Cisaillement

1.INTRODUCTION// La résistance au cisaillement d’un sol est la contrainte de cisaillement dans le plan de rupture, au moment de la rupture. Lorsqu’un système de force est appliqué à un volume déterminé d'un sol, il se développe en général des contraintes de cisaillement qui entraînent des déformations du sol. Celles-ci peuvent être importantes le long de surfaces de glissement ou de rupture.

2. BUT DE L’ESSAI : Il permet d’évaluer les caractéristiques mécaniques d’un sol (naturel reconstitué ou artificiel), qui sont la cohésion « C » et l’angle de frottement interne «  » , dont la dimension maximale des grains est définie par la dimension de la boite :  dmax ≤ 5 mm dans le cas de la boîte de 60 mm de côté.  dmax ≤ 8 mm dans le cas de la boîte de 100 mm de côté. Cet essai permet d'étudier la stabilité des fondations superficielles ou profondes, des ouvrages de soutènement, des talus naturels ou des déblais ou des remblais et de tracer la courbe intrinsèque du sol donné.

3. CONSTITUTION DE L’APPAREILLAGE : L’appareil de cisaillement rectiligne ou direct « boite de CASAGRANDE » est constitué de deux demi-boites métalliques rigides de section (S) carré pouvant se déplacer horizontalement l’une par rapport à l’autre.

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La demi-boite inférieure est entraînée par un chariot à vitesse constante, la demi-boite supérieure est reliée à un bâti fixe par l’intermédiaire d’un anneau dynamométrique

Voir la figure si dessus :

4. PRINCIPE DE L’ESSAI : La boite de cisaillement est constituée de deux demi boite dans l’une est fixe et l’autre mobile le long du plan de contacte. L’échantillon d’un sol a étudié est introduit dans la boite sur laquelle on exerce une force normale constante (N) puis on augmente progressivement la force de traction (T) tout en notant les déplacements horizontaux ; jusqu'à la rupture complète de l’échantillon.

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En répétant plusieurs fois l'essai avec différentes valeurs de la contrainte normale, on définit la cohésion c et l'angle de frottement interne du sol.

Les différents types d’essais sont classés en trois familles suivant le comportement du sol :  Essai non consolidés non drainés (U.U) si pendant l'expérience, aucun drainage de l'eau n'a lieu pendant les deux phases.

 Essai consolidés non drainés (C.U) s'il y a drainage seulement pendant la première phase, aucun drainage ne se produit pendant la phase de cisaillement.  Essai consolidés drainés (C.D) s’il y a drainage pendant les deux phases. L’effort de cisaillement T est lu sur l’anneau dynamométrique. On a affaire à une sollicitation mixte, ou on impose une contrainte normale à l’échantillon N et également une vitesse de cisaillement (ou de déformation). Dans le plan de cisaillement imposé (angulaire ou rectiligne) Les contraintes sont données par : 

- Contrainte normale (constante)

N S



- Contrainte tangentielle (variable)

T S

Les déformations correspondantes sont données par :

l l

et

h h

.

Avec : - l : la longueur initiale de l’échantillon. - h : la hauteur initiale de l’échantillon. Pour une valeur fixe de la contrainte normale et de la vitesse de cisaillement, on enregistre une variation de (τ) en fonction de la au cours du

cisaillement. 4

déformation

Δl l

La détermination de la contrainte (σ) et (τ) lors de la rupture permet de préciser un point de courbe intrinsèque du sol étudié. On fait répéter l’essai 3 fois (en faisant varier la contrainte normale de compression σ) on obtient la courbe intrinsèque d’équation : τ =C+ σ . tg (φ)

6. APPAREILLAGE : 6.1. APPAREILLAGE SPECIFIQUE :

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 Interrupteur général.  Boîtier commande.  Manivelle de déplacement manuel.  Manette de sélection de l’avancement manuel (4A) ou motorise (4B).  Piston de compression.  Comparateur de mesure d’affaissement de l’échantillon (vertical).  Comparateur de mesure du déplacement de la demi boite inférieur (horizontal).  Bras de réaction.  Ecrou de blocage de l’axe du dynamomètre.  Anneau dynamométrique de 3 KN.  Ecrou de réglage de la position de l’anneau dynamométrique.  Levier porte poids en position de repos.  Attaches du porte poids en position de charge directe.  Support de la boite de cisaillement.  Demi-boite supérieure.  Demi-boite inférieure.  Entretoise.  Vis de fixation de la demi-boite inférieure sur le support.  Vis de fixation de la demi-boite supérieure avec la demi-boite inférieure.  Pierre poreuse.  Echantillon à tester.  Piston.  Fond de boite.  Plaque de drainage.

6.2. APPAREILLAGE D’USAGE COURANT :  Une trousse coupante pour tailler l’échantillon.  Une balance électronique de précision pour mesurer les teneurs en eau.  Une étuve.  Deux comparateurs pour mesurer ∆h et ∆l.  Un couteau.

7. PREPARATION DE L’ESSAI : 7.1. PREPARATION DE L’ECHANTILLON : 7.1.1. Sols pulvérulents (sable) : Après solidarisation des deux demi-boites et après avoir mis en place une plaque drainant dans le fond de la demi-boite inférieure, le matériau est compacté directement dans la boite qui servira au cisaillement. La vitesse de cisaillement est au plus de 1mm/min. 7.2. MISE EN PLACE DE LA BOITE SUR LA MACHINE DE CISAILLEMENT : - On place le support de la boite de cisaillement sur le chemin de roulement et le fixer par sa vis de fixation sur le support du piston. - Vérifier que la manette du sélecteur est enclenchée dans la position de fonctionnement motorise. - Mettre la machine sous tension à l’aide de l’interrupteur général. Lorsqu’elle est alimentée, elle exécute une série de mouvements automatiquement de telle sorte à rattraper les jeux mécaniques (elle revient à la position zéro déplacement). 4

- Placer la demi-boite inférieure sur le support de la boite.

- Ajouter au fond de la boite, la plaque de drainage. - Ajouter la pierre poreuse saturée avec de l’eau désaérée et tout surplus d’eau en surface est éliminé juste avant leur mise en place, elles sont recouvertes d’un papier filtre pour protéger des particules fines de sol. - Bloquer l’ensemble à l’aide des vis. - Monter l’élément de la demi-boite supérieure sur la partie inférieure de la boite en ne serrant pas trop les vis. 7.3. MISE EN PLACE DE L’ANNEAU DYNAMOMETRIQUE : - Libérer le mouvement axial de l’anneau dynamométrique en dévissant les écrous. - Accrocher l’extrémité de l’anneau dynamométrique au bras de traction avec l’écrou. - Bloquer les vis de telle sorte que les faces inférieures de la boite soient parfaitement alignées. - Régler les écrous pour que l’anneau dynamomètre soit bloqué sans que l’aiguille du comparateur ne bouge ni dans un sens ni dans l’autre. - Régler le zéro du comparateur de l’anneau qui ne doit être soumis à aucune force aussi bien en compression qu’en traction. 7.4. MISE EN PLACE DE L’ECHANTILLION : - Introduire dans la boite, au-dessus de la plaque de drainage et de la pierre poreuse l’échantillon à tester. - Couvrir l’échantillon de papier filtre, avec une deuxième pierre poreuse, une deuxième plaque de drainage et le piston. 7.5. MISE EN PLACE DES CHARGES NORMALES : - On applique les Charges normale avec un rapport de bras de levier de 10 en les plaçant sur le levier. - Les pressions normales communément utilisées sont : 1, 2 et 3 bars.

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D’après l’expression de la contrainte, on a :

N σ∗S σ = ∗bras de levier =¿ N= S 10

AN: 4

N=

1.10 ∗0,036 =36 N=3,6 kg 10 4

2. 10 ∗0,036 N= =72 N =7,2 kg 10 4

N=

3.10 ∗0,036 =108 N=10,8 kg 10

Remarque : On applique les charge normale, on place sans choc, des poids convenablement sur le plateau de la machine et s’assurer à l’aide du niveau que le bras de levier est bien horizontal. Il faut ôter les vis de blocage de la boite avant de commencer l’essai.

8. MESURAGE : Les lectures des deux comparateurs sont effectuées simultanément à chaque augmentation du déplacement horizontal relatif des deux demi-boites d’environ 0,25 mm.

9. INTERPRETATION : Nous avons effectué trois essais sous trois charges différentes.  

Pour calculer on utilise la formule

T S

Les valeurs de T sont tiré du tableaux de anneau N° : 01081, on les divise par la section S. On obtient les valeurs qui sont données dans les tableaux : Avec : S=6∗6=36 cm

L 12 4

L 0.2

T

0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

24 36 48 60 72 84 96 108 120 150 180 210 240 270 300

4. CONCLUSION GENERALE :

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Ce genre d’essai est très pratiquer pour connaître la stabilité des talus, ou bien l’étude des causses de glissement déjà produit de sols, ceci pour ou éviter les Degas matériel et humaine (destruction d’une route ou de village…), afin de pouvoir adopter les mesures préventive adéquate, telle la construction de murs de soutènement ou l’installation de pal planche ou des soutènement en gabion …etc.