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Consolidation (sol) La consolidation est, selon K. von Terzaghi, « tout pro- ce

Consolidation (sol) La consolidation est, selon K. von Terzaghi, « tout pro- cessus par lequel la teneur en eau d'un sol saturé diminue, sans remplacement de l'eau par l'air. » Le plus souvent c'est par tassement, sous l'action à long terme des charges statiques, que s’eﬀectue cette compaction avec expulsion de l'eau interstitielle. L'étude du phénomène de consolidation est essentielle dans la compréhension des phénomènes de tassement en construction. Elle est une composante de la mécanique des fondations. Il existe diﬀérentes méthodes pour prédire l'amplitude du tassement par consolidation. Dans la méthode classique, due à Terzaghi, on recourt à des essais dits « œdomé- triques » eﬀectués en laboratoire sur un échantillon du sol à étudier : cet essai aboutit à la mesure d'un module de compressibilité qui permet de calculer le tassement de consolidation. 1 Un phénomène en partie réver- sible Quand un sol, préalablement consolidé, est déchargé, il récupère en partie son volume initial (on parle alors de sol « surconsolidé ») : les terrains glaciaires relèvent de cette situation. Si on applique ensuite de nouveau le char- gement, le sol reprend sa consolidation. Un sol, à échelle géologique ou même historique, a généralement connu plusieurs cycles de charge-décharge, d'amplitudes diﬀé- rentes. L'eﬀort le plus élevé auquel un sol a été soumis à se nomme l'« eﬀort de préconsolidation ». 2 Analyse 2.1 Analogie du ressort On doit à K. von Terzaghi[1] une analogie élémentaire du processus de la consolidation unidimensionnelle (verti- cale). Cette analogie consiste en un système idéalisé com- posé d'un ressort supportant un piston troué d'un ori- ﬁce, et d'un récipient rempli d'eau. Dans ce système, l'ensemble (ressort + plaque percée d'un oriﬁce) repré- sente le « squelette solide » du sol, et l'eau qui remplit le récipient représente l'eau interstitielle du sol. La raideur du ressort est proportionnelle à la compressibilité du sol. 1. Le récipient est complètement rempli avec de l'eau, Analogie de Terzaghi pour la consolidation unidimensionnelle. et le trou est fermé (sol entièrement saturé). 2. Une charge est appliquée sur la couverture, alors que le trou est encore fermé. À ce stade, l'eau, par son incompressibilité, reprend seule la charge appliquée (Principe de Pascal). 3. Dès que le trou est ouvert, l'eau commence à s’écou- ler par le trou et le ressort se comprime : cela modé- lise le drainage de l'eau interstitielle par soulagement de la pression excédentaire. 4. Après un certain temps, le drainage de l'eau s’in- terrompt car le ressort fait équilibre à la charge ap- pliquée. (Pleine dissipation de pression excédentaire d'eau interstitielle. Fin de la consolidation) 2.2 Consolidation primaire Cette méthode suppose que la consolidation se produit seulement dans une dimension. Des mesures en labora- toire permettent de tracer le diagramme des déforma- tions ou l'indice des vides avec la disposition des pres- sions sur une échelle logarithmique[2]. La pente du gra- phique donne l'indice de compression ou indice de ré- compression. L'équation pour le tassement de consolida- tion d'un sol normalement consolidé peut alors être dé- terminée par : δc = Cc 1+e0 H log ( σ′ zf σ′ z0 ) avec δ⛳est le tassement dû à la consolidation. C⛳est l'indice de compression. e0 est le rapport nul initial. H est la hauteur du sol. σ✃⛵est l'eﬀort vertical ﬁnal. σ✃₀ est l'eﬀort vertical initial. 1 2 5 BIBLIOGRAPHIE C⛳peut être remplacé par Cᵣ(l'indice de ré-compression) pour l'usage dans les sols sur-consolidés où l'eﬀort ef- ﬁcace ﬁnal est inférieur à l'eﬀort de préconsolidation. Quand l'eﬀort eﬃcace ﬁnal est plus grand que l'eﬀort de préconsolidation, les deux équations doivent être em- ployées en association pour modeler la partie de récom- pression et la partie vierge de compression du processus de consolidation, comme suit : δc = Cr 1+e0 H log ( σ′ zc σ′ z0 ) + Cc 1+e0 H log ( σ′ zf σ′ zc ) avec σ✃⛳l'eﬀort de préconsolidation du sol. 2.3 Compression secondaire La compression secondaire est la compression du sol qui a lieu après la consolidation primaire. Même après la réduction de pression hydrostatique de la compression du sol a lieu au taux lent. ceci est connu en tant que compression secondaire. La compression secondaire est provoquée par ﬂuage, comportement visqueux du sys- tème de l'argile-eau, compression de matière organique, et d'autres processus.En sable, le règlement provoqué par compression secondaire est négligeable, mais en tourbe, il est très signiﬁcatif. En raison de la compression se- condaire une partie de l'eau fortement visqueuse entre les points de contact est expulsée. La compression secon- daire est donnée par la formule Ss = H0 1+e0 Ca log ( t t90 ) avec H0 est la taille du milieu de consolidation e0 est le rapport nul initial Cₐ est l'index secondaire de compression t est la durée après la consolidation considérée t90 est la durée pour réaliser la consolidation de 90%. 3 Dépendance avec le temps La consolidation peut prendre des années. C'est par- ticulièrement vrai pour les argiles saturées parce que leur perméabilité est extrêmement faible. Tandis que le drainage se produit, la pression d'eau interstitielle est su- périeure à celle du gradient barométrique parce qu'elle reprend une partie de l'eﬀort appliqué (par réaction à la pression des particules du « squelette solide » du sol). Le rapport de consolidation ou la ROC ﬁni est déﬁni comme l'eﬀort le plus élevé éprouvé divisé par l'eﬀort ac- tuel. Un sol qui éprouve actuellement son eﬀort plus éle- vé serait normalement consolidé et pour avoir une ROC d'une. Un sol pourrait être considéré sous-consolidé juste après qu'une nouvelle charge est appliquée mais avant que la pression excédentaire d'eau interstitielle a eu le temps pour absorber. 4 Notes et références [1] L'idée originale de ce modèle est parue dans K. Terzaghi et O.-K. Fröhlich, Theorie der setzung von tonschichten : eine einführung in die analytische tonmechanik, Vienne, Deuticke, 1936, et reprise ultérieurement dans K. Terza- ghi et R. B. Peck, Soil Mechanics in Engineering Practice, Wiley, 1951. [2] Cf. par exemple Andrew Schoﬁeld et Peter Wroth, Critical State Soil Mechanics, McGraw-Hill, 310 p. (ISBN 978- 0641940484), « 4. One-dimensional consolidation » 5 Bibliographie • Donald Coduto, Foundation Design, Prentice-Hall, 2001 (ISBN 0-13-589706-8) • Portail de la géodésie et de la géophysique 3 6 Sources, contributeurs et licences du texte et de l’image 6.1 Texte • Consolidation (sol) Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Consolidation_(sol)?oldid=119544395 Contributeurs : Matrix76, Verbex, Spe- culos, Bub’s wikibot, Azurfrog, PAC2, Dyolf77, LinedBot, Chayma90 et Zebulon84bot 6.2 Images • Fichier:Consolidation_spring_analogy.jpg Source : https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Consolidation_spring_ analogy.jpg Licence : Public domain Contributeurs : Travail personnel Artiste d’origine : Sjhan81 • Fichier:Emojione_267B.svg Source : https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5f/Emojione_267B.svg Licence : CC BY-SA 4.0 Contributeurs : https://github.com/Ranks/emojione Artiste d’origine : https://github.com/Ranks/emojione/graphs/contributors • Fichier:Jordens_inre.svg Source : https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/53/Jordens_inre.svg Licence : CC-BY-SA-3.0 Contributeurs : File:Jordens inre.jpg Artiste d’origine : Original Mats Halldin Vectorization : Chabacano • Fichier:Question_book-4.svg Source : https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/64/Question_book-4.svg Licence : CC-BY- SA-3.0 Contributeurs : Created from scratch in Adobe Illustrator. 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