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CONCEPTION ET CONSTRUCTIONdes ouvrages en sols fins
Journée organisée par :
Le comportement des sols en fonction du degré de saturation
Luc Boutonnier, EgisThierry Dubreucq, IFSTTAR
Journée technique CFBR – CFMS –SPTF FNTP du 16 mai 2019
23 Avenue Condorcet, Villeurbanne
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CONCEPTION ET CONSTRUCTION des ouvrages en sols fins
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• Dualité du comportement: (cisaillement) et volumique
• Comportement en fonction de Sr
• Calcul de depuis l’optimum
• Effet de l’histoire
Objectif: modèle conceptuel pour appréhender de manière simplifiée le comportement des ouvrages en sols fins
Sommaire
Sommaire
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CONCEPTION ET CONSTRUCTION des ouvrages en sols fins
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Comportement au cisaillement: le coefficient
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
= c’ + (n ‐ ua) tan’ + s .tan’ c’ + (n + s) tan’ (Bishop)
cap = cap. tan’s = ua – uw ‐ uw
tan’
n’ non saturé
‐uw saturé
= Sr
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CONCEPTION ET CONSTRUCTION des ouvrages en sols fins
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Mesure au triaxial (cisaillement)
Explication du faisceau de courbes?
Comportement sous chargement isotrope ou oedométrique?
Jennings & Burland, 1962; Zerhouni, 1991
Mesure du coefficient
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
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coefficient et module
pour p 0
n = 1 (limon)
= =
.
.
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
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Comportement volumique à l’imbibition: limons et sables
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
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Comportement volumique à l’imbibition dans les argiles
10 μm
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
Sources: Ferber (2005), Romero et al. (1999, 2011)
macropores emacro micropores eag
Imbibition sous charge
emacro + eag < 0 : effondrementemacro + eag > 0 : gonflement
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Les limites de et des contraintes effectives dans les argiles: essai de retrait
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
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Comportement des sols compactés fonction de Sr:diagramme (
= VW/VT
A = VA/VT
C = VS/VT
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
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diagramme (
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
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Domaine D1a
= 0 cap = 0Risque effondrement faibleRisque gonflement (argiles)
Sr < 20% (limons)
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
air libre
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Domaine D1b
0 < < Sr et cap = s -uwrisque effondrement (limons)risque effondrement ou gonflement (argiles)
Sr = 20% à 50/60% (limite s/ts du GTR)
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
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Domaine D1cSr = 50/60% à 80/95% (A5%)
Sr air
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
Sr < < Sr air cap=s -uwrisque d’effondrement (limon)risque d’effondrement ou de gonflement (argiles)
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Domaine D2Sr = 80/95% à 90/99%
Sr air Sre 96%
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
= 1 (Terzaghi)cap = s = -uw cf équivalentpas de risque d’effondrementrisque de gonflement (argiles)
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Domaine D3
uw > 0 (Terzaghi) cf équivalent
Sr = 90/99% à 1
Sre 96% A1 à 2%
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
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Domaine D4
uw > uw sat (Terzaghi) cf = cw
Sr = 1
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
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Modèle Terredurable, côté sec de l’Optimum (D1)
Résistance au cisaillement dans le cas du retrait résiduel nul
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
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Résistance au cisaillement en fonction de la succion
Source : Khalili et Khabbaz, 1998
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
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19Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
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théoriques et expérimentaux en fonction du degré de saturation Sr sur un chemin de drainage
Source : Donald, 1961 ; Jennings & Burland, 1962 ; Zerhouni, 1991
O(nair, Sr air)
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
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CONCEPTION ET CONSTRUCTION des ouvrages en sols fins
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Interférence entre percolation de l’atmosphère et nucléation de vaporisation au drainage
Source : Zerhouni, 1991
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
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Incidence de l’air occlus et/ou de l’eau isolée
Source : Bishop, 1960
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CONCEPTION ET CONSTRUCTION des ouvrages en sols fins
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Rc d’une marne argileuse compactée
Source : Adrianatrehina, 2016
dopn= 14,8 kN/m3
wOPN = 24%Sr air=0,79GTR A3 A4
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
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Rc d’une marne argileuse compactée
Source : Adrianatrehina, 2016
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
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Iso-succion et iso-résistance dans le diagramme Proctor sur des éprouvettes de sols argileux
Dualité et V – Comportement fonction de Sr – Modèle depuis l’optimum – Effet de l’histoire
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CONCEPTION ET CONSTRUCTION des ouvrages en sols fins
Merci de votre attention…
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Annexes
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= n .
teneur en eau volumique porosité coefficient de Bishopeffective
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L’eau effective dans une argile une analogie avec la percolation électrique
(1-p) isolants o
Teneur en eau volumique = n.Sr :
=
x
L’Eau effective eff = neff Sr eff : é=
é
Percolation de liens
les « bras morts » où ne circule aucun
courant
les liens traversés par un courant
liens sensibles où tout le courant
passeconductivitéélectrique
Percolation de sites
p conducteurs
Source : Guyon et Troadec, 1994
En cas de retrait du sol
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L’eau effective dans un solune approche énergétique
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Le cisaillement en variables effectives : s s C s. dS
Sans retrait résiduel
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Genuchten:ss
S S é .1 S é .
1 Terredurable ∶ ss
1S
et S C n S
où n est le paramètre de Van Genuchten, 1980
Un lien direct entre courbe de rétention et résistance en
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Le cisaillement en variables effectives
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Arrangements périodiques de Taibi, 1994