Mesures des caractéristiques géotechniques des sols grossiers

Université Joseph Fourier
Grenoble
Groupement de Grenoble
U.R. Erosion Torrentielle Neige Avalanches
Mesures des caractéristiques géotechniques des sols grossiers
application aux sols de torrent
Problémes posés
Les Caractéristiques géomécaniques des sols grossiers rencontrés notamment en montagne (sols de torrent, éboulis, moraines) sont mal connues.
Le dimensionnement d ’ouvrages impliquant ces matériaux (en fondation, ouvrages en sols renforcés) est souvent basé sur des paramètres empiriques
Les méthodes de reconnaissance géotechniques classiques (principe et appareillage d ’essais in situ ou en laboratoire) sont peu adaptées
Le prélèvement d'échantillons de sols significatifs est difficile (volume, variabilité spatiale...) en raison des conditions d'accès aux sites, à l'hétérogénéité et la
granulométrie très grossière des sols de torrent.
Caractérisation physique
C) Teneur en eau,
granulométrie en
laboratoire, argilosité
(21 sites)
Mesure du volume V2
4
5
pesée refus 50 mm
1
tamisage
1
Calcul ρ = M / (V2-V1)
Caractérisation mécanique
2
Gibassier
Sol C1B5
VBS = 0,79
C = 133,3 kPa
Phi = 39,6 °
Nécessité de développement
d ’un matériel spécifique
Francon
Sol C1B5
VBS = 0,12
C = 59,7 kPa
Phi = 29,1 °
boîtier de cisaillement direct de 1000 x 1000 mm
Manival
Sol C2B5 ; VBS = 0,79
C = 72 kPa ; Phi = 43,5 °
Vue de côté
1000 mm
Plaque de chargement
(lisses ou rugueuses)
A
N
Coupe A-A
Glissière
(contact des
roulements)
Rieubel
Sol B5
VBS =0,31
C = 49,8 kPa
Phi = 30,8 °
N
F
roulements
Boîtier sol
inférieur
A
H = 17,5 cm ou 35 cm
espacement e ≈ 5 mm
Vue générale du dispositif
Application de
l ’effort normal
Application de
l ’effort tangentiel
4
1
2
3
2
5
Essais mécaniques boîtier 300X300 mm (fraction 0/20mm) courbes granulométriques 0/Dmax des sols étudiés
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,01
3
3
7
0,1
1
10
100
6
Turillon
Sol C1B3
VBS = 0,09
C = 97,8 kPa
Phi = 49,5 °
1000
Ouverture nominale de tamis à maille carrée
Rieubel (73) - S05
Saint Georges - HP36
5
Vorz
Sol D3
VBS = 0,02
C = 99,5 kPa
Phi = 43,9 °
6
Gibassier (04) - HP34
Francon - HP33
Manival (38) - I05
Vorz (38) - I10
Turillon (38) - I09
7
60 cm
4
compactage
mesure de la teneur en eau
hauteur d ’échantillon...
Etude paramétrique
Exemples de résultats
5
Essais de frottement sol /sol
Essais de cisaillement complet sol/sol , boîtier 1000x1000
(3 points, hauteur cisaillée = 32.5 cm, hauteur totale échantillon = 65 cm,
fraction 0/100mm du sol, contraintes normales (25 kPa ;50 kPa ;75 kPa ; V = 3mm/mn )
configuration
boîte
plaques
lisses
plaques
conditions d ’écrêtage de l ’échantillon,
rugueuses
conditions au limites du boîtier ,
étude du frottement sol/sol,
étude du frottement sol/interface géosynthétique
H = 32,5 cm
U
Saint-Georges
Sol A1
VBS = 0,55
C = 63,4 kPa
Phi = 23,9 °
1
Définition d ’un
protocole d ’essais
4
1400 Kg de sol/point
Choix de 7 torrents représentatifs et
essais mécaniques à la boîte 300x300 mm (Cemagref Aix-en-Provence)
Déplacement
Paramètres corrigés
U = 50mm ( ∆ U/U=5%)
U = 100mm ( ∆ U/U=10%)
U = 150mm ( ∆ U/U=15%)
ϕ = 41,1°
ϕ = 54°
C = 49,2 kPa
ϕ
C = 60,4 kPa
U = 50mm ( ∆ U/U=5%)
U = 75mm ( ∆ U/U=7,5%)
ϕ = 57,7°
ϕ = 61,7°
C = 39,4 kPa
U = 100mm ( ∆ U/U=10%)
ϕ = 63,6°
C = 41,7 kPa
C = 55,7 kPa
= 60,9°
C =44,4 kPa
Essais de frottement sol /géosynthétique
Fraction de sol
Déplacement
relatif u/L (%)
L
Dmax = 100 mm
5%
7.5 %
10 %
D max= 31.5 mm
5%
7.5 %
10 %
Sol Manival géotextile BDR
cg (kPa)
φg (kPa)
13
14.5
14
24
26.5
26
36.7
36
37
27
29
33
ƒϕ=tanφg/tanφ
0.75
0.72
0.69
0.7
0.64
0.69
Sol Manival géogrille TSR 110
Géogrille type TSR 110
JMT
posé sur sol compacté
cg (kPa)
39
36
33
56
61
60
φg (kPa)
32
36
39
33.4
33
36.5
ƒϕ=tanφg/tanφ
0.66
0.72
0.72
0.87
0.73
0.77
J.M. Tacnet (Cemagref Grenoble, Unité de Recherche Erosion Torrentielle Neige Avalanches -ETNA ) ; Ph. Gotteland (Lirigm-ISTG, Université Joseph Fourier Grenoble 1) A.
Bernard (Cemagref Aix-en-Provence, Unité de Recherche Ouvrages hydrauliques et irrigation) avec la contribution de G. Mathieu (Cemagref) ,C. Deymier (Service RTM des Hautes-Alpes ainsi
que Abdelaziz Aboura (docteur UJF Grenoble1) P. Stupnicki, P.Y. Vecchio et G. Saury
Etude réalisée avec le concours de la Direction de l'Espace Rural et de la Forêt (DERF) du Ministère de l'Agriculture et de la Forêt , du pôle grenoblois d'étude et de prévention des risques naturels (Conseil général de l'Isère), des services de Restauration des
Terrains en Montagne (ONF)
NAJAR
SUZON
AGNY
CHAPOUTET
ABEOUS
3
Poids volumique sol sec
Poids volumique in situ
Torrents
eau
NANT CROEX
NANT TROUBLE
20
18
16
14
PABRA
MANIVAL
ECORCHIERS
SANYOU
prélèvement 1 à 2 kg de la fraction
fine 0/2mm du sol pour essais
d'argilosité (VBS)
pesée refus 80 mm
24
22
LUJAT
kN/m3
tamisage à 2 mm
extraction des matériaux et pesée
des élémentsgrossiers
(C1B3, C1B4, C1B5, C2B5)
prélèvement ≈ 30 kg du tamisat
0/50 mm pour essais de laboratoire
(granulométrie + teneur en eau )
pesée refus 100 mm
Sols comportant des fines et
CHAMP-MERY
St MARTIN
GIBASSIER
fraction 0/50 mm
pesée refus 200 mm
repérage niveau de référence
et mesure du volume V1
eau
bâche plastique
Sols fins, sableux- graveleux
avec des fines(classes A1, A2, B2, B5, B6)
(9 sites)
Sols
insensibles à
l'eau ,graves
propres (D2, D3)
(30 sites)
PABRA
pesée masse totale
M (≈ 350 Kg)
48 torrents étudiés
CHAPOUTET
décapage couche superficielle (pavage) ;
réalisation d'un avant-trou
mise en place d'un cadre horizontal (1,5 m x 1,5 m)
MANIVAL
CLARET
B)Granulométrie in situ (0-200mm)
St GEORGES
RIEUBEL
A)Masse volumique in situ
D) Résultats (exemples)