Estimation de la masse volumique maximale ρopn et de la teneur en eau correspondante ωopn (Proctor)

Les corrélations en mécanique des sols

Dans le génie civil le sol est à la fois, un support pour les ouvrages et un matériau de construction pour les routes et les barrages (Costet & Sanglerat, 1969). Tout projet de construction doit être étudié avec des données complètes ce qui suppose une bonne reconnaissance du sol utilisé. Les ingénieurs géotechniciens, ont pour principal objectif de comprendre le comportement du sol et de la roche, et de fournir les recommandations appropriés pour contrôler et atténuer les risques géotechniques associés à tout projet. Ces conseils doivent citer les paramètres nécessaires pour évaluer, analyser et résoudre les problèmes en utilisant les outils suivants (BRAJA & al, 2016) :

Les essais au laboratoire.

Les essais in situ

Les essais et/ou la surveillance pendant la construction.

Les essais in situ et au laboratoire permettent la détermination des paramètres physiques et mécaniques. Ces essais nécessitent au préalable d’effectuer des sondages en différents points du terrain étudié mais à cause de l’hétérogénéité des sols (le sol est rarement homogène), ça rend la détermination des paramètres physiques, mécaniques, de déformation et de perméabilité en chaque point difficile et coûteuse. C’est dans ce contexte qu’on fait appel aux corrélations afin de compléter une information manquante ou même de vérifier des résultats expérimentaux effectués au laboratoire ou sur site. L’Eurocode 7 : calcul géotechnique (EN 1997-partie 1) demande, entre autres, que les valeurs caractéristiques des propriétés des sols soient établies par des méthodes statistiques introduisant un intervalle de confiance et qu’elles soient contrôlées au moyen de corrélations publiées entre les paramètres. Le but principal de ces recherche est de fournir aux géotechniciens des moyens pour déterminer ces valeurs caractéristiques lorsque le nombre des essais réalisés in situ ou en laboratoire n’est pas très importants. Dans ce chapitre on va présenter l’importance des corrélations pour le géotechnicien ainsi que la présentation de plusieurs relations corrélés appliquées sur différents paramètres et types de sols (intact, compactés, …).

Définition des corrélations : Les corrélations sont les différentes relations et formules établies depuis longtemps entre les diverses caractéristiques des sols et les études statistiques entreprises sur des populations importants de sols. La littérature est pleine d’équations et des graphiques empiriques utilisées par les praticiens dans le monde entier (Dysli, 2011). Les essais in situ (photo I.1) et les essais au laboratoire (photo I.2), sur des échantillons récupérés sur site restent les deux méthodes préférés pour la détermination des paramètres de conception en géotechnique. Les essais in situ se caractérisent par un coût moins chère, la rapidité et la simplicité, mais comme inconvénient ils n’ont pas une grande précision, par contre les essais au laboratoire ils ont une précision importante mais leurs coût est un peu chère. Dans les étapes préliminaires, y compris des études de faisabilité quand les fond sont limités pour l’exploitation des sols ; les corrélations empiriques deviennent très précieux. Par exemple des propriétés d’index simples, on peut obtenir une idée juste sur les caractéristiques de résistance et de consolidation de cisaillement d’une argile ou à eu de frais.

L’importance des corrélations : Dans l’ingénierie géotechnique, l’empirisme a un grand rôle à jouer. Il permet de donner des estimations préliminaires, les corrélations peuvent également être utilisées pour comparer avec les valeurs déterminées à partir des essais in situ et au laboratoire. Il y a tellement des équations empiriques et des graphiques disponibles dans la littérature, qui sont régulièrement utilisées dans la conception du monde entier. Ceux ci sont donnés ou calculés à partir des données de laboratoire ou sur le terrain. Le plus souvent, il n’y a à la disposition du géotechnicien qu’une morphologie approximative du site obtenue par quelques sondages de reconnaissance ainsi que quelques résultats des essais standard en laboratoire ou en place voirie même aucun. Enfin, dans la plupart des projets de fondations le nombre des essais géotechniques réalisés ne permet pas la détermination des valeurs fiables sur le plan statistiques. Dans la première partie de l’EUROCODE 7 (EN1997-1), publié par le comité Européen de Normalisation (CEN), demande l’usage de l’expérience et des corrélations et précise encore que ces corrélations doivent être faites entre les résultats d’au moins deux types d’essais (Dysli, 2011). Les corrélations donnent au géotechnicien un moyen simple pour évaluer les caractéristiques physiques et mécaniques utilisées dans les études d’un avant projet. Lorsque les essais en laboratoire sont inexistants ou peu nombreux, ou pour contrôler les rapports géotechniques. .

L’influence de la teneur en eau : Le compactage se fait par arrosage du sol avec de l’eau. La courbe Proctor (Figure II.1) montre bien que la masse volumique sèche augmente avec la teneur en eau jusqu’à un point optimal qui s’appelle aussi l’optimum Proctor (défini par une densité sèche maximum γdmax et une teneur en eau optimale (ωopn). Les teneurs en eau inférieures à la teneur en eau optimale forment la branche sèche du compactage. Lorsqu’un sol est compacté, on constate que plus on rajoute de l’eau plus le compactage devient facile. L’eau permet de diminuer le frottement qu’oppose le sol au compactage. Au-delà de l’optimum, l’eau est en excès. Elle occupe une grande partie des vides de sol. Lorsqu’on applique une charge de compactage sur le matériau l’eau étant un corps incompressible, elle va reprendre une portion importante de l’énergie de compactage. Cette portion dépend de la quantité d’eau. L’énergie transmise au sol par le compactage, ne se transfère pas aux grains. Dans ces conditions le sol devient petit à petit moins dense dans ces conditions de grandes humidités. Le tableau suivant donne une comparaison entre le coté sec et le coté humide de la courbe Proctor (d’après Leonards, 1968 cité par Ialy Radio & Terki Hassaine 1990) :

L’indice portant immédiat : Le principe de l’essai servant à déterminer l’indice portant immédiat IPI consiste à mesurer les forces à appliquer sur un poinçon pour le faire pénétrer à une vitesse donnée dans une éprouvette de sol étudiée. Cet indice ne constitue pas une caractéristique intrinsèque d’un sol. En effet, si cette grandeur dépend en partie de la nature du sol. Elle dépend également dans une large mesure de sa teneur en eau, de sa masse volumique sèche, et de son degré de saturation, qui est des caractéristiques d’état fonction de ses caractéristiques de mise en oeuvre et d’environnement (Boutarfa, 2012) Sur les chantiers de stabilisation, on exige en général des densités sèches égales à 90% ou 95% de la densité sèche maximum déterminée à l’essai Proctor ; d’où l’importance d’avoir au moment du compactage une teneur en eau très voisine de la teneur en eau optimum. Cette condition est souvent difficile à remplir, ce qui limite les possibilités de stabilisation des sols : en périodes de pluie, la teneur en eau du sol naturel est généralement supérieure à la teneur optimum, il faut aérer le sol pour le faire sécher ou attendre une période plus sèche. En période sèche les apports d’eau sont importants (la teneur en eau optimum varie entre 6 à 12% selon la nature du sol et l’engin de compactage utilisé).

.Optimum Proctor et limites d’Atterberg :

Plusieurs chercheurs ont travaillé pour mettre en évidence des relations entre les paramètres de l’optimum Proctor (γd, ωOPT), et les limites d’Atterberg (limite de liquidité ωL, limite de plasticité ωP). Ces relations peuvent faciliter l’estimation des paramètres dans les avants projets ainsi que pour compléter une information manquante du compactage. Aussi elles pourront faciliter la détermination expérimentale de l’optimum en donnant la quantité d’eau à utiliser pour le premier point (γd, ω) de l’essai de compactage. Il était très difficile d’obtenir une relation simple entre le poids volumique (γd) ou la teneur en eau optimale (ωOPT) et une seule limite : liquidité ou plasticité. Et la plupart des auteurs ont étudié une corrélation en fonction des 2 limites (ωLou ωP) qui symbolisent, il est vrai, deux états différents du matériau, mais il y a aussi ceux qui ont trouvé des relations en fonction d’une seule limite. Néanmoins, nous pouvons retenir les corrélations proposées par quelques auteurs donnant les caractéristiques à l’optimum, et que l’on va utiliser pour notre étude statistique. Le tableau III.1 présente les corrélations donnant les caractéristiques à l’optimum Proctor normal, et le tableau III.2 présente les corrélations donnant les caractéristiques à l’optimum Proctor modifié :

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Table des matières

Remerciement
Dédicaces
Résumé
Liste d’abréviations
Liste des figures
Liste des Photos
Liste des tableaux
Liste des projets des essais Proctor normal
Liste des projets Proctor Modifié
Introduction générale
Chapitre I : Les corrélations en mécanique des sols
1. Introduction
2. Le sol
2.1 Définition du sol
2.2 Identification des sols
3. Définition des corrélations
4. L’importance des corrélations
5. Conditions d’utilisation des corrélations
6. Domaines de validité des corrélations
7. Les différentes types de corrélation de la littérature
7.1 Les corrélations de déformabilité
7.1.1 L’indice de compression Cc
7.1.2 L’indice de gonflement CS
7.1.3 La contrainte de préconsolidation σ’P
7.1.4 Modules de déformations
7.1.5 Coefficient de Poisson
7.2 Les corrélations de résistance
7.2.1 La cohésion effective c’
7.2.2 La cohésion apparente (non drainée) cu
7.3 Les corrélations de la perméabilité
7.4 Autres corrélations
7.4.1 Estimation du rapport de surconsolidation OCR
7.4.2 Estimation du coefficient de poussée des terres au repos K0
7.4.3 Estimation de la masse volumique maximale ρopn et de la teneur en eau correspondante ωopn (Proctor)
7.4.4 Les corrélations de Biarez
7.4.5 Estimation des résistances au pénétromètres (statique et dynamique)
8. Conclusion
Chapitre II : Corrélations pour les sols compactés
1. Introduction
2. Les sols compactés
2.1 Introduction
2.2 Définition du compactage
2.3 Utilité du compactage
2.4 Les facteurs influençant le compactage
2.4.1 L’influence de la teneur en eau
2.4.2 L’influence de l’énergie de compactage et la nature d’engin
2.4.3 L’influence de la nature du sol
2.5 L’essai Proctor
2.5.1 Introduction
2.5.2 But de l’essai Proctor
2.5.3 Principe de l’essai Proctor
2.5.4 L’indice portant immédiat
3. Les Propriétés des sols compactés
3.1 Succion initiale des sols compactés
3.2 La perméabilité des sols compactés
4. Les corrélations entre les paramètres des sols compactés et les limites d’Atterberg
4.1 Les limites d’Atterberg
4.2 Les corrélations entres les paramètres des sols compactés et les limites d’Atterberg
5. Les corrélations entre la succion et les limites d’Atterberg
5.1 Introduction
5.2 Définition de la succion
5.3 Les corrélations entre la succion et les limites d’Atterberg
6. Conclusion
Chapitre III : Application et analyse critique des corrélations pour les sols compactés
1. Introduction
2. Optimum Proctor normal et limites d’Atterberg
3. Description des caractéristiques des sols utilisés dans l’étude
4. Résultats de l’application des relations de corrélations
4.1 Estimation des paramètres de l’optimum Proctor normal (OPN)
4.1.1 La corrélation de POPOVIC (1980)
4.1.2 La corrélation de BLOTZ (1998)
4.1.3 La corrélation de FLEUREAU (2002)
4.1.4 La corrélation de GRESS (2002)
4.1.5 La corrélation de GURTUNG (2004)
4.1.6 La corrélation d’OSMAN (2004)
4.1.7 La corrélation de SIVRIKAYA (2008)
4.1.8 La corrélation de NAGRARAJ (2015)
4.1.9 La corrélation de KUMBASAR & TOGROL (1969)
4.2 Estimations des paramètres de l’optimum Proctor modifié
4.2.1 La corrélation de BLOTZ (1998)
4.2.2 La corrélation de FLEUREAU (2002)
4.2.3 La corrélation de GURTUNG (2004)
4.2.4 La corrélation d’OSMAN (2008)
5. Choix de la corrélation la plus représentative des sols compactés étudiés
5.1 Le coefficient de NASH- Sutcliffe (1969)
5.2 Calcul de coefficient de NASH à l’OPN
5.3 Calcul de coefficient de NASH à l’OPM
5.4 Interprétation des résultats
6. Proposition d’une corrélation fonction de la limite de liquidité du matériau
6.1 La corrélation à l’OPN
6.2 La corrélation à l’OPM
6.3 Calcul du coefficient de NASH des corrélations proposées
7. Conclusion
Conclusion générale
Références bibliographies
Annexes

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