TP Mds Resistance Au Cisaillement [PDF]

Zitiervorschau

1) -Introduction : Lorsqu’on possède au dimensionnement d’éléments structuraux en acier ou en béton armé, il est essentiel de connaitre leur résistance aux déformations et à la rupture pour assurer la stabilité des charges qu’ils auront à supporter. Il en va de même pour les sols utilisés comme matériaux de fondation. Avant de concevoir les fondations d’un ouvrage, il faudra définir les propriétés mécaniques des sols pour que les charges qui y seront appliquées ne provoquent ni tassement excessif ni rupture. Dans ce TP, nous décrirons d’abord les contraintes qui agissent sur un plan de cisaillement et expliquerons les relations qui existent entre elles. Nous étudierons ensuite les contraintes à la rupture, ainsi que les deux paramètres de la résistance au cisaillement d’un sol, La cohésion et l’angle de frottement interne. Enfin, nous présenterons les principaux essais effectués en laboratoire pour mesurer les paramètres de la résistance au cisaillement des sols.

2)-DEFENITION ET BUT DE L’ESSAI: L’essai a pour objet de muser en laboratoir: *les caractéristiques mécaniques d’un sol en procèdent au cisaillement d’un échantillon selon un plan imposé *l’essai de cisaillement permet de tracer la courbe intrinsèque de sol étudie la et de déterminer son angle de frottement interne(Q) et sa cohésion(C) *ces paramètres sont utilisés pour le dimensionnement de fondation(le calcule de vérification des coefficients à rupture et pour la dimension des actions de pousse et de buté sur les ouvrage de soutènement. *l’essai de cisaillement à la boite consiste à cisailler l’éprouvette de sol qui placée entre deux boite suivant un plan imposé sur lequel on exerce une force normale(N) et une force tangentielle(T). La demi-boite peut se déplacer horizontalement.

3)-Principe de l’essai : L’échantillon de sol à étudier est placé entre deux demi-boites qui peuvent se déplacer horizontalement l’une par rapport à l’autre. Un piston permet d’exercer sur le sol une contrainte normale σ déterminée. La demi-boite inférieure est entrainée horizontalement à vitesse constante. La force totale de cisaillement F est mesurée par un anneau dynamométrique fixé à la demi-boite supérieure.la déformation verticale de l’échantillon est mesurée à l’aide d’un comparateur. L’échantillon subit donc un cisaillement direct et rectiligne suivant un plan sur lequel on exerce une contrainte normale σ ; comme le montre la figure suivante :

Comparateur

Anneau dynamométrique

σ

σ

Sol T

Avant l’essai

T

Après l’essai

Principe de la boite de cisaillement

Pour notre essai on utilisé un sol pulvérulent (sable fin sec) ; donc on a réalisé des essais non drainés et non consolidés. Lire, à intervalles réguliers les indications du comparateur de l’anneau (F), et celles du comparateur vertical (V).On arrête l’essai lorsque la contrainte de cisaillement est devenue constante. Les résultats obtenus par l’essai sont regroupés dans les tableaux ci-dessous.

4)-MATÉRIAU ET MATERALE UTILISÉ : -L’échantillon de sol étudier (sol pulvérulent)

-La boite de cisaillement (demi-boite set supérieure et inférieur) de dimension6*6 -Solidifécation des demi-boites -Le dispositif d'application de l'effort normal sur l'éprouvette -Plaque drainant supérieure -Plaque drainant inférieur amovible -Dispositif de muser du déplacement relatif horizontal -Éprouvette de sol -le système de muser des efforts et de déplacements -Des masse varient de 7.2kg 14.4kg et21.6kg ce sont des disques plats.

5)-MISE EN PLACE DE L’ECHANTION DANS LA BOITE  : Après avoir préparé l’échantillon de mis dans la boite de cisaillement *Appliquer sur la face supérieure de l’échantillon un effort vertical(N) résultants des poids placés sur le plateau, engendrant ainsi que une contrainte constante tout le long de l’essai *Mettre tous les comparateurs à zéro *rréglé la vitesse de la machine (1.5mm/min) de façon à imposer un déplacement horizontal relatif en deux demi-boites constantes *Démarré la machine et prendre les lectures des trois comparateurs simultanément à des intervalles de temps réguliers *La rupture est atteinte lorsqu’un pic ou un palier est obtenu du graphe (t)=DL/L ce qui permet d’arrêter l’essai après quelque lecteurs décroissantes ou stabiliser,s non on ira jusqu'à à la fin de cours.

6)-MODE OPÉRATOIRE: *on introduit l’échantillon de sol dans la boite

*on applique d’abord une première charge de 1bar =7.2kg on mesure La (lecture anneau) *on applique sur le même échantillon de sol une deuxième charge doubléé du première équivalent a (14.4kg) puis une charge de 3bar qui est équivalente à (21.6kg) et on fait le même type de mesure.

7)-DÉTERMINATION DES CARACTÉRISTIQUES (Q ,C) : -L’ANGLE DE FROTTEMENT INTERNE(Q) : est directement lie aux frottement interne granulaires, compacité du sol et forme et surface des graines. -LA COHÉSION (C) : est due aux forces d’attraction entre particules (ces forces n’existent que pour les sols fins). -SOL PULVÉRULENT :(sol grenue) les sol pulvérulents regroupent le gravier le sable et le silt ils sont constitués de particules volumineuses et leur résistance au cisaillement est assurée par le frottement l'enchevêtrement particules. DEERMINATION DES SECTION CORRIGEE : Pendant l’essai la surface cisaillée diminue proportionnellement au déplacement les demi-boites La section corrigée(SC) de la boite :

SC=L (L-∆L).

8)-TABLEAU DES VALEURS : Essai 01 N = 1bar

D’où ΔL=25*10-3

ΔL(mm)

Sc(cm2) 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350

τ = (LA*0.194)/Sc (kg/cm²)

La 21 6 9 24 39 54 69 84 99 114 129 144 159 174

45 85 110 125 143 163 171 185 196 203 211 216 223 224

ꚍ1(kg/cm2) 0,41571429 2,74833333 2,37111111 1,01041667 0,71133333 0,58559259 0,48078261 0,4272619 0,38408081 0,34545614 0,31731783 0,291 0,27208805 0,24974713

avec: Sc =6 (6-25) = (cm2).

375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 675 700

189 204 219 234 249 264 279 294 309 324 339 354 369 384

225 227 229 230 230 229 225 225 225 225        

0,23095238 0,21587255 0,20285845 0,19068376 0,17919679 0,1682803 0,15645161 0,14846939 0,14126214 0,13472222 0 0 0 0

Essai02 τ = (LA*0.194)/Sc (kg/cm²)

N=2bar ΔL(mm)

Sc(cm2) 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 675 700

La 21 6 9 24 39 54 69 84 99 114 129 144 159 174 189 204 219 234 249 264 279 294 309 324 339 354 369 384

68 152 191 212 223 232 240 247 252 254 255 264 266 267 269 269 275 279 279 276 278 280 280 280 280 297 278 278

avec: Sc = 6(6-ΔL) (cm²).

ꚍ3(kg/cm2) 0,62819048 4,91466667 4,11711111 1,71366667 1,10928205 0,83348148 0,67478261 0,57045238 0,49381818 0,43224561 0,38348837 0,35566667 0,32455346 0,29768966 0,2761164 0,25581373 0,24360731 0,23130769 0,21737349 0,20281818 0,19330466 0,1847619 0,17579288 0,16765432 0,16023599 0,16276271 0,14615718 0,14044792

X

Essai 03 : ΔL(mm)

Sc(cm2) 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 675 700

La 21 6 9 24 39 54 69 84 99 114 129 144 159 174 189 204 219 234 249 264 279 294 309 324 339 354 369   384  

120 173 211 223 225 265 281 300 315 330 337 339 355 359 371 374 381 394 395 398 404 405 404 404 401 399

ꚍ3(kg/cm2) 1,10857143 5,59366667 4,54822222 1,80258333 1,11923077 0,95203704 0,79005797 0,69285714 0,61727273 0,56157895 0,5068062 0,45670833 0,43314465 0,40026437 0,38081481 0,35566667 0,33750685 0,32664957 0,307751 0,2924697 0,28091756 0,2672449 0,25364401 0,24190123 0,22948083 0,21866102 0 0

N = 3bar τ = (LA*0.194)/Sc ( kg/cm²) avec: Sc = 6(6-ΔL) (cm²).

9)-Tracé des courbes : Les courbes de τ = f (ΔL/L) des 03 essais sont représentées sur papier millimétrée telle que l’échelle prise est :

1cm → 25(mm) 1cm → 0.3kg/cm(τ). La courbe intrinsèque τr = f (σ) est représentée sur papier millimétrée telle que l’échelle prise est : 5cm → 1 bar (σ). 1cm → 0.3kg/cm (τ).

10)-INTEPETATION DES RESULTATS :  Pour courbe 01 : A partir de la courbe 1 pour un chargement de 1bar on remarque que : l’accroissement des déformations varis de 45à85 est proportionnel à l’accroissement des déplacements qui varie de 25à50 (lorsque les déplacements ∆L augmente les déformations augment).  Pour courbe 02 : Pour une charge de 2bar on remarque que : l’accroissement des déformations varis de68à152est proportionnel à l’accroissement des déplacements qui varie de 25à50.  Pour courb03 : Pour une charge de 3bar on remarque que : l’accroissement des déformations varis entre120à173est proportionnel à l’accroissement des déplacements qui varie de25à50. La courbe est approximatives une droite appelée (droite intrinsèque), l’angle que fait cette droite avec l’axe des abscisses est appelée (angle Φ)et l’ordonnée à l’origine de cette droite appelée(valeur C)

TgΦ = TgΦ = Φ = arctg Φ=

Avec : SC : section corrigée (cm²). SC =6 ( 6−∆ L× 10−3 )

∆L : déplacement (cm). LA : lecture anneau (bars).

On trace la courbe σ= f (∆L), pour les trois essais ; puis on déduit τmax de chaque courbe afin de déterminer les contraintes maximale correspondantes :

ꚍ max 2.74 4.91 5.95

∑ 1 bar 2 bars 3 bars

Avec : LAmax : lecture anneau maximale. ∆Lmax : déplacement correspondant à la lecture maximale. τmax : contrainte maximale. τ=

L A × coef SC

coef =0,194 On trace la courbe intrinsèque : τmax = f(σ), on obtiendra une droite d’équation : τ = σ tgφ+C. De cette courbe on détermine :  La cohésion : c=0  L’angle de frottement : tgQ = Φ=

11)-Conclusion : Par définition la résistance au cisaillement dépend de deux paramètres l’angle de frottement interne Φ et cohésion C, plus l’angle de frottement et la cohésion seront grands, plus la résistance au cisaillementest grande, et ces deux paramètre dépend de type de sol. C=0 on peut dire que les forces d’attraction entre les particules de se sable sont nulles. Φ=

on conclut que les déformations résultant principalement dépend de chargement.