Sommaire Théorie et pratique de la géotechnique

969

7DEOHGHVPDWLqUHV

3UpIDFH ...................................................................................... 5 3UpVHQWDWLRQGHVDXWHXUV ............................................... 76LJOHVHWDEUpYLDWLRQV ................................................... 9 ,QWURGXFWLRQ ....................................................................... 13

&KDSLWUH *pRORJLHGHVVROV ............................................................... 191.1 Minraux et roches ............................................................................... 19

1.1.1 Dfinitions de base ........................................................................ 19 1.1.1.1 Minral .............................................................................. 20 1.1.1.2 Cristal ............................................................................... 20 1.1.1.3 Roche ............................................................................... 21

1.1.2 Identification des minraux importants ......................................... 21 1.1.2.1 Pouvoir sparateur de lil .............................................. 22 1.1.2.2 Observations simples : couleur, clat, structure

cristalline et clivages ventuels ....................................... 22 1.1.2.3 Tests simples : duret, comportement avec leau,

raction HCl dilu ............................................................. 22

1.1.3 Proprits des minraux argileux ................................................. 24 1.1.3.1 Microstructure des argiles ............................................... 24 1.1.3.2 Proprits physico-chimique des argiles ........................ 28 1.1.3.3 tude exprimentale des caractristiques de surface

des particules dargile ...................................................... 29 1.1.3.4 Principaux types dargile .................................................. 31 1.1.3.5 Matriaux argileux ............................................................ 34

1.1.4 Principales familles de roches ...................................................... 35 1.1.4.1 Roches magmatiques ...................................................... 35 1.1.4.2 Roches mtamorphiques ................................................ 37 1.1.4.3 Roches sdimentaires ..................................................... 37

Table des matires

970

1.2 Les massifs rocheux ............................................................................. 39

1.2.1 Les surfaces de discontinuit ....................................................... 40 1.2.1.1 Stratification ..................................................................... 40 1.2.1.2 Diaclases .......................................................................... 41 1.2.1.3 Failles ............................................................................... 41 1.2.1.4 Schistosit ........................................................................ 43

1.2.2 Caractrisation des surfaces de discontinuit .............................. 43 1.2.2.1 Orientation ........................................................................ 43 1.2.2.2 Intensit de la fracturation ............................................... 44 1.2.2.3 tat de surface, remplissage ........................................... 45

1.2.3 Influence de la structure du massif sur la morphologie et le paysage ................................................................................. 45 1.2.3.1 Structure monoclinale ...................................................... 46 1.2.3.2 Structure plisse .............................................................. 46 1.2.3.3 Structure faille ................................................................ 47

1.2.4 Les htrognits des massifs (sols et roches) ......................... 47 1.2.4.1 Htrognits mtriques en terrain rocheux ............... 47 1.2.4.2 Htrognits mtriques en massif de sol .................... 49

1.3 Altration des roches. Formation des sols autochtones (altrites et colluvions) ......................................................................... 50

1.3.1 lments de climatologie .............................................................. 50 1.3.1.1 Les tempratures ............................................................. 51 1.3.1.2 La pluviomtrie ................................................................. 51 1.3.1.3 Les glaciations quaternaires ............................................ 52 1.3.1.4 Le changement climatique .............................................. 53

1.3.2 Processus daltration ................................................................... 53 1.3.2.1 Actions mcaniques ......................................................... 54 1.3.2.2 Actions chimiques ............................................................ 55

1.3.3 Pdogense .................................................................................. 55 1.3.3.1 Diffrents types de sols ................................................... 56 1.3.3.2 Profils pdologiques ........................................................ 57

1.3.4 Les sols organiques ...................................................................... 57 1.3.4.1 Les vases ......................................................................... 58 1.3.4.2 Les tourbes ...................................................................... 59

Thorie et pratique de la gotechnique

971

1.4 Les processus sdimentaires. Formation des sols allochtones (alluvions, moraines, etc.) .............................................. 60

1.4.1 Les processus sdimentaires ....................................................... 60

1.4.2 Les milieux montagnards .............................................................. 61 1.4.2.1 Moraines ........................................................................... 61 1.4.2.2 boulis et cnes torrentiels ............................................. 62 1.4.2.3 Matriaux fluvio-glaciaires ............................................... 63

1.4.3 Milieux fluviatiles ........................................................................... 64 1.4.3.1 Alluvions rcentes ............................................................ 65 1.4.3.2 Terrasses alluviales ......................................................... 66

1.4.4 Milieux littoraux .............................................................................. 67 1.4.4.1 Dunes ctires ................................................................. 67 1.4.4.2 Deltas ............................................................................... 67

1.5 Les cartes gologiques ........................................................................ 68

1.5.1 Principes de base .......................................................................... 68

1.5.2 Lgende des cartes gologiques .................................................. 72

1.5.3 dition des cartes. chelles disponibles ...................................... 73

1.5.4 La carte gologique au 1/50 000 .................................................. 73

1.6 Conclusion .............................................................................................. 75

1.7 Rfrences ............................................................................................. 76

&KDSLWUH +\GURORJLHHWQLYHDX[GHDXGDQVOHVRO ............... 792.1 Composantes du cycle hydrologique ................................................ 80

2.2 La distribution des eaux ....................................................................... 82

2.2.1 Lchelle globale : sphres, rservoirs, cycles ............................. 83

2.2.2 Lchelle continentale, rgionale ou locale .................................. 85

2.3 Les systmes hydrologiques .............................................................. 882.3.1 Limites et alimentation des systmes hydrologiques ................... 88 2.3.2 Dbits dcoulement des systmes hydrologiques ...................... 90

2.4 Le bilan hydrologique ........................................................................... 91

Table des matires

972

2.4.1 Formes possibles de lquation du bilan ...................................... 91

2.4.2 Applications ncessitant un bilan hydrologique ........................... 94

2.5 Le systme [aquifre + rivire] ........................................................... 94

2.5.1 Relations gologiques, structurales et morphologiques .............. 94

2.5.2 Relations hydrologiques cours deau nappe alluviale ............... 96

2.5.3 Courbe de tarissement, vidange des nappes et rserves ........... 99 2.5.3.1 Coefficient de tarissement et capacit

demmagasinement ......................................................... 100 2.5.3.2 Bilan de nappe et relation entre variation de charge

et emmagasinement ..................................................... 102 2.5.3.3 tude de lindice demmagasinement partir

de lhydrogramme ............................................................ 103

2.6 Application sur le bilan et le tarissement .......................................... 103

2.7 Impact potentiel de la crue de nappe sur un btiment .................. 106

2.7.1 tude prvisionnelle du niveau des plus hautes eaux (NPHE) ... 106

2.7.2 Application : projet de fondations de btiment sous nappe ......... 109

2.8 Linfiltration ............................................................................................. 112

2.8.1 Facteurs, courbes et paramtres descriptifs de linfiltration ........ 113

2.8.2 volution du profil de teneur en eau au cours dune averse ....... 116

2.9 Impact de linfiltration sur les rseaux et le bti .............................. 119

2.9.1 Les eaux claires parasites permanentes (ECPP) ........................ 120

2.9.2 Infiltrabilit des eaux pluviales et cartographie ............................ 121

2.9.3 Exemple de rinjection des eaux dexhaure ................................ 123

2.10 La remonte de nappe par cessation partielle ou totale de pompage .......................................................................... 124

2.11 Rfrences ............................................................................................. 130

&KDSLWUH 5HFRQQDLVVDQFHJpRSK\VLTXH .................................. 1333.1 Proprits physiques utilises ............................................................ 133

3.1.1 Densit ........................................................................................... 133


973

3.1.2 Vitesse de propagation des ondes lastiques ............................. 134

3.1.3 Proprits lectriques ................................................................... 138

3.1.4 Conductivit (ou rsistivit) lectrique .......................................... 139 3.1.4.1 Milieux sans argile, loi dArchie ....................................... 140 3.1.4.2 Milieux avec argile ........................................................... 140

3.1.5 Permittivit dilectrique ................................................................. 141

3.2 Prospection gravimtrique, microgravimtrie .................................. 144

3.2.1 Principe .......................................................................................... 144

3.2.2 Champ de gravit, potentiel et acclration de la pesanteur ...... 145 3.2.2.1 Loi de lattraction universelle ........................................... 145 3.2.2.2 Acclration de la pesanteur ........................................... 146

3.2.3 Mesure de la gravit ...................................................................... 146

3.2.4 Procdures et faisabilit de la microgravimtrie .......................... 147

3.2.5 Type de gravimtre ....................................................................... 147

3.2.6 Implantation des points et programme des mesures ................... 147

3.2.7 Corrections .................................................................................... 150 3.2.7.1 Correction de drives ....................................................... 150 3.2.7.2 Corrections de latitude ..................................................... 150 3.2.7.3 Corrections de Bouguer ................................................... 151

3.2.8 Interprtation des prospections gravimtriques ........................... 152 3.2.8.1 Interprtation qualitative .................................................. 153 3.2.8.2 Dtermination des paramtres invariants ou limitant

les solutions ..................................................................... 155

3.2.9 Utilisation de la mthode en gnie civil ........................................ 156

3.2.10 Application la recherche de vides sous voie ferre .................. 156

3.3 Prospection sismique ........................................................................... 158

3.3.1 Sismique rflexion (trs haute rsolution en gnie civil) .............. 159

3.3.2 Sismique rfraction ....................................................................... 1633.3.2.1 Terrain tabulaire ............................................................... 163 3.3.2.2 Terrains non tabulaires .................................................... 165 3.3.2.3 Application de la mthode au gnie civil .......................... 167 3.3.2.4 Exemple ........................................................................... 168

3.3.3 Tomographie sismique .................................................................. 168

3.3.4 Sismique en ondes de surface ..................................................... 169

Table des matires

974

3.4 Mthodes lectriques ........................................................................... 1723.4.1 Principe des diffrentes mthodes ............................................... 172

3.4.1.1 Mthode lectrique .......................................................... 173 3.4.1.2 Mthodes lectromagntiques basse frquence ............ 173 3.4.1.3 Mthode lectromagntique haute frquence ................ 173

3.4.2 Mthode lectrique ........................................................................ 1733.4.2.1 Principe de la mesure, le quadriple ............................... 173 3.4.2.2 Mise en uvre de la mthode : principes ....................... 176 3.4.2.3 Exemples ......................................................................... 178 3.4.2.4 Interprtation des mesures .............................................. 179 3.4.2.6 Multiples mobiles ........................................................... 181 3.4.2.7 Ralisation des mesures ................................................. 183 3.4.2.8 Application de la mthode au gnie civil ......................... 183

3.4.3 Mthode lectrostatique ................................................................ 183 3.4.3.1 Principe de la mesure ...................................................... 183 3.4.3.2 Application de la mthode au gnie civil ......................... 184

3.4.4 Mthodes lectromagntiques basse frquence ......................... 185 3.4.4.1 Effet de peau, profondeur de pntration, nombre

dinduction ........................................................................ 185 3.4.4.2 Modes lectromagntiques basses frquences ............. 186 3.4.4.3 Sources utilises .............................................................. 186 3.4.4.4 Mthodes lectromagntiques basses frquences

en champ lointain ............................................................. 186 3.4.4.5 Mthodes basse frquence en champ proche ............... 188

3.4.5 Mesures haute frquence, radar-sol (Ground Penetrating Radarou Go-Radar) ou radar gologique ............................................ 190 3.4.5.1 Principe de la mthode .................................................... 190 3.4.5.2 Applications ...................................................................... 191 3.4.5.3 Application de la mthode en gnie civil ......................... 193

3.5 Synthse de lutilisation des mthodes ............................................ 193

3.6 Rfrences ............................................................................................. 196

&KDSLWUH 5HFRQQDLVVDQFHJpRORJLTXH ........................................ 1974.1 Les forages gologiques ..................................................................... 198

4.1.1 Moyens de reconnaissance .......................................................... 198


975

4.1.1.1 Le sondage carott .......................................................... 198 4.1.1.2 Le forage destructif avec diagraphies instantanes ....... 198 4.1.1.3 Le passage de camra en forage ................................... 199 4.1.1.4 Les pntromtres ........................................................... 199 4.1.1.5 Les tarires ...................................................................... 199 4.1.1.6 Les sondages la pelle ................................................... 199 4.1.1.7 Les puits blinds .............................................................. 199

4.1.2 Les foreuses .................................................................................. 200 4.1.2.1 Les sondeuses de reconnaissance ................................. 200 4.1.2.2 Les foreuses de production ............................................. 202

4.1.3 Les tubages ................................................................................... 203

4.1.4 Les fluides de perforation .............................................................. 203

4.1.5 Les outils du forage rotatif ............................................................. 204 4.1.5.1 Les carottiers .................................................................... 204 4.1.5.2 Les outils dsagrgateurs (ou destructifs )

en rotation simple ............................................................. 209

4.1.6 Matriel de forage en rotopercussion ........................................... 212

4.1.7 Incidents de carottage ................................................................... 212 4.1.7.1 Perte deau ou du fluide de forage .................................. 212 4.1.7.2 Grippage de lensemble mobile ....................................... 212 4.1.7.3 Rcupration nulle ........................................................... 212 4.1.7.4 Chute doutil et avance rapide ......................................... 213 4.1.7.5 Problmes particuliers en cas de prsence de cavits ... 213

4.1.8 Exploitation et prsentation du carottage ..................................... 213 4.1.8.1 Contrle de qualit des carottes ...................................... 213 4.1.8.2 Les caisses de carottes ................................................... 213

4.1.9 Les sondages pntromtriques .................................................. 217

4.2 Les diagraphies instantanes en forage .......................................... 217

4.2.1 Introduction .................................................................................... 217

4.2.2 Les principaux types dappareils Principe de fonctionnement des matriels ............................................................................. 218

4.2.3 Les variables intervenant sur le paramtre de vitesse davancement de loutil de forage rotatif ....................................... 220 4.2.3.1 La pression sur loutil et la vitesse de rotation ................ 221 4.2.3.2 La pression du fluide dinjection ...................................... 222 4.2.3.3 La nature de loutil : type, diamtre, degr dusure ........ 222

Table des matires

976

4.2.4 Forage en rotopercussion ............................................................. 224

4.2.5 Applications ................................................................................... 224 4.2.5.1 Dtection de vides francs et de cavits .......................... 224 4.2.5.2 Altration des sols et des roches, contrle de la validit

des essais mcaniques en place .................................... 225 4.2.5.3 Lithostratigraphie ............................................................. 227 4.2.5.4 Contrle damlioration de terrains ................................. 227 4.2.5.5 Contrle de la qualit des couches situes au-dessus

de cavits ......................................................................... 228

4.2.6 Conclusion ..................................................................................... 228

4.3 Les diagraphies nuclaires ................................................................. 230

4.3.1 Les diagraphies de radioactivit naturelle (RAN) ......................... 230 4.3.1.1 Le principe ........................................................................ 230 4.3.1.2 Les compteurs ................................................................. 230 4.3.1.3 Les mesures de radioactivit naturelle ........................... 230 4.3.1.4 Utilisation de la RAN globale ........................................... 231

4.3.2 Diagraphies gamma-gamma et neutron-neutron ......................... 237 4.3.2.1 Principes des mthodes .................................................. 237 4.3.2.2 Mise en uvre, limites de la mthode ............................ 237 4.3.2.3 Intrt des diagraphies gamma-gamma

et neutron-neutron ........................................................... 238

4.4 Rfrences ............................................................................................. 240

&KDSLWUH ,GHQWLILFDWLRQHWFODVVLILFDWLRQGHVVROV ............. 2415.1 Dfinitions du modle lmentaire de sol .................................... 241

5.2 Identification des sols ........................................................................... 246

5.2.1 Paramtres de nature ................................................................... 246 5.2.1.1 La granularit ................................................................... 246 5.2.1.2 Largilosit ........................................................................ 249 5.2.1.3 Dtermination de la masse volumique des particules .... 259 5.2.1.4 Dtermination des masses volumiques minimale

et maximale des sols non cohrents ............................... 259 5.2.1.5 Constituants minraux et organiques .......................... 259


977

5.2.2 Paramtres dtat .......................................................................... 260 5.2.2.1 Dtermination de la teneur en eau pondrale ................ 260 5.2.2.2 Dtermination de la masse volumique totale des sols

en laboratoire ................................................................... 262 5.2.2.3 Dtermination de la masse volumique du sol en place .. 262

5.3 Dnomination des sols ........................................................................ 262

5.3.1 Critres principaux ........................................................................ 262 5.3.1.1 La granularit ................................................................... 263 5.3.1.2 La teneur en carbonates .................................................. 265 5.3.1.3 La teneur en matires organiques .................................. 265

5.3.2 Les qualificatifs .............................................................................. 265 5.3.2.1 Lactivit de bleu de la fraction argileuse ........................ 266 5.3.2.2 La plasticit et lindice de consistance ............................ 267 5.3.2.3 La compacit .................................................................... 267 5.3.2.4 La densit ......................................................................... 268

5.4 Valeurs types ......................................................................................... 268

5.5 Classification des sols .......................................................................... 272

5.5.1 La classification gotechnique des sols des LPC (Ifsttar) ........... 272

5.5.2 La classification des matriaux utilisables dans la construction des remblais et des couches de forme ......................................... 274 5.5.2.1 Utilisation des sols et des roches dans les remblais

et les couches de forme .................................................. 274 5.5.2.2 Classification des sols ..................................................... 276 5.5.2.3 Classification des matriaux rocheux ............................. 285 5.5.2.4 Classification des sols organiques et des sous-produits

industriels ......................................................................... 288

5.6 Rfrences ............................................................................................. 288

&KDSLWUH 'pSODFHPHQWVHWGpIRUPDWLRQVGHVPDVVLIV GHVRO ....................................................................................... 293

6.1 Domaines dtude ................................................................................. 294

6.2 Illustrations des dplacements et des dformations dun massif de sol ....................................................................................................... 295

Table des matires

978

6.3 Dplacements et dformations dun domaine lmentaire en coordonnes cartsiennes ............................................................ 299

6.3.1 Description du mouvement du massif de sol ............................... 299

6.3.2 tudes des petits dplacements rigides : translation et rotation densemble .................................................................................... 301 6.3.2.1 Translation densemble (rigide) ....................................... 301 6.3.2.2 Rotation densemble (rigide) ........................................... 302

6.3.3 tude de la dformation infinitsimale ......................................... 304 6.3.3.1 Dfinition du vecteur dformation ................................... 305 6.3.3.2 Les dilatations en coordonnes cartsiennes ................ 306 6.3.3.3 Les glissements en coordonnes cartsiennes ............. 308

6.3.4 Conclusions sur les dplacements et les dformations du massif de sol ou dun lment de structure ............................................. 309

6.3.5 Dilatations et directions principales du tenseur de dformations infinitsimales ................................................................................ 312

6.3.6 Dilatation cubique en dformations infinitsimales ...................... 315

6.3.7 Dcomposition du tenseur de dformations infinitsimales en partie sphrique et dviatorique .............................................. 315

6.3.8 Gnralits sur la reprsentation gomtrique du tenseur de dformations infinitsimales .................................................... 316

6.3.9 Reprsentation gomtrique du tenseur de dformation infinitsimale dans les axes fixes principaux X1, X2, X3. Reprsentation de Lam ............................................................... 317

6.3.10 Reprsentation gomtrique du tenseur de dformations infinitsimales dans les axes lis , g. Reprsentation de Mohr ............................................................... 317

6.4. Dplacements et dformations dun domaine lmentaire en coordonnes cylindriques .............................................................. 325

6.4.1 Dfinitions des composantes du dplacement ............................ 325

6.4.2 Dfinitions des composantes du tenseur de dformation dans le cas tridimensionnel ........................................................... 326

6.4.3 Dfinitions des composantes du tenseur de dformation en dformation plane .................................................................... 327


979

6.4.4 Dfinitions des composantes du tenseur de dformation en dformation plane et en axisymtrie ....................................... 328

6.4.5 Dilatation cubique en dformations infinitsimales ..................... 330

6.5 Application .............................................................................................. 330

6.5.1 Dformation plane ......................................................................... 331

6.5.2 Dformations principales et directions principales analytiquement .............................................................................. 331 6.5.2.1 Dformations principales ................................................. 331 6.5.2.2 Directions principales ....................................................... 331

6.5.3 Dformations principales et directions principales par le cercle de Mohr .......................................................................................... 332

6.6 Rfrences ........................................................................................ 333

&KDSLWUH &RQWUDLQWHVGDQVOHVPDVVLIVGHVROV ..................... 3357.1 Notion de contrainte. Dfinition du vecteur contrainte ................... 336

7.1.1 Vecteur contrainte ......................................................................... 336

7.1.2 Contraintes orthogonales en un point .......................................... 338

7.1.3 Tenseurs des contraintes en contraintes cartsiennes ............... 339

7.2 quations dquilibre ............................................................................ 343

7.2.1 quations dquilibre en coordonnes cartsiennes ................... 343 7.2.1.1 Dformation plane ........................................................... 343 7.2.1.2 Cas tridimensionnel ......................................................... 344

7.2.2 quations dquilibre en coordonnes cylindriques ..................... 344 7.2.2.1 Dformation plane ........................................................... 344 7.2.2.2 Cas tridimensionnel ......................................................... 346 7.2.2.3 Dformation plane et chargement de rvolution ............. 347

7.2.3 Expression tensorielle de lquation dquilibre ........................... 348

7.3 tude locale du tenseur de contraintes ............................................ 349

7.3.1 Contrainte normale et contrainte tangentielle .............................. 349

7.3.2 Rciprocit des contraintes ........................................................... 350

7.3.3 Contraintes et directions principales du tenseur de contraintes .. 351

Table des matires

980

7.3.4 Dcomposition du tenseur de contraintes en partie sphrique et dviatorique ............................................................................... 353

7.3.5 Contraintes octadriques .............................................................. 354

7.3.6 Applications aux calculs des contraintes dans le sol ................... 354 7.3.6.1 Massif semi-infini surface horizontale soumis

aux forces de pesanteur .................................................. 354 7.3.6.2 Massif semi-infini surface incline soumis

aux forces de pesanteur .................................................. 356

7.3.7 Gnralits sur la reprsentation gomtriquedu vecteur contrainte ..................................................................... 358 7.3.7.1 Reprsentation gomtrique du vecteur contrainte t(n)

dans les axes fixes principaux X1, X2, X3. Reprsentation de Lam ................................................. 358

7.3.7.2 Reprsentation gomtrique du vecteur contrainte t(n)dans les axes lis , la facette. Reprsentation de Mohr .................................................. 359

7.4 Sols saturs. Contraintes effectives et postulat de Terzaghi ............................................................................................ 377

7.4.1 Chargement dun massif de gravier satur .................................. 377

7.4.2 Postulat de Terzaghi ..................................................................... 378

7.4.3 Application au sol grenu satur .................................................... 379

7.5 Sols non saturs. Succion dans les sols .......................................... 379

7.5.1 Diffrents types de succion ........................................................... 380 7.5.1.1 Succion capillaire dans les sols granulaires ................... 380 7.5.1.2 Succion physico-chimique dans les sols fins .................. 381 7.5.1.3 Succion matricielle ........................................................... 382

7.5.2 Relation entre la succion, le degr de saturation, la teneur en eau, lindice des vides .............................................................. 382

7.5.3 Domaines de non-saturation ......................................................... 385

7.5.4 Choix de variables de contrainte .................................................. 389

7.5.5 Techniques de mesure de succion ............................................... 390 7.5.5.1 Mesure par translation daxes ......................................... 390 7.5.5.2 Mesure par technique osmotique .................................... 391


981

7.5.5.3 Mesure par phase vapeur ............................................... 391 7.5.5.4 Mesure par tensiomtrie .................................................. 392 7.5.5.5 Mesure par psychromtrie ............................................... 392 7.5.5.6 Mesure par papier-filtre .................................................... 393

7.6 Rfrences ............................................................................................. 394

&KDSLWUH &RQVROLGDWLRQHWIOXDJHGHVVROV ............................... 3978.1 Prsentation du couplage hydromcanique des sols saturs ..... 397

8.1.1 tat initial ................................................................................... 399

8.1.2 Loi de comportement ................................................................ 399

8.2 Consolidation et fluage des sols saturs .......................................... 399

8.2.1 Prsentations de la consolidation et du fluage ............................ 399

8.2.2 Consolidation unidimensionnelle .................................................. 400 8.2.2.1 Dfinition de la consolidation ........................................... 400 8.2.2.2 Application de la consolidation unidimensionnelle

au tassement dune couche dargile molle ................... 402

8.3 Courbes domtriques ....................................................................... 403

8.3.1 Dfinitions des courbes domtriques ........................................ 403

8.3.2 Diffrents tats initiaux du sol ....................................................... 406

8.3.3 Dtermination de la contrainte de prconsolidation ................................. 408

8.3.4 Diffrents paramtres de lessai domtrique ............................ 409

8.4 Calculs du tassement unidimensionnel de consolidation .................................................................................... 411

8.4.1 Cas du sol normalement consolid .............................................. 411

8.4.2 Cas du sol surconsolid ................................................................ 413

8.4.3 Applications ............................................................................... 414

8.5 Estimation du temps de consolidation unidimensionnel ............... 416

8.5.1 quation de la consolidation ..................................................... 416

8.5.2 Coefficients de consolidation ........................................................ 417

Table des matires

982

8.5.3 Dtermination des isochrones .................................................. 419

8.5.4 Calcul du temps de tassement ..................................................... 421

8.5.5 Application ..................................................................................... 423

8.6 Consolidation bidimensionnelle .......................................................... 424

8.7 Fluage ..................................................................................................... 429

8.7.1 Phnomne de fluage du sol ........................................................ 429

8.7.2 Modles lmentaires unidimensionnels de fluage du sol .......... 430 8.7.2.1 Description de la viscosit ............................................... 430 8.7.2.2 Modle viscolastique de Maxwell .................................. 431 8.7.2.3 Modle viscolastique de Kelvin-Voigt ........................... 432 8.7.2.4 Modle viscoplastique de Bingham ................................ 434 8.7.2.5 Autres modles ................................................................ 435

8.7.3 Effet du fluage sur la valeur de la pression de prconsolidation ....................................................................... 437 8.7.3.1 Rseau des lignes de temps de Bjerrum .................. 437 8.7.3.2 Calcul de la pression de prconsolidation en fonction

de la dure de chargement .......................................... 438

8.7.4 Effet du fluage sur la surface de charge ........................................ 441

8.7.5 Paramtres des lois de fluage .................................................... 441

8.7.6 Calcul pratique du tassement de fluage dun massif de sol ..... 442

8.7.7 Application ..................................................................................... 443

8.8 Valeurs indicatives des caractristiques de consolidation et de fluage de sols fins ........................................ 445

8.9 Corrlations pour un site gographique donn ............................... 446

8.10 Rfrences ............................................................................................. 448

&KDSLWUH *pQpUDOLWpVVXUOHVORLVGHFRPSRUWHPHQWGHVVROV ............................................................................................... 451

9.1 Historique des lois de comportements des sols ............................. 451

9.1.1 Premire priode : le sol, matriau monophasique ..................... 451


983

9.1.2 Deuxime priode : le sol, matriau biphasique .......................... 452

9.1.3 Troisime priode : le sol, matriau triphasique .......................... 452

9.1.4 Exemple dtudes de comportement de sols ............................... 452

9.1.5 Comportement des sols suivant leur tat de saturation .............. 453

9.2 Gnralits sur le comportement des matriaux ............................ 454

9.2.1 tude du comportement de lacier doux ....................................... 454

9.2.2 tude du comportement de lacier croui ..................................... 456

9.2.3 tude du comportement du sol satur par lessai domtrique et lessai triaxial ............................................................................ 4589.2.3.1 Essais triaxiaux sur des prouvettes de sol satur.

Essais drains .................................................................. 460 9.2.3.2 Essais triaxiaux sur des prouvettes de sol satur.

Essais non drains .......................................................... 461

9.2.4 Chemins de contraintes des essais triaxiaux de rvolution ......... 462 9.2.4.1 Chemin de contraintes dans les axes de Mohr .............. 462 9.2.4.2 Chemin de contraintes dans les axes de Cambridge ..... 463 9.2.4.3 Chemin de contraintes dans les axes de Lambe ........... 464

9.3 tablissement des lois de comportement du squelette du sol ..... 466

9.3.1 Gnralits sur les lois de comportement .................................... 466

9.32 tablissement des lois lastoplastiques ...................................... 467 9.3.2.1 Surfaces de charge et domaines dlasticit actuels ...... 468 9.3.2.2 Rgles dcoulement plastique. Lois de dformation

plastique .......................................................................... 470

9.4 Rfrences ............................................................................................. 472

&KDSLWUH /RLVGHFRPSRUWHPHQWpODVWLTXHSDUIDLWHPHQWSODVWLTXH .............................................. 475

10.1 Loi de comportement lastique linaire ............................................ 476

10.1.1 Modules et coefficient dlasticit .............................................. 478 10.1.1.1 Compression simple ou traction simple ....................... 478 10.1.1.2 Cisaillement simple ....................................................... 479 10.1.1.3 Compression isotrope ................................................... 479

Table des matires

984

10.1.2 Loi de Hooke ............................................................................... 480

10.1.3 lasticit plane ............................................................................ 482 10.1.3.1 Dformation plane ......................................................... 482 10.1.3.2 Contrainte plane (ou quasi plane) ................................ 483

10.1.4 Applications aux calculs des tubes pais .................................. 484 10.1.4.1 Calculs des dplacements et des contraintes

dans le cas gnral ....................................................... 485 10.1.4.2 Cas de la pression intrieure seule Pi ....................... 486 10.1.4.3 Cas de la pression extrieure seule Pe ........................ 487 10.1.4.4 Cas du tube de rayon intrieur infiniment petit

soumis une pression extrieure Pe ............................ 488 10.1.4.5 Cas du tube mince ........................................................ 489

10.1.5 Formules et abaques de distribution des contraintes dans le sol dues certains types de surcharges ......................................... 489

10.1.5.1 Diffusion dune force ponctuelle unique P applique la surface du sol ......................................................... 489

10.1.5.2 Charge rpartie sur une aire finie la surface du sol .. 491 10.1.5.3 Charge applique par un remblai infiniment long ........ 496 10.1.5.4 Distribution des contraintes dans un angle solide ....... 498

10.1.6 Dtermination et choix du module dlasticit E ....................... 500 10.1.7 Dtermination du coefficient de Poisson ................................ 503 10.1.8 Dtermination du module dlasticit Eu

et du coefficient de Poisson u ................................................... 504 10.2 tudes du domaine lastique et des critres

de rupture ............................................................................................... 505

10.2.1 Critre de plasticit de Mohr-Coulomb ...................................... 505 10.2.1.1 Dtermination de et c dans les axes de Mohr ...... 508 10.2.1.2 Dtermination de et c dans les axes

de Cambridge .......................................................... 509 10.2.1.3 Dtermination de et c dans les axes de Lambe ... 510 10.2.1.4 Dtermination de langle de dilatance .................... 511

10.2.2 Critre de plasticit de Tresca ................................................... 512 10.2.2.1 Dtermination de cu dans les axes de Lambe ........... 513 10.2.2.2 Dtermination de cu dans les axes de Mohr .............. 514 10.2.2.3 Dtermination de cu .................................................. 515


985

10.3 Amlioration de la loi lastique linaire parfaitement plastique ... 516

10.4 Modlisation dessais triaxiaux drains ............................................ 518

10.5 Rfrences ............................................................................................. 519

&KDSLWUH /RLVpODVWRSODVWLTXHVDYHFpFURXLVVDJH............ 52111.1 Comportement des argiles idales reconstitues

et satures dans le domaine normalement consolid. Notion dtat critique ............................................................................. 521

11.1.1 Compression isotrope ................................................................ 522

11.1.2 Essais triaxiaux dans le domaine normalement consolid .... 524

11.2 Comportement des argiles idales reconstitues et satures, dans le domaine surconsolid. Notion de surface de charge ...... 529

11.3 Modle de Cam-Clay modifi ............................................................. 530

11.3.1 Description du modle de Cam-Clay modifi ............................ 530

11.3.2 Applications du modle de Cam-Clay modifi linterprtation des essais triaxiaux sur des argiles ........................................... 535 11.3.2.1 Essai triaxial de compression, avec consolidation

isotrope, drain, CID, dune argile reconstitue sature normalement consolide ............................... 536

11.3.2.2 Essai triaxial de compression, avec consolidation isotrope, non drain, CIU, dune argile reconstitue sature normalement consolide ............................... 537

11.3.2.3 Essai triaxial de compression, avec consolidation isotrope, drain, CID, dune argile reconstitue sature lgrement surconsolide ............................. 537

11.3.2.4 Essai triaxial de compression, avec consolidation isotrope, non drain, CIU, dune argile reconstitue sature lgrement surconsolide ............................. 538

11.3.2.5 Essai triaxial de compression, avec consolidation isotrope, drain, CID, dune argile reconstitue sature fortement surconsolide ............................................. 539

11.3.2.6 Essai triaxial de compression, avec consolidation isotrope, non drain, CIU, dune argile reconstitue sature fortement surconsolide ............................... 540

Table des matires

986

11.3.2.7 Exploitation des essais triaxiaux sur des argiles satures naturelles ..................................................... 541

11.3.2.8 Dterminations exprimentales de la surface de charge et de ltat critique des argiles naturelles . 542

11.4 Rfrences ............................................................................................. 547

&KDSLWUH &RPSRUWHPHQWGHVVROVQRQVDWXUpV ................. 54912.1 Effet de la succion sur la compressibilit ...................................... 549

12.2 Effet de la succion sur la rsistance au cisaillement .................. 551

12.2.1 Influence de la succion ........................................................... 551

12.2.2 Influence de la contrainte de confinement ............................. 552

12.3 Angle de frottement et cohsion apparents ................................. 554

12.4 Influence de la succion sur la surface de charge ........................ 554

12.5 Phnomne de gonflement et deffondrement ............................ 555

12.6 Dformation plastique due la succion ........................................ 556

12.7 Couplage succion-contrainte (ou pression de prconsolidation) .................................................. 557

12.8 Lois de comportement ..................................................................... 559

12.8.1 Gnralits ............................................................................. 559

12.8.2 Modles lastiques ................................................................. 562

12.8.3 Modles lastoplastiques ....................................................... 562

12.9 Rfrences ........................................................................................ 568

&KDSLWUH +\GUDXOLTXHGHVVROV ..................................................... 57113.1 quations gnrales de la mcanique des fluides ......................... 571

13.2 quation de continuit en milieu poreux .......................................... 573

13.2.1 Notion de volume lmentaire reprsentatif .............................. 573

13.2.2 Vitesse de filtration, continuit macroscopique ......................... 574

13.2.3 Terme source .............................................................................. 576


987

13.3 quation de Navier-Stokes milieux poreux modles .................. 576

13.3.1 Simplifications ............................................................................. 577

13.3.2 Cas dun tube cylindrique ........................................................... 577

13.4 Le thorme de Bernoulli .................................................................... 578

13.4.1 nonc ........................................................................................ 578

13.4.2 Dmonstration ............................................................................ 579

13.4.3 Principe du manomtre .............................................................. 580

13.4.4 Application : loi de Torricelli ........................................................ 581

13.5 Charge hydraulique .............................................................................. 582

13.5.1 coulement laminaire dun fluide visqueux ............................... 582

13.5.2 coulement laminaire dans un tube et perte de charge ........... 582

13.5.3 Charge et gradient hydraulique, isopizes ................................ 583

13.5.4 Description de lcoulement par les courbes isopizes ............ 587

13.5.5 Application un ouvrage gotechnique : le batardeau ............. 590

13.6 La loi de Darcy (1856) .......................................................................... 592

13.6.1 Lexprience de Darcy et le coefficient de permabilit ............ 592

13.6.2 Permabilit intrinsque ............................................................. 593

13.6.3 Relations entre permabilit intrinsque et porosit ................. 595 13.6.3.1 Hazen (1911) / Taylor (1948) ..................................... 595 13.6.3.2 Terzaghi (1925) .......................................................... 596 13.6.3.3 Kozeny (1927) / Carman (1937) ................................ 596

13.6.4 Application : coulement dune nappe libre vers un canal ..... 597

13.7 Gnralisation de la loi de Darcy ....................................................... 598

13.7.1 Tenseur de permabilit ............................................................. 598

13.7.2 Transmissivit ............................................................................. 600

13.8 Limites de validit de la loi de Darcy ................................................. 602

13.8.1 Gradients faibles ......................................................................... 602

13.8.2 Gradients forts ............................................................................ 603

13.8.3 Rgime transitoire ...................................................................... 603

Table des matires

988

13.9 quation gnrale de lcoulement en milieu satur ..................... 603

13.10 tude des rseaux dcoulement : cas unidimensionnel ........... 606

13.10.1 Sol homogne .......................................................................... 606

13.10.2 Multicouche .............................................................................. 607 13.10.2.1 coulement vertical ................................................. 607 13.10.2.2 coulement horizontal ............................................. 608

13.11 tude des rseaux dcoulement : cas bidimensionnel ............. 609

13.11.1 Conditions aux limites .............................................................. 610 13.11.1.1 Condition de Neumann, flux impos ....................... 610 13.11.1.2 Condition de Dirichlet, potentiel impos .................. 611 13.11.1.3 Condition de surface libre et de suintement ........... 611

13.11.2 Mthode graphique de trac du rseau dcoulement : cas du batardeau ..................................................................... 612

13.11.3 Mthode numrique du trac du rseau dcoulement : cas du batardeau ..................................................................... 614

13.11.4 Mthode numrique de trac du rseau dcoulement pour une fouille blinde dans un monocouche ....................... 615

13.11.5 coulement de leau dans un batardeau le long dun cran dans une couche de sol infinie. Solution de Mandel .............. 618

13.11.6 coulement dans un batardeau le long dun cran dans une couche de sol limite par un substratum impermable. Solution de Mandel .................................................................. 619

13.11.7 Abaques de Davidenkoff pour un batardeau .......................... 620

13.12 Rupture du fond de fouille dorigine hydraulique .......................... 622

13.12.1 Soulvement hydraulique global du terrain ............................ 623

13.12.2 Forces hydrodynamiques exerces par lcoulement de leau sur les grains, boulance ............................................. 623

13.12.3 rosion interne et rgressive ................................................... 625

13.13 Hydraulique des sols non saturs ................................................... 626

13.14 Rfrences .......................................................................................... 630


989

&KDSLWUH (VVDLVGHODERUDWRLUH ..................................................... 63314.1 Lessai domtrique ............................................................................ 633

14.1.1 Sol non gonflant .......................................................................... 635

14.1.2 Sol gonflant ................................................................................. 637

14.1.3 Application .................................................................................. 638

14.1.4 Dtermination du coefficient de consolidation verticale ............ 639 14.1.4.1 Mthode de Taylor ..................................................... 640 14.1.4.2 Mthode de Casagrande ............................................ 641 14.1.4.3 Mthode partir de la mesure du coefficient

de permabilit verticale ............................................ 641 14.1.4.4 Dtermination des paramtres de fluage .................. 647

14.2 Essais de cisaillement lappareil triaxial ........................................ 648

14.2.1 Essais de cisaillement lappareil triaxial .................................. 648

14.2.2 Appareil triaxial ........................................................................... 649

14.2.3 Description de lessai .................................................................. 650

14.2.4 Exploitation des rsultats de lessai ........................................... 652

14.2.5 Diffrents types dessais ............................................................ 652 14.2.5.1 Essai UU (unconsolidated undrained) ....................... 652 14.2.5.2 Essai CD (consolidated drained) sur sols saturs .... 653 14.2.5.3 Essai CU + u (consolidated undrained) avec mesure

de u sur sols saturs .................................................. 654

14.3 Essais de cisaillement rectiligne la bote ...................................... 665

14.3.1 Description de lessai .................................................................. 666

14.3.2 Exploitation des rsultats de lessai ........................................... 666

14.4 Essais de laboratoire sur sols non saturs ...................................... 669

14.5 Rfrences ........................................................................................ 671

&KDSLWUH (VVDLVLQVLWX ...................................................................... 67315.1 Essai pressiomtrique Mnard ........................................................... 674

15.1.1 Domaine dapplication ................................................................ 674

15.1.2 Principe de lessai ....................................................................... 674

Table des matires

990

15.1.3 Appareillage ................................................................................ 674 15.1.3.1 Contrleur pression-volume ....................................... 675 15.1.3.2 Sondes ........................................................................ 675 15.1.3.3 Lenregistreur .............................................................. 676

15.1.4 Ralisation du sondage pressiomtrique .................................. 676 15.1.4.1 Forage pressiomtrique ............................................. 676 15.1.4.2 Essai pressiomtrique ................................................ 676

15.1.5 Expression des rsultats ............................................................ 679 15.1.5.1 Analyse thorique de lessai pressiomtrique ........... 679 15.1.5.2 Courbe pressiomtrique corrige .............................. 681 15.1.5.3 Dtermination du module pressiomtrique Mnard .. 681 15.1.5.4 Dtermination de la pression de fluage ..................... 682 15.1.5.5 Dtermination de la pression limite ............................ 682 15.1.5.6 Pression limite pressiomtrique nette, pression

de fluage pressiomtrique nette ................................. 683 15.1.5.7 Qualits ncessaires lexcution dun essai

pressiomtrique .......................................................... 683 15.1.5.8 Exemple de dpouillement dun essai

pressiomtrique .......................................................... 685 15.1.5.9 Exemple de sondage pressiomtrique ...................... 685 15.1.5.10 Ordre de grandeur des pressions limites ................... 685

15.2 Essai de pntration statique ............................................................. 688



15.2.3 Appareillage ............................................................................ 690

15.2.4 Ralisation de lessai de pntration statique ........................... 694

15.2.5 Expression des rsultats ............................................................ 694

15.2.6 Identification des sols ............................................................. 695

15.2.7 Ordre de grandeur des rsistances de pointe ........................ 696

15.3 Essais de pntration statique au pizocne .................................. 697



15.3.3 Appareillage ................................................................................ 698


991

15.3.4 Ralisation de lessai au pizocne ........................................... 698


15.3.6 Identification des sols et potentiel de liqufaction au sisme ... 700

15.3.7 Estimation du coefficient local de permabilit horizontale ...... 700

15.4 Essai de cisaillement (sur site) au phicomtre ................................ 702



15.4.3 Appareillage ................................................................................ 703

15.4.4 Ralisation de lessai .................................................................. 703


15.5 Pntromtres dynamiques de reconnaissance ............................ 705

15.5.1 Pntromtre dynamique A ....................................................... 705 15.5.1.1 Principe de lessai ....................................................... 705 15.5.1.2 Domaine dapplication ................................................ 705 15.5.1.3 Appareillage ................................................................ 705 15.5.1.4 Ralisation de lessai .................................................. 706 15.5.1.5 Expression des rsultats ............................................ 706

15.5.2 Pntromtre dynamique B ....................................................... 707 15.5.2.1 Principe de lessai ....................................................... 707 15.5.2.2 Domaine dapplication ................................................ 708 15.5.2.3 Appareillage ................................................................ 708 15.5.2.4 Ralisation de lessai .................................................. 708 15.5.2.5 Expression des rsultats ............................................ 708

15.6 Pntromtres dynamiques de contrle de compactage ............. 710

15.6.1 Pntromtre nergie constante ............................................ 711

15.6.2 Pntromtre nergie variable ................................................ 713

15.7 Essai de pntration au carottier ....................................................... 715



15.7.3 Appareillage ................................................................................ 715

Table des matires

992



15.8 Essai scissomtrique ........................................................................... 716



15.8.3 Appareillage ................................................................................ 717



15.9 Effet de la non-saturation sur les rsultats dessai in situ ............. 719

15.10 Recommandation pour le choix des essais mcaniques pour le dimensionnement des ouvrages gotechniques ............ 722

15.11 Rfrences .......................................................................................... 722

&KDSLWUH $TXLIqUHVQDSSHVHWHVVDLVGHDX ...................... 72516.1 Dfinitions .......................................................................................... 725

16.2 Typologie des systmes aquifres et des nappes ...................... 727

16.2.1 Nappes libres .......................................................................... 72716.2.1.1 Nappe de littoral ...................................................... 727 16.2.1.2 Nappe alluviale ........................................................ 728 16.2.1.3 Nappe de valle ou nappe soutenue ...................... 729 16.2.1.4 Nappe non soutenue et nappe perche ................. 730 16.2.1.5 Types de sources des nappes libres ...................... 732

16.2.2 Nappes captives ..................................................................... 733

16.2.3 Coupe type dune nappe mixte dans la direction de lcoulement ...................................................................... 734

16.2.4 Les nappes des aquifres htrognes ................................. 734 16.2.4.1 Rgions de socle ..................................................... 735 16.2.4.2 Rgions de plateaux calcaires karstiques .............. 736 16.2.4.3 Rgions de bassins sdimentaires :

aquifre multicouche ............................................... 738

16.2.5 Ordres de grandeur des vitesses dcoulement des nappes .. 740


993

16.3 Lquation de diffusivit ................................................................... 740

16.3.1 Introduction ............................................................................. 740

16.3.2 Nappe libre, nappe captive : emmagasinement ..................... 741 16.3.2.1 Porosit efficace ou de drainage ............................ 741 16.3.2.2 Nappe libre .............................................................. 744 16.3.2.3 Nappe captive ......................................................... 745

16.3.3 Lquation de la diffusivit dans une nappe libre ................... 748

16.3.4 Lquation de la diffusivit dans une nappe captive ................ 751

16.35 Nappe complexe : libre ou captive selon le lieu ..................... 752

16.4 Conditions aux limites ...................................................................... 753

16.4.1 Limite potentiel impos ........................................................ 754

16.4.2 Limite flux impos ................................................................ 755

16.4.3 Condition de Fourier ............................................................... 757

16.4.4 Condition de surface libre ....................................................... 758

16.4.5 Condition de surface de suintement ....................................... 759

16.4.6 Absence de condition aux limites ........................................... 760

16.5 Les mesures pizomtriques .......................................................... 760

16.5.1 Principe et recommandations ................................................. 760 16.5.1.1 Principe ................................................................... 761 16.5.1.2 Recommandations .................................................. 761

16.5.2 Les pizomtres tube ouvert ............................................... 762 16.5.2.1 Technologie ............................................................. 762 16.5.2.2 Temps de rponse et mesure pizomtrique ......... 763

16.5.3 Les capteurs de pression interstitielle .................................... 764

16.6 Les mesures ponctuelles de permabilit in situ ........................ 767

16.6.1 Lessai de poche, ou essai Lefranc ........................................ 768 16.6.1.1 Principe de lessai de poche ................................... 768 16.6.1.2 Signification du rgime permanent ......................... 769 16.6.1.3 Facteur m de forme et de position .......................... 770 16.6.1.4 Application sur linterprtation des mesures

en rgime transitoire ............................................... 771

Table des matires

994

16.6.2 Essai Lefranc dbit nul en terrain de faible permabilit .... 777 16.6.2.1 Essai dabsorption aprs injection initiale ............... 777 16.6.2.2 Essai de remonte aprs pompage initial ............... 778

16.6.3 Le micromoulinet .................................................................... 778 16.6.3.1 Circulations deau verticales dans un forage .......... 778 16.6.3.2 Les mesures au micromoulinet

et leur interprtation ................................................ 780

16.7 Les essais de pompage et la diffusivit : introduction ................ 782

16.7.1 Cne de dpression et types dessais .................................... 782

16.7.2 Proprits de lquation de la diffusivit ................................. 786 16.7.2.1 Unicit de la solution et principe de superposition .. 787 16.7.2.2 Anisotropie et permabilit isotrope quivalente .... 787 16.7.2.3 coulement parallle en rgime permanent ........... 788

16.8 Solutions 2D en coulement permanent radial ............................ 788

16.8.1 Puits dans une nappe captive : solution de Dupuit ................ 788

16.8.2 Puits dans une nappe libre ..................................................... 790

16.8.3 Couple de puits : principe des images ................................... 794 16.8.3.1 Cas dune limite rectiligne potentiel impos ......... 794 16.8.3.2 Cas dune limite rectiligne tanche (i.e. flux nul) . 796

16.9 Courbe caractristique dun puits .................................................. 797

16.9.1 Mise en uvre dun essai de puits ......................................... 797

16.9.2 Excution des paliers de dbit ............................................... 797

16.9.3 Signification du rabattement et pertes de charge ................... 798

16.9.4 Interprtation graphique de lessai de puits ........................... 800

16.10 Lessai de nappe ............................................................................ 801

16.10.1 Solution lmentaire en coulement radial transitoire ...... 801 16.10.1.1 Introduction ...................................................... 801 16.10.1.2 La solution de Theis ........................................ 802 16.10.1.3 Lapproximation logarithmique de Jacob

pour les essais de longue dure ..................... 805 16.10.1.4 Relation avec le rgime permanent ................ 806 16.10.1.5 Application du principe de superposition ......... 807


995

16.10.2 Interprtation dun essai de nappe ou essai de pompage 808 16.10.2.1 Mthode de Jacob ........................................... 809 16.10.2.2 Formule de Theis complte : la mthode

didentification .................................................. 811 16.10.2.3 Interprtation de la courbe de remonte ......... 813 16.10.2.4 Bilan des rsultats obtenus

par diffrentes mthodes ................................. 815

16.10.3 Application : essai de nappe dans la plaine alluviale de la Seine (mthode de Jacob) ....................................... 820

16.11 Mesure de la permabilit leau et lair en laboratoire ....... 828

16.11.1 Permabilit leau des sols saturs ................................ 828 16.11.1.1 Permamtre charge constante ................... 828 16.11.1.2 Permamtre charge variable ...................... 829

16.11.2 Permabilit leau et lair des sols non saturs ........... 830

16.12 Mesure in situ de linfiltration ........................................................ 83316.12.1 Mthodes de mesure de linfiltration ................................. 834

16.12.2 La mthode de Porchet ..................................................... 836 16.12.2.1 Appareillage Mthode niveau constant ..... 836 16.12.2.2 Application : test de faisabilit dun dispositif

dassainissement non collectif ......................... 838

16.12.3 Le permamtre de Guelph .............................................. 838

16.13 Conclusions .................................................................................... 844

16.14 Rfrences ...................................................................................... 844

&KDSLWUH $FWLRQVGXVROVXUXQpFUDQ ....................................... 84917.1 quilibres limites de pousse et bute ............................................. 850

17.1.1 tat initial ..................................................................................... 850

17.1.2 Mobilisations des quilibres de pousse et de bute ............... 851 17.1.2.1 quilibre de pousse .................................................. 851 17.1.2.2 quilibre de bute ....................................................... 853

17.2 Calculs des coefficients de pousse et de bute dun sol pesant ...................................................................................... 853

Table des matires

996

17.2.1 Thorie de Coulomb ................................................................... 854

17.2.2 Mthode de Rankine .................................................................. 856 17.2.2.1 Cas gnral ................................................................ 857 17.2.2.2 Cas particulier ............................................................. 859

17.2.3 Mthode de Boussinesq ............................................................. 863

17.3 Calculs des coefficients de pousse et bute dun sol non pesant .............................................................................. 865

17.3.1 Mthode de Rankine .................................................................. 865

17.3.2 quilibre gnralis de Prandtl .................................................. 866

17.4 Calculs pratiques des coefficients de pousse et de bute .......... 868

17.5 Calculs de la pousse et de la bute pour un sol frottant et cohrent ............................................................................................. 872

17.6 Choix de langle de frottement sol-cran .......................................... 873

17.7 Application au calcul de la pousse dun terrain surmont dun talus semi-infini sur un cran vertical ....................................... 874

17.7.1 Mthode de Coulomb ................................................................. 875

17.7.2 Mthode de Rankine .................................................................. 877

17.7.3 Mthode de Boussinesq tables de Caquot, Krisel, Absi ...... 878

17.8 Calculs de la pousse et de la bute pour un talus de gomtrie quelconque .................................................................... 879

17.8.1 Cas simples ................................................................................ 879

17.8.2 Cas complexes ........................................................................... 880

17.8.3 Application .................................................................................. 881

17.9 Dispositions particulires de surcharges .......................................... 883

17.9.1 Solution en lasticit linaire ...................................................... 883

17.9.2 Solution en plasticit ................................................................... 886 17.9.2.1 Surcharge semi-infinie limite sur un plan

horizontal .................................................................... 886 17.9.2.2 Surcharge linaire ...................................................... 886 17.9.2.3 Surcharges locales ..................................................... 887


997

17.10 Cas dun multicouche ........................................................................ 889

17.11 Applications de la pousse sur un mur de soutnement ............................................................................. 889

17.11.1 Remblai monocouche non cohrent ................................. 890 17.11.1.1 Pousse due au remblai .................................... 890 17.11.1.2 Pousse due la surcharge .............................. 891

17.11.2 Remblai monocouche frottant et cohrent ........................... 891

17.11.3 Remblai bicouche frottant et cohrent .............................. 892

17.12 Influence de la pression interstitielle u ....................................... 894

17.12.1 Application au mur de soutnement, nappe statique .......... 894 17.12.1.1 Pousse due aux grains ..................................... 895 17.12.1.2 Pousse due leau ........................................... 896 17.12.1.3 Pousse due la surcharge .............................. 896 17.12.1.4 Bilan de la pousse du remblai sans

et avec nappe ..................................................... 896

17.12.2 Application de calculs de pousse et bute dun massif de sol soumis un coulement sur un cran ................... 897

17.13 Rfrences .......................................................................................... 902

&KDSLWUH 0RXYHPHQWVGHWHUUDLQHWVWDELOLWpGHVSHQWHV ........................................................................ 905

18.1 Description des mouvements de terrain ........................................... 905

18.1.1 Facteurs dinstabilit ................................................................... 906

18.1.2 Classements des mouvements de terrain ................................. 906

18.1.3 Affaissements et effondrements ................................................ 906 18.1.3.1 Anciennes carrires de la rgion parisienne ............ 908 18.1.3.2 Recherche et localisation des marnires

en Haute-Normandie .................................................. 908

18.1.4 Les croulements rocheux ......................................................... 911

18.1.5 Le fluage des terrains ................................................................. 913

18.1.6 Les coules boueuses et les laves torrentielles ........................ 913

Table des matires

998

18.1.7 Les glissements .......................................................................... 914

18.2 Mthodes de calcul de stabilit des massifs de sol ....................... 916

18.2.1 Diffrentes mthodes ................................................................. 916

18.2.2 Dfinition du critre de rupture ................................................... 917

18.2.3 Dfinition du coefficient de scurit ........................................... 917 18.2.3.1 Coefficient de scurit global ..................................... 917 18.2.3.2 Coefficients de scurit partiels .............................. 918

18.2.4 Dtermination de la gomtrie de la rupture ............................. 919

18.3 Calculs lquilibre limite .................................................................... 920

18.3.1 Glissements plans avec ou sans coulement ........................... 920 18.3.1.1 Sol frottant, non cohrent, sans nappe ...................... 924 18.3.1.2 Sol frottant et cohrent, sans nappe .......................... 924 18.3.1.3 Sol frottant, non cohrent, nappe affleurante

en coulement ............................................................ 925 18.3.1.4 Applications ................................................................... 925

18.3.2 Calculs des glissements de surfaces quelconques ................... 926 18.3.2.1 quation gnrale du problme de stabilit

au glissement (mthode des tranches) ..................... 926 18.3.2.2 Mthode de Fellenius (1927) ..................................... 928 18.3.2.3 Mthode de Bishop simplifie (1954) ........................ 929 18.3.2.4 Mthode des perturbations (1974) .......................... 931 18.3.2.5 Choix des valeurs de 0 et ................................... 932

18.3.2.6 Conclusions ................................................................ 932

18.4 Calcul la rupture ................................................................................. 933

18.4.1 Prsentation du calcul la rupture ............................................ 933 18.4.1.1 Comportement lastique linaire,

parfaitement plastique ................................................ 934 18.4.1.2 Comportement lastique linaire, fragile .................... 935

18.4.2 Approche du calcul la rupture ................................................. 936 18.4.2.1 Approche statique par lintrieur ................................. 936 18.4.2.2 Approche cinmatique par lextrieur ......................... 937 18.4.2.3 Application de calculs sur ordinateur .......................... 939

18.5 Mthode de calcul aux lments finis ............................................... 941


999

18.6 Rsolution de cas simples par abaques .......................................... 942

18.6.1 Abaque de Biarez ....................................................................... 942

18.6.2 Abaques de Chen ....................................................................... 944

18.7 Remblais sur sols compressibles ...................................................... 948

18.7.1 Types de rupture ........................................................................ 94818.7.1.1 Rupture par poinonnement ...................................... 949 18.7.1.2 Rupture rotationnelle .................................................. 949

18.7.2 Caractristiques ncessaires aux calculs de stabilit ............... 950

18.7.3 Vrifications vis--vis du poinonnement .................................. 952

18.7.4 Vrifications vis--vis de la rupture rotationnelle .................... 954 18.7.4.1 Vrification par abaques dans les cas simples ....... 954 18.7.4.2 Vrifications par logiciels dans les cas courants

et complexes ............................................................... 957

18.8 Analyse de la stabilit des pentes des sols non saturs ............... 962

18.8.1 Critre avec prise en compte de leffet de la succion dans la cohsion ......................................................................... 962

18.8.2 Critre avec prise en compte de leffet de la succion dans la contrainte normale ......................................................... 963

18.8.3 Analyse en rgime permanent ................................................... 963

18.8.4 Analyse en rgime transitoire ..................................................... 964 18.8.4.1 Mthode couple ........................................................ 964 18.8.4.2 Mthode non couple ................................................. 964

18.9 Rfrences ........................................................................................ 966

Sommaire Théorie et pratique de la géotechnique

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