Consolidation

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Consolidation des sols fins satur• es sous charges cycliques Ahoua Don Mello To cite this version: Ahoua Don Mello. Consolidation des sols fins satur ‘ es sous charges cycliques. Applied geology. Ecole Nationale des Ponts et Chauss ‘ ees, 1985. French.

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Monsieur SCHLOSSER, Directeur du CERMES pour avoir accepté d’être le tuteur de cette thèse ; – Monsieur JURAN, Directeur-Adjoint du CERMES pour la direction et le suivi des travaux de recherche et les liens internationaux mis en jeu pour la bonne marche des travaux de recherche ; – Monsieur MAGNAN, Professeur adjoint â l’ENPC, Chef de la division géotechnique du LCPC, pour l’orientation bibliographi- procédures d ess ais ; – Monsieur DE LAURE du CERMES, qui sans I u i, i I aurait été di f fic ile de mener à terme e t dans les dé n nables d i f fé re n ts essais effectués sr a lso Monsieur LELONG, s ta gia r e au CERMES, pour son concours dans la réalisation de certains essais ; Monsieur GUERMAZI, EIève-Chercheur au CERMES, pour son concours q u o ti die n dans le sd if fé re nt s problèmes qui se posent au cours de la recherche ; – Mesdemoiselles BARRIERE e t LONDRES, se c ré t a i r e s au CERMES, dont les services permettent ded i s poser d’un texte agréable ment lisible ; – Mademoiselle WANA, Secrétaire, pour sa contributio la dactylographie des titres de figures ; Tout e personnel s ci e n ti fi q u e e t technique du CERMES ; -La Directionde l’ENPC, en particulier la Direction e la Recherche pour avoir assuré les conditions matéri elles et finan- ci ères de cette recherche.

Je ne saurais terminer sans remercier tous ceux qui, e t Monsieur GAMBINI, Dire ct e u r de l’A ct ion Internationale à l’ENPC, dont la nouvelle pol it q u e de formation d e s formateurs m’a co n du it à l’ENPC, Monsieur DANG VAN KY du Labo ra toi re de Mécanique des Solides qui a bien voulu m’ I nscrlreen DEA de Génie Mécanique, Monsieur Bernard HALPHEN, Responsable de a formation à l’ENPC pour mon ins cri pt io n en th ès e. -3- Je tiens fi remercier aussi mon père et ma mère Monsieur t Madame SENIN KOUA DON MELLO, mes oncles et tantes, Monsieur ANET BILET CLEMENT, Monsieur N’GUANDI, Madame N’GUESSAN Odette, mes frères DON MELLO Diabatê et DON MELLO Koua, mes amis,dont le soutien moral et financier a été plus que décisif. – 00000 RES UME Cette recherche concerne l’étude expérimentale et l’analyse théorique de la consolidation des sols fins saturés sous chargement cyclique. La synthèse des travaux. ntérieurs a révélé que les cycles ont pour effet de retarder la consolidation et que les courbes de consolidation en tassement et en contrainte effective tendent ers un état d’équilibre sous chargement cyclique ; mais les modèles théoriques ne permettent pas d’appr tats expérimentaux. l’irréversibilité du comportement du sol dans le domaine surconsolidé. Cette modélisation a permis de mieux approcher les résultats expérimentaux Obtenus au CERMES par A. BERNARDET. Après avoir analysé les résultats obtenus sur le limon (sol peu plastique), nous avons entrepris 1 étude’expérimentale ? l’oedomètre d’une kaolinite (argile plastique). II s’est avéré que les cycles retardent considérablement la consolidation ; mais contrairement -2- u résultat obtenu sur le limon, il a été observé que la courbe de consolidation en tassement ne présente pas d’état d’équilibre sous chargement cyclique.

L’analyse théorique de la kaolinite a conduit qualtativement au même résultat ; mais le modèle adopté pour le comportement du sol dans le domaine surconsolidé ne nous a pas permis d’approcher les résultats expérimentaux. Cette analyse nous a en plus révélé que, contrairement au tassement, la courbe de consolidation en contrainte effective présente un état d’équilibre sous chargement cyclique Les résultats expérimentaux avec mesure de surpressions nterstitielles à la cellule de Rowe et au triaxial nous ont permis de confirmer qualitativement ces résultats. Il apparaît donc que, lorsque le sol est plastique, il y a une accumulation de tassements sous chargement cycliquie sans dissipation de surpressions interstitielles.

MOTS CLES : cyclique ; perméabilité ; compress Abilité ; irréversibilité ; plasticité ; surpression interstitielle ; tassement. SOMMAIRE S INTRODUCTION SYNTHESE DES ETUDES ANTERIEURES Rappel de la théorie de TERZAGHI – Chargement cyclique – cas d’un sol à comportement réversible à comportement irréversible – Exemple de courbe de consolidation Critique de la solution proposée par BAL IGH et LEVADOUX 28 ETUDE EXPERIMENTALE SUR LE LIMON 29 – Objectif et méthodologie Matériel et procédure d’essais – Rappel des principaux ré théorie-expérience 123 125 126 151 CONCLUSIONS 163 167 ORGANIGRAMME 171 DOCUMENT SUR LES ESSAIS 173 LA CONSOLIDATION SOUS CHARGES CYC QUES chargement cyclique.

Parmi les travaux antérieurs sur ce sujet» on peut noter en particulier : les études théoriques ef ILSON et ELGOHARY par BALIGH et LEVADOUX. Le premier objet de ce travail a donc porté sur l’amélioration de la modélisation théorique. pour atteindre cet objectif,on a développé ne solution numérique de l’équation de la consolidation unidimension- nelle par la méthode des différences finies tenant compte de la variation des caractéristiques des sols au cours de l’essai. On montre que cette solution permet une analyse plus fine des phénomènes de consolidation et permet de prévoir correctement l’effet des cycles sur la vitesse de consolidation. eu plastique) une deuxième phase de cette recherche a porté sur la consolidation sous charge cyclique d’une kaolinite (argile plastique) Ce rapoort comporte les parties successives suivantes 1 – une synthèse des études théoriques antérieures ; – principaux résultats de l’étude de la consolldation sous charges cycliques sur le limon ; 3 – étude expérimentale sur la kaolinite; 4 – modélisation numérique de la consolidation sous charge cyclique; 5 – comparaison entre la t rience; 8 173 d’une couche de sol de hauteur 2H comprise entre deux couches drainantes. Par raison de symétrie, on peut se ramener au cas d’une couche de hauteur H (longueur de drainage) comprise entre une couche drainante et une surface imperméable (Fig. 1 ) . Cet accroissement de contrainte est initialement repris par l’eau interstitielle. L’écoulement instantané sur les faces dralrlantes de a couche de sol crée ainsi un gradient hydraulique qui provoque écoulement de l’intérieur vers l’extérieur de la couche de sol.

D ‘après la théorie de TERZAGHI, cet écoulement peut être décrit par l’équation bien connue de la consolidation : 32u u est la pression interstitielle et le coefficient de consolidation c a our expression : suivantes – les déplacements sont petits et unidimensionnels, – le sol est saturé, – les gralns solides et l’eau interstitielle sont incompressibles, – le sol est homogène, isotrope et linéairement élastique ; il existe donc une relation linéaire entre la variation de la ontrainte effective to’ et celle de l’indice des vides Ae, telle que : Ae»-a Ao’; -les caracté ri stiques dus o I (perméabilité -k, compre s sib i lité a ) sont constantes pendant la co n soli datio n, I e drainage e s t unidimensionnel e t l’écoulement o b é it à I a Io i de DARCY, stipulan t qu’en milie u isotrope la vitess e relative de I ‘e a u par rapport aux grains (v v’) est proportionnelle au graW o dient de la charge hydraulique (l «- – gradh) : s-k. î; – le sol ne présente pas de consolidation s e condaire . Les conditions aux I it es dans le cas de la figure 1 sont données par : u(o ; t) » O PAGF 93