ESSAI OEDOMETRIQUE

ESSAI OEDOMETRIQUE

1 But de la manipulation

Les buts de cette manipulation sont:

De dterminer le coefficient de permabilit dun matriau

Dtablir la courbe de consolidation dun matriau donn et den dduire son coefficient de consolidation.

De dterminer le coefficient de consolidation dun sol pour un accroissement de charge quelconque et destimer ainsi son tassement final.

De dterminer la constante de compressibilit dun solpour une augmentation de charge connue

2 Lessai de permabilit

Introduction thorique

La loi de Darcy nous apprends que la vitesse dcoulement de leau dans un sol est proportionnelle au gradient hydraulique. Le coefficient de permabilit (k) est dfini comme le coefficient de proportionnalit de cette relation.

Vbarre=-kgradbarrephi o tatata

Le coeffiicent de permabilit a les dimensions dune vitesse (m/s). Le coefficient de permbalit dpend de nombreux facteurs comme la granulomtrie, la forme des grains, la compacit, le degr de saturation. Par exemple, au plus les particules sont fines, au plus la permabilit est faible.

Le principe gnral de la dtermination de la permabilit dun sol est de mesurer la quantit deau qui le traverse en un temps donn.

Pour ce faire, lchantillon de sol est plac dans une cellule cylindrique entre deux pierres poreuse. Ce cylindre est reli sa base un rcipient rempli deau surelev par rapport lui.

Image p 105

Dans le cas dun sol sableux ou graveleux (trs permables), le niveau deau dans le rcipient est maintenu constant (charge hydraulique constante) et la valeur de k est dduite du volume deau ayant travers lchantillon en un temps donn.

K=V/t L/dH 1/A o tatata

Dans le cas des sols peu permables (argile, limon) par contre, lessai ce fait charge variable car les volumes deau sont faibles et les temps de percolation trs longs. Le niveau deau dans le rcipient nest donc pas maintenu connstant et lessai consiste mesurer le temps ncessaire pour passer dune hauteur h1 h2. Le coefficient de permabilit est alors donne par:

K=LA&/A.lnh2/h1/(t1-t2) o tatata

Il convient dajouter que la valeur exprimentale obtenue dpend de la viscosit de leau utilise, qui dpend elle-mme de la temprature. Ainsi, on utilise de manire normative la valeur de permabilit 10C (k10). Lorsque lessai est ralis une temprature diffrente, il suffit dappliquer la mesure un facteur de correction exprimental qui peut se trouver facilement dans une table.Mesure exprimentale de k

Lessai que nous avons ralis a t fait charge hydraulique variable sur un limon (un essai sur argile aurait ncessit trop de temps). Lexprience est ralise trois fois pour obtenir une moyenne plus correcte sur la valeur de k.

Comme expliqu plus haut, nous avons mesur la variation de hauteur deau du rcipient (en loccurrence du capillaire) pour un temps dcoulement donn (30min).

La valeur de k1 est alors dduite de:

Big formule o tatata

(nuteta/nu10) correspond au coefficient de correction relatif la viscosit qui est dduit de la mesure de la temprature de leau. Notons galement la prsence dun facteur 2,3 par rapport la formule expose plus haut qui correspond simplement lexpression des ln en log.

Nos mesures (voir feuille exprimentale annexe) nous amnent une valeur de permabilit de:

K10= 1,833.10-9 m/sec

Conclusion

La valeur de k10 nous amne penser que nous sommes en prsence dun sol de trs fiable permabilit, ce qui est bien le cas dun limon. Par contre, si lon compare ce rsultat avec les valeurs types de permabilit des sols, la valaur de k sapparente plus celle dune argile.

Photo tableau

Il nous a t expliqu que la dtermination exprimentale du coefficient de permabilit est une mthode caractre plus qualitatif que quantitatif. Ainsi, lessai nous permet de dterminer le degr de permabilit du sol (trs peu permble/peu permable/trs permable) mais pas den dduire avec prcision la nature.

3. Lessai oedomtrique

Introduction thorique

Au contraire dun milieu sec, ou la dformation est quasi instantane, quand un milieu satur est soumis une sollicitation verticale, la consolidation se fait de manire progressive.

Dans un premier temps leau reprend lensemble des efforts (pression interstitielle augmente). Si lessai est ralis avec drainage (essai ouvert), leau scoule progressivement une vitesse fonction de permabilit du milieu et au fil du temps, le squelette solide se substitue elle dans la reprise des charges (la variation de contraintes totales tant alors gale la variation de contraintes effectives). Le sol est ce moment consolid et la contrainte effective verticale correspondante est appele contrainte de consolidation. Ce phnomne est appel consolidation primaire.

Photo modle de terzaghi

Il lui fait suite une consolidation secondaire qui correspond des phnomnes physico-chimiques complexes qui dpendent fortement de la nature du sol en question. Notons que dans le cas des sols non saturs on observe dabord une consolidation instantane due la compressibilit de lair.

Pricipe de lessai oedomtrique

Loedomtre se compose dun cylindre metallique dans lequel on vient placer lchantillon entre deux pierres poreuses (la cellule est identique celle utilise pour lessai de permabilit). On exerce une contrainte sur le sol laide dun piston reli un levier damplification de la charge (dans notre cas amplification dun facteur 11).

Shma + bras de levier

Lessai complet consiste tudier la consolidation pour une progression gomtrique de charge (mthode classique). On tudie alors pour chaque charge lvolution des tassements dans le temps jusqu stabilisation. Pour notre part, nous navons ralis lessai que pour une charge (double de celle du groupe prcdent soit 36kg).

Les mesures de tassement final pour chaque charge nous permet tracer la courbe de chargement qui nous permettra de dterminer si, pour une contrainte donne, le sol est sur/normalement/sous-consolid (cette courbe pourrait tre trace partir des essais de tous les groupes).

Les mesures de lvolution des tassements pour une charge donne nous permettent, quant elles de dterminer le coefficient de consolidation cv (qui a les dimensions dune acclration), le tassement final et le coefficient de compressibilit.

Il convient de remarquer que les diffrents essais sont, dans notre cas, raliss sur un chantillon parfaitement satur en eau. Cette saturation est obtenue par passage dun courant deau du bas vers le haut de lchantillon pour favoriser lcoulement des bulles dair et dempcher lentranement de particules.Dtermination du coefficient de consolidation par mthode classique

Comme expliqu plus haut, nous avons ralis un essai oedomtrique pour une charge de 36kg. Lessai a t fait sur un sol argileux. La mesure du tassement est ralise des temps bien dtermins laide dun comparateur mcanique (voir feuille de rsultat annexe).

La dtermination du coefficient de consolidation se fait en traant la courbe de consolidation. Celle-ci peut se faire suivant deux mthodes: logarithmique et de la racine carre

Mthode de la racine carre (Taylor)

Cette mthode consiste tracer lenfoncement en fonction de la racine carre du temps (voir graphe annexe). La zone de consolidation primaire peut tre approche par une droite dont on augmente la pente dun facteur 1.15. Lintersection de cette droite avec la courbe corresponds 90% de la consolidation primaire (s90) et dtermine le temps t90.

Le coefficient de consolidation est alors dterminer par:

Cv=Tvxh^2/t avec, pour un degr de consolidation de 90%, Tv=0,848

Et h gal la demie paisseur de lprouvette au moment t90

On obtient ainsi cv=

Mthode logarithmique (Casagrande)

Cette mthode consiste tracer lenfoncement en chelle linaire en fonction du temps en chelle logarithmique. On approche alors les consolidations primaire et secondaire par deux droites dont lintersection correspond conventionnellement la fin du tassement primaire (t100,s100).

Puisque le graphe est logarithmique, on ne peut pas obtenir directement le tassement initial (sc), il convient de le trouver par construction: en reportant la diffrence de tassement entre 0,1 et 0,4min au dessus de la valeur de la consolidation t=0.1min) On dtermine alors t50 (temps ncessaire pour obtenir 50% de la consolidation) correspondant un tassement s50=0,5*(sc+s100).

Le coefficient de consolidation est dterminer par:

Cv=Tvxh^2/t avec, pour un degr de consolidation de 50%, Tv=0,197

Et h gal la demie paisseur de lprouvette au moment t50

On obtient ainsi cv=Comparaison des deux mthodes

Estimation du tassement final (Asaoka)

La mthode dAsaoka nous permet de dterminer graphiquement le tassement final. Cette mthode ne prescrit rien quant laugmentation de la charge; les essais raliss par les diffrents groupes ont t nanmoins effectus avec des charges en progression gomtrique, comme pour la mthode classique. Nous avons donc ralis cet essai avec une charge de 36kg sur la mme argile que pour lessai prcdent. La mesure du tassement seffectue des intervalles de temps rguliers de 10 minutes (voir feuille de rsultats annexe). On obtient ainsi un tassement si correspondant au temsp ti.

La mthode consiste placer les points (si-1,si) dans un diagramme sur lequel on a pralablement trac les bissectrice (si-1=s1) (voir graphe annexe). Lintersection de la droite (si-1,si) avec la bissectrice nous donne alors le tassement final (sinfini).

Nos mesures tant constantes entre 10min et 1h, on peut supposer que le tassement final est dj atteint aprs 10min. La constrcution gomtrique dAsaoka ne peut que confirmer cela puisque la droite (si-1,si) est horizontale en y=0,0282 mm.

Dtermination de la constante de compressibilit