RSC05

Description de l’essai réalisé

L’essai RSC05 a été réalisé entre le 3 et le 9 novembre 2016, sous une contrainte de consolidation de 30 kPa. L’échantillon utilisé provient du tiers inférieur de l’échantillon de grand diamètre TM6-A et a été prélevé à une profondeur de 11,18 m. Le sol qui le compose est une argile silteuse grise. La masse totale initiale de l’échantillon est de 145,99 g. Tout juste après l’application du premier palier de consolidation, le bassin a été rempli d’eau distillée jusqu’à un niveau situé au-dessus de canaux de drainage de la boîte de cisaillement, mais sous le plan de cisaillement durant une bonne partie de l’essai. À un déplacement tangentiel de 52,32 mm, il a ensuite été rempli à un niveau situé au-dessus du plan de cisaillement, mais sous la surface supérieure de l’échantillon afin d’observer l’effet du niveau d’eau sur les résultats. Lors du cisaillement, l’espacement entre les anneaux a été ouvert d’environ 0,2 mm.

Description des résultats obtenus

La courbe contrainte de cisaillement en fonction du déplacement tangentiel apparaît à la figure 5.1a. Elle décrit un pic tronqué à une contrainte de cisaillement de 19,3 kPa et un déplacement tangentiel de 3,56 mm, ce qui correspond à un déplacement angulaire de 4,8˚. La contrainte de cisaillement diminue ensuite jusqu’à 12,0 kPa à un déplacement tangentiel de 44,25 mm. À ce moment, elle commence à augmenter de nouveau jusqu’à ce qu’elle atteigne un maximum de 14,3 kPa à un déplacement tangentiel de 52,32 mm. Elle rechute ensuite brusquement pour reprendre sa diminution selon la même tendance qu’avant. Il est à noter que l’avènement de cette chute dans la contrainte de cisaillement correspond au moment où le niveau d’eau du bassin est passé de sous le plan de cisaillement à entre le plan de cisaillement et la surface supérieure de l’échantillon. La diminution de la contrainte de cisaillement se poursuit jusqu’à la fin de l’essai, qui est stoppé à une contrainte de cisaillement de 11,1 kPa et un déplacement tangentiel de 65,11 mm, ce qui correspond à un déplacement angulaire de 87,8˚.

La courbe de la contrainte effective verticale en fonction du déplacement tangentiel apparaît à la figure 5.1b. Elle débute à la contrainte effective de consolidation imposée, soit 30 kPa, puis elle oscille ensuite entre des valeurs de contrainte effective verticale effective de 26 kPa et 34 kPa jusqu’à la fin de l’essai.

Le cheminement des contraintes apparaît à la figure 5.1c. Il effectue un tracé subvertical à partir de l’état initial des contraintes jusqu’à l’état limite au point (σ’v = 33,3 kPa, τ = 19,3 kPa) avant de décrire une boucle pour se

terminer au point (σ’v = 31,1 kPa, τ = 11,1 kPa).

Les figures 5.2 et 5.3 montrent des photos de la boîte de cisaillement contenant l’échantillon après la réalisation de l’essai. Au terme de l’essai, la boîte de cisaillement a pu être démontée et l’échantillon a pu être

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observé. Le plan de cisaillement, situé au centre de l’échantillon, s’est détaché facilement. Il apparaît comme étant lisse et humide. L’échantillon a conservé son intégrité et ne présente pas de traces de dessiccation.

5.2 RSC07

Description de l’essai réalisé

L’essai RSC07 a été réalisé entre le 2 et le 21 décembre 2016, sous une contrainte de consolidation de 200 kPa. L’échantillon utilisé provient du tiers supérieur de l’échantillon de grand diamètre TM7-A et a été prélevé à une profondeur de 11,70 m. Le sol qui le compose est une argile silteuse grise qui contient de minces lits plus grossiers. Trois petits cailloux de 1 mm à 2 mm de diamètre ont été retirés du sol lors de la découpe. La masse totale initiale de l’échantillon n’a pas été mesurée. Lors du cisaillement, l’espacement entre les anneaux a été ouvert de 0,152 mm.

Description des résultats obtenus

La courbe contrainte de cisaillement en fonction du déplacement tangentiel apparaît à la figure 5.4a. Elle décrit un pic très bien défini à une contrainte de cisaillement de 50,7 kPa et un déplacement tangentiel de 0,54 mm, ce qui correspond à un déplacement angulaire de 0,7˚. La contrainte de cisaillement diminue ensuite jusqu’à 26,6 kPa à un déplacement tangentiel de 6,92 mm lorsqu’une panne de courant interrompt l’essai. Les manipulations effectuées pour rétablir l’essai ont eu pour conséquences de réduire la contrainte de cisaillement à un minimum de 20,1 kPa. Lors de la reprise du cisaillement, la courbe décrit un nouveau pic à une contrainte de cisaillement de 30,7 kPa et un déplacement tangentiel de 6,97 mm avant de reprendre sa diminution selon la même tendance qu’avant la panne. Elle diminue ainsi jusqu’à une contrainte de cisaillement de 21,7 kPa à un déplacement tangentiel de 42,29 mm. À partir de ce point, de façon similaire à ce qui est survenu dans le cas de l’essai RSC05, la contrainte de cisaillement commence à augmenter de nouveau et ce jusqu’à ce qu’à la fin de l’essai, où elle atteint un maximum de 26,4 kPa à un déplacement tangentiel de 59,56 mm, ce qui correspond à un déplacement angulaire de 80,3˚.

La courbe de la contrainte effective verticale en fonction du déplacement tangentiel apparaît à la figure 5.4b. Elle débute à la contrainte effective de consolidation imposée, soit 200 kPa, puis diminue jusqu’à 67,5 kPa au moment où l’essai est interrompu par la panne de courant. Les manipulations effectuées pour rétablir l’essai ont eu pour conséquences de faire varier la contrainte effective verticale entre 1,27 kPa et 96,2 kPa. Lors de la reprise du cisaillement, celle-ci est de 61,8 kPa. La courbe reprend ensuite sa diminution selon la même tendance et se stabilise autour d’une valeur de 48 kPa jusqu’à la fin de l’essai.

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Le cheminement des contraintes apparaît à la figure 5.4c. Il décrit un arc qui débute à l’état de contrainte initial de l’essai et se termine au point (σ’v = 47,9 kPa, τ = 26,4 kPa).

Lors du démontage de l’essai, l’échantillon a pu être extirpé de la boîte de cisaillement. Il a conservé son intégrité et ne présente aucune trace de dessiccation. Une nette démarcation est visible au niveau du plan de cisaillement, bien que celui-ci soit difficile à séparer proprement. La figure 5.5 présente une photo de l’échantillon après avoir été retiré de la boîte de cisaillement. Il est à noter que la présence de matériel argileux a été observée à l’interface entre les pairs d’anneaux inférieurs et supérieurs. La figure 5.6 montre une photo de l’anneau inférieur intérieur sur lequel on peut voir ces traces de sol extrudé de la boîte de cisaillement. De plus, une matière blanche et visqueuse est aussi observée sur l’ensemble des parties de la boîte de cisaillement qui ont été en contact avec l’eau du bassin. Il s’agit du produit de l’oxydation de l’aluminium qui compose certaines composantes de l’appareil, notamment les plaques de transfert servant à arrimer les anneaux supérieurs au bras support des anneaux. La figure 5.7 montre une photo de la boîte de cisaillement sur laquelle on peut voir cette substance.

5.3 RSC08

Description de l’essai réalisé

L’essai RSC08 a été réalisé entre le 3 et le 11 janvier 2017, sous une contrainte de consolidation de 60 kPa. L’échantillon utilisé provient du tiers mitoyen de l’échantillon de grand diamètre TM6-C et a été prélevé à une profondeur de 11,42 m. Le sol qui le compose est une argile silteuse grise qui contient certaines zones circulaires plus foncées dans lesquelles se retrouvent des petits cailloux d’environ 1 mm de diamètre. La figure 3.8 présente une photo qui illustre bien ces zones particulières. La masse totale initiale de l’échantillon n’a pas été mesurée. Les capteurs de pression interstitielle ont été installés lors de cet essai. Les deux aiguilles ont été insérées à une profondeur de 3 mm à partir de la surface de l’échantillon tout juste avant la réalisation du dernier palier de consolidation. Lors du cisaillement, l’espacement entre les anneaux a été ouvert de 0,102 mm dans un premier temps, puis de 0,204 mm environ 24h avant la fin de l’essai afin d’observer l’effet de l’ouverture sur les résultats.

Description des résultats obtenus

La courbe contrainte de cisaillement en fonction du déplacement tangentiel apparaît à la figure 5.8a. Elle décrit un pic très bien défini à une contrainte de cisaillement de 18,5 kPa et un déplacement tangentiel de 0,36 mm, ce qui correspond à un déplacement angulaire de 0,5˚. La contrainte de cisaillement diminue ensuite jusqu’à 12,3 kPa à un déplacement tangentiel de 7,56 mm. Par la suite, elle remonte graduellement jusqu’à ce qu’elle atteigne 16,1 kPa à un déplacement tangentiel de 41,96 mm, pour redescendre drastiquement à 8,39 kPa à

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un déplacement tangentiel de 41,98 mm. Cette chute de la contrainte de cisaillement correspond au moment où l’ouverture de l’espacement entre les anneaux supérieurs et inférieurs a été doublée. Suite à cela, la contrainte de cisaillement se stabilise jusqu’à la fin de l’essai lorsque la contrainte de cisaillement est de 8,81 kPa et le déplacement tangentiel est de 63,55 mm, ce qui correspond à un déplacement angulaire de 85,6˚.

La courbe de la contrainte effective verticale en fonction du déplacement tangentiel apparaît à la figure 5.8b. Elle débute à la contrainte effective de consolidation imposée, soit 60 kPa, puis diminue jusqu’à 33,6 kPa. Elle croit ensuite graduellement jusqu’à une valeur de 36,1 kPa au moment où l’ouverture de l’espacement entre les anneaux est doublée. La contrainte effective verticale diminue alors à une valeur de 27,23 kPa avant de se stabiliser autour de cette valeur jusqu’à la fin de l’essai.

Le cheminement des contraintes apparaît à la figure 5.8c. Il débute à l’état initial des contraintes avant de décrire un arc vers l’état limite au point (σ’v = 42,6 kPa, τ = 18,5 kPa) avant de se terminer au point

(σ’v = 26,7 kPa, τ = 8,81 kPa). La portion du cheminement des contraintes marquant le passage entre le pic et

la fin de l’essai est tronquée. Cette troncature correspond au moment où l’ouverture de l’espacement entre les anneaux supérieurs et inférieurs a été doublée.

Au moment du démontage de l’essai, la boîte de cisaillement a été séparée et l’échantillon a pu être observé. Celui-ci a conservé son intégrité et ne présente aucune trace de dessiccation. Le plan de cisaillement, qui est situé au centre de l’échantillon et s’est séparé facilement, apparaît être très humide et rugueux. La figure 5.9 présente une photo de la boîte de cisaillement séparée en son centre de façon à ce que la coupe du plan de cisaillement soit visible. De plus, d’importantes coulisses de matériel argileux bordent l’interface entre les anneaux supérieurs et inférieurs. Elles sont visibles aussi bien sur les anneaux extérieurs, qu’intérieurs. Un petit amoncellement de sol extrudé s’est formé près du centre des anneaux. Les figures 5.10 et 5.11 montrent une photo de l’extérieur de la boîte de cisaillement et de l’intérieur de la boîte de cisaillement sur lequel on peut voir les coulisses de sol extrudé ainsi que l’amoncellement de sol.

5.4 RSC09

Description de l’essai réalisé

L’essai RSC09 a été réalisé entre le 12 et le 23 janvier 2017, sous une contrainte de consolidation de 60 kPa. L’échantillon utilisé provient du tiers inférieur de l’échantillon de grand diamètre TM6-C et a été prélevé à une profondeur de 11,46 m. Le sol qui le compose est une argile silteuse grise qui contient des traces de matière

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organique. La masse totale initiale de l’échantillon était de 148,67 g. Lors du cisaillement, l’espacement entre les anneaux a été ouvert de 0,152 mm.

Description des résultats obtenus

La courbe contrainte de cisaillement en fonction du déplacement tangentiel apparaît à la figure 5.12a. Elle décrit un pic très bien défini à une contrainte de cisaillement de 23,7 kPa et un déplacement tangentiel de 0,43 mm, ce qui correspond à un déplacement angulaire de 0,6˚. La contrainte de cisaillement diminue ensuite jusqu’à 8,88 kPa à un déplacement tangentiel de 46,20 mm. Puis, elle remonte graduellement jusqu’à la fin de l’essai. Celui-ci est stoppé à une contrainte de cisaillement de 11,2 kPa et un déplacement tangentiel de 99,02 mm, ce qui correspond à un déplacement angulaire de 133,5˚.

La courbe de la contrainte effective verticale en fonction du déplacement tangentiel apparaît à la figure 5.12b. Elle débute à la contrainte effective de consolidation imposée, soit 60 kPa, puis diminue graduellement avant de se stabiliser autour d’une valeur de 20 kPa jusqu’à la fin de l’essai.

Le cheminement des contraintes apparaît à la figure 5.12c. Il décrit un arc qui débute à l’état de contrainte initial de l’essai et se termine à l’état limite au point (σ’v = 39,07 kPa, τ = 23,77 kPa). Il se termine au point

(σ’v = 19,09 kPa, τ = 8,88 kPa).

Au moment du démontage de l’essai, la boîte de cisaillement a été séparée et l’échantillon a pu être observé. Le plan de cisaillement est particulièrement humide et rugueux. Une crevasse d’une épaisseur d’environ 2 mm s’est formée dans la partie inférieure de l’échantillon. La figure 23 présente une photo de la boîte de cisaillement séparée en son centre de façon à ce que la coupe du plan de cisaillement soit visible. Cette fois- ci, des traces d’extrusion de sol ont pu être repérées en cours d’essais. Les figures 5.14 et 5.15 présentent des photos de la boîte de cisaillement sur lesquelles on peut voir ces traces après 8 jours et 11 jours d’essais.

5.5 RSC10

Description de l’essai réalisé

L’essai RSC10 a été réalisé entre le 24 janvier et le 20 février 2017, sous une contrainte de consolidation de 91 kPa. L’échantillon utilisé provient du tiers inférieur de l’échantillon de grand diamètre TM7-A et a été prélevé à une profondeur de 11,78 m. Le sol qui le compose est une argile silteuse grise. La masse totale initiale de l’échantillon n’a pas été mesurée. Lors du cisaillement, l’espacement entre les anneaux a été ouvert de 0,152 mm.

94 Description des résultats obtenus

La courbe contrainte de cisaillement en fonction du déplacement tangentiel apparaît à la figure 5.16a. Elle décrit un pic très bien défini à une contrainte de cisaillement de 35,0 kPa et un déplacement tangentiel de 0,42 mm, ce qui correspond à un déplacement angulaire de 0,6˚. La contrainte de cisaillement diminue ensuite jusqu’à une valeur de 9,37 kPa à un déplacement tangentiel de 87,11 mm. Elle remonte ensuite jusqu’à 10,7 kPa à un déplacement tangentiel de 115,11 mm. Elle redescend finalement jusqu’à une valeur minimale de 7,74 kPa à un déplacement tangentiel de 201,71 mm. La courbe contrainte-déformation se stabilise autour de cette valeur jusqu’à la fin de l’essai, à une contrainte de cisaillement de 8,21 kPa et un déplacement tangentiel de 282,8 kPa, ce qui correspond à un déplacement angulaire de 381,3˚.

La courbe de la contrainte effective verticale en fonction du déplacement tangentiel apparaît à la figure 5.16b. Elle débute à la contrainte effective de consolidation imposée, soit 91 kPa, puis diminue graduellement avant de se stabiliser autour d’une valeur de 16 kPa jusqu’à la fin de l’essai.

Le cheminement des contraintes apparaît à la figure 5.16c. Il décrit un arc qui débute à l’état de contrainte initial de l’essai, rejoint l’état limite au point (σ’v = 58,7 kPa, τ = 35,0 kPa) et se termine au point

(σ’v = 16,4 kPa, τ = 8,2 kPa).

Au terme de l’essai, la boîte de cisaillement a pu être démontée et l’échantillon a pu être observé. Le plan de cisaillement, situé au centre de l’échantillon, s’est détaché facilement. Sa surface est plus ou moins lisse et très humide. L’échantillon a conservé son intégrité et ne présente pas de traces de dessiccation. Cette fois-ci, aucune trace d’extrusion n’a été observée. Les figures 5.17 et 5.18 montrent des photos de la boîte de cisaillement contenant l’échantillon après la réalisation de l’essai.

5.6 Sommaire

Au cours de chacun des essais réalisés, neuf teneurs en eau ont été prélevées. Trois teneurs en eau ont été prélevées avant le début de l’essai, soit lors de la découpe, au niveau des côtés (wi lat), de la surface inférieure

(wi bas) et de la surface supérieure (wi haut) de l’échantillon. Six autres teneurs en eau ont été prélevées après la

fin de l’essai, soit lors du démontage, de la moitié inférieure de l’échantillon (wf bas 1 et wf bas 2), au niveau de la

moitié supérieure de l’échantillon (wf haut 1 et wf haut 2), et du plan de cisaillement (wf plan 1 et wf plan 2). Trois

moyennes sont calculées. La première rassemble les teneurs en eau prises avant l’essai, la seconde rassemble celles prises à la fin de l’essai au niveau de moitiés supérieures et inférieures et la troisième rassemble les teneurs en eau prises à la fin de l’essai au niveau du plan de cisaillement. Les teneurs en eau prises au cours des essais et les différentes moyennes calculées sont consignées aux tableaux 5.2 et 5.3.

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Avant l’essai, ces moyennes varient entre 61,67% et 70,80%. Après l’essai, elles varient entre 57,88% et 72,82% dans l’échantillon en général et entre 56,25% et 74,88% au niveau du plan de cisaillement.

Les capteurs de pression interstitielle n’ont pas été mis en place excepté lors l’essai RSC08. Bien qu’ils aient été en fonction tout au long de cet essai, la présence d’importantes bulles d’air a été observée dans les deux tubes connectant les aiguilles aux capteurs. Cela étant, les données de pression interstitielle obtenues ne sont pas valides. Il a donc été décidé de ne pas mesurer les pressions interstitielles lors des autres essais.

Le tableau 5.4 reprend l’essentiel des résultats des essais de cisaillement annulaire. Il contient les valeurs de résistance au cisaillement, de déplacement tangentiel, de déplacement angulaire et de la contrainte effective verticale, et ce au pic, au point où la résistance au cisaillement est minimale ainsi qu’à la fin de l’essai.

La figure 5.19 regroupe l’ensemble des résultats des essais de cisaillement annulaires présentés. Une enveloppe de résistance à grandes déformations peut ainsi être tracée. L’angle de frottement qui découle de cette droite est de 27° tandis que la cohésion effective est nulle.

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Tableau 5.1 - Conditions imposées pour les essais de cisaillement annulaire

Essai Éch. Prof.(m) σ’vc (kPa) ωm (RPM) ωc (μm/min)

RSC05 TM6-A 11.18 30 9 7.6

RSC07 TM7-A 11.70 200 9 7.6

RSC08 TM6-C 11.42 60 9 7.6

RSC09 TM6-C 11.46 60 9 7.6

RSC10 TM7-A 11.78 91 9 7.6

Tableau 5.2 - Teneurs en eau prises avant la réalisation de l’essai Essai wi lat (%) wi bas (%) wi haut (%) wi moy(%)

RSC05 71.7 72.7 68.1 70.8

RSC07 67.7 68.2 72.0 69.3

RSC08 61.2 62.8 64.8 62.9

RSC09 66.4 69.7 74.0 70.0

RSC10 61.2 62.8 64.8 62.9

Tableau 5.3 - Teneurs en eau prises après la réalisation de l’essai Essai wf plan 1 (%) wf plan 2 (%) wf plan moy (%) wf bas 1 (%) wf bas 2 (%) wf haut 1 (%) wf haut 2 (%) wf moy (%) RSC05 78.9 70.8 74.8 73.6 75.3 71.2 71.1 72.8 RSC07 51.4 61.1 56.3 56.8 54.3 62.6 65.4 59.8 RSC08 60.0 58.1 59.0 59.2 59.1 59.2 54.1 57.9 RSC09 80.8 69.0 74.9 73.8 71.4 70.8 69.7 71.4 RSC10 74.3 84.2 71.4 80.2 82.89 83.5 77.6 69.7

Tableau 5.4 - Synthèse des résultats des essais de cisaillement annulaire Essai τpic (kPa) δpic (mm) Δθpic (˚) σ'v pic (kPa) τmin (kPa) δmin (mm) Δθmin (˚) σ'v min (kPa) τfin (kPa) δfin (mm) Δθfin (˚) σ'v fin (kPa) RSC05 19.3 3.56 4,8 33.3 11.1 65.11 87,8 31.1 11.1 65.11 87,8 31.1 RSC07 50.7 0.54 0,7 146.2 21.7 42.29 57,0 47.0 26.4 59.56 80,3 48.0 RSC08 18.45 0.36 0,5 42.6 8.39 41.98 56,6 27.2 8.81 26.68 85,6 63.6 RSC09 23.8 0.43 0,6 39.1 8.88 46.20 62,3 19.1 11.2 99.02 133,5 20.8 RSC10 35.0 0.42 0,6 58.7 7.74 201.7 271,9 20.3 8.21 282.80 381,3 16.4

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Figure 5.2 - Photographie de la boîte de cisaillement au terme de l'essai RSC05

Figure 5.3 - Photographie de la boîte de cisaillement séparée au niveau du plan de cisaillement au terme de l'essai RSC05

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Figure 5.5 - Photographie de l'échantillon au terme de l'essai RSC07

Figure 5.6 - Photographie de l'anneau inférieur intérieur au terme de l'essai RSC07

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Figure 5.9 - Photographie de la boîte de cisaillement séparée au niveau du plan de cisaillement au terme de l'essai RSC08

Figure 5.10 - Photographie des anneaux extérieurs au terme de l'essai RSC08

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Figure 5.13 - Photographie de la boîte de cisaillement séparée au niveau du plan de cisaillement au terme de l'essai RSC09

Figure 5.14 - Photographie des anneaux extérieurs après 8 jours lors de l'essai RSC09

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Figure 5.17 - Photographie de la boîte de cisaillement au terme de l'essai RSC10

Figure 5.18 - Photographie de la boîte de cisaillement séparée au niveau du plan de cisaillement au terme de l'essai RSC10

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