Cours CTN 504 Mécanique des sols

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

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Séances d'exercice dirigé: A-2332

Consolidation et tassement des sols (Séance 2e/3)

Contenu • Estimation de la distribution des contraintes • Méthode 2 pour 1 (appelée aussi Méthode simplifiée) • Solutions de Boussinesq • Solution de Newmark (1935) • Théorie de Westeraard • Vitesse de consolidation • Introduction • Théorie de Terzaghi • Détermination du coefficient de consolidation • Méthode Casagrande • Méthode de Taylor • Détermination du coefficient de perméabilité • Évaluation de la compression secondaire

Contenu • Estimation de la distribution des contraintes • Méthode 2 pour 1 (appelée aussi Méthode simplifiée) • Solutions de Boussinesq • Solution de Newmark (1935) • Théorie de Westgaard • Vitesse de consolidation • Introduction • Théorie de Terzaghi • Détermination du coefficient de consolidation • Méthode Casagrande • Méthode de Taylor • Détermination du coefficient de perméabilité • Évaluation de la compression secondaire

Charge totale sur unité de longueur  Pour les semelles filantes, on utilise souvent le terme "Charge linéaire ou linéique". Comment la déterminer?

Exemple 8.17 (page 377 du livre) P = 1400 kN semelle 3m4m de  = 2040 kg/m3 remblai compacté à d = 2040 kg/m3 1 m 2 m sol naturel: d = 1680 kg/m3 pas d'eau

Exemple 8.17: solution P = 1400 kN remblai compacté x2 sol naturel 1 m x3 v = 20.4h2 2 m h2 z x1 v = 16.8h1 + 40.8 h3 = z v = 16.8h1 h1 pas d'eau

À une charge ponctuelle NB

À une charge ponctuelle Solution de Westergaard NB

À une charge linéaire ou linéique P où P = charge linéaire, force/longueur , kN/m NB

Contrainte sous le coin d'une surface rectangulaire chargée uniformément facteur d'influence, I où I = facteur d'influence

Contrainte sous une surface circulaire chargée uniformément

Contrainte sous un remblai de grande longueur

Contrainte sous les coins d'une charge triangulaire longueur limitée

À une charge ponctuelle • Hypothèse de la théorie de Westergaard: • sol varvé (entremêlé de couches très minces) • sol parfaitement rigide et déformation unidimensionnelle dans la direction vertical ( = 0) Solution de Boussineq Solution de Westergaard

Sous le coin d'une surface rectangulaire chargée uniformément

Sous le centre d'une surface carrée chargée uniformément

Sous le coin d'une surface rectangulaire chargée uniformément I

Sous le coin d'une surface rectangulaire chargée uniformément

Tassement total des sols argileux, 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). dépendent du temps, t sc = composante majeure du tassement pour les argiles inorganiques; ss= composante plus importante pour les tassements des sols comme les tourbes et les sols fortement organiques.

Analogie de la consolidation d'une couche très mince

Analogie de la consolidation d'une couche épaisse ou multiple couches

Terzaghi (1925) a analysé la consolidation avec les hypothèses suivantes: • La couche de sol compressible est homogène et saturée complètement; • L'eau et les grains de sol sont incompressibles; • La loi de Darcy s'applique; • Drainage dans une seule direction; • Déplacements faibles; • Le coefficient de compression av et le coefficient de perméabilité k sont constants pendant la consolidation.

Consolidation de Terzaghi (1925) Loi de Darcy: q = ki À un moment donné t = t, on vérifie la variation du volume du sol à cause de variation de la teneur en eau. À la sortie z = z où la pression interstitielle excessive est u. Le gradient hydraulique, iz est: sortie entrée représentée par u dans le développement des équations. À l'entrée z = z+dz, la pression interstitielle excessive devient u+ du. Le gradient hydraulique, iz+dzest:

Consolidation de Terzaghi (1925) Pendant une période très courte de temps dt, le volume sortant de l'élément dxdydz est: et le volume entrant dans l'élément dxdydz est: Le variation du volume est alors: (Attention: une petite erreur s'est glissée dans l'Équation B.2.3 du livre) (Attention: une 2ème erreur s'est glissée dans l'Équation B.2.4 du livre) Le tassement s causé par la variation de l'élément dxdydz est alors:

Pendant la séance dernière, on a montré que le tassement peut être aussi estimé par l'équation suivante: Pour notre cas, H0 = dz, e= de. On a donc: ajout d'un signe "-" pour que le tassement soit positif. Comparer les deux équations de tassement, on obtient: Notons la définition du coefficient de compressibilité, av: Notons aussi que l'augmentation de la contrainte effective est égale à la diminution de la pression interstitielle excessive, on a: et et finalement:

L'équation de la consolidation unidimensionnelle de Terzaghi: où cv = coefficient de consolidation: Le reste du travail est de résoudre cette équation différentielle de l'ordre de 2. Une solution est sous la forme de l'expansion des séries de Fourier où Z un paramètre géométrique. T est un facteur de temps sans dimension. et où t = temps Hdr = longueur du chemin de drainage.

Rapport de consolidation: où e = indice de vide intermédiaire à un moment donné t et à une profondeur donnée z; e1= indice de vide au début de la consolidation à la profondeur donnée z; e2= indice de vide à la fin de consolidation à la profondeur donnée z. La considération de la géométrie (principe de similarité trigonométrique): où ' et u sont les valeurs correspondant à e.

Remplacer u par l'Équation (9.4), on obtient: La figure 9.3 présente la solution graphique de cette équation. Cette graphique permet de déterminer le rapport de consolidation pour un temps quelconque et à n'importe quel point.

Pourcentage de consolidation moyen, U ou Umoy

Casagrande (1938) et Taylor (1948) donnent les relations suivantes: Le pourcentage de consolidation peut être défini comme suit: où s(t) = tassement pour un temps t; sc = tassement final de la consolidation à t = .

Contenu • Estimation de la distribution des contraintes • Méthode 2 pour 1 (appelée aussi Méthode simplifiée) • Solutions de Boussinesq • Solution de Newmark (1935) • Théorie de Westgaard • Vitesse de consolidation • Introduction • Théorie de Terzaghi • Détermination du coefficient de consolidation • Détermination du coefficient de perméabilité • Évaluation de la compression secondaire

Détermination du coefficient de consolidation cv • Méthode de Casagrande • Méthode de Taylor

Méthode de Casagrande pour déterminer le coefficient de consolidation cv

Méthode de Taylor pour déterminer le coefficient de consolidation cv

À consulter le Tableau 9.3 pour des valeurs typiques du coefficient de consolidation cv

Une fois que le coefficient de consolidation cv est déterminé, la coefficient de perméabilité peut être estimée par l'équation suivante:

Indice de compression secondaire c Indice de compression secondaire modifié c En moyenne, c/cc  0.05; en aucun cas, il n'excède pas 0.1; c/cc= 0.025 ~ 0.06 pour les sols inorganiques; c/ccest plus élevé pour les sols organiques et les tourbes.

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