Sur un rapport de sol, Cu désigne la cohésion non drainée. Ce chiffre, exprimé en kilopascals, mesure la résistance d'une argile saturée chargée vite, avant que l'eau de ses pores ait le temps de partir. C'est la résistance qui compte juste après un terrassement ou la pose d'un remblai sur un sol mou. On explique ici ce que Cu représente, son unité, l'essai qui le mesure et pourquoi il décrit le sol à court terme.
Sommaire
Ce que mesure la cohésion non drainée Cu
La cohésion non drainée, notée Cu, est la résistance au cisaillement d'un sol fin saturé sollicité rapidement, avant que l'eau contenue dans ses pores ne s'évacue. En analyse des contraintes totales, le sol se comporte alors comme un matériau purement cohérent, et sa résistance ne dépend plus de la pression totale ajoutée pendant ce chargement rapide.
On parle d'un angle de frottement apparent nul. C'est pourquoi un essai triaxial mené sans drainage sur une éprouvette saturée donne la même résistance à la rupture, quelle que soit la pression de confinement appliquée. En revanche, Cu reste propre à l'état du sol, il varie d'un point à l'autre d'un même terrain, plus faible dans une argile molle de surface, plus élevé dans une couche consolidée en profondeur.
- Cu faible signale une argile molle, qui se déforme et glisse vite sous une charge.
- Cu élevé signale une argile raide, qui tient sous une pression forte.
- La notation varie selon les auteurs, on lit aussi su pour la résistance non drainée.
Ce paramètre figure parmi les valeurs d'un essai de sol, aux côtés des autres grandeurs décrites dans le lexique des termes géotechniques. Il se distingue de la cohésion mesurée à long terme, sur laquelle nous revenons plus bas.
En bref : Cu est la résistance d'un sol fin saturé chargé vite, tant que l'eau n'a pas eu le temps de partir. C'est une contrainte, lue en kilopascals, et c'est souvent la résistance la plus faible que le sol traverse.
Pourquoi Cu décrit le court terme du sol fin
Dans une argile saturée, l'eau circule lentement, car les vides entre les grains sont minuscules. Quand une charge arrive d'un coup, l'eau des pores n'a pas le temps de s'écouler. Elle encaisse une part de la charge sous forme de surpression. Le sol travaille alors en conditions non drainées, et c'est Cu qui commande sa résistance.
Avec le temps, cette surpression d'eau se dissipe. La charge passe progressivement sur le squelette de grains. On revient à une analyse en contraintes effectives, gouvernée par la cohésion effective et l'angle de frottement. Deux résistances coexistent donc pour le même sol, selon l'instant où on le regarde.
| Critère | Sol chargé vite (non drainé) | Sol stabilisé (drainé) |
|---|---|---|
| État de l'eau | L'eau des pores n'a pas migré, surpression présente | Surpression dissipée, eau évacuée |
| Paramètre de résistance | Cohésion non drainée Cu | Cohésion effective c' et angle de frottement φ' |
| Type d'analyse | Contraintes totales, angle apparent nul | Contraintes effectives |
| Cas concret | Remblai posé vite sur argile molle, fond de fouille fraîche | Ouvrage en place depuis des mois |
Pour le cadre général qui relie cohésion et frottement, voir la cohésion du sol et le critère de Mohr-Coulomb. La part de résistance liée au frottement entre grains est traitée dans l'angle de frottement interne, justement nul en conditions non drainées.
Reste à voir par quels essais on obtient cette valeur.
Comment on mesure la cohésion non drainée
Deux familles d'essais donnent Cu. En laboratoire, sur une éprouvette prélevée. Sur le terrain, par une mesure directe dans le sol en place.
En laboratoire, l'essai triaxial non drainé
L'essai de référence est l'essai triaxial non consolidé non drainé, dit UU. On écrase une éprouvette d'argile saturée sans laisser l'eau s'évacuer.
Prélèvement d'une éprouvette intacte
Une carotte d'argile saturée est taillée en cylindre et montée dans la cellule, sans laisser l'eau des pores s'échapper.
Mise sous pression de confinement
La cellule applique une pression d'eau tout autour de l'éprouvette, drainage fermé, pour reproduire la pression du sol en place.
Cisaillement rapide jusqu'à la rupture
On comprime l'éprouvette à vitesse constante, drainage toujours fermé. La résistance maximale lue donne Cu, suivant la norme NF EN ISO 17892-8.
Cet essai et ses variantes sont décrits dans la page sur l'essai triaxial en laboratoire. Les modalités sont fixées par le texte de la norme NF EN ISO 17892-8 sur l'essai triaxial UU.
Sur le terrain, le scissomètre et le pénétromètre de poche
Le scissomètre enfonce des pales métalliques dans l'argile et mesure le couple de rotation à la rupture. Ce couple se traduit directement en cohésion non drainée. La rotation est appliquée vite, pour que l'eau n'ait pas le temps de partir.
- Le scissomètre de chantier donne Cu en place, sans remonter d'échantillon.
- Le même appareil mesure la sensibilité de l'argile, le rapport entre sa résistance intacte et sa résistance une fois remaniée.
- Le pénétromètre de poche fournit une estimation rapide de Cu sur une carotte fraîche, à manier avec prudence.
Faute d'essai dédié, Cu se déduit aussi par corrélation avec d'autres mesures, comme la valeur N de l'essai SPT ou la résistance de pointe d'un pénétromètre.
Cu et la consistance des argiles
La cohésion non drainée croît avec la consistance de l'argile. Une vase coule entre les doigts, une argile dure se taille au couteau. La classification NF EN ISO 14688-2 range les sols fins selon des plages de Cu.
| Cohésion non drainée Cu | Terme de la classification NF EN ISO 14688-2 |
|---|---|
| Moins de 10 kPa | Extrêmement faible |
| 10 à 20 kPa | Très faible |
| 20 à 40 kPa | Faible |
| 40 à 75 kPa | Moyenne |
| 75 à 150 kPa | Élevée |
| 150 à 300 kPa | Très élevée |
| Plus de 300 kPa | Extrêmement élevée |
Au-delà de 300 kPa, la même norme classe le matériau en résistance extrêmement élevée et recommande de le décrire comme une roche faible, en renvoyant à la norme ISO 14689. Les rapports plus anciens emploient un vocabulaire de consistance proche, argile molle, ferme, raide ou dure, avec des seuils qui varient selon les auteurs. Pour un projet, c'est la valeur mesurée sur le terrain qui tranche, pas un mot du tableau.
Attention : ces plages servent à situer un sol, pas à dimensionner un ouvrage. Un même horizon argileux affiche des Cu différents en surface desséchée et en profondeur saturée. Une seule valeur de surface ne décrit pas la couche entière.
À quoi sert la cohésion non drainée
Cu sert à vérifier la tenue d'un ouvrage à l'instant où le sol est le plus vulnérable, juste après l'application d'une charge. Sur une argile molle, ce moment est souvent le cas qui décide du dimensionnement.
- La capacité portante immédiate d'une fondation posée sur sol fin saturé.
- La stabilité d'un remblai monté vite sur une argile molle, contre la rupture en glissement.
- La tenue d'une fouille ou d'une tranchée fraîchement ouverte dans l'argile.
Pour un remblai routier sur sol compressible, l'analyse de stabilité repose sur la résistance à court terme, avec un coefficient de sécurité courant de 1,5 dans la pratique française. La démarche est détaillée dans le guide du Cerema sur les remblais sur sols compressibles.
Ce qu'un rapport doit préciser quand Cu sert au calcul
Avant de refermer, situons Cu face aux autres grandeurs d'un rapport de sol.
Cu face aux autres paramètres de résistance
Cu se confond facilement avec d'autres paramètres d'un rapport. Trois repères évitent la confusion.
- La cohésion effective c' décrit le sol à long terme, une fois l'eau dissipée, en contraintes effectives. Cu décrit le même sol à court terme.
- L'angle de frottement φ' mesure la part de résistance liée au serrage des grains. En conditions non drainées, cet angle apparent tombe à zéro et Cu porte toute la résistance.
- Le module pressiométrique EM ou un module de déformation décrit la raideur du sol, pas sa résistance à la rupture. Une grandeur en mégapascals, à ne pas mélanger avec Cu en kilopascals.
Retenir ce partage rend la lecture d'un rapport plus sûre. Cu gouverne la rupture rapide d'un sol fin saturé. Les paramètres effectifs gouvernent son comportement durable, une fois l'eau partie.
Questions fréquentes
Qu'est-ce que la cohésion non drainée
Que signifie Cu en géotechnique
Quelle est l'unité de la cohésion non drainée
Quelle différence entre Cu et cohésion effective
Pourquoi parle-t-on de court terme pour le Cu
Comment mesure-t-on la cohésion non drainée
Qu'est-ce que l'essai UU
Comment le Cu classe-t-il la consistance d'une argile
À quoi sert le Cu pour un remblai sur sol mou
Quelles valeurs de Cu selon l'argile
Le scissomètre mesure-t-il le Cu
Que veut dire le u dans Cu
À retenir
- Cu, la cohésion non drainée, est la résistance d'un sol fin saturé chargé vite, avant que l'eau de ses pores ne s'évacue.
- Elle s'exprime en kilopascals et correspond à un angle de frottement apparent nul, le sol résistant comme un matériau purement cohérent.
- Elle gouverne le court terme, là où la cohésion effective et l'angle de frottement gouvernent le long terme, une fois l'eau dissipée.
- Elle se mesure par essai triaxial UU en laboratoire ou au scissomètre sur le terrain, et croît avec la consistance de l'argile.
- Elle sert à l'analyse à court terme des fondations, remblais et fouilles sur sols fins, souvent le cas qui décide du dimensionnement.
