II.4.6.Comportement des sables en cisaillement monotone
:
On s'intéresse au cas des sables (sols granulaires),
parfaitement saturés en eau, qui vont pouvoir se déformés
sous l'action des sollicitations appliquées.
Selon le postulat de Terzaghi, le tenseur des contraintes
s'écrit :
" = "'+ u
Ce sont les contraintes effectives et leur évolution (et
non les contraintes totales) qui contrôlent le comportement du
matériau, ses déformations et sa rupture éventuelle.
Comportement non drainé parfait correspond, au cas où l'eau
interstitielle reste bloquée au sein du matériau lors de
l'application de la sollicitation.
II.4.7.Cisaillement drainé et non drainé d'un
sable à l'appareil triaxial :
La figure 2 présente les comportements typiques
observés à l'appareil triaxial lors du cisaillement drainé
d'un sable dans un état initial lâche et dense (pour un même
niveau de consolidation isotrope appliqué).
Les résultats sont représentés dans les
plans (q, a) pour les courbes de
cisaillement, (AV/V et v, a) pour
les variations de volume des éprouvettes et (p, p et p') pour les
chemins des contraintes, 8a étant la déformation
axiale (égale à 81 pour la compression).
En terme de courbe de cisaillement, on observe une
réponse plus rigide pour le sable dense, mais avec stabilisation
progressive vers la même résistance ultime que celle du sable
lâche (état de plasticité parfaite, qualifié
d'état critique LCR). En terme de déformation
volumique, le sable lâche est uniquement contractant, alors que le sable
dense devient très rapidement dilatant, après une phase initiale
de contractance.
Figure 27 : Cisaillement drainé typique
d'un sable à l'appareil triaxial (schématique).
La figure 3 présente les comportements typiques
observés lors du cisaillement non drainé d'un matériau
sable.
Pour le sable dense, on constate, un comportement très
stable. Pour le sable lâche, par contre, on observe un comportement
apparemment très instable.
Figure 28 : Cisaillement non drainé
typique d'un sable à l'appareil triaxial
(schématique).
Les résultats typiques présentés sur les
figures 2 et 3 montrent que le seul type de comportement qui pourra être
à l'origine d'un écoulement déclanché par une
sollicitation monotone, qui nécessite une résistance
résiduelle très faible, est celui du sable lâche en
condition non drainées.
II.4.8.Constatation sur des ouvrages :
L'exemple le plus choquant de la liquéfaction des sols
est le cas du Niigata au Japon, en 1964 (figure 1). Suit à un
séisme de magnitude égale à 7,5, d'une durée de 40
secondes et d'une accélération sismique maximale de
0,18 fois celle de la gravité terrestre tout un village
a été noyer dans le sol qui a été formé
principalement par des sable lâche saturé.
On peut aussi citer le séisme de San Fernando
(Californie, 1971) au cours duquel le barrage en terre Lower San Fernando s'est
rompu par liquéfaction d'une partie même du corps de barrage
formé de matériau sableux mis en place par remblaiement
hydraulique.
Plus récemment, les séismes de Loma Pierta (San
Francisco, 1989), de Kobe (Japon, 1995) et d'Izmit (Turquie, 1999) ont
été, eux aussi, le siège de nombreux dégâts
attribués à la liquéfaction des sables.
Exemples des ébullitions de sable et des fissurations de
sol observer sur différents sites est présenté dans les
figures suivantes. (Figure de 01 a 05).
Figure (a): Bâtiments renversés
Figure (b): Ebullition de sable
à Niigata en 1964 Pendant le séisme de Niigata
(1964).
Figure (c): Ebullition de sable Pendant le
séisme de Loma Prieta aux Etats-Unis (1989).
Figure (d): Ebullition de sable Pendant le
séisme de Boumerdes (2003).
Figure(e) : Séisme de Kobe (Japon),
1995
Mise à part la sollicitation sismique, la
liquéfaction peut se produire sous l'effet d'action très
brève telles que :
> Le battage des pieux. Cambefort (1964) reporte qu'une
telle opération a causé le déclanchement d'une
coulée boueuse endommageant ainsi une partie de la ville Suisse Cham-
Zug.
> Le passage d'un véhicule. Le pont Turc St-
Stéphano bâti dans la vase a subi un grand tassement dans le sol
suite d'un passage d'un train.
> L'explosion. Il a été reporté que
pendant la 2ème guerre mondiale, la pile d'un pont de la
ville Italienne Adda a été engloutie dans le sol, suit à
l'explosion d'une bombe à 100 m de proximité.
Une enquête menée par le professeur Bolton Seed
en 1976 sur une trentaine de sites ayant subi un séisme a permis de
dégager les conclusions générales suivantes pour une
sollicitation sismique donnée (durée, magnitude,
accélération). Un site liquéfiable est en
général pulvérulent, saturé et de densité
faible à moyenne. Il possède une résistance au
cisaillement cyclique faible.
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