La cellule

La figure 2.14 correspond au schéma de principe d'une éprouvette placée dans une cellule triaxiale dont l'environnement assure les fonctions détaillées ci-après. La cellule est constituée par une enceinte comportant une embase inférieure (1), un cylindre (3) et un chapeau (4). L'éprouvette est placée entre l'embase inférieure et une embase supérieure (2). La cellule comprend également le système d’application (19, 20) de l’effort de torsion.

2.2.5.1 L'embase inférieure

L’embase inférieure (1) est constituée de deux sous-ensembles qui sont le plateau et le support d’éprouvette. Le plateau s'encastre sur le plateau de la presse, de façon à assurer la stabilité et la verticalité de l’ensemble. Le support d’éprouvette est

interchangeable, actuellement destiné à recevoir une éprouvette de 10 cm de diamètre extérieure, un autre pouvant recevoir une éprouvette de diamètre extérieure de 14 cm peut prendre place également sur le plateau.

L'embase comporte une sortie hydraulique (5) que l'on peut relier soit à un système de remplissage de la cellule, soit au générateur ou contrôleur de

pression cellulaire σr, quatre sorties

hydrauliques (6) et (7), en communication avec les disques poreux, disposées aux deux extrémités de l'éprouvette (8) et (9). Une des sorties hydrauliques, (9) sur la figure 2.14, comprend une dérivation vers le bloc support du capteur de pression interstitielle (10), lorsque cette mesure est électrique. A partir de ces sorties, des liaisons souples (avec des tubes en Rilsan par exemple) sont réalisées, mais des robinets à volume constant, solidaires de la cellule, permettent d'isoler ces circuits de l'éprouvette.

Les embases inférieure et supérieure reçoivent les pierres poreuses et un ensemble de douze couteaux d’une hauteur de 4 mm qui viennent prendre place radialement sur le périmètre. L’extrémité de ces couteaux est taillée en biseau. Ils ont pour fonction de transmettre le couple de torsion à l’éprouvette de sol en créant un blocage dans la direction orthoradiale.

Si l’on compare la cellule du cylindre creux MLPC à celle du cylindre creux de l’UCD, on constate que l’appareillage est plus léger et l’éprouvette plus accessible pour des caractéristiques d’essai très similaires (figure 2.15).

Figure 2.14 Schéma de la cellule

(1) embase inférieure ; (2) embase supérieure ; (3) enceinte cylindrique ; (4) chapeau ; (5) circuit de pression de fluide cellulaire ; (6) et (7) mesure du volume drainé et/ou de la contre pression ; (8) anneau poreux supérieur ; (9) anneau poreux inférieur ; (10) capteur de pression interstitielle ; (11) purge ; (12) piston ; (13) capteur effort vertical et couple ; (14) capteur de déplacement vertical ; (15) capteur de déplacement radial ; (16) joints toriques ; (17) membrane ; (18) capteur angulaire ; (19) moteur ; (20) motoréducteur ; (21) plateau de la presse ; (22) liquide cellulaire

a) _b)

Figure 2.15 Comparaison des cellules de l’appareil du LCPC (a) et de l’UCD (b) 2.2.5.2 Le cylindre extérieur

L’enceinte transparente en polyacrylique (3) permet de bien contrôler visuellement le schéma de rupture de l'éprouvette lors de la phase d’essai. Résistant à une plage de pression de 0 à 1,5 MPa, elle est renforcée par des cerclages métalliques pour en diminuer la déformabilité (figure 2.15).

Le diamètre de l'enceinte a été défini pour un montage aisé de l'éprouvette et la disposition des systèmes annexes comme les dispositifs de mesure du diamètre.

2.2.5.3 Le chapeau et le piston

Le chapeau (4) de la cellule comporte des robinets de purge (11), nécessaires lors du remplissage pour évacuer tout l’air piégé dans l’enceinte.

Sur la figure 2.14 on peut voir que le piston (12) traverse le chapeau avec un report de la mesure du déplacement axial (14) à l'extérieur de la cellule.

Le capteur (13) de mesure de la force axiale et du couple est placé à l'intérieur de la cellule à la base du piston.

La liaison du piston avec l'embase supérieure doit être telle que les contraintes et les déformations axiales restent verticales et uniformes sur une section droite de l'éprouvette. Donc l’encastrement du piston dans l'embase supérieure est réalisé pour raison d’uniformité des contraintes de cisaillement.

2.2.5.4 L’embase supérieure

L’embase supérieure inspirée d’un dessin de Lade dans le cahier des charges initial, a nécessité de nombreuses modifications car la conception d’origine ne s’adaptait pas à la dimension de l’échantillon.

La première modification faite en 1999 a consisté à réaliser des chanfreins pour permettre une meilleure mise en place des membranes et la mise en place d’un flotteur intérieur. La deuxième modification est liée à la modification en 2001 déjà évoquée concernant la pression intérieure, figure (2.16)

Figure 2.16 Principe des modifications 2001

Le principe de la pièce supérieure est identique à celui utilisé pour la membrane extérieure et consiste donc à mettre un joint torique en traction dans une gorge suffisamment large et profonde pour pouvoir replier la membrane et la plaquer contre la paroi de la gorge.

Les modifications de la pièce inférieure ont consisté à reprendre la pièce dans son ancienne configuration, de réduire son épaisseur et de lui adjoindre un joint torique.

trou pour passage d'huile

Figure 2.17 Détails des pièces supérieure et inférieure

La gorge supérieure est destinée à recevoir un joint et une plaque servant à obtenir une pression intérieure à l’éprouvette différente de celle extérieure, (la dernière version du capteur de force couple n’est pas étanche comme dans sa première version et donc le bouchage des deux trous de l’arbre cannelé est inutile). Cela implique une déviation des conduits de drainage, qui n’est pas préjudiciable car l’implantation des couteaux dans la pierre poreuse n’utilise pas ces trous.

2.2.5.5 Les disques poreux

Les disques poreux (8 et 9) sont réalisés en sable-résine. Ce choix a tenu compte du fait que la perméabilité des disques poreux doit être au moins égale à celle de l'éprouvette testée et que la compressibilité des disques poreux doit être négligeable par rapport à celle du sol.

2.2.5.6 Les membranes

La membrane (17) a pour fonction de séparer l'eau interstitielle de l'éprouvette et le fluide cellulaire. Le comportement hydraulique et mécanique des membranes dépend de leur nature et des conditions d'utilisation. Nous utilisons, soit des membranes en caoutchouc naturel, soit des membranes constituées de caoutchouc naturel et de Néoprène, soit des membranes en Néoprène.

2.2.5.7 Le fluide cellulaire

Parce que les essais sur les sols saturés planifiés sont de longue durée et que les mesures électriques faites à l'intérieur de la cellule nécessitent un isolement, de l'huile de silicone est utilisée. L’huile Rhodorsil référence 47 V300 est un fluide diméthylpolysiloxamique à chaîne linéaire fabriqué par Rhône-Poulenc chimie fine. Outre le fait qu’il s’agisse d’un fluide hydraulique, cette huile lubrifie et possède de

bonnes propriétés diélectrique. Sa densité à 25 oC est 0,969.

2.2.6 Les mesures des paramètres de l’essai