Comme on le sait, le sol se déforme sous la pression. La nature et l'ampleur de la déformation dépendent de la nature du sol, de la méthode de chargement et des conditions limites de déformation du sol. Les propriétés de déformation des sols sont déterminées par les principaux facteurs naturels suivants : 1) structure et texture ; 2) composition et concentration de la solution interstitielle ; 3) composition chimique et minéralogique du squelette du sol ; 4) température ambiante. L'influence de certains facteurs naturels sur la déformabilité des sols dépend principalement de la structure du sol, c'est-à-dire : sur la dispersion, la densité et la localisation des particules dans l'espace et les connexions entre particules. Selon la méthode de chargement du sol, les déformations sont distinguées sous les méthodes d'application de pression statique (étagée), d'impact et dynamique. Le plus souvent, les propriétés de déformation des sols à la base des structures sont déterminées sous chargement statique. Dans des cas particuliers, les propriétés de déformation des sols sont déterminées sous l'action de charges de choc (battage, explosion, etc.), de vibrations, ainsi que sous l'influence de la pression hydrostatique, principalement négative (capillaire), qui se produit lorsque l'eau diminue en dispersion sols.
Les propriétés de déformation des sols dispersés sont déterminées par leur compressibilité sous charge, provoquée par le déplacement des particules les unes par rapport aux autres et, par conséquent, par une diminution du volume des pores due à la déformation des particules de roche, d'eau et de gaz. Lors de la détermination de la compressibilité des sols, on distingue des indicateurs qui caractérisent la dépendance de la déformation finale à la charge et l'évolution de la déformation du sol au fil du temps sous charge constante. La première caractéristique des indicateurs comprend le coefficient de compactage, le taux de compression, le module de tassement, la seconde - le coefficient de consolidation.
Les propriétés de déformation des sols sont déterminées à la fois en laboratoire sur des échantillons présentant des connexions structurelles rompues ou ininterrompues, et en conditions de terrain. Les essais en laboratoire restent la principale méthode d'étude des propriétés des sols, car ils permettent de transférer relativement simplement diverses pressions sur le sol, d'étudier le comportement du sol dans une large gamme de changements d'état physique et de conditions environnementales et de simuler des cas complexes. d'exploitation des sols dans la base ou le corps des ouvrages. Les méthodes d'essais sur le terrain permettent de mieux refléter l'influence des caractéristiques texturales du sol sur sa déformabilité.
Pour étudier la compressibilité des sols dans des conditions de terrain, un pressiomètre est utilisé - un appareil basé sur la compression et la mesure de la déformation du sol situé dans les parois d'un trou ouvert et déterminant le module de compressibilité.
20. Aux principales caractéristiques propriétés de résistance des sols comprennent : la résistance au cisaillement du sol le long du sol et le long des surfaces gelées ; résistance à la compression, à la tension ; adhérence et angle de frottement interne, adhérence équivalente.
Il existe des états de stress simples et complexes dans le sol.
Un état de contrainte simple correspond à la manifestation d'un des types de contraintes : compression, traction, cisaillement. L'état de contrainte dans un massif de sol correspond à un état de contrainte complexe, lorsque tous les types d'états de contraintes simples apparaissent simultanément avec des combinaisons différentes.
Ils permettent de dévier les tassements des ouvrages, de déterminer la stabilité des roches à leur base et, lors de la construction des fondations, d'utiliser au maximum la capacité portante des sols. Des indicateurs exprimant la résistance au cisaillement des roches permettent de concevoir la pose des talus de barrages, remblais, barrages, flancs de carrière avec un minimum de travaux d'excavation, de déterminer la stabilité des talus et des glissements de terrain, de déterminer la section rationnelle et la stabilité des diverses structures, notamment. barrages en béton. Compressibilité les roches appellent sa capacité à réduire le volume sous charge. Lorsque la roche est comprimée par une charge verticale dans des conditions de dilatation latérale libre sous compression uniaxiale, la déformation relative (e) est le rapport entre la diminution absolue de l'échantillon chargé (Δh) et sa hauteur initiale (h 0) e=Δh/h 0 La relation entre la contrainte (δ) et la valeur de la déformation relative (e) sous des charges inférieures à la limite de proportion est déterminée par l'expression : δ=Ee (E – module d'élasticité)..
Résistance au cisaillement. Propriétés de résistance des roches sont déterminés par un certain nombre d'indicateurs appartenant à la catégorie des indicateurs de calcul direct. La résistance des roches se caractérise par leur capacité à résister aux forces de cisaillement (résistance au cisaillement). Le cisaillement est le processus de déformation et de destruction d'une roche dû au déplacement d'une partie de celle-ci par rapport à une autre. Le déplacement le long d’une zone donnée est provoqué par une contrainte tangentielle. La résistance au cisaillement dépend de la quantité de charge verticale appliquée à l'échantillon. La résistance des roches est évaluée principalement selon la théorie de Mohr, selon laquelle la destruction d'un corps se produit à un certain rapport limite des contraintes normales et de cisaillement.
La détermination des caractéristiques de résistance et de déformation est effectuée à la fois en laboratoire et sur le terrain, dans des états de contrainte simples et complexes. Les principaux types d'essais sont : la compression uniaxiale ; écart; changement; torsion; compression; compression triaxiale axisymétrique par charge verticale et radiale ; compression triaxiale axisymétrique avec torsion ; compression axisymétrique d'un cylindre creux avec torsion ; compression triaxiale avec réglage indépendant des trois directions principales ; essai au dynamomètre en mode relaxation-fluage.
21. Réol. sols sacrés. Dans l’évaluation technique et géologique des roches, ces propriétés sont très importantes. Cependant, le rôle de chacun d’eux est différent, qui dépend de la composition des roches.1) Résistance à l'eau. La détermination de la résistance à l’eau est très importante lors de l’évaluation des roches argileuses qui, lorsqu’elles sont exposées à l’eau, perdent leur cohésion et changent de consistance ou deviennent trempées et se désintègrent. La vitesse et la nature du trempage caractérisent la résistance à l'eau. Certaines variétés de roches argileuses gonflent fortement lorsqu'elles sont humidifiées et leur volume augmente de 25 à 30 %. Les changements dans les propriétés des roches argileuses ne se produisent pas seulement lorsqu'elles sont humidifiées. Le séchage des roches argileuses humides s'accompagne parfois de fissurations, de modifications de solidité et d'une diminution de volume (retrait). L'eau, agissant sur les roches, peut également dissoudre et lessiver les parties solubles dans l'eau et ainsi modifier leurs propriétés. 2) Capacité d'humidité. La capacité hydrique d’une roche fait référence à sa capacité à contenir et à retenir une certaine quantité d’eau. Conformément à cela, on distingue les roches : à forte intensité d'humidité (argiles, loams), moyennement à faible intensité d'humidité (sableuses, sables m/z, s/z, limoneux) et à faible intensité d'humidité (sables s/z , ko/z, gravier, etc.). En ce qui concerne les roches peu humides, il faut parler de leur capacité en eau. Dans les roches à forte humidité, on distingue la capacité d'humidité totale, capillaire et moléculaire. La pleine capacité d'humidité est la saturation complète de la roche en eau, c'est-à-dire remplissant tous ses pores. En comparant la teneur en humidité naturelle de la roche avec la teneur en humidité correspondant à la pleine capacité d'humidité, on juge le degré de sa saturation en eau. La capacité capillaire en humidité ne correspond pas à une saturation complète de la roche en eau, mais au moment où seuls les pores capillaires sont remplis d'eau. La capacité moléculaire en humidité fait référence à la capacité des roches à retenir une certaine quantité d’eau physiquement liée. La quantité maximale d’eau physiquement liée qu’une roche peut retenir à la surface de ses particules est appelée capacité moléculaire maximale d’humidité. À partir de roches sableuses saturées d'eau, toute l'eau ne peut pas s'écouler librement, mais seulement la partie qui obéit à la force de gravité. La capacité du sable et autres roches clastiques saturées d'eau à la libérer par écoulement libre caractérise leur rendement en eau. Les roches peu gourmandes en humidité ont cette capacité. Le rendement en eau des roches est approximativement égal à la différence entre leur capacité d'humidité totale (W p) et le maximum moléculaire : W dep = W p -W m Les caractéristiques de la perte en eau des roches sont importantes pour résoudre de nombreux questions pratiques, par exemple, lors de la conception de drainages, l'eau afflue dans une fosse, etc. 3) Capillarité. Avec une augmentation significative de l'humidité des roches sableuses et surtout argileuses, leurs qualités constructives diminuent. L'humidification de l'eau peut être provoquée par l'infiltration de l'eau depuis la surface de la terre ou par son entrée par le bas depuis un aquifère sous l'influence de la pression des forces capillaires. Les forces capillaires forment une zone capillaire au-dessus du niveau de la nappe phréatique, à l'intérieur de laquelle on observe une humidité accrue ou une saturation des roches. Avec l'évaporation intense des eaux capillaires, la salinisation des sols se produit et des marais salants se forment. On sait que la hauteur maximale de remontée capillaire dans les sables t/z et m/z peut atteindre 1,5 à 2,0 m, dans les roches argileuses 3 à 4 m. Dans les roches à gros grains, elle est petite et n'a aucune signification pratique. 4) Perméabilité à l'eau. Les principales propriétés aquatiques des roches comprennent la perméabilité à l'eau, c'est-à-dire la capacité de faire passer l'eau sous pression. Les données caractérisant la perméabilité à l'eau des roches clastiques et argileuses meubles sont largement utilisées dans la pratique pour déterminer les apports dans les fosses de construction, les travaux souterrains, les méthodes de drainage, etc. La perméabilité à l'eau des sables, galets et autres sédiments meubles dépend de leur porosité et de leur porosité. Les roches argileuses à basse pression sont très peu perméables, car leur taille de pores est petite. Le mouvement de l’eau et d’autres liquides à travers des milieux poreux (roches) est appelé filtration. Par conséquent, la perméabilité à l’eau des roches sableuses et argileuses dépend de leur capacité de filtration. Une mesure de la conductivité de l’eau des roches est le coefficient de filtration. Dans la pratique de l'ingénierie et de la géologie, ils utilisent principalement l'expression de vitesse du coefficient de filtration, basée sur l'équation v = K f I (k). Si I=1, alors v=K f m/jour, cm/jour.
Dans les roches argileuses, la porosité effective est toujours nettement inférieure à la porosité totale et est souvent nulle, car l'espace interstitiel est en grande partie occupé par de l'eau physiquement connectée.
22. Détente. Lorsqu'il est chargé avec une force constante F, des déformations se produisent,
se développant au fil du temps. Pour stopper le développement de ces déformations, il est nécessaire de réduire la force selon une certaine loi F(t).La diminution dans le temps de la contrainte nécessaire pour maintenir une déformation constante est appelée relaxation des contraintes. Du point de vue de la physique statistique, la relaxation peut être considérée comme le processus d'établissement d'un équilibre statistique dans un système physique, lorsque des grandeurs microscopiques caractérisant l'état du système (contrainte) se rapprochent asymptotiquement de leurs valeurs d'équilibre. La caractéristique du phénomène de relaxation des contraintes est temps de relaxation, égal au temps pendant lequel la tension diminue de e fois, qui caractérise la durée de la « vie sédentaire » des molécules, c'est-à-dire détermine la mobilité du matériau. Les temps de relaxation varient selon les corps. Pour les sols rocheux, le temps de relaxation varie sur des centaines et des milliers d'années, POUR le verre - ENVIRON cent ans, et pour l'eau - 10-11 s. Par exemple, les roches qui forment la croûte terrestre ont un temps de relaxation mesuré en millénaires, pour l'air 10-10, pour l'eau 10-11, pour la glace des centaines de secondes. Si la durée de l'action des forces sur le sol est inférieure à la période de relaxation, alors des déformations principalement élastiques se développeront.
Ainsi, en 100 à 1 000 secondes, la glace se comporte comme un corps élastique (par exemple, elle se brise de manière fragile lors d'un impact dans des conditions de charge importante). Lorsque la charge diminue, la glace s'écoule sous la forme d'un liquide visqueux. Un comportement similaire - rupture fragile avec application rapide d'une charge et écoulement visqueux avec exposition prolongée à la charge - se manifeste clairement dans les sols gelés.
Si le temps d'action de la force sur le sol dépasse le temps de relaxation, des déformations irréversibles de fluage et d'écoulement se produisent dans le sol. Autrement dit, selon le rapport entre le temps d'action de la force et le temps de relaxation, le corps se comportera comme un solide ou comme un liquide. La période de relaxation est la principale constante qui combine les propriétés des corps solides et liquides. La valeur du temps de relaxation peut être déterminée à partir du rapport de la viscosité r au module élastique (cisaillement) : Les corps solides, qui comprennent les sols dispersés et rocheux, sont caractérisés par la présence d'une contrainte limite de cisaillement Xk, appelée limite d'élasticité et coïncidant avec la limite élastique.
23-24. Propriétés physiques et chimiques de base des sols. Ces propriétés incluent des propriétés qui apparaissent à la suite d'une interaction physico-chimique entre les composants du sol. Celles-ci incluent les propriétés corrosives des sols, de diffusion, osmotiques, d'adsorption, ainsi que l'adhésivité, la plasticité, le gonflement, le mouillage, le retrait et d'autres propriétés des roches. Propriétés corrosives : la corrosion est le processus de destruction des matériaux suite à leurs interactions chimiques, électrochimiques ou biochimiques avec l'environnement. La corrosion souterraine se traduit par la destruction des matériaux de construction, des structures et des canalisations métalliques lors de leur interaction avec les sols. Les principales causes de corrosion souterraine sont : 1) l’effet de l’humidité du sol sur structure métallique; 2) le phénomène d'électrolyse. Ces phénomènes se produisent autour du pipeline, ainsi que dans les zones où le trafic tramway et ferroviaire est utilisé. Une destruction similaire se produit dans les sols en raison de l'influence de courants électriques vagabonds sur l'eau - une solution saline dans les pores du sol qui, à la suite d'une telle interaction, deviendra un électrolyte CISO4 agressif ; 3) les actions des micro-organismes présents dans les sols qui provoquent la biocorrosion. En général, la corrosion des sols dépend de nombreux facteurs. Les principaux comprennent composition chimique les sols et, tout d'abord, la composition et la quantité de sels dissous, ainsi que l'humidité du sol, la teneur en gaz, la structure du sol, leur conductivité électrique et la présence de bactéries. Diffusion (du latin Diffusion - épandage, épandage, diffusion), mouvement de particules d'un milieu, conduisant au transfert d'une substance et à l'égalisation des concentrations ou à l'établissement d'une répartition d'équilibre des concentrations de particules d'un type donné dans le moyen. Osmose (du grec Osmos - poussée, pression), transfert unidirectionnel d'un solvant à travers une cloison semi-perméable (membrane) séparant la solution d'un solvant pur ou d'une solution de concentration plus faible. La diffusion et l'osmose conduisent à la redistribution des ions de substances et des molécules d'eau et sont plus prononcées dans les sols argileux. L'osmose dans les argiles peut provoquer des déformations par gonflement ou retrait. Par exemple, si vous placez un sol argileux salin dans de l’eau douce, une absorption osmotique de l’eau se produira et, par conséquent, le sol gonflera. En pratique, un tel gonflement peut se produire dans divers canaux creusés dans des sols salins après leur inondation d'eau douce. Si le rapport de concentrations opposé se produit, c'est-à-dire que la solution dans les sols est plus fraîche que dans le canal, alors une aspiration osmotique de l'eau des sols se produira en raison de leur retrait. L'adsorption des sols est leur capacité à absorber certaines particules ou éléments de matière provenant des solutions qui passent. Il existe plusieurs types d'adsorption : mécanique (rétention des particules due à la configuration des pores) ; physique (en raison des molécules interagissant entre les particules de la solution et les pores de la surface) ; chimique (en raison d'interactions chimiques); biologique (dû à l'action des plantes et de divers micro-organismes). Certains types d'adsorption peuvent se produire simultanément (adsorption physico-chimique).
25. Retrait sol . Le retrait du sol est une diminution de son volume résultant de l'élimination de l'eau lors du séchage ou sous l'influence de processus physico-chimiques (osmose, etc.). En raison du retrait, le sol devient plus dense et, après séchage, même dur. Le compactage du sol argileux lors du retrait augmente sa résistance à la déformation, mais la présence de fissures, qui accompagnent généralement le retrait, augmente la perméabilité à l'eau et réduit la stabilité de la couche superficielle du sol sur les pentes. Dans les climats secs et chauds, les fissures de retrait brisent la masse de sol argileux jusqu'à une profondeur de 7 à 8 m ou plus. Le retrait se manifeste au maximum dans les argiles ; C'est moins courant dans d'autres roches cohésives.
Adhérence sol apparaît à une humidité supérieure à Wm ; il atteint sa plus grande valeur dans les sols argileux. Le caractère collant des argiles augmente avec l'augmentation de la pression externe et la diminution de l'humidité ; sa valeur maximale est dans la plupart des cas atteinte à la capacité d'humidité moléculaire maximale. Le collant du sol dépend des catégories d'eau contenues dans le sol, des caractéristiques de sa partie chimique et minérale, de la zone de contact entre le sol et l'objet, etc. La valeur collante des sols argileux, avec un certain rapport de leurs caractéristiques aux facteurs externes, peuvent atteindre 0,02-0,05 MPa. Par conséquent, l’adhésivité du sol est l’un des facteurs qui déterminent les conditions de fonctionnement des godets et des machines de travail du sol. L'adhésion du sol à la surface des engins et mécanismes de terrassement et de transport entraîne une diminution de leur productivité lors de la réalisation d'opérations de décapage dans les carrières, lors de l'aménagement de fosses, etc.
Résistance à l'eau est la capacité des sols à maintenir leur résistance mécanique et leur stabilité lorsqu’ils interagissent avec l’eau. L'interaction des roches avec l'eau peut être statique et dynamique : l'effet de l'eau calme provoque un gonflement et un mouillage, tandis que l'effet hydrodynamique provoque le processus d'érosion.
Trempabilité- c'est la capacité des roches argileuses, lorsqu'elles absorbent de l'eau, à perdre leur cohésion et à se transformer en une masse meuble avec perte partielle ou totale de capacité portante. L'intensité du processus de trempage dépend de la nature des connexions structurelles, de la composition et de l'état du sol. La vitesse et l'intensité de l'érosion dépendent à la fois de la nature de l'impact de l'eau et de la réaction de la roche à cet impact : l'érosion. Un changement brusque de la résistance à l'eau (par exemple, en raison des intempéries) peut conduire à une diminution significative de la capacité portante des sols des fondations des structures et à l'apparition de glissements de terrain et de glissements de terrain sur les parois des fosses de construction et en profondeur. carrières.
Blurabilité Le plus souvent, il est estimé par le coefficient de résistance des roches à l'érosion.
Plasticité Les sols sont leur capacité à changer de forme (se déformer) sans rompre la continuité en raison d'influences extérieures et à conserver la nouvelle forme obtenue lors de la déformation après la fin de l'influence extérieure. Les propriétés plastiques des sols sont étroitement liées à l’humidité et varient en fonction de la quantité et de la qualité de l’eau du sol. La transition de la roche argileuse d'une forme de consistance à une autre se produit à certaines valeurs d'humidité, appelées niveaux ou limites d'humidité caractéristiques. Dans la pratique de l'ingénierie et de la géologie, les limites supérieure et inférieure de plasticité sont les plus largement utilisées. Les limites de plasticité et les indices de plasticité sont largement utilisés dans la classification des sols argileux, la détermination des résistances de calcul des sols et l'évaluation approximative de la stabilité du sol dans les fosses, les excavations, etc.
Gonflement le sol est appelé l'augmentation de son volume lors de l'interaction avec l'eau. Le gonflement du sol est souvent observé lors du creusement de fosses et d'excavations et entraîne une déformation des soutènements, des revêtements routiers, des fondations, etc. Pour déterminer le gonflement, plusieurs méthodes ont été proposées qui peuvent être combinées en cinq groupes basés sur l'évaluation du gonflement : 1) par la chaleur du gonflement ; 2) par pression de gonflement ; 3) par le volume de sédiments sédimentés dans le liquide ; 4) par la quantité (volume ou poids) d'eau qui a provoqué le gonflement ; 5) par l'augmentation du volume du sol lors du gonflement.
La méthode la plus largement utilisée dans la pratique des travaux géotechniques est la méthode d'étude du gonflement basée sur l'augmentation du volume du sol lors de sa saturation en eau (telle que développée par A. M. Vasiliev).
26. Le mouvement de l'eau et d'autres liquides à travers un milieu poreux (rochers) est appelé filtration. Par conséquent, la perméabilité à l’eau des roches sableuses et argileuses dépend de leur capacité de filtration. Une mesure de la conductivité de l’eau des roches est le coefficient de filtration. Dans la pratique de l'ingénierie et de la géologie, ils utilisent principalement l'expression de vitesse du coefficient de filtration, basée sur l'équation v = K f I (k). Si I=1, alors v=K f m/jour, cm/jour. La vitesse de déplacement de l'eau à travers les milieux poreux (rochers) est directement proportionnelle au gradient hydraulique, c'est-à-dire le rapport entre la pression effective et la longueur du trajet de filtration. C'est la loi la plus importante de la perméabilité à l'eau du sable et des roches argileuses - la loi de la filtration laminaire.
La vitesse de déplacement de l'eau est également déterminée par l'équation : v=Q/F (Q est la quantité d'eau filtrée à travers la roche, m 3 ; F est la surface de la section transversale, m 2 à travers laquelle l'eau est filtrée). Étant donné que l'eau ne se déplace qu'à travers les pores, le taux de filtration réel (basé sur la plus petite section transversale réelle de la roche) est plus élevé. Coefficient de filtration réel : K fd = K f /n (n – porosité). Le coefficient de filtrage réel est parfois appelé coefficient de débit de filtration. Dans les roches sableuses, K fd est toujours supérieur au coefficient de filtration, déterminé directement en conditions de laboratoire. Dans les roches argileuses, la porosité effective est toujours nettement inférieure à la porosité totale et est souvent nulle, car l'espace interstitiel est en grande partie occupé par de l'eau physiquement connectée. Dans la construction, les propriétés de filtration du sol (sa perméabilité à l'eau) sont associées à : 1. Avec tâches d'ingénierie(filtration des berges suite à la construction de barrages). 2. Avec les questions d'abaissement temporaire du niveau de la nappe phréatique (U.G.V.) pour les fosses de drainage. Un appareil de laboratoire permettant de déterminer les propriétés de filtration des sols est un récipient à fond poreux (voir schéma) dans lequel est placé du sable. L'eau est versée par le haut et son débit est mesuré (filtration sur un échantillon de sable) à différents intervalles de temps. Si un gradient hydraulique est créé dans un sol argileux inférieur à la valeur initiale, il n'y a pas de filtration dans le sol et ce sol est un aquifère. Les caractéristiques philologiques des sols sont utilisées dans : 1. Calcul du drainage. 2. Détermination du débit de la source d'approvisionnement en eau souterraine. 3. Calcul du tassement des structures (fondations) dans le temps. 4. Diminution artificielle de l'U.G.V. 5.Calcul des palplanches lors du creusement de fosses et de tranchées.
Notons un certain nombre de caractéristiques caractéristiques des sols pergélisols après dégel :
Les valeurs maximales de perméabilité à l'eau sont notées dans les zones de fragmentation tectonique, et aucune atténuation avec la profondeur n'est observée, ce qui s'explique par la forte teneur en glace provoquée par l'expansion des agrégats dispersés. Une fois la glace fondue, de puissants passages de filtration se forment.
La perméabilité à l'eau des sols pergélisols après leur dégel est généralement variable dans le temps, car elle est influencée par deux facteurs opposés. D'une part, les vides qui viennent de se former dans le massif soulevé après la fonte des glaces ont tendance à se fermer sous l'influence du poids des sols sus-jacents ou des charges des structures, ce qui devrait diminuer la perméabilité à l'eau. D'autre part, les granulats finement dispersés qui, après la fonte des glaces, n'ont pas de structure assurant la résistance de leur filtre, peuvent être emportés par le flux du filtre. Cela entraîne une augmentation de la teneur en eau des roches. La capacité filtrante des roches du pergélisol est évaluée par les résultats de travaux expérimentaux dans des zones préalablement dégelées ou par des méthodes indirectes. Les méthodes indirectes d'évaluation de l'approvisionnement en eau des sols de pergélisol comprennent : le calcul ; comparaison des dépendances des indicateurs de perméabilité à l'eau sur la fracturation pour les sols dégelés et gelés ; analyses d'air des puits; géophysique. Toutes ces méthodes sont de nature évaluative.
Propriétés mécaniques des sols Propriétés de résistance et de déformation GOST 12248 -96 MÉTHODES DE DÉTERMINATION EN LABORATOIRE DES CARACTÉRISTIQUES DE RÉSISTANCE ET DE DÉFORMABILITÉ
Définition Les propriétés mécaniques ou de déformation et de résistance du sol caractérisent son comportement sous l'influence d'une charge externe
La compressibilité est la capacité des sols à réduire leur volume sous pression. Dans les sols argileux dispersés, la compressibilité est principalement due à l'extraction de l'eau et des gaz de l'espace poreux. La compressibilité des sables résulte de changements dans la structure du squelette et d'un réarrangement des particules. Dans les sols rocheux - en raison de la déformation élastique du squelette
Caractéristiques de compressibilité Les caractéristiques de compressibilité ou propriétés de déformation comprennent : u Module de déformation u Coefficient de Poisson u Coefficient de compressibilité u Coefficients de consolidation u Coefficient de reconsolidation
Les contraintes sont des forces internes (pression) qui surviennent dans le corps en réponse à des charges externes.
Contraintes totales et effectives Les contraintes apparaissant dans les sols saturés d'eau sont déterminées par deux facteurs : les forces qui apparaissent aux contacts entre les particules minérales (dans le squelette du sol) et la pression créée par l'eau expulsée des pores. La contrainte effective (GOST 12248-96) est la contrainte agissant dans le squelette du sol, définie comme la différence entre la contrainte totale dans l'échantillon de sol et la pression dans le fluide interstitiel. Apparent, imaginaire, neutre, etc. tension-tension créé par la pression de l'eau pressée Stress total - stress effectif + apparent
Contraintes totales et effectives Considérant le sol comme un système biphasique constitué d'un squelette - particules minérales et eau interstitielle, nous introduisons les notions : u Pz - pression effective, pression dans le squelette du sol (compacte et renforce le sol). u Рw – pression neutre, pression dans l'eau interstitielle (crée une pression dans l'eau, la faisant filtrer). À tout moment, dans une masse de sol complètement saturée en eau, la relation suivante est valable : P = Pz + Pw, où P est la pression totale. La tension efficace est déterminée, dans ce cas, comme : Pz = P - Pw (d'après Alekseev S.I., 2007)
Pw est la pression créée par l'eau expulsée de l'espace poreux du sol lors de la déformation. Cette pression provoque des contraintes dites « minimales ». u Au fil du temps, les stress imaginaires se détendent progressivement (se détendent). Dans les sols sableux, le processus de relaxation se produit rapidement (parfois instantanément), dans les sols argileux, il se produit beaucoup plus lentement. u La raison de cette différence est la différence dans le taux et la nature de la filtration de l'eau sous charge. toi
Consolidation du sol lors de la compression Dans le cas général de l'application d'une charge externe sur un sol saturé en eau, la compression se produit initialement en raison de déformations élastiques de l'eau interstitielle et du squelette du sol. Ensuite commence le processus de consolidation par filtration, dû à l’extraction de l’eau des pores du sol. u À la fin du processus de filtration, le processus de consolidation secondaire du sol commence, déterminé par le lent déplacement des particules les unes par rapport aux autres dans des conditions de légère compression de l'eau des pores du sol. La consolidation primaire est une consolidation par filtration, la consolidation secondaire est due au fluage. toi
Théorie de la consolidation par filtration La position principale de la théorie de la consolidation par filtration : le compactage du sol dispersé saturé d'eau se produit en raison de l'expulsion de l'eau de celui-ci lors de la compression de l'espace poreux. Quelles contraintes provoquent la consolidation du sol ? Uniquement les plus efficaces, c'est-à-dire transmis au squelette du sol. La pression neutre n'affecte pas la compression du sol.
L'équation de Pavlovsky est à la base de la théorie de la consolidation par filtration. u Cette équation pour le cas unidimensionnel a la forme u où q est le débit unitaire d'eau filtrée (vitesse), m/s ; n - porosité du sol ; Coordonnée z (le filtrage s'effectue le long de l'axe z), m ; t - heure, s.
L'équation pour un problème unidimensionnel est la suivante : Pour un problème spatial, elle a la forme u où c. V - coefficient de consolidation ; - Pression interstitielle
Le coefficient de consolidation Cv a la dimension m 2/s. Il indique la vitesse du processus de consolidation - plus le coefficient de consolidation est élevé, plus il va vite.
Filtration dans les sables et les argiles La filtration se produit en raison de différences de pression ou de la présence d'un gradient de filtration.
Dénivelé initial Dans les sols argileux, il n'existe pas d'eau libre dont l'écoulement est soumis à la gravité. L’eau des sols argileux est contenue dans des pores très petits, souvent fermés, et ne peut pas être filtrée par elle-même. Pour que la filtration commence dans un sol argileux, il est nécessaire d'y appliquer une pression supplémentaire, créant un certain gradient, appelé gradient initial. Gradient de filtration initial (i 0) la valeur du gradient de filtration dans les sols argileux à laquelle commence une filtration pratiquement perceptible
Loi de Darcy : Vpot = Kf * i, Vpot - débit i - gradient de pression Kf - kit de filtration La loi de Darcy, prenant en compte le gradient de filtration initial, s'exprime comme suit : Vpot = Kf * (i-i 0) pour i>i 0, Vpot = 0 pour i
Fluage (selon GOST) u Le fluage est le développement de déformations du sol au fil du temps à une contrainte constante. u L'étape de fluage non amorti (instable) est le processus de déformation du sol à un taux constant ou croissant à une contrainte constante.
Les déformations des fondations de la cathédrale Saint-Isaac (selon Dashko et d'autres) sont une conséquence du fluage http://georec. personnes ru/mag/2002 n 5/7/7. htm Sol fiable faiblement compressible Sol faible hautement compressible (sol rampant) Sol fiable faiblement compressible
Théorie de l'élasticité. La loi de Hooke. La déformation élastique en compression et/ou en traction est directement proportionnelle à la contrainte : ε = Рх/Е, où ε – déformation relative Рх – contrainte (pression), MPa E – module d'Young, MPa
La signification physique du module d'Young Le module d'Young (E, MPa) - reflète la proportion entre la déformation linéaire relative et la contrainte. Elle est déterminée par la composition et les propriétés du matériau (dans notre cas, les sols) et varie en fonction de la composition et des propriétés de ce dernier. Ne dépend pas de l'ampleur de la contrainte de compression.
Déformation élastique La déformation élastique est un changement relatif de la taille et de la forme d'un corps sous l'influence d'une charge externe. Une fois la charge supprimée, la forme et les dimensions sont restaurées.
Déformations élastiques En fonction de la direction de déformation, elles sont divisées en longitudinales (par rapport à la direction de la charge appliquée) et transversales. Déformation longitudinale relative : x= (h 1 -h 2)/h 1 Déformation transversale relative : y= (S 2 -S 1)/S 1
Coefficient de Poisson () Le coefficient de Poisson est le rapport des déformations linéaires relatives du corps dans la direction transversale à l'action de la charge aux déformations linéaires relatives dans la direction longitudinale : = ε y/ε x
Coefficient de compressibilité () et module de déformation volumétrique (K) des corps élastiques u Pour le cas de compression uniforme sur tout le pourtour d'un corps solide, la loi de Hooke prend la forme : où p=(px+py+pz)/3. La valeur p est appelée contrainte normale moyenne.
Coefficient de compressibilité (m 0) et module de déformation volumétrique (K) des corps élastiques u Sur la base de la précédente, on peut trouver une expression du coefficient de compressibilité ou sa valeur inverse - module de déformation volumétrique K d'un milieu élastique : Ne dépend pas de l'ampleur de la contrainte de compression.
Essais de compression u 5. 4. 1. 1 Des essais de sol par méthode de compression sont réalisés pour déterminer les caractéristiques de déformabilité suivantes : coefficient de compressibilité mo, module de déformation E, coefficient de consolidation. . . u 5. 4. 1. 2 Ces caractéristiques sont déterminées sur la base des résultats d'essais d'échantillons de sol dans des dispositifs de compression (odomètres)..., excluant la possibilité d'expansion latérale de l'échantillon de sol lorsqu'il est chargé d'une charge verticale.
Déformations Lors de la compression dans un dispositif de compression, il se produit une diminution de volume et (principalement) une diminution du volume de l'espace poreux (et donc de la porosité). Cela permet d'exprimer la déformation volumétrique à travers l'évolution des valeurs de porosité e.
Déformation du sol Le sol n'est pas un corps parfaitement élastique. Dans les sols argileux, outre les sols élastiques, des déformations plastiques apparaissent également, ce qui viole le caractère linéaire de la relation entre contrainte et déformation.
Courbe de compression - graphique hyperbolique de la dépendance des charges et du coefficient de porosité e Coefficient de porosité (fonction volume-déformation) e 0 i étape de charge e 1 e 2 i+1 étape de charge Segment de droite P, MPa Ps P 1 P 2 pression verticale e 0 - valeur initiale de porosité naturelle, Рs pression minimale à laquelle commence la déformation notable
Coefficient de déformation transversale β-coefficient tenant compte de l'absence de dilatation latérale du sol dans le dispositif de compression β=1 - (2 2/(1 -)) Le coefficient (rapport de Poisson) est déterminé à partir des données d'essais triaxiaux. Si ces données sont manquantes, ses valeurs sont supposées être : - Pour les sables et loams sableux : 0, 30 -0. 35 - Pour les limons durs et les argiles : 0, 2 -0. 3 - Pour les loams et argiles semi-solides : 0, 30 -0. 38 - Pour les loams et argiles très fluides-plastiques : 0, 38 -0. 45
Module de déformation (E, MPa) - coefficient de proportionnalité de la relation linéaire entre les incréments de pression sur l'échantillon et sa déformation volumétrique. Il est de nature similaire au module de déformation volumétrique (K) dans la loi de Hooke, mais dépend de l’ampleur de la contrainte de compression. Lors de la détermination de E, la déformation volumétrique V correspond approximativement aux modifications du coefficient de porosité e aux étapes de déformation correspondantes : V e
Compressibilité relative au ième étage Le coefficient de compressibilité relative (déformation verticale relative) au ième étage de charge est défini comme le rapport de la hauteur par laquelle l'échantillon a changé d'une charge donnée à la hauteur initiale du matériau comprimé. échantillon : εi = Δhi/h
Calcul du coefficient de porosité à la ième étape de charge Le coefficient de porosité à la ième étape de charge est calculé comme suit : e 0 - coefficient de porosité initial (initial) e- coefficient de porosité à la ième étape de charge je- compressibilité relative au ième stade de charge
Calcul du module de déformation Conformément à GOST 12248 -96, le module de déformation total E est calculé à l'aide des formules : Еi-(i+1)= ((Рi – Pi+1)/(еi – еi+1))* β Ou Еi-(i +1)= ((1+ео)/mo)*β ео- coefficient de porosité du sol naturel e- valeurs du facteur de porosité aux étapes de charge I et i+1 mo- facteur de compressibilité β - ensemble de côté extensions
Charges et compressibilité Les charges ou pressions spécifiques de nombreux types de structures (blocs d'immeubles de cinq étages, remblais en terre d'environ 10 m de haut, etc.) sont comprises entre 200 et 300 KPa. Sur cette base, les sols en fonction de leur compressibilité dans la plage de pression de 200 à 300 KPa peuvent être classés en : u mo mo >1/10 MPa - modérément compressible u mo >1/10 MPa - faiblement compressible
Coefficient de consolidation u. Coefficient de filtration s. V et consolidation secondaire - indicateurs caractérisant le taux de déformation du sol à pression constante dû à la filtration de l'eau (p. V) et au fluage du sol avec
Coefficient de consolidation Les coefficients de consolidation sont utilisés pour estimer le taux de développement des sédiments. Cv - cm 2/min, heure, année C - cm 2/min, heure, année Ces valeurs sont déterminées par une méthode d'analyse graphique utilisant une courbe de compression (Annexe N, GOST 12248-96) ou par des tests spéciaux en un appareil de compression.
Pression domestique La pression domestique (lithostatique ou naturelle ou de montagne, etc.) (Pb) est définie comme : Pb = *H H- profondeur, m - densité (MN/m 3)
La densité du sol, prenant en compte l'effet de pesée de l'eau (pour les sols saturés d'eau), est déterminée par la formule u = (s - w)/ (1 + e), où : u s – densité des particules du sol est calculé : u s = s * g où : u s – densité des particules de sol t/m 3 u g – accélération gravitationnelle = 9,81 m/s2 u w – densité de l'eau = 0,01 MN/m 3 u e – coefficient de porosité (sans dimension) u
Diagramme des contraintes verticales Les masses de sol dans des conditions naturelles sont dans un état de contrainte en raison de la pression des couches de sol. Dans des conditions où il n'y a aucune possibilité de renflement latéral, la contrainte verticale augmente avec la profondeur : bz= ∑ gi * i *hi, i- nombre de couches, gaccélération gravitationnelle, i- densité de la i-ème couche, hi- profondeur de le toit (en bas) i-ème couche.
Définitions GOST 30416 -96 État stabilisé du sol, caractérisé par la fin de la déformation par compactage sous une certaine charge et l'absence de surpression dans le fluide interstitiel. u Un état non stabilisé du sol, caractérisé par des déformations de compactage incomplètes sous une certaine charge et la présence d'une surpression dans le fluide interstitiel. toi
Sols surconsolidés et sous-consolidés Les sols dont la compressibilité est inférieure à celle attendue pour une pression domestique donnée sont dits surconsolidés. La surconsolidation est une conséquence de la compression des sols dans les profondeurs de la strate et de leur libération ultérieure à la surface suite à l'érosion des sédiments sus-jacents, résultat de la compression sous la pression d'anciens glaciers, etc. Ils se caractérisent par une faible compressibilité et parfois gonfler. En général, ce sont des motifs fiables.
Les sols dont la compressibilité est supérieure à celle attendue à une pression ambiante donnée sont dits sous-consolidés. Ils se forment à la suite d'une accumulation très rapide (sédimentation par avalanche) et d'autres raisons. Les sols sous-consolidés typiques sont le loess, ainsi que les limons marins et alluviaux-marins, les sapropels et la tourbe. Caractérisé par la présence d’une surpression interstitielle supérieure à la pression hydrostatique ; haute compressibilité; instabilité sous charge dynamique, sont généralement des fondations très peu fiables.
Surconsolidation et sous-consolidation I - intervalle de charges ne dépassant pas la pression domestique II - intervalle de charges dépassant la pression domestique e Рs - pression domestique maximale survenue dans l'histoire géologique (pression de pré-compactage) Pour les sols surconsolidés : Рs>Pb Pour les sols sous-consolidés : s
Kit de reconsolidation Pour évaluer le compactage des sols, le kit de reconsolidation KPU est utilisé. Sur la base des valeurs CPC, les sols peuvent être classés : u sous-compactés CPC 4.
Le coefficient de recompactage KPU est calculé comme suit : KPU = Ps/Pb, où : u Ps - pression de pré-compactage, MPa u Pb - pression domestique moderne, MPa
Kit de reconsolidation Les sols sous-consolidés sont sujets à l'affaissement sous l'influence de leur propre poids. Dans le même temps, ils se caractérisent par une faible résistance, une compressibilité élevée et une instabilité sous charges dynamiques. En général, ce sont des motifs peu fiables. u Les sols surcompactés ont une résistance élevée, une faible compressibilité et peuvent gonfler. Lorsque KPU>6, la pression latérale du sol peut dépasser 2, ce qui doit être pris en compte lors de la conception des ouvrages souterrains. En général, ce sont des motifs fiables. toi
Propriétés de résistance La résistance au cisaillement des sols est déterminée par la cohésion (présence de liaisons structurelles) et le frottement entre les particules. De construction connexions - connexions entre les éléments structuraux (particules, agrégats, cristaux, etc.) qui composent les sols
Caractéristiques des propriétés de résistance C - cohésion (adhérence spécifique), MPa φ - angle de frottement interne, degrés τ - résistance au cisaillement du sol, MPa R - résistance à la compression uniaxiale Su - résistance au cisaillement non drainé, MPa
Liaisons structurelles selon le degré de résistance Mécanique - frottement entre particules (dans les sols sableux, grossiers et argileux) Eau-colloïdale ou coagulation (essentiellement l'adhésion des particules) - provoquée par les forces électromagnétiques (Van der Wals - Van der Wals) des intermoléculaires attraction (sols argileux dispersés) Cémentation - résulte du remplissage de l'espace poreux avec une masse minérale qui cimente les particules (semi-roches) Cristallisation - à l'intérieur des cristaux et entre les cristaux (roches ignées et métamorphiques)
Résistance et destruction La résistance des sols est déterminée principalement par les liaisons structurelles entre les particules individuelles (cristaux ou grains) et/ou les agrégats de particules et les intercroissances cristallines. La force des cristaux élémentaires, des particules ou des agrégats minéraux eux-mêmes est d'une importance secondaire. La destruction du sol se produit lorsque, lorsque certaines contraintes limites sont atteintes, les liaisons structurelles sont rompues et un mouvement irréversible des particules les unes par rapport aux autres se produit.
La pression P due au poids de la partie aérienne de la structure et au poids propre de la fondation est dissipée dans la masse de sol. Nous décomposons le R résultant en deux composants et comprimons les particules de sol les unes vers les autres et ne pouvons pratiquement pas les détruire (particules de sol - quartz, feldspath, etc.) destruction 2 000 kgf/cm 2 200 MPa - de telles contraintes ne se produisent pratiquement pas sous la fondation.
u Cela signifie que la destruction du sol se produit sous l'action de contraintes tangentielles (). Sous l'influence de ces contraintes, les particules du sol se déplacent par rapport à leurs contacts, les grains pénètrent dans l'espace interstitiel et un processus de compactage du sol se produit avec l'apparition de surfaces de glissement dans certaines zones.
Théorie de Coulomb-Mohr Selon cette théorie, la résistance du sol est déterminée par la relation entre les contraintes normales et tangentielles : = σ * tanφ+ C, où - - contrainte tangentielle - σ - Contrainte normale - C - cohésion - φ - angle de frottement interne
Signification physique et géométrique de C et φ Signification géométrique (selon GOST 30416 -96) : u Angle de frottement interne - un paramètre de la dépendance directe de la résistance au cisaillement du sol sur la pression verticale, défini comme l'angle d'inclinaison de cette ligne droite par rapport à l’axe des abscisses. u La cohésion spécifique du sol est un paramètre de la dépendance directe de la résistance au cisaillement du sol à la pression verticale, définie comme le segment coupé par cette droite sur l'axe des ordonnées. Signification physique : u Adhésion spécifique - la force ou la résistance des liaisons structurelles u Angle de frottement interne - forces de frottement entre les particules Deux composantes de l'adhésion peuvent être distinguées : 1 - la force des liaisons structurelles (Cc) 2 - la résistance due au frottement (ΣW) - liaisons mécaniques
Résistance des sols argileux τ Dans les sols argileux cohésifs contenant des particules de sable avec cimentation ou liaisons eau-colloïdales, la résistance est déterminée à la fois par l'adhésion et l'angle de frottement interne φ τ = σ * tg φ + C C σ 0
Résistance des sols argileux τ Dans les sols argileux cohésifs qui ne contiennent pas de particules de sable, avec cimentation ou liaisons eau-colloïdales, la résistance est déterminée par l'adhésion τ = C C σ 0
Résistance des sols sableux τ Dans les sols sableux meubles, la résistance est principalement déterminée par l'angle de frottement interne, et les valeurs de C sont relativement petites τ = σ * tg φ φ σ
Détermination des caractéristiques de résistance par la méthode de coupe sur un seul plan u u 5. 1. 1. 1 Des essais de sol par la méthode de coupe sur un seul plan sont effectués pour déterminer les caractéristiques de résistance suivantes : résistance au cisaillement du sol τ, angle de frottement interne φ, spécifique adhérence C, pour sables (sauf sols graveleux et grossiers), argileux et organiques-minéraux. 5. 1. 1. 2 Ces caractéristiques sont déterminées sur la base des résultats d'essais d'échantillons de sol dans des dispositifs de cisaillement à un seul plan avec un plan de cisaillement fixe en déplaçant une partie de l'échantillon par rapport à l'autre partie avec une charge tangentielle tout en chargeant simultanément le échantillon avec une charge normale au plan de cisaillement
Dispositif de cisaillement u Le dispositif de cisaillement monoplan est constitué de deux anneaux (inférieur et supérieur). La bague inférieure est fixée dans la boîte de vitesses. Celui du haut peut se déplacer par rapport à celui du bas.
NN, KN et KD (selon GOST 30416 -96) Test de sol consolidé-drainé pour déterminer les caractéristiques de résistance et de déformabilité avec compactage préalable de l'échantillon (dans le compteur kilométrique) et évacuation de l'eau pendant tout le test. Tests de sol consolidés non drainés pour déterminer les caractéristiques de résistance avec compactage préliminaire de l'échantillon et évacuation de l'eau uniquement pendant le compactage. Un essai de sol non consolidé et non drainé pour déterminer les caractéristiques de résistance sans compactage préalable de l'échantillon en l'absence d'extraction d'eau pendant tout l'essai.
Résistance au cisaillement La résistance au cisaillement du sol est une caractéristique de la résistance du sol, déterminée par la valeur de la contrainte de cisaillement à laquelle se produit la destruction (cisaillement). u La résistance au cisaillement du sol (τ, MPa) est définie comme la valeur de la charge de cisaillement Q divisée par la surface de cisaillement A de l'échantillon à une valeur donnée de la charge normale F. u τ = Q/A, MPa
Pourquoi avez-vous besoin d'un minimum de trois points ? τ - résistance au cisaillement du sol, MPa Le troisième point joue un rôle correcteur
Schémas d'essais de cisaillement : essai non consolidé-non drainé - pour sols argileux et sableux saturés en eau - essai sans compactage préalable et sans extraction d'eau ; u essai consolidé non drainé - pour sols argileux non stabilisés - essai avec pré-compactage (au compteur kilométrique) sous pression équivalente à la pression domestique + pression de l'ouvrage et sans prélèvement d'eau ; u essai consolidé-drainé - pour sols argileux et sables stabilisés - essai avec précompactage et extraction d'eau u
Méthode de compression uniaxiale 5. 2. 1. 1 Des essais de sol utilisant la méthode de compression uniaxiale sont effectués pour déterminer les caractéristiques de résistance suivantes : résistance à la compression uniaxiale (R) pour les sols rocheux semi-rocailleux ; résistance au cisaillement non drainé pour les sols argileux saturés en eau (Su). 5. 2. 1. 2 La résistance à la compression uniaxiale est déterminée comme le rapport de la charge verticale appliquée à l'échantillon, à laquelle l'échantillon est détruit, à la surface de sa section transversale d'origine.
Compression triaxiale (la méthode la plus avancée) 5. 3. 1. 1 Des essais de compression triaxiale du sol sont effectués pour déterminer les caractéristiques de résistance et de déformabilité suivantes : angle de frottement interne φ, cohésion spécifique C, résistance au cisaillement non drainé Su, module de déformation E. et coefficient de déformation latérale v pour les sols sableux, argileux, organo-minéraux et organiques. 5. 3. 1. 2 Ces caractéristiques sont déterminées sur la base des résultats d'essais d'échantillons de sol dans des chambres de compression triaxiales, qui permettent une expansion latérale de l'échantillon de sol dans des conditions de chargement statique axisymétrique triaxial...
Caractéristiques de la méthode Lors des tests, un échantillon de sol cylindrique est placé dans une coque en caoutchouc. La pression sur l'échantillon est créée par un piston de travail (charge verticale F) et une pression d'eau omniprésente. Contrairement à la compression, au cisaillement et à la compression uniaxiale, non seulement on mesure les déformations verticales et longitudinales (cisaillement), mais aussi les déformations volumétriques (en mesurant le volume et la pression de l'eau dans la chambre)
Essais triaxiaux de sols soumis à des charges cycliques Le but de cette méthode est d'évaluer les propriétés de résistance sous charges dynamiques (séismes, vagues de mer, vibration d'une structure, etc.). Avec cette méthode, un échantillon de sol est exposé à des charges alternées de compression et de traction. . Des cycles de compression et de tension alternent avec une durée et une fréquence correspondant à l'impact dynamique attendu. Les méthodes de test ne sont pas réglementées.
6. La résistance et la déformabilité des sols gelés sont déterminées par les méthodes suivantes : Essais au tampon à bille u Coupe uniplan le long de la surface de congélation u Compression uniaxiale u Tous les essais sont effectués à une température extérieure négative, qui doit idéalement correspondre à la température naturelle du sol gelé
Que faire si les propriétés de déformation et de résistance des sols ne sont pas déterminées et que seules les valeurs des propriétés physiques sont disponibles ? 1. 2. Les propriétés de résistance et de déformation sont tirées des matériaux obtenus dans les zones adjacentes. Pour les calculs préliminaires des fondations... il est permis de déterminer les valeurs standard et de conception des caractéristiques de résistance et de déformation des sols en fonction de leurs caractéristiques physiques de l'annexe 1 du SNi. P2.01-83. Fondations et fondations.
Valeurs standard d'adhérence spécifique cn, k.Pa (kgf/cm 2), angle de frottement interne n, deg. , sols limono-argileux sans loess des dépôts du Quaternaire
Valeurs standard d'adhérence spécifique cn, k.Pa (kgf/cm 2), angle de frottement interne n, deg. et module de déformation E, MPa (kgf/cm2), sols sableux des dépôts quaternaires
SP22.13330.2011
Version mise à jour de SNiP 2.02.04-88
Auteur NIIOSP nommé d'après N.M. Gersevanov
Chapitre 5.3. P. :
- Les principaux paramètres des propriétés mécaniques des sols, qui déterminent la capacité portante des fondations et leur déformation, sont les caractéristiques de résistance et de déformation des sols (angle de frottement interne φ, adhérence spécifique c, résistance à la compression uniaxiale des sols rocheux RC, module de déformation E et le coefficient de déformation transversale υ des sols). Il est permis d'utiliser d'autres paramètres qui caractérisent l'interaction des fondations avec le sol de fondation et qui sont établis expérimentalement (forces de soulèvement spécifiques lors du gel, coefficients de rigidité des fondations, etc.).
Remarque - En outre, sauf cas particuliers, le terme « caractéristiques du sol » désigne non seulement les caractéristiques mécaniques, mais également physiques des sols, ainsi que les paramètres mentionnés dans ce paragraphe.
SP 50-101-2004 "Conception et installation des fondations
et fondations de bâtiments et de structures"
Auteur NIIOSP nommé d'après. N.M. Gersevanova, Entreprise unitaire d'État Mosgiproniselstroy
clause 5.1.8
Les caractéristiques physiques et mécaniques des sols comprennent :
- - densité du sol et de ses particules et humidité (GOST 5180 et GOST 30416) ;
- - coefficient de porosité ;
- - composition granulométrique pour sols grossiers et sables (GOST 12536) ;
- - humidité aux limites de plasticité et de fluidité, indice de plasticité et indice de fluidité pour les sols argileux (GOST 5180) ;
- - angle de frottement interne, adhérence spécifique et module de déformation des sols (GOST 12248, GOST 20276, GOST 30416 et GOST 30672) ;
Voir Valeurs standards de ces caractéristiques - Annexe A SP 22.13330.2016
- - résistance temporaire sous compression uniaxiale, indicateurs de ramollissement et de solubilité pour les sols rocheux (GOST 12248).
Les caractéristiques physiques des sols comprennent :
Pour les sols spécifiques, dont les caractéristiques de conception des fondations sont définies dans la section 6 du SP 22.13330.2011, et lors de la conception des fondations des parties souterraines des structures (voir section 9), les caractéristiques spécifiées dans ces sections doivent en outre être déterminées .
Les sols présentant des propriétés défavorables spécifiques comprennent :
- Sols d'affaissement
Sols gonflés
Sols salins
Sols organominéraux et organiques
Sols éluviaux
Sols en vrac
Sols alluviaux
Sols soulevés
Sols consolidés
Lors de la détermination de la résistance de calcul du sol R. les raisons Maisons en bois appartenant à la 3ème classe inférieure de responsabilité, selon les valeurs du tableau R0(B.1-B.10 de l'Annexe B), il n'est pas nécessaire de déterminer des caractéristiques physiques et mécaniques telles que :
Angle de frottement interne, adhérence spécifique, module de déformation et coefficient de déformation latérale des sols (GOST 12248, GOST 20276, GOST 30416 et GOST 30672) ;
Voir un exemple de détermination des propriétés des sols pour le remplacement d'une fondation sur la page du site : "Exemple de calcul des fondations d'une maison en bois"
Définitions
Annexe A. p.:
- Coefficient de porosité e déterminé par la formule (Voir A.6 GOST 25100-2011)
e = (ρ s - ρ d)/ρ d , (A.5)
- ρ s - densité des particules de sol (squelette), masse par unité de volume de particules de sol solides (squelette) g/cm3 ;
ρ d - densité du sol sec, rapport entre la masse du sol moins la masse d'eau et de glace dans ses pores et son volume d'origine, g/cm3, déterminé par la formule
- Densité du sol sec (squelette) ρ d déterminé par la formule (voir A.16 GOST 25100.2011)
ρ ré = ρ/(1+ w), (A.8)
- où ρ est la densité du sol, g/cm 3 (voir GOST 5180) ;
w- humidité naturelle du sol, %
- Débit I L- le rapport de la différence d'humidité correspondant à deux états du sol : naturel W et au limite de roulement Wp, à l'indice de plasticité Ip
A.18 GOST 25100-2011, Débit Je L d.u., - indicateur de l'état (consistance) des sols argileux ; déterminé par la formuleI L = (w - w p)/I p, (A.9)
- où w est l'humidité naturelle du sol, % (voir GOST-5180-84) ;
w p - humidité à la limite roulante, % (voir GOST 5180) ;
I p - indice de plasticité, %, (voir A.31 GOST 25100-2011)
- Indice de plasticité I p(Voir A.31 GOST 25100-2011), % ; déterminé par la formule
I p = w L - w p , (A.17)
- où w L est la teneur en humidité à la limite d'élasticité, % (voir 4 GOST 5180) ;
w p - humidité à la limite roulante, % (voir 5 GOST 5180)
Compressibilité- la capacité du sol à diminuer de volume sous l'influence d'une force extérieure, caractérisée par le coefficient de compressibilité m 0(tangente de l'angle d'inclinaison de la courbe de compression), déterminée par la formule (Voir 5.4 GOST 12248-2010)
m 0 = (e i - e i+1)/ (p i+1 - p i) 5,32
- e i et e i+1 sont des coefficients de porosité correspondant aux pressions p i et p i+1.
- Sur la base des valeurs de cisaillement horizontal et de charges normales mesurées lors de l'essai, les contraintes tangentielles et normales τ et σ, MPa sont calculées à l'aide des formules :
τ = 10Q/A ; (5.3)
σ = 10F/A ; (5.4) - Adhésion spécifique c Et angle de frottement interne φ
le sol est déterminé comme paramètres de dépendance linéaire
τ = σ tan(φ) + c (5,5)
- τ et φ sont déterminés par les formules (5.3) et (5.4) = Q/A, (5.1) - contraintes tangentielles et
= F/A, (5.2) - contraintes normales
Q et F sont respectivement les forces tangentielles et normales au plan de cisaillement, kN
A - zone coupée, cm2
Source : GOST 12248-2010 densité du sol ρ - le rapport de la masse du sol y compris la masse d'eau dans ses pores au volume occupé par ce sol (g/cm 3 t/m 3)
densité du sol sec ρ d est le rapport de la masse de sol sec (hors masse d'eau dans ses pores) au volume occupé par ce sol (g/cm 3 t/m 3)
densité des particules du sol ρ s est le rapport de la masse de sol sec (hors masse d'eau dans ses pores) au volume de la partie solide de ce sol (g/cm 3 t/m 3). Capacité totale d'humidité Wo - la teneur maximale possible de tous types possibles l'eau lorsque ses pores sont complètement remplis.
w sat = n.ρ w/ ρ ré
- où : n – porosité, unités,
ρ w– densité de l'eau, g/cm3,
ρ d – densité du sol sec.
Propriétés mécaniques des sols- c'est leur capacité à résister aux changements de volume et de forme dus à la force et aux influences physiques.
déformation- capacité du sol force– capacité du sol
résister au développement de déformations ; résister à la destruction ;
Les propriétés mécaniques sont influencées par la nature des liaisons structurelles des particules, la taille des particules, la composition minérale et l'humidité du sol. Les principales propriétés mécaniques des sols sont : compressibilité; résistance au cisaillement ; perméabilité à l'eau.
Compressibilité.
La capacité du sol à diminuer de volume sous l’influence des charges de compactage est appelée compressibilité, tassement ou déformation. Selon sa structure physique, le sol est constitué de particules individuelles de différentes tailles et compositions minérales (squelette du sol) et de pores remplis de liquide (eau) et de gaz (air). Lorsque des contraintes de compression se produisent, des changements de volume se produisent en raison d'une diminution des volumes de pores situés à l'intérieur du sol remplis d'eau. Ainsi, la compressibilité dépend de nombreux facteurs, dont les principaux sont la composition physique, le type de liaisons structurelles des particules et l'ampleur de la charge.
Selon la nature du retrait, les déformations élastiques et plastiques sont divisées. Les déformations élastiques résultent de charges qui ne dépassent pas la résistance structurelle des sols, c'est-à-dire ne détruisent pas les connexions structurelles entre les particules et se caractérisent par la capacité du sol à revenir à son état d'origine après élimination des charges. Les déformations plastiques détruisent le squelette du sol, rompant les liaisons et déplaçant les particules les unes par rapport aux autres. Dans ce cas, les déformations plastiques volumétriques compactent le sol en raison de modifications du volume des pores internes, et les déformations plastiques de cisaillement - en raison de modifications de sa forme d'origine et jusqu'à sa destruction. Lors du calcul de la compressibilité du sol, les principales caractéristiques de déformation sont déterminées dans des conditions de laboratoire en fonction du coefficient de compressibilité relatif, du coefficient de pression latérale et du coefficient de dilatation latérale.
Résistance au cisaillement
La résistance ultime au cisaillement est la capacité du sol à résister au mouvement de parties du sol les unes par rapport aux autres sous l’influence de contraintes tangentielles et directes. Cet indicateur est caractérisé par les propriétés de résistance des sols et est utilisé dans les calculs des fondations des bâtiments et des structures. La capacité du sol à supporter des charges sans s’effondrer est appelée résistance. Dans les sols sableux et non cohésifs à grains grossiers, la résistance est obtenue principalement grâce à la force de friction des particules individuelles ; ces sols sont appelés sols meubles. Les sols argileux ont une résistance au cisaillement plus élevée car... Parallèlement à la force de frottement, le cisaillement s’oppose aux forces d’adhésion. Dans la construction, cet indicateur est important lors du calcul des bases de fondation et de la fabrication de structures en terre avec des pentes.
La résistance au cisaillement t des sols argileux est déterminée par l'équation de Coulomb :
Pour les sols sableux, du fait du manque de forces d’adhérence, la résistance au cisaillement prend la forme :
Perméabilité à l'eau
La perméabilité à l'eau est caractérisée par la capacité du sol à laisser passer l'eau à travers lui-même sous l'influence de différences de pression et est déterminée par la structure physique et la composition du sol. Toutes choses égales par ailleurs, avec une structure physique avec une teneur plus faible en pores et avec une prédominance de particules d'argile dans la composition, la perméabilité à l'eau sera inférieure à celle des sols poreux et sableux, respectivement. Cet indicateur ne doit pas être sous-estimé, car... dans la construction, il affecte la stabilité des structures en terre et détermine le taux de compactage des sols de fondation.
Propriétés de déformation et de résistance des sols et leurs caractéristiques.
Compressibilité le sol caractérise leur capacité à se déformer sans destruction sous l'influence d'une charge extérieure. Les propriétés de déformation des sols sont caractérisées par le module de déformation total E , coefficient de Poisson, coefficients de compressibilité et de consolidation, modules de cisaillement et de compression volumétrique. La compressibilité des sols dispersés sous charge est due au déplacement des particules minérales les unes par rapport aux autres et, par conséquent, à une diminution du volume poreux.
Résistance du sol déterminé par leur résistance au cisaillement , qui peut être décrit par la dépendance coulombienne linéaire
τ = p tanφ + c,
Où τ – résistance au cisaillement, MPa ; R. – pression normale, MPa ; tg φ – coefficient de frottement interne ; φ – angle de frottement interne, degrés ; c – embrayage, MPa.
Quantités φ Et c nécessaire aux calculs techniques de résistance et de stabilité.
La résistance des sols rocheux est déterminée principalement par leurs connexions structurelles, c'est-à-dire adhérence, mais surtout par craquement.
La résistance à la traction du sol rocheux à la compression uniaxiale (résistance à la compression) est importante caractéristique de classification, qui classe les sols comme rocheux (> 5 MPa) ou non rocheux (< 5 МПа).
La composition chimique et minérale, la structure et la texture des sols ainsi que la teneur en matière organique sont déterminées dans des laboratoires géologiques équipés du matériel nécessaire (microscope électronique à rayons X, etc.). Les propriétés physiques et mécaniques des sols sont étudiées dans les laboratoires de pédologie et sur le terrain sur les futurs chantiers. Attention particulière Dans le même temps, la fiabilité des résultats obtenus est abordée.
Pour chaque caractéristique du sol, plusieurs déterminations sont effectuées et leur analyse statistique est réalisée. Pour tout IGE, il doit y avoir au moins trois définitions.
Laboratoire des sols. Les échantillons de sol destinés à la recherche en laboratoire sont sélectionnés à partir des couches de sol des fosses et des forages sur les sites.
Les échantillons de sol sont livrés au laboratoire sous forme de monolithes ou d'échantillons en vrac. Les monolithes sont des échantillons de sol avec une structure intacte, qui doivent avoir des dimensions de 20 x 20 x 20 cm. Dans les sols limono-argileux, l'humidité naturelle doit être préservée grâce à une coque imperméable de paraffine ou de cire à leur surface. Dans les sols meubles (sable , graviers, etc. .) des échantillons sont prélevés pesant au moins 0,5 kg.
Dans des conditions de laboratoire, il est possible de déterminer toutes les caractéristiques physiques et mécaniques, chacune selon son propre GOST : humidité naturelle et densité du sol - GOST 5180-84, résistance à la traction - GOST 17245-79, composition granulométrique (grain) - GOST 12536- 79, etc. En laboratoire, l'humidité, la densité des particules de sol et quelques autres sont déterminées.
Travail sur le terrain. L'étude des sols sur le terrain présente un avantage par rapport à l'analyse en laboratoire, puisqu'elle permet de déterminer toutes les valeurs des caractéristiques physiques et mécaniques de l'occurrence naturelle des sols sans détruire leur structure et leur texture, tout en maintenant le régime hydrique. Dans ce cas, le fonctionnement des masses de sol dans les fondations des bâtiments et des structures est simulé. De telles études de sols ont été de plus en plus utilisées ces dernières années, tandis que les équipements techniques s'améliorent et que les ordinateurs sont utilisés. Les méthodes express permettent d'obtenir rapidement les propriétés du sol. Pour prédire le comportement des masses de sol pendant la période d'exploitation des bâtiments et des ouvrages, il convient de combiner intelligemment études en laboratoire et sur le terrain.
Parmi les méthodes d'essais de déformation des sols pour la compressibilité, la méthode de référence doit être considérée tests d'estampage sur le terrain (GOST 20278-85). Les résultats des autres méthodes d'essais, tant sur le terrain (pressiométrie, conduite dynamique et statique) qu'en laboratoire (compression et stabilométrique), doivent être comparés aux résultats des essais de tamponnage.
Lors de la détermination des caractéristiques de résistance des sols, les résultats les plus fiables sont obtenus à partir d'essais sur le terrain pour couper des piliers de sol directement sur le chantier de construction (GOST 23741-79). En raison du coût élevé et de l'intensité de la main d'œuvre, ces travaux sont réalisés uniquement pour les structures de niveau I (classe) de responsabilité. Il s'agit notamment des bâtiments et structures de grande importance économique, des équipements sociaux et nécessitant une fiabilité accrue (bâtiments principaux de centrales thermiques, centrales nucléaires, tours de télévision, canalisations industrielles au-dessus de 200 m, bâtiments de théâtres, cirques, marchés, établissements d'enseignement, etc. ).
Pour les autres cas de construction (structures de classes II et III) des indicateurs assez fiables Avec Et φ obtenu à la suite d'essais en laboratoire de sols dans des dispositifs de cisaillement plat (GOST 12248-78) et de compression triaxiale (GOST 26518-85).
Les caractéristiques de résistance peuvent également être déterminées à l'aide de la méthode de sondage à la lame, dont les résultats, lors de la conception des structures critiques, sont comparés aux essais de cisaillement pour garantir la fiabilité des résultats.
Essais de déformation des sols. La compressibilité des sols est étudiée à l'aide de méthodes de tamponnage, de pressiomètres, de sondages dynamiques et statiques.
Méthode de tampon. DANS Dans les sols non rocheux, des tampons sont installés au fond des fosses ou au fond des forages, auxquels sont transférées les charges statiques (GOST 20276-85). Timbre dans la fosse – il s'agit d'une dalle ronde en acier ou en béton armé d'une superficie de 5000 cm2. Pour créer une pression donnée sous le timbre, des vérins ou des plates-formes avec charge sont utilisés (Fig. 49).
Le tassement des matrices est mesuré à l'aide de déflectomètres. Des échantillons de sol sont prélevés dans la fosse au niveau du fond du timbre et à l'extérieur pour des études parallèles en laboratoire. Le tampon est chargé par étapes en fonction du type de sol et de son état, jusqu'à ce que les déformations se stabilisent. En conséquence, les tests construisent des graphiques de la dépendance du tassement du tampon à la pression et au temps aux étapes de charge. Après cela, le module de déformation du sol est calculé à l'aide de la formule E , MPa.
Tampon dans le trou de foragee. Les analyses de sol sont effectuées dans un puits d'un diamètre supérieur à 320 mm et d'une profondeur allant jusqu'à 20 M. Un timbre d'une superficie de 600 cm 2 est descendu au fond du puits. La charge sur le timbre est transmise par une tige sur laquelle se trouve une plate-forme avec une charge. Le module de déformation est également déterminé par la formule.
Etudes pressiométriques réalisé sur des sols argileux. Un pressiomètre est une chambre cylindrique en caoutchouc descendue dans un puits jusqu'à une profondeur donnée et dilatée par la pression d'un liquide ou d'un gaz. Aux pressions créées, les mouvements radiaux des parois du forage sont mesurés, ce qui permet de déterminer le module de déformation et les caractéristiques de résistance du sol.
Riz. 49. Détermination de la compressibilité du sol à l'aide de tampons :
a, b – fosses ; c – forage ; 1 – timbres ; 2 – cric ;
3 – pieux d'ancrage ; 4 – plate-forme avec charge ; 5 - tige
Sondage(ou pénétration ) est utilisé pour étudier les épaisseurs de sol jusqu'à une profondeur de 15 à 20 M. Sur la base de la résistance d'une pointe métallique (sonde) à pénétrer dans le sol, la densité et la résistance des sols et leur variabilité dans une section verticale sont déterminées. Le sondage fait référence à des méthodes expresses permettant de déterminer les propriétés mécaniques des sols sableux, argileux et organiques qui ne contiennent pas ou ont peu de mélanges de pierre concassée ou de cailloux. Selon le mode d'immersion de la pointe, on distingue le sondage dynamique et statique . Lors du sondage statique, le cône est enfoncé doucement dans le sol et lors du sondage dynamique, il est enfoncé avec un marteau.
Détection statique et dynamique permettre:
Divisez l'épaisseur du sol en couches séparées ;
Déterminer la profondeur des sols rocheux et grossiers ;
Déterminer la densité approximative des sables, la consistance des sols argileux et déterminer le module de déformation ;
Évaluer la qualité des sols artificiellement compactés dans les remblais et les formations alluviales ;
Mesurez l'épaisseur des sols organiques dans les marécages.
En figue. 50 montre une station de diagraphie de pénétration.
Riz. 50. Station de pénétration et de diagraphie :
1 – sonde-capteur ; 2 – tige; 3 – mât ; 4 – vérin hydraulique ; 5 – canal de communication ; 6 – poste matériel ; 7 – panneau de commande
Essais de résistance des sols. La résistance au cisaillement des sols est déterminée par les valeurs de contraintes limites lors de la rupture. Les expériences sont réalisées dans des fosses, laissant des piliers de sol intacts, auxquels sont appliquées des forces de compression et de cisaillement. Pour déterminer correctement le frottement interne et l'adhérence spécifique, l'expérience est réalisée sur au moins trois piliers sous différentes forces de compression. Le changement est également produit par la rotation de la roue, qui est un dispositif à quatre pales. Il est enfoncé dans le sol et tourné tout en mesurant le couple, qui est utilisé pour calculer la résistance au cisaillement.
Expérimenté travaux de construction . Lors de la construction d'objets du premier niveau de responsabilité (classe), l'étude des sols sur le terrain devient particulièrement importante, c'est pourquoi ils ont recours à des travaux expérimentaux.
Pieux expérimentés. Sur le chantier, le tas d'inventaire est immergé et la nature de son immersion ainsi que la résistance du sol sont observées. En appliquant des charges sur le pieu et en mesurant les précipitations à chaque étape, la capacité portante du sol est déterminée dans des conditions d'humidité naturelle et lorsqu'il est détrempé. Les résultats des tests sont comparés aux données calculées basées sur des études de sol en laboratoire.
Des fondations expérimentées. Les fondations du futur bâtiment sont posées en taille réelle et à la profondeur prévue. Une charge est appliquée sur les fondations à partir du futur bâtiment et des observations sont faites sur la compression du sol de fondation. C'est ainsi que sont déterminés la capacité portante réelle du sol et le tassement du futur bâtiment.
Bâtiments expérimentaux. Une évaluation quantitative des propriétés d'affaissement du loess est basée sur des données d'analyses de sol en laboratoire et sur le terrain. Dans des conditions réelles, sous des bâtiments de grande taille érigés, la base de loess est saturée d'eau et des observations sont faites sur la nature du développement du processus, les valeurs d'affaissement sont déterminées et l'état des structures du bâtiment est évalué. Des travaux expérimentaux similaires sont menés pour évaluer les effets dynamiques sur les structures et les fondations des bâtiments.
Traitement des résultats des recherches sur les sols. Les propriétés des massifs de sols sont évaluées sur la base de caractéristiques physiques et mécaniques à la suite d'études en laboratoire d'échantillons de sol individuels et de travaux de terrain sur le territoire du massif. Les caractéristiques obtenues en laboratoire et sur le terrain correspondent uniquement aux endroits où des échantillons ont été prélevés et des analyses de sol sur le terrain ont été réalisées. À cet égard, les résultats de recherche dispersés et les indicateurs normatifs doivent être résumés, c'est-à-dire traités statistiquement afin d'obtenir des valeurs moyennes et une utilisation ultérieure dans les calculs.
Observations stationnaires lors d'études d'ingénierie-géologiques et hydrogéologiques, elles sont réalisées pour évaluer l'évolution de processus géologiques défavorables (karst, glissements de terrain, etc.), le régime eaux souterraines Et régime de température Un réseau de repères est installé dans des zones d'observation caractéristiques sélectionnées et des observations instrumentales de leurs mouvements sont réalisées, etc. Les mesures sont effectuées lors de l'exploitation des bâtiments et des ouvrages, mais elles peuvent également débuter lors des périodes de conception. Durée du travail – jusqu'à 1 an ou plus.