Conditions d’essais

Le protocole expérimental comprend deux campagnes d’essais à la boîte de cisaillement : la première est réalisée avec le limon, la seconde avec le limon et les matériaux présentés dans le Chapitre III, § 2.2.

Les teneurs en eau, le poids volumique sec initial du limon, les contraintes de chargement σp

et les contraintes normales σn appliquées lors des essais sont identiques dans les deux campagnes.

Les limites d’Atterberg du limon (Tableau III-6) retenues dans cette étude sont celles mesurées après séchage du sol à l’étuve à 50°C.

2.3.1 Teneurs en eau du limon

Quatre teneurs en eau du limon sont retenues pour étudier l’effet de ce paramètre sur les propriétés de résistance du limon et celles de l’interface matériau-limon :

• Une teneur en eau du limon nulle. Le limon présente un comportement de matériau pulvérulent (Figure III-19). Il est constitué d’agrégats de petites tailles qui accentuent le caractère granulaire du sol (Micheals, 1959, cité par Cokca et al., 2004) ;

• Deux teneurs en eau du limon égales à 15 et 25 %. Le limon est constitué d’agrégats de tailles diverses formés de particules argileuses et d’une matrice granulaire située entre les agrégats ;

• Une teneur en eau du limon égale à 35 %. Cette teneur en eau est supérieure à la teneur en eau à l’Optimum de densité Proctor et proche de la limite de plasticité (Chapitre III, § 2.1.1 et § 2.1.2.2). Les pores du limon sont remplis d’eau et les ménisques d’eau en contact avec les particules de sol sont continus (Vanapalli et al., 1996).

Figure III-19. Etats du limon aux différentes teneurs en eau

Dans les études présentées dans la littérature, le choix des teneurs en eau du sol (argile ou sol cohérent) est principalement effectué en fonction des limites de plasticité et de liquidité. Par exemple, les teneurs en eau de l’argile retenues par Bravo et al., (2012) ; Shakir et Zhu, (2009) sont inférieures ou supérieures à sa limite de plasticité, tandis que celles fixées par

Potyondy, (1961) sont supérieures. Enfin, celles choisies par Raboudi et El Ouni, (1993)

dépendent de la teneur en eau à l’Optimum de densité Proctor de l’argile (Tableau III-9).

Tableau III-9. Comparaison des teneurs en eau du sol retenues dans les études présentées dans la littérature

Auteurs Sol / Matériau ^{Limites d’Atterberg}

Optimum Proctor ^{Teneurs en eau étudiées (%)} Raboudi et El Ouni,

(1993) ^{Argile / Micropieu en bois wOPN=23,5% w= 18,5 ; 20 ; 22,2 ; 25,7 ; 27,5}

Bravo et al., (2012) Argile / Acier ^wp=28,6%

w_l=78,9% ^{w = 15 ; 20 ; 25 ; 30 ; 35}

Shakir et Zhu,

(2009) ^{Argile / Béton}

w_p=19,98%

w_l=35,08% ^{w= 10 ; 16 ; 21} Argile / Bois, Béton,

Acier

w_p=21,8%

w_l=37,8% ^{w= 22,8 ; 26,1}

Potyondy, (1961)

Sol cohérent / Bois, Béton, Acier

w_p=12,4%

w_l=22% ^{w= 13 ; 15 ; 17} Projet Pieux Bois ^{Limon / Bois, Mortier,}

Acier

w_p=37,9%

2.3.2 Poids volumique sec initial du limon

Le limon sec est introduit par gravité (dans un état lâche) dans la demi-boîte inférieure ou le châssis métallique la substituant (Chapitre III, § 2.5.1). Son poids volumique sec est égal à 9,0 kN/m³.

La masse de limon mise en place dans la demi-boîte inférieure (ou le châssis métallique) est calculée afin que son poids volumique sec soit constant et égal à 9,0 kN/m³.

2.3.3 Contraintes de chargement σ

Le limon, dont la teneur en eau varie entre 0 et 35 %, n’est pas saturé. Le terme de « consolidation » préalable à l’essai de cisaillement n’est donc pas adapté. Les contraintes auxquelles est soumis le limon préalablement à la phase de cisaillement sont alors qualifiées de « contraintes de chargement » et notées σp.

Le choix des contraintes de chargement fait référence aux états de contraintes dans le sol avant et après la phase de battage des pieux. Le Chapitre IV, § 2.6 présente les essais de chargement des pieux en bois battus sur le plot expérimental de Rouen. Sur ce plot, la profondeur d’encastrement des pieux dans le sol est égale à 4,6 m. En considérant une seule couche de sol uniforme (limon) sur toute la hauteur des pieux, la contrainte horizontale initiale dans le sol à 4,6 m de profondeur avant battage est égale à :

'

0 0 , 0, 5 14,1 4, 6 32, 4

h K h N z kPa

σ

γ

Après le battage des pieux dans les argiles et les limons, le rapport K K varie, selon / ₀

Kulhawy, (1983) entre 1 et 2. Blanchet et al., (1980) donnent une valeur de ce rapport égale à 4.

En considérant queK K/ ₀ =3 (avecK₀ =0, 5), la contrainte horizontale dans le sol à 4,6 m de profondeur après battage est égale à :

'

, 1,5 14,1 4, 6 97, 3

h K h N z kPa

σ

γ

Suite au calcul des contraintes horizontales dans le sol avant et après la phase de battage des pieux, les valeurs des contraintes de chargement retenues dans cette étude et appliquées aux éprouvettes de limon sont égales à 30 (σp1), 65 (σp2) et 100 kPa (σp3).

2.3.4 Contraintes normales σ

Selon la norme NF P 94-071-1 (AFNOR, 1994), si la contrainte verticale dans le sol σ’v0 est inférieure à 100 kPa, les contraintes normales égales à 50, 100 et 200 kPa peuvent être appliquées aux éprouvettes de sol. Ainsi, les valeurs de ces trois contraintes normales (notées respectivement σn1, σn2 et σn3) sont retenues dans cette étude.

Les contraintes de chargement et les contraintes normales sont appliquées successivement aux éprouvettes de sol dans les deux campagnes d’essais. La Figure III-20 présente un schéma récapitulatif de ces chemins de contraintes.

Teneurs en eau limon 0% 15% 25% 35% Contraintes de chargement (σ_p) 50 100 200 30 65 100 50 100 200 50 100 200 Contraintes normales (σ_n) 9 essais par teneur en eau du limon et par matériau

Figure III-20. Contraintes appliquées sur les éprouvettes de limon

2.3.5 Vitesse de cisaillement

2.3.5.1 Vitesse de cisaillement des éprouvettes de limon

La vitesse maximale des essais de cisaillement du limon est déterminée selon la norme NF P 94-071-1 (AFNOR, 1994). Un capteur de déplacement vertical mesure le tassement du limon lors de l’application des contraintes de chargement et des contraintes normales.

La Figure III-21 présente l’évolution du tassement des éprouvettes de limon en fonction du temps. 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 2,75 3 Temps^1/2 (min^1/2) T a s s e m e n t (m m ) Limon - w=0% Limon - w=15% Limon - w=25% Limon - w=35% t100=0,73 σp=30 kPa ; σn = 200 kPa

Figure III-21. Evolution du tassement des éprouvettes de limon en fonction du temps

Selon la norme NF P 94-071-1 (AFNOR, 1994), la vitesse de cisaillement maximale des éprouvettes de limon est égale à

100

125 0,17

2.3.5.2 Vitesse de cisaillement à l’interface matériau-limon

La Figure III-22 présente le tassement du limon en fonction du temps.

0 0,5 1 1,5