Dans le cas des sols saturés, la conduite des essais sera fonction des conditions de drainage (consolidation) imposées à l’éprouvette. Ces conditions vont être définies suivant les sollicitations que l’on veut imposer au sol, pour essayer de simuler les conditions en place.

On va distinguer 2 cas principaux :

• conditions non drainées : résistance à court terme ;
• conditions drainées : résistance à long terme.
  

En se basant sur l’utilisation de l’appareillage triaxial, on peut décrire ces deux cas.

Résistance à court terme :

Dans ce cas, les sollicitations sont appliquées rapidement par rapport à la perméabilité du sol.

En principe, on va imposer dans un premier temps à l’éprouvette une pression de confinement (σ_r = σ₃) en empêchant le drainage : l’éprouvette sera non consolidée. Puis dans un second temps, on appliquera un déviateur de contraintes (σ₁ - σ₃) toujours en empêchant le drainage. Ainsi l’éprouvette va rester à indice des vides constant tout au long de l’essai dans le cas d’un sol saturé.

Ceci définit l’essai rapide : non consolidé, non drainé, noté U.U. (unconsolidated – undrained).

Pour une argile saturée, ceci conduit à une enveloppe de rupture dessinée sur la figure 9.9 parallèle à l’axe des σ_n.

Le critère de rupture s’écrit τ = cu,
cu étant la cohésion non drainée du sol dépendant directement de l’indice des vides (ou de la teneur en eau) initial du sol et donc de l’état de consolidation initial.

Les suppléments de contrainte totale entraînent des excès de pression interstitielle équivalents, la contrainte effective dans le sol restant constante.

L’essai au scissomètre et l’essai en compression uniaxiale correspondent aux conditions U.U.

Résistance à long terme :

Dans ce cas, les sollicitations sont appliquées lentement par rapport à la perméabilité du sol.

Durant la première phase de l’essai, on va imposer à l’éprouvette une pression de confinement (σ_r = σ₃), le drainage est ouvert et l’éprouvette se rééquilibre progressivement avec diminution de l’indice des vides si la contrainte totale appliquée est supérieure à la pression de consolidation initiale. L’application de σ₃ est instantanée et on attend la fin de la dissipation de u (le rééquilibrage) pour passer à la seconde phase.

L’application du déviateur de contraintes (seconde phase) est faite suffisamment lentement pour que la surpression interstitielle générée à chaque instant s’annule au fur et à mesure. Durant cette phase, l’éprouvette de sol voit également son indice des vides évoluer au cours du temps.

Ceci définit l’essai lent : consolidé-drainé noté C.D. (consolidated-drained).

Pour une argile saturée et normalement consolidée et s’il n’y a pas de liaisons supplémentaires entre les grains, ceci conduit à une enveloppe de rupture dessinée sur la figure 9.10.

Le critère de rupture est de la forme : τ = σ’_n: tg φ_d,

puisque la pression interstitielle est nulle, il s’agit de contraintes effectives.

L’angle de frottement drainé φd est unique pour un sol donné normalement consolidé : c’est une caractéristique intrinsèque d’un sol, dans ses différents états d’indice des vides.

La réalisation d’un essai C.D. est très longue, dans la pratique, il est souvent remplacé par un essai C.U. + u (essai consolidé non drainé avec mesure de u) pour lequel la première phase de consolidation est identique à celle de l’essai C.D. Par contre, dans la deuxième phase, on empêche le drainage et on applique le déviateur plus rapidement mais, malgré tout avec une vitesse suffisamment faible pour que la pression interstitielle ait le temps de se répartir convenablement dans l’éprouvette de sol et on mesure cette pression interstitielle, ce qui permet de calculer les contraintes effectives σ’₁ et σ’₃, et conduit dans le plan de Mohr à un graphique équivalent à celui de la figure 9.9.

Le critère de rupture est alors en contraintes effectives : τ = σ’_n . tg φ’.

En théorie, l’angle φ’ est égal à l’angle φ_d, cependant, on peut avoir des valeurs de φ’ un peu supérieures à φ_d à cause du comportement visqueux des argiles (effet de la vitesse).

On peut également tracer un graphique en contraintes totales qui permet d’obtenir un angle φcu donnant le gain de cohésion non drainée en fonction de l’évolution de la pression de consolidation (fig. 9.11).

Cet angle φcu n’est pas une caractéristique de frottement, il est également appelé coefficient λcu.

- Résistance résiduelle :

L’utilisation de l’essai à la boîte en pratiquant le cisaillement alterné (aller puis retour) et répétition de ces alternances, permet d’obtenir la résistance résiduelle (fig. 9.12) qui correspond à de grandes déformations. Cet essai caractérise la résistance sur une surface de rupture : c’est le cas de surfaces de glissement produites lors d’un glissement de terrain.

L’essai au scissomètre permet également la mesure de la résistance résiduelle non drainée des sols à faible cohésion (par exemple les sols marins).