Un bref état de connaissances sur le compactage des sols
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Un bref état de connaissances sur le compactage des sols
LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES GÉOTECHNIQUE Etat de l’art sur le compactage CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Bref état de connaissance sur le compactage de sols Groupe GER TOT Terrassement et Ouvrages en Terres Présenté par A. Razakamanantsoa Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 1/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil Etat de l’art sur le compactage JOURNÉES GÉOTECHNIQUE CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Définitions Quelques définitions Consolidation isotrope: P Diminution de volume ou « augmentation de densité » pour le sol Amélioration de l’ensemble des propriétés mécaniques E, (c, φ) Pc Sol Foisonné Consolidation déviatorique P= Pc Ps ou modification de la géométrie de l’assemblage des particules sans variation de volumes Génération de l’anisotropie Sol normalement compacté Pc< Ps Surcompactage Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 2/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES GÉOTECHNIQUE Etat de l’art sur le compactage CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Définitions Etats de contraintes dans les « sols non saturés » A P P ' u × ( A − Ac ) σ= = + avec c << A A A A A σ =σ' +u Terzhagi Sol non saturé Notion de « Contrainte effective » σ ' = (σ − ua ) + χ (ua − uw ) χ = 1 pour 0.9 < S r < 1 Bishop, 1960 Ne prend pas en compte la microstructure Alonso, Delage,… 1990 Notion de « variable indépendante » e = f ((σ − ua ); (ua − u w )) Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Trop de paramètres (11) Page 3/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil Etat de l’art sur le compactage JOURNÉES GÉOTECHNIQUE CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Définitions Actualisation de la relation de Bishop Expression s χ = air s 1 Auteur (s) Khalili & Khabbaz,1998 2 χ = Sr σ ' =σ +π π ( s ) = −u a + s si s ≤ s air π ( s ) = −u a + s × Sr + 1 2 S ( s ) ds si s ≤ s air 3 Sr∫ Observations et limites Moins de paramètre, mais difficile à déterminer Bolzon, 1996; Gallipoli, 2003 Succion d’entrée d’air non pris en compte Coussy, Dangla,2000 Peu pratique Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 4/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil Etat de l’art sur le compactage JOURNÉES GÉOTECHNIQUE CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Définitions Courbes de rétention d’eau (Bear and Bachmat, 1991) Chemin d’humidification pour le terrassement et ouvrages en terre Chemin de séchage pour les problématiques de sècheresse Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 5/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES GÉOTECHNIQUE Etat de l’art sur le compactage CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Définitions Correspondance: les états de saturation - courbe de compactage (Boutonnier, 2007) Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 6/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES GÉOTECHNIQUE Etat de l’art sur le compactage CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Définitions Classification des états de saturation Prise en compte de l’hystérésis sur chantier? air libre air occlus eau grains et agrégats (Boutonnier, 2007) Tension capillaire Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 7/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES GÉOTECHNIQUE Etat de l’art sur le compactage CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Définitions Classification des états de saturation / de k: importance de uw Evolution des perméabilités relatives à l’air et à l’eau en fonction du degré de saturation (Boutonnier, 2007) B= ∆u = 1 / (1 + n.Cv . / Cc ) ∆σ 3 (Skempton, 1954) B= ∆u 1 = ∆σ 3 1 + e E c oedo f 1+ e (Boutonnier, 2007) Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 8/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil Etat de l’art sur le compactage JOURNÉES GÉOTECHNIQUE CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Comportement mécanique des sols fins compactés (consolidation - compressibilité - cisaillement) Quel type d’essai mécanique correspond-t-il au compactage de chantier ? Chemins de contraintes possibles: σ1 - Oedometrique: déformation latérale nulle - Isotrope: σ1= σ2 = σ3 σ3 σ3 - Déviatoire: (σ1- σ3)= cte - Triaxial: σ3 = cte σ1 Système à symétrie axiale Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 9/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil Etat de l’art sur le compactage JOURNÉES GÉOTECHNIQUE CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Comportement mécanique des sols fins compactés (consolidation - compressibilité - cisaillement) Quel type d’essai mécanique correspond-t-il au compactage de chantier ? Chemin Isotrope Chemin oedometrique: σ= σ(MPa) 1 Déformation latérale nulle γd= 1.52 g/cm3 σc= 15 MPa σc 15 10 σ1 25 Log σ MPa 20 σ2 = σ3 20 σ1 - Densité initiale γinitial=1,52g/cm3 15 - Contrainte de consolidation σc = 15 MPa (Al-Issa 1972) 4 σc γd = G = 2,7 γw 10 1 σc 0.4 γd = 0.2 G ×γω 1+ e 5 0.1 0 e 0,7 0,6 0,5 Chemin oedometrique d’un sable (semi -log) σ3 σ3 2 4 6 8 ε% Chemin oedometrique d’un sable (échelle naturelle) Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 10/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES GÉOTECHNIQUE Etat de l’art sur le compactage CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Comportement mécanique des sols fins compactés (consolidation - compressibilité - cisaillement) Quel type d’essai mécanique correspond-t-il au compactage de chantier ? Chemin Oedometrique – Compression statique Chemin oedometrique non drainé – variation de la densité sèche en fonction du degré de saturation et de la contrainte totale Argile NDC À pression constante la densité augmente jusqu’à environ 95% de saturation puis diminue. Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 11/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES GÉOTECHNIQUE Etat de l’art sur le compactage CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Comportement mécanique des sols fins compactés (consolidation - compressibilité - cisaillement) Quel type d’essai mécanique correspond-t-il au compactage de chantier ? σ1 Chemin Déviatoire (σ 1 − σ 3 ) = Cte σ3 σ3 (σ 1 − σ 3 ) max = 27 ,9 bars σ1 γmin=1,56 g/cm3 de 29,3 % à 36,3 % γmax=1,613 g/cm3 à 3,3 % Palier 19,2 à partir de 48 % (σ m ) d i ≤ d cr (σ m ) ≥ Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar (Le Long, 1968) Page 12/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES GÉOTECHNIQUE Etat de l’art sur le compactage CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Comportement mécanique des sols fins compactés (consolidation - compressibilité - cisaillement) Quel type d’essai mécanique correspond-t-il au compactage de chantier ? Chemin triaxial σ 3 = cte σ1 γmin=1,48g/cm3 γmax=1,71g/cm3 D10=0,64 mm D60=0,98mm D30=1,50 mm σ3 σ3 σ1 (Al-Issa; Biarez; Gresillon) Phénomène de dilatation ou de contraction suivant l’accroissements du déviateur Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 13/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES GÉOTECHNIQUE Etat de l’art sur le compactage CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Comportement mécanique des sols fins compactés (consolidation - compressibilité - cisaillement) Quel type d’essai mécanique correspond-t-il au compactage de chantier ? Comparaison des différents types de sollicitation σ1 σ3 σ3 σ1 (Subbarao, 1972) e = f (σ ) Densité (Chemin triaxial) > Densité (Chemin Isotrope) -Si P<Pc alors le déviateur décompactera le matériau jusqu’à l’état critique Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 14/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES GÉOTECHNIQUE Etat de l’art sur le compactage CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Comportement mécanique des sols fins compactés (consolidation - compressibilité - cisaillement) Détermination de la contrainte de pré-consolidation Corrélation entre la limite de liquidité et la pression capillaire (Fleureau, 2002) Cu ( s) = Co + Sr α s α =4 σ ' p = 4 × Cu (Alonso et al, 2009) Pour l’argile (Munoz et al., 2011) Pour sol intact (J.P.Magnan) Exemple: pour la kaolinite Speshwite WL: 55%, on aura un u : 200kPa w σ ' p = 4 × (0 + (0.90) 4 × 200 = 0.538MPa (0.6MPa – 1.1MPa) Pour un chemin oedometrique monotone (Fry,1977) 0.3MPa Pour un chemin triaxial (Fry,1977) 1 2 σ v' = σ vo' + σ 'p pour F : 3(fondation superficielle) 150 kPa soit 7 m de remblais Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 15/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil Etat de l’art sur le compactage JOURNÉES GÉOTECHNIQUE CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Correspondance de l’étude mécanique avec la réalité Comportement du sol compacté sans vibration Compactage par choc: Proctor Standard – Proctor Modifié Mode de compactage Proctor standard Proctor modifié Origine Construction de Barrage en terre (Californie) Construction de piste d’atterrissage (w,Gd optimal) Energie de compactage 60 T/m3 275 T/m3 Poids de la dame (kg) 2.5 4.5 Hauteur de chute (cm) 30.5 45.8 Nombre de couche 3 5 Moule Proctor Nombre de coup (par couche) 25 Proctor CBR 25 56 Ø (mm) 5-20 5-20 <40 Application Compactage de remblais Piste d’atterrissage Couche de Base de chaussée Limites Besoin de mise en œuvre d’énergie différent?? Damage par coup (ensemble de phénomène complexe) ≠ sollicitation de chantier (comparaison impossible) Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 16/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES GÉOTECHNIQUE Etat de l’art sur le compactage CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Correspondance de l’étude mécanique avec la réalité Comportement du sol compacté sans vibration Compactage Statique – Compactage Proctor Proctor standard = Compactage statique sous 1,3 MPa Proctor Modifié = Compactage statique sous 4,5 MPa La vitesse d’écrasement n’a qu’une influence négligeable sur le compactage statique Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 17/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES GÉOTECHNIQUE Etat de l’art sur le compactage CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Correspondance de l’étude mécanique avec la réalité Comportement du sol compacté sans vibration Coefficient de perméabilité (m/s) Poids volumique sec (kN/m3) Compactage Classique – Compactage par Pétrissage Variation du poids volumique sec (a) et de la perméabilité (b) en fonction de la teneur en eau (Daoud, 1998) a) Qian et al. (2002) Importance de la structure granulaire b) Teneur en eau (%)) Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 18/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES GÉOTECHNIQUE Etat de l’art sur le compactage CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Correspondance de l’étude mécanique avec la réalité Comportement du sol compacté avec vibration Milieu Pulvérulent a ≥ 1σ g 3 3 Pakash&Gupta 1967 Schaeffner, 1962) Il existe un indice des vides maximal correspondant à une fréquence de vibration Densité (vibration horizontale) > Densité (vibration verticale) Existence d ’une densité maximale pour une vibration verticale Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 19/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES GÉOTECHNIQUE Etat de l’art sur le compactage CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Correspondance de l’étude mécanique avec la réalité Paramètres majeurs qui influent sur le compactage Chargement Cyclique Granularité et évolution En chemin oedometrique du Modules d’Young Young Modulus (MPa) 1000 γd:1,62g/cm3 dc: 0,65 d10: 0,64 mm d60:0,98mm d60/d10:1,53 H:6,0cm 2R:1,44cm eotgϕ = cte 100 10 % fines 5 % fines 3 % fines 10 10 100 Vertical stress (kPa) 1000 Influence de la distribution granulaire sur le module E pour une degré de compactage de 97%, wOPN(-2) (Correia, 2001) Influence du chargement cyclique suivant le chemin oedometrique (Subarano, 1972) La vitesse d’application de la sollicitation influe peu sur les matériaux granulaires avec très peu de fines tant que les vitesses de sollicitation permettent le drainage (Biarez, 1961) Fatigue des sols traités compactés ? Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 20/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES GÉOTECHNIQUE Etat de l’art sur le compactage CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Vers la maîtrise du compactage Malaxage sur chantier 3 en 1 Transport Traitement Système combiné Correction hydrique Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 21/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil Etat de l’art sur le compactage JOURNÉES GÉOTECHNIQUE CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Vers la maîtrise du compactage Evolution du procédé de compactage Compacteur de l’avenir? Compacteur à pieds dameur Après classification, l’objectif est de réutiliser les matériaux pour édifier des remblais ou des couches de forme. • Remblai : qualité q4 Signifie ρdm = 95 % ρdOPN et ρdfc = 92 % ρdOPN • Couche de forme : qualité q3 Signifie ρdm = 98,5 % ρdOPN et ρdfc = 96 % ρdOPN Compacteur lisse- vibrant A quel Prix? Compacteur à pneus Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 22/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES GÉOTECHNIQUE Etat de l’art sur le compactage CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Conclusions L’évolution de l’essai de compactage en laboratoire? Le transfert ( Laboratoire – Chantier): Manège de compactage? Distribution de l’eau dans le sol (économie d’eau)? Importance de la mouture sur la compactibilité de sol fin (gain en densité)? Evolution des appareillage de compactage sur chantier? Evolution des systèmes de mesures (labo-chantier): hystérésis – profil hydrique … Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 23/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES GÉOTECHNIQUE Etat de l’art sur le compactage CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Références Al Issa M., (1973), Recherche des lois contraintes déformations des milieux pulvérulents, PhD Thesis. 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PhD Thesis. Université Scientifique et Médicale de Grenoble Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 24/x LES PLÉNIÈRES 2011 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES GÉOTECHNIQUE Etat de l’art sur le compactage CABOURG – 08 au 10 novembre 2011 Correspondance de l’étude mécanique avec la réalité Comportement du sol compacté avec vibration Milieu Cohérent Relations densité sèche – teneur en eau du sable vibré (Forssblad, 1968) σ=0 Economie d’eau ?? Andry RAZAKAMANANTSOA - Ifsttar Page 25/x