Les principales caractéristiques de la compressibilité du sol sont le module de déformation total E ou coefficient de compressibilité relatif, le coefficient de dilatation latérale (rapport de Poisson) et le coefficient de pression latérale.

1. Coefficient de compressibilité relatif. Lors du calcul des sédiments, il est souvent utilisé facteur de compressibilité relatif, qui est déterminé par la formule :

Exprimons l'expression à partir des formules et . Nous assimilons les côtés droits de ces expressions et les résolvons par rapport à mv , on a:

Ou m v *p je =s je /h

Que. le coefficient de compressibilité relatif est égal au tassement relatif et je/h , par unité de pression effective.

2. Module de déformation total E est le coefficient de proportionnalité entre les contraintes et les déformations relatives. Elle est déterminée sur le terrain et en laboratoire. La méthode la plus courante consiste à effectuer des tests de compression suivis d'un traitement. Dans ce cas, le module de déformation totale sera égal à :

;

Où β – coefficient prenant en compte l'impossibilité d'expansion latérale du sol (pour sable et limon sableux β = 0,76, terreau β = 0,63, argile β = 0,42.

Lors de l'essai d'un sol d'un diamètre d tampon basé sur les résultats des tests de laboratoire, E déterminé par calcul à l'aide de la formule

E=(1-ν 2)*w*d*∆p/∆S

3. Coefficient de pression latérale ξ est considéré comme le rapport de l'incrément de pression latérale (ou) à l'incrément de pression verticale effective en l'absence obligatoire de déformations latérales :

D'après les données expérimentales, les valeurs des coefficients de pression latérale varient dans les limites suivantes : pour les sols sableux ξ = 0,25-0,37, argileux ξ = 0,11-0,82. Ordre de grandeur ξ déterminé dans les appareils de compression triaxiale.

4. Coefficient de dilatation latérale ν sol (rapport de Poisson) est égal au rapport des déformations horizontales relatives de l'échantillon ε x à la verticale relative ε z , c'est à dire..

NORME D'ORGANISATION

Déformation
et caractéristiques de résistance
Sols argileux jurassiques de Moscou

STO36554501-020-2010

Moscou

Préface

Détails standards :

1 DÉVELOPPÉ ET INTRODUIT par le Laboratoire des technologies de génie électrique (chef du laboratoire - Candidat en sciences techniques Kh.A. Dzhantimirov) Institut de recherche-OSP du nom. N. M. Gersevanov - Institut de l'OJSC "Centre National de Recherche "Construction" dirigé par. scientifique associé, cand. technologie. Sciences O.I. Ignatova

3 APPROUVÉ ET ENTRÉ EN VIGUEUR par Arrêté du Directeur Général de l'OJSC « Centre de Recherche Scientifique « Construction » du 10 février 2010 n°27

4 INTRODUIT POUR LA PREMIÈRE FOIS

Introduction

Dans le cadre du développement intensif ces dernières années de la construction à Moscou d'immeubles de grande hauteur et d'immeubles de grande hauteur avec une partie souterraine profonde et des structures souterraines, il est apparu nécessaire d'évaluer les propriétés constructives des sols situés à de grandes profondeurs. Ces sols comprennent des sols des périodes Jurassique, Crétacé et Carbonifère.

L'évaluation des caractéristiques de ces sols sur la base de la généralisation statistique des données d'archives géotechniques accumulées est une tâche urgente.

Pour mener à bien les travaux, des documents d'archives provenant d'essais en laboratoire et sur le terrain de sols pré-quaternaires à Moscou ont été collectés à partir de rapports d'études techniques et géologiques de 40 organisations menant des travaux d'enquête dans la ville, qui ont été reçus par l'institut pour des objets de conception spécifiques.

Cette norme fournit des résultats de recherche pour le Jurassique J. 3 sols argileux.

Les résultats d'études sur la relation entre le module de déformation selon les tests de timbre et la résistivité du sol sous le cône de sonde pour les argiles jurassiques de Moscou sont présentés dans l'ouvrage, mais ils reposaient sur peu de matériel statistique.

Sur la base des recherches menées sur les sols argileux du Jurassique, des tableaux de valeurs standard et calculées des caractéristiques de résistance et de déformation ont été compilés et des coefficients de transition des modules de déformation par compression aux modules de timbre ont été établis. Pour ces sols, une équation a également été obtenue pour estimer le module de déformation à partir des résultats de sondages statiques. Les résultats de la recherche ont été publiés dans l'ouvrage.

Il est recommandé d'utiliser ces résultats dans la pratique des levés géotechniques, de la conception et de l'installation des fondations et des fondations, ce qui augmentera la fiabilité des caractéristiques de déformation et de résistance utilisées dans les calculs des fondations.

NORME D'ORGANISATION

CARACTÉRISTIQUES DE DÉFORMATION ET DE RÉSISTANCE SOLS ARGILIQUES JURASSIQUES DE MOSCOU Caractéristiques de déformation et de résistance des sols argileux du Jurassique à Moscou

Date d'introduction 2010-02-25

1 domaine d'utilisation

1.1 Cette norme s'applique à la détermination des caractéristiques de déformation et de résistance du Jurassique J. 3 sols argileux de Moscou. Ces sols étaient représentés par les sédiments suivants : J. 3 ν - Stade Volgien ; J. 3 bœuf- Stade Oxfordien et J. 3 cl- Stade callovien. Dans le tableau les plages de variation et les valeurs moyennes des principales caractéristiques physiques des sols des gisements indiqués sont données.

1.2 La norme vise à déterminer les valeurs standard et calculées des caractéristiques de déformation et de résistance des sols à l'aide de tableaux et d'équations en fonction de leurs caractéristiques physiques et des données de sondage statique.

1.3 Il est recommandé d'utiliser des tableaux et des équations pour déterminer les valeurs standard et calculées des caractéristiques de déformation et de résistance des sols pour les calculs préliminaires des fondations et des fondations des bâtiments et des structures du niveau de responsabilité I et les calculs finaux des fondations. et les fondations des bâtiments et des structures des niveaux de responsabilité II et III.

Indice	Valeurs caractéristiques	ρ , t/m 3	e	wL, %	IP, %	Je L	h, m
J. 3 ν		1,72	0,48			0,25
		2,14	1,14			0,90
	Moyenne	1,92	0,77			0,29
J. 3 bœuf		1,62	0,82			0,26
		1,93	1,52			0,40
	Moyenne	1,75	1,20			0,04
J. 3 cl		1,74	0,60			0,36
		2,04	1,22			0,35
	Moyenne	1,84	0,98			0,06

2 Références normatives

Le sondage statique du sol a été réalisé avec une sonde de type II conformément à GOST 19912.

Des tests de compression des sols ont été effectués conformément à GOST 12248 pour les sols présentant une humidité naturelle. Pour la recherche, les résultats d'essais avec une charge verticale finale ont été utilisés R.≥ 0,5 MPa. Les valeurs des modules de déformation en compression ont été calculées dans la plage de charge de 0,2 à 0,5 MPa.

Valeurs φ Et Avec ont été déterminés sur la base des données d'essais consolidés-drainés pour le cisaillement des sols avec une humidité naturelle conformément à GOST 12248.

Les caractéristiques physiques des sols ont été déterminées conformément à GOST 5180.

3.3 Pour établir des tableaux de valeurs standards et calculées des caractéristiques de déformation et de résistance des sols lors du traitement statistique des matériaux, un appareil d'analyse de corrélation-régression a été utilisé, qui permet d'établir des corrélations et des équations de régression entre les caractéristiques mécaniques E, φ Et Avec d'une part, et les caractéristiques physiques et les données de sondage statique q avec un autre. L'étroitesse de la connexion est caractérisée par le coefficient de corrélation R. et écart carré moyen (standard) S(application ).

Les caractéristiques physiques suivantes ont été utilisées dans l'analyse de corrélation : indice de plasticité Je r comme indicateur du type ou de la teneur en argile du sol ; coefficient de porosité e comme indicateur de la densité du sol dans son origine naturelle et comme indicateur de fluidité Je L comme indicateur de l'état du sol par consistance.

3.4 Des études de corrélation ont été réalisées entre les valeurs standards des caractéristiques mécaniques et physiques et la résistance au sondage q, défini comme la moyenne arithmétique des valeurs partielles des éléments géologiques d'ingénierie (IGE) identifiés lors des levés (GOST 20522).

Pour déterminer les valeurs standard et calculées E, φ Et Avec Selon les tableaux et les équations, il est nécessaire d'utiliser des valeurs standards de caractéristiques physiques et de résistance de sondage q pour l'IGE.

4 Détermination du module de déformation par caractéristiques physiques

4.1 Valeurs standards du module de déformation sur le terrain E doit être pris selon l’équation () ou le tableau. , établi sur la base d'un traitement statistique des résultats d'analyses de sols avec un tampon et un pressiomètre (Fig.).

Taux de turnoverJe L	Valeurs standards du module de déformation E, MPa, au coefficient de porosité e, égal
	0,6 - 0,7	0,8 - 0,9	1,0 - 1,1	1,2 - 1,3	1,4 - 1,5
0,25 ≤ Je L ≤ 0
0 < Je L ≤ 0,25
0,25 < Je L ≤ 0,5
0,5 < Je L ≤ 0,75

Image 1- Dépendance du module de déformation en fonction des données du tampon ( E m) Et
pressiométrique ( En) essais ( n IGE = 75 ; n je= 280) du coefficient
porosité e et taux de turnover Je L pour les sols argileux du Jurassique :
Je L:1 - (-0,25); 2 - 0,0; 3 - 0,25; 4 - 0,5; 5 - 0,75

5 Détermination du module de déformation à partir de données de sondage statique

5.1 Valeurs standards du module de déformation sur le terrain Eà prendre en fonction de la résistivité du sol sous le cône de la sonde q selon l'équation (), obtenue sur la base d'un traitement statistique des résultats d'analyses de sol avec un tampon, un manomètre et un sondage statique (Fig. ).

Figure 2- Dépendance du module de déformation E selon les données du timbre
et essais pressiométriques de résistivité du sol
sous le cône de la sonde q :
points expérimentaux : 1 - Pour J 3 bœuf; 2 - Pour J 3 ν; 3 - dépendance E = F(q)

6 Coefficients de transition du module de déformation en compression au module de matrice

6.1 Facteurs de transition mk du module de déformation en compression jusqu'à la filière, il convient de le prendre ou en fonction du coefficient de porosité e et taux de turnover Je L(tableau), ou selon l'indice de plasticité Je r et taux de turnover Je L(Tableau).

Taux de turnoverJe L	Valeurs des coefficientsmkau coefficient de porosité e, égal
	0,6 - 0,8	0,9 - 1,1	1,2 - 1,5
0,25
0,25
0,75

Taux de turnoverJe L	Valeurs des coefficientsmkau nombre de plasticitéIPégal
	≤ 7	8 - 17	18 - 30	31 - 50
0,25
0,25
0,75

figure 3- Dépendance aux coefficients mk sur le coefficient de porosité e
et taux de turnover Je L pour sols argileux du Jurassique
(n = 32; mk = 2,47 + 0,53e - 1,60Je L; R. = 0,79; S = 0,42):
Je L:

Figure 4- Dépendance aux coefficients mkà partir du numéro de plasticité Je r
et taux de turnover Je L pour sols argileux du Jurassique
(n = 32; mk = 2,51 + 0,02Je r - 1,24Je L; R. = 0,83; S = 0,38):
Je L:1 - (-0,25); 2 - 0,0; 3 - 0,25; 4 - 0,5; 5 - 0,75

Lors de l'utilisation de coefficients mk selon le tableau et pour ajuster les modules de déformation en compression, ces derniers doivent être calculés dans la plage de pressions verticales de 0,2 à 0,5 MPa, et les valeurs des coefficients β , compte tenu de l'impossibilité de dilatation latérale du sol dans un dispositif de compression, est de 0,4 pour les argiles, de 0,62 pour les limons et de 0,72 pour les limons sableux.

7 Détermination des caractéristiques de résistance sur la base des caractéristiques physiques

7.1 Valeurs standard des caractéristiques de résistance des sols argileux du Jurassique - angle de frottement interne φ et adhésion spécifique Avec, obtenu à partir des résultats d'essais de cisaillement de sols consolidés-drainés (CD), doit être déterminé en fonction de l'indice de plasticité Je r et taux de turnover Je L selon les équations () et () ou le tableau. (Fig. et):

Taux de turnoverJe L Désignation caractéristique Valeurs standards φ ° et Avec, kPa, à l'indice de plasticitéJe r,% égal ≤ 1 8 - 17 18 - 30 31 - 40 41 - 50 0,25 ≤ Je L ≤ 0 φ ° Avec, kPa 0 < Je L ≤ 0,25 φ ° Avec, kPa 0,25 < Je L ≤ 0,5 φ ° Avec, kPa 0,5 < Je L ≤ 0,75 φ ° Avec, kPa 7.2 Valeurs de conception φ Et Avec doit être calculé sur la base de valeurs standards (tableau), en les réduisant de la valeur de l'intervalle de confiance Δ, calculé selon la méthode de l'app. 2 SRT avec probabilité de confiance α = 0,85 et α = 0,95 (SP 50-101). Intervalle de confiance Δ pour φ Et Avec est: Δ φ = 1°Δ Avec= 7 kPa (à α = 0,85) ; Δ φ = 2°Δ Avec= 11 kPa (à α = 0,95). Figure 5- Dépendance de l'angle de frottement interne φ ° à partir de l'indice de plasticité Je r et taux de turnover Je L Annexe A J 3v- Dépôts du Jurassique supérieur de l'étage Volgien J 3 bœuf- Dépôts du Jurassique supérieur de l'étage Oxfordien J 3cl- Sédiments du Jurassique supérieur de l'étage Callovien ρ - densité du sol e- coefficient de porosité du sol Je r- indice de plasticité du sol Je L- indicateur de fluidité du sol h- profondeur de prélèvement du sol ou test avec un tampon (pressiomètre) E w - module de déformation selon les résultats des tests d'emboutissage E n - module de déformation selon les résultats des essais pressométriques q- résistivité du sol sous le cône de la sonde lors du sondage statique KD - coupe de sol consolidée et drainée R.- Coefficient de corrélation S- écart type (écart type) Appendice B Etudier les relations entre la mécanique à et physique x je caractéristiques, l’appareil d’analyse de corrélation et de régression a été utilisé. Les calculs ont été effectués sur ordinateur à l'aide d'un programme standard, qui prévoit la construction d'une dépendance linéaire de la forme par la méthode des moindres carrés Pour approximer une relation non linéaire, un polynôme ou une équation () du 2e ou du 3e degré est le plus souvent utilisé. Cependant, étant donné que les estimations statistiques dans la théorie de la corrélation sont développées uniquement pour les dépendances linéaires, les dépendances non linéaires doivent être converties en dépendances linéaires en remplaçant les variables. m- nombre moyen de définitions φ Et Avec en IGE ; n- nombre total de valeurs standards φ Et Avec(nombre total d'IGE) ; d 2 - fonctionnelle caractérisant l'évolution de la largeur de l'intervalle de confiance au cours de la dépendance. Il convient de noter que la valeur d 2 /nà ces valeurs n, qui s'est produit dans l'échantillon étudié de données expérimentales, s'est avéré être négligeable. Valeurs calculées φ Et Avec calculé avec des probabilités de confiance α = 0,85 et α = 0,95, régulé

Plan du cours :

1. Dispositions générales.

2. Propriétés de déformation des sols dues aux conditions naturelles.

3. Propriétés de déformation des sols causées par des charges externes.

4. Déformations élastiques.

5. Facteurs déterminant les propriétés élastiques des sols.

6. Le mécanisme des déformations plastiques.

7. Construction d'une courbe de compression.

8. Indicateurs de déformation.

9. Consolidation des sols.

10. Pression efficace et neutre.

11. Méthodologie de détermination des propriétés de déformation des sols.

1. Dispositions générales

Les propriétés mécaniques des sols apparaissent lorsqu'ils sont exposés à des charges extérieures.

Les propriétés mécaniques sont divisées dans les types suivants :

– déformation ;

- force;

– rhéologique.

Propriétés de déformation caractériser le comportement du sol sous des charges ne dépassant pas les charges critiques. Autrement dit, cela ne conduit pas à la destruction des sols.

Propriétés de résistance caractérisent le comportement du sol sous des charges égales ou supérieures aux charges critiques, et ne sont déterminés que lorsque le sol est détruit.

Propriétés rhéologiques caractériser le comportement du sol sous charges au cours du temps.

La déformation est le mouvement des particules corporelles sous l'influence d'une contrainte mécanique.

Dans les documents réglementaires, le terme déformation du sol est utilisé, et ces déformations ne sont pas associées à des charges externes, par exemple des déformations de gonflement, etc.

Par conséquent, le terme propriétés de déformation des sols doit en pratique être distingué selon le type d'impact sur le sol :

1. Déformations liées à l'influence des conditions naturelles sur le sol.

2. Déformations associées aux charges externes du sol.

2. Propriétés de déformation des sols dues aux conditions naturelles

Déformation de gonflement est évaluée grâce à l'indicateur εSW (relative gonflement déformation). Il est calculé comme suit (Figure 7.1) :

ε SW = h h

où h est la hauteur initiale de l'échantillon ;

∆h – augmentation de la hauteur de l'échantillon lorsqu'il est trempé.

Figure 7.1 – Schéma de calcul de la déformation relative par gonflement

La nature du gonflement - le gonflement se produit en raison du mouvement du réseau structurel de cristaux par les molécules de la solution aqueuse.

Déformation par affaissement est évaluée à travers l’indicateur εS (relative subsidence déformation) qui est calculé comme suit (Figure 7.2) :

Figure 7.2 – Schéma de calcul de la déformation relative par affaissement

La nature du tassement : lorsque le sol est détrempé, les liaisons structurelles sont détruites et le sol peut se déformer sans charge.

Le soulèvement dû au gel est évaluéà travers l'indice de déformation relative par soulèvement dû au gel εfn, qui est déterminé par la formule (Figure 7.3) :

				h de − h o

où hof est la hauteur du sol gelé ;

ho est la hauteur initiale du sol avant le gel.

Figure 7.3 – Schéma de calcul de la déformation relative du soulèvement dû au gel des sols

La nature du soulèvement dû au gel se produit lorsque la température baisse< 0 °С вода в порах грунта замерзает и расширяется, что вызывает деформацию грунта.

Les types de déformation du sol ci-dessus sont associés à des facteurs naturels. Ci-dessous, nous considérerons les déformations associées au chargement du sol.

3. Propriétés de déformation des sols causées par des charges externes - dispositions générales

UN). La notion de stress. b). Types de déformations.

V). Relation entre stress et tension.

UN). La notion de stress

Pour comprendre ce matériau, considérons les notions de contraintes dans les sols.

Les charges externes transmises au sol sont des contraintes mécaniques, qui sont une mesure de ces forces externes (Figure 7.4). La contrainte mécanique fait référence à la force agissant par unité de surface du sol.

Figure 7.4 – Schéma de répartition des forces externes et internes agissant dans le volume de sol au point M

La figure 7.4 montre clairement que tout point de la masse de sol (M) est affecté par trois forces (P). Ces forces sont décomposées en contraintes normales (σ) et tangentielles (τ). Les contraintes normales agissent normalement par rapport au site et les contraintes tangentielles agissent le long de celui-ci (Figure 7.5).

		τ yz	τxz
					τ zx
				τyx
		τ zy
			τyx

Figure 7.5 – Composantes des contraintes tangentielles (τ ij) et normales (σ i)

La totalité de toutes les contraintes pour toutes les zones passant par le point M caractérise l'état de contrainte au point. Il est déterminé par le tenseur de contraintes (Tσ), dont les composantes sont trois normales (σ x, σ y, σ z) et six tangentielles (τ xy = τ yx, τ yz = τ zy, τ zx = τ xz) souligne.

b). Types de déformations

En fonction du type de charge appliquée au sol, on distingue les types de déformations suivants :

– linéaire ;

– les tangentes ;

– volumineux.

Déformations linéaires sont causées par des contraintes normales (σ). Moi-

L'essaim de déformations linéaires est la déformation linéaire relative (e), qui est déterminée par la formule :

e = h h0

∆h

où h 0 est la hauteur initiale de l'échantillon ; h est la hauteur de l'échantillon lorsqu'il est chargé ;

∆h – incrément (diminution) de la longueur de l'échantillon lorsqu'il est chargé.

Déformations tangentes causée par les contraintes tangentielles (τ). La mesure de la déformation tangentielle est la déformation relative de cisaillement (γ), qui est déterminée par la formule :

γ =
je h 0 o

où h o est la hauteur initiale de l'échantillon ;

s – l'ampleur du déplacement sous l'influence des contraintes tangentielles.

Déformations volumétriques sont causés par une charge globale sur le corps. La mesure de la déformation volumétrique est la déformation volumétrique relative (e v ), qui est déterminée par la formule :

e v = V V

où V est le volume initial du corps ;

V1 – volume corporel obtenu lors du chargement ;

V est le changement absolu de volume pendant le chargement.

V = VV − V1

V). Relation entre contraintes et déformations du sol

L’un des principaux enjeux de la science du sol (mécanique des sols) est l’établissement d’une relation entre contraintes et déformations dans les sols.

DANS En général, cette relation est non linéaire et dépend de nombreux facteurs. Il est impossible de prendre en compte tous les facteurs, c’est pourquoi il n’existe à ce jour aucune équation décrivant ces interactions.

DANS la science du sol (mécanique des sols) utilise les équations de Hooke.

La loi de Hooke s'écrit comme suit :

– pour déformations linéairesσ = E·e, où E est le module d'Young (module d'élasticité) ;

– pour déformations tangentiellesτ = γ·G, où G est le module d'élasticité en cisaillement ;

– pour déformations volumétriquesσ v = K·e V , où K est le module d'élasticité globale.

En pratique, pour prédire la stabilité des ouvrages d'art, les déformations linéaires e sont les plus largement utilisées. Les tangentes et les tangentes volumétriques sont utilisées pour résoudre des problèmes particuliers. Par conséquent, nous nous concentrerons ci-dessous sur les déformations linéaires.

Déformations linéaires

Lorsqu'une charge externe est appliquée au sol, des déformations élastiques y apparaissent d'abord, puis des déformations plastiques et destructrices (Figure 7.6).

UE

e n e r

Figure 7.6 – Schéma de formation des déformations élastiques (1), plastiques (2) et destructives (3)

4. Déformation élastique

Sous déformations élastiques (volumétriques) du sol sont compris comme une déformation

tion qui sont restaurées lorsque les forces qui les provoquent sont éliminées (supprimées) (Figure 7.7).

a) Le mécanisme de déformation élastique ensuite : lorsque le sol est chargé, des contraintes normales et tangentielles y apparaissent. Les contraintes normales provoquent une modification de la distance entre les atomes du réseau cristallin. La suppression de la charge élimine la cause provoquée par le changement de la distance interatomique, les atomes reviennent à leur place d'origine et la déformation disparaît.

Si les contraintes normales atteignent les valeurs des forces de liaison interatomiques (l'ampleur des liaisons structurelles dans le sol), alors une destruction fragile du sol se produit par arrachement.

Structure

Figure 7.7 – Schéma de formation des déformations élastiques au niveau de : 1 – cristal ; 2 – connexion structurelle ; 3 – sol

La dépendance graphique de la contrainte et de la déformation du sol est présentée à la figure 7.8.

	e arr.

Figure 7.8 – Dépendance des contraintes et déformations du sol sous chargement OA et déchargement AO

D'après la figure 7.8, il ressort clairement que lorsqu'il est chargé, le sol se déforme le long du segment OA selon une dépendance linéaire. Une fois déchargé, le sol reprend complètement sa forme, comme en témoigne la branche de déchargement AO, qui répète la branche de chargement OA.

D'où la déformation de l'e arr. – il y a une partie élastique de la déformation totale.

b) Une mesure des déformations élastiques est le module d'élasticité (module de Young), qui est déterminé par la dépendance (Figure 7.9) :

E = σ

e arr.

où σ – tension ; et suite. – la déformation relative du sol.

et suite.

Figure 7.9 – Schéma de détermination du module d’Young

La mesure des déformations transversales est le coefficient de Poisson, qui est déterminé par la formule :

µ = e trans.

où e à travers – déformations transversales relatives.

e trans. = ré ré

e prod – déformations longitudinales relatives.

et suite. = h h

c) Méthode de détermination des propriétés élastiques les races comprennent :

– réaliser un échantillon sous la forme d'un cylindre avec un rapport de hauteur ( h) au diamètre (d) égal à 2 ÷ 4 ;

– charger l'échantillon à travers une presse ;

– mesure des déformations longitudinales et transversales à chaque étape de chargement ;

– calcul d'indicateurs.

5. Facteurs déterminant les propriétés élastiques des sols

Les principaux facteurs déterminant les propriétés élastiques des roches comprennent :

– fracturation (porosité);

– connexions structurelles;

– composition minérale.

Les déformations élastiques se manifestent de manière significative dans les sols rocheux ; dans les sols dispersés, elles ont une importance secondaire. Par conséquent, nous considérerons les facteurs influençant les propriétés élastiques des sols en groupes.

Sols rocheux

Dans la plupart des sols rocheux, la région élastique est maintenue jusqu'à des contraintes représentant 70 à 75 % de la contrainte de rupture.

Fracture (porosité)

L'influence de la fracturation et de la porosité sur les propriétés élastiques des sols est significative. La figure 7.10 montre la dépendance du module élastique sur la porosité.

Figure 7.10 – Dépendance du module élastique (E) de sols de compositions différentes sur la porosité (n) :

1 – les migmatites et granitoïdes ;

2 – granites ;

3 – le gabbro et la diabase ;

4 – labradorites ;

5 – les quartzites ferrugineux ;

6 – les quartzites et grès ;

7 – les sols carbonatés ;

8, 9, 10 – effusifs basiques, moyens et acides ; 11 – tufs et tuf brechki.

De la figure 7.10, on peut voir qu'avec une augmentation de la porosité de 1 à 20 %, le module élastique diminue de 8 fois. Un schéma similaire est typique des sols fissurés (Figure 7.11). Avec l'augmentation de la fracturation, le module élastique E diminue de 3 fois.

Figure 7.11 – Dépendance du module dynamique d'élasticité (DE) des sols sur le degré de perturbation tectonique :

Je – légèrement fracturé ;

II – modérément fracturé ;

III – très fracturé ;

1 – gabbro-dolérites ;

2 – les basaltes porphyriques ;

3 – calcaires, dolomies, marnes ;

4 – les grès, siltstones et mudstones ;

5 – minerais de pyrrhotite-chalcopyrite.

Composition minérale

Les paramètres élastiques sont assez fortement affectés. Toutes choses égales par ailleurs, les constantes élastiques du sol seront d'autant plus élevées que ces constantes seront élevées pour les minéraux formant la roche.

Connexions structurelles

Ils constituent le facteur déterminant, après fracturation, qui influence les propriétés élastiques des sols. Alors, dans sols ignés, où le ciment est la roche mère du magma, le module d'élasticité passera de E = 40÷ 160 GPa. DANS métamorphique, où le ciment est la roche mère de recristallisation, les valeurs du module élastique sont plus faibles – E = 40÷120 GPa. DANS roches sédimentaires, où le ciment est constitué de sels précipités des solutions d'infiltration, la valeur du module est minimale - E = 0,5÷ 80 GPa (Figure 7.12).

Figure 7.12 – Relation entre le matériau des connexions structurelles rigides

Et module d'élasticité des sols rocheux

U Dans les sols dispersés, le module élastique est déterminé principalement par le type de connexions structurelles (Figure 7.13). Ainsi, dans les argiles dures, à structures rigides -

c'est-à-dire les liaisons, E = 100÷ 7600 MPa, dans les liaisons fluide-plastique, où il n'y a pratiquement aucune connexion, le module est E = 2,7÷ 60 MPa, c'est-à-dire E diminue de 30÷ 100 fois.

solide (rigide) fluide-plastique (eau-caloïdal)

Figure 7.13 – Relation entre les types de liaisons structurelles et le module élastique de l'argile

Les valeurs numériques de certains sols rocheux et semi-rocheux sont données dans le tableau 7.1.

Tableau 7.1 – Valeurs des caractéristiques des propriétés élastiques des roches et semi-roches

	Module d'élasticité,	Coefficient croisé
	103 MPa (Young)	souche (Poisson)
Calcaire faible
Le grès est dense
Grès faible

1 mPa – 10 kgf/cm2

6. Mécanisme de déformation plastique

Par déformations plastiques, on entend des déformations qui ne sont pas restaurées lorsque les forces qui les provoquent sont éliminées (supprimées) (Figure 7.14).

Sous la forme classique, les déformations plastiques dans les corps élastiques se forment comme suit : lorsque le matériau est chargé, des contraintes normales et tangentielles y apparaissent. Sous l'influence de contraintes tangentielles, une partie du cristal se déplace par rapport à une autre. Lorsque la charge est supprimée, ces mouvements subsistent, c'est-à-dire qu'une déformation plastique se produit (voir Figure 7.14). Les contraintes normales forment des déformations élastiques.

Figure 7.14 – Schéma de déformation plastique et de rupture ductile sous l'influence de contraintes tangentielles :

UN – treillis non contraint ;

b - déformation élastique;

c – déformation élastique et plastique ; d – déformation plastique ;

d, f – rupture plastique (ductile) résultant du cisaillement

Par corps élastique, on entend un matériau dans lequel il n'y a ni pores ni fissures. Il y a toujours des pores et des fissures dans les sols. Par conséquent, le mécanisme de formation des déformations plastiques est quelque peu différent du mécanisme classique.

Lorsque les sols, en particulier les sols dispersés et très poreux, sont chargés, des contraintes normales et tangentielles apparaissent. Sous l'influence des contraintes normales, des déformations élastiques (mineurs) se forment dans un premier temps, puis, du fait de la réduction des pores du sol, les particules du sol se déplacent les unes par rapport aux autres. Ces mouvements sous l'influence des contraintes normales se terminent lorsque l'espace interstitiel est rempli de particules de sol. Après quoi, selon le schéma classique, entrent en jeu les contraintes tangentielles qui constituent la partie classique des déformations plastiques.

	joint σ
	∆h1	∆h2
Figure 7.15 – Schéma de formation des déformations plastiques dans les sols :
a – état initial du sol ;
b – sol soumis à des contraintes normales
	compacté (rétréci) (σ compacté)
c – sol (particules) sous l’influence de contraintes de cisaillement
	déplacé (déplacé).
D'où la déformation relative totale (totale) du sol :

e plein = e total =			h1 + h2
et conc. =			e s.p. =

Ainsi, dans les sols, les déformations plastiques (e p.) consistent en fait en des déformations compressives (e compress.) et des déformations plastiques réelles e.s.p. , c'est à dire.

e p.=e compresser. + e s.p. = e total

Dans le même temps, la part des déformations plastiques réelles dans la composition du total est insignifiante. Ainsi, dans la pratique, les géologues travaillent avec la déformation par compression, que nous appelons compressibilité.

La compressibilité fait référence à la capacité des sols à diminuer de volume (se tasser) sous l'influence d'une pression externe (contraintes normales).

7. Construction d'une courbe de compression

Les indicateurs de compressibilité sont déterminés en laboratoire dans des conditions unidimensionnelles.

problème noique (linéaire). Tel le type d'analyse du sol, sans possibilité d'expansion latérale, est appelé compression, et l'appareil est appelé odomètre (Figure 7.16).

Figure 7.16 – Schéma d'un dispositif de compression (odomètre) 1 – odomètre, 2 – sol, 3 – piston, P – charge

Lorsque le sol est chargé dans un appareil de compression, le diamètre de l'échantillon ne change pas. Par conséquent, la déformation verticale relative du sol est égale à la variation relative de volume, c'est-à-dire

où h 0 est la hauteur initiale de l'échantillon de sol ;

h – changement de hauteur de l'échantillon sous pression ; V 0 – volume initial de l'échantillon de sol ;

V – changement du volume de l'échantillon sous pression.

Puisque le compactage du sol se produit principalement en raison d'une diminution du volume des pores, la déformation compressive du sol s'exprime par une modification de la valeur du coefficient de porosité (Figure 7.17).

V = V0 − V1

h = h0

−h

V n = ε 0 V c

Ouah

= ε 1 V c

Eau

V 0 = V c (1 + ε 0 )

V c (1+ ε 1 )

Figure 7.17 – Evolution du volume poreux du sol lors de la compression :

UN – état d'origine ;

b – après compression ;

Vn – volume des pores ;

Vс – volume du squelette du sol ;

ε0, ε1 – coefficients de porosité initiale et après compression ; h0 est la hauteur initiale de l'échantillon ;

h est la hauteur de l'échantillon après compression ;

h – changement de hauteur de l'échantillon sous pression.

Rappelons que le coefficient de porosité est un indicateur caractérisant le rapport du volume poreux (Vn) au volume de la partie minérale du sol (Vc).

En utilisant le même schéma, le volume de l'échantillon sous chargement est calculé (V1) :

V 1 = V c (1 + ε 1 )

En substituant dans l'expression (1) la valeur des volumes d'échantillon avant l'expérience et après l'expérience (4) et (5), on obtient :

	h = h	V = h		Vc (1+ ε 0 ) − Vc (1+ ε 1 )	H ε 0 − ε 1
				V c (1+ ε 0 )
	0 V 0				0 1 + ε 0

A partir de la formule (6), nous obtenons une expression du coefficient de porosité du sol correspondant à un niveau de charge donné (ε p) :

		εp = ε0			(1+ ε 0 ) = ε 0 − e (1+ ε 0 ),
où e =		– déformation verticale relative du sol pour un temps donné

pression P, ε 0 – coefficient de porosité initial.

Connaissant les coefficients de porosité (ou déformations relatives) du sol aux niveaux de charge correspondants, il est possible de construire une courbe de compression (Figure 7.18).

ε = ρ s − ρ d

ρ d

où ρ s – densité de particules ;

ρ d – densité du sol sec.

ε 1 A

				P, kgf/cm2

Figure 7.18 – Courbe de compression basée sur le coefficient de porosité et les données de charge

8. Indicateurs caractérisant la compressibilité des sols

La compressibilité en compression des sols peut être caractérisée par différents indicateurs : coefficient de compressibilité (a), module de tassement (e p) et module de déformation totale (E0).

Coefficient de compressibilité (a) est défini comme suit. Pour petites plages de pression(1 à 3 nœuds/cm 2 ) courbe de compression entre points A et B remplacer par une ligne droite, alors :

		ε 1 − ε 2
			−P

où ε et P sont les intervalles de mesure de ε et P.

Comme le montre l'équation, le coefficient de compression caractérise la diminution de la porosité avec une augmentation de la pression d'une unité.

Module de déformation total (E 0) caractérise également la diminution de la porosité lorsque le sol est chargé et est déterminé par :

E 0 = β 1 + une ε 0 ,

où ε 0 est le coefficient de porosité initial ; a – coefficient de compressibilité ;

β – coefficient dépendant de la dilatation latérale du sol

Et approximativement égal pour les sables – 0,8 ; pour limon sableux – 0,7 ; pour les limons – 0,5 et pour les argiles – 0,4.

Le module de déformation total peut être obtenu en utilisant la loi de Hooke :

E = σe

Pour ce faire, une courbe de compression est construite sur la base des données de déformation relative (e) et de charge (contrainte) (Figure 7.19).

e = h h

e 1 e 2

Figure 7.19 – Courbe de compression construite

basé sur la déformation verticale relative (e) et la charge

Le calcul de E 0 est effectué en fonction de la dépendance

E 0 =	P2 - P1
	e 1 - e 2

Le tableau 7.1 montre quelques valeurs d'Etot. module de déformation totale.

Tableau 7.1 – Module de déformation générale de divers types de roches selon les résultats d'essais expérimentaux sur le terrain

		Module de déformation
		103 MPa	nœuds/cm2 *
	Centrale hydroélectrique de Krasnoïarsk
Granites moyennement fracturés
Les granites sont très fracturés
Granites de zone altérée	Centrale hydroélectrique de Dneprodzerjinsk
	Cabril, Portugal
	Canisada, Portugal
	Château de Bodi, Portugal
Granites à gros grains	Salamondí, Portugal
	Centrale hydroélectrique de Bratsk
Diabases de zone d'altération
	Arges Corbeni, Roumanie
Grès de l'Ordovicien	Centrale hydroélectrique de Bratsk
Calcaires du Crétacé supérieur	Centrale hydroélectrique de Chirkey
Calcaires bitumineux,	Kasseb, Tunisie
Paléogène moyen
Porphyrites du Dévonien	Centrale hydroélectrique de Taloresskaya
Basaltes	Bull Run, États-Unis
Laves de tuf quaternaire	Zélande
Argiles marneuses de l'étage tatarien	Centrale hydroélectrique de Gorkovskaya

* – 1 MPa – 10 nœuds/cm2

Module de tassement (compressibilité)

Dans la pratique du calcul, la valeur de la déformation verticale relative est souvent utilisée directement comme mesure de compressibilité :

e p = 1000 h h mm/m.

La valeur e p est appelée module de tassement et représente le degré de compression en millimètres d'une colonne de sol de 1 m de haut lorsqu'une charge supplémentaire P lui est appliquée.

h – diminution de la hauteur de l'échantillon à la pression P, mm. h 0 – hauteur initiale de l'échantillon, mm.

Sur la base des définitions du module de tassement, une courbe de dépendance du module de tassement à la pression est construite (Figure 7.20), qui permet de trouver rapidement la valeur de tassement d'une épaisseur de sol d'une épaisseur de 1 m à une pression donnée .

Module de tassement ep en mm/m

	ep = f(Pn)

Pression verticale Pn, en kg/cm2

Figure 7.20 – Courbe de dépendance du module de tassement à la pression

9. Consolidation des sols

Le compactage d'un sol argileux saturé d'eau au fil du temps et sous une charge constante est appelé consolidation. Connaissance du processus de consolidation

La concentration des sols argileux est nécessaire pour prédire correctement le taux de tassement des structures.

Mécanisme de consolidation

Dans le cas général, lorsqu'une charge externe est appliquée à un sol saturé d'eau, une compression instantanée se produit initialement en raison des déformations élastiques de l'eau interstitielle et du squelette du sol, puis le processus de filtration (primaire) de consolidation commence, en raison de la compression de l'eau des pores du sol, après quoi commence le processus de consolidation secondaire du sol, déterminé par le lent déplacement des particules les unes par rapport aux autres dans des conditions de légère compression de l'eau des pores du sol (Figure 7.21).

Figure 7.22 – Vue générale de la courbe de consolidation d'un sol argileux saturé en eau (σ z = const) :

0-1 – compression instantanée ; 1-2 – filtration (primaire) consolidation ; 2-3 – consolidation secondaire.

La figure 7.22 montre une vue générale de la consolidation d'un sol argileux saturé d'eau à σ = const.

L'un des paramètres de consolidation des sols est le coefficient de consolidation (Cv), qui caractérise la vitesse du processus de compactage, déterminé par la formule :

avec v = K f (1+ e) / aρ in

où Kf est le coefficient de filtration ;

e – coefficient de porosité ;

UN – coefficient de compressibilité ;

ρ in – densité de l'eau ; Le cv est mesuré en cm2/s.

Un taux de consolidation élevé (valeurs élevées de cv - environ 10-2 ... 10-3 cm2 / s) est caractéristique des sols grossiers (grossiers et fins clastiques). Les sables se compactent beaucoup plus rapidement que les argiles, car ils ont des coefficients de filtration plus élevés. La consolidation des sols très dispersés se déroule le plus lentement (faibles valeurs de cv ≈ 10-5 ... 10-6 cm2 / s), car les argiles ont de faibles coefficients de filtration, l'expulsion de l'eau liée qui s'y trouve se produit lentement et avec difficulté, provoquant les tassements dits à long terme ou « centenaires » des structures (figure 7.23). La durée de ces précipitations peut atteindre plusieurs années.

Figure 7.23 – Tassement à long terme de la couche de limon à la base de la centrale hydroélectrique de Kakhovskaya

1-6 – limon dans différentes parties du barrage

10. Notion de pression efficace et neutre

Lors de la prévision du tassement d’une masse de sol, l’ampleur de la pression externe est l’un des paramètres les plus importants.

Lors du processus de compactage des sols argileux saturés d'eau, ce n'est pas la totalité de la charge externe qui est transférée au squelette du sol, mais seulement une partie de celle-ci, appelée pression effective (Pz).

La deuxième partie des charges (Pw) vise à extraire l'eau du sol, appelée pression neutre ou interstitielle. D'où la pression totale :

P = Pz + Pw

Le concept de pressions effectives et neutres s'applique également à toutes les contraintes normales agissant dans les sols saturés d'eau. En général, vous pouvez écrire :

σ = σ + et

σ = σ − et

c'est-à-dire que la contrainte effective σ en tout point du sol saturé d'eau est égale à la différence entre la contrainte totale σ et les contraintes neutres.

11. Méthode de détermination

Pour étudier la compressibilité des sols, ils utilisent actuellement un appareil comme l'appareil Terzaghi (Figure 7.24), avec des parois métalliques rigides qui empêchent l'expansion latérale de l'échantillon lorsqu'il est comprimé par une charge verticale. Ce sont ce qu'on appelle les odomètres.

Figure 7.24 – Anneaux de Terzaghi

L'étude de la résistance du sol à la compression est réalisée dans des conditions proches des conditions d'exploitation du sol du fait de la construction de l'ouvrage.

La charge sur l'appareil pour transférer la pression à l'échantillon s'effectue par étapes. La première charge lors des tests standards sur des échantillons à structure non perturbée doit être égale à la charge naturelle, c'est-à-dire le poids des strates rocheuses situées au-dessus du site d'échantillonnage.

La pression naturelle d'une couche homogène située au-dessus du niveau de la nappe phréatique est calculée à l'aide de la formule :

ρ ir . = 0,1 Nkg/cm2.

La charge maximale pour les sols ayant une structure non perturbée doit être supérieure de 1 à 2 kg/cm2 à la somme de la charge de conception de la structure et de la pression de la masse rocheuse sus-jacente.

Chaque niveau de pression appliqué à l'échantillon de sol est maintenu jusqu'à ce que la déformation soit conditionnellement stabilisée. La stabilisation conditionnelle de la déformation est considérée comme une valeur de compression n'excédant pas 0,01 mm pendant le temps :

– 30 minutes. – pour les sols sableux ;

– 3 heures – pour les loams sableux ;

– 12 heures – pour les loams et les argiles.

Le tassement de l'échantillon lors du test est déterminé à l'aide d'un comparateur à cadran avec une valeur de division de 0,01 mm situé sur l'appareil.

Ainsi, les propriétés de déformation des sols en général peuvent être caractérisées par le module de déformation.

Dans le domaine de la compression linéaire, la déformation des sols, comme de tout autre matériau, est caractérisée par le module de déformation E et un coefficient d'expansion latérale ν, appelé coefficient de Poisson. Sous les fondations, l’expansion latérale du sol est contrainte par la masse environnante et a peu d’effet sur la déformation de la fondation. Le principal indicateur de déformation doit être considéré comme le module de déformation, qui est coefficient empirique dans la formule de Hooke connue pour la résistance des matériaux. Pour les matériaux homogènes, valeurs expérimentales E ont une petite dispersion et sont considérés comme une constante. La compressibilité des sols au sein d'une couche (IGE) varie dans une large gamme. Leurs modules de déformation sont donc déterminés à chaque chantier en fonction des résultats de différents types champ, laboratoire des tests, ou selon les indicateurs de condition physique. La méthode d'essai est choisie en fonction du niveau de responsabilité du bâtiment conçu.

Essais sur le terrain les sols sont généralement réalisés à l'aide d'un cachet d'inventaire, qui est un modèle de la fondation. L'équipement, les instruments de mesure utilisés sur le terrain, la procédure de réalisation des tests et le traitement des résultats de mesure sont décrits dans GOST 20276-99. Le timbre 1 (Fig. 3.1) est installé dans une fosse ou une mine en exploitation, étroitement broyé à la surface de la masse de sol et chargé par étapes de charge séparées par un vérin hydraulique 3, reposant sur la poutre d'ancrage 5 reliée aux blocs 4, ou pièce charges. Les niveaux de charge sont adoptés en fonction du type et de l'état du sol et sont maintenus jusqu'à ce que le tassement des fondations se stabilise. Le tassement est mesuré à l'aide de déflectomètres ou, plus commodément, d'indicateurs 7 montés sur un socle fixe 8. Les conceptions des installations de chargement de la filière et le schéma de mesure du tassement peuvent être différents. Sur la base des résultats des tests, un graphique est construit (Fig. 3.2), sur l'axe horizontal duquel les pressions sont indiquées, et sur l'axe vertical les tassements mesurés du timbre sont tracés. Une courbe empirique construite à partir de points expérimentaux représente souvent une ligne brisée qui, dans une certaine plage de pression ∆р, en tenant compte d'une petite erreur, est remplacée par une ligne droite moyenne construite par la méthode des moindres carrés ou par la méthode graphique. Pour les valeurs initiales r g et s 0 (le premier point inclus dans le calcul de la moyenne) prendre la pression du poids propre du sol à la profondeur d'installation du timbre, et le tassement correspondant ; et pour les valeurs finales rk Et s à- des valeurs de pression et de précipitation correspondant à un point sur une section droite du graphique. Le nombre de points inclus dans la moyenne doit être d'au moins trois. Module de déformation du sol E calculé pour la section linéaire du graphique à l'aide de la formule

(3.1)

Où v- Coefficient de Poisson, pris égal à 0,27 pour les sols grossiers ; 0,30 - pour les sables et les loams sableux ; 0,35 - pour les limons ; 0,42 - pour les argiles ;

À 1 - coefficient pris égal à 0,79 pour un timbre rond rigide ;

D– diamètre de la matrice.

D'autres désignations sont indiquées sur la Fig. 3.2.

Selon les normes de conception SNiP 2.02.01-83*, le nombre d'expériences pour chaque élément technique et géologique sélectionné doit être d'au moins 3. Les modules de déformation du sol calculés à l'aide de la formule (3.1) sont les plus fiables. L’inconvénient de cette méthode est que le coût des tests sur les matrices est relativement élevé.

Tests de laboratoire. Dans des conditions de laboratoire, les échantillons de sol sont testés dans des appareils qui excluent généralement l'expansion latérale. Cette méthode de test est communément appelée compression compression, et les conceptions d'instruments pour tester avec des instruments de compression ou des odomètres. La structure du compteur kilométrique est illustrée à la Fig. 3.3, la procédure de test est définie dans GOST 12248-96. Un échantillon de sol d'essai 11, enfermé dans un anneau de travail 3, est installé dans le dispositif sur un revêtement perforé 6. Un tampon métallique perforé 5 est placé dessus, conçu pour répartir uniformément la force. N, transmis à l'échantillon à l'aide d'un dispositif de chargement spécial. Sous l'influence de la pression, augmentant par paliers de 0,0125 MPa ou plus, le tampon se dépose en raison de la compression de l'échantillon. Son mouvement, qui dure assez longtemps, est mesuré par deux indicateurs 8 avec une précision de 0,01 mm. Lorsque l'échantillon est comprimé, le volume des pores du sol diminue et l'eau en est expulsée, qui est évacuée par les trous du tampon et du revêtement.

Le compactage du sol se caractérise généralement par une diminution du coefficient de porosité. Valeur initiale du coefficient de porosité e o est déterminé par la formule donnée dans le tableau. 1.3. A chaque étape de charge, le coefficient de porosité est calculé à l'aide de la formule

e je = e 0 -(1+e 0) (3.2)

Où et je– la quantité de mouvement (tassement) mesuré du timbre sous pression p je;

h– la hauteur de l'échantillon de sol.

Les changements du coefficient en fonction de la pression sont représentés sur la Fig. 3.4. Les points expérimentaux sur le graphique sont reliés par des lignes droites. La dépendance empirique construite dans le cas général représente une ligne brisée, généralement appelée courbe de compression. Pour une plage de pression de pH avant rk, issue des mêmes considérations que pour les essais de tamponnage, la section de la courbe de compression est remplacée par une droite. Ce remplacement permet de calculer le paramètre de déformabilité, appelé coefficient de compressibilité T 0:

t 0 = (3.3)

Dans sa signification, le coefficient de compressibilité est la tangente de l'angle d'inclinaison de la droite moyenne à l'axe horizontal.

Le module de déformation est déterminé par le coefficient de compressibilité à partir de l'expression :

E k = (3.4)

Où β – le coefficient dépendant du coefficient de dilatation latérale ν, est calculé par la formule

Où v- coefficient de déformation transversale, pris égal à : 0,30-0,35 - pour les sables et limons sableux ; 0,35-0,37 - pour les limons ; 0,2¾0,3 à Je L < 0; 0,3¾0,38 при 0 £ Je L 0,25 £ ; 0,38¾0,45 à 0,25< Je L 1,0 £ - pour les argiles (valeurs plus petites v accepté pour une densité de sol plus élevée).

Les sols étant hétérogènes, les modules de déformation des couches de sol sont la moyenne des résultats d'au moins 6 expériences.

Pour plusieurs raisons, l'ampleur E k s’avèrent largement sous-estimés. Pour les bâtiments des niveaux de responsabilité I et II, les valeurs du module de déformation, établies sur la base des résultats des essais de compression, sont déterminées par la formule

E = t k E k (3.6)

Coefficient empirique t à trouvé en comparant les tests sur le terrain des matrices avec les tests en laboratoire.

t à = (3.7)

Valeurs t à pour les sols de différents types et conditions varient dans une large gamme. Leurs valeurs approximatives en pratique sont tirées du tableau. 5.1 de l'ensemble des règles pour la conception et la construction des fondations SP 50-101-1004, ou selon des tableaux établis pour les conditions du sol des différentes régions.

Les échantillons de sol peuvent être testés dans des conditions de laboratoire en utilisant un schéma de compression triaxiale plus complexe. La procédure de test est définie dans GOST 12248-96. De tels essais permettent d'établir non seulement le module de déformation, mais également les caractéristiques de résistance décrites au chapitre. 5. En pratique, les essais triaxiaux ne sont pas largement utilisés. Les difficultés de réalisation augmentent et les valeurs résultantes du module de déformation doivent être corrigées, comme dans les essais de compression.

De nombreuses données sur les sols naturels permettent d'obtenir des tests de sondage statiques conformément à GOST 19912-2001. Les sondes modernes se composent d'un accouplement à friction et d'une pointe (cône). Le sondage s'effectue en enfonçant la sonde dans la masse de sol avec mesure simultanée de la résistance en continu ou tous les 0,2 m fs Et qc(Fig. 3.5), qui peuvent être enregistrés sur un disque magnétique et traités sur un ordinateur. Avec le perçage et d'autres types de tests, le sondage statique permet de résoudre de nombreux problèmes de manière plus fiable. Il s’agit notamment des questions suivantes :

identification des éléments géologiques d'ingénierie (EGE) et établissement de leurs limites ;

évaluation de la variabilité spatiale de la composition et des propriétés du sol ;

évaluation quantitative des caractéristiques des propriétés physiques et mécaniques des sols.

L'évaluation quantitative du module de déformation et d'autres indicateurs des propriétés physiques et mécaniques des sols est réalisée sur la base de relations statistiques bien fondées entre eux et les indicateurs de résistance du sol à la pénétration des sondes. Généralement, une dépendance du formulaire est utilisée E = f(qc). Il convient d'établir les paramètres d'une telle dépendance pour les types de sols régionaux. Si disponible, le sondage statique peut réduire considérablement le coût des analyses de sol.

Pour trouver le module de déformation, l'ouverture continue d'être utilisée, en fonction de sa relation avec des indicateurs de l'état physique. La connexion est de nature probabiliste. Cependant, sur cette base, des tableaux ont été établis à partir desquels le module de déformation est tiré pour des sols argileux d'origines diverses en fonction de l'indice de fluidité. Je L et coefficient de porosité e. Pour les sols meubles, le module de déformation est tiré de la composition granulométrique et du coefficient de porosité. e. Les tableaux sont donnés dans les normes de conception, les codes de bonnes pratiques, dans les ouvrages de référence et ont un caractère consultatif. Ils ne peuvent être utilisés que pour des calculs préliminaires.

Questions d'auto-test.

1 Quels indicateurs caractérisent la déformation des sols dans la région de compression linéaire ?

2. Que signifie le module de déformation du sol ?

3. Quels tests sont effectués pour déterminer le module de déformation ?

4. Combien de tests à la matrice faut-il réaliser pour déterminer le module de déformation d'une couche homogène (IGE) ?

5. Combien d'essais de compression faut-il effectuer pour déterminer le module de déformation de l'IGE ?

6. Comment les résultats des essais de compression du sol sont-ils corrigés ?

7. L’essence du sondage statique du sol.

8. Est-il possible de prendre le module de déformation du sol en fonction d'indicateurs de condition physique ?

SUJET 4

Calcul du tassement des fondations.

Le calcul du tassement des fondations dans la pratique de l'ingénierie est basé sur la solution de Hooke pour déterminer le raccourcissement ou l'étirement d'une tige élastique chargée d'une force axiale.

Lors de l'application de la force N raccourcir la tige (Fig. 4.1 UN), comme cela découle de la théorie de Hooke, est calculé à partir de l'expression

s = N L / A E.

Si nous acceptons cela σ=N/A(UN– section transversale de la tige) , Que

s = σL/E. (4.1)

Travail σL dans cette formule a une signification géométrique simple, signifiant, essentiellement, l'aire d'un diagramme de contraintes rectangulaire.

Par analogie avec la tige de sédimentation de fondation s(Fig. 4.1 b) s'entend comme un raccourcissement d'une partie allouée conditionnellement sous la base d'une colonne de sol d'une hauteur Nez. Calcul de sa valeur s selon la formule (4.1) est compliqué par les circonstances suivantes : stress σ z sont répartis inégalement le long des sections horizontales et sur la hauteur du poteau (les diagrammes de contraintes le long de celles-ci sont curvilignes) ; hauteur du poteau Nez, puisqu’on ne peut pas le mesurer, il faut le trouver d’une manière ou d’une autre ; dans Nez Il peut y avoir des couches de compressibilité différente. Les problèmes répertoriés sont résolus approximativement dans le calcul technique du tassement en utilisant la méthode de sommation couche par couche.

L'essence de la méthode est que le règlement de base s calculé sur la base de la formule (4.1) comme la somme des déformations des sections de compressibilité homogènes en lesquelles la masse de sol est divisée depuis la base jusqu'à la limite inférieure de l'épaisseur compressible. Cette technique est similaire à la méthode bien connue de détermination approximative des aires de figures curvilignes.

Le calcul est effectué dans l'ordre suivant.

· Déterminer la pression au niveau de la base des fondations à partir du poids propre du sol :

σ zg= g 1 j 1 (4.2)

· Déterminer la pression supplémentaire de la charge sur la fondation qui apparaît sous la semelle en excès de la pression du propre poids du sol :

p o = pH –σ zg (4.3)

· La masse de sol sous la semelle est classiquement divisée en sections de compressibilité homogène (Fig. 4.2) d'épaisseur Salut£ 0,4b. Si au sein d'une zone élémentaire il existe une limite entre les couches de sol, alors la zone est divisée en deux parties le long de celle-ci (sur la figure, le point 2 est pris à la frontière entre IGE 1 et IGE 2).

Des contraintes supplémentaires sont calculées aux points des limites des sections

σ zi = a r o, (4.4)

où a est le coefficient pris selon le tableau. 2,3 selon le rapport hauteur/largeur de la semelle h =kg et la profondeur relative du point ξ =2z je /b (z je– distance de la base de la fondation au point considéré, je - numéro de point) et le stress dû au poids propre du sol

σ zqi = σ zg+∑salut. (4.5)

· Trouver la position de la limite de l'épaisseur compactée, en vérifiant la condition empirique

σ zi ≈ k σ zqi, (4.6)

Où k=0,2 au module de déformation E≥5 MPa, et k=0,1 à E< 5 MPa.

L'écart entre les parties droite et gauche de la condition ne peut pas dépasser 5 kPa.

· Sur la base des valeurs de contraintes calculées aux points, un diagramme de contraintes est construit (Fig. 4.3) et les pressions moyennes sont calculées σ z avec je pour toutes les zones situées dans l'épaisseur compressible

σ z avec je = (σ z (je -1) +σ zi)/2, (4.7)

Où σ z (je -1) Et σ zi– pression aux limites supérieure et inférieure je-ème parcelle.

· Calculer le tassement des fondations comme la somme des déformations des sections élémentaires allant de la base à la limite de l'épaisseur compressible

s= 0,8å σ z avec i h i / E je. (4.8)

Dans cette formule, la somme des produits å σ z avec i h i désigne l'aire approximative du diagramme de contraintes courbe.

Les données initiales sur la profondeur de la fondation et les dimensions de la base des fondations nécessaires pour effectuer les calculs sont indiquées dans le tableau. 4.1.

Tableau 4.1

Données de la Fondation	Numéro d'option
Profondeur de pose j 1 , m	1.5	2.8	2.1	2.4	1.8		2.5	3.3		2.9	2.3	3.1	2.2
Pression, kPa
largeur b m	1.6	2.4	2.1	2.7	1.8	1.5	2.3	1.6	1.9	2.2	2.9		3.2
longueur je, m	2.4		2.7	3.3	2.4	2.1	3.4		3.2	2.8	4.1	4.5	4.2
Largeur b m	1.6	2.4	2.1	2.7	1.8	1.5	2.3	1.6	1.9	2.2	2.9		3.2
Données de la Fondation	Numéro d'option
Profondeur de pose j 1 , m	3.1	2.2	2.5	3.3		2.9	2.3	3.1	2.2	1.5	2.8	2.1	2.4
Pression, kPa
Dimensions de la base d'une fondation séparée, m
largeur b m	2.5	3.3		2.9	1.5	2.8	2.1	2.3	3.1	2.2	2.7	1.8	1.5
longueur je, m	3.3	4.2	2.4	3,6	2.7	3.3	2.4		4.5	4.5	4.1	1.8	2.1
Dimensions des fondations en bandes
Largeur b m	2.5	3.3		2.9	1.5	2.8	2.1	2.3	3.1	2.2	2.7	1.8	1.5

Occurrence, nombre de couches de sol (IGE), valeurs des indicateurs IGE sont prises pour une option donnée selon la Fig. 1, tableau. 1 et tableau 2.

Les pressions au sol indiquées au tableau 4.1 s'appliquent aux fondations individuelles et filantes.

Lorsque vous étudiez un sujet par vous-même, vous devriez effectuer des calculs de tassement pour les fondations individuelles et en bandes.

Exemple 4.1.

b = 1,8 m, l = 2,5 m, d 1 = 1,8 m, pH = 240 kPa. Des informations sur les sols sont données sur la figure 4.3.

Pression intérieure au niveau des fondations

σ zg= g 1 j 1= 19*1,8 = 34,2 kPa.

Pression supplémentaire sous la base de la fondation

p o = pH –σ zg = 240 – 34,2 = 205,8 kPa.

Épaisseur de la couche élémentaire

h=0,4b=0,4 *1,8 = 0,72 m.

Rapport d'aspect de la base de la fondation

h = l/b =2,5 / 1,8 = 1,39 ≈1,4.

1er point (je = 1), z 1 = 0,72 m;

X=2z 1 /b = 2*0,72 /1,8 = 0,8, a= 0,848;

z 1=a r o = 0.848 *205,8 = 174,5 kPa.

σ z с1 = (205,8 + 174,5) / 2 = 190,15 kPa ;

Stress dû au poids propre du sol

σzq 1 = σ zg+h 1 g 1.= 34,2 + 0,72 *19 = 47,88 kPa.

2ème point(je = 2). Si ce point est pris 0,72 m en dessous, il se trouvera dans la 2ème couche. Puisque la zone doit être uniforme en termes de compressibilité, le point doit être situé à la limite entre les couches. Par conséquent, la distance de la base au point sera z 2 = 1,05 m, et l'épaisseur de la deuxième section sera

h 2 = 1,05 – 072 = 0,33 m :

X = 2 *1,05 / 1,8 = 1,17 , a=0,694,

z 2= 0,694 *205,8 = 142,8 kPa,

σ z с2 = (174,5 + 142,8)/2=158,6 kPa,

σ zq 2 = 47,88 + 0,33 *19 = 54,15 kPa.

3ème point(je = 3). Par souci de commodité d'utilisation du tableau, afin d'éviter toute interpolation lors de la recherche des valeurs de a à partir de celui-ci, nous prenons z 3 = 1,44 m. L'épaisseur de la troisième section sera h 3 =1,44 – 1,05 = 0,39 m.

x = 2*1,44/ 1,8 =1,6 ; a=0,532;

z 3 = 0,532 *205,8 = 109,5 kPa ;

σ z с3 =(142,8+109,5)/2 = 126,1 kPa ;

σ zq 3 =54,15+0,39*20,3 = 62,1 kPa.

4ème point(je = 4). Épaisseur de section 0,72 m, z = 2,16 m.

X = 2 *2,16 / 1,8 = 2,4 ; a = 0,325 ;

z 4= 0,325*205,8 = 66,9 kPa ;

σ z с4 = (109,5 + 66,9)/2 = 88,2 ;

σ zq 4 = 62,1+ 0,72*20,3 = 76,7 kPa.

Pour les points situés en dessous, les tensions sont calculées de la même manière. Les résultats de tous les calculs effectués sont donnés dans le tableau. 4.2.

Au 7ème point, les parties gauche et droite de la condition σ zi ≈0,2σ zqi (surlignées en gris dans le tableau) diffèrent de 2,39 kPa, soit moins de 5 kPa. Ainsi, la limite de la zone compactée peut être prise à cet endroit à une profondeur de 4,32 m à partir de la base de la fondation. Les sols situés à cette profondeur constituent la fondation.

Tableau 4.2

Numéro de point	Numéro de couche	Z V m	Salut V m	x=2 z/b	un	σ zi en kPa	σ zс je en kPa	σzq en kPa	0,2σzq en kPa
					1,000	205,8		34,2	-
	0,72	0,72	0,8	0,848	174,5	190,1	47,88	9,6
	1,05	0,33	1,17	0,694	142,8	158,6	54,15	10,83
		1,44	0,39	1,6	0,532	109,5	126,1	62,1	12,42
	2,16	0,72	2,4	0,325	66,9	88,2	76,7	15,34
	2,88	0,72	3,2	0,21	43,22	55,06	91,3	18,26
	3,6	0,72	4,0	0,145	29,8	36,51	105,9	21,18
		4,32	0,72	4,8	0,105	21,61	25,7	120,0	24,0

Le projet est

ѕ= 0,8[(190,1 *0,72+158,6 *0,33)/7200+(126,1 *0,39+88,2 *0,72+55,06 *0,72+36,51 *0,72)/12000 ++25,7 *0,72/16000] = 0,034 m.=3,4 cm.

Le tassement de la fondation en bande est calculé dans le même ordre. Avec la même pression au sol et la même largeur de semelle, les précipitations calculées s'avèrent différentes. Pour en connaître la raison comparer les diagrammes de contraintes.

Conclusion.

Il ne faut pas oublier que la colonne de sol identifiée sous les fondations est un modèle de fondation dont les déformations sont établies à partir d'hypothèses sur la répartition des contraintes dans le massif de sol, la localisation de la limite de la zone déformable et la compressibilité des sols. En raison des simplifications adoptées, les paramètres du modèle utilisés dans les calculs diffèrent des paramètres du sol réel. En pratique, les tassements calculés ne coïncident donc généralement pas avec les tassements réels des fondations. Les calculs de tassement utilisant la méthode de sommation couche par couche sont donc approximatifs.

La méthode de sommation couche par couche, utilisant la méthode des points d'angle pour déterminer les contraintes, peut être utilisée pour déterminer le tassement des fondations adjacentes.

Il convient de noter que les tassements des fondations ne se produisent pas immédiatement après l’application d’une charge, mais augmentent lentement au fil du temps. La durée de déformation du sol peut être calculée approximativement ou tirée d'observations.

Questions d'auto-test.

1. Quelle solution est utilisée comme base de calcul du tirant d'eau ?

2. Quelles difficultés surviennent lors du calcul du tassement des fondations ?

3. Dans quel ordre le règlement est-il calculé ?

4. Comment est déterminée la position de la limite de la zone compactée ?

5. Comment les différentes compressibilités des sols de fondation sont-elles prises en compte ?

6. Quelle est la fiabilité de la méthode de sommation couche par couche ?