1-IFSTTAR-A RAZAKAMANANTSOA-etat connaissance compactage...

Etat de l’art sur le compactageCABOURG – 08 au 10 novembre 2011

LES PLÉNIÈRES 2011 de l’IfsttarSciences et techniquesdu Génie Civil JOURNÉES

GÉOTECHNIQUE

Bref état de connaissance sur le compactage de sols

/xAndry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar

Présenté par A. Razakamanantsoa

de solsGroupe GER TOT

Terrassement et Ouvrages en Terres



GÉOTECHNIQUE

Consolidation isotrope : Diminution de volume ou « augmentation de densité » pour le sol

Amélioration de l’ensemble des propriétés mécaniques E, (c, φ)

Définitions

P

Quelques définitions


Consolidation déviatorique ou modification de la géométrie de l’assemblage des particules sans variation de volumes

E, (c, φ)

Génération de l’anisotropie

Sol normalementcompacté

Sol Foisonné

Pc

P= Pc Ps

Pc< PsSurcompactage



GÉOTECHNIQUE

AA

Aavec

A

AAu

A

P

A

P cc <<−×+== )('

σ

+= 'σσ Terzhagi

Etats de contraintes dans les « sols non saturés »

Définitions


)()('waa uuu −+−= χσσ

Bishop, 1960

19.01 <<= rSpourχ

u+= 'σσ Terzhagi

Sol non saturé

Notion de « variable indépendante »Alonso, Delage,… 1990

))();(( waa uuufe −−= σTrop de paramètres (11)

Ne prend pas en comptela microstructure

Notion de « Contrainte effective »



GÉOTECHNIQUE

Expression Auteur (s) Observations et limites

Khalili & Khabbaz,1998

Moins de paramètre, mais difficile à déterminer

21

=s

sairχ

Actualisation de la relation de Bishop

Définitions


Khabbaz,1998mais difficile à déterminer

Bolzon, 1996; Gallipoli, 2003

Succion d’entrée d’airnon pris en compte

Coussy, Dangla,2000

Peu pratique

Sr=χ

πσσ +='

s

air

Sr

a

aira

sssidssSSrsus

sssisus

≤+×+−=

≤+−=

∫1

)(3

2)(

)(

π

π



GÉOTECHNIQUE

Courbes de rétention d’eau

Définitions


(Bear and Bachmat, 1991)

Chemin de séchage pour les problématiques de sècheresseChemin d’humidification pour le terrassement et ouvrages en terre



GÉOTECHNIQUE

Correspondance: les états de saturation - courbe de compactage

Définitions


(Boutonnier, 2007)



GÉOTECHNIQUE

Prise en compte

Classification des états de saturation

Définitions


Prise en comptede l’hystérésis sur chantier?

air libre

air occlus

eaugrains et agrégats

Tension capillaire(Boutonnier, 2007)



GÉOTECHNIQUE

( )cv CCnu

B /..1/13

+=∆∆=σ

Evolution des perméabilités relatives à l’air et à l’eau

en fonction du degré de saturation (Boutonnier, 2007)

Classification des états de saturation / de k: impo rtance de u w

Définitions


3∆σ(Skempton, 1954)

foedocEe

eu

B

++

=∆∆=

11

1

3σ

(Boutonnier, 2007)



GÉOTECHNIQUE

Quel type d’essai mécanique correspond-t-il au comp actage de chantier ?

Chemins de contraintes possibles:

- Oedometrique: déformation latérale nulle σ1

Comportement mécanique des sols fins compactés(consolidation - compressibilité - cisaillement)


- Oedometrique: déformation latérale nulle

- Isotrope: σ1= σ2 = σ3

- Déviatoire: (σ1- σ3)= cte

- Triaxial: σ3 = cte

σ3σ3

σ1

σ1

Système à symétrie axiale



GÉOTECHNIQUE

Chemin oedometrique : Déformation latérale nulle

Chemin Isotropeσ1= σ2 = σ3

σ3σ3

σ1

σ120

25

γd= 1.52 g/cm3

σc= 15 MPaσc

10

20

15

Log σ MPa

Quel type d’essai mécanique correspond-t-il au comp actage de chantier ?

σ(MPa)



Chemin oedometrique d’un sable (semi -log) Chemin oedometrique d’un sable (échelle naturelle)

σ1

2 4 6 8

σc

0

5

10

15

7,2== Gw

d

γγ

- Densité initialeγinitial=1,52g/cm3

- Contrainte de consolidationσc = 15 MPa

0,6

e

Gd +

×=1

ωγγ

σc

0,7 0,5

0.1

0.2

1

4

10

0.4

e

(Al-Issa 1972)

ε%



GÉOTECHNIQUE

Chemin oedometrique non drainé – variation de la densité sèche en fonction du degré de saturation et de la contrainte totale

Quel type d’essai mécanique correspond-t-il au comp actage de chantier ?Chemin Oedometrique – Compression statique



À pression constante la densité augmente

jusqu’à environ 95% de saturation puis diminue.

Argile NDC



GÉOTECHNIQUE

Cte=− )( 31 σσ

Palier 19,2 à partir de 48 %

bars9,27)( max31 =− σσ

γmin=1,56 g/cm3 de 29,3 % à 36,3 %γmax=1,613 g/cm3 à 3,3 %

σ3σ3

σ1

σ1

Quel type d’essai mécanique correspond-t-il au comp actage de chantier ?Chemin Déviatoire



(Le Long, 1968)

)( mσ

)( mcri dd σ≥≤



GÉOTECHNIQUE

γmin=1,48g/cm3γmax=1,71g/cm3D10=0,64 mmD60=0,98mmD30=1,50 mm

cte=3σQuel type d’essai mécanique correspond-t-il au comp actage de chantier ?

Chemin triaxial

σ3σ3

σ1

σ1



Phénomène de dilatation ou de contractionsuivant l’accroissements du déviateur

(Al-Issa; Biarez; Gresillon)



GÉOTECHNIQUE

σ3σ3

σ1

Quel type d’essai mécanique correspond-t-il au comp actage de chantier ?Comparaison des différents types de sollicitation



Densité (Chemin triaxial)>

Densité (Chemin Isotrope)

)(σfe =

σ1(Subbarao, 1972)

-Si P<Pc alors le déviateur décompactera le matériau jusqu’à l’état critique



GÉOTECHNIQUE


Détermination de la contrainte de pré-consolidationCorrélationentre la limite de liquidité et la pression capillaire (Fleureau, 2002)

sSrCsCu oα+=)(

4=α Pour l’argile (Munoz et al., 2011)

Pour sol intact (J.P.Magnan)Cup ×= 4'σ

(Alonso et al, 2009)


Exemple:pour la kaolinite Speshwite WL: 55%, on aura un u

w: 200kPa

MPap 538.0200)90.0(0(4 4' =×+×=σ

(0.6MPa – 1.1MPa) Pour un chemin oedometrique monotone(Fry,1977)

0.3MPa Pour un chemin triaxial (Fry,1977)

lle)superficien 3(fondatio:Fpour 2

1 '''pvov σσσ +=

150 kPa soit 7 m de remblais



GÉOTECHNIQUE

Mode de compactage Proctor standard Proctor modifié

OrigineConstruction de Barrage en terre

(Californie)Construction de piste d’atterrissage (w,Gd

optimal)

Energie de compactage 60 T/m3 275 T/m3

Correspondance de l’étude mécanique avec la réalité

Comportement du sol compacté sans vibrationCompactage par choc: Proctor Standard – Proctor Modi fié


Energie de compactage 60 T/m3 275 T/m3

Poids de la dame (kg) 2.5 4.5

Hauteur de chute (cm) 30.5 45.8

Nombre de couche 3 5

Moule Proctor Proctor CBR

Nombre de coup (par couche)25

25 56

Ø (mm) 5-20 5-20 <40

Application Compactage de remblais Piste d’atterrissageCouche de Base

de chaussée

LimitesBesoin de mise en œuvre d’énergie différent??

Damage par coup (ensemble de phénomène complexe) ≠ sollicitation de chantier(comparaison impossible)



GÉOTECHNIQUE

Comportement du sol compacté sans vibration


Compactage Statique – Compactage Proctor


Proctor standard = Compactage statique sous 1,3 MPa Proctor Modifié = Compactage statique sous 4,5 MPa

La vitesse d’écrasement n’a qu’une influence néglig eable sur le compactage statique



GÉOTECHNIQUE

Variation du poids volumique sec (a)et de la perméabilité (b) en fonctionde la teneur en eau (Daoud, 1998)

a)

Poi

ds v

olum

ique

sec

(kN

/m3 )

Comportement du sol compacté sans vibration


Compactage Classique – Compactage par Pétrissage


Qian et al. (2002)

b)

Poi

ds v

olum

ique

sec

(kN

/m

Teneur en eau (%))

Coe

ffici

ent d

e pe

rméa

bilit

é (m

/s)

Importance de la structure granulaire



GÉOTECHNIQUE

33

1σ≥ga

Comportement du sol compacté avec vibration


Milieu Pulvérulent


Il existe un indice des vides maximal correspondant à une fréquence de vibration

Densité (vibration horizontale) > Densité (vibration verticale)

Existence d ’une densité maximale pour une vibration verticale

Schaeffner, 1962)Pakash&Gupta 1967



GÉOTECHNIQUE

1000

You

ng M

odul

us (M

Pa)

γd:1,62g/cm3dc: 0,65d10: 0,64 mmd60:0,98mm

Paramètres majeurs qui influent sur le compactage


Chargement CycliqueEn chemin oedometrique

Granularité et évolution du Modules d’Young


La vitesse d’application de la sollicitation influe peu sur les matériaux granulaires avec très peu de fines tant que les vitesses de sollicitation permettent le drainage (Biarez, 1961)

1010 100 1000

100

You

ng M

odul

us (M

Pa)

Vertical stress (kPa)

3 % fines5 % fines

10 % fines

Influence de la distribution granulaire sur le module E pour une degré de compactage de 97%, wOPN(-2) (Correia, 2001)

Fatigue des sols traitéscompactés ?

ctetgeo =ϕ

d60:0,98mmd60/d10:1,53H:6,0cm2R:1,44cm

Influence du chargement cyclique suivant le chemin oedometrique (Subarano, 1972)



GÉOTECHNIQUE

3 en 1

Transport

Malaxage sur chantier

Vers la maîtrise du compactage


Système combiné

Transport

Traitement

Correction hydrique



GÉOTECHNIQUE

Evolution du procédé de compactage

Vers la maîtrise du compactage


Compacteur lisse- vibrant

Compacteur de l’avenir?

Compacteur à pieds dameur

Compacteur à pneus

Après classification, l’objectif est de réutiliser les matériaux pour édifier des remblais ou des couches de forme.

• Remblai : qualité q4Signifie ρdm = 95 % ρdOPN et ρdfc = 92 % ρdOPN

• Couche de forme : qualité q3Signifie ρdm = 98,5 % ρdOPN et ρdfc = 96 % ρdOPN

A quel Prix?



GÉOTECHNIQUE

L’évolution de l’essai de compactage en laboratoire?

Le transfert ( Laboratoire – Chantier): Manège de compactage?

Distribution de l’eau dans le sol (économie d’eau)?

Conclusions


Evolution des appareillage de compactage sur chantier?

Importance de la mouture sur la compactibilité de sol fin (gain en densité)?

Evolution des systèmes de mesures (labo-chantier): hystérésis – profil hydrique …



GÉOTECHNIQUE

RéférencesAl Issa M., (1973), Recherche des lois contraintes déformations des milieux pulvérulents,

PhD Thesis. Université Scientifique et Médicale de GrenobleAlonso E.., (2005), Compactage et comportement des sols fins humides.

Revue Française de Géotechnique, N°111, 2eme trimestre, p33-43

Boutonnier, (2007) Comportement hydromécanique des sols fins proches de la saturation cas des ouvrages en terre: coefficient B, déformation instantanées et différées, retrait/ gonflement. . PhD Thesis, INP Grenoble, 394p.

Alonso E., Gens A., Josa A; (1990), A constitutive model for partially saturated soils. Géotechnique, 404, N°3, 405-430.

A. Quibel, A Gomes Correia, 2000, Compactage des sols et des matériaux granulaires, ISSMGE/ETC 11, Presse de l’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées

Alonso E., Pereira J.M., Vaunat,J. and Olivella, (2009), A microstructurally based effective stress for unsaturated soils. Géotechnique, accepted


Biarez, J. 1962. « Contribution à l’étude des propriétés mécaniques des sols et des matériaux pulvérulents ».PhD Thesis. Ecole centrale de Paris

Subbarao, C. 1972. « Compactage et mécanique des milieux continus ».PhD Thesis. Université Scientifique et Médicale de Grenoble

Kouassi P. (1998), Comportement des sols fins compactés: application aux remblais et aux ouvrages en terre.PhD Thesis, University of Bordeaux,180p.

Daoud, F.Z. (1996) La perméabilité des sols fins compactés. PhD Thesis, Ecole Normal Supérieure de Géologie de Nancy,194p.

Poulain D. (1993) Pressions interstitielles de construction dans les barrages homogènes en matériaux argileux humides. PhD Thesis, University of Bordeaux 1,119p.

Forssblad, (1968) New method for laboratory soil compaction by vibration, Highway Research Record, N° 177

Skempton (1954), The pore pressure coefficient A and B, Géotechnique , Vol° 4

J.Munoz, F.Casini, S.Lourenço, J.M. Pereira,J. Vaunat, P.Delage, E.Alonso, L.Thorel, J.Garnier, D.Gallipoli, D.Toll,( ) Centrifuge modelling of a shallow foundation on an unsaturated compacted silt.

J.M. Fleureau (2002), Géomecanique des routes et voies ferrées, Hermlès, Traité MIM.



GÉOTECHNIQUE

Relations densité sèche – teneur en eau du sable vibré (Forssblad, 1968)

Comportement du sol compacté avec vibration


Milieu Cohérent


σ=0

Economie d’eau ??

1-IFSTTAR-A RAZAKAMANANTSOA-etat connaissance compactage...

Documents

Transcript of 1-IFSTTAR-A RAZAKAMANANTSOA-etat connaissance compactage...