Cisaillement d’un sol sableux

Cisaillement d’un sol sableux

Introduction :

Cisaillement d’un sol sableux

# Principe

σ = N / S N

τ = F / S F

L’échantillon étudié est placé entre 2 demi-boîtes qui se déplacent horizontalement l’une par rapport à l’autre.

Un piston permet d’exercer sur le sol une contrainte normale (σ) déterminée.

La demi boîte inférieure est entraînée horizontalement à une vitesse constante . La force totale de cisaillement F est mesurée à l’aide d’un anneau dynamométrique fixé à la demi boîte supérieure.

Plusieurs essais sont effectués en faisant varier (σ) et on trace la courbe intrinsèque :

σ2

σ1

τ1

τ2

τ

Courbe intrinsèque

σ

Matériel nécessaire :

• Machine de cisaillement directe dite machine de Casagrande

• 2 demi-boites carrées avec différents types de fond et goupilles

• anneau dynamométrique avec comparateur et abaque correspondant

• chronomètre

• poids

• sable sec simulant un sol sableux

• le poids volumique apparent sec du sol en place est de : γd = 18 kN/m³

Documents à consulter :

• Ouvrages de laboratoire

• « Essai de cisaillement à la boite » méthode L.P.C

• documentation machine de Casagrande

Travail demandé

Les fondations d’un bâtiment à usage d’habitation doivent être réalisées à l’aide de pieux en béton situés en dessous de la nappe phréatique. On dispose d’un échantillonnage sec du sol de fondation.

Vous êtes chargé d’étudier ce sol.

Pour cela vous devez mesurer son poids volumique absolu (γ_s)ainsi que ses caractéristiques mécaniques intrinsèques (c et ϕ).

I / TRAVAIL PREPARATOIRE

1.1- Vous avez à votre disposition la machine de cisaillement à la boite de Casagrande. Elle permet de réaliser 3 types d’essai :

o Un essai CD o Un essai CU o Un essai UU

Quelle différence existe-t-il entre l’essai CD et l’essai UU ? 1.2- Pour un sol donné, définissez les 3 termes suivants :

o Courbe intrinsèque de comportement o Cohésion

o Angle de frottement interne

Vous pouvez vous aider de représentations graphiques pour vos explications.

1.3- Calculer la valeur des masses de mise en charge m1 et m2 provoquant respectivement les contraintes normales σ1 = 100 kPa et σ2 = 250 kPa dans l’échantillon.

1.4- En déduire les charges respectives (m’₁ et m’₂) à placer sur le support de la machine de cisaillement sachant que le bras de levier à un rapport de 10.

1.5- Quelle est la vitesse de cisaillement à la boite de Casagrande pour un sol sableux ?

2 / MANIPULATIONS

2.1- Réaliser deux essais sur le matériau étudié pour les contraintes suivantes : o σ1 = 100 kPa

o σ2 = 250 kPa

Vous suivrez pour cela le mode opératoire de l’annexe N°0 et noterez vos valeurs sur le document réponse N°1.

2.2- Déterminer par la méthode de votre choix le poids volumique des grains solides du sol étudié (γs).

Travail demandé

3 / TRAVAIL EN SALLE

3.2.1- Justifier le nombre minimum d’essai(s) pouvant être réalisé(s) sur l’échantillon étudié moyennant une hypothèse sur la nature du sol.

3.2.2- Déterminer pour chaque essai la valeur de la contrainte tangentielle à la rupture (τ1 et τ2) en utilisant le tableau de conversion de l’anneau dynamométrique.

3.2.3- Tracer la droite de Coulomb du sol étudié.

3.2.4- En déduire les caractéristiques intrinsèques (c et ϕ) du sol étudié.

3.2.5- Conclusions.

3.2- Poids volumique du sol :

3.2.1- Démontrer la relation suivante :

γ_sat : poids volumique du sol saturé γ : poids volumique apparent

γs : poids volumique des grains solides e : indice des vides du sol

¾ (1 ) ) (

e

e _{w s}

sat +

+

= ×γ γ γ

3.2.2- L’indice des vides du sol en place a été mesuré : e = 0,43.

Calculer en utilisant la formule précédente le poids volumique du sol saturé se trouvant sous la nappe phréatique.

Annexe N°0

Cisaillement d’un sol sableux

Mode opératoire

• Mise en place de l’échantillon :

o assembler les deux demi-boites avec 2 goupilles : pas de pierres poreuses.

o Placer le fond strié dans les encoches prévues (positionner les stries ⊥ au sens de déformation)

o Mettre l’échantillon bien tassé (jusqu’à 3 mm de l’arase supérieure)

o Placer le piston de chargement (positionner les stries ⊥ au sens de déformation)

• Mise en place dans la boite :

o La demi boite inférieure doit être bloquée dans le chariot par les vis de blocage

o La demi boite supérieure est solidaire de l’anneau dynamométrique (un écrou à visser) o Mettre en place le dispositif de chargement de la boite

o Appliquer sur le dispositif prévu la charge désirée (bras de levier avec un rapport de 10) o Vérifier le bon positionnement des comparateurs (boite et anneau)

o Enlever les vis de fixation des demis boites.

SURTOUT AVANT LA MISE EN ROUTE : ENLEVER LES VIS DE FIXATION DES DEMIS BOITES.

• Mise en marche :

o Chronomètre à zéro o Comparateurs à zéro

o Réglage de la vitesse d’essai sur le pupitre de contrôle.

o Relevez seulement les déplacements du comparateur de l’anneau toutes les 15 secondes

• Fin de l’essai :

Lorsque la contrainte de cisaillement est devenue constante (ou déformation relative = 10%) o Couper le moteur appuyant sur la touche « stop » du pupitre de contrôle

o Relever la valeur du déplacement de la boite sur le pupitre de contrôle ainsi que sur le comparateur correspondant

o Appuyer sur la touche « sortie (porte avec une flèche) » puis sur la touche « reset » du pupitre de contrôle

o Remettre les vis de fixation des demis boites (sans forcer), enlever la boite et nettoyer les appareils.

Annexe N°1

Annexe N°2

Document réponse N°1

1- Valeurs des différents réglages :

2- Tableau des lectures de l’anneau dynamométrique en 1/100mm :

Temps Surface corrigée σ1 (kPa) = σ2 (kPa) =

mn s Cm² Lecture anneau Lecture anneau