Stress efficace dans le sol: développement, importance et principes

Lors de la construction d'un bâtiment, son poids est transmis au sol par ses fondations, induisant ainsi des contraintes dans les couches sous-jacentes. Ces contraintes induites peuvent causer des problèmes tels qu'un tassement excessif ou une défaillance de cisaillement et sont donc importantes pour les ingénieurs géotechniciens.

Contraintes dans le sous-sol:

Les stress dans le sous-sol sont causés par:

(i) Poids propre du sol

ii) Charge structurelle du sol

Les contraintes développées dans un sol saturé sont:

(i) stress efficaces

ii) Stress neutre

(iii) stress total.

Stress effectif:

Karl Terzaghi a été le premier à reconnaître l'importance d'un stress efficace. C'est la contrainte transmise grain par grain au point de contact de la masse du sol. On l'appelle aussi stress intergranulaire. Il est noté σ '. Quand la masse de sol est chargée. La charge est transférée aux gains de sol par leur point de contact. Si, au point de contact, la charge appliquée est supérieure à la résistance des grains, il y aura compression dans la masse de sol.

Cette compression est due en partie à la compression élastique des grains aux points de contact et en partie au glissement relatif entre les particules. Cette charge par unité de surface de la masse du sol responsable de la déformation de la masse du sol est appelée contrainte effective.

Stress Neutre:

C'est la contrainte ou la pression transmise à travers le fluide interstitiel. Il est également appelé pression interstitielle et est désigné par u. Dans un sol saturé, les pores de la masse de sol sont remplis d'eau. Lorsque la masse de sol saturée est chargée, la charge n'est pas transmise à travers les grains. La charge est transférée à l'eau interstitielle. Comme l'eau est incompressible, une pression se développe dans l'eau interstitielle.

Cette pression est appelée pression interstitielle ou pression interstitielle. La pression interstitielle n'a aucune influence mesurable sur les propriétés mécaniques du sol, telles que le taux de vide, la résistance au cisaillement, etc. Cette pression ou contrainte est appelée contrainte neutre.

Stress total:

La contrainte totale est égale à la somme de la contrainte effective et de la contrainte neutre. Il est noté σ.

σ = σ + u

Le stress effectif ne peut être mesuré sur le terrain par aucun instrument. Il ne peut être calculé qu'après avoir mesuré la contrainte totale et la pression interstitielle. Ainsi, la contrainte effective n'est pas un paramètre physique, mais seulement un concept mathématique très utile pour la détermination du comportement du sol dans l'ingénierie.

Importance d'un stress efficace dans les problèmes d'ingénierie:

Le stress effectif joue un rôle important dans:

i) Tassement du sol

ii) Résistance au cisaillement du sol

Règlement de sol:

Le phénomène de réduction progressive du volume de sol dû à l'expulsion de l'eau des pores du sol est appelé consolidation ou compression ou tassement du sol. La figure 5.3 montre une courbe de compression de l'argile. C'est une courbe entre la contrainte effective σ et le taux de vide e. Le graphique montre clairement que lorsque σ augmente, e diminue, c.-à-d. Qu'en raison de l'augmentation de la contrainte effective, la compression du sol augmente.

Le décompte final de consolidation peut être calculé en utilisant la formule

S = m _V H

où m _V est le coefficient de compressibilité volumique

H est l'épaisseur de la couche compressible

∆σ est l'augmentation moyenne de la pression effective.

De l'équation ci-dessus, il est clair que le tassement du sol est directement proportionnel à la pression effective. Ainsi, le tassement du sol dépend du stress effectif ou de la pression effective. Au fur et à mesure que la contrainte effective augmente, le tassement du sol augmente également.

Force de cisaillement du sol:

De nombreux problèmes d'ingénierie géotechnique nécessitent une évaluation de la résistance au cisaillement, notamment:

a) Fondations structurelles:

La charge d'une structure est transférée au sol à travers la fondation. Cela produit une contrainte de cisaillement et une contrainte de compression. Si la contrainte de cisaillement produite est supérieure à la résistance au cisaillement du sol, il se produit une rupture de cisaillement qui provoque l'effondrement de la structure.

b) pentes de la terre:

Sur un sol en pente, la gravité produit des contraintes de cisaillement dans le sol. Si ces contraintes dépassent la résistance au cisaillement, il se produit un atterrissage.

c) chaussées routières:

Les charges sur les roues des véhicules sont transférées à travers le trottoir. Ces charges produisent une contrainte de cisaillement qui provoque une rupture de cisaillement.

Savez-vous?

La valeur de K dans la direction x est égale à celle dans la direction y pour une surface de sol plane.

La résistance au cisaillement du sol est calculée à l'aide de la formule

S = σ tan ɸ

Où σ = contrainte effective

ɸ = angle de frottement effectif

Pour un sol donné, f est constant. La résistance au cisaillement est alors directement proportionnelle à la contrainte effective. Donc, avec l'augmentation du stress effectif, la force augmente. Si la résistance au cisaillement du sol est plus grande, la perte de cisaillement sera moindre.

Principe du stress effectif:

Si la masse de sol saturée est chargée, la charge est transférée à l'eau interstitielle. Après l'expulsion de l'eau interstitielle, elle est transférée aux grains du sol. Soit YY le plan ondulé passant par les points de contact des grains du sol. Soit A l'aire de l'avion ondulé YY. Cette zone A est la somme de la surface de contact des grains (A _g ) et de la surface de l'eau interstitielle (A _w ), comme indiqué à la figure 5.5. La figure 5.6 montre clairement que la surface de contact des grains (A _g ) est bien inférieure à la surface de l'eau interstitielle (A _w ), c'est-à-dire, A _w = A.

Soit F la charge totale sur la zone A.