Résistance au cisaillement critique

A différents niveaux de contraintes moyennes les échantillons de sable à l’état lâche sont sensibles à se liquéfier après saturation. La Figure IV.2.4 montre les résultats du comportement mécanique de l'essai triaxial non drainée des différents échantillons. Ces échantillons sont comprimés à trois niveaux de contraintes moyennes et représentés aux points A, B et C. Au cours de ce processus, les positions A1, B1 et C1 dénotent les pics de

résistance au cisaillement Su [Vaid 1983], puis la résistance au cisaillement est réduite provoquant une liquéfaction limitée ou une instabilité mécanique qui se manifeste par la désintégration de solidité de l’échantillon, ou des phénomènes de liquéfaction si la résistance au cisaillement s’annule. La ligne d'initiation de la liquéfaction FLS (The flow liquéfaction surface) est représentée par une ligne en pointillés sur la Figure IV.2.4(a).

(a) Chemins de contraintes (q, p’) (b) Variation de q vs l

Figure IV.2.4. Résultats de test triaxial en compression non drainé d’un sable à l’état lâche. Les points A2, B2 et C2 définissent la résistance au cisaillement à l'état critique Suc (la ligne reliant les points A2, B2 et C2 est appelée CSL : the critical state line). Dans le cadre de la

théorie de la mécanique des sols à l'état critique, la relation suivante peut être écrite:

CSL CSL M p

q  . '

Chapitre IV.2 : Résultats à partir d’essais triaxiaux 86

Avec : M est le rapport du déviateur à l’état critique, qCSL représente la contrainte déviatorique (’1 -’3) et p’CSL représente la contrainte effective principale.

Dans le cas des essais triaxiaux et selon [Schofield 1968], l'expression suivante peut être écrite comme suit :

M M Sin _S   6 . 3  (3) Où : S est l’angle de frottement interne entre particules et fines à l’état critique. La résistance au cisaillement critique peut être évaluée par l'équation 4:

S CSL ucr q S .cos 2 _      (4) 3. RESULTATS

Les résultats des essais de compression monotones non drainés réalisés pour différents pourcentages des fines allant de 0 à 50% avec une pression effective moyenne de 100kPa dans les deux cas de densités (Dr=15% et 45%) sont indiqués sur les Figure IV.2.5a, b et c.

Pendant les essais, les chemins de contraintes dans le plan (q, p') sont enregistrés et représentés graphiquement, ainsi que la déformation axiale par rapport à la contrainte déviatorique q (Figure IV.2.5a). On constate clairement qu'une augmentation des fines ajoutée de 0% à 30% entraîne une diminution de la contrainte du déviateur q. Cette diminution vient du rôle des fines pour réduire la dilatance du sol et d'amplifier la phase contractante des mélanges sable-limon conduisant à une réduction de la pression moyenne effective et une diminution au pic de la contrainte déviatorique q des échantillons [Koester et al. 2003, Kokusho et al. 2014].

Le chemin de contrainte dans le plan (q, p') montre clairement le rôle des fines dans la diminution à la fois de la pression effective moyenne et de la contrainte déviatorique maximum (Figure IV.2.5c) et dans ce cas, on peut considérer que les particules fines ne participent pas à la transmission des efforts entre particules et que seules les grosses particules (sable) forment la matrice du sol et supporte la chaine de force [Missoum et al. 2013, Naeini 2004]

Plusieurs études au laboratoire ont rapporté les mêmes observations et que la résistance au cisaillement peut être réduite avec l'augmentation des matières fines jusqu'à une valeur seuil [Shen et al. 2005, Sladen et al. 1985 et Troncoso 1985], dans notre cas le seuil a été identifié à 30-35%.

a) Contrainte déviatorique vs déformation axiale

b) Pression interstitielle vs déformation axiale (Δu,a)

c) Contrainte déviatorique vs contrainte effective moyenne (q, p’)

Chapitre IV.2 : Résultats à partir d’essais triaxiaux 88

Par ailleurs, et à partir de la Figure IV.2.5, on peut remarquer que les échantillons montrent le même comportement pour la même densité relative initiale et la même contrainte de confinement moyenne effective.

La première phase des chemins de contrainte représente la réalisation d'une contrainte déviatorique atteignant un pic qui correspond à une petite déformation axiale qui est suivie par une perte de résistance au cisaillement jusqu'à ce que la résistance au cisaillement résiduelle ou critique soit atteinte sans autre diminution de la force de cisaillement.

Ce type de comportement peut être interprété par un assouplissement de l’éprouvette de sable. Le déclin rapide de la résistance au cisaillement et la production conséquente de la pression d'eau interstitielle peut être associé à la désintégration du tissu du sol. Ce processus peut se manifester par une liquéfaction limitée.

Dans la gamme des densités relatives initiales dans cette étude, le pic de contrainte déviatorique augmente avec l'augmentation de confinement pour tous les spécimens reconstitués. Les échantillons présentent une dilatance lorsque la fraction en fines est supérieure ou égale à 30% [Wang 1979], il y a une augmentation continue de la contrainte déviatorique sans perte de résistance au cisaillement et cette augmentation est due au rôle des limons pour augmenter la dilatance dans les mélanges de sols.

Cela montre que plus de 30% des particules fines contribuent à la consolidation de l'échantillon et d'inverser son comportement, il ne donne pas l'instabilité ou de l'état de liquéfaction. Des conclusions similaires sont rapportées en [Bobei 2009, Rahman 2012 et Thevanayagam 2000]. Par ailleurs, Des résultats similaires ont été observés avec l'analyse de plusieurs tremblements de terre récents, Northridge (1994), Kocaeli (1999) et Chi-Chi (1999), la liquéfaction du sol existait avec plus de 15% de limons. Les mêmes observations ont été notées dans le rapport [Fourie 2005, Kramer 1988].

3.1. Corrélation entre la résistance au cisaillement critique et l’indice des vides