CONSOLIDATION UNIDIMENSIONNELLE DE TERZAGHI

INTRODUCTION

Depuis les premiers travaux de Frontard (1914), Terzaghi (1923) et Biot (1941), la consolidation des argiles a toujours suscité l’intérêt des mécaniciens des sols, notamment à partir des années 1960, qui virent un développement important dans la construction d’ouvrages géotechniques en présence de sols argileux et en particulier les réseaux routiers, autoroutiers et de chemins de fer, l’aménagement hydraulique et hydroélectrique, les ouvrages d’irrigation et de contrôle des crues et les installations portuaires et aéroportuaires. L’exécution des ces ouvrages a été accompagnée d’un vaste travail de recherche dans de nombreux pays, à cause d’un nombre important de problèmes liés à la stabilité et aux tassements évolutifs inhérents au comportement mécanique de sol de fondation molle. Ce chapitre débute par un panorama des conditions dans lesquelles des tassements ou plus généralement des déformations des sols peuvent se produire dans la pratique et des ordres de grandeur des phénomènes que l’ingénieur doit traiter dans les études de projets et les expertises. Après, nous aborderons la consolidation unidimensionnelle des sols fins saturés, sous la forme présentée par Terzaghi en 1925, et nous décrirons l’essai oedométrique, qui fournit les paramètres de cette théorie. On montrera comment la théorie de la consolidation unidimensionnelle a servi de base aux modélisations modernes du comportement des sols. 

CHARGES ET DEFORMATIONS DES MASSIFS DES SOLS

GENERALITIES

Les massifs de sols se déforment sous les charges qui leur sont appliquées. Mais ces déformations peuvent être très diverses : dans certains sites célèbres, elles ont pris une ampleur spectaculaire, comme à Pise, Venise ou Mexico (Magnan 2000). Ailleurs, elles sont beaucoup plus faibles, mais restent une source de désordre dans les ouvrages. Quelques centimètres de tassement différentiel peuvent fissurer une maison à la structure trop rigide. Il faut donc dans tous les cas s’en préoccuper. La prévision des tassements et autres mouvements des massifs de sols nécessite souvent des analyses détaillées de toutes les causes possibles des mouvements, avant de choisir les causes principales et de s’y tenir pour les calculs. 

DIFFERENTS MODES D’APPLICATION DES CHARGES AUX SOLS

En mécanique des milieux continus, on distingue classiquement deux modes de chargement, par des forces volumiques et par des forces de surface. Dans les sols, ces modes de chargement sont aussi représentés :  par les forces de pesanteur et les forces volumiques d’écoulement, d’une part, et  par les forces de contact avec d’autres matériaux (structures, etc.) pour les forces de surface, d’autre part. Un inventaire un peu plus détaillé des modes de transmission des charges aux massifs de sols conduit à distinguer les situations où la charge est transmise par compression du sol, celles où elle est transmise par cisaillement ou frottement sur la surface et les situations intermédiaires. La figure 1.1 représente quelques modes de chargement courants en géotechnique et la répartition des efforts de contact entre l’ouvrage qui charge le massif de sol et ce dernier. On observe la diversité des efforts transmis au massif de sol. 

DEFORMATIONS OBSERVEES SOUS DES OUVRAGES REELS

Les efforts de contact entre les sols et les ouvrages produisent des effets très différents selon les propriétés mécaniques des sols et selon l’intensité des charges qui leur sont transmises, comme on peut le voir dans les exemples exposés ci-après. (Cités par Magnan 2000).

TASSEMENT DE SOLS ARGILEUX ET TOURBEUX SUR UN TRACE ROUTIER

Le premier exemple (figure 1.2) montre les amplitudes des tassements mesurés sur une section d’autoroute de 30km de longueur, construite dans le nord de l’Allemagne à travers une plaine côtière alluvionnaire où l’épaisseur des sols compressibles (argiles et tourbes) atteint 30 mètres. Différentes techniques de construction ont été utilisées, pour obtenir l’essentiel des tassements avant la mise en service de l’autoroute. Néanmoins, les tassements différés ont atteint 50 centimètres par endroits. On observe sur la figure le caractère irrégulier des dépôts sédimentaires dans cette région, avec des couches d’épaisseur variable, parfois sous forme de lentilles. La stratigraphie a une importance essentielle dans les études de sols compressibles, qui ont trois objectifs principaux : – assurer la stabilité des remblais, – prévoir leur volume final, – limiter autant que possible les amplitudes des tassements différentiels entre les zones de remblais qui tassent et les points durs que constituent les ouvrages d’art fondés par l’intermédiaire de pieux sur le substratum indéformable. Les amplitudes métriques des tassements de cet exemple constituent une limite supérieure des tassements que l’on peut rencontrer dans les projets de mécanique des sols. Ces tassements se rencontrent essentiellement dans les projets routiers, où les contraintes de profil en long et de NOUALI.A Consolidation Unidimensionnelle De Terzaghi 4 surélévation par rapport aux crues nécessitent souvent des hauteurs de remblai importantes au-dessus de la surface du terrain naturel. Il existe toutefois, quelques autres exemples de tassements de cette importance en zone urbaine, notamment l’exemple célèbre de la ville de Mexico.