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CELINE BOURGEOIS MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES ARGILES CHAMPLAIN Memoire présente a la faculté des 6tudes supérieures de l'Université Laval pour l'obtention du grade maître es sciences (M. Sc.) Departement de Génie Civil FAcULTÉ DES SCIENCES ET GÉNIE UNIVERSITÉ LAVAL OCeline Bourgeois, 1997

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CELINE BOURGEOIS

MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES ARGILES CHAMPLAIN

Memoire présente a la faculté des 6tudes supérieures

de l'Université Laval pour l'obtention

du grade maître es sciences (M. Sc.)

Departement de Génie Civil FAcULTÉ DES SCIENCES ET GÉNIE

UNIVERSITÉ LAVAL

OCeline Bourgeois, 1997

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REMERCIEMENTS

Cette ttude a été menée avec la participation de nombreuses personnes. le tiens

donc B remercier tout particulièrement :

Serge Leroueil dont les connaiss~ces considérables, l'efficacité et la rigueur ont été

très salutaires au suivi de mon travail,

Jean Bérubé, qui m'a guidé sur les chemins sinueux des benders,

Francois Gilbert , le spécialiste de la géophysique et trhs pragmatique de surcroît,

Ies techniciens aux précieux conseils : Jean-Pierre Dussauft, Jean-Yves Julien, Serge

Pare ainsi que Jean-Claude Rince,

et enfin les étudiants à Ia &mse et au doctorat du département de Génie Civil avec qui

les échanges ont été nombreux et profitables.

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TABLE DES MATERES

RESUME

REMERCIEMENTS

TABLE DES MATIERES

LISTE DES FIGURES

LISTE DES TABLEAUX

LISTE DES SYMBOLES

INTRODUCTION

1

* *

11

... 111

vi

xi

xii

Chapitre 1 : METHODES D'EVALUATION DU MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DEFORMATIONS 3

1.1- Le module de cisaillement aux très faibles deformations, Go ............................. 3 1.2- Mdthodes statiques .................................................................................. .. 5

1.2.1- Essai triaxial ...................................................................... 6 1.2.2- Appareil de torsion ..................................................................... 9

1.3- Méthodes dynamiques ................................................................................... 11 1.3.1- Les méthodes sismiques ......................................................... 12

13.1.1- Les ondes 1.3.1.2- Mbthodes sismiques de terrain

1.3.1.2.1- Essais dans la masse du sol L3.1.2.2- Essais en surface

13.13- Méthodes sismiques de laboratoire 13.2- La colonne résonante ......................................................... 22

1.4- Discussion ................................................................................................. 23 -

Page 6: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Chapitre II : LE MODULE co DANS LA LIITÉRATURE

n.1. Relations dans les sables ............................................................... n.2. Relations dans les argiles ..........................................................................

n.2.1- Relations issues d'études en laboratoires ................... .. .... ........................... n.2.2- Relations issues d'études de terrain

n.3. Anisotropie ................................................................................................

*e HI : EQUIPEMENTS. MODES OPERATOIRES

:s essais en laboratoire : les élements en piézocdramique ................. ........... 1.1.1. Principe ......................................................... 1.1.2- Equipement utilisé ......................................................... 1.1.3- Mode opératoire ........................................................ 1.1.4- Interprétation des mesures .............................................. :s essais sur le terrain: Ia tomographie .................................................... B.2.1- Le principe ......................................................... rn.2.2- Equipement utilisé ......................................................... U.2.3- Le mode opératoire ........................................................ B.2.4- Interprétation des rdsultats .........................................................

Chapitre N : SITES ETUDIES ET PROGRAMMES DTSSAIS

m.1. Description des sites étudids ........................................................................... .................................................................... nf.l.1- L'~ssomption

N.1.2- Berthierville ..................................................................... N.1.3- LouisevilIe ..................................................................... N.1.4- Mascouche ..................................................................... N*lS- Saint-Alban .....................................................................

m.3- Programmes d'essais ...................................................................................... LV3.1- Essais de laboratoire ......................................................... TV.3.2- Essais de terrain .....................................................................

Cha~itre V : ANALYSE DES ESSAIS DE LABORATOIRE V.1. Les résultats de la lhsérie: effet de la structure et des contraintes ..................

.................................................... V.2- Description d'un comportement typique

.................................................... v.3- Argile intacte . Influence de la structure V.4. Argile déstmcturée ......................................................................................

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V.5- Résultats et analyse de la 2tmc série: enide de i'anisotropie ............................. 104

Chapitre VI : ANALYSE DES ESSAIS DE TERRAIN 107 VI.1- Résultats bruts ...................................................................................... 1 07 VI.2- Relation à la structure (Cu, q,-a,, et cf,) ................................................... 109 VI.3- Relation analogue à celle du laboratoire ............................................. 1 13

Chapitre VII : BILAN ET DISCUSSION 115 ............................................................... m.1- Comparaison laboratoireterrain 1 15

.................................................... V11.2- Influence de la contrainte et de la structure 120 m.4- Anisotropie ................................................................................................. 122

CONCLUSION 123

BIBLIOGRAPHIE 125

ANNEXES 1

ANNEXE 1 : Exemples d'ondes obtenues à I'oscilloscope

ANNEXE 2 : - RCsultats bruts de la serie 1 de laboratoire : Go = f(a',) - Courbes de compression associées : Ah& = f(o',)

ANNEXE 3 : Résultats comgés par rapport à l'indice des vides [F(e) = él"j de la série i de laboratoire : GdF(e) = f(&J

XVI

ANNEXE 4 : Résultats de la série 1 - Influence de la contrainte : Log Go = f o g a',) XIX

ANNEXE 5 : Résultats de la série 2 - anisotropie : Go = f(a',) XXll

Page 8: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

LISTE DES FIGURES

Figure 1.1 : Variation du module de cisaillement G avec la d6for~nation appliquée

(Kagawa, 1992)

Figure 1.2: Variation du module de ciSaillement G avec ies types de sollicitations et les

déformations appliqukes. (Jamiolkowski et al, 1991)

Figures 1.3 a et b : Comparaison des relations contrainte-déformation pour des mesures

externes et Iocaies dans un essai triaxial non-drainé sur une roche tendre, ii

diE6rentes echelles (Kim et al, 1994)

Figure 1.4 : Méthode de mesure de d&formations locales sur de la roche dure avec des

proXimètres (Norna et Ishii, 1986)

Figure 1.5 : Méthode de mesure de déformations locales avec des capteurs de déplacement

optique (Nakano et al, 1990)

figure 1.6 : Médiode de mesure des dkfomtions locales avec une paire de LDT

(Goto et ai, 1991 ; Tatsuoka, 1988)

Figure 1.7 : Schéma de l'essai de torsion

Figures 1.8 a et b : Description du système de mesures u M pour l'essai de torsion et

l'essai i la colonne résonante (Deron J. Van Hoff, 1993)

Figure 1.9 : Principe de la mesure de Ga par la dthode u cross-hole »

Figure 1.10 : Principe de la mesure de Go par Ia méthode e dom-hoie >>

Figure 1.11 : Principe & la mesure de Go au cene sismique

Figure 1.12 : Principe de ia mesure de GO avec la tomographie

Figure 1.13 : Rincipe de la mesure de Go par l'analyse des ondes de Rayleigh -

Page 9: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Figure 1-14 : Schéma d'un bender, transducteur électromécanique en piézoc&ramique

Figure 1.15 : Comparaison de résultats d'essais à la coIonne résonante et aux benders

@yvik et Madshus, 1985)

Figure 2.1 : Comparaison des modules Go obtenus par les relations empiriques et les

résukats d'essais sur du sable (Li Yan et Byrne, 1990)

Figure 2.2 : Comparaison des modules d'argiles intacte et reconstituée sur l'argile &

Londres (Viggiarri et A h o n , 1995)

Figure 2.3 : Valeur de l'exposant men fonction de l'indice de plasticité Ip (Hardin, 1978)

Figure 2.4 : Valeur du te= correctif C à appliquer au module de cisaillement

mesur6 en fonction des déformations appliquées (Larsson et Mulabdic, 1991)

Figure 2.5 : Relations entre *, et q,, obtenues pour des essais en laboratoire pour un

grand nombre de matériaux (Kim et al, 1994)

Figures 2.6a et 2.6b : Rapport des modules GdGvh versus le rapport des contraintes Ko

a- Argile de Pise b- Argile de Panigaglia

(~a&olkowski et ai, 1994)

Figure 2.7 : Profls de Ko empiriques compm5s au pronl de Ko in situ

(Sully et Campanella, 1995)

Figure 3.1 : Elément piézoc&unique monté en parallèle

Figure 3.2 : Elément piézocéramique monté en sdrie

Figure 3.3 : Déta& des 4 benders mont& pour la grande cellule

Figure 3.4 : Schéma de la petite cellule d'essai

Figure 3.5 : Schéma de la grande cellule d'essai

Figure 3.6 : Photopphies de la grande cellule d'essai

Figure 3.7 : Exemples d'ondes pour Ia préparation de l'essai

Figure 3.8 : Exemple d'interprétation des résultats de laboratoire à I'oscilloscope

Figure 3.9 : Système d'émission du signal

Figure 3.10 : Exemple d'interprétation cles résultats de terrain au séismographe

F i p 4.1 : Profii des propriétés gtotechniqucs bu sol l'Assomption ;

Forage L3, U.L., juin 1995 (Delisle et Leroueil, 1997)

Figure 4.2 : Prof3 au piémône à l'Assomption (Delisle et Leroueil, 1997)

Page 10: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

viii

Figure 4.3 : PIan de Iocabation d6taUt5 du site des essais à Bcrthierville

Figure 4.4 : Profil des propridtés géotechniques du sol ià Berchierville

(modifié de Kabbaj 1985)

Figure 4.5 : Profil au piezocône ii Benhiede (Martel, 1996)

Figure 4-6 : Plan 'de localisation du site de LouiseviIIe (Rang de Ia concession)

Figure 4.7 : Profil des propriétés géotechniques du sol à Louiseville

(modifïd de Leblond et ~avenas. 1980)

Figure 4.8 : fil au piézocône Louisev-die (Martel, 1996)

Figure 4.9 : Plan de localisation du site de Mascouche

Figure 4.10 : Proil des propriétés géotechniques du SOI à Mascouche

(Ministkre des transpons)

Figure 4.1 1 : Profil au piézocône à Mascouche (Martel, 1996)

Figure 4.12 : Localisation du site des essais de Saint-Nban

Figure 4.13 : Profl des propriétés géotechniques du sol & Saint-Alban (Kabbaj, 1985)

Figure 4.14 : Pronl au piézocône à Saint-Mban (Martel, 1996)

Figure 4.15 : Cheminement des essais pour l'étude de la smcture - Série 1

Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville

Figure 4.17 : Cheminement des essais pour I 'hde de l'anisotropie - Série 2 - St Esprit

Figure 5.1 : Comportement typique des argiles 6 tuWs

Figure 5.2 : Comparaison des modules Go verticaux pour la argfle

(St-Alban, 5.96rn) obtenus avec la petite et la grande cellule

Figure 5.3 : Module de cisaillernent vs conminte verticale

Figure 5.4 : Module de cisaillement nomaiid vs contrainte verticale

Figure 5.5 : Module de cisaillement normaüsé vs rapport de surconsolidauon

Figtue 5.6 : Module de cisaillearent normalisé

vs racine carrée du rapport de suriconsoiidation

Figure 5.7 : Modules Go obtenus par Michaud (1993) sur diffdrentes argiles Champlain

Figure 5.8 : Modules normalisés pour différentes argdes Champlain,

étude de Michaud (1993)

Page 11: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Figure 5.9 : Expression indépendante de la structure et des contraintes

Figure 5.10 : Module normalisé corrigé de l'influence de l'indice des vides avec F(e) = e'"

Figure 5.11 : InfIuence dc l'indice des vides pour l'ensemble des essais de la série I

Figure 5.12 : Module normalisé corrigé de l'iduence de i'indice des vides avec F(e) = e 6.67

Figure 5.13 : Module normalisé corrigé de fa constante 35

et de l'influence de l'indice des vides avec F(e) = ea.67

Figure 5.14 : Etude de L'influence de Ip sur Go

Figure 5.15 : Phase désuucturée - dechargement :

Module de cisaillement normalisé vs Racine c a d e du rappon de surconsoiidation

Figure 5.16 : Phase désuucturée - rechargement :

Module de cisaillement normalisé vs Racine carrée du rapport de surconsolidation

Figure 5.17 : Anisotropie des modules en fonction du rappon des contraintes - Louiseville

Figure 5.18 : Anisotropie des modules en fonction de I'anisotropie des contraintes- St-Esprit

Figure 5.19 : Anisotropie des modules en fonction de l'anisouopie des contraintes - Pise

(lamiolkowski et ai, 1994)

Figure 6.1 : Pro% des modules de cisadiement Go obtenus par tomographie

Figure 6.2a : Profils de résistance au cisaillement - Cu au scissodue

Figure 6.2b : Profils des résistance en pointe - qt - 04 au piézocône

Figure 6.2~ : Pro& des contraintes de préconsolidation - o'p k l'oedomètre

Figure 6.3a : Module de cisaillement Go vs Résistance au cisaillement Cu

Figure 6.3a : Module de cisaillement Go vs Résistance de pointe q, - Figure 6.3a : ModuIe de cisaillement Go vs Contrainte de préconsolidation a',

figure 6.4 : Module déduit des essais de terrain normalisé par rappon à a',

vs Rapport de surconsolidation en place

Figure 6.5 : Module des essais de terrain normaiisé par rappon à a',

vs Racine carrée de l'inverse du rapport de surconsolidation

Figure 7.1 : Rohl des modules GO de St-Alban - Laboratoire et terrain

Figure 7.2 : Prohl des modules Go de Louiseville - hboratoire et terrajn

Page 12: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Figure 7.3 : Gain & raideur avec la consolidation secondaire (Janiiokowski ct ai, 199 1)

Figure 7.4 : Evolution de la dependance à la contrainte pour chacune des phases de tous les

essais

Page 13: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 2.1 : Vdeurs des ciBérents paramètres et fonctions de relations empiriques GO -e -a

Tableau 4.1 : Essais effectués pour l'étude de la structure - Série 1

Tableau 4.2 : Essais effectués pour l'étude de l'anisotropie - Série 2

Tableau 4.3 : Programme des essais de terrain

Tableau 6.1 : Caractéristiques des dépôts argileux

Page 14: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

LISTE DES SYMBOLES

A, Aij : coefficient adimensio~et dans les relations Go = f( G', c, . . .) Ar : Coefficient de correction entre GW et G k

a : Distance entre le forage et la source en surface

B : Coeficient adimensiomel dans nos relations GO = f( C f , , Cf*,)

C, Cij : Coefficient adimensiomei dans les rehtions Go = f( 0'' e, . . .) CPT : Cone Penetration Test

d, d' : Distance émetteur-récepteur ou récepteur-récepteur

E : Module de déformation longitudinale ou module d'Young

: Module de déformation longitudinale aux petites déformations

e : Indice des vides

f : Fréquence

G : Module de cisaillement

Go ou Ga: ModuIe de cisaillement aux petites déformations

Gaj : Module de cisaillement aux petites déformations obtenu par une on& se propageant

suivant i et avec un mouvement des particules suivant j

GoLb : Module de cisaillement aux petites déformations mesuré en laboratoire

G- : Module de cisaillement aux petites déformaUom niesud in situ

h : Profondeur d'un essai

W. Hauteur de l'échantillon

I , 4 : moments d'inertie

I , : Indice de pIasticit6 -.

Page 15: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

xiii

y : Rapport des contrainte effectives : horizontale vmus verticale

K, : Rapport des contraintes en piace

L : Hauteur & l'échantillon

Lr : Longueur d'onde

n. m : Exposants-affectés ii la contrainte effective et au rapport desurconsolidation

ni , nj : Exposants affectés à et G ' ~

OCR : Rapport de surconsoiïdation

p, : Pression atmosphérique

p' : Contrainte moyenne

p', : Contrainte moyenne de préconsolidation

p, : Pression de référence (1 kPa)

Pr : Facteur de correction entre GOM et GW

Qt : Résistance de pointe au piézocône

Ro : Rapport de surconsolidation (p'dp')

T : Moment de torsion

ti : Temps de propagation des ondes

V, : Vitesse de propagation des ondes de compression

V, : Vitesse de propagation des ondes de Rayleigh

V, : Vitesse de propagation des ondes de cisaillement

w : Teneur en eau

WL : Limite de liquidité

wp : Limite de plasticité

a: Déphasage de deux signaux

y : Deformation de cisaillemnt ou distorsion

y: : Déformation de cisaillerrrent il la b i t e €lastique

v ou v', vm : Coefficient de poisson, coefocicnt en non drainé

p : Masse volumique du sol

o' : Contrainte effective

a', : Conminte effective moyenne de ~ ' i et c ' ~ -

Page 16: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

dh et a' ho : Contrainte effective horizontale et contrainte effective horizontale en place

: Contrainte effective principale dans la direction de la propagation de l'onde

: Contrainte effective principale dans la direction du mouvement des particules

aVi, : Conuainte effective principale dans la 3tmc direction (autre que i et j)

o', et a',o : Contrainte effective moyenne et contrainte effective moyenne en place

(idem p')

a',: Contrainte de préconsolidation

a', et a'& : Contrainte effective verticale et contrainte effective verticale en place

O*,-: Coritrainte effective verticale maximale appliquée à l'échantillon

.r : Contrainte de cisaillement

o : Pulsation

Page 17: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

INTRODUCTION

Du fait de la difficulré à réaliser des essais statiques dans le domaine-des très faibles

déformations, il a longtemps été admis que, corrrme le mona-aïent les recherches dans Ie

domaine des déformations supérieures ii la Iimite blasuque des sob, le m d u k de

dtformation dynamique était supérieur au module de déformation statique. Puis des

systtmes de mesures précis ont permis de visualiser le comportement réel du sot soumis 2

des sollicitations statiques de très faible amplitude. ïi s'est alors avéré que, dans ce domaine

élastique, le sol réagissait de la même manière, qu'il s'agisse de sollicitations statiques ou

dynamiques, et que le module de déformation était alors maxbaI.

Outre ses applications pour les études particuliéres de comportement aux vibrations

(dues aux tremblements de terre, au trafic, aux machines, aux explosions, dans les

constructions off-shore et near-shore), etc ..., le module de déformation dynamique et plus

particulièrement Ie module de cisaillement dans le domaine &lastique (noté Go ou G-)

s'avère un paramètre essentiel pour tous les problèmes de déformation en géotechnique.

En raison de ses applications multiples, ce module GO fait l'objet de différentes

études jusqu'alors plus nombreuses dans le domaine des sols pulvérulents que dans celui des

sois coh6rents. Les relations empiriques Çtabks pour des sables ont mis en évidence

l'infiuence particuliiirement importante de l'indice des vides et de I'état de conminte dans le

sol sur le module GO.

Cette étude a justement pour objet d'analyser le comportement des argiits de l'Est

du Canada vis-à-vis de très faibles soiTicitations dynamiques. L'anisotropie (liaison du

rapport des modules à l'anisompie de consolidation) et l'effet de ia smicture seront deux -

Page 18: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

thèmes particuli2rement approfondis. Pour ce faire, une campagne d'essais de Bboratoire e!

in situ a été rédisée. En laboratoire, des dléments en piézocérunique polarisés (a bendei

tlements ») ont été placés dans une ceiiule triaxiale. Un Muipement particulier de l'une de:

ceiîuks d'essai a 6t4 mis au point dans le but d'6tudier l'anis~&~ie. Quant aux essais de

terrain. une méthode sismique de type 'cross-hole' a été employée : la tomographie.

Dans un premier temps, une &ude sera réalisée sur les principales dthode!

d'évaluation du module de cisaillement aux petites déformations Go puis sur quelque!

recherches menées ii ce sujet et qui soutiendront alors notre travaiL Suivront ensuite le:

explications et l'analyse de cette campagne d'essais ainsi qu'une discussion sur l'effe.

particulier de la structure, de l'anisotropie et du type d'essai, à savoir en laboratoire et u

situ.

Page 19: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

CHAPITRE I

METHODES D'EVALUATION DU MODULE DE

CISAILLEMENT A PETITES DEFORMATIONS

1.1- Le module de cisaillement aux très faibIes ddformations, Go

Notons tout d'abord que le module dont il va être question dans cette &ude est le

module de cisaillement sécant défini par le rapport de la contrainte à la déformation pris

depuis I'origine ( G = x ) , et non du module tangent ( G = dfdy) qui est une

caractéristique plus localisée du comportement du sol awc déformations de

cisaillement. Toutefois, ces précisions perdent une partie de leur intérêt dans la mesure où

comme le rappeiie Lo Presti (1994)' les raideurs dkfinies par les moduies sécants, tangents

ou équivalents sont les mêmes tant que les déformations appliquées restent inférieures à la

Page 20: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

4

limite éiastique y: dont il est question ci-après : le componemcnt du sol est alors élastique

linéaire.

Ainsi, le module de cisaillement G sera constant et maximal pour des déformations

inftricures B la iixnite élastique ( y c y:. y: = la4 96). Il est dors note Go ou G-. Kagawa

(1992) a rassemblé à ce propos les résultats de plusieurs recherches sur Ia figure 1.1

montrant la vaxjation commune du module G avec les déformations.

Shear main, %

Figure 1.1 : Variation du module de cisaillement G avec 1a déformation appIiquée

(Kagawa, 1992)

En mettant au point des mesures de déformations u è s prdcises. il a été possible de

montrer que Ies modules de cisaiUemenc dynamique et statique aux petites déformations

etaient les mêmes. Par contre, pour des défomations plus imporcanres, ie module dynamique

est supérieur au module statique. Janziolkowski, Leroueil et Lo Presti (1991) ont mis en

&idence ce phénomène sur la figure 1.2. Tatsuoka et Shibuya (1992) sont parmi ceux qui

ont vCrif?6 ce propos sur pratiquement tous les types de SOI : mche dure intacte, roche

tendre Sédirmntaire et artificielle (sables cimentés), argiles saturées.

La vitesse de chargement ayant apparcmnt peu d'influence sur ie module de

cisaillement aux petites d6formations Go, les deux types d'essais, statique et dynamique, sont

possibles pour determiner celui-ci. Tatsuoka et Shibuya (1992) ont aussi mis en évidence,

Page 21: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

c o m le monue la figure 1.2. que, toujours dans le domaine de comportement elastique

linéaire des sols (très petites déformations), le fait d'appliquer un chargement cyclique ou

monotonique n'a pas d'effet sur la valeur du d u I c & raideur (b ou GO) obtenu.

Figure 1.2 : Variation du module de cisaillement G avec les types de sollicitations et les

deformations appliquées. (Jarniolkowski et al, 1991)

1.2- Méthodes statiques

Par essai statique est entendu que la vitesse de chargement (monotonique ou

cyciique) est sunisarmrrnt lente pour que les effets de Sinertie soient negligts (Tatsuoka et

S hibuya, 1992). .

Seuls les essais de laboratoire unlisent des méthodes statiques pour la determination

du module de cisailleuxnt aux petites dçformdtiom. Ils sont devenus plus utiiisks ces

dernihes années grâce B l'amtlioration des mithodes de mesures de plus en plus 6nes des

d&fomtions et des forces.

Notons toutefois que sur le temin, ies essais de plaques ou les essais au pressiodm

permettent d'obtenir le module d'Young, mais les dtfomtions mcsurables sont supérieures

Page 22: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

B la limite élastique et donc ne correspondent pas au domaine de déformations considéré

dans cette Ctude.

1.2.1- Essai triasal

A partir du moment où la mesure des aès faibles déformations est rendue possible

(cf. section suivante), l'essai ûiaxial permet d'obtenir le module de déformation

longitudinale ou module d'Young noté E dans un domaine de déformations assez €tendu,

comportant notanrment Ies deformations inf6rieures A la limites tlastique (y; = 107.

Il est alors possible d'obtenir lt? module de cisaillement G grâce à la relation G = f(E)

valable dans le domaine dlas tique : Go= E

, v étant le coefficient de Poisson. 2(1+ v)

Dans le cas particulier d'un essai non-draine, V = Vu = 0.5 pour tous les sols, d'oh

l'expression très simple : Go = 3 - E, , valable, rappelons-le, dans le domaine &lastique.

Mesure des très faibles déformations

La difficulté majeure des essais statiques ou monotones réside dans Ia mesure très

fine des petites déformations. Effectivement, les erreurs apportées par exemple par

l'appareillage utilist deviennent d'autant plus significatives que les valeurs à obtenir sont

faibles. Or, le module de défornuon étant fortement influencé par le niveau de déformation

appliqué lorsque la M t e d'élssticit6 y: est dépassée (figure 1.1). le module obtenu risque

de ne pas être te module maximal recherché si les mesures des déformations ne pcmiettent

pas de deceler bs es faibles niveaux de déformation.

Comme l'ont soutenu Tatsuoka et Shibuya (1992) ainsi que Fioravante et al (19941,

le type de déformation mes& (locale, interne ou externe) défini par I'emplacement des

cellules de mesure est aussi important que le dispositif de mesure ii pmprement parlé vis à -

Page 23: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

vis de la précision apport& aux es faibles dtformations. Sur un essai aiaxiai par exemple,

la friction du piston et les hétérog6néités aux extrémités des Cchantillons (contacts

Cchantillon-base et échantillon-tête de chargement) participent activement à l'erreur

respective des mesures des conaahtes et des dtformatiom. Une solution efficace est de

placer les capteun d'effort dans la cellule et les capteun de &formations directement sur

SCchaniillon. La figure 1.3 met en tvidence la différence observte sur le componcmnr en

contrainte-déformation lorsque les mesures & deplacement effectuées sont locales (sur

l'échantillon) ou externes (sur Irt tête de chargement).

Figures 13 a et b : Comparaison des relations contrainte-déformation pour des menver

eaernes et locales dans un essai triha1 non-drainé sur une roche tendre,

à différentes 4cheIles (Kim et al, 1990)

Aux petites dkformatiom, figure 1.3 b (tout comme aux grandes, figure 1.3 a). on

remarque que b module de &formation obtenu par des nrsures externes est sous-estime.

Plusiew dthodes de mures de déformation ont donc ttC tlabortcs dans le but de

minimhr ies enturs. Quel que soit le dispositif utüid, le fait dc placer les celluler

dirrctemnt sur i'Çchantil.ion permet d'éviter ks sources d'erreurs dont ïl a W questior

auparavant. Quclqucs-unes de ces dthodes sont citées et bri&vtmtnt cxpliqutcs ci-apr2s :

Page 24: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

- Proximètres Zt mande résoIution : ces éiéments constitués d'une cellule et d'une cible

convertissent le mou d'air cr& par le dtplacemnt. Ils sont placés dïrectemnt autour de

l'échantillon comme le montre la @ure l. .4.

Figure 1.4 : Méthode de mesure de déformations locales sur de la roche dure avec des

proximètres (Noma et Ishii, 1986)

Figure 15 : MCtbode de maure de déformatbar losiles avec des capteurs de ddpiacement -

optique (Nakano et al, 1990)

Page 25: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

- Transducteurs de formations locales (iocal deformation tranducer ou LDT) : figure 1.6.

Une piaque de bronze est placée sur un support reliant k haut et le bas dc 1'~chantillon. Sur

cette piaque sont coiiées des jauges de déformation. La moyenne des déformations obtenues

par deux transducteurs LDT diamétralement opposke sur 1 échantillon permet d'acdder à la

déformation au cours de i'essai.

Figure 1.6 : Methaie de mesure des deformations locales avec une paire de LDT

(Goto et al, 1991; Tatsuoka, 1988)

1.2.2- Appareil de torsion

Alors que dans les essais triaxiaux, les contraintes et les déformations appliqutes sont

longitudinaies, l'essai de torsion permet d'évaluer directement les caract6ristiques de

cisaillement du sol ttudi€ : T (contrainte de cisaillement) et y (dr'fomtion de cisailleriient ou

distorsion). Cet essai consiste à appliquer un moment de torsion T B un échantillon

cylindrique (qui peut êtrt mm) et 8 msurcr les déformations mgenddes par cet effort.

L'&de du comportement du sol en contrainte-&formation est donc directe, comme pou

l'essai maxial. Malgré un appareillage et une procédure un peu complexe ainsi qu'une

Page 26: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

distribution non uniforme des contraintes et des #formations dans l'&chantillon, cet essai

présente les avantages suivants : bonne simulation du cisaillement simple ; accès aux petites

déformations par le biais d'un matériel & mesure adapté et d'une bonne liaison enne les

extrémités de l'échantillon, le socle de l'appareil (partk fixe) et la tête de l'appareil (partie

mobile). L'isolation de la table de torsion vis iî vis des vibra6ons exttrieurcs ainsi que

t'utilisation de dispositifs de proximètres à grande résoIution (voir section 1.3) ont, entre

aums permis d'atteindre une plage de déforniarions allant de 10'' A 104.

La figure 1.7 représente un sch6ma s i m p w d'un appareil de torsion :

Excitation & torsion

t

Figure 1.7 : Schéma de l'essai de torsion

Les mouvements forcés de l'échantillon sont &s par un système électromagnétique

placé sur la tête de la ceiiule. Un courant de muence reglable est introduit dans des

bobines qui entourent un aimant. Le champ élecuomagn&ique ainsi cr& provoque le

mouvement de l'aimant qui est lui-&nie fixé a la plaque de guidage transmettant ainsi le

mouvenient à la tête de l'échantillon (figures 1.8 a et b ). Quatre aimants participent à la

création du mouvement. Une calibration du dispositif permet de remonter au couple

appliqué h l'échantillon puis la contrainte de cisaillement équivalente.

Les dCplacernents sont orsurés avec des nEcroproxidas (4 sur la figure 1.8) qui,

constitués d'une ceilulc et d'une cible, évaluent le trou d'air provoqué par le mouvement de

la plaque de guidage. -

Page 27: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Figures 1.8 a et b : Description du s y s t h e de mesures utilid pour l'essai de torsion et l'essai

B la colonne resonante (Deron J. Van Hoff, 1993)

Notons que dans cet essai, le contact entre La tête du dispositif et I'ÇchantiIion et

celui entre le socle du dispositif et l'échantillon doivent tue parfaits. Ce dernier point est

d'autant plus dur à réaliser que le rnat6riau testé est rigide.

2 Le module de cisaillement est calculé directemm avec G = -

Y

1.3- Méthodes dynamiques

Par essai dynamique est entendu que la vitesse de chargement (cyciique or

mnotonique) est sutnsammnt elevée pour que ies effets de I'inertie ne puissent Cm

ignorés. Dans la litt6ranin. on associe souvent dynamique A cyclique. Rappelans que k

module Go ttant peu infiucncC par la vitesse de chargernt dans le domaine des petite!

dtforrtiow (y < 104], les essais dynamiques permttent d'obtenir Le d i n e module Gl

que celui d&duit des essais statiques.

Page 28: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

i e s dthodes sismiques sont largemtnt utilisées aussi bien en laboratoire que pour

des essais de terrain pour la détermination du module GO. En laboratoire, ia colonne

résonante constitue la seule méthode dynamique qui ne fait pas appel à la propagation

d'ondes.

1.3.1- Les methodes sismiques

1.3.1.1 - Les ondes

On distingue deux familles d'ondes qui se propagent dans d8drents milieux :

- les ondes de compression, qui crée.nt un mouvement des particules dans la direction de

propagation. Ces ondes se propagent dans tous les milieux et tout particulièrement dans

l'eau. Ii est alors difficile de dissocier la propagation de l'onde dans le sol de la propagation

de I'onde dans l'eau présente dans celui-ci Ainsi, les vitesses de propagation des ondes de

compression sont consid&blement affectdes par la prksence d'eau dans les sok saturés

(dans l'eau Vp = 1500 m 1 s ).

- les ondes de cisaillement, qui créent un mouvement des particules perpendiculaire à la

direction de propagation. Conusirement aux ondes de compression. les ondes de

cisaillement ne se propagent que dans les solides. Elles deviennent alors beaucoup pIus

intéressantes puisqu'elles caractérisent le solide uniquenitnt (le squelette du sol en

l'occurrence).

L'étude de ia propagation des ondes de cisaillement dans les sols permet d'obtenir le

module de cisaillement dans la niesure où l'étude se limite aux petites dtfonnations : la

limite élastique n'étant pas d€passée, le comportemnt du sol est supposé élastique. On peut

alors o b t e ~ le module de cisaillement Go (ou G d à partir de la vitesse de propagation des

ondes de cisaillement Vs dans le sol considéré par la relation suivante :

Go = p vS2 , p ttant la masse volumique du sol exprimée en kg/m3

Vs étant la vitesse de propagation des ondes de cisaiiiement exprimée en d s .

Page 29: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

1.3.1.2- Méthodes sismiques de terrain

Sur Ie terrain, les méthodes sismiques ou ggophysiques, basdes sur la pmpagatior

des ondes, sont très répandues. L'émission et l'arrivée du signai sont visualisées sur ur

systhne d'acquisition, ce qui permet d'obtenir la vitesse de propagation des ondes et d'er

diduire le module de cisadiement ( G o = p - v,' ) dans la mesure où les déformation:

engendrées sont inférieures iî la limite élastique.

Les ciifferentes configurations quant au positionnement de I'émerteur et du (ou des:

r&tpteur(s) offrent la possibilité de couvrir àes zones plus ou moins grandes et d'obteni

des modules suivant toutes les directions possibles. Globalement, on d i s ~ g u e les méthode5

où les Üistruments de mesure sont .placés dans la masse du sol des méthodes où toui

l'appareillage est en surface.

1.3.1.2.1- Essais dans la masse du sot

k ( s ) récepteur(s) et le générateur peuvent être placés à des profondeurs donnée:

soit en effectuant des forages préaiables à I'intérîeur desquels seront placées Ies ceilules de

mesure, soit, comme il l'a été récemment développé. en introduisant les celiules de mesure!

dans des appareils de pénétration tels que le cône de pc$nétration CPT.

Essai a cross-hole m (Stokoe et Woods, 1972)

Cet essai nécessite deux forages verticaux séparés par une distance m o ~ ~ : d (c

est constante). i~ principe est d'étudier le temps de propagation d'une onde & cisaillemni

(la direction de propagation étant supposée horizontale) entre ces deux forages de manière 2

obtenir ensuite la vitesse de propagation de cette onde. Pour ce fairir, une source placée E

une profondeur h dans l'un des forages émet une impulsion créant une onde qui se propage

dans le sol et qui est nkupdde par un geophone place dans l'autre forage tt la même

profondeur h (figure 1.9).

Page 30: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Figure 1.9 : Principe de la mesure de Go par la méthode u cross-hole *

Un système d'acquisition de données 4quivaIent un oscilloscope permet de détermine

temps de propagation de l'onde de cisaillement sachant que l'enregistrement du signal

commence au déclenchement de l'impulsion.

Cette méthode est Yune des plus fiables. Toutefois, quelques lunites lui son1

imparties :

- de très bons contacts entre les éIéments émetteur et récepteur et le sol sont difficiles à

r4aliser ;

- I'onde reçue en premier n'a pas forcément une direction de propagation horizontale

puisqu'elie peut se propager plus rapidement dans les couches plus fermes (en parricuiier les

couches sous-jacentes ou dans des couches stratifiées). Il en résulte donc une erreur sur la

distance de propagation d prise en compte dans les calculs de vitesse et un manque de

précision pour la mise en évidence de couches moks de faible epaisseur ;

- le forage crée une zone remaniée inkvitable ;

- le temps initial tc comspondanr au depart de l'on& est donné par Ic systtme de

déclenchement qui doit donc être très précis. -

Page 31: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

La dernière source d'cmur suscitée peut E u e limitée, voire 6vitée si ie temps msuré est

celui de la propagation de I'onde entre deux dcepteurs distants d'une longueur d' connue.

Effectivement, le temps pris en compte dans le calcul de la vitesse V, est de la forme :

(tz- fo) -(t~- b), CO, t ~ , tz étant respectivenient les temps correspondant au départ du signal, à

l'arrivée du signal au premier récepteur et à Parrivée du s i g d au second dcepteur. Le

temps inirid n'intervient donc plus dans l'expression de la vitesse. Par ce même procédé, le

remaniement n'intervient plus non plus. L'inconvénient est qu'un troisième forage est alors

nécessaire.

Essai *: down-hole »

Cet essai ne nécessite qu'un trou de forage dans lequel est placé le géophone qui

reçoit I'onde générée en surface (il est possible d'inverser le positionnement de la source et

du récepteur).

acquisition dklenchement

Figure 1.10 : Principe de la mesure de Co par ia méthode a dm-hole r

Page 32: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Le profil des vitesses de propagaaon des ondes de cisaiUemnt s'obtient en étudiant

la difft5rence du temps d'arrivge du signal à deux profondeurs successives.

L'interprétation nécessite donc une grande précision concernant la profondeur des mesures

et le mécanisme de d6clenchernent. De la Mm man2rt que pour les ess& « cross-hole »,

l'utilisation de plusieurs géophones dans un même m u de forage h i t e les erreurs

engendrées par les mesures du temps de propagation par rapport au temps initiai to du

d6clenchement qui serait alors le même pour les deux mesures à considérer.

Toutefois, le problème de l'atténuation du signal avec la profondeur reste présent.

Essai au cône sismique

Cet essai a été développé A l'Université de Colombie Britannique (UBC)

(Campanella et Robertson. 1984). L'introduction de séismomètres dans le cône de I'essai de

pénétration CFT ou CPTU permet, lors de campagnes d'essais faisant appel ces derniers,

de réaliser en même temps, 2 des intervalles de profondeur réguliers (tous les mètres), des

mesures de vitesse de propagation des ondes de cisaillement.

Il suffit d'ajouter un osciiioscope (qui peut être incorporé au système d'acquisition de l'essai

standard CPT) et une source dont le ddéclenchernent est relié à I'oscilioscope. La source est

souvent constituée d'une lourde plaque en acier (munie & dispositifs supplémentaires pour

assurer un bon contact avec le sol) et d'un marteau.

Le principe est le même que celui de I'essai « dom-hole B. c'est-à-dire que la vitesse

à une profondeur donnée est calculée par la diffdrence des temps d'arrivée de l'onde h deux

profondeurs successives. Bien que I'affaiblissement du signal avec la profondeur soit encore

de fait, des essais au cône sismique ont dté réalisés jusqu'à une profondeur de 40 m

Le fait de réaliser simultanément l'essai de pén€tration au cône impose que la source du

signai soit placée à une distance minimale de trois mètres de l'essai à proprement parlé. La

direction de propagation n'est donc pas tout Zi fait verticale mais une correction mise au

point par Eidsmoem et al (1985) permet d'approcher la véritable vitesse de propagation

verticale :

Page 33: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Figure 1.11 : Principe de Ia mesure de Go au cône sismique

Les premières utilisations (Campanella et Robertson, 1984) ne permettaient d'obteni

que les ondes propagées verticalement puisque la source était placée en surface (figuri

1.11). Un nouveau système a été mis en place de d e r e à mesurer des vitesses dc

propagation horizontales : la source est placée dans un cône, le récepteur dans un autre, e

les deux cônes sont placés B la même profondeur A une distance d l'un de l'autre. Cettt

méthode, qui est alors de type « cross-hale n, est toutefois assez contraignante puisqu'elk

nécessite deux cônes de péndtration.

Tomographie * Cette méthode mise au point par Hoar (1982) n'est autre qu'une applicatioi

particulière de la méthode a cross-hole n si ce n'est que I'dmtttur peut être placé i

n'importe quelle profondeur du forage (un syst&m de v€rhage permet de maintenir un boi

contact entre la source et le sol). -

Page 34: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Ix système est représenté sur la figure 1.12, de plus amples explications étant

fournies dans le chapitre iII. Le principe de la source pemiet d'appliquer directement

l'impulsion à une profondeur donnée du forage (qui pcnriet ainsi de paiiier le problème de

transmission du signal par la tige et de l'affaiilissement de celui-ci avec la profondeur

m e n u dans l'essai cross-hole classique).

séisrnograp he : déclenchement acquisition

Figure 1.12 : Principe de la mesure de GO avec la tomographie

De la &me façon, un système de chambre à air pemiet de plaquer les técepteurs

contre le sol (ou plus précisénient sur les tubes de PVC mis en piace lors des forages).

Un sismographe plac6 en s h c e penrret de visualiser les excitations T u e s par les

géophones.

Page 35: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

1.3J.2.2- Essais en surface

Dans ce cas, émetteur et récepteur(s) sont placés B la surface. Le problème majeur de

ces techniques est qu'on ne maimaitrise pas exactenient les profondeurs pour lesquelles ces

essais sont rcprésëntatifs ; est-ce une mesure ponctuelle ou une moyenne ?

Analyse des ondes de Rayleigh

Les ondes de Rayleigh, encore appelées ondes de surface, se propagent dans des

couches de sol dont I'épaisseur est égale à la iongueur d'onde émise. La vitesse de

propagaticn des ondes de Rayleigh est reliée à la vitesse de propagation des ondes de

cisaüiement Vs par le coefficient de Poisson v. Toutefois, la relation simple Vr=0,9*Vs

donne de bons résultats pour une gamrrie importante du coefficient de Poisson v (Richart et

ai, 1970).

vibrations Systéme d'acquisition

Oscillateur et et d'analyse de spectre

t-d-l

Figure 1.13 : Principe de la mesure de Co par l'analyse des ondes de Rayleigh

La &thode communément employée pour i'analyse des ondes de Rayleigh est

indiquée sur la figure 1.13, Les ondes sismiques sont émises par le biais de vibrations de

ûéquence bée et sont reçues par deux g6ophones placés h une distance d l'un de l'aune.

Le temps de propagation cie l'onde entre Ies deux géophones est donné par :

, où f est ia muence dt I*oncic t e e ; T(f) = -- 27t f

est le d6phasage entre les deux signaux reçus. -

Page 36: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

II est alors possible d'obtenir :

- la vitesse de propagation des ondes de Raykigh Vr (V,(f) = %cf), d Ctant k distance

entre Ies deux géophones), permettant ensuite d'accéder au module de cisaillemnt Go.

- la longueur d'onde Lr ( LJf) = Vr(fx ), permettant de dCtcmiiner la profondeur de la

couche concernée par les ondes émises.

Le profil des modules de cisaillement Go est donné par des essais à différentes

Wquences qui représentent diErentes profondeurs.

D'autres méthodes (analyse spectrale des ondes de surface (SASW) , essai de

réfraction de surface , essai de réflexion de surface) reposent sur les mêmes principes.

1.3.1.3- Méthodes sismiques de laboratoire - les éléments piéuicérarniques

Les essais de laboratoire peuvent être réalis& aussi bien sur des échantillons intacts

que sur des échantillons reconstitués. Toutefois, quelques remarques seront émises à ce

propos en fin de chapitre.

Les éIéments en ~iézocéramiaue nolarisés

Ces éléments sont constitués de deux lames en piézochmiques entourées

d'électrodes. Une diff6rence de potentiel appliquée sur les 6lectrodes provoque alors une

déformation des éiérnents polarisés (l'un s'allonge, I'autre se dtnkit). Ces bléments sont

donc des uansducteurs électromécaniques qui convertissent une énergie 6Lecuique en un

mouvtmtnt dcaniqut et vice versa Ils sont donc utiiisés en 6mtteur et en dccpteur.

Dans un premier temps, des ' fiat shear plates' ont été d6veloppées (Lawrence, 1965)

(élémnts plats en Quartz ou en piézoc6ramique). Ces €lémnts placés a la surface des

échantillons - émettaient et recevaient des ondes grâce au contact entre les Cléments et le SOL

Page 37: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

La faiblesse de ce dispositif résidait justemnt dans k tmnsfcrt des ondes au niveau d

contact sol-c5lément plat. Mais I'energie utilisée par ces éléments était insuffisante, surtou

pour les sols mous, et la fréquence d'utilisation correspondait une fiéquence de fort1

absorption du matériau.

C'est alors que Shirley et Anderson (1975) ont au point Ies 'benders elements'.

La forme de ces éléments en piézocéramique polarisés (figure 1.14) leur permet dc

s'introduire complètement dans I'échantillon de SOL La transmission de la vibratioi

mécanique du bender dans Ie sol est d'autant nieillem que ia rigiditC des benders est di

même ordre de grandeur que celle du SOL Cette méthode a été largement développée ai

NGI (Dyvik et Madshus, 1985 ; Dyvik et Olsen, 1989)-

De petite taille (de l'ordre du centimètre carré), ils peuvent s'introduire dans un(

grande gamme d'Cchantiilons. Ainsi ils sont utilisés dans divers essais de laboratoire et k

contrôle de nombreux paramètres est rendu possible, contrairement à la colonne résonam

considérée dans la section suivante. Dyvik et Olsen (1989) ont à ce propos testé les benderi

dans un oedomètre, une cellule uiaxiale et une boîte de cisaillement direct. La comparaisor

des différents résultats lors d'une étude de l'effet des contraintes (incluant aussi des essais 2

!a colonne résonante) s'est montrée très encourageante.

Figure 1.14 : Schéma d'un bender, transducteur Clectromécanique en pihcéramique

-

Page 38: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

La fiQuence de t'onde 6&e est choisie de manière à ce que l'arrivée du signal

n'interfère pas avec son dmission . mais aussi de sorte qu'elïe comsponde à une muence

de faible absorption du sol et enfin pour éviter le phénodne de champ proche. Ce dernier

crée une onde de cisaillement qui se propage il la vitesse d'une onde de compression lorsque

Ia longueur d'onde est inférieure à la moitié de la longueur de propagation dans

l'échantillon. Ce signal viendrait donc perturber la réception de ia véritable onde de

cisaillement.

1.3.2- La colonne résonante

La coionne résonante est l'une des premières méthodes à avoir été mise au point en

laboratoire (Richan et al, 1970) pour étudier le module de cisaillemenr Go aux petites

déformations. Elle est donc antérieure à la méthode des Cléments en pidzocéramique

polarisés et n'utilise pas directement la propagation d'ondes.

Cette méthode consiste à analyser la réponse d'un échantiiion cylindrique soumis à

des vibrations harmoniques forcées de torsion, en prenant I'hypothbe d'un comportement

élastique lin6aire du sol.

L'équipement de I'essai est le même que celui de l'essai de torsion (figure 1.8) si ce

n'est que les déplacements ne sont plus rriesurés avec des proximètres mais avec des

acdléromètres. Ces derniers fonctionnent avec des cristaux piézo-6lectriques qui mesurent

11acc6iération du systéme qui, une fois intégrée par rapport au temps, donne l'angle de

rotation de ia tête de l'échantillon.

L'analyse de l'essai est toutefois plus complexe que celle de l'essai de torsion: aprb

avoir détermine pré-cisémnt Ie premkr mode de Hquence de résonance de l'échantlüon de

sol, k moduie G est determin6 d'après la théorie & propagation des ondes dans une b m .

Vs est obtenue avec la relation théorique 1, vs

Page 39: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

L: longueur & l'échantillon

1: moment d'inertie massique de I'échtillun

IO: moment d'inertie massique de la masse supplémentaire (tête)

a,,=21&, f, étant la muence naturelle du soi, obtenue directement d'après le graphe

«-R6ponst accéléromètre a versus ia fkéqucnce f n,

1.4- Discussion

Comparaison des essais dynamiques de laboratoire;

II est possible de dresser une liste des avantages et inconv6nients des essais aux éléments

pic5zocéramiques par rapport aux essais à Ia colonne résonante:

- avantages: - accès à GO plus direct ;

- plus grande diversité des paramétres contrôlés ;

- inconvénients: - pas d'accès au module aux grandes déformations car Ies grandes

différences de potentiel depolarisent les benders ;

- pas de calcul du coefficient d'absorption.

De nombreuses comparaisons entre ces cieux méthodes ont été réalisées, la plupart

d'entre elles ont abouti à des résultats très proches les uns des autres. Dy& et Madshus

(1985) ont ainsi test6 3 argiies (offshore, Drammen et Haga). Leurs résuItats sont

représentks sur la figure 1.15. Toutefois, Jamioikowski et ai (1994), tout comme Fioravante

et al (1994)' ont remarqué que sur les sables et argiles qu'ils avaient testées, les modules

provenant des essais aux éléments piézocéramiques étaient de 25 ii 30% plus élevés que

ceux obtenus par la c o I o ~ e résonante.

PIus généralement, toutes les méthodes s'appuyant directement sur la vitesse de

propagation des ondes (qu'elles soient dalistes en laboratoire ou sur le terrain) ne

permettent pas d'accéder B I'amortissement du sol étudié.

Page 40: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

W W - O TEST I O 1fST I a TEST 1

Z = UO 00 - 'ES' 3 TES1 5

U mow - YZ * z g 40 00 - W a

m

1

( M O 0 6 0 0 0 Wû4 #O 00 MD08 U O W l&EEE

G.,, tYPa8 - PIEZOCERAHIC BENOER ELEHENTS

Figure 1. 15: Comparaison de resultats d'essais à la colonne résonante et aux benders (Dyvik et Madshus, 1985)

Com~araison laboratoire-terrain:

Notons dans un premier temps que le prélèvemnt des échantiltons in situ, malgré

toutes les précautions prises durant cette étape, ne peut éviter un remaniement. La

reconstitution des conditions en place est de Ia même mani8re une phase délicate des essais

de laboratoire.

Remarquons aussi que pour les essais & terrain, l'onde reçue en premier n'est pas

n6cessairement l'onde qui a parcouni Ia plus petite distance (distance horizontaie pour les

essais c cross-hoIe »). Effmtivernent, s i tant est qu'il y ait des couches plus fermes A

proximit6 de la zone de sondage, l'onde se propagera plus rapidement dans ces couches. LRs

méthodes de terrain ndcessitent donc une formation homgéne sans quoi les modules

risquent d'être surévaiués.

Les recherches visant il comparer les modules de cisailltmtnt GO ou les vitesses de

propagations des ondes de cisaillement Vs, nitsurés par des essais en laboratoire et des

essais in situ sont asscz contradictoires. Il scmbIe qu'il y ait toutefois une tendance Zt trouver -

Page 41: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

des valeurs de module Go avec les méthodes de laboratoire plus faibles que ceux issus de

méthodes de terrain.

Un certain nombre d'études ont effectivement abouti Li des écarts importants entre le

terrain et Ie laboratoire. Stokoe et Richart (1973) ont comparé ces deux types d'essais avec

la colonne résonante et des essais a crosshole >L k s vitesses de propagation des ondes de

cisaillement etaient plus faibles en laboratoire (de 95% pour un sable silteux 706 pour

un siit argileux ).

Li Yan et Byrne (1990) ont noté que d'après les nombreux essais effectués sur du

sable, les valeurs des vitesses de propagation des ondes de cisaillement mesurées in situ

étaient largement supérieures & celles obtenues en laboratoire (une valeur de 100% a ét6

retenue).

Larsson et Mulabdic' (1991) ont noté eux aussi, lors d'une étude sur les argiles

scandinaves, une grande différence entre les dsultats issus du laboratoire et les résultats

issus du terrain et préconisent findement les essais de terrain pour approcher au mieux la

valeur réelle du module de cisaillement GO. Larkin et Taylor (1979) ont proposé la

correction suivante : Go,,, = Golab + Ar, qui d'après les comparaisons effectuées à partir

d'un grand nombre de valeurs, s'avere mieux adaptée que ceiie proposde par Andréasson

(1979) : Go,, = GOlab x Pr (Larsson et Mulabdic', 1991). Malheureusement, les valeurs de

Ar ou de Pr ne sont pas fournies.

D'un autre côté, d'autres chercheurs ont trouvd des résultats de terrain et de

laboratoire rrès similaires. Jamioikowski et ai (1994) ont remarqué que lorsque les

conditions de contraintes in situ (o', et ou o', si les essais sont réalisées avec un

chargement isotrope) étaient reproduites convenablement en laboratoire, les valeurs

trouvdes par les 616ments en piezochnique se rapprochaient des valeurs issues d e

méthodes sismiques in situ. De la même manière, Powell et Butcher (1991) ont réalist

diffdrents essais in situ (ondes de Rayleigh, réfiaction de surface, cône sismique) et en

laboratoire (616ments piézocéramiques, essai triaxial) sur six sites d'argile. ïi s'est avéré que

tant que Ies niveaux de defoxmation etaient semblables pour les différents essais, les

résultats étaient assez proches les uns des autres. -

Page 42: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Ceci est c o n f i é par Tatsuoka et Shibuya (1992) qui considèrent la relation du

module au niveau de déformation appliqué comme étant la principale source d'erreur entre

les essais de laboratoire et les essais de terrain.

Viggiani et Atkinson (1995) ont réalisé des essais sur de l'argile de Londres. iis ont

pu comparer les ~ésultats obtenus en laboratoire avec des benders sur de l'argile intacte et

sur le terrain avec la méthode des ondes de Rayleigh. Les résultats de ces 2 types d'essai

sont assez proches les uns des autres (de l'ordre de 22 MPa). Toutefois, il est intéressant de

noter que ces 'auteurs avaient réalisé parallèlement des essais sur de l'argile remaniée et

qu'ils avaient m i s en évidence le fait que la suucture avait très peu d'influence sur le

module de Go pour ce matériau.

Page 43: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

LE MODULE Go DANS LA LITTERATURE,

RELATIONS PROPOSEES

De nombreuses recherches sur Ie module de cisaillement aux petites ddformations ont

été conduites dans tes 20 dernières années, une majorité d'entre eues ayant été réalisée sur

du sable. Les conclusions importantes ayant été tirées de ces études sont tes suivantes

(Jamiolkowski et aI, 199 1 ):

- le comportement des sols en contraintes-dkformations dans le domaine des petites

déformations est élastique linéaire.

- lorsque la limite d1~lasticit6 n'est pas dépassée (y c y:). le module de cisaillement est

maximi et il est le mêmt que les essais soient statiques ou dynamiques,

- l'effet de I'histoire des connaintes et des déformations du sol sur le d u l e de cisaillement

aux petites deformations est négligeable,

Page 44: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

- le module de cisaillement aux petites déformations est paniculierement iié aux contact,

entre les grains qui sont représentés prhcipdement par l'indice des vides e, les contrainte

appliquées a', et la structure.

Les paramètres principaux qui ont donc h é retenus dans la plupart des études son

les suivants:

- la contrainte, exprimée sous diErentes fornies, soit plus généralement une fonction de 1;

contrainte effective f (a'" ) ,

- l'indice des vides (ou le volume), exprimé par une fonction: F(e),

- quelquefois le rapport de surconsolidation OCR.

De plus, une pression de référence a été utilisée de manière a obtenir des coefficient!

adirnensionnels, la pression atmosphérique p, €tant la plus fréquemment retenue.

Les relations se retrouvent donc très souvent sous Ia fornie:

Avec - A, un coefficient adimensionnel caractéristique de la nature du sol

- n et m, des exposants avec n + m = 1.

Dans le cas des argiles. il a été montré que I'hdice de pfasticité Ip pouvait avoir unt

influence non nkgligeable sur les facteurs A, n et m

Dans ce chapitre vont être répertoriées quelques unes des relations établies entre k

module de cisadiement aux petites déformations Go, l'indice des vides e, et les contraintes.

Plus généralement, il sera aussi question d'études sur GO menées in situ. Nous verrons par h

suite que certaines de ces expressions peuvent conduire à une relation entre le rapport de!

contraintes horizontale et verticale et le rapport des moduIes mesurés dans ces deu)

directions.

Page 45: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

n.1- Relations dans les sables

L'influence de la contrainte a été exprimée sous différentes formes mentionnées

précédemment par le temie f (o'" ) . De nombreuses Ctudes parmi lesquelles celle de Stokoe

et a1 (1985) effe&uée sur des Cchantillons cubiques de sable sec qui pmirttaient de r 6 W r

un chargement isotrope, biaxial et triaxial dans le domaine élastique ont montré que le

module de cisaillement Go dépend de la contrainte effective principale dans la direction de la

propagation de l'onde, di, et de ceiie dans la direction du mouvement des particules, c f j .

La contrainte dans ia troisième direction principale, cfk , perpendiculaire au pian de

cisaillement n'a pas ou très peu d'influence. Viggiani et Adchon (1995) ont toutefois

montré que dans le cas d'un chargement anisotrope sur de la kaolinite, l'influence de la

contrainte moyenne p' était plus nette que ceiie de ~ ' i ou ceiie de c'~.

De l'étude de Stokoe et al (1985) mentionnée précédemment, est ressorti que:

- l'influence de l'histoire des contraintes sur la vitesse de propagation des ondes de

cisaillement est négligeable,

- le plan horizontal est isotrope (mais on observe une anisotropie structuraIe entre le plan

horizontal et le plan venical), d'où I'appantion d'une constante d'anisorropie structurale

représentée par le ternie A.

Li Yan et Byrne (1990) ont cornpar6 diff6rentes expressions de GO et ont analysé la

vatiditi de chacune d'elles par rapport aux résultats d'essais à la coIome résonante:

- méthode de La moyenne des trois conmhtes principales di, di, di, ,

Hatdin ( 197 8): Go= A . F ( ~ ) ) . ~ ~ " ~ ) . ( ) dm = (di+ dj +dk)/3

- dthode de la moyenne des deux contraintes principales privilégiks di et d j ,

Yu et Richart (1984): Go= kF(e).p,.( dw / pJn avec d*(di+dj)/2

- dtfiode des contraintes individuelles priviléms,

Roesler (1979)' Yu et Richart (1984). Stokoe et a1 (1985):

( 1 4 " .(di) " .(dj)nj Go,= AiiF(e). Pa

Page 46: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Si ce n'est Sully et al (1995) qui ont noté que t'hypothèse d'alléotropie n'&ait pas vraiment

vérifiée sur les argiies de l'Ouest du Canada, il a Ctt globalement observC que ni=nj42.

L'expression précédente peut donc se mettre sous la forme:

Go = A.F(e). .(di.&,)*

Les valeurs de A, de F(e) et de n figurent dans le tableau 2.1 qui suit.

propre, rond

propre, anguleux

-- .-_I_-.-...

propre -.-.---.-- propre .----------.-..---.--- propre

Références I

Tableau 2.1 : Valeurs des diff'erents parametres et fonctions de relations empiriques Go - e - o

Lo Presti (1989) a donné une expression communément utiliske pour I'influence de l'indice

des vides: F(e) = f é l . 3

Remarquons que pour exprimer les vitesses, l'exposant n est divis6 par deux puisque

G = ~ - v , ~ .

Les r6sultats obtenus de la comparaison des expressions précédentes sont représentes

sur la figure 2.1. Ils indiquent donc que la forme des contraintes individuelles semble

constituer la meilleure approche du comportement réel du SOL.

Ni (1987) a proposé une relation g6ntraie: Go = A f (v) OCR'~, "" 01%: où - A est un coefficient adimensiome1 qui dépend de la nature du sol

- f(v) est une fonction du volume spécifique

- OCR le rapport & surconsolidation

- ni+ %=net ni=nj=fl

Page 47: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Figure 2. 1: Comparaison des modules Co obtenus par les relations empiriques et les résultats d'essais sur du sable (Li Yan et Byrne, 1990)

H.2- ReIations dans les argiles

E.2.1- Relations issues d'études en laboratoires

Bien qu'a ce jour, le nombre d'ttudes sur le module GO en laboratoire soit nettement

supérieur dans Ic domaine des sables que dans celui des argiks, quelques expressions

empiriques ont 616 &laborées pour ces dernières.

Kagawa (1992) a fait un bilan des quelques essais réalisés sur des argiles afin de

dzterrriiner les relations possibles entre les modules GO et les contraintes, il conclut :

Page 48: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Go = (358-3.581p)*~'aJ(0.4+û.7e)

avec - Go mesuré après lûûû minutes

- o', contrainte moyenne des 2 contraintes privilégiées

Viggiani et Atkinson (1995) ont réalisés des essais aux benders dans une cellule

triaxiale. Des échantillons remaniés et intacts d'argile (de Londres entre autres) ont été

testés. Les résultats ont mis en évidence l'influence des contraintes en place et de la

n

contrainte de préconsolidation avec une relation du type :

avec : - p, est une pression de référence égale à 1 kPa,

- Ro est le coefficient de surconsolidation, Ro =Po qui permet de rendre compte P '

de l'effet de la smcturation (due à une cirnentation, un dechargement, ...).

- n= 0.76 , m= 0'25 , A= 400, pour les argiles testées, sachant que A et n dépendent

fortement de L'indice de plasticité Ip (A diminue avec Ipet n augmente avec lp).

Cette relation ne fait pas apparaître l'effet de l'indice des vides directement, mais

celui-ci est directement relié aux valeurs de p'et de p',.

Ces résultats (figure 2.2) montrent clairement que sur cette argile de Londres, le

module Go dépend de son état de contrainte (dkffi par la contrainte appliquée et le

coefficient de surconsolidation) mais n'est pas affecté par sa structure. Les auteurs

expliquent ce phhomihe par les très faibles ddformations induites par les benders qui se

propagent plus par des d6formations iocales que par un réarrangement global des particules.

Notons de plus que les contraintes mises en oeuvre lors des essais n'ont jamais dépasse les

contraintes de pdconsolidation.

Hardin (1978) a suggéré l'expression suivante:

Go = 625- O C R ~ . /(OJ + 0,7e2)

avec - p', la contrainte moyenne p' = (~'~+o'~+o'k)/3

- p,, la pression atmosphérique (98'1 kPa)

- m. l'exposant lit il l'indice de plasticité Ip (figure 2.3).

Page 49: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Figure 2.2: Comparaison des modules d'argiles intacte et reconstituee sur l'argile de Londres (Viggiani et Atkinson, 1995)

Fiure 2.3 : Valeur de l'exposant m en toactiou de l'indice de plPsticii4 $ (Hardh, 1978)

Larsson et Mulabdic' (1991) ont appliqnC cette relation sur 14 argiles scandinaves et

on? trouvé des résultats particulierement encourageant pour des argiics de moyennement à

très plastiques.

Page 50: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Hardin et Blandford (1989) avaient exprimé dans cette relation les deux contraintes

principales pnviltgi6es individuellement (celle dans la direction de propagation des ondes

(i) et celle dans la direction du mouvement des panicules 0)) 1-ni-nj GOij =Aij X F ( ~ ) X O C R ~ XP, of)"' X ( C ~

avec m = f(Ip) et ni = nj

D'après une enide de Jamiokowski et al (1994) sur six argiles italiennes. l'effet du

rapport de surconsolidation est negligeable (ma).

Vucetic et Dobry (1991) n'avaient pas noté d'infiuence de l'indice de plasticité Ip

sur le module Go dans le cas où les argiles &aient normalement consolidées.

Les expressions empiriques des modules Go sont donc globalement de la même

forme pour les sables et pour les argiles. Pour ces dernières, des paramètres supplémentaires

caract6risant la nature des argiles tels que l'indice de plasticit6 $ ou le rapport de

surconsolidation OCR peuvent intervenir (sans que ce soit systématique) dans les relations.

11.2.2- Relations issues d'études de terrain

Plusieurs auteurs ont établi des relations entre les modules de cisaillement in situ et

des caracttristiques de résistance. Quelques unes d'entre elles sont présentees ci-après.

Larsson et Mulabdic (1991) ont deduit d'une etude sur 14 argiles scandinaves la

relation suivante :

- Go, le module de cisaillement obtenu au &ne sismique, b

- Ta, la valeur de la résistance au cisaillement non-drainée,

- wl , la limite de fiquidite de l'argile.

- une correction sur les résultats de Go a et6 effectuke lorsque les d6fomations

appliquées lors des essais Ctaient sup6rieures h 10? Effectivement, Larsson

Page 51: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

(1989) a pIacé la h i t e en deçà de laquelie Ie module obtenu était rtkiiement le

module maximai à lo4. Au delà, il préconise une correction du type

Go = G- x C, C étant donné par la figure 2.4.

Figtm X4 : Vaieur du ttrme correctif C h appliquer m module de chiliement m e u d en fonction des déformations appliquées (Larsson et Mulabdic, 1991)

Par ailleurs, alors que la relation précédente s'applique a un grand domaine d'argiies,

et même à des matériaux organiques, I'expression suivante donne de très bons résultats pou

tes ugiies moyennement à très plastiques:

Go = (y + 250) x T,=,, avec Ip, Isindice de plrrtid6 dei argiies.

A partir d'essais au piézocane et d'essais SASW sur 3 1 sites argiieux, Mayne et Rh

(1995) ont proposé les relations suivantes :

et vs = 9,414 (q,) 0,435 (k) OS2 , q. étant exprimb en Wa.

Ces dernières corrélations ont été vérifiées sur le site de Saint-Alban B partir des données

présentées par Lefebvre et al (1994): les vaIeurs obtenues approchent les valeurs des vitesses

relevées in situ avec la méthode SASW avec une erreur maximaie de 25%.

Page 52: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Kim et al (1994) ont remarqué qu'il y avait une relation directe entre le module

d'Young aux petites déformations E,, et la contrainte déviatorique maximale q- obtenue

à l'essai triaxial pour tous les geomatériaux (figure 2.5). les donntes de laboratoire étant

proches de celles de terrain.

Figure 2.5 : Relations entre E, et q-obtenues pour des essais en laboratoire pour un grand nombre de matériaux (Kim et al, 1994)

L x - 500 - pour les roches dures et tendres: - - 9 m u

Em, - pour les sols non-ciment&: : - = 1000 9max

La relation du module de cisaillement Go Zi des paramètres de structure a donc été reconnue

par de nombreux chercheurs.

11.3- Anisotropie

L'anisotropie intervenant dans le module de cisaillement aux petites déformations

Go peut être de deux types : -

Page 53: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

- une anisotropie inhérente, étant définie comme une caractéristique physique du matériau

complètement indépendante des contraintes appliquées. Comme le faisaient remarquer

Nishio et Katsura (1994). la majorité des sols et roches sédimentaires présente des

discontinuités de plans et des orientations des grains résuIcant du processus sddimentaire.

Ceci leur confêre souvent un caracthe d'isotropie transversale: le plan horizontal est

isotrope mais les propriétés sont différentes dans les autres plans.

- une anisotropie induite liée au rapport des contraintes exercées sur l'échantillon (le plus

% souvent horizontalement et verticaiement, K =- ). C

=; C'est justement en considérant cette dernière forme d'anisotropie qu'est venue

l'idée d'obtenir le rapport des contraintes appliquées A partir du rapport des modules de

cisaillement Go ou des vitesses V, mesurés. Avec les relations citées plus haut, il est apparu

clairement que les deux contraintes et dans la direction de la propagation de I'onde et

dans la direction du mouvement des particules interviennent systématiquement dans

l'expression de GO. De cette manière, en considérant les expressions des contraintes

individuelles ainsi que des ondes dans des directions judicieusement choisies, il semblerait

y avoir une relation entre le rapport des modules et le rapport des contraintes appliquées.

Dans les notations suivantes, le premier indice associé au module Go correspond à la

direction de propagation de l'onde alors que le second représente la direction du

mouvement des particules. Ainsi, Govh correspond au module calculé à partir d'une onde se

propageant verticalement avec un mouvement des particules horizontal. Généralement, les

relations de Roesler (1979) sur du sabIe donnent :

avec 2nh=2nv=2n.

Dans la mesure où le comportement du sol correspond bien à cette forme, il est

possible d'exprimer le rapport des modules en faisant apparaître le rapport des contraintes

Kc:

Page 54: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

-- Goth --- A'h KC , avec K, = % et dans la plupart des cas 2n = 0.25. G ~ h v AhV 0"

ANISOTROPE INHERENTr :

Cette première forme d'anisotropie peut être isolée en réàlisant des essais avec un

chargement isotrope ( e l ) et en mesurant le module suivant plusieurs directions. Les

études conduites à ce propos ont mis en évidence de manière assez unanime un rapport des

Gohh Shh modules sous chargement isotrope proche de 1.1 à 1,2 : - = - = 1,l à 1,2. Sully et ai %hv Shv

(1995) l'ont montré sur les argiles de l'Ouest Canadien, Jamiolkowski et Lo Presti (1994)

sur du sable de Ticino, Jamiolkowski et al (1994) sur des argiles naturelles Italiennes, La

Presti et al (1993) sur de l'argile de Fucino, Pisa et Panigaglia.

Une étude a été réalis6e à l'université Lavai par Boutin (1991) sur un grand nombre

d'argiles de l'Est du Canada (Mer de Tyrell, Mer de Bartow Ojibway, Mer Lafiamme et

Mer de Champlain). Sous un chargement isotrope, les vitesses de propagation Vs ont été

mesurées avec un céléromètre, les échantillons intacts ayant été taillés suivant 4 directions

différentes (0.30.60 et 90 degrés). Les vitesses de propagation des ondes de cisailtement ne

présentaient pas d'anisotropie inhérente aux très faibles déformations. Ces résultats

semblent surprenants ktant donné la structure anisotropique de ces argiles. Toutefois, Park

et al (1994) ont noté, après avoir réaiisé des essais sur du sable mis en place par 'air

pluviation' avec des couches dont la direction variait de O à 90' avec l'horizontale, que le

comportement aux petites deformations (do? etait isotrope alon qu'il devenait anisotrope

à de plus grandes déformations et devenait Ci nouveau isotrope à l'état résiduel.

Des rapports de contraintes Kc de 1 n'ayant pas 6té appliqués lors des essais réalisés

dans le cadre de notre programme sur les argiles de Louiseville et de St-Alban, les

conclusions de Boutin (1991) précédemment citées n'ont pu être v6rifiées.

Cette fois, en appliquant un rapport de contraintes anisotrope et en admettant que la relation

de Roesler (1979) est valide, la mesure du rnoduie suivant les deux directions horizontale et

Page 55: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

verticale permettrait d'aboutir la valeur Vés intéressante du rapport des contraintes

appliquées Kc et donc du rapport Ko en place dans la mesure où les essais seraient réalisés

sur le terrain.

La relation entre le rapport des contraintes en place et le rapport des modules est de

la forme: Kc = -.- , car 2n = 0,25. Le même type de Ahh Gohv

relation avec les vitesses de propagation des ondes de cisaillement Vs peut être utilisCe

(Go = p - vs2) , ce qui permet d'utiliser directement les valeurs mesurées:

des coefficients

propres à l'anisotropie inhérente. Au vu de I'exposant élevé rattaché aux rapports des

valeurs mesurées (Vs ou Go) et des coefficients empiriques Cij, le coefficient Kc déterminé

de cette manière devient très sensible aux légers écarts qui peuvent affecter ces différents

paramètres.

Dans cet esprit, Li Yan et Byrne (1990) ont essayé, par le biais d'une relation

empirique qu'ils avaient trouvé des plus prkises, de trouver Ko : Ko =

( ( ~ v l ~ h ) / ( ~ s v ~ s h ) ) ~ ~ avec:

- Vsv et Vsh, les vitesses de propagation des ondes de cisaillement verticale et

horizontale,

- Cv et Ch, des coefficients tirés des courbes de Vs versus o

- n=0,5

Xi s'est avéré que les valeurs obtenues sur le sable présentait une dispersion t rh importante,

ceci étant probablement dfi Zt la grande influence des coefficients Cv, Ch et n qui ne se

mesurent pas très précisément.

Une étude sur six argiles italiennes (Jamiolkowski et al, 1994), réalis& avec des

éléments en piézocéramique, et dans des oedomèûes dont l'un disposait d'un capteur de

pression pour la conuainte horizontde a permis de comparer le rapport issu des valeurs

[ ~ v O0hh YIZn =[Mv G0hh 7 obtenues par la formule empirique dejh citée : Kc = --- -.- - Ahh G ~ h v f i h G0hv

Page 56: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

au rappon provenant des valeun de Gai et Ga. obtenues avec les essais. Les valeurs de A*,

et Au. ont été tirées des miüeures 3pproximations des expressions de Roesler (1979). Ces

relations approchaient correctement le componenicnt des argiies étudiées lors des essais aux

tlérnents piézociramiques. Les figures 2.6a et 2.6b montrent les-résultats obtenus sur les

argiles de Pise et de Panigaglia.

Figures 2.6a et 2.6b : Rapport des modules ChIJG., versus le rapport des contraintes Ko a- Argile de Pise b- Argile de Panigaglia (Jamiolkowski et al, 1994)

Le même type de résultat a été observé par Beilotti et ai (1995) lors d'une étude du

sable de Tucino dans une chambre de calibration de 1.2 mène de diamètre par 1.5 mètre de

hauteur. L'augmentation du rapport des modules en fonction du rappon des contraintes

appliquées Ko était de la forme G O ~ G O ~ F 1 . ~ * K C ? ~ .

Suiiy et Campanella (1995) ont 6tudié sur le remah trois sites d'argiies proches de

Vancouver. Il en est ressorci que la vitesse de propagation des ondes de cisaülement etait

influencée par l'anisompie structurale qui masquait les effets dus aux contraintes. Ces

résultats sont reproduits sur la figure 2.7. il est ciair que le pros des Ko empiriques ne suit

pas du tout celui des Ko msuds in situ.

Page 57: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Figure 2.7 : Profils de Ko empiriques comparés au profil de Ko in situ

(Sully et Campanella, 1995)

Page 58: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

CHAPITRE III

EQUIPEMENTS,

MODES OPERATOIRES

mi- Les essais en laboratoire: les éléments en pihéramique

111.1.1- Principe

L'uciiisation des benciers (éiéments piézocéramiques) pour déterminer Ie module de

déformation d'un sol est une méthode dynamique qui se base su . la propagation des ondes

de cisaillement dans ce sol, Les ondes utilisées ayant une amplitude très faible (déformation

induite de l'ordre de IO-' %). Ics modulw obtenus sont des modules maximums, not6s Go.

Après avoir mesuré ia vitesse des ondes de cisaillement en visualisant celles-ci sur

un oscilioscope, le module de cisaillement est obtenu à l'aide de la relation suivante :

G , = ~ - v , ~ . -

Page 59: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

m1.2- Equipement utilisé

- Les benders : de dimensions 13 x 10 x 1 mm, les déments piCzocéramiques utilisds lors des

essais sont entourés par deux électrodes de cuivre. Deux phases délicates sont dors

nécessaires pour l'utilisation de ces éléments dans l'échantillon de sol :

- assurer des connexions électriques qui penriettent la transmission et la réception du signal

6lecmque respectivement pour le bcnder émttteur et le bcnder récepteur. La soudure a &té

retenue matgré la sensibilité des éléments à la chaleur. Les fils électriques utilisés doivent

donc être assez fins pour que la soudure soit minime tout en sachant que plus le fil est fin,

plus la tracsrnission du signal élecmque est faible.

- protéger les benders de l'humidité à laquelle ils sont très sensibles. L'immersion des

benders dans l'argile humide étant d'un mois environ (durée d'un essai). Il s'agit donc

d'assurer une imperméabilité durable qui n'empêche ou n'absorbe pas les très faibles

mouvements vibratoires des éléments. Pour ce faire, de fines lamelies de verre sont coilées

de pan et d'autre des benders avec une r6sine époxy demandant 24 heures de prise. Les

lamelles étant très minces, il est impossible de les tailler aux bonnes dimensions avant le

collage. 11 faut donc les limer au papier sablé après les avoir liCes à I'élérnent piCzo&ramique

sur lequel les fils Clecmques avaient été préalablement soudés. Les grains du papier sablé

sont le plus fin possible de manière à éviter le bris des IameUes et la formation de

microfissures dans la protection.

A ia fin du lunage, une protection de verre et de résine epoxy doivent entourer les

arrêtes de l'élément sur un rrdlidtre. Les benders avaient finalement des dimensions

d'environ 1 4 x 1 2 ~ 2 mm.

Deux types de soudure sont réalisés :

- l'un (figure 3.1) permet d'obtenir des éléments piézoc6ramiques montés en paraU1e er qui

seront utilisés en émtteur.

Figure 3.1 : Elément pidzocéramique monté en paraIl&

Page 60: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

- I'autre (figure 3.2) permet d'obtenir des déments piézocéramiques montés en série. La

direction de polarisation ainsi opposée favorise I' utilisation des benders série en récepteur.

Normalement, ces derniers ne captent pas les ondes de compression qui pourraient exister

puisque les ondes de compression n'ont pas de polarité inversée. Cette remarque nous

sexvira aussi Ion de nos essais puisque l'on pourra vérifier que les ondes reçues sont bien

des ondes de cisaillement en inversant les branchements des benders : le signal reçu devra

alors être inversé.

Figure 3.2 : Elément piézocéramique monté en série

Ces deux phases étant réalisées, il s'agit ensuite de placer les benders dans un petit

support cylindrique en PVC à l'aide d'une résine EPOXY 5 minutes. Ce socle vient alors

s'encastrer, par le biais d'un joint torique, dans la base o u la tête des ceUules triaxiales ainsi

Figure 3.3 : Détails des 4 benders niontés pour la grande ceilule

Page 61: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Les celiules : les essais ont été réalisés dans des cellules nkiaies afin de pouvoir impose

des contraintes verticales et horizontales connues (conditions drainées). Deux cellules on

eté utilisées :

- une petite cellule (figure 3.4) dans iaquek les ondes sont propagées uniquemn

verticalement (direction du mouvement des particules horizode). Dans ce cas. lei

dimensions de l'échantillon sont de 3.5 cm de diamèae par 7 cm de hauteur. Dans la ceUuk

utilisée. le drainage n'était réalisé que par ia face inferieure.

- une grande cellule (figures 3.5 et 3.6) qui permet de placer des benders dans deu?

directions : l'une verticale (direction de propagation verticde, direction du mouvement de!

particules horizontale) et l'autre horizontale (direction de propagation et direction d~

mouvement des particules horizontales) et de faire ainsi une analyse d'anisotropie. Le:

benders latéraux sont insérés B mi-hauteur de l'échantillon, et reliks à la cellule pai

l'intermédiaire d'un ressort. De cette rnaniè~t, I'échantiiion peut subir des déformations

latérales sans trop altérer son contact avec Ie knder. Les dimensions de l'échantillon sont de

10 cm de diamètre sur 10 cm de hauteur. De cette mani&re, un facteur d'échelle éventuel

aurait la même influence dans les deux directions.

Dans cette cellule, le drainage peut se faire par les deux faces.

L'osciUoscope : la visualisation des ondes émises et reçues s'est faite avec un oscilloscope

MCOLET 3 10 et TEKTRONIX 2230

L'émetteur d'ondes : PRAGMATIC 2202 A

Une onde carrée a souvent été utilisée pour déterminer la vitesse & propagation des ond

de cisaillement. Ayant remarqué une variation de vitesse de propagation au cours des

premières périodes d'un train d'ondes, il nous a semblé plus intéressant et plus fiable

d'émettre un train d'ondes comportant un nombre de périodes suffisant B la stabilité du

Page 62: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

ropagation de l'onde : verticale

ouvernent des particules :

Figure 3.4 : Schdrna de la petite cellule d'essai

Page 63: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

OSCILLOSCOPE

Figure 3 3 : Schdma de In grande celIuIe d'essai

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Figure 3.6 : Photographies de la grande cellule d'essai

Page 65: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

temps de réception (> 5 périodes) et de considérer l'arrivée d'un pic dans le 'régime

permanent'.

Ainsi, le type d'onde utilisé pour le calcul des vitesses de propagation est un train

d'ondes de huit sinus d'une Hquence de lOûûHz et d'une amplitude & 20. mV pic à pic.

La Mquence est choisie de manière ce que l'arrivée de Sonde au récepteur ait L u apds la

fin du signai.

111.1.3- Mode opératoire

Les benders étant connectés à I'oscilloscope et à l'émetteur d'ondes, ils sont alors

testés de manière à vérifier que les différentes manipulations n'ont pas endommagé les

soudures. En plaçant émetteur et récepteur bout à bout, puis en les maintenant écartés dans

de la plasticine, on determine le sens A respecter pour avoir une b 0 ~ e polarité. On vinfie

aussi que le signal reçu a une amplitude sufiante pour déterminer correctement les temps

d'arrivée des ondes (impression d'écrans sur la figure 3.7).

T E K T R O N I X 2 2 3 0

Figure 3.7 : -@emples d'ondes pour ha preparation de l'essai

Page 66: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Après avoir tail16 i'échantillon aux bonnes brisions dans une chambre humide pour ne

pas changer sa teneur en eau, on vient placer pierres poreuses et papiers filtres saturés sur la

base et la tête de l'échantiilon. Ces éléments ont préalablement été perforés de manière à

laisser passer lesknders qui sont déjà fixés. Il est alors possible'de mesurer les longueurs

des proéminences des benders dans l'échantillon de façon à obtenir la distance exacte du

parcours des ondes (distance séparant les extrémités des benders émetteur et récepteur).

L'échantillon peut alors être placé sur son socle. Suivant la raideur et le diamètre des argdes

testées, l'échantillon peut se fendre Iorsqu'un bender y est inséré. Il peut alors s'avérer utile

de former une fente dans l'échantillon à l'aide d'une aiguille. Cette opdration ne doit pas

détériorer le contact sol-bender qui est très important dans la transmission du signai

mécanique. Il ne reste plus qu'A ve& placer la membrane autour de I'échantiIlon, placer la

tête de chargement et enfin réaliser l'étanchéité avec des joints toriques.

Pour la cellule de grand diamètre, des opérations supplémentaires sont nécessaires à

la bonne mise en place des benders latéraux. Une fois la membrane insraJlée, il faut perforer

celle-ci pour venir insdrer les benders latéraux dans le sol. Il est alors indispensable de

rétablir une bonne étanchéité de manière à éviter tout échange entre le sol et le liquide

cellulaire. Les suppons des benders latéraux étant plats, il nous est nécessaire de réaliser des

plats complémentaires sur l'échantillon (avant & mettre en place la membrane). 11 suffit

ensuite d'appliquer un produit imperméabilisant sur le contour des support au contact de la

membrane. Le produit utilisé est un M-COAT B, plusieurs couches sont necessaires.

Finalement, la cellule est remplie avec de l'huile & silicone : la durée des essais étant d'un

mois au minimum, la membrane toujours un peu perméable à l'eau peut induire des

changemnts de volume parasites ; la perméabilité étant plus faible à l'huile de silicone, le

phénomène est moins marqué. De plus, l'huile de silicone est isolante contrairement l'eau.

Page 67: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

m.1.4- Interprétation des mesures

La visualisation des ondes émises et reçues sur l'oscilloscope permet de déterminer

le temps qu'a mis l'onde pour se propager de I'extrtmité du bender emeneur à l'extrémité

du bender récept-eur.

Ayant determint lors de la mise en place de L'€chantillon. la distance entre ces deux

extrémités L, il est alors possible de calculer la vitesse de propagation des ondes de

cisaiIlement. Les variations de la hauteur de l'échantillon durant l'essai ont été prises en

compte dans les calculs de vitesses. La figure 3.8 montre un exemple d'exploitation des

résultats.

La vitesse se calcule par: V, = Ut . L etant la distance entre les deux extr6mitds des

Page 68: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Pour obtenu le module Go, il suffit alors d'appliquer la reiation vaiable dans le domaine

élastique : Go = p - v,' . La encore, les variations volumiques ont et6 consid€rées pour

calculer la densité p.

La lecture des ondes a kt6 l'un des principaux problemes rencontrés lors de nos

essais. Maigré une mise il la terre des fils Qectriques et de la celluie utilisée. des difficultés

d'ordre divers ont perturbé le bon dérouiement des essais. Des exemples d'ondes reçues

sont donnés dans l'annexe 1. Peut-être faudrait-il mieux isoler la celluie des perturbations

extérieures qu'eue peut subir.

A ce propos, Viggiani et Atkinson (1995) ont récapitulé les principdes causes d'erreur lors

de l'emploi des benders. Partant de la relation. Go = p - v 2 , l'erreur sur G peut s'exprimer

AG0 Ap - AL At de la façonsuivante: -=-+2*-+2*- Go P L t

Erreur sur t : - onde de champ proche

- absorption

Erreur sur L : - L = H - 2*dande, (cf. schéma précédent)

Les variations de hauteur de l'échantillon ont été prises en compte dans les

calculs de vitesse.

Erreur sur p : - les variations de teneur en eau au cours de l'essai ont été prises en

compte pour le calcul de la masse volumique.

- le volume du gros échantillon : les surfaces planes réalisées pour un

meilleur contact des benders latéraux à l'échantillon occasionnent des

variations de volume assez mal maîtrisées.

Page 69: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Les essais sur le terrain : la tomographie

III.2.1- Le principe

Développé par Hoar (1982), la tomographie constitue un essai «cross-holev dont les

particularités sont les suivantes (figure 1.12) :

- l'émission et la réception se font dans des forages maintenus par un tubage en PVC. Il est à

noter qu'une zone plastique se fornie autour d u tubage sur une distance de 0,4 2 i 1,2 fois le

diamètre de celui-ci, ce qui a gedralement pour effet de dirriinuer la vitesse de propagation

des ondes. Dans noue cas, un préforage est effectué syst6rnatiquement, ce qui amoindri

sensiblement le remaniement,

- la source se place à la profondeur voulue par le biais d'un système d'ancrage hydraulique.

- ie récepteur peut se fixer à une profondeur donnée grâce à une chambre à air qui se gonfle

depuis la surface. En se plaquant conne le tubage, le récepteur est fixé à la bonne

profondeur (émetteur et récepteur étant alignés horizontalement pour connaître la distance

de propagation des ondes). Ce dcepteur est constitué de géophones (systèm à induction) et

chacun d'eux réagit à l'arrivée d'une onde dans une des 3 directions orthogonales.

- l'acquisition se fait grâce à un séismographe placé en surface qui a l'avantage entre autres

de pouvoir superposer les réceptions correspondant à plusieurs séquences d'essais. Ainsi, la

source mécanique n'a pas besoin de créer de larges amplitudes puisque tes signaux de

rkeptions se superposent, les bruits de fond aléatoires disparaissent et l'arrivée de l'onde est

plus claire,

- un systeme de &cbnchement est relié au séismographe qui permet de démarrer

l'enregistremnt à un temps relatif correspondant à l'application de I'impukion qui génère

les ondes sismiques,

- le signai &mis est réversible en polarité ce qui permet, s'il y a lieu, d'annuler les ondes de

compression qui, eiies, ne sont pas réversibIes.

Page 70: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

III.2.2- Equipement utilise

L'équipement complet de l'essai de tomographie est de marque BISON Insrruments.

- Les gdophones : ces récepteurs sismiques transfornient les vibrations mécaniques en

signaux élecmques d'amplitude propomonnelle et & même muence. Les modéles 1462

uElisis disposent de pois canaux pour trois directions orthogonales : deux horizontales et

une verticale.

- Le marteau : Le modèle 1465 est constitué d'une partie fixée dans le forage par le biais

d'un système hydraulique (enclume) et d'une masse reliée à la partie fixe par une liaison

glissière. Le mouvement de la masse s'effectue depuis la surface, Ia hauteur de chute étant

limitée par la longueur des tiges de liaison (figure 3.9).

a- Vue de face b- Vue de profil

F'igure 3.9 : Systhme d'émission du signal

- Séismographe : la marque utilisée pour les essais est BISON, modèle 8012. Comportant

douze canaux, il permet de visualiser simultanément tous les signaux reçus par 4 géophones. -

Page 71: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

De poids modéré, il dispose d'un écran, d'un système d'enregistrement sur disquettes 3.5 po

et d'une imprimante qui permet de visualiser et d'interpréter rapidement les résultats. Outre

la possibilité ci-dessus mentionnée d'additionner des signaux, il comporte un menu de filtres

muentiels.

111.2.3- Le mode opératoire

Trois forages ont été utilisés pour nos essais : un pour l'émetteur. les deux autres

pour les recepteurs. Six canaux du système d'acquisition ont donc été exploités (3 canaux

par récepteur). Les forages ont été réalisés au minimum 4 jours avant les essais. Un cubage,

d'un diarnètre extérieur de 90 mm et d'une épaisseur de 6mm, a été foncé après avoir réalisé

un préforage légèrement plus petit que le diamètre du tube (de l'ordre du millhètre). De

cette manière, le remaniement est minimisé. L'utilisation & trois forages permet d'exploiter

la propagation de l'onde- entre les deux récepteurs. On considère effectivement, pour le

calcul des vitesses, la différence des temps d'arrivée du signal t2-tr, tz et ti correspondant

respectivement à la durée de propagation des ondes de l'émetteur au récepteur le plus

éloigné et de l'émetteur au récepteur le plus proche respectivement. Dans un premier temps

l'erreur de déclenchement qui peut survenir est éliminée puisqu 'elle intervient dans chacune

des durées t, et tz. Pour la même raison, l'effet des zones remaniées autour de chaque forage

(zones dans lesquelles les ondes se propagent généralement moins rapidement) est annulé.

Les émetteur et rkepteurs ont été placés aux profondeurs hées grâce à des

mrqucç n5geguliérement disposées (tous les 0,5 mttns) sur les câbles et cordes qui assuraient

leur liaison avec la surface.

Pour obtenir une arrivée d'onde bien distincte, les signaux reçus ont donc h é

additionnes, en inversant une fois sur deux Ia polaritt? (de la source et de l'acquisition) ce qui

permettait respectivement de limiter les bruits de fond aléatoires et de supprimer les ondes

de compression s'il y en avait. En moyenne, quatre signaux ont été superposes pour chaque

profondeur. Les chambres k air dont étaient munis Ies geophones ne se sont pas avérées très

utiles : outre des probEmes assez Mquents de degodement de ces deniikres, relies sans -

Page 72: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

doute & la raideur trop importante des tuyaux d'mi& d'air, les résultats O'amplitude e

i'mivt5e de l'onde) ne diff€raienr pas, qu'elles soient gonflees ou non.

IIL2.4- Interprétation des résultats

Un exemple de résultats obtenus est présenté sur la figure 3.10.

L'exploitation se fait donc sur le temps de propagation de l'onde entre les deux forage!

récepteurs. De la même manière que pour Ies essais de laboratoire, connaissant le temps dr

propagation entre les deux géophones ainsi que leur écartement, on obtient directement ii

vitesse de propagation de l'onde de cisadiement. Pour le calcul de la vitesse, la distance dc

propagation de l'onde prise en compte est mesurée entre les axes des forages.

Pour obtenir le module Go, il suffit 1à encore d'appliquer la relation valable dans le domainc

élastique : G, =p-v,'.

Les canaux 1.2 ct 3 correspandent au g b p h a ~ 1, le plus proche & la source. Les canaux 4.5 et 6 c~rre~p~ndent au géophone 2, le plus doigné de la source.

Figure 3.10 : Exemple d'interprétation des résultats de terrain au disrnographe

Page 73: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

CHAPITRE IV

SITES ETUDIES

ET PROGRAMMES D'ESSAIS

IV.1- Description des sites étudiés

Six sites au total dans la rdgion de la mer Champlain ont fait l'objet d'essais dont :

- trois au laboratoire : Saint-Alban, Louiseville et Saint-Esprit,

- cinq sur Ie terrain : Assomption, Benhiendie, Louisede, Mascouche et Saint-Alban.

Une description détaillée de chacun de ces sites est pr6sentée. Seule Z'argde de Saint-

Esprit, qui n'a donné lieu qu'A une petite campagne d'essais en laboratoire est dckite

succintement lors de l'explication sur le prograrmrr= d'essais correspondant, dans Le chapitre

lV.2.1, série 2 (étude de l'anisotropie).

Page 74: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

IV.1.1- L'Assomption

Le site de l'Assomption a éd récemment exploité par l'université Lavai. Situé juste

aux abords de la rivière de l'Assomption, le terrain comporte un talus &.forte pente qui a

€té utiiisé lors dé l'étude sur ia stabiliré des pentes réalis6e Delisle M.C. (Thèse de

doctorat en préparation).

Les essais de tomographie ont été réaiisés sur une bande de terrain où le sol n'est pas

innuencé par Ia pente, située entre la route et le talus. Le terrain naturel est à une élévation

de 16 m L'alignement des 3 forages conespondait à la direction de la route. .

Le profil géotechnique de ce site est présenté à la figure 4.1 (Delisle et LeroueiI, 1997). En

surface, une croûte prend place sur une épaisseur de 2.5 m Une couche d'argiie grise

tachetée de noir, contenant un peu de silt et de sable, de consistance raide et de plasticité

élevée s'étend ensuite sur une profondeur importante. L'étude géotechnique présenci5e ici

n'excède pas 15 mètres de profondeur.

La limite de liquidité oscille entre 66 et 75 %, l'indice de plasticité entre 39 et 47%'

l'indice de liquidité étant de 0.8.

L'argile grise de plasticité &levée possède une résistance au cisaillement non drainé

mesurde au scissomètre Nikon qui varie linéairement de 68 kPa à 84 kPa entre 3 et 11 m de

profondeur. Au-delà de cette profondeur, aucun essai au scissomètre n'a été réalisé.

Parallèlement, des essais au cône suédois de 100 grammes ont donné des résuitats très

irréguliers entre 1 mètre et 15,5 mètres, dors que Ies essais au cône suédois de 400g sur la

dm épaisseur sont plus consistants et sont inf6neurs à la valeur de résistance au

cisailiemenr obtenue au scissoinètre. De plus cette argile est fortement surconsolid& avec un

rapport de surconsolidation passant de 7.5 B une profondeur de 3x1, à 3.2 à une profondeur

de 1 lm, la contrainte de préconsolidation o', stagnant autour de 230 kPa sur la profondeur

6nidiée. Pour ce qui est du rapport s h / il est de l'ordre de 0.30.

Le profl au piézocône, établissant la résistance en pointe et ks pressions

interstitieiies, réalisé avec les appareils de l'université Laval est présenté 2i la figurt 4.2. Dans

la croûte de surface, ia résistance en pointe, q,, atteint un maximum de près de 2000 kPa à

une profondeur de 1.3 m. Passé ce pic, elle augmente régulièrement de 700 kPa à 2.5 m

Page 75: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

-------

de consistance raide

Cu (1 W O O ) -*- u c;l sin c--c O CU WW) -6

w WP WL - Sable A r, (--ml a, #P

Figure 4.1 : ProfiI des propridtds gtotechniques du sol h l'Assomption ; Forage L3, U.L., juin 1995 (ûelisle et Leroueil, 1997)

Page 76: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

CPTU-O1 Él6vation T.N.: 16.50 m Prof. de départ: 0.66 m Prof. atteinte: 20.86 m

fi pur^ 4.2 : Profil au ~idzocône h I'Asomption @elide et Leroueil, 1997)

Page 77: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

jusqu'à 1550 kPa 20 rn La valeur de Nin pour l'argile, qui définit Ie rapport dc

proportionnalité enue la résistance en pointe corrigée du poids des terres et la résistance ai

cisaillement non-drainée, prend une valeur de l'ordre de 13. Les pressions interstitielle:

(b), augmentent jusqu'à 200 kPa à 1.3m pour revenir à O à l'Sm Elles passent alors de

300 kPa à 550 kPa entre 1.6 m et 2.5 m puis augrrientent réplièriment jusqu'h 1OOO kPa 2

une profondeur de 20 rn

IV.1.2- Berthierville

Le site de Benhiede a déjà senri d'emplacement à un rembiai expérimental. Celui-

ci avait été construit dans le but d'étudier la consolidation de la couche d'argiie supérieure,

cette dernière Ctant située entre deux couches de sable (Kabbaj, 1985 ; Kabbaj et ai., 2988).

Le site choisi se trouve au nord de Benhiede, à proximité immédiate du viaduc

permettant le passage de l'autoroute 40 sur la route 158, figure 4.3. Ii s'agit d'un champ

d'environ 1 20 m de largeur par 340 m de longueur. Un fossé, d'une profondeur de 1.8 m er

d'une largeur d'environ 3 rn, entoure le champ sur pratiquement tour son pourtour.

L'emplacement retenu pour réaliser les essais se situe tout de suite, enue le fossé et le

rembIai cité plus haut.

La région de Benhiede se caractérise par des dépôts argdeux très épais qui se sont

formés dans Ia mer Champlain sur une période d'environ 3500 ans, il y a 12 000 ans. Cette

argile s'étend sur une épaisseur de 55 m au-dessus du substratum (Samson et Garneau,

1973). Avec le retrait de la mer Champlain, des dépôts stratifiés d'argile et de sable se sont

formés et ont recouvert la formation marine sur une épaisseur moyenne de 18m

Le profil géotechnique de Berthierville est présenté à Ia figure 4.4 (modifie de

Kabbaj, 1985). Ii se compose en surface d'une couche de 30 cm de sol arable, de 2 m de

sable moyen à fin et & 3.2 m d'argile silteuse molle, de plasticité moyenne et homogène sur

les 2.7 premiers mètres. Une suatitication de lits de sable fin se retrouve dans les 50 derniers

centidtres de cette couche argiieuse. Cette dernière repose sur une autre couche de sable

fin. C'est donc dans cette couche d'argiic de 3 mètres qu'ont €té réalis& Ies essais.

Page 78: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Figure 4 3 : Plan de localisation ddtaille du site des essais h Bcrthierville

Page 79: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Figure 4.4 : Profil des propridtés géotechniques du sol h Berthierville (modifie de Ksbbaj 1985)

Page 80: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

pression (kPa)

Page 81: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

L'argile moue et homogène (2.3 i 5 m) possède une résistance au cisaillenient non

drainé mesurée au scissonktre Nikon qui v h e de 12 kPa à 2.3 m à 21 kPa 2t une

profondeur de 5 m La teneur en eau de l'argile varie entre 50 et 65 %, sa limite de liquidité,

enue 35 et 50 % et son indice de plasticité, entre 16 et 27%. La partie supérieure du dépôt

est Iégèrement surconsolidée avec un rapport de surconsolidation de l'ordre de 1.4 tandis

que la partie inférieure est nonnaiement c o n s o ~ . Le rapport ~b / c f p est de i'ordre de

0.27.

Le profil au piézocône (Martel, I996), établissant Ia résistance en pointe et les

pressions interstitielles, réalisé avec les appareils de I'Université Lavai, est présent6 à la

figure 4.5, Dans la première couche de sable (0.3 à 2.3 m), la &sistance en pointe, q,, est

supérieure h 1500 kFa pour atteindre un maximum de 8ûûû kPa à 1 m de profondeur. Au-

deià de cette couche, le prof3 moyen de résistance en pointe varie linéairement de 200 kPa à

300 kPa à une profondeur de 5 m pour ensuite augmenter jusqu'à 500 kPa avant de pknéuer

la seconde couche de sable à une profondeur de 5.5 m. La valeur de Nkt pour cette argile est

de l'ordre de I l . Les pressions interstitielles (u-) passent de O à 17 kPa dans la première

couche de sable. Lorsque le capteur pénètre dans l'argile (2.3 rn), les pressions croissent

jusqu'à environ 100 kPa pour atteindre 150 kPa à une profondeur de 5 m. Dans la zone

stratifiée (5 à 5.5 m), elles oscillent entre 140 et 170 kPa dans I'argiie et entre 50 et 70 kPa

dans Ies lits de sable. Dans I'argile, le frottement diminue à moins de 5 kPa. Dans la zone

stratifite, iI augmente léghrement jusqu'à environ 10 kPa à une profondeur de 5.5 m

IV.1.3- Louiseville

Depuis plusieurs années, le site & LouisevilIe sert de référence lorsqu'il s'agit de

mettre au point, de tester et / ou de calibrer des appareils dans un sol argileux (Hamouche et

ai, 1995). L'argiie que I'on retrouve, a Ia caract61-istique d'eue très homogène sur plusieurs

dizaines de mètres de profondeur et ce sur une grande étendue. Cette homogénéitt permet

donc de comparer plusieurs essais réalisés ii l'aide d'un même appareil ou de faire des

c50rrélations entre les résultats obtenus par divers appareils.

Page 82: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Le site de LouiseviUe est situ6 il environ 2 km au nord de l'autoroute 40, B la

rencontre de la route 138 et du chemin r e h t l'échangeur du rang de la Concession de

l'autoroute 40 à la route 138, 8 km à l'ouest de Louiseville. La figure 4.6 présente le pIan de

localisation (d'après Leblond et Tavenas, 1980). L'élévation moyenne du terrain est de

9.15 m.

Le profil géotechnique du sol de LouiseviUe est présenté à la figure 4.7 (modifié de

Leblond et Tavenas, 1980). 11 se compose d'une croûte d'argiie ferme oxydée et fissurée sur

1.8 m d'épaisseur, qui repose sur un épais dépôt d'argile silteuse grise qui s'étend jusqu'à

une profondeur d'au moins 30 mètres.

L'argile siiteuse de plasticité élevée possède une résistance au cisdement non drainé

mesurée au scissomètre Nilcon qui augmente de 24 kPa à 2 m jusqu'à 50 kPa à une

profondeur de 12 rn La teneur en eau de I'argiie dirninue avec la profondeur ; elle passe de

90 i3 65 % entre 2 et 14 m La lunite de liquidité varie entre 60 et 70 % et I'indice de

plasticité, entre 40 et 47 %. De plus, cette argiie est fortement surconsolidée près de la

surface avec un rapport .de surconsolidation & l'ordre de 5.5. Celui-ci diminue avec la

profondeur pour atteindre environ 2.7 B une profondeur de 12 a Pour ce qui est du rapport

~ h , / o', , il est de l'ordre de 0.27.

Le profil au piézocône (Martel, 1996), établissant la résistance en pointe et Ies

pressions interstitielles, réalisé avec les appareils de l'université Laval, est présenté à la

figure 4.8. Sous la croûte de surface (1.8 m), la résistance en pointe, qt, croît rapidement et

passe de 250 kPa à environ 500 kPa à une profondeur de 3 m. Au-delà de cette profondeur,

le profil moyen de la résistance en pointe a u p n t e linéairement pour atteindre 1200 kPa à

une profondeur de 20 m. La valeur de Nb pour cette argile est de l'ordre de 13.5. Les

pressions interstitielles mesurées juste defiihre la pointe conique (u-), tout comme la

résistance en pointe, augmentent rapidement jusqu'h une profondeur à 3 m. Celles-ci, nulles

jusqu'à une profondeur de 0.5 m, atteignent 250 kPa B 3 m. Au-delà de cette profondeur,

eiles croissent de manihe constante et prennent une valeur moyenne de 750 kPa une

profondeur de 20 rn Finalement, le âottement enregistré dans la croûte de surface (0- 1.8 m)

atteint un maximum de 12 kPa à une profondeur de 0.8 m. Au-delà de cette crocte, le

frottement oscilie entre 2.5 et 5 kPa jusqu'à une profondeur de 7 m. A partir de cette -

Page 83: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Figure 4.6 : Plan de localisation du si& de Louiseville (Rang de la concession)

Page 84: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

6 - 3-

5 - 4-

4 - 5-

3- 6-

2- 7-

1- 8- - 0- 8-

"1 - 10- - -2 - II- - -3 - 12- - -4 - 13-

Page 85: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Figure 4.8 : RoFd au pihcône P huiseville (Martel, 1996)

Page 86: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

profondeur le frottement moyen augmente légèrement pour atteindre 7 kPa ii 20 m dc

profondeur.

IV.1.4- Mascouche

Dans le passé, un site particulier situé dans la région de Mascouche f i t déjà utilisii

pour réaliser une étude ponant sur le comportement avant rupture, des pentes argileuse:

naturelles (Marchand et Tavenas, 1982). Cependant, ce site n'étant plus accessible, ur

nouveau terrain localisé dans cette même région a été utilisé pou. la présente étude. Il dtaii

intéressant d'ajouter ce site car la région de Mascouche possède une argiie fonemeni

surconsolidée comparativement aux autres sites considérés.

Le site choisi se trouve B environ 1 lan de Mascouche, à proximité du viaduc

permettant le passage du chemin Sainte-Marie sur l'autoroute 25, figure 4.9. Il s'agit du

champ se retrouvant à l'intérieur de la sortie de l'autoroute nienant au chemin Sainte-Marie.

L'emplacement retenu pour réaliser ces essais est situé approximativement au cenue de ce

terrain.

Le profil géotechnique de ce site est présenté à la figure 4.10. Il se compose d'une

croûte d'argile raide, oxydée et fissurée, d'un peu plus de 2 m d'épaisseur qui repose sur une

couche d'argile grise, ferme, uniforme et de plasticité élevée qui s'étend jusqu'à une

profondeur d'environ 9 m. Sous cette couche, une autre couche argileuse moins homogène

que la précgdente, s'étend au moins jusqu'à 14m

L'argiie grise de plasticité élevée possède une rtsistance au cisdement non draind

mesurée au scissomètre Nilcon qui varie linéairement de 68 kPa B 80 kPa entre 4 et 6.25 n

de profondeur. Au-delà de cette profondeur, elle croît plus rapidement pour atteindre 105

kPa h une profondeur de 8m. Par la suite, eue oscille entre 80 et 130 kPa jusqu'à une

profondeur de 14 a La teneur en eau de l'argile comprise entre 4 et 8 m, varie entre 64 et

69 %, la limite de liquiditt, entre 59 et 64 % et l'indice de plasticité, entre 32 et 38 %. De

plus, cette argile est fortement surconsolidée avec un rapport de surconsolidation de l'ordre

de - 4.5. Pour ce qui est du rapport s b / o',, il est de I'ordrc de 0.30.

Page 87: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Le profil au piézocôrte (iMmei, 1996). érablissant ia résistance en pointe et les pression!

intersritielies, réalisé avec les appareils de l'Univcrsitt5 Lavai, est présenté à la figure 4.1 I .

chemin Sainte-Marie

Figure 4.9 : Plan de localisation du site de Mascouche

Page 88: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Figure 4.10 : Profi! des propriétés gdotechniques du sol P Mascouche (Ministere des transports)

Page 89: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

F m e 4-11 : Profil au piézocôae P Mascouche (Martel, 1996)

Page 90: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Dans la croûte de surface, la résistance en pointe, qt. atteint un maximum de prés de 9000

kPa à une profondeur de 1.8 m. Passé ce pic. elie diminue jusqu'à 500 kPa à une profondeur

de 3.25 rn Par la suite, eue croît assez rapidement pour atteindre un peu moins de 1OOO kPa

à 4 m de profondeur. Entre 4 et 8 m, le profil moyen de la résistance en pointe augmente

héairement et passe de 925 kPa à environ 1500 kPa. Au-delà de cette profondeur, la

résistance en pointe oscille entre 1350 et 1700 kPa jusqu'a une profondeur de 14 m. La

valeur & Nt[ pour l'argile comprise entre 4 et 8 m est de i'ordre de 13.5. Les pressions

intersririelies mesurées immédiatement derrière la pointe conique (LI-), nuUes jusqu'à une

profondeur de 2.2m, augmentent iégèrement pour atteindre environ 65 kPa à une

profondeur 4 m Au-delà de cette profondeur, eues croissent plus rapidement pour atteindre

700 kPa à 7 m de profondeur. Entre 7 et 14x11, eues n'augmentent que très légèrement

passant de 700 à 900 kPa. Findement, le fkottement enregistré dans la croûte de surface

atteint un rnaxixnum de plus de 120 kPa aux alentours de 2 m de profondeur. Au-delà de

cette croûte, Ie frottement oscille tout en diminuant, passant d'un maximum de 25 kPa à une

profondeur de 5 m à un maximum de 12 kPa à 14 m de profondeur.

Le site de Saint-Alban est un site bien connu car de nombreuses études ponant sur

les argiles molles y ont &té réalisées (La Rochelle et al, 1974 ; Tavenas et ai, 1975). Parmi

ces etudes, Lefebvre et al (1994) onr réalis6 des essais 2i la colonne résonante en laboratoire,

ainsi que des essais SASW in situ.

L'échantiUonnage et les essais ont étd réaüsés sur le site c x p k n t a l de la section de

géotechnique de l'Uriiversit& Laval. Ce dernier est situé dans la localité de Saint-Alban, à 80

km à l'ouest de la d l ~ , de Québec, sur la rive nord du fleuve Saint-Laurent (figure 4.12).

Le profil type du sol & Saint-Alban dans Ia zone investiguée est présent6 h ia figure 4.13. Il

se compose d'une croûte d'argile raide alté& de 1.5 m d'épaisseur, d'environ 8 m d'argile

silteuse molle et sensible, d'origine marine, puis de silt argileux plus stratifié.

Page 91: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

L'argiie moue et sensible possède une résistance au cisaillement non drainé mesurée

au scissomètre Nilcon qui varie de 10 Wa à 2 m jusqu'à 30 kPa à une profondeur de 8 m

La teneur en eau de l'argiie varie entre 30 et 100 %, ia l a t e de liquidité, entre 20 et 50 %

et l'indice de plasticité, entre 10 et 23 %. Les résultats des études antérieures (La Rocheiie

et ai-, 1974 ; Tauenas et ai, 1975) indiquent que le dép8t est relativement homogène et que

l'argile a subi une quasi-préconsolidation dut la consolidation secondaire et au

vieillissement du dépôt. Ceci se traduit par un rapport de surconsolidation de l'ordre de 2.2.

Pour ce qui est du rapport z b / os,, il est de l'ordre de 0.24.

Le prof2 au piézocône (Martel 1996). &ablissant la résistance en pointe et les

pressions interstitielles, réalisé avec les appareils de l'Université Lavai, est prbsenté 2 la

figure 4.14. Le profil moyen de la résistance en pointe, q,, varie linéairement de 120 kPa

sous Ia croûte de surface (1.3 m) à 550 kPa à une profondeur de 10 n La valeur de NkL

pour cette argile est de l'ordre de II. La pression interstitielle mesurée juste derrière ia

pointe conique (UW) augmente de &ère réguiière passant de 30 kPa à 1.3 m de

profondeur à 370 kPa à 10 m.

Page 92: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Figure 4.12 : Localisation du site des essais de Saint-Alban

Page 93: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Figure 4.13 : Profil des propriétés gdotechniques du sol A St-Alban (Kabbaj, 1985)

Page 94: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

I I I I I I I I I I I I -1 1 1 I I f - -

Figure 4.14 : Profil au piézocdne 1 Saint-Alhan { Marte1 ,1996)

Page 95: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

w.2- Programmes d'essais

1V.2.1- Essais de laboratoire

Les ddpôts d'argile de Saint-Alban et de Louiseville ont été testés en différentes

profondeurs choisies de teiie sorte qu'une comparaison entre les essais de laboratoire et de

terrain soit possible.

Le programme des essais de laboratoire a été a m d é autour de deux objectifs

principaux :

- mise en évidence de l'effet de la structure et des contraintes ;

- mise en évidence de I'effet de l'anisotropie de chargement.

SERIE 1 : Effet de la structure et des contraintes

Le cheminement des contraintes est Ie même pour tous les essais, il est présenté sur

la figure 4.15 avec la courbe d'état limite approximative de l'argiie de St-Alban à 5.04 m.

Page 96: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

En partant d'une argile intacte surconsolidée non chargée, la courbe d'état limite est

atteinte en 6 paliers consécutifs (AG',- 0,15*0',, o', étant la conuainte effective verticaie

et cfp la contrainte de préconsolidation) tout en respectant un rapport de contraintes voisin

du rapport des contraintes au repos du sol nomaiement consolidé Ge, et pris égal à 05. Le

rapport des contraintes de 0'5 observé sur l'essai oedométrique fretté latéralement a été

choisi pour que les déformations latérales soient minimisées et ainsi que les contacts sols-

benders latéraux ne soient pas altérés en cours d'essai. Dans le domaine surconsolidé, les

paliers ont une durée de 24 heures.

Ensuite, l'argile est déstructurée le long du même cheminement de contraintes, avec

un ou deux paliers supplémentaires au-delà de la courbe d'état limite. Cette fois Ia durée

des paliers est telle que la consolidation primaire de l'argile est terminée.

A partir de là, un déchargement puis un rechargement sont réalisés en respectant

toujours le même rapport de contrainte de 0'5 mais avec des paliers de déchargement ou de

rechargement tels que AG', 0,2*0'-, o',, étant la contrainte verticde maximale

appiiquée à l'échantillon. L'argile étant dans son domaine surconsolidé, la durée de chaque

palier est à nouveau de 24 heures.

Le type d'onde utilisé pour le calcul des vitesses de propagation est un train d'ondes

de huit sinus d'une fréquence de 1000 Hz et d'une a m p h d e de 20 mV pic A pic. Lors de la

vibration du bender récepteur, une phase transitoire a été mise en évidence et on peut

considérer qu'à partir du sixième pic, le bender a atteint son régime permanent. Les temps

mesurés sont ceux de l'arrivée du huitième pic (figure 3.8). Si l'on avait considéré Ies

premiers pics, les temps mesurés auraient été inférieurs donc les vitesses supérieures.

Le tableau 4.1 répertorie les essais effectués pour cette première drie. La

profondeur des blocs d'argiie non remaniée utilisés pour les échantiUons ainsi que le format

de la cellule utilisée (figures 3.3 et 3.4) pour chaque essai y sont spécifiées. Au total, huit

essais ont donc été réaiisés pour l'6tude de la sûucture des argiies (dont trois sur la grande

cellule et cinq sur la petite).

Page 97: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

I I SAINT-ALBAN I LOUISEVILLE I 1 1

Profondeur 12'68 rn 13'85 m 15'04 m 15,96 m 15,96 m 14,53 m 17'28 m 18,95 rn I 1 I I I I I 1

T y p de d u l e ] p d t e 1 petite 1 petite 1 pctite 1 grande 1 grande 1 grande 1 petite

Tableau 4.1 : Essciis effectués pour l'étude de In strricïure - Série

SERIE 2 : Effet de l'anisotropie

Ce paramètre devait pouvoir être mis en évidence grâce à la grande cellule d'essai

qui comporte deux paires d'éléments en piézocéramique polarisés dans deux directions :

verticale et horizontale. Outre les quelques résultats qui ont pu être tirés de la série d'essais

à rapport de contraintes horizontaies et verticales constant (K = 0,5), des essais

supplémentaires ont été réalisés de manière a étudier l'évolution du rapport des modules en

fonction du rapport des contraintes appliquées. Partant d'un point de consolidation au centre

de la courbe d'état limite du sol considéré, les cheminements en contraintes sont restés à

l'intérieur de celle-ci. L'argile n'a donc pas été déstmcturée. Les figures 4.16 et 4.17

montrent les cheminements suivis pour les argiles de Louiseville et de Saint-Esprit.

Figure 4.16 : Chemiacwnt d a essain pour l'&de de I'rnisotippie- Série 2 - LouiseviMe

Page 98: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Le site de St-Esprit (Tanguay et al, 1991), situé entre la rivière Achigan et la rivière

St-Esprit présente une couche d'argiie d'une épaisseur dant de 8 à 14 m. A la profondeur

des échantillom utilisés pour nos essais (6.1 m), i'argiie silteuse de couleur grise a une

teneur en eau de 80 %. Ses limites de plasticité et de liquidité sont respectivement de 24%

et 61%. Sa résistance au cisaillement obtenue au scissomètre est de 37 Ha, sa contrainte de

préconsolidation de 130 kPa et la contrainte effective verticale en place est de 52 kPa.

Figure 4.17 : Cheminement des essais pour I'étude de I'anisotmpie - Série 2 - St Esprit

Le tableau 4.2 répertorie les essais effectués pour cette deuxième série :

I LOUISEvrLT.,E I SAINT-ESPRIT I . 1

Profondeur 16,72 m 1 7,73 m I6,l m 16,l m

Page 99: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

DISPERSION DANS LES RESULTATS :

Deux difficultés principales ont été rencontrées lors des essais :

- des problèmes survenus quant à la forme des ondes verticales reçues (signal superposi

masquant l'arrivée de l'onde, affaiblissement important des ondes reçues) expliquent le

nombre limité des essais sur la grande cellule. Des exemp1es.de résultats difficilemeni

exploitables obtenus sur l'oscilloscope sont donnés en annexe 1.

- on notera une certaine dispersion des résultats particuliérement lors des phases de

déchargement et de rechargement de I'échantillon. Ce phénomène pourrait être dû à un

moins bon contact sol-bender dans ces conditions.

1V.2.2- Essais de terrain

Des essais de tomographie ont été réalisés sur tous les sites décrits à la section IV-1 ;

les dépôts étudiés couvrent une gamme assez étendue de caractéristiques physiques et

mécaniques :

- indice de plasticité de 15% à 47 %

- indice de liquidité de 0,8 à 1'8

- contrainte de préconsolidation o', de 40 kPa à 400 kPa,

- rapport de surconsolidation OCR de 1.2 à plus de 6

- résistance au cisaillement non drainée Cu de 10 kPa à 112 kPa,

- résistance en pointe nette (au CPTU) qt-avo de 100 à 1350 kPa,

Ainsi, la mise en évidence de l'infiuence de ces caracteristiques sera plus aisde.

Suivant l'épaisseur de la couche d'argiie, les vitesses ont été mesudes tous les

mètres ou tous les 0,5 m. La distance entre les forages est restée entre 1.2 m et 4 m. Le

tableau ci-dessous (tableau 4.3) synthétise les caractéristiques des essais réalisés.

Page 100: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

1 I

~erthierviile 1 2 m, entre 2.5 m a 4.5 m 1 1,25 m met 1,3 m I 1

Louiseville 1 10 m, entre 1 m et 11 m 3,12 met 3,2 m

DISTANCE ENTRE LES PORAGES

3,99 m et 4,05 m

SITES

Assomption

Mascouche 1 4m, entre3.5 met 7.5 m 1 1,61 m et 1,58 m

-

EPAISSEüR ET PROFONDEUR

DE LA COUCHE TESTEE

6 m, entre 1 m et 7 m

I 1

Saint-Aiban 1 5 m, entre 2 m et 7 m 1 1,62 m et 1,7 m

Tableau 4.3 : Pmgramme des 4 s de t e d

Page 101: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

ANALYSE DES ESSAIS DE LABORATOIRE

V.1- Les résultats de la 1'" série : effeQ de la structure et des contraintes

Les huit essais de cette série, réalisés sur des argiles intactes, ont permis, malgré une

certaine dispersion, particulièrement dans les phases de déchargement et de rechargement,

de mettre en évidence des tendances assez; représentatives.

Tous les résultats bruts figurent dans i'anuexe 2. Ceux-ci présentent l'évolution du

module de cisaillement maximai Go caicuié A partir du temps de propagation de l'onde de

cisaillement en fonction des contraintes edktives verticales appliquks. Les courbes de

compression associées à chaque essai sont jointes à l'annexe 2.

Le tableau ci-dessous (tableau 5.1) mentionne Ies caractéristiques des essais réalisés

pour la série 1 (étude de la structure) :

Page 102: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

ou Ah, dans le domaine ri.

(min.)

I I I

Louiseviiie 1 petite 1 8,95 I Tnblem 5.1 : Caractéristiques d a huit essriis réah& en laboratoire pour l'étude de

l'effd de la stmcture- Série 1

Rappelons que les vitesses de propagation des ondes de cisaillement V, sont

mesurées ii partir d'un train d'onde de huit sinus, de 20 mV d'amplitude et de 1000 Hz de

fréquence. Ce signal est transformé en une onde de cisaillement dans l'échantillon par le biais

d'un (benden) émetteur. A partir des signaux émis et reçu obtenus sur l'oscilloscope (figure

3.8)' le temps de propagation du huitième pic est mesuré. L a distance parcourue par l'onde

est la distance entre les deux extrémités des benders émetteur et récepteur. Les variations de

hauteur de l'khantillon pendant l'essai ont été prises en compte dans le calcul de la vitesse.

Les mesures sont réalisees après des paliers de 24h de chargement dans la phase

surconsalidée et après le temps nécessaire ti la consolidation primaire dans la phase

normaiernent consolidée.

Les modules de cisaiiiemerrî aux petites déformations GO sont alors calculés avec la

relation : Go = p - ~ , ' = (g = 9.81 mls2), les variations de voiume ayant été prises en 8

compte daas le calcui du poids spécifique y.

Page 103: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

V.2- Description d'un comportement typique

Les résultats bruts portent donc sw les valeurs du module de cisaillement GO (issues

des mesures de propagation des vitesses) en fonction des contraintes appliquées.

La figure 5.1 représente un comportement typique obtenu lors d'un essai (argiie de St-Alban

a 5,04 m, sur la petite cellule), en notant toutefois que les comportements varient suivant les

essais, particulièrement en déchargement et en rechargement (tous les résultats bruts figurent

en annexe 2).

Figure 5.1 : Comportement typique des ugiles éfudiées

Page 104: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Phase de chargement :

Dans un premier temps, le moduie de cisaillement Go augmente assez régulièrement

avec la contrainte verticale osv. Puis, aux alentours de la contrainte de préconsolidation o',

(77 kPa pour la figure 5.1) l'augmentation devient généralement plus nette (sauf pour l'essai

5 de la petite cellule sur I'échantilIon de St-Alban à 5,96 m et pour I'essai 8 sur l'échantiilon

de L o u i s d e à 8,95 m). Lefebvre et al (1994), qui ont réalisé des essais sur l'argiie de St-

Alban à la colonne résonante, ont eux aussi remarqué que la déstructuration (après

dépassement de la contrainte de préconsolidation) ne diminuait pas la rigidité du squelette.

Au contraire, le module Go augmentait de 35%. Ce point sera discuté ultérieurement.

Phase de déchargement :

Pendant Ie déchargement de l'échantillon, le module Go diminue avec la contrainte

verticale appliquée et tend à se rapprocher, pour les plus faibles contraintes, de la valeur du

module obtenu au premier chargement sous ces mêmes contraintes. Les points de

déchargement sont pour Ia plupart situés au-dessus de la courbe de chargement (les modules

Go sont plus élevés) sauf pour les plus faibles contraintes où cette tendance semble

s'inverser. Notons toutefois que le comportement au déchargement comporte une certaine

dispersion. Ce phénomène apparaît clairement sur les résultats des essais 5 (petite ceiide),

6, 7 et 8, dans lesquels un point s ' d a t e simcativement de la pente moyenne.

Phase de recharnement :

Le module Go augmente à nouveau avec la contrainte, de façon assez irrégdiere là

encore. Les points de rechargement semblent se situer, tout au moins pour les essais de St-

Alban en petite cellule, entre la courbe de chargement et la courbe de déchargement. Sur la

petite ceiiuie, les derniers points dépassent les valeurs de Go obtenues lors du premier

chargement, alors que sur Ia grande ceiiuie, ils restent inferieurs.

L'essai sur un échantillon de St-Alban à 5,96 m a été réalisé sur les deux cellules (la

grande et la petite). La comparaison des modules verticaux GO obtenus (figure 5.2) n'est pas

très encourageante quant A la reproductibilité des résultats obtenus par les essais aux

Page 105: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

éléments en piézocéramique et met en relief les difiicultés rencontrées. Les valeurs obtenues

sur la grande ceIIde sont plus élevées dans la première phase de chargement puis deviennent

inférieures par la suite. Le comportement en ih de chargement présente un aspect irrégulier

qui s'éloigue de celui observé dans les autres essais : le module n'augmente plus, et

Mement , les points du déchargement puis du rechargement partant d'une valeur maximale

nettement inférieure (20% de moins que la valeur obtenue sur la petite cellule) restent sous

Ia courbe de chargement. Est-ce dû aux dimensions de l'échantillon ou a un problème de

chargement sur les derniers points du premier chargement ? Nous ne le savons pas.

Globalement, Ies résultats issus des essais sur la grande cellule sont moins nets et

réguliers que ceux provenant des essais sur la petite cellule. Comme il l'a été mentionné

précédemment, les 8 sinus reçus sur les benders de la grande celule n'étaient pas toujours

très clairs et distinctifs, surtout sous un chargement important. L'erreur vient peut-être d'un

problème d'interprétation des ondes obtenues. Toutefois, pour chaque essai, que ce soit sur

la petite ou sur la grande celh.de, Ies résultats sont assez consistants, si ce n'est un ou deux

points sur la quinzaine qui s'éloignent de la tendance moyenne.

Rprt S.2 : Cornpuakm des modules G vciticaus pour la même ugüe (St-Alban, %%nt) obtenus avec la petite et In graude cellule

Page 106: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

V.3- Argile intacte - Influence de la structure

Dans un premier temps, l'étude et l'analyse des résultats vont se limiter a la phase

stntcturée des argiies étudiées : l'échantillonneur de l'université Laval utitisé (Lamochelie et

al, 1981) pour le prélèvement ainsi que les conditions de conservation des échantillons

permet minimiser le remaniement du sol. La structure de celui-ci (particulièrement

développée pour les argiies en question) est conservée pour l'essentiel et ne sera détruite

que lorsque le chargement appliqué sur les échantillons dépassera la pression de

préconsolidation. Les résultats obtenus lors du premier chargement dans la zone

surconsolidée permettent donc d'évaluer le comportement des argiles stmcturées.

Figure 5.3 : Module de chiüement vs contrainte vertlcaie

Pendant ce premier chargement, le module de cisaillement GO augmente

régulièrement et avec une pente assez similaire pour tous les essais (figure 5.3). Les valeurs

Page 107: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

de Go augmentent avec la profondeur des échantillons pour les 2 sites ; Ies modules GO de

i'argiie de ILouiseviUe sont aussi supérieurs à ceux de l'argile St-Alban (exception faite de

i'essai 5 sur l'argiie de St-Aiban à 5,96 m sur la grande cellule). Cette remarque semble

mettre en évidence le rapport entre le module de cisaillement Go et la contrainte de

préconsolidation a', qui augmente elle aussi avec ia profondeur et qui est supérieure sur le

site de Louiseville à ce qu'elle est sur ceIui de St-AIbaa Effectivement, d'après la figure 5.4,

la normalisation des modules par rapport i la pression de consolidation rapproche

sensiblement les courbes obtenues pour chaque essai dans un même fiiseau.

Figure 5.4 : Modde de cissillement normaihé va contrahte vertrclle

En normalisant le module GO et la contrainte verticale appliquée a', par rapport à la

pression de préconsolidation a', pour chaque échantillon (figure 5.5), les courbes de chaque

essai se retrouvent très proches les unes des autres.

Page 108: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Figum 5.5 : Module de cisaillement normnlisé w rapport de surconsolidation

Figure 5.6 : Module de chiUemtnt normalid vs rrcine carrée du rapport de nireonrolidation

Page 109: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Eiies mettent ainsi en eidence une tendance commune assez représentative. Les courbes de

St-Alban sont assez regroupées ; les courbes de Louiseville sont plus dispersées, mais autour

d'une même courbe moyenne. Les points relatifs à l'essai 5 (St-Alban - 5,96m) de la grande

cellule se retrouvent t l'extérieur du faisceau observé. Compte tenu des remarques fàites

précédemment au sujet de la comparaison des résultats pour l'échantillon de même

provenance et de même profondeur (figure 5.2), cet essai ne sera pas pris en compte dans la

suite de t'étude.

La droite autour de laquelle se retrouvent les différents points a pour équation :

Les points obtenus sous les fortes contraintes s'écartent un tant soit peu de cette droite tout

comme les valeurs sous contrainte nulle.

1 L'utilisation de la racine carrée des contraintes vertides normaiisées (,/: ou I/- ) en

5 OCR

abscisse permet de mieux approcher une forme linéaire (figure 5.6). L'équation de la droite

devient alors :

L'équation C5.21 représente donc une meilleure approximation du comportement réel

des argiies structurées que l'équation [5.1]. De cette manière, la contrainte verticale apparaît

avec le même exposant 0'5 que celui utilisé dans la plupart des relations étudiées au chapitre

IL Cette équation met aussi en hidence l'influence combinée sur Go des contraintes

appliquées et de Ia structure représentée par la pression de préconsoiidation.

Par ailleurs, Michaud (1993) a réaüd des essais similaires sur les argiies de la Mer de

Champlain : St-Esprit, b u i d e , Maskinongé, Saint-Alban et Saint-Jean-de-Vianney a

l'université Laval. Son étude s'est limitée au domaine surconsolidé de ces argiies sur la

figure 5.7. Les résultats y sont portés en fonction de I'inverse de I'OCR On peut voir qu'ils

sont assez bien représentés par une droite. Avant de passer à la comparaison de ces résultats

et des nôtres, il fâut mentionner que nous avons pris en considération l'arrivée de l'onde au

huitième signal uniquement, alors que Michaud (1 993) a mesuré la vitesse moyenne calcuiée

Page 110: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

94

à partir des arrivées de chaque pic. Les temps de propagation des premiers signaux envoyés

dans le sol (en phase transitoire) étant iderieurs à ceux des pics suivants (en phase

permanente), les vitesses de propagation, et par-la même les modules de c i d e m e n t GO

issus de l'étude de Michaud (1993) devraient être supérieurs à ceux obtenus avec notre

interprétation.

Figure 5.7 : Modules GO obtenus par Michaud (1993) sur différentes argiles Champlain

La figure 5.8 montre Go normalisé par rapport à la pression de préconsolidation. A

l'exception des données de St-Esprif tous les résultats viennent dans une bande assez étroite

si on considère que la pression de préconsolidation varie de 60 kPa à St-Alban à 890 kPa à

St-Jean-de-Vianney. La relation est du même type que celle obtenue à la figure 5.6 (indiquée

en pointillés : relation [S.SI) mais Iégérement audessus, ce qui s'explique par le fait que Ia

méthode d'interprétation employée n'a pas dté tout A fkit la même.

Page 111: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

0.0 02 O. 8 1 .O

Figure 5.8 : Modules normaiiJés pour diffbrentes argiles Champlain, dtude de B. Michaud (1993)

Nous venons ainsi de montrer que la structure a une idluence très importante sur le

module de cisaillement G o des argiles stnicturées. Finrirement, l'effet de la contrainte

(jusqu'alors prédominant dans les études présentées dans le chapitre II et établies

principalement à partir de données obtenues sur des sols peu ou pas structurds) devient

secondaire et la relation est du type :

0.5 0.5 ouenwre Go =Asa; -0; +B.og

avec A = 55 et B = 35 d'après la présente étude.

Le terme B.&, est typiquement un terme de structure qui n'est jamais apparu dans Ies

études citées au chapitre II pour les sables ou pour les argiles, le module G o étant

systématiquement proportionnel au terme de contrainte. Ii est pourtant très clair, sur Ies

Page 112: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

%

figures 5.6 et 5.8 que Go est non négligeable lorsque les contraintes appliquées à

l'échantillon sont nulles.

Une étude a été menée de manière à voir s'il n'était pas possible de dissocier l'effet

de la structure de celui de la contrainte verticale pour avoir une relation du type : k

Go = Aea; +B-a; 15-41

La figure 5.9 montre qu'il paraît f ici le d'appliquer cette forme aux argiles étudiées : les

exposants associés A la contrainte verticale variant suivant l'essai considéré entre 0,15 et 1,l.

Par ailleurs, Go - 350'~ peut varier par un facteur 5 sous une contrainte & i v e donnée.

L'équation [5.3] semble donc constituer la meilleure approche du comportement réeI des

argiies structurées.

Fïpm 5.9 : Exp-on indCpendanîe de la structure et des contraintes

Page 113: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Infiuence de l'indice des vides e :

D'aprés le. études effectuées par les difiiérents auteurs dont il a &e question dans le

chapitre Il[, i'indice des vides, exprimé sous différentes formes (voir tableau 2.1) intervient

systématiquement dans les expressions Go - qa',). Bien que dans la phase surconsofidée,

l'indice des vides varie peu, nous avons essayé de mettre en évidence une quelconque

influence de celui-ci puisque I'indice des vides initial s'dchelonne entre 1,6 et 2,2 pour Ies

huit essais e&ctués.

Dans un premier temps, l'influence de la fonction de e : Re) = e-* établie par Lo

Presti (1989) et Jamiolkowski et al (1991)' avec x = 1.3 , a été analysée sur l'expression

générale. En comparaison avec la figure 5.6, la courbe = f ( j z ) de la figure ab se -1.3 OCR

5.10 semble plutôt ecarter Ies courbes de chaque essai. En traçant l'évolution de

(G~*~ocR)/~' , en fonction de la contrainte effective verticaie appliquée a', (figure 5.1 1)' il

apparaît que la vaieur de x = 0,67 conviendrait mieux à nos résultats. Toutefois, les courbes

représentées sur la figure 5.12 restent plus dispersées que celles de la figure 5.6.

Figure 5.10 : Modde nomaiid comgé de I'infiuuicc de I'indice der vides avec F(e) = cU

Page 114: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Figure 5.11 : Influence de l'indice des vides pour l'ensemble des essais de la série 1

Figure S.12 : Modale nonnaüsé corrige de I'iafïueace de l'indice des vides avec F(e) = eam

Page 115: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

L'influence de F(e) a ensuite été analysée sur le seul paramètre A de l'équation [5.3]

Les résultats sont donnés sur la figure 5.13. Le firisceau des courbes est k enencore plus large

que sur la figure 5.6. Ii paraît donc difEcile d'exprimer Ie paramètre A de l'équation [5.3] en

fonction de l'indice des vides e.

En conclusion, sur la base des essais réalisés, on ne trouve pas d'effet marqué de

l'indice des vides. Ceci est certainement relié au fait que dans les argiles sensibles, l'influence

de la structure domine sur ceiie de l'indice des vides.

Figure 5.13 : Module iormaiisé corrigé de 11 constante 35

et de l'influence! de l'indice da vides avec F(e) = 8"

Infiuence de l'indice de ~lasticité ID :

Là encore, les recherches réalisées sur les ugiies ont f i t apparaître l'influence de

l'indice de plasticité Ip sur la valeur du module de cisaillement GO (Hardm, 1978 ; Viggiani

et Atkinson, 1995 ; Kagawa, 1992).

Dans notre cas, la figure 5.14 ne met pas de relation simpIe en évidence entre Ie

module GO des argiles étudiées et leur indice de pIasticité Ip.

Page 116: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

IO 2 3 r 5 s ? a m ~ m IP (%)

Figure 5.14 : Etude de l'influence de Ip sur GO

Finalement, le paramètre de structure o', semble supplanter l'influence de toutes les

autres caractéristiques du sol qui avaient été mises en évidence par les précédentes

recherches. D'autres études ont de la même manière abouties à des relations directes avec

des paramètres fortement Liés à la structure pour des argiies de la province de Québec :

Locat et ai (1987) : Cu = 0,016 (Vs) 2217 '

ces deux expressions reliant la résistance au cisailernent non drainée Cu mesurée au c6ne

tombant et la vitesse de propagation des ondes de cisadiement Vs mesurée au célérometre.

Page 117: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

V.4 Argile déstructurée

Une fois la contrainte de préconsolidation a', dépassée, l'argile se déstructure. Les

mesures effectuées pendant le déchargement et le rechargement des échantiiions reflètent

donc le comportement des argiies déstructurées ou tout au moins dont la structure est moins

développée que lors de la phase de chargement précédemment analysée.

Là encore, I'ensemble des résultats figure en annexe 2.

Com~orternent dans la hase normalement consolidée :

La phase de déstructuration (un ou deux points au-delà de la contrainte de

préconsolidation) montre un comportement de Go assez particulier : une zone perturbée

quant à l'évolution du module Go est généralement observée aux alentours de Ia contrainte

de préconsolidation. Cette phase correspond à une variation importante de l'indice des vides

qui influence le module et mérite d'être corrigé (cf courbes de compression en annexe 2).

Sur les courbes de i'annexe 3 figurent les mêmes résultats que ceux de l'annexe 2 si

ce n'est que les modules Go sont comgés par rapport à l'indice des vides avec la fonction de

Lo Presti (1989) : F(e) = e"'. Cette correction ne régularise pas tout à fait les résultats mais

modifie toutefois l'évolution de la raideur. Alors qu'au préalable, 8 courbes sur 1 1 mettaient

en évidence une augmentation de Go lorsque la contrainte de préconsolidation était atteinte

(dont quatre très clairement), seules 5 d'entre eles montrent toujours cette tendance après

correction vis-à-vis de l'indice des vides, alors que les autres forment un creux au passage

de la contrainte de préconsolidation.

Les résultats obtenus montrent donc une disparité trop importante pour tirer une

conclusion chire quant au phénomène qui intervient lors de la déstructuration. Toutefois, les

sauts importants réaiisés par GO pour certains des essais qui avaient aussi été observés par

Lefebvre et al (1994) sur la même argiie de St-Alban pourraient s'expliquer :

- soit par une fonction d'indice des vides plus influente dans cette zone (le nombre limité de

points ne permettant pas de mettre en évidence une quelconque autre relation),

- soit par un autre phénomène que l'augmentation de la compacité de I'argiie due à la

consolidation.

Page 118: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Déchargement et rechargement :

Dans un premier temps, la relation empirique [5.3] établie pour les argiles structurées

a été dtudiée a m phases de déchargement et de rechargement. Les figures 5.15 et 5.16 sont

analogues B la figure 5.6 si ce n'est que le module Go est normalisé par rapport a Ia

contrainte effective verticale maximie appliquée a',, B la place de la pression de

consolidation a', : - - - (1s) . II est clair que I'iduence de la nouvelle contrainte =tm

de préconsolidation est bien moins forte que dans la phase stmcturée (figure 5.6)' les

courbes des modules normalisés pour chaque essai étant bien plus dispersées et plus

orientées vers l'origine. Alors que l'influence du paramètre de structure a', est moins

importante, celle de la contrainte augmente par rapport à la phase structurée et le faisceau

des courbes montrent un module qui se rapproche d'un comportement proportionnel ii la

racine carrée des contraintes qui avait été mis en évidence par les relations du chapitre Ii. Le

terme de structure B.cr7, de I'équation [5.3] n'apparaît plus lorsque 17argde est déstructurée,

et donc :

G~ = ~r.~:,03 .a;o.s [W

Le comportement du module de cisaillement GO des argiies Champlain déstructurées

semble donc se rapprocher de la relation du type de celles de Vigiani et Atkinson (1995).

Les graphes de l'annexe 4 montrent pour chaque essai et pour chaque phase

(chargement, déchargement, rechargement) la courbe LogGo = f(Logay,). L'irrégularité des

points observée lors du déchargement et du rechargement empêche de mettre en évidence

une relation claire entre Ie module et la contrainte verticale du type Go=A*al,". Toutefois,

sur les courbes de l'annexe 4, ii semble que l'évolution globale des modules corrigés par

rapport à l'indice des vides suit une pente proche de 0.5, cette pente étant représentke sur

chacun des graphes. Cette correction par rapport a l'indice des vides permet de comparer les

courbes des argiles déstructurées A ceIles des argiles stmcturées. Cependant, après avoir

mener une étude de I'infiuence de I'indice des vides pour les phases déstructurées, du même

type que celle menée pour la phase structurée, aucune influence particulière de e n'a été

Page 119: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 abv / a'-

Figure 5.15 : Phase déstmcîurée - déchargement Module de cisriillement normaiisé vn racine carrée du rapport de sarconsolidation

Modak de cisriillement nomalid va r a c k carde du rapport de mrconaolidation

Page 120: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

décelée. De la m h e manière, I'indice de plasticité Ip ne semble pas intewenir

si@dvernent dans ia relation entre le module Go et les contraintes effectives appliquées.

L'équation régissant le comportement des argiles déstructurées prendrait donc la

forme de I'équation 5.4.

V.5- Résultats et analyse de In 2& série : &tude de I'anisotropie

La 2& série englobe des essais réalisés sur la grande cdule (figure 3.4) qui permet

d'obtenir les modules dans deux directions. Les résuItats de cette série figurent dans

l'annexe 5. Les trois essais réalisés pour la première série sur la grande ceiiule sont joints à

cette annexe (un à St-Alban et deux à Louiseville). Nous pouvons remarquer que :

- pour I'argiie de St-Esprit, le module horizontal est tantôt inférieur et tantôt supérieur au

module vertical pour deux essais concernant une profondeur identique;

- pour l'argiie de Louisde , alors que pour les essais de la deuxième série, le module

vertical est supérieur au modde horizontal, on observe l'inverse pour les deux essais de la

première série,

- pour l'argile de St-Alban, le module horizontal est inférieur pendant la phase de

chargement.

Les courbes 5.17 et 5.18 qui récapitulent les essais de Louiseville et de St Esprit

mettent en évidence cette irrégularité quant au rapport des modules horizontaux et

verticaux. La tendance n'est même pas unifonne pour chacune des argiles. Contrairement à

ce qui a été observé sur la figure 5.19 éîabIie par Jamioikowski et al (1994) avec des essais

sur de l'argile de Pise, iI paraît impossile compte tenu de la disparité des résultats, de

déceler une relation entre le rapport des modules et l'anisotropie de consolidation.

Page 121: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Figure 5.17 : Anisotropie des modules en fonction du rapport des contraintes - Louisevüle

Pigrc 5.18 : Anisotropie des modales en fonction de I'mwtropie des contraintes - St Esprit

Page 122: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

E'igurt 5.19 : h h t i a p i e des madules en fonction de I'laisotropie des contraintes - Pise

(Jamiolkowaki et ai, 1994)

Ces irreguiarités inexpiiquées mais probablement reliées a des probIèmes

expérimentaux empêchent donc de formuler une conclusion cIaire sur l'anisotropie des

argiles si ce n'est que les essais aux benders tels qu'ils ont été réalisés sur ce type d'argile ne

permettent en aucune manière de remonter au rapport des contraintes appliquées.

Page 123: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

ANALYSE DES ESSAIS DE TERRAIN

VI. 1- Résultats bruts

Les modules de cisaillement aux petites déformations Go en place ont donc été

obtenus avec une méthode de type «cross-holm appelée tomographie (figures 1.12 et 3.9).

La vitesse de propagation des oncies de cisaillement V, est calculée en fonction du temps de

propagation de ces ondes entre les deux géophones récepteurs (figure 3.10) et de la distance

entre-axes des forages dans lesquels sont placés ces récepteurs. Le passage des vitesses de

2 propagation V, aux modules de cisaillement GO se fait ensuite avec la relation : Go = p V, .

Les proas des modules obtenus en fonction de la profondeur sur les cinq sites testés

sont présentés sur la figure 6.1. Sont ajoutés à cette série Ies résultats issus de l'étude de

Lefebvre et al (1994) sur le même site de St-Alban avec la méthode SASW (Spectral

Andysis of S h c e Waves) qui corroborent assez bien nos résultats. Deux groupes semblent

Page 124: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

se former, le premier réunissant les argiles de St-Alban, Berthiervilie et LouiseviUe, le

second concernant les argiies plus raides de Mascouche et de l'Assomption. Globalement,

tous les sites voient leur module Go augmenter avec la profondeur. A ce propos, Ies moddes

de St-Alban et de Berthiede, qui pour de fài'bles profondeurs sont les plus petits de Ia

série, augmentent rapidement avec la profondeur pour supplanter les modules de L o u i s d e

plus élevés en sudkx.

Figure 6.1 : Pd& der modules de cidiement Go obtenus par tomographie

Page 125: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

V1.2- Relation P la structure (C y qt+.,, et a',)

La forme des profils des modules de cisaillement est extrêmement similaire à cellc

des profils de résistance (résistance au cisaillement Cu mesuré au scissomètre et résistana

en pointe nette du piézocone qt-) et au profil de contrainte de préconsolidation a', qui

sont présentés sur les figures 6.2a a 6.2~.

Ces trois paramètres de structure sont fortement liés entre eux, les relations obtenues

pour l'ensemble des argiles étudiées étant en moyenne les suivantes :

Dans le tableau 6.1 sont répertoriés Ies caractéristiques moyennes et leurs relations exactes

pour chacun des sites étudiés.

Tableau 6.1 : Curictérhîiqiiu des depdts ugüeru

Rien d'étonnant donc A ce que les similitudes soient valables pour les trois

paramètres. Des relations évidentes apparaissent donc entre le modde de cisaillement GO et

la résistance au cisaillernent ainsi qu'avec les deux autres pararn6tres de structure. Celles-ci

sont mises en évidence sur Ies graphes 6.3a à 6.3~

Cu (kpa)

O'P @'a)

qt - ad OcPa)

IP

qt -Qvo

Cu

Cu - 0;

0.2 + 0.0024 Ip

qt -=,O

0;

Assomption

70

250

773

3 6

11

0.28

0.28

3.1

Berthierville

15

5 5

170

2 1

11.5

0.27

0.25

3.1

Mascouche

8 5

302

1100

3 6

13

0.28

0.28

3 -6

Louiseville

38

135.5

500

40

13

0.28

0.29

3.7

St-Alban

15

66

171

19

11.5

0.23

0.24

2.6

Page 126: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

O - m b ~ \ O o 0 0 1 = = l ? o 2 (m) z ' mapuojo~d

Page 127: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

O 25 50 75 100 125 150 Cu @Pa)

Figure 6.38: Module de rlullkmcnt Go versus Réabtiiicc mu cbillkment Cu

O 250 500 750 1000 1250 1500 O 100 200 300 400 500 q p v o ( k W dp(kPa)

Fi yn 63b: Moduie de clsiiikmcot Co venuri Flgun 6.k: Moduk de chiliement Go vcnm

Rtsbtinee en pointe nette qt-av, Contrainte de prtco1uoUdaHoa a',,

Page 128: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

L'ensemble des points se regroupe de manière si@cative en un faisceau autour des

droites d'équation :

Nous remarquons que pour Ies @ies de faife résistance au cisaillement (Saint-

Alban et B e r t h i d e ) la dépendance a la structure semble plus forte que pour les autres

argiles : le coacient de proportiondité, d'après les pentes observées sur les graphes 6.3a

à 6.3c, entre Go et les trois paramétres de structure est plus élevé dans ces cas. Lors d'une

série d'essais réalisée en laboratoire avec un céléromètre et un cône suédois, Locat et al

(1986) avaient eux aussi trouvé une pente plus élevée de la courbe Vs = RCu) pour des

argiles dont la résistance au cisailment au cône suédois ne dépassait pas 30 kPa. L'argile

de St-Alban étant une argile stratifiée et les ondes de cisaillement se propageant toujours

dans les couches les plus rapides, les modules Go mesurés in situ sont peut-être surestimés.

Les relations exprimées précédemment sont d0nc.à prendre avec précaution pour les argiles

molles. Peut-être ce phénomène est-il aussi Lié à l'indice de plasticité qui pour les argdes de

Berthierville et de St-Alban est de l'ordre de 20 contre un indice de plasticité de 40 pour les

trois autres argiles. De plus, il est reconnu que les argiies peu plastiques ont tendance à

présenter des déformations plus faiiles à la rupture. Ji serait donc intéressant de compléter

ces résultats par w profil de module de cisaillement Go sur une argile qui offre un indice de

plasticité plus élevé mais une résistance ou une pression de préconsolidation du même ordre.

La relation simple -= 500 se rapproche assez de ceiie proposée par Lanson et CD

Go 'roi = 500 citée dans le chapitre II. Cependant, les iimites de Mdabdic (1991) : ( Tb ] CMt

Liquidité des sites conceni4s par nos essais se trouvent entre 3û% et 75%, le coefficient de

proportionnalité n'est donc pas le mème que p u r les argdes scandinaves. De la même

manière, Lefebvre et ai (1994) avaient conclu, après une étude sur le site de St-Alban que ce

rapport GdCu semblait être i'un des mdeuts moyens pour estimer Go, à préferer en tous

cas aux corrBlations faisant intervenir l'indice des vides e, le rapport de surconsoiidation

OCR et les contraintes effectives a',.

Page 129: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

w.3- Relation analogue A ceNe du laboratoire

Rappelons tout d'abord la relation trouvée à l'issue de l'analyse des essais dc

laboratoire : - - OCR

Dans un premier temps, le rapport G&', des essais de terrain est tracé en fonctior

du rapport de surconsolidation en place sw la figure 6.4. Comme il avait été mentionnt

précédemmmt, les points de Saint-Alban et de Berthierville qui correspondent a un faiblr

rapport de surconsolidation s'butent largement du rapport moyen Gd&, d'environ 13:

observé pour les autres points. LA encore, des essais supplémentaires sur une argiie peL

su~consolidée mais plus plastique permettrait peut-être d'identifier Ia source de ces écarts.

O 2 4 6 8 10 12 OCR

Figure é.4 : Module déduit da tssriis de terrain normdisé par rapport à cr', vi le Rapport de mrwnmlidation en place

Page 130: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Il est dés lors possible de comparer les relations déduites des essais de laboratoire et

de terrain sur Ia figure 6.5 ou l'abscisse est la même que ceiie utilisée pour Ies essais de

laboratoire.

Figure 6.S : Module des ejsPis de terrain normaiisé par rapport P op, vs Racine carrée de I'inverae du rapport de surconsolid~tion

Le nuage des points de terrain se retrouve donc autour du rapport de 135 sans

évolution Maiment claire vis-&vis du paramètre d'abscisse. La relation [5.2] ou [5.3] de

laboratoire représentée sur la figure 6.5 indique le net écart entre les modules de Iaboratoire

et ceux de tenain, dant du simple au double. Une analyse plus complète sur ces diEi'érences

est faite au chapitre suivant.

Page 131: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

BILAN ET DISCUSSION

V'I . 1- Comparaison laboratoire-terrain

Les études parues à ce propos (voir chapitre Il) étant assez contradictoires, il n'est

pas possible de tirer une conclusion générale qui viendrait conf*irmer ou infimier Ies

tendances obtenues avec les résultats de nos essais.

Ceux-ci montrent des écarts du module AGdGo- trouvés en laboratoire et in situ

proches de 10O0h pour St-Alban et pour h u i s d e . Les essais de laboratoires ont été

réalisés avec un rapport de contrainte verticde et horizontale constant, égal à O.S. Les

contraintes verticales variaient entre O et 130 % de la contrainte de préconsolidation. Les

modules retenus pour la comparaison ont donc été tirés des courbes au chargement

Go = qa',), en considérant la contrainte verticale in situ.

Page 132: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Les figures 7.1 et 7.2 permettent de visuaiiser les différents résultats obtenus sur les

dépôts de St-Alban et de Louiseville. Les résultats de Michaud (1993) obtenus avec les

éléments piézocéramiques, tels que déjà mentionnés, ainsi que ceux de Lefebvre et al (1994),

issus d'essais de terrain (SASW) et de laboratoire (colonne résonante) sont joints au proiil

de St-Alban de la figure 7.1.

Les moduies trouvés par Michaud (1993) sont légèrement supérieurs aux nôtres, ce

qui s'explique par le £âit que la moyenne des arrivées des huit sinus a été considérée.

Lefebvre et d (1994) ont donc eux aussi comparé des essais de terrain (SASW) et de

laboratoire (colonne résonante) sur la même argiie de St-Alban que celle que nous avons

utilisée pour nos essais. Seules deux profondeurs (4 et 7.9 m) ont été étudiées en

Iaboratoire. Maigré tout, il semble que l'argiie était plus sensible à l'échantillonnage lorsque

son indice de plasticité était faible : alors qu'à 4 m avec un indice de plasticité Ip = 20%, les

résultats de temin et de laboratoire étaient sensiblement identiques, l'écart s'était creusé

(résultat de laboratoire plus faible) pour l'échantillon prélevé à 7.9 m et ayant un indice de

plasticité Ip = 6%. Dans Ie cas de nos essais, l'indice de plasticité Ip de Louiseviiie est

supérieur à celui de St-Alban. Pourtant, comme le met en évidence la figure 7.2, les écarts

entre les résultats de tenain et ceux de laboratoire sur le module GO sont tout aussi

importants. Par contre, ils ne varient pas avec la profondeur.

Compte tenu du fait que les essais de terrain à St-Alban sont sensiblement les mêmes

Iorsqu'iis sont obtenus par SASW (Lefebvre et ai, 199-4) et par la méthode "cross-hole" (nos

essais), on peut penser que ce sont les mesures avec les éléments piézocéramiques qui sous

estiment GO. Une explication pourrait venir du fait que dans les essais réalisés dans cette

étude, les échantillons étaient amenés à des contraintes effectives voisines de O, donc bien

inférieures aux coniraintes en place, ce qui a pu amener une déstructuration partielle des

échantillons. Par ailieun, lors de l'introduction des éléments en pi&océramique dans

l'échantillon, une fente a été creusée dans I'argiie pour que i'échantilion ne se fende pas. De

plus les manipulations de 1'échantilIon ult4rieures A cette étape ainsi que les cycles successif's

peuvent a ' b l i r le contact échantillon - bender et peuvent ainsi fausser les résultats. Par

rapport aux problèmes m e n u s sur les formes des signaux reçus, ils ne peuvent être

Page 133: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

117

responsables à part entière des écarts avec les modules de terrain puisque dans l'ensemble

(incluant des arrivées très nettes) les résultats sont cohCrents entre eux.

Figure 7.1 : Profii des modules Go de St-Aiban - Laboratoire a terrpin

Page 134: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

D'après l'andyse des deux chapitres prhidents, la structure du sol reflétée par ses

r&istances et pression de prhnsofidation est apparue comme étant Ie facteur le plus

inûuent des argiles sensiiles de Ia mer Champlain. Tatsuoka et ai (1992) ont montré que le

comportement des matériaux lors de I'échantilIonnage est propre à chaque type de sol : pour

les sables denses, l'échantillonnage provoque une augmentation de l'indice des vides et

finalement une diminution des modules de cisaillement obtenus en laboratoire; inversement,

l'indice des vides des échantilIons de sable lâche diminue pendant la phase d'échantillonnage

ce qui augmente la raideur trouvée en laboratoire. Pou. les argiles raides qui manifestent une

bonne tenue par rapport aux variations volumiques, l'écart devrait être minime. Cependant,

ces mêmes auteurs ont montré que les résuttats de laboratoire et de terrain étaient assez

proches, quels que soient les sols, dans la mesure où les déformations appliquées pour les

deux types d'essais étaient les mêmes (environ 103.

Un autre phénomène qui peut Wérencier les valeurs de laboratoire de celles de

terrain est l'influence du temps : lors de Ia consolidation secondaire, le module GO augmente

de manière non négligeable avec le temps. Le dernier point (en normalement consolidé) du

premier chargement de l'essai 2 sur i'argiie de St-Alban à 2.68 m a été laissé sous la même

contrainte pendant 6 jours dors que la consolidation primaire était terminée après 3 jours.

JA module Go est alors passé de 10,9 MPa à 12'35 M ' a (soit 13.3 % d'augmentation) alors

que l'indice des vides a diminué de 0.01 seulement. En considérant le module corrigé par

rapport A l'indice des vides (avec ~(e)=l/e'~), celui-ci passe de 16,3 M a après 3 jours de

consolidation à 18'4 MPa après 6 jours soit toujours une augmentation de 12.9 %. La

correction par rapport à l'indice des vides ne parait donc ici pas très adaptée et

l'augmentation observée ne correspond donc pas juste au changement d'indice des vides. I1

y a donc, en plus, une structuration due au vieilhement. L'effet du temps peut être loin

d'être négligeable. Perret (1995) a trouvé sur des argiles du Québec re-sédimentées des

accroissements de GO bien supérieurs i ceux qui pourraient être associes au changement

d'indice des vides sedement.

Anderson et Stokoe (1978) ont établi une relation empirique qui exprime cette

dépendance :

Page 135: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

O,, (1) = Go (tp) [I + N, log(;)] avec :

- tp, temps conespondant a la fin de la consolidation primaire

- t, un temps quelconque > tp

- Go(t), le module de cisaillement aux petites déformations à t > tp'

- Go(tp), le module de cisaillement aux petites déformations à t = tp

- NG augmentation normalisée du module AGIGo(t = tp) par cycle logarithmique du temps.

Dans les argiles NG,qui est compris entre 5 et 20%, augmente avec i'indice de plasticité IP

(Kokusho, 1987).

D'autres relations du même type ont été proposées : Kagawa (1992) a exprimé le

gain de vitesse en consolidation secondaire de la manière suivante :

AVsNslw= e (2.046s~ + 0.25e0) avec :

Vsiooo, vitesse mesurée après 1000 minutes (fin de la consolidation primaire) ;

AVs, gain de vitesse au-delà de cette période ;

Su, résistance au cisaillement non drainée du sol ;

e,,, indice des vides initial.

Page 136: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Ces expressions reflètent l'efkt de la structure sur le module GO. L'augmentation de

la raideur lors de la consolidation secondaire (pendant Iaquelle ii y a structuration) apparaît

encore très nettement sur la figure 7.3 issue d'essais à I'oedometre sur l'argile cimentée de

Fucino (Jamioikowski et ai, 1991).

VIL20 Influence de la contrainte et de Ia stnicture

Dans les relations établies par différentes recherches (cf chapitre II) et qui reliaient le

module de cidiement GO aux paramètres les plus influents, la contrainte est apparue

systématiquement. Aussi, l'effet du temps dont ii vient d'être question indique que la

structure des argiies est un paramètre tout aussi important vis-&vis de leur raideur.

Les essais en laboratoire et sur le terrain ont mis en évidence l'infiuence de la

structure par le biais de relations empiriques qui mettaient en jeu des paramètres fortement

liés à la structure tels que la pression de préconsolidation a', la résistance au cisaillement

Cu ou la résistance en pointe nette qi*, Les essais de laboratoire ont appuyé cette

observation puisque dans l'état déstructurd (obtenu par le dépassement de la contrainte de

préconsolidation a',) l'influence de la structure diminua alors que celle des contraintes

augmente (figures 5.6, 5.15 et 5.16).

La figure 7.4 met en évidence 1'évoIution de I'infiuence de la contrainte avec

la structure pour l'ensemble des essais de laboratoire. Les courbes représentent le rapport

GdG- en fonction de la racine carrée de la contrainte d(o'&',,-) pour chacune des trois

phases (chargement, déchargement et rechargement). 0'- représente la contrainte verticale

maxhde appliquk à l'échantillon Après avoir déterminé le module mrucimal G- obtenu à

l'issue de chaque phase pour chaque essai partir des courbes moyennes, les résultats de

tous les essais ont été utilisés pour Isi figure 7.4. La phase stmcturée correspond au premier

chargement et la déstructuration a Lieu après dépassement de la contrainte de

préconsolidation et lors du cycle chargement - déchargement. Les pentes des 3 courbes

augmentent avec ia déstmcturation. Toutefois, la proportionnalit& entre le module GO en

phase ddslructurée et la racine carrée des contraintes n'est pas vraiment flagrante ici

Page 137: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

puisqu'en prolongeant les courbes de déchargement et de rechargement, le module sous

contrainte nuiie prendrait des valeurs légèrement négatives, ce qui n'a pas de sens physique.

y='" / ='vm'lx

Figure 7.4 : Evolution de la dependance 1 la contrainte pour chacune des phases de tous les essais.

Yasuda et al (1994) qui avaient réalisé des essais sur du gravier du Pléistocène et de

l'Holocène remanid et intact ont noté une différence de comportement des 2 types de

matériaux vis-à-vis de la contrainte : alors que pour des petites contraintes de consolidation,

le sol intact était plus sensible aux contraintes que le sol remanié, la tendance s'inversait

pour les plus grandes antraintes appliquées. D'autre part, pouf le p v i e r du Pléistocène, le

module d'Young E pour le sol intact était de 2 fois supérieur à celui du sol reconstitue. Pour

du gravier de l'Holocène (moins vieux), le fàcteur était de 1,3. 11 en est ressorti que la

sédimentation et la cimentation du sol affectait plus le module G que l'indice des vides e.

Nakagawa et al (1995) ont étudié I'évolution des liaisons structurales de l'argiie

parailelement A ceiie de la raideur (essais aux benders) lors d'un essai de wnsoiidation.

L'étude de ces liaisons est basée sur la constitution particulière des argiIes dont

l'arrangement est assuré par des charges électriques négatives et des forces de répulsion

Page 138: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

é1ectrostatiques. Ainsii les auteurs ont pu relier la conductivité de l'eau interstitielle et la

résistivité de I'ugiie aux liens de celle-ci. Ii s'est avéré que l'échantillon se déséquilibre juste

après l'application de la charge puis tend à retrouver un arrangement plus stable dont les

liaisons se développent, y compris pendant la consolidation secondaire. Cette structuration

lors de la consolidation secondaire explique donc le gain de raideur noté à ce même moment

et qui ne peut être uniquement dû à une variation de l'indice des vides.

m.3- Anisotropie

L'infiuence de la structure t rès importante par rapport à celle de la contrainte pour

des argiies intactes tend à démentir les relations entre les moddes verticaux et horizontaux

et le rapport des contraintes KO (cf. chapitre il')-

Effectivement, nous avons VU lors de l'analyse des essais de laboratoire que les

modules de cisaillement GO intacts ne répondaient pas aux formes empiriques du type

Roesler (1979) mais qu'un paramètre de structure apparaissait clairement. L'approche

préconisée reliant Ko au rapport des contraintes semble donc peu réaliste dans le cas

d'argiles structurées. Maheureusement, les courbes reliant le rapport des modules au

rapport des contraintes (figures 5.17 et 5.18) manifestent pour les deux sites testés une

dispersion très importante qui rend impossible l'analyse de l'évolution de ces deux

paramètres. Pourtant, Lefebvre et al (1994) avaient noté une grande influence du rapport des

contraintes Ko appliquées aux échantüions de St-Alban. Effectivement, les résultats

présentaient un écart de 70% pour des Ko de 0'65 et de 1, ce, pour deux profondeurs

examinées à la colonne résonante (figure 7.1).

Page 139: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

CONCLUSION

Les essais réalisés en 1aborato.k avec les éltments en pi6zocéramique et sur le

terrain avec la tomographie, une méthode de type « crosshole », ont tous deux mis en

évidence un effet de la structure des. argiles Champlain sur le module de cisaillement Gc

aux petites déformations. D'une part Ies essais de terrain font apparattre une relation de

proportionnalité simple entre Go et des pafam8tres tels que la résistance au cisaillement Cu,

la résistance en pointe nette q,-oVo ou la pression de préconsolidation o',. D'autre part, les

essais de laboratoire font apparaître un comportement qui s'écarte du comportement

observé lors d'autres études menées sur divers types de sols puisqu'en plus de l'effet de la

contrainte effective appliquée, la contrainte de préconsolidation o'p conditio~e la valeur

du module Go des argiles Champlain. Maiheureusement, les deux types d'essais prksentent

des écarts de résultats importants, et bien qu'une tendance générale puisse en être déduite, il

n'en reste pas moins une dispersion non négligeable.

La cellule d'essai pemettant de mesurer les modules de cisaillement Go dans deux

directions, à- priori très intéressante, a donné des dsultats très dispersés et par là même

inexploitables vis à vis l'anisotropie des argiies Champlain. En tout état de cause,

l'influence évidente de la structure empêche l'application des relations entre le rapport des

modules et le rapport des contraintes mises en avant dans différentes Ctudes.

La confusion de certaines ondes wues, les écarts avec les essais de terrain et les

résultats très irréguliers obtenus nuisent un tant soit peu à la coh€rence des essais de

laboratoire. Par contre, les essais de terrain sont pIus encourageants ne serait-ce que par la

rapidité à obtenir un profil des modules Go. Des conFumations sont toutefois nkessaires

pour que ces essais de tomographie se &Ment être un moyen efficace d'obtenir les

Page 140: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

caractéristiques de résistance et de structure citees plus haut. Des essais complémentaire:

(sur un site tel que Maskinongé) viendraient effectivement clarifier les phénomène5

observés pour les argiles molles et d'indice de plasticité faible puisque cette argile prksente

un rapport de surconsolidation ou une résistance faible mais un indice de plasticité plu2

élevé.

Page 141: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

BIBLIOGRAPHIE

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ANNEXE 1 :

ANNEXE 2 :

ANNEXES

Exemples cl ' ondes obtenues à 1' oscilloscope

- Résultats bruts de la série 1 (laboratoire) : Go = f(ayv)

- Courbes de compression associées : a = f(oYv)

Résultats comgés par rapport B l'indice des vides

[F(e) = e-1-3] de la série 1 de laboratoire :

GdF(e) = f@'d

Résultats de la série 1 - Influence de la contrainte :

Log Go = iwg a',)

Résultats de la série 2 - Anisotropie :

Go = f (0'")

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ANNEXE 1

Exemples d'ondes obtenues à I'oscilloscope

Page 152: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

1 SIGNAL RECU AF'F'AIBW

Signaux provenant de I'osciiioscope TEKTRONIX 2230. Grande celIuie - Propagation verticale Essai 5 - us, = 42 kPa

C'onde reçue est a&iilie mais le huitième pic se distingue assez bien.

Temps de propagation du huitiéme pic : 0.56 ms

Page 153: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

r SIGNAL RECU TRES AFFAIBLI

Signaux provenant de l'oscilloscope TEKTRONIX 2230. Grande ceIlde - Propagation verticale Essais-osv= 83.6 kPa

L'onde reçue est très a b l i e . Les 2&, 3&, 4-, 56C a pic reps se distinguent très

mal. Toutediois, la phiode du signai a la forme moyenne de l'onde reçue permettent de

situer le huitième pic qui est assez clair.

Temps de propagation du huitième pic : 0.46 ms

Page 154: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

1 SIGNAL PARASITE EN DEBITT DE RECEPTION

Signaux provenant de l'oscilloscope NKOLET 3 10. grande cellule - Propagation verticale Essai 9 - a', = 18.55 kPa

Un p r d e r signal (contenant 2 pics) apparaît nmement d'une pdriode beaucoup plus f ~ b l e

que les autres sinus. Pour obtenir un résuitat cohérent avec la suite de cet essai (les signaux

ne présentant pas tous ce phénomène), il s'avère que Ie premier pic reçu correspondant au

train d'ondes envoyé est celui indiqué sur la figure. De plus, iI est apparu assez souvent une

discontinuité au niveau du 9& MUS, ce @ c o h e 18 position du 8- pic.

Les 2 premiers pics correspondent sûrement à un signal parasite.

Temps de propagation du huitième pic : 1.62 ms

Page 155: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

1 SIGNAL EMIS SUPERPOSE A LA RECEPTION

Signaux provenant de i'oscüioscope NICOLET 3 10. Essai quelconque

Au niveau du signal reçu, une onde se superpose exactement à l'onde émise a masque

l'arrivée des pics. Ce probkme n'est pas survenu systématiquement, et la mise a la terre des

ceiiuies a permis d'y remédier définitivement.

Page 156: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

ANNEXE 2

- Résultats bruts de la série 1 de laboratoire : Go = f(o',)

- Courbes de compression associées : & = f(o'3

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Esai2-StAlbau-2.68m- d c 4 4 k P a :

Petite cellule

Page 158: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Essai 4 - St Aiban- 3-85 m - d p 1 kW :

Pt i t e cellule

Page 159: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Essai 5 - St Alban - 5.96 m - dE=82 kFb :

Petite cellule

Page 160: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Essai 5 - St Alban - 5-96 m - ~''42 kPa :

O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110 0; V a )

Grande cellule

Page 161: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Essai 6 - St Alban - 5.04 m - dE=77 kRi :

Petite cellule

Page 162: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Essai 7 - Lolriseville - 7.28 m - atE=147 kPa :

Grande ceWe

O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 a; Wa)

Grande ceiiuie

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Essai 8 - L o i r i d e - 8.95 m - otE=160 kPa :

Petik cellule

Page 164: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

Essai 9 - hinoeville - 4.53 m - de=l 17 kPa : Gran& cdlule

O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 LOO 110 120 130 a; Wa)

Graude cellule

Page 165: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

ANNEXE 3

Résultats comgés par rapport à l'indice des vides

[F(e) = e-1-3] de la série 1 de laboratoire : G@(e) = f(o',)

Page 166: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :
Page 167: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :
Page 168: MODULE DE CISAILLEMENT A PETITES DÉFORMATIONS DES … · 2004-11-29 · Figure 4.16 : Chenrinement des essais pour l'étude de l'anisotropie- Série 2 - Louiseville Figure 4.17 :

ANNEXE 4

Résultats de la série 1 - Influence de la contrainte :

Log Go= f(Log o',)

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ANNEXE 5

Résultats de la série 2 - Anisotropie :

Go = f(0' ,)

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ANISOTROPIE DES MODULES

ST-ESPRïî- 6 J m - ESSAI 1

ST-ESPRIT- 6 J m - ESSAI 2

20

16 --

I I I I I

,---, 1 , - - J - - - L - - - L - - - 1 -

I I I I [ [=] - - - - - 1 - - - J - - - 1 - - - L - - - 1 - - -

I I I I I I I

- - - - - # - - - A - - - . L - - - L - - - l - - - J - - - L - - - I

J - - - I - - - I

- - - I - - - I

---.l--- I

- - - L , - -

I

O

I 1 I I I I I

,,,,, l,,,J,,,l,-,L-,,l,,,J,,-l-~-J---L---

I t I I I I I I 1 I 1 1 1 I

1 1 I 1 I 1 8 I 1 1 I 1 I I l

O 20 10 60 80 100 120 140 160 a', (kPa)

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ANISOTROPIE DES MODULES

LOUISEVILLE- 7,73 m - ESSAI 1

O 20 . 40 60 80 100 120 140 o', (kPa)

LOUISEVILLE - 6,72 m - ESSAI 2

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ANISOTROPE DES MODULES LOUISEVILLE - 4.53 m

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ANISOTROPE DES MODULES ST-ALBAN - 5.96 m

20

1 6

1z

8

4 '

O , L

O fO 40 60 *O ZOO 120 -; -

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ANISOTROPE DES MODULES LOUISEVILLE - 7.28 m

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APPLlED 4 IMAGE. lnc a 1653 East Main Street - -- , Rochester. NY 14609 USA -- -- - , Phone: 71 6/48Z-O300 -- -- - - Fax: 71 61288-5989

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