesurer à partir de l'essai œdométrique les paramètres utilisés pour l'évaluation de la hauteur et du temps de tassement

II.1 Le but de l’essai L’essai consiste à mesurer la variation de hauteur en fonction du temps de l'échantillon de sol soumis à une contrainte. Normalement ces mesures s’effectuent pendant 24 h pour un échantillon donné. Au bout de 24 h on considère que la consolidation primaire est terminée. On procède alors à un 2ème chargement sur le même échantillon avec une contrainte en générale deux fois supérieure à la contrainte précédente, et ainsi de suite. L’essai œdométrique permet de tracer deux types de courbes: • pour une contrainte de chargement donnée, la mesure du tassement Δ h en fonction du temps t permet de tracer la courbe de consolidation sous la forme Δ h= f (log t) et la courbe de compressibilité e=f(log Ϭ) . A partir de ces courbes on peut calculer le coefficient de consolidation CV (m2 /s) grâce auquel on peut calculer le temps de tassement d'une couche de

8

sol en place sous une charge quelconque en utilisant la relation : 𝑡 =

𝑇𝑣∗𝐻𝑑2 𝐶𝑣

et aussi calculer

Cc et Cs d’après la courbe de compressibilité Où: 

t est le temps de tassement (s)



hD la hauteur de drainage de la couche de sol (m)



T V le facteur temps (un paramètre sans dimension)

temps 0 6 15 30 60 120 240 480 900 1800 3600 7200 14400 72000 86400

0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7

Consolidation primaire

-0.8 -0.9

Courbe de consolidation

𝐶𝑣 =

0.197 ∗ 𝐻𝑑𝑟2 0.197 ∗ 0.64 = = 0.012 𝑡50 10.5

9

Δh

0 -0,38 -0,41 -0,4 -0,46 -0,52 -0,59 -0,67 -0,73 -0,77 -0,77 -0,77 -0,77 -0,78 -0,802

II.2 Calculs et résultats

Les données mH=97.83-18=79.83g mS =87.05-18=69.05g Hi=1.6 cm La masse volumique des grains

𝜌𝑠 = 2.65𝑔/𝑐𝑚3

Calcul de la teneur en eau 𝑤=

𝑚𝐻 − 𝑚𝑆 = 0.156 = 15.6% 𝑚𝑆

Calcul du volume 𝜋𝐷2 𝑠= 4 v=s*h=45.23 cm3 Calcul de la masse volumique saturée 𝑚𝑡 79.83 𝜌𝑠𝑎𝑡 = = = 1.9𝑔/𝑐𝑚3 𝑣𝑡 45.23 Calcul de l’indice des vides e0: 𝜌𝑠 − 𝜌𝑠𝑎𝑡 2.65 − 1.9 e0 = = = 0.8 𝜌𝑠𝑎𝑡 − 𝜌𝑤 1.9 − 1 Calcul de poids volumique sec : 𝑚𝑠 69.05 𝛾𝑑 = = = 1.53𝑔/𝑐𝑚3 𝑣𝑡 45.23 Calcul de poids volumique du secoulette solide : On a Sr=1 sol saturée et W=0.156 1

1

𝑤 = 𝑆𝑟 ∗ 𝛾𝑤 𝛾𝑑 − 𝛾𝑠

𝛾𝑑

𝛾𝑠 = 1−𝑤∗𝛾𝑑 = 2𝑔/𝑐𝑚3 10

Calcul de l’indice des vides : 𝑒=

𝛾𝑠 2 −1= − 1 = 0.31 𝛾𝑑 1.53

Calcul de Hp : ℎ

ℎ

On a 𝑒 = ℎ𝑝 − 1

ℎ𝑝 = 1+𝑒 = 1.22𝑐𝑚

indice des vides e

contrainte (KN/m2)

log (contrainte)

0.247

35

1.54

0.22

70

1.84

0.15

106

2.02

Courbe de compressibilité : 0.3

0.25

0.2

0.15

Series1

0.1

0.05

0 1.54

1.84

2.02

D’après cette courbe on essaye de tracer l’intersection des deux tangents la projection de ce point d’intersection dans la valeur de Log (𝜎𝑃′) 11

Log (𝜎𝑃′)= 1,84  Donc la contrainte de pré-consolidation

𝜎𝑃 ′= 70 KN/m2 II.3 Calcul des paramètres de tassement : Indice de compression 𝑐𝑐 =

𝑒2 − 𝑒1 = 0.11 ∆𝑙𝑜𝑔𝜎′2 − ∆𝑙𝑜𝑔𝜎′1

Indice de Gonflement 𝑐𝑠 = −

0,65 − 0,647 = 0.038 0,9 − 1,6

II.4 Commentaire Le tassement des sols sous les ouvrages est estime précédemment par la théorie de consolidation. D’après cette expérience, on trouve que l’indice des vides est inversement proportionnel al pression appliquée alors que le tassement est linéairement proportionnel a la pression. Autrement dit, quand on charge un sol par un ouvrage, cette charge une contrainte qui va provoque une diminution de l’indice des vides d’où le tassement augmente .et a la fin on distingue entre :

 Tassement instantanés : ou les volumes des vides se réduit par expulsion d’air.  Tassement secondaires : analogie a la consolidation secondaire du au réarrangement des grains.

12

Conclusion Les séances de travaux pratique étaient pour nous une période de concrétisation, car nous avons appliqué tous ce qu’on a vue et appris dans la classe et on a pris comment utiliser les matériels du laboratoire et exploiter les résultats pour déterminer certaines grandeurs.

Enfin, nous remercions Mme Sanae été si modeste avec nous, d’avoir supporté tous nos bons et mauvais comportement. Nous pensons que les connaissances que nous avons acquises pendant ces travaux pratiques nous seront importantes partout où nous serons.

13