« Rhéologie des Sols »

Arezou MODARESSIFernando LOPEZ-CABALLERO

Laboratoire de Mécanique des Sols, Structures, Matériaux

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

Rhéologie des Sols

� 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

Plan général

� Notations

Détermination du comportement des sols

� État initial – in-situ� Types de chargement dans les solsDétermination du comportement des sols

� Chargement vertical

État initial

� Types de chargement dans les solsDétermination du comportement des sols

� Mur de soutènement

État initial

Décharge horizontale

� Types de chargement dans les solsDétermination du comportement des sols

� Ancrage

Détermination du comportement des sols

État initial

Charge horizontale

� Types de chargement dans les sols

Détermination du comportement des sols

Décharge verticale

� Excavation� Types de chargement dans les sols

État initial

Détermination du comportement des sols

Charge verticale et cisaillement

� Remblai� Types de chargement dans les sols

Détermination du comportement des sols

Charge verticale et cisaillement

� Séismes� Types de chargement dans les sols

Détermination du comportement des sols

� Essais de consolidation� Essais au Laboratoire

• Consolidation Isotrope.

• Consolidation Oedométrique.• Essai de ko.

Détermination du comportement des sols

� Essais de consolidation� Essais au Laboratoire

Détermination du comportement des sols

� Essai de cisaillement� Essais au Laboratoire

Détermination du comportement des sols

� Essai triaxial� Essais au Laboratoire

� 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

Plan général

Comportements : Isotrope – oedométriques

� Essai compression isotrope� Réponse au Laboratoire

• Argile Weald (Parry 1960)

Comportements : Isotrope – oedométriques

� Essai compression isotrope� Réponse au Laboratoire

• Sable de Sacramento (Lee et Seed 1967)

Comportements : Isotrope – oedométriques

� Essai compression isotrope� Réponse au Laboratoire

Comportements : Isotrope – oedométriques

� Essai oedométrique� Réponse au Laboratoire

• Argile de Mexico (Rutledge 1944)

Comportements : Isotrope – oedométriques

� Représentation simplifiée� Réponse au Laboratoire

Comportements : Isotrope – oedométriques

� Représentation simplifiée� Réponse au Laboratoire

Comportements : Isotrope – oedométriques� Réponse au Laboratoire

Comportements : Isotrope – oedométriques

� Comportement de référence - Argiles� Réponse au Laboratoire

� 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

Plan général

Comportement élastique des sols

� Le comportement dit « élastique » des sols est limité seulement aux très petites déformations (i.e ε1 ou γ < 10-5). � Ce domaine est obtenu en laboratoire àl’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).

� Essai triaxial de précision� Essais au LaboratoireComportement élastique des sols

� Essai triaxial de précision� Essais au LaboratoireComportement élastique des sols

� Loi de Hertz� Modules élastiques (Emax, Gmax, Kmax)Comportement élastique des sols

Relation entre les forces de contact et les déformations dans un ensemble de sphères élastiques uniformes.

� Loi de Hertz

Comportement élastique des sols

K : Module de compressibilité volumétrique de l’ensemblep’ : Contrainte moyenne isotrope appliquéeζ: Module « semi-cubique » d’élasticité non-linéaireK dépend des paramètres décrivant l’arrangement des sphères (g(e)) et les propriétés élastiques des sphères (Eget νg).

� Modules élastiques (Emax, Gmax, Kmax)

Comportement élastique des sols� Modules élastiques (Emax, Gmax, Kmax)

� 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, pref : contrainte de référence arbitraire n : paramètre adimensionnel.

Comportement élastique des sols� Modules élastiques (Emax, Gmax, Kmax)

� Résultats expérimentaux - Sables

E ~ σ’o n pour les sables et graviers (Kohata et al. [KOH 97], Tatsuoka [TAT 00])

Comportement élastique des sols� Modules élastiques (Emax, Gmax, Kmax)

� Résultats expérimentaux - Argiles

G ~ p’ n pour la kaolinite remanié (Viggiani et Atkinson [VIG 95])

Comportement élastique des sols� Relations pour déterminer Gmax

� Relations pour les sols remaniés

Hardin et Richart [HAR 63]

Comportement élastique des sols� Relations pour déterminer Gmax

� Relations pour les sols remaniés

Comportement élastique des sols� Relations pour déterminer Gmax

� Relations pour les sols remaniés

Comportement élastique des sols� Relations pour déterminer Gmax

� Relations pour les sols remaniés

Comportement élastique des sols� Relations pour déterminer Gmax

� Relations pour les sols remaniés

Comportement élastique des sols� Relations pour déterminer Gmax

� Relations pour les sols remaniés

Comportement élastique des sols� Relations pour déterminer Gmax

� Relations pour les sols remaniés

Argiles NC et OCR

Argiles NC

Comportement élastique des sols� Relations pour déterminer Gmax

� Relations pour les sols remaniés

� 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

Plan général

Comportement normalement consolidé NC� Essais triaxiaux CID sur l'Argile noire

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

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

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

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

q = M p’

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

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

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

� 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

Plan général

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

Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CID sur l’argile simple.

� Comparaison des essais NC et OC

0 10 20 30 40

ε1 (%)0

0.5

1

1.5

2 η = q/p'

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

p'0

0.5

1

1.5

2

2.5

3 qM = 1.35

emin

emax

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

p'0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85 e

0.1 1 10

p'0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85 e0 10 20 30 40

ε1 (%)0

0.5

1

1.5

2

2.5

3 q (MPa)

0 10 20 30 40

ε1 (%)0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85 e

σ'3 = 0.1

σ'3 = 0.3

σ'3 = 0.8

σ'3 = 0.1

σ'3 = 0.3

σ'3 = 0.8

Cc = 0.15

HOSTUN SandBouvard, 1982

Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CID sur un sable.

� Comportement post pic – état critique

Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CID sur un sable.

[(epp - eOC) = -0.02] ψ = 1.6[(epp - eOC) = 0] ψ = 1.4

[(epp - eOC) = 0.25] ψ = 15.5

[(epp - eOC) = 0.02] ψ =2

0 10 20 30 40

ε1 (%)0.0

0.5

1.0

1.5η/M = q/p'/M

[(epp - eOC) = 0.11] ψ = 10.1[(epp - eOC) = 0.14] ψ = 12.3

[(epp - eOC) = 0.06] ψ = 7

[(epp - eOC) = -0.03] ψ = 0Black clay NC

Sand "NC"

Simple clay OCR = 12

Rowe 62 ψ

[(epp - eOC) = 0.06] ψ = 7

[(epp - eOC) = 0.11] ψ = 10.1

[(epp - eOC) = 0] ψ = 1.4

[(epp - eOC) = 0.14] ψ = 12.3

[(epp - eOC) = -0.02] ψ = 1.6

[(epp - eOC) = 0.25] ψ = 15.5

[(epp - eOC) = 0.02] ψ = 2

[(epp - eOC) = -0.03] ψ = 0

0 10 20 30 40ε1 (%)-9

-6

-3

0

3

6

9

12 -εv (%)

Sand "NC"Black clay NC

Simple clay OCR = 12

Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CID – Comportement de référence.

Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CID sur une argile.

ELASTIC LIMIT

CSL

Cs: « ELASTIC PATH »

p’iCDILATANCY LINE

� Limite volumétrique pseudo-élastique

Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CIU sur une argile.

� Comparaison des essais NC et OC

Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CIU sur une argile.

� Comparaison des essais NC et OC

Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CIU sur une argile.

� Comparaison des essais NC et OC

Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CIU sur l’argile simple.

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

Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CIU sur le sable de Toyoura.

� Sable lâche

Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CIU sur le sable de Toyoura.

� Sable moyen

Comportement surconsolidé OC� Essais triaxiaux CIU sur le sable de Toyoura.

� Sable dense

� 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

Plan général

Variation des modules de rigidité� Effet de la déformation.

Variation des modules de rigidité� Limites de domaines de comportement.

� « volumetric threshold shear strain »

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

� Argiles

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

� Sables

� 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

Plan général

État caractéristique� Définition.

État caractéristique� Définition.