mécanique des sols: tassement et compressibilité

1. Cours CTN 504
Mécanique des sols
Li Li, ing., Ph.D
Professeur en géotechnique
Département de génie de la construction
Bureau: A-1484
Courriel: li.li@etsmtl.ca

2. Éteindre vos cellulaires, SVP!

3. Séances d'exercice dirigé: A-2332

4. Références supplémentaires:
CGS 2006. Canadian foundation engineering manual. 4th edition, Bitech Publisher.
McCarthy, D.F. 2002. Essentials of soil mechanics and foundation: Basi geotechnics. 6th
edition, Prentice Hall.

5. Consolidation et tassement des sols
(Séance 1er/2)

6. Construction Excavation
Mouvement ou déplacement des sols

7. Définitions
Le tassement d'une structure est le résultat de la déformation du
sol de fondation. L'origine de cette déformation peut être un ou
plusieurs suivant(s):
– La déformation sous une charge totale croissante est appelée
"mouvement" ou "déplacement".
– Le changement de volume associé à la diminution du volume
d'air, provenant d'un effet dynamique ou d'un chargement
statique, est appelé "compactage".
– Les changements de volume progressifs associés à une
réduction de la teneur en eau du sol est appelé
"consolidation".
– La déformation sous contrainte effective constante est
appelée "fluage".

8. Composantes du tassement
Pour les sols argileux, le tassement total, st:
où si = tassement immédiate (déformation élastique des fondations
structurales, fûts de pieu par exemple);
sc = tassement de consolidation (variation de teneur en eau);
ss = tassement secondaire (fluage).
Pour les sables, le tassement total, st:
où le tassement immédiate, si, comprend le tassement élastique, se, et le
tassement de consolidation (appelé plutôt "compression"), sc:
scit SSSS 
sit SSS 
cei SSS 

9. Consolidation des argiles
pression
interstitielle
excessive
u

10. Œdomètre ou consolidomètre et essais de consolidation
Œdomètre à anneau flottant
Œdomètre à anneau fixe
Échantillons non-remaniés:
Dimension de l'échantillon
D : H = 2.5 ~ 5

11. (a) (b)
coefficient de
compressibilité

12. (a) (b)
Un matériau écrouissable

13. pression de préconsolidation

14. Contrainte de préconsolidation
Particularité des sols: "mémoire"
Courbe de
recompression
"Cassure" indiquant 'vc et une argile
(absent pour les sables et silts)

15. État de consolidations
Le rapport de surconsolidation OCR (over consolidation ratio):
où 'p = contrainte de préconsolidation;
'vo = contrainte vertical effective due au poids des terres.
Un sol sera
― Normalement consolidé si 'p = 'vo (OCR = 1);
― Surconsolidé si 'p > 'vo (OCR > 1);
― Sous-consolidé si 'p < 'vo (OCR < 1).

17. Sous-consolidation 'p < 'vo (OCR < 1)
Remblais récents
'p = H - w(H+h) = subH - wh
'vo = H - wH = subH
OCR = 'p/'p = 1 – (wh)/(subH) < 1
H
h

18. Détermination de la contrainte de préconsolidation 'p
Construction de Casagrande
ou
1
2
3
4
5
'p Casagrande = 'vc B
'p probable = 'vc C
'vc D  'p  'vc E

19. L'histoire de l'argile selon Casagrande

20. Courbes typiques de consolidation
des sols naturels

21. Des sols américain légèrement surconsolidés
sable
silt

22. Moraines glaciaires du Canada fortement surconsolidées
• Pression de préconsolidation élevée
• indice de vide faible

23. Influence de remaniement sur les courbes de consolidation

24. Comportement d'une argile sensible
Intact
1. "Cassure" très raide;
2. Avant cassure;
3. Après cassure;
4. Indice de vide.
Remanié

25. Consolidation d'une "argile" mexicain
Intact
1. "Cassure" très raide;
2. Avant cassure;
3. Après cassure;
4. Indice de vide trop élevé (n > 90%).
"argile
sensible"

26. Consolidation d'une argile gonflant américaine
Essais de gonflement
à volume constant
mouillage
pression de
gonflement

27. Consolidation d'une lœss (silts)
Effet de l'eau

28. Consolidation d'un autre silt
Caractéristiques
• Manque de "cassure"
• Difficile de déterminer 'p

29. Consolidation d'une tourbe
Caractéristiques:
• Indice de vide très élevé
• Concave vers le haut
• Difficile de déterminer 'p

30. Tassements
H0

31. Coefficient de compressibilité, av
Par définition, av > 0
(erreur de signe dans
l'Exemple 8.3)
e1
e2
'1 '2

32. Coefficient de changement de volume, mv
dv v
mv
1
01 e
e
v



0
0
1 e
ee
v



00 11
'/
' e
a
e
dde
d
d vv
v
v








01 e
a
m v
v




33. Module œdométrique, D ou Eœd
mv
1
1
D
vv
v
oed
md
d
ED
1'




34. Indice de compression, Cc
C'est la pente de la courbe de compression vierge:

35. Indice de compression modifié, Cc
Cc
1
1
2
12
'
'
log'log'log
v
v
vv
v
v
v
v
c
d
d
C













v
c
d
de
C
'log

0
0
1 e
ee
v



01 e
de
d v


01 e
C
C c
c



36. Indice de recompression, Cr
C'est la pente de la courbe de recompression (rebondissement):
1
Cr
v
r
d
de
C
'log


37. Indice de recompression modifié, Cr
Cr
1
v
v
r
d
d
C
'log

 
01 e
C
C r
r



38. Calcul des tassements de consolidation, sc

39. 'v0 = 'p
1. Construction 'v > 0, tassement. À considérer la courbe de compression vierge
2. Excavation 'v < 0, gonflement. À considérer la courbe de recompression.
Cas d'une argile normalement consolidée
1
Cr
'v0 = 'p

40. Cas d'une argile surconsolidée
Eqs. (8.16) et (8.17) Eqs. (8.18) et (8.19)

41. Méthode de Schmertmann (1955)
Argile normalement consolidée
Argile surconsolidée
Déduction des courbes de consolidation sur le terrain

42. Estimation des indices de compression
Équation de Terzaghi et Peck (1976):
Invalide si sensibilité > 4 et wL >100% ou si teneur en
matière organique élevée.
En général:
• Cr  (5 ~10%)Cc
• 0.035  Cr  0.015