tp mecanique de sol

8/17/2019 Tp Mecanique de Sol

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Introduction à la mécanique des sols

La mécanique des sols peut-être définie comme étant la science qui étudie les propriétés physiques, hydrauliques et mécaniques des sols en vue de leur utilisationcomme sol support de fondations, ou de matériaux de construction d’ ouvrages de

génie civil. Cette définition fait état de deux grandes catégories de problmes constituant

l’ob!et de la mécanique des sols "

# $oit l’utilisation de sols comme support de fondations dans ce cas, les

propriétés des sols doivent être déterminées dans les conditions ou les sols setrouvent dans la nature, c’est %à#dire dans un état intact. &ar exemple, la

construction d’un bâtiment ou d’une structure quelconque sur un dép't de sol,

l’excavation d’un canal, d’une tranchée, ou d’une coupe pour le passage d’une route sontautant de problèmes qui requirent la connaissance des propiétés des sols en place. Ces propriétés pourront étre déterminées soit par des mesures en place ou par le struchement d’essai en laboratoire exécutés sur des échantillons de sols intacts ou même remaniés.

# soit l’utilisation des sols comme matériaux de construction ou les propriétés

des sols devont étre détérminées de fa(ons à prévoir leur comportement dans

l’ouvrage pro!eté. C’est le cas de la construction de remblais de routes, de voies

ferrées, de pistes d’aéroports, de digues ou de barrages en terre. Les propriétés

physiques et mécaniques de ces sols pourront étre étudiées en laboratoire sur des échantillonsremaniés et prélévés dans l es zones d’emprunt.

Cette étude servira de base aux recommandations pour la mise en place et le contr'lede ces sols. )és lors, l’importance de l’étude des propriétés des sols doit s’imposer à l’esprit decelui qui est responsable de la conception ou de la construction d’un ouvrage quelconqueimpliquant l’utilisation de sols. Cette étude nécessitera généralement beaucoup plus d’effortset de temps de la part de l’ingénieur et du technicien que ceux#ci devront en consacrer àl’étude des autres matériaux habituellement employés en génie civil, tels que l’acier et le bétonqui sont des matériaux d’une simplicité notoire comparés aux sols.

TP1DT!"#$%T#&$ D C&''#C#$T D P!"%(#)#T


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1*-(+T D TP ,-Détermination de coecient de permeabilite a carge constant et a cargevariable.

/*-$&T#&$0 sur notre TP ,#les propriétés dynamiques de l’eau de gravité ou la facilité avec laquelle ce eau est capable de s’infiltrer dans

le sol est définie comme étant la perméabilité. *lle a une influence vitale sur les problmes de fondations et

certains ouvrages de mécanique des sols tels que "

a. la stabilité des barages.

b. la stabilité des excavations ouvertes.

c. la stabilité des ouvrages en palplanches.

d. les caractéristiques de consolidation du sol.

e. la classification des sols et leurs propriétés.

#les écoulements des eaux à travers les interstices d’un systme de sol, sont

complexes et variés. ils ne permettent pas de tirer des conclusions et définir par la suite des méthodes de calcul pour résoudre les problmes pratiques posés. )es hypotses sont alors nécessaires + les écoulements sont

supposés lents et leurs chemins plus courts. ainsi, la codition d’écoulement laminaire est satisfaite.

-# éthode au laboratoire "#deux méthodes qui sont des applications directes de la loi de )/0C1 sont

largement utilisées en laboratoire "

a2# mesure sous charge constante pour les sols trs perméables 3les graviers et les sables

b2# mesure sous charge variable pour les sols peu perméables 3les limons et les argiles2.

a2#4- perméamtre à charge constante "l’échantillon de sol, d’une densité appropriée, est placé dans une cellule étanche de section transversale / et

de longueur L 3 figure4 2. les deux extrémités de l’échantillon sont reliées à deux tubes par l’intermédiaire de

pierres poreuses. un écoulement d’eau vertical, sous une charge constante est maintenu à travers le sol. la

perte de charge h et la quantité d’eau 5 qui passe pendant un temps donné t sont mesurés. ce qui permet de

calculer le gradient hydraulique i et le coefficient de perméabilité "

6 7 5.L - /.h

#une série de tests doit etre effectué, chaque test a un taux d’écoulement diffrent. avant de commencer l’essai,

une succion est appliquée à l’échantillon de sol afin de s’assurer que le degré de saturation avoisine les 4889.

#:igure4 #


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b2;#- perméamtre à charge

variable "

l’échantillon de sol non remanié est testé dans un cylindre de longueur

L et de section transversale / 3 figure; 2, qui peut etre l’échantillonneur. des

pierres poreuses sont placées à chaque extrémité du spécimen et une colonne

montante connectée à la partie superieure du cylindre. le drainage s’effectue dans

un réservoir ou le niveau est maintenu constant par un trop plein. la colonne est par lasuite remplie d’eau et à un temps 3t4#t;2 son niveau baisse de

h4 à h;. / l’instant dt la perte de charge correspondante est

dh, donc le débit est "

5 7 #a.3dh-dt2 7 /.*)>*=0I5?*

1*- (+T D TP , - )a manipulation a pour but de déterminer les caractéristiues decompressibilité d’un sol ui permettentd’estimer le tassement d’un massi2 de sol.

/*-$&T#&$0 sur notre TP , Le tassement dans les sols, comme le tassement des sols cohérents

est un tassement à long terme, on ne peut pas se fier aux résultats des essais

de terrain pour en évaluer l’importance, car ces

derniers s’étendent sur des périodestrop courtes. &ar contre, un essai de laboratoire, l’essai de

consolidation @dométrique, fournit des

données qui permettent d’évaluer le

tassement et le temps de consolidation dans les sols cohérents.


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Considérons un sol fin saturé auquel on applique au temps t 7 8, une certaine

charge 5 qui reste constante par la suite. $ous l’action de ces charges, le sol a

tendance à subir des variations de volume, comme le sol étant saturé et l’eau

ne pouvant s’évacuer par la suite de faible perméabilité.

Les variations de volume n’ont pas lieu et elles se traduisent par une

surpression de la pression de l’eau interstitielle 3 Au 2 au voisinage des points

d’application des charges.

/u cours de l’écoulement appelé drainage, les surpressions Au diminuent, donc les contraintes effectives

augmentent puisque la distribution des charges 5 reste constante le long de l’essai.

Les charges sont donc peu à peu reportées sur le squelette solide qui subit ainsi des déformations et des

tassements. L’écoulement s’arrBte lorsqu’en tous point Au 7 8, l’ensemble de ces phénomnes est appelé

consolidation.

;-#a2 C’est quoi l’oedomtre "

LDoedomtre est un appareil qui permet de charger verticalement un échantillon cylindrique de sol de

faible épaisseur, dDaxe vertical, fretté, latéralement et drainé par ses deux bases .?n capteur de déplacement

permet de suivre le tassement de lDéchantillon3figure42.

#:igure4#

# atériel utiliser "#oedomtre 3figure 42#pierre poreuse 3figure;2

#disque de poids

#comparateur 3figure2

:igure;

:igure

-# procédure de l’essai "

4# &réparation de l’éprouvette soumise a l’essai est déterminer e8 )écoupage de l’éprouvette suivant le moule @dométrique pour le cas )’une argile.

• 0emplissage direct du moule @dométrique suivant un indice de densité Id )onné 3ou )r2 pour le casd’un sable.

;#$aturation de l’éprouvette pour pouvoir interpréter les courbes de tassement au cours du temps sous

chacune des charges appliquées34heure pour les sables 4et ;,E heures pour les argiles2.


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#/pplication de la charge sur le piston par palier de ;E heures et mesure des tassements au cours de cette

période .

• >n applique les charge tel que &iF47&;i.

• >n mesure les tassements pour les temps ti de 8 a ;E heures et tiF47;t i .

E#/ la charge ultime G h’ ou le tassement $n aprs ;E h est le mBme 3sn7si#42 commencer a décharge

l’éprouvette par paliers de ;E heurs et mesure le gonflement au cours de chaque période de ;E heures .

H#/ la fin de l’essai, peser le sol avant et aprs séchage a l’étuve pour déterminer la teneur en eau et

l’indice des vides . #)épouillement des résultats.

E-/pplication des charge "

# Le bras de levier sert a augmenter l’intensité des charges avec des poids limités.

Σ"*%34 P.)-P1.a34 P13P.)*a contre poids

-De P1 on calcule σ,

σ=P1*0 %-)e contre poids sert 5 éuilibrer l’appareil ,

-)a distance a31 ,P3m.g

σ= P.)*0 avec pivot

03π.D6*7 a )

Plateau des cargesP

-on commence la premier carge 5 , 89 bar394 :P% pour un sol normalementconsolidé et 4.49 bar3 9 :P% pour un sol très compressible ;pression due au piston8 on utilise les massesDéduites de la 2ormule ,

=el queσ correspondent au< contraintes 48/9-489-1-/-7 ou 1= bar. Pour les sols

très ccompresibles8les contraintes sont ,4849-481-48/9-489-1-/-7 bar.

-les Carges seront appliuées sur l’éprouvette pendant /7 eures cacune

lectures des tassements se 2eront un comparateur ou caue vaut 1*144 de mm pour les temps suivants ,=s;4.1mn>-19s;4./9mn>-?4s;489 mn>-1mn-/mn-7mn-@mn-?4 mn -=4 mn -/-@-/7

H-#)échargement "

/pres l’application de la dernire charge de J ou 4 bar, enlever des poids afin de revenir à une contrainte de

; bar, puis 4 bar environ ;E heures plus tard cette phase de déchargement, faire un seule lecture des

comparateurs par heures.

Le nombre soin de conserver l’éprouvette submergé ée pendant toute la durée de l’essai

La dernire lecture a 8,4 bar, enlever rapidement l’éprouvette du moule ne la chassant de son logement a

l’aide du piston, sécher l’eau de surface avec un papier filtre, peser et placer l’éprouvette dans l’étuve pour ladétermination de la teneur en eau finale Kf et du poids spécifique sec γd.-briser ensuite l’éprouvette pour apprécier l’e


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Pendant l’essai8 le sol est composé du suelette solide et de l’eau 5 cause de lasaturation.la auteur de l’eprouvette est égal a la auteur des solides pluscelle de l’eau et du tassement a un moment donne.

A3ApBAB∆

A)a auteur de solide éuivalente ou auteur de s pleins Ap est la uantité

constante au cours de l’essai ,

-Ms :masse sèche du solide obtenue par pesée de l’eprouvette après passage a l’étuve-Gs :densité du solide égale a 2,65 ou mesure au laboratoire−ϕ ω: masse volumique de leau-!: sur"ace du moule-#a hauteur de l’eau $nale %& est déduite de la teneur en eau $nale &" "eau ϕE 0A

F 2 '' ' "s ϕsEs Gs0Ap

A32.Gs.Ap

- )’indice des vides est determiner 5 partir de la aueur de l’eprouvette A 5 unmoment donnée.

e '(v)(s'*(-(s+)(s'*%s-%ps+)%ps

e'*%-%p+)%p

-)’ indice de compression ou compressibilité Cc est un paramètre sans

dimension. Comme la Courbe de compressibilité e32;logσ ’> présente une partiedroite orizontale suivi d’une partie courbe8 puis a nouveau d’une partiegénéralement droite et inclinée. )’indice de compression Cc est la pente de l adroite inclinée. e c'tgα=−∆e)∆(logσ’+

e.

c e2 α

ϕ s ms ms

s 7 7 7 ϕ ω vsϕω p∗s∗ϕ

ω

msAp' Gs0ϕ ω


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/rticulatio

#’échantillon

logσ’1 logσ’2 logσ’

-#ndice de gonHement ou décompression Cs , De même8 )’indice de gonHement Cs est la pente de la courbe dedécargement

e

s'-∆e)∆(logσ’+

s

log σ’

-contrainte de preconsolidation σ’p , est la contrainte ma &n donne la métode de casagrande ,-tangent de la partie droite inclinée;T/>- du point d’intersection T1J T/ 3 le pont C8tracer la bissectrice 5 ces /tangentes T18T/.-)a bissectrice coupe la courbe au point %.-Du point8 tracer une droite orizontal D1 et une tangent 5 la courbe T?.-Tracer la bissectrice de D1 et T?-l’intersection de cette bissectrice avec la courbe donne le point (-abaisser le point ( sur l’a


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#>u par " 5 7

#la valeur de $ "

=el que " )7cm

- S=m2

Calcul le poids de sol 3& $ 2 "

& $ 7 Mpoids 3moule FsolF;pierres Ffiltre2N # Mpoids 3pierre Ffiltre2N# poids moule

PS = 3834,5 - 1151,3 - 2504,8 PS =178,4 g

Calcule de :

- ; Tel que Vt = S H0 = 3,85 10-3 24 10-3

Vt =9,24 10-5 m3

=19,30 KN/m3

Calcule l’indice de vide O e P "

-On a ; tel que

e = - ()

e = (les !sultats "es calcules e#$i%es "ans le ta&leau)'

Conclusion , Le tassement des sols sous les ouvrages est estimé précédemment par la théorie de consolidation. )’aprs

cette expérience, on trouve que l’indice des vides est inversement proportionnel à la pression appliquée alorsque le tassement est linéairement proportionnel à la pression, /utrement dit, quand on charge un sol par un

ouvrage.

cette charge engendre une pression 3contrainte2 qui va provoquer unediminution de l’indice des vides d’oQ le

tassement augmente ,*t à la fin on décompose le tassement d’in sable sec passe à face

#=assement instantanés" oQ le volume des vides se réduit par expulsion d’air .

5 7


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#=assent secondaire "analogie à la consolidation secondaire dR au réarrangement des grains.

TP3

00%# D C#0%#))"$T % )% (T

1*-(ut de l Kessai ,#l sLagit de déterminer les caractéristiues mécaniues dLun sol en procédant aucisaillement rectiligne dLun écantillon sous carge constante.)Lessai de cisaillement permet de tracer la courbe intrinsèue du sol étudié8 etde déterminer sonangle de 2rottement interne M et sa coésion C.Ces valeurs servent entre autre 5 déterminer la contrainte admissible par le soldans le cas de

2ondations superNcielles et la poussée du sol sur un mur de soutènement

;-#présentation de La machine de cisaillement automatique "

achine de cisaillement automatique menue de "

# STti et disques pour application de U avec incertitude 4-488 de sa

valeur.

# Commande de vitesse réglable.

# Capteur de force digital pour mesure = avec incertitude de 4-488 de la

valeur maximale lue au cours de l’essai.

# Comparateur digital de précision de 8.84mm et de course de 8 mm

mini pour mesure Vh en mm.

# Comparateur digital de précision de 8.84mm et de course de 8 mm

mini pour mesure Vl en mm.

# ChTssis étanche adapté pour installation de boWte de cisaillement et la

- SoWtes de cisaillement de section droite circulaire ou carrée.


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#=rousses coupantes adaptables aux boWtes de cisaillement menues de démoulants.

#&laques drainantes ou pierres poreuses'

- SoWtes de cisaillement de section droite circulaire ou carrée.

Boîte

de

cisaillement# Soite de cisaillement installée dans le chariot ou chTssis "


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#SoWte de cisaillement installée dans le chariot ou chTssis "

-#procédure de l’essai "

#LDéchantillon de sol à étudier est placé entre deux demi#bottes qui peuvent se déplacer

horiXontalement lDune par rapport à lDautre.

?n piston permet dDexercer sur le sol une contrainte normaleσ

déterminée.

comparateur

#La demi#boite inférieure est entraWnée horiXontalement à vitesse constante. La force totale de

cisaillement : est mesurée à lDaide dDun anneau dynamométrique fixé à la demi#boite supérieure.

-+n comparateur mesure la dé2ormation verticale delLécantillon.)Lécantillon subit donc un cisaillement direct et rectiligne

suivant un plan imposé sur leuel on e


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E-#&réparation de l’essai "

#$aturation et consolidation de l’éprouvette

#/ # $ol pulvérulent # sable et gravier "

LDessai sDeffectue sur le sable sec ou saturé. )ans ce cas là, réaliser des essais drainés 3C)2.

#S # $ol cohérent # limon et argile "

# $aturation # consolidation "

#lDéchantillon étant mis en place dans la boite de cisaillement,

procéder à sa saturation sous la pression de consolidation choisie.

&our cela, placer la boite sur le bTti, les deux demi#boite étant maintenues fixes lDune par rapport

à lDautre à lDaide des goupilles.

ettre les poids nécessaires pour obtenir la pression de consolidation désirée.

ettre de lDeau dans la boite, placer la touche du comparateur sur le piston et noter le tassement

produit pendant le temps de consolidation.

# &ression de remise en état pour essai non consolidé et non drainé 3 ?? 2 "

#)ans le but de remettre lDéchantillon de sol dans un état de contraintes voisin de celui dans lequel

il était en place, appliquer la mBme contrainte effective que celle que supportait lDéchantillon en

place.

# &ression de consolidation à appliquer "

#&our un essai consolidé drainé ou non drainé 3 C) ou C? 2, consolider E échantillons du sol à

étudier sous E pressions différentes 3en général de lDordre de H8 # 488 # ;88 # 88

&laque striée

-lLécantillon de sol8-une plaue striée identiue 5 la première8-une pierre poreuse8-le piston.

#Conclusion "

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