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UE3 MODULE G2 Travaux pratiques de gotechnique - Page 1 / 8
ESSAI DE CISAILLEMENT
Anne universitaire 2006-2007 Paillier C. IUT St Pierre Dpartement Gnie civil
ESSAI DE CISAILLEMENT SUR
UN SOL PULVERULENT Norme NF P 94-071-1
A. BUT DE LESSAI : Il sagit de dterminer exprimentalement la courbe intrinsque dun sol pulvrulent puis den dduire les paramtres de cisaillement qui permettent destimer par exemple la contrainte de rupture sous une fondation superficielle.
A.1- Le cisaillement dun sol : - Ltude au laboratoire, des dplacements des grains dun sol sous une fondation montre la formation dun coin rigide sous la fondation. A lintrieur de ce coin, les grains senfoncent verticalement sans mouvements des uns par rapport aux autres. - Le schma mcanique adopt est donc le suivant :
Sol en mouvement
SOL FIXE
Sol en mouvement
rsultante
glissement
poids des terres
Coin rigide de sol
: due au poids des terres. : due au mouvement des grains par rapport au sol fixe.
Ce plan est le plan de MOHR. n: normale la surface dirige vers lintrieur. t: tangente la surface (sens trigonomtrique).
Ligne de glissement
M
t
n

On dfinit la notion de facette: Par analogie au frottement solide-solide, nous pouvons pour une contrainte normale () donne, appliquer une contrainte tangentielle limite lim: Au-del de cette valeur ( > lim ), il y aura glissement. La valeur de langle limite ( lim ) s appelle: ANGLE DE FROTTEMENT INTERNE DES GRAINS. Il
est not: . 1 Quelle relation existe-t-il alors entre la contrainte normale () en 1 point et la contrainte tangentielle (lim) en ce mme point ?
Cette relation sappelle le critre de COULOMB: La courbe intrinsque du sol reprsente ce critre dans le plan de MOHR
Lessai de cisaillement rectiligne permet de mesurer la valeur de langle de frottement interne
dun sol : on impose une contrainte normale () puis on cisaille le sol. La valeur de lim est alors connue. La reprsentation dans le plan de Mohr permet de trouver la valeur de .
A.2 - Estimation de la contrainte de rupture du sol sous une fondation superficielle:
B x L
D
Contrainte de rupture des sols PULVERULENTS : qu = 1
2 S B N . 1 + Sq . 2 .D Nq
- B : largeur de la fondation. - L : longueur de la fondation. - 1: poids volumique apparent du sol sous la fondation (sec, humide ou djaug). - 2: poids volumique apparent du sol au dessous du fond de fouille (sec, humide ou djaug). - D : profondeur dencastrement de la fondation. - Sq = 1 et S = (1 - 0,2 B/L) sont les facteurs de forme pour une fondation rectangulaire - N, Nq sont des paramtres sans dimension, dpendant de la valeur de langle de frottement interne du sol.
z
M
Facette: Petit lment de surface
z
A B
d
2
1
Attention la position de la nappe

APPLICATION : Vous venez de dterminer langle de frottement interne du sol (pulvrulent) devant supporter une fondation superficielle : = 30 Les dimensions envisages de la semelle sont 0,5m(B)x 1,00m(L) et la profondeur dencastrement (D) est de 1m. Le poids volumique sec du sol est de 18 kN/m3 .
2 Calculer la contrainte de rupture qu sous cette fondation dans les 2 cas suivants : - la nappe est situe grande profondeur - la nappe est situe 1m sous le terrain naturel (wsat = 15%)
3 Calculer aux ELU la contrainte admissible du sol : qELU = oq
ou qqq ''' + avec q = 2 et q0 = contrainte naturelle la profondeur D (avant travaux). En dduire leffort maximal appliquer sur la fondation (dans les 2 cas)
CALCUL A LONG TERME POUR LES SOLS COHERENTS

B. PRINCIPE DE LESSAI : Dans lessai de cisaillement la bote de Casagrande, on cherche provoquer la rupture de lchantillon suivant un plan impos.
C. QUESTIONS : Etude de la norme NF P 94071-1:
1. Expliquer lobjectif et le principe gnral de lessai de cisaillement 2. A quels types de sols sapplique cet essai ? Donner la dimension maximale des grains si on utilise une bote carr de 100 mm de cot. 3. Dfinir les diffrents lments constituant lappareillage (schma, dsignation) 4. Dcrire les oprations successives pour raliser un essai de cisaillement sur un sol pulvrulent ? 5. A quel moment un essai est-il considr comme termin ? 6. Quelles sont les mesures effectues pendant lessai ? Avec quels appareils ? 7. Quelle est la vitesse dessai pour un sol pulvrulent ? 8. Dfinir les contraintes appliques au milieu du plan de cisaillement dun sol pulvrulent avant, pendant puis la fin du cisaillement ? Schmas ? Reprsenter lvolution de ces contraintes dans le plan de Mohr. 9. Nous ne raliserons que des essais sur des sables fins tamiss (sable 0- 0,4 mm) : - Quelle doit-tre la hauteur (max et mini) de lprouvette de sable une fois confectionne? 10. Nous utiliserons une boite de 100 mm x 100 mm : - Quel sera le volume occup par le sol ? - Si ce sable, une fois mis sous charge a une valeur de poids volumique gale 15 kN/m3 Quelle masse de sable prvoir pour lchantillon?
D. PREPARATION DE LESSAI : Avant de raliser tout essai, demander le contrle du professeur. a. Prendre connaissance du manuel dutilisation de la machine de cisaillement et effectuer les
rglages.
4 La vitesse de cisaillement a telle une influence sur les rsultats de votre essai ? Justifiez votre rponse b. Peser vide lensemble botes, plaques et piston . Relever les dimensions intrieures
des botes.
Lchantillon est plac dans une bote constitue de deux parties qui peuvent glisser horizontalement lune sur lautre. On applique lchantillon un effort normal de compression N, verticalement, par lintermdiaire dun piston et un effort tranchant T, horizontalement, en dplaant la demi-bote infrieure. Un comparateur mesure la variation de hauteur de lchantillon.

c. Expliquer par un schma mcanique le fonctionnement du bti dapplication des forces. d. En dduire la relation entre la contrainte applique sur l chantillon par le piston et le poids
plac sur le plateau du bti de chargement.
5 Il vous est demand dappliquer sur lprouvette les contraintes suivantes : 50 kPa, 100 kPa et 200 kPa. - A quels efforts ces contraintes correspondent-elles ?
E. MISE EN PLACE DUN ECHANTILLON DE SABLE FIN :
a. Prparer environ 1 kg de sable sec tamis 0- 0,4 mm. b. Solidariser les 2 demi botes et vrifier que le piston coulisse bien dans la demi bote (
chaque bote correspond un piston repr par un numro) c. Mettre en place une plaque dans le fond de la demi- bote infrieure d. Remplir la bote avec du sable compact ou non (voir mode opratoire E). Le plan de
cisaillement doit se trouver sensiblement mi hauteur de lprouvette (Aprs mise en place le piston doit dpasser de 1cm).
e. Araser avec soin la surface du matriau et placer la plaque suprieure et le piston. f. Dterminer la hauteur et la masse initiale de lchantillon. En dduire son poids volumique. Nota : la hauteur de lchantillon sera dtermine en mesurant la diffrence de cotes entre les niveaux de la bote et du piston (faire les mesures au rglet dans chaque coin de la bote) g. Ramener sa position initiale lembase, placer et immobiliser la bote sur le bti de
cisaillement. h. Visser lanneau dynamomtrique la demi-bote suprieure. Annuler le jeu. Arrter de
tourner ds que laiguille de lanneau accuse un lger dplacement. Resserrer le contre crou. Rgler le comparateur de lanneau zro
i. Placer ltrier de chargement sur le piston. Rgler lhorizontalit du bras de levier puis placer le comparateur et le mettre zro
j. Charger le plateau et noter le tassement ventuel. Vrifier la vitesse de cisaillement. k. RETIRER LES 2 VIS DE SOLIDARISATION l. Serrer lgrement les 2 vis de soulvement . puis les ramener dans leur position
antrieure. Ceci a pour effet de soulever la partie suprieure de la bote et de supprimer ainsi son frottement sur la partie infrieure
m. Lchantillon est alors prt pour lessai.
F. MODE OPERATOIRE DUNE SERIE DESSAI:
Prparer 3 botes de cisaillement identiques : les chantillons dune mme srie doivent avoir sensiblement le mme poids volumique (donc la mme compacit)
Pour obtenir une faible compacit, dverser rapidement le sable dans la bote
et aplanir sa surface sans tasser.
Pour obtenir une compacit maximum, piquer le sable en procdant par couche successive.
6 La compacit initiale a-t-elle une influence sur la rsistance au cisaillement du sol sableux ?

Mettre en place la bote n1 sur le bti (voir D) et procder lessai n1 (50 kPa).
Reporter les indications des comparateurs sur la fiche de relev fournie.
Arrter lessai lorsque leffort de cisaillement a atteint un pal

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