1、 AFNL NF P 7it-O70 74 LO12372 05Y038b 272 H ISSN 0335-3931 NF P 94-070 Octobre 1994 Indice de classement : P 94-070 Sols : reconnaissance et essais Essais lappareil triaxial de rvolution Gnralits - Dfinitions E : Soils : investigation and testing -Shear strength tests with triaxial test D: Baugrund
2、: Erkundung und Prfungen - Scherversuch mit apparatus - Generalities - Definitions Dreiaxialgert - Allgemeines - Definitionen Norme franaise homologue par dcision du Directeur Gnral de lAFNOR le 20 septembre 1994 pour prendre effet le 20 octobre 1994. correspondance la date de publication du prsent
3、document, il nexiste pas de norme OU de projet de norme europenne ou internationale sur le sujet. analyse Le prsent document traite des essais de cisaillement raliss vitesse de dformation impose lappareil triaxial de rBvolution. II dfinit les termes employs et dcrit, selon la nature des sols, les di
4、ffrents tats des contraintes en fonction de la dformation des prouvettes. Ce document donne les princi- pes gnraux de ralisation et de dpouillement des essais courants. descri pteu rs Thsaurus International Technique : sol, essai, appareil dessai, essai de cisaillement, dfinition, gnralits. modifica
5、tions correct ions dite et diffuse par lassociation franaise de normalisation (afnor), tour europe cedex 7 92049 paris la dfense - tel. : (1) 42 91 55 55 AFNOR 1994 O AFNOR 1994 lertirage 94-10 AFNL NF P 94-070 94 1012372 0540387 LO9 M Sols : reconnaissance et essais BNSR P94 Membres de la commissio
6、n de normalisation Prsident : M PAREZ Secrtariat : M BIGOT- LABORATOIRE REGIONAL DES PONTS ET CHAUSSEES DE LEST PARISIEN - DREIF M AMAR M BARNOUD M BLONDEAU M CASSAN M CHAILLOT M DOR MME FERNANDEZ M GONIN M LEGENDRE M OLIVIER M PAREZ M PHILIPPONNAT M RINCENT A particip en tant quexpert : M BLIVET LA
7、BORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSSEES UNION SYNDICALE GEOTECHNIQUE COMITE PROFESSIONNEL DE LA PREVENTION ET DU CONTROLE TECHNIQUE FONDASOL SNCF - DIRECTION DE LEQUIPEMENT MECASOL AFNOR SIMECSOL SYNDICAT NATIONAL DES ENTREPRENEURS SONDAGE, FORAGE ET FONDATIONS SPECIALES - EDF - CEMETE SOL - ESSAIS
8、 SOPENA CENTRE EXPERIMENTAL DE RECHERCHES ET DETUDES DU BATIMENT ET DES TRAVAUX PUBLICS LABORATOIRE REGIONAL DES PONTS ET CHAUSSEES DE ROUEN - CETE NORMANDIE CENTRE 1 2 3 3.1 3.2 3.3 3.4 4 4.1 4.2 4.3 4.4 5 5.1 5.2 6 6.1 6.2 6.3 6.4 AFNL NF P 9Y-O70 94 = 1012372 0540388 045 -3- NF P 94-070 Sommaire
9、Page Domaine dapplication . Notations . Symboles Dfinitions et terminologie . types dessais contraintes dans le sol . sollicitations en laboratoire . chemin de contraintes . Relations entre les contraintes. la dformation et la pression interstitielle . Sols argileux . Relation entre la pression inte
10、rstitielle et les contraintes totales . Critres de rupture . Rsistance au cisaillement des sables . Rsistance au cisaillement des argiles . Essai non drain. essai drain Sables lches et sables denses . Principe des essais . Essais non consolids non drains (UU) Essais consolids non drains avec mesure
11、de la pression interstitielle (CU + u) . Essais consolids non drains sans mesure de la pression interstitielle (CU) . Essais consolids drains (CD) . Annexe A (informative) Critres de rupture . 4 4 5 5 6 7 9 10 10 11 12 13 15 15 16 17 17 18 19 20 21 AFN1 NF P 94-070 94 m 1012372 0540389 TBL m NF P 94
12、-070 -4- 1 Domaine dapplication Le prsent document sapplique aux essais de cisaillement raliss vitesse de dformation impose, lappareil triaxial de rvolution, sur tous les types de sols naturels, artificiels ou reconstitus en laboratoire. 2 Notations - Symboles A est laire de la section transversale
13、de lprouvette, exprime en centimtres carrs. B est le facteur de Skempton Au/Ao3. CD est lessai consolid drain. CU est lessai consolid non drain. CU + u est lessai consolid non drain avec mesure de la pression interstitielle. D DO HO HS KO KS Kw Sr st H uu v cr CU Cu, CI c r e n P pa P qf S t = t q S
14、 U uCP W est le diamtre de lprouvette, exprim en millimtres. est le diamtre initial, exprim en millimtres. est la hauteur de lprouvette, exprime en millimtres. est la hauteur initiale, exprime en millimtres. est la hauteur la fin de la consolidation, exprime en millimtres. est le facteur de pression
15、 des terres au repos. est le module de compressibilit volumique du squelette de sol, exprim en mgapascals. est le module de compressibilit de leau, exprim en mgapascals. est le degr de saturation, exprim en pourcentage. est la sensibilit, S, = cu/cr. est lessai non consolid non drain. est le volume
16、de lprouvette, exprim en centimtres cubes. est la cohsion remanie, exprime en kilopascals. est la cohsion non draine, exprime en kilopascals. est la cohsion apparente (sol non satur), exprime en kilopascals. est la cohsion effective, exprime en kilopascals. est la cohsion rsiduelle, exprime en kilop
17、ascals. est lindice des vides. est la porosit. est la contrainte totale moyenne, p = (o, + 203)/3, exprime en kilopascals. est la pression atmosphrique, exprime en kilopascals. est la contrainte effective moyenne, pr = (dl + 20,)/3, exprime en kilopascals. est le dviateur, q = o1 - cs3 = o, - o3 , e
18、xprim en kilopascals. est le dviateur la rupture, exprim en kilopascals. est (o1 + 03)/2, exprim en kilopascals. est (o, + o4/2, exprim en kilopascals. est (ol - 03)/2 = (o, - 0)/2, exprim en kilopascals. est la pression interstitielle, exprime en kilopascals. est la contre-pression, exprime en kilo
19、pascals. est la teneur en eau, exprime en pourcentage. AFNL NF P 94-070 74 LOI12372 0540390 7T3 -5- NF P 94-070 est la dformation volumique, exprime en pourcentage. est la dformation axiale, exprime en pourcentage. est la dformation radiale, exprime en pourcentage. est le facteur daugmentation de la
20、 cohsion non draine en fonction de la pression de consolidation. est la masse volumique du sol, exprime en kilogrammes par mtre cube. est la contrainte normale totale, exprime en kilopascals. est la contrainte normale effective, exprime en kilopascals. est la pression dans la cellule de lappareil tr
21、iaxial, exprime en kilopascals. est la pression de consolidation effective isotrope lors de lessai, exprime en kilopascals. est la contrainte horizontale effective du sol en place, exprime en kilopascals. est la pression de prconsolidation verticale (avec dformation horizontale nulle), exprime en ki
22、lopascals. est la pression de prconsolidation isotrope, exprime en kilopascals. est la contrainte verticale totale du sol en place, exprime en kilopascals. est la contrainte verticale effective du sol en place, exprime en kilopascals est la contrainte principale totale axiale, exprime en kilopascals
23、. est la contrainte principale effective axiale, exprime en kilopascals. est la contrainte principale totale radiale, exprime en kilopascals. est la contrainte principale effective radiale, exprime en kilopascals. est la contrainte tangentielle (ou de cisaillement), exprime en kilopascals. est la rs
24、istance au cisaillement, exprime en kilopascals. est langle de frottement, exprim en degrs. est langle de frottement rsiduel, exprim en degrs. est langle de frottement effectif pour le critre dtat critique, exprim en degrs. est langle de frottement effectif pour le critre de pic, exprim en degrs. es
25、t langle de frottement apparent dun sol satur, exprim en degrs. est langle de frottement apparent dun sol non satur, exprim en degrs. Toutes les pressions en gotechnique sont dtermines par rapport la pression atmosphrique. Les contraintes et les pressions peuvent galement tre exprimes en mgapascals.
26、 3 Dfinitions et terminologie Pour les besoins de la prsente norme, les dfi 3.1 types dessais itions suivantes sappliquent : - essai UU : essai non consolid non drain effectu sur sol satur ou non ; - essai de compression simple ; - essai CU + u : essai consolid non drain sur sol satur avec mesure de
27、 la pression interstitielle ; - essai CU : essai consolid non drain (sur sol satur ou non) ; - essai CD : essai consolid drain (sur sol satur ou sable sec). AFNL NF P 94-070 94 m LOL2372 0540393 b3T m NF P 94-070 -6- 3.2 contraintes dans le sol 3.2.1 contraintes totales Les contraintes totales sont
28、les contraintes dfinies dans le sol lorsquil est assimil un milieu monophasique et continu. Elles sont dsignes par : o : contrainte totale normale ; z : contrainte tangentielle ou contrainte de cisaillement. Par convention, les compressions sont positives. Les contraintes tangentielles sont comptes
29、positivement, comme indiqu sur la figure 1. Tangente la facette 2 Convention o o si (o, n = o T o si (7, i? = - x 2 Facet te %angle O I Vecteur contrainte I AsUr ia facette Normale t te U la face 1 I Figure 1 : Notations - Convention de signe 3.2.2 contraintes effectives ou intergranulaires Dans un
30、sol satur o u dsigne la pression du liquide interstitiel, les contraintes effectives sur une facette sont dfinies par : o = o - u : contrainte effective normale ; 2 = z : contrainte tangentielle ou contrainte de cisaillement. Dans les sols pulvrulents, la contrainte effective est aussi appele contra
31、inte intergranulaire. 3.2.3 tat des contraintes en place (sol horizontal) 3.2.3.1 contraintes totales ovo, (Tho Les contraintes totales verticale et horizontale correspondent ltat de contrainte du sol en place, pralablement au prlvement, la cote de lchantillon qui sera essay en laboratoire. 3.2.3.2
32、contraintes effectives dho Les contraintes effectives verticale et horizontale correspondent ltat de contrainte en place dans un sol satur, pralablement au prlvement, la cote de lchantillon qui sera essay en laboratoire. Elles sont lies par la relation : oh0 = o : KO dsigne le coefficient de pressio
33、n des terres au repos. AFNL NF P 74-070 74 LOL2372 05Y0392 576 -7- NF P 94-070 3.2.3.3 contrainte effective de prconsolidation La contrainte de prconsolidation op peut tre dtermine partir dun essai de consolidation sans dformation latrale : - si op = orvo : le sol est normalement consolid ; - si op
34、dv0 : le sol est surconsolid. La pression de prconsolidation isotrope est dfinie conventionnellement par : 0 . = 20 3 P 4 Le facteur 2/3 provient de la valeur 0,5 donne KO, dans lexpression (1 + 2K0/3) lors de la consolidation originelle du sol sous dp. 3.3 sollicitations en laboratoire 3.3.1 notati
35、ons La figure 2 reprsente les notations relatives aux contraintes et aux dformations. prouvette i i i i i h I I I I I Figure 2 : Contraintes et dformations dans une prouvette lappareil triaxial de rvolution Les diminutions de longueur et de volume des prouvettes sont positives. La dtermination de la
36、 rsistance au cisaillement est faite en utilisant les paramtres s, t, ou, dans le cas de sols saturs, s, t qui sont dfinis ainsi : s = (ol + 03)/2 s=s-u t = t = (o, - 03)/2 = (d1 - oy2 La correspondance entre ces paramtres et ceux de la contrainte moyenne totale p, de la contrainte effective moyenne
37、 p et du dviateur q est donne ci-dessous : p = (01 + 2033)/3 p = (p - u) q = (GI - og) = 2t AFN1 NF P 94-070 94 1012372 OSYO393 402 D NF P 94-070 -8- 3.3.2 consolidation La consolidation dun sol rsulte en gnral de la variation des contraintes effectives qui lui sont appliques. Elle se traduit par un
38、e variation de volume. La consolidation est isotrope si Ao, = Ad3 et anisotrope si Ao, # Ad3. 3.3.3 cisaillement Le cisaillement dune prouvette de sol consiste lui imposer une variation du dviateur q. La rsistance au cisaillement zf est dtermine la rupture de lprouvette (voir article 5 pour les crit
39、res de rupture). Elle correspond : - soit la contrainte de cisaillement la rupture, dans le plan o la loi de Mohr-Coulomb : zf = c + o tan cp est vrifie, dans le cas de dformations homognes par plastification. Except le cas o langle de frottement est gal zro, le dviateur la rupture qf est tel que q,
40、 2 zf - soit la contrainte tangentielle sur le plan de rupture lors dune localisation des dformations la rupture : zf = c + o tan cp lappareil triaxial, sur un plan quelconque inclin dun angle a par rapport au plan de la contrainte principale majeure, les contraintes tangentielle et normale ont pour
41、 expression : z = 0,5(0, - cfg) sin 2a 0 = 0,5(0, + 63) + 0,5(0, - 63) COS 2a Ces relations sont, en particulier, utilises lors dune rupture localise, a est alors linclinaison du plan de rupture. NOTE : Lorsque, au sein de lprouvette, les dformations ne sont plus homognes et quelles se localisent da
42、ns une bande troite (naissance dun plan de glissement), un certain nombre de paramtres ne sont plus directement mesurables (variation relative de volume, surpression interstitielle, tat critique). I - Plan principal Pl an quel conque -.-i!- Pian pr inc ipai i Figure 3 : Contraintes sur un plan quelc
43、onque au sein dune prouvette AFNL NF P 94-070 94 LO12372 0540394 349 -9- 3.4 chemin de contraintes NF P 94-070 Le chemin des contraintes effectives ou totales correspond a la reprsentation de la succession des tats de contraintes lors de la ralisation dun essai. II est compltement dfini par la conna
44、issance des valeurs de o, o3 et u. 3.4.1 reprsentation de Mohr-Coulomb Le cercle de Mohr reprsente dans un diagramme (o, z) ou (o, 2) un tat de contraintes. En cours dessai, il y a un cercle pour chaque tat de contrainte. La figure 4 donne deux exemples de trois tats successifs pour deux prouvettes
45、dun mme sol satur. Pour un critre de rupture donn, la courbe intrinsque est lenveloppe des diffrents cercles de Mohr correspondant aux tats de contraintes la rupture de plusieurs prouvettes cisailles aprs application de diffrentes contraintes de consolidation o,. Ces tats de contraintes corresponden
46、t aux Contraintes effectives pour les sols saturs et aux contraintes totales pour les sols non saturs. Sous certaines conditions (voir article 51, cette courbe enveloppe est assimile une droite appele droite de Coulomb dquation : zf = c + o tan cp : pour les sols saturs ou les sables secs zf = c, +
47、o tan Dforma tion volumique E, O que Df arma t i on Dformat ion Figure 6 : Courbes reprsentant le dviateur et la dformation volumique en fonction de la dformation volumique pour un sable - Exemple Pour un sable lche, la rsistance au cisaillement crot et le volume diminue continuellement lorsque la d
48、formation a ug men te. Pour un sable dense, la resistance au cisaillement passe par un maximum, puis dcrot lorsque la dformation augmente ; paralllement, aprs une lgre diminution de volume, lprouvette de sable augmente de volume, il y a dilatance. Le comportement en type sable lche ou type sable dense est relatif la pression o, de la cellul
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