Geotechnical investigation and testing — Laboratory testing of soil — Part 10: Direct shear tests

This document specifies two laboratory test methods for the determination of the effective shear strength of soils under consolidated drained conditions using either a shearbox or a ring shear device. This document is applicable to the laboratory determination of effective shear strength parameters for soils in direct shear within the scope of geotechnical investigations. The tests included in this document are for undisturbed, remoulded, re-compacted or reconstituted soils. The procedure describes the requirements of a determination of the shear resistance of a specimen under a single vertical (normal) stress. Generally three or more similar specimens from one soil are prepared for shearing under three or more different vertical pressures to allow the shear strength parameters to be determined in accordance with Annex B. Special procedures for preparation and testing the specimen, such as staged loading and pre-shearing or for interface tests between soils and other materials, are not covered in the procedure of this document. NOTE This document fulfils the requirements of the determination of the drained shear strength of soils in direct shear for geotechnical investigation and testing in accordance with EN 1997-1 and EN 1997-2.

Reconnaissance et essais géotechniques — Essais de laboratoire des sols — Partie 10: Essai de cisaillement direct

Le présent document spécifie deux méthodes de détermination de la résistance au cisaillement effective des sols dans des conditions consolidées drainées par essais de laboratoire en utilisant soit une boîte de cisaillement, soit un dispositif de cisaillement annulaire. Ce document s'applique à la détermination en laboratoire des paramètres de résistance au cisaillement effective des sols en conditions de cisaillement direct dans le cadre d'investigations géotechniques. Les essais présentés dans ce document s'appliquent aux sols non remaniés, remoulés, recompactés ou reconstitués. La procédure décrit les exigences applicables à la détermination de la résistance au cisaillement d'une éprouvette soumise à une contrainte verticale (normale) unique. En général, au moins trois éprouvettes similaires d'un même sol sont préparées en vue de les soumettre au cisaillement sous au moins trois pressions verticales différentes afin de pouvoir déterminer les paramètres de résistance au cisaillement conformément à l'Annexe B. Les procédures spéciales de préparation et d'essai des éprouvettes, telles que le chargement par étapes et le pré-cisaillement, ou destinées aux essais d'interface entre les sols et les autres matériaux, ne sont pas couvertes par la procédure du présent document. NOTE Le présent document répond aux exigences applicables à la détermination de la résistance au cisaillement drainé des sols soumis à un cisaillement direct pour la reconnaissance et les essais géotechniques conformément aux normes EN 1997‑1 et EN 1997‑2.

General Information

Status
Published
Publication Date
14-Nov-2018
Technical Committee
Drafting Committee
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
15-Nov-2018
Completion Date
15-Nov-2018
Ref Project

RELATIONS

Effective Date
06-Jun-2022

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ISO 17892-10:2018 - Geotechnical investigation and testing -- Laboratory testing of soil
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ISO 17892-10:2018 - Reconnaissance et essais géotechniques -- Essais de laboratoire des sols
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 17892-10
First edition
2018-11
Geotechnical investigation and
testing — Laboratory testing of soil —
Part 10:
Direct shear tests
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais de laboratoire
des sols —
Partie 10: Essai de cisaillement direct
Reference number
ISO 17892-10:2018(E)
ISO 2018
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ISO 17892-10:2018(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2018

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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

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Published in Switzerland
ii © ISO 2018 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 17892-10:2018(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Symbols .......................................................................................................................................................................................................................... 2

5 Apparatus ..................................................................................................................................................................................................................... 3

5.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 3

5.2 Shear devices ............................................................................................................................................................................................ 4

5.2.1 Shearbox test apparatus ............................................................................................................................................ 4

5.2.2 Ring shear apparatus ................................................................................................................................................... 5

5.3 Loading-devices ..................................................................................................................................................................................... 8

5.4 Measuring devices................................................................................................................................................................................ 8

5.4.1 Load measuring devices ............................................................................................................................................ 8

5.4.2 Torque measuring devices ....................................................................................................................................... 8

5.4.3 Displacement measuring devices ...................................................................................................................... 8

5.5 Ancillary apparatus ............................................................................................................................................................................. 9

6 Test procedure ........................................................................................................................................................................................................ 9

6.1 General requirements ....................................................................................................................................................................... 9

6.2 Preparation of specimen................................................................................................................................................................. 9

6.2.1 General requirements and selection of the preparation method .......................................... 9

6.2.2 General requirements for preparation of specimens from undisturbed samples 10

6.2.3 Trimming from extruded or block samples ...........................................................................................10

6.2.4 Extrusion from a tube of diameter larger than the mould and cutter ............................10

6.2.5 Preparation of laboratory fabricated specimens ..............................................................................11

6.3 Measurements before testing ..................................................................................................................................................11

6.4 Equipment preparation ................................................................................................................................................................11

6.5 Consolidation ........................................................................................................................................................................................12

6.6 Shearing .....................................................................................................................................................................................................14

7 Test results ...............................................................................................................................................................................................................15

7.1 Water content ........................................................................................................................................................................................15

7.2 Initial dry density ..............................................................................................................................................................................15

7.3 Initial bulk density ............................................................................................................................................................................15

7.4 Initial void ratio ...................................................................................................................................................................................16

7.5 Initial degree of saturation ........................................................................................................................................................16

7.6 Void ratio during testing ..............................................................................................................................................................16

7.7 Stresses and displacements ......................................................................................................................................................16

7.7.1 Shearbox ..............................................................................................................................................................................16

7.7.2 Ring shear ...........................................................................................................................................................................16

7.8 Plotting ........................................................................................................................................................................................................17

8 Test report ................................................................................................................................................................................................................17

8.1 Mandatory reporting ......................................................................................................................................................................17

8.2 Optional reporting ............................................................................................................................................................................18

Annex A (normative) Calibration, maintenance and checks ....................................................................................................19

Annex B (informative) Additional calculations for effective strength parameters ...........................................22

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................23

© ISO 2018 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 17892-10:2018(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso

.org/iso/foreword .html.

This document was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) Technical

Committee CEN/TC 341, Geotechnical Investigation and Testing, in collaboration with ISO Technical

Committee ISO/TC 182, Geotechnics, in accordance with the Agreement on technical cooperation

between ISO and CEN (Vienna Agreement).

This first edition cancels and replaces ISO/TS 17892-10:2004, which has been technically revised. It

also incorporates the Technical Corrigendum ISO/TS 17892-10:2004/Cor 1:2006.
The main changes compared to the previous edition are as follows:

— general revision of the text and figures and addition of specimen preparation procedures;

— inclusion of two types of ring shear apparatus; Type A wherein failure occurs at the depth in the

specimen defined by the split specimen container and Type B wherein the location of the failure

surface is not defined by the apparatus;
— addition of Annex A on calibration, maintenance and checks;

— addition of Annex B on additional calculations for effective strength parameters.

A list of all the parts in the ISO 17892 series can be found on the ISO website.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
iv © ISO 2018 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 17892-10:2018(E)
Introduction

This document provides laboratory test methods for the determination of the effective shear strength

of soils by direct shear within the international field of geotechnical engineering.

The tests have not previously been standardized internationally. It is intended that this document

presents broad good practice and significant differences with national documents are not anticipated.

It is based on international practice (see Reference [1]).

This document specifies two methods for the determination of the effective shear strength of soils

under consolidated drained conditions using either a shearbox or a ring shear device.

The shearbox test is generally used for the determination of peak effective shear strength parameters

of soils. The ring shear test is generally used for the determination of residual effective shear strength

parameters of fine grained soils. Residual effective shear strength parameters can also be obtained from

shearbox tests and peak effective shear strength parameters can also be obtained from ring shear tests.

The test method consists of placing the test specimen in the direct shear device, applying a pre-

determined vertical stress, providing for draining (and wetting if required) of the test specimen,

consolidating the specimen under vertical stress and then shearing the specimen. This shearing is

imposed by displacing one part horizontally, relatively with respect to the other part of the specimen at

a constant rate of shear-deformation. The shearing force and the horizontal and vertical displacements

are measured as the specimen is sheared. Shearing is applied slowly enough to allow excess pore

pressures to dissipate by drainage so that effective stresses are equal to total stresses.

© ISO 2018 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 17892-10:2018(E)
Geotechnical investigation and testing — Laboratory
testing of soil —
Part 10:
Direct shear tests
1 Scope

This document specifies two laboratory test methods for the determination of the effective shear

strength of soils under consolidated drained conditions using either a shearbox or a ring shear device.

This document is applicable to the laboratory determination of effective shear strength parameters for

soils in direct shear within the scope of geotechnical investigations.

The tests included in this document are for undisturbed, remoulded, re-compacted or reconstituted

soils. The procedure describes the requirements of a determination of the shear resistance of a

specimen under a single vertical (normal) stress. Generally three or more similar specimens from

one soil are prepared for shearing under three or more different vertical pressures to allow the shear

strength parameters to be determined in accordance with Annex B.

Special procedures for preparation and testing the specimen, such as staged loading and pre-shearing

or for interface tests between soils and other materials, are not covered in the procedure of this

document.

NOTE This document fulfils the requirements of the determination of the drained shear strength of soils in

direct shear for geotechnical investigation and testing in accordance with EN 1997-1 and EN 1997-2.

2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 17892-1, Geotechnical investigation and testing — Laboratory testing of soil — Part 1: Determination

of water content

ISO 14688-1, Geotechnical investigation and testing — Identification and classification of soil — Part 1:

Identification and description

ISO 386, Liquid-in-glass laboratory thermometers — Principles of design, construction and use

3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at https: //www .electropedia .org/
© ISO 2018 – All rights reserved 1
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ISO 17892-10:2018(E)
3.1
direct shear test

test whereby a specimen of soil is laterally restrained and sheared along a mechanically induced

horizontal plane while subjected to a vertical stress applied normal to that plane

3.2
shearbox test

direct shear test (3.1) whereby a specimen is placed in a rigid square or circular container (shear box)

and shearing is applied by linear displacement of one half of the shear box relative to the other

Note 1 to entry: See Figure 1.
3.3
ring shear test

direct shear test (3.1) whereby an annular specimen is subjected to shear induced by rotation of one

half of the specimen relative to the other while subjected to vertical stress applied normal to the failure

(3.4) plane
Note 1 to entry: See Figures 2 and 3.
3.4
failure

stress or strain condition at which either peak horizontal shear stress is achieved or a specified

deformation criterion is achieved, if a peak horizontal shear stress is not observed

3.5
pore pressure
pressure of water in the voids within the soil specimen
3.6
primary consolidation

process whereby the void ratio of a specimen decreases as a result of an increase in the effective stress

due to a decrease in the excess pore pressure (3.5) under a constant total applied load

Note 1 to entry: Time-dependent volume change during primary consolidation is primarily controlled by

drainage conditions.
4 Symbols
D outer diameter of specimen container rings
D inner diameter of specimen container rings
D mean diameter of specimen container rings
R inner radius of the container rings
R outer radius of the container rings
H height of annulus in the specimen container rings or shear box
t time value from vertical displacement versus root time plot
t calculated minimum time to failure during shear stage
v maximum allowable rate of shear displacement
max
s horizontal shear deformation during ring shear
s estimated horizontal shear deformation at failure
r mean radius of the specimen in the ring shear test
θ angular displacement during the ring shear test
θ maximum rate of angular displacement in the ring shear test
max
ρ initial bulk density of specimen
2 © ISO 2018 – All rights reserved
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 17892-10:2018(E)
ρ initial dry density of specimen
ρ particle density
H initial height of the specimen
w initial water content
m initial mass of specimen
m final dry mass of specimen
e void ratio
e initial void ratio
S initial degree of saturation
ρ water density
ΔH change in specimen height from the initial zero reading
τ shear stress on the surface of shear
τ residual shear strength
σ vertical stress on the surface of shear
P horizontal shear force
N vertical force
φ′ angle of effective shearing resistance
φ′ residual angle of effective shearing resistance
c′ effective cohesion intercept
A initial plan area of specimen
M moment (torque) applied to the specimen in the ring shear
5 Apparatus
5.1 General

The equipment shall undergo regular calibration, maintenance and checks as specified in Annex A.

© ISO 2018 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 17892-10:2018(E)
5.2 Shear devices
5.2.1 Shearbox test apparatus
5.2.1.1 A typical shearbox apparatus is shown schematically in Figure 1.
Key
1 (device to apply) vertical force, N
2 loading cap to apply vertical force
3 porous discs or shear friction plates
4 upper and lower part of the shear box
5 soil specimen
6 outer container (carriage)
7 device to apply (a constant rate of) horizontal displacement
8 device for measurement of horizontal displacement
9 device for measurement of horizontal force
10 device for measurement of vertical displacement
11 gap between upper and lower parts of shear box to prevent friction
Figure 1 — Schematic drawing of a typical shearbox

5.2.1.2 The frame, the outer container (carriage), the shearbox and internal components shall be made

of corrosion resistant materials of sufficient rigidity to resist distortion and deformation during the test.

5.2.1.3 The outer container (carriage) should allow testing to be carried out with the specimen and

porous discs or shear friction plates submerged under water.

5.2.1.4 The outer container (carriage) shall be supported on the frame by a low-friction bearing which

allows movement in the horizontal direction only.

5.2.1.5 The shear box shall be square or circular in plan and divided horizontally into two rigid halves.

The design of the shear box shall fulfil the following requirements:

— The design shall allow the two halves of the shear box to be locked securely together. Once locked

together they shall form a square or circular prism with a smooth internal surface.

4 © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO 17892-10:2018(E)

— The design shall allow the upper half to be lifted relative to the lower half prior to shear by a small,

controlled vertical displacement without tilt.

— The arrangement shall be such that when lifted, one half of the shear box shall be able to move

smoothly and parallel to the other half.

— The square shear box should be designed for a square specimen with a minimum width of 50 mm.

The circular shear box should be designed for a specimen with a minimum diameter of 50 mm.

— In both cases the shear box should be designed for a specimen with a minimum initial height of

20 mm or not less than 6 times the maximum particle size diameter, whichever is larger.

— The ratio of the specimen width or diameter to height should not be less than 2,5.

5.2.1.6 Porous discs or shear friction plates shall cover the upper and lower surfaces of the specimen:

— They shall allow free drainage of water, while preventing intrusion of soil particles into their pores.

The upper and lower surfaces shall be plane, clean and undamaged. They shall be made of corrosion-

resistant materials of negligible compressibility under the maximum stress likely to be applied

during the test and shall be strong enough to prevent breakage under load.

— They should be sufficiently rough to provide an interlock with the sample but without causing

localised stress concentrations.

— They shall be smaller in plan than the internal dimensions of the shear box in order to prevent

binding to the walls but large enough to prevent extrusion of the specimen.

5.2.1.7 The loading cap shall be smaller in plan than the internal dimensions of the shear box such that

the loading cap can tilt without jamming and be rigid and sufficiently large so as to transmit the vertical

load uniformly to the specimen.

5.2.1.8 The loading cap and base shall have grooves or perforations to allow free drainage of water

from the porous discs.
5.2.2 Ring shear apparatus

5.2.2.1 The apparatus shall be constructed such that shearing forces are purely rotational. Typical

arrangements for ring shear apparatus are shown in Figures 2 and 3. Figure 2 shows a typical arrangement

for a ring shear test with a split specimen container such that failure occurs at the depth defined by the

© ISO 2018 – All rights reserved 5
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ISO 17892-10:2018(E)

split container (Type A). Figure 3 shows a typical arrangement for a ring shear test with a solid specimen

container where the location of the failure surface is not defined by the apparatus (Type B).

Key

1 (device to apply) vertical force, transmitted through (10) and (7) to the specimen

2 specimen
3 porous discs or shear friction plates
4 lower circular frame (lower soil container ring)
5 upper circular frame (upper soil container ring)
6 base ring
7 loading ring (with drainage opening)

8 base plate, which is rotated by a driving gear, together with the lower circular frame (4) and the base ring (6)

9 top plate to apply the vertical load N to the loading ring by radially distributed ridged blocks (10)

10 rigid blocks to transmit the load to the loading ring

11 gap between upper and lower circular frame to allow for rotation of the one relative to the other

12 device to measure torque, M
13 outer container (water bath)
14 drainage openings
15 device for measurement of vertical displacement
Figure 2 — Example of a Type A ring shear apparatus
6 © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO 17892-10:2018(E)
Key
1 (device to apply) vertical force, transmitted through (2) to the specimen

2 loading cap, centred on the lower cell (4) by means of a centring pin, with a torsion beam to measure torque M

3 porous discs or shear friction plates
4 lower part of cell which is rotated by a driving gear
5 specimen
6 outer container (water bath)
7 ball race
8 device for measurement of relative vertical displacement
9 device to measure torque, M
Figure 3 — Example of a Type B ring shear apparatus

5.2.2.2 The soil container rings, outer container and internal components shall be made of corrosion-

resistant materials of sufficient rigidity to resist distortion during the test.

5.2.2.3 The outer container (water bath) in which the soil container rings are integrated should allow

the specimen and porous discs or shear friction plates to be submerged during the test.

5.2.2.4 The design of the soil container (rings) shall fulfil the following requirements:

— the minimum outer diameter of the soil container (D ) should be 70 mm;

— the minimum ratio of inner diameter to outer diameter of the container (D /D ) should be 0,6;

i a
— the minimum height of the specimen annulus shall be 5 mm;

— the ratio of height to width of the annulus H / [(D – D ) / 2] shall be equal to or less than 1;

a i

— the upper and lower rings shall be fitted with porous discs or shear friction plates.

5.2.2.5 The porous discs or shear friction plates shall comply with 5.2.1.6.
© ISO 2018 – All rights reserved 7
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ISO 17892-10:2018(E)
5.3 Loading-devices

5.3.1 The vertical loading system shall maintain the required vertical load constant during

consolidation and shearing. The vertical loading system may consist of physical weights and a lever

system, or a mechanical, hydraulic, pneumatic or electro-mechanical device. If a hanger system is used

to apply the vertical load the weight of the hanger shall be known and allowed for. The vertical stress

applied to the specimen shall be accurate to at least 1 % of the intended stress or 1 kPa whichever is

greater.

5.3.2 The shearbox apparatus and loading device shall allow a minimum linear, horizontal displacement

of 15 % of the length or diameter of the specimen. The apparatus shall allow the rate of displacement to

be maintained within 10 % of the intended rate and slow enough to allow dissipation of pore water

pressures during shear.

NOTE Displacement rates varying from about 0,005 mm/min to about 1 mm/min have been found to be

sufficient for most testing.

5.3.3 Ring shear apparatus and loading device shall allow an unlimited horizontal travel by rotation.

The apparatus shall allow the rate of displacement to be maintained constant and slow enough to allow

dissipation of pore water pressures during shear.

NOTE Rotation rates of 0,05°/min or greater have been found to be sufficient for a large range of soils.

5.4 Measuring devices
5.4.1 Load measuring devices

The vertical load measuring device shall have an accuracy of 1 % of the actual value, or within 5 N,

whichever is the greater value.

The horizontal load measuring device in the shearbox test shall have an accuracy of 1 % of the shear

force at failure, or within 2,5 N, whichever is the greater value.

NOTE Load measurement devices both above and below the specimen can allow the side friction to be

evaluated.
5.4.2 Torque measuring devices

Torque measurement devices shall have an accuracy of 1 % of the actual value, or within 0,1 Nm,

whichever is the greater value.
5.4.3 Displacement measuring devices
The vertical linear displacements measurement device:

— The range of the device shall be suitable to measure and display displacements of up to 20 % of the

initial height of the speci
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 17892-10
Première édition
2018-11
Reconnaissance et essais
géotechniques — Essais de laboratoire
des sols —
Partie 10:
Essai de cisaillement direct
Geotechnical investigation and testing — Laboratory testing of soil —
Part 10: Direct shear tests
Numéro de référence
ISO 17892-10:2018(F)
ISO 2018
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ISO 17892-10:2018(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2018

Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette

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y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

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Publié en Suisse
ii © ISO 2018 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 17892-10:2018(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Symboles ....................................................................................................................................................................................................................... 2

5 Appareillage .............................................................................................................................................................................................................. 3

5.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 3

5.2 Dispositifs de cisaillement ............................................................................................................................................................ 4

5.2.1 Appareil d’essai de cisaillement à la boîte ................................................................................................. 4

5.2.2 Appareil de cisaillement annulaire .................................................................................................................. 5

5.3 Dispositifs de chargement ............................................................................................................................................................. 8

5.4 Dispositifs de mesure ........................................................................................................................................................................ 8

5.4.1 Dispositifs de mesure de la charge ................................................................................................................... 8

5.4.2 Dispositifs de mesure du couple ........................................................................................................................ 8

5.4.3 Dispositifs de mesure des déplacements .................................................................................................... 9

5.5 Appareillage accessoire ................................................................................................................................................................... 9

6 Procédure d’essai ..............................................................................................................................................................................................10

6.1 Dispositions générales ..................................................................................................................................................................10

6.2 Préparation de l’éprouvette ......................................................................................................................................................10

6.2.1 Dispositions générales et choix de la méthode de préparation ...........................................10

6.2.2 Dispositions générales applicables à la préparation d’éprouvettes à partir

d’échantillons non remaniés...............................................................................................................................10

6.2.3 Taille à partir d’échantillons extrudés ou en bloc ............................................................................11

6.2.4 Extrusion d’un carottier d’un diamètre supérieur à celui du moule et du

gabarit de coupe ............................................................................................................................................................11

6.2.5 Préparation des éprouvettes fabriquées en laboratoire .............................................................11

6.3 Mesures antérieures à l’essai ...................................................................................................................................................12

6.4 Préparation de l’équipement ...................................................................................................................................................12

6.5 Consolidation ........................................................................................................................................................................................13

6.6 Cisaillement ............................................................................................................................................................................................14

7 Résultats de l’essai ..........................................................................................................................................................................................16

7.1 Teneur en eau ........................................................................................................................................................................................16

7.2 Masse volumique initiale du sol sec...................................................................................................................................16

7.3 Masse volumique apparente initiale .................................................................................................................................16

7.4 Indice des vides initial ...................................................................................................................................................................16

7.5 Degré de saturation initial .........................................................................................................................................................16

7.6 Indice des vides pendant l’essai ............................................................................................................................................17

7.7 Contraintes et déplacements ...................................................................................................................................................17

7.7.1 Cisaillement à la boîte ..............................................................................................................................................17

7.7.2 Cisaillement annulaire .............................................................................................................................................17

7.8 Tracés ...........................................................................................................................................................................................................18

8 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................................18

8.1 Éléments devant figurer au rapport ..................................................................................................................................18

8.2 Éléments pouvant figurer au rapport ...............................................................................................................................19

Annexe A (normative) Étalonnage, maintenance et contrôles ...............................................................................................20

Annexe B (informative) Calculs supplémentaires pour les paramètres de résistance effective .........23

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................24

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ISO 17892-10:2018(F)
Avant-propos

L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO, participent également aux travaux.

L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/CEI, Partie 1. Il convient en particulier de prendre note des différents

critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction définies dans les Directives ISO/CEI, Partie 2 (voir www

.iso .org/directives).

L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/patents).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, de la signification des termes et expressions

spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion

de l’ISO aux principes de l’organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/iso/foreword .html.

Ce document a été élaboré par le comité technique du Comité européen de normalisation CEN/TC

341, Reconnaissance et essais géotechniques, en collaboration avec le comité technique ISO/TC 182,

Géotechnique, conformément à l’accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN (accord de

Vienne).

Cette première édition annule et remplace l’ISO/TS 17892-10:2004, qui a fait l’objet d’une révision

technique. Elle intègre également le rectificatif technique ISO/TS 17892-10:2004/Cor 1:2006.

Les principaux changements par rapport à l'édition précédente sont les suivants:

— révision générale du texte et des figures et addition des procédures de préparation des éprouvettes;

— ajout de deux types d'appareillages de cisaillement annulaire; Type A où la rupture dans l'éprouvette

se produit à la profondeur définie par le conteneur fractionné et Type B où l'emplacement de la

surface de rupture n'est pas défini par l'appareil;
— ajout de l'Annexe A sur l'étalonnage, la maintenance et les contrôles;

— ajout de l'Annexe B sur des calculs supplémentaires pour des paramètres de résistance effective.

Une liste de toutes les parties de la série ISO 17892 est donnée sur le site Web de l’ISO.

Tout commentaire ou toute question à propos du présent document doit être adressée à l’organisme de

normalisation national de l’utilisateur. Une liste complète de ces organismes est disponible à l’adresse

www .iso .org/members .html.
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ISO 17892-10:2018(F)
Introduction

Le présent document spécifie les méthodes d’essai de laboratoire destinées à déterminer la résistance au

cisaillement effective des sols par cisaillement direct dans le domaine international de la géotechnique.

Les essais n’ont pas fait l’objet d’une normalisation au niveau international jusqu’alors. L’objectif

du document est de présenter la pratique généralement appliquée et il n’indique pas les différences

significatives avec les documents nationaux. Il s’appuie sur la pratique internationale (voir la

Référence [1]).

Le présent document spécifie deux méthodes de détermination de la résistance au cisaillement effective

des sols dans des conditions consolidées drainées en utilisant soit une boîte de cisaillement, soit un

dispositif de cisaillement annulaire.

L’essai de cisaillement à la boîte est généralement réalisé pour déterminer les paramètres de résistance

au cisaillement effective de pic des sols. L’essai de cisaillement annulaire est généralement réalisé

pour déterminer les paramètres de résistance au cisaillement effective résiduelle des sols fins. Les

paramètres de résistance au cisaillement effective résiduelle peuvent également être obtenus au moyen

d’essais de cisaillement à la boîte et les paramètres de résistance au cisaillement effective de pic peuvent

également être obtenus au moyen des essais de cisaillement annulaire.

La méthode d’essai consiste à placer l’éprouvette dans le dispositif de cisaillement direct, à appliquer

une contrainte verticale prédéterminée, à assurer un drainage (et une humidification si nécessaire)

de l’éprouvette, à consolider l’éprouvette sous une contrainte verticale puis à cisailler l’éprouvette. Ce

cisaillement est imposé par le déplacement horizontal d’une partie par rapport à l’autre de l’éprouvette

à un taux constant de déformation de cisaillement. La force de cisaillement et les déplacements

horizontal et vertical sont mesurés pendant le cisaillement de l’éprouvette. Le cisaillement est produit

suffisamment lentement pour que la surpression interstitielle se dissipe par drainage de sorte que les

contraintes effectives soient égales aux contraintes totales.
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NORME INTERNATIONALE ISO 17892-10:2018(F)
Reconnaissance et essais géotechniques — Essais de
laboratoire des sols —
Partie 10:
Essai de cisaillement direct
1 Domaine d’application

Le présent document spécifie deux méthodes de détermination de la résistance au cisaillement effective

des sols dans des conditions consolidées drainées par essais de laboratoire en utilisant soit une boîte de

cisaillement, soit un dispositif de cisaillement annulaire.

Ce document s’applique à la détermination en laboratoire des paramètres de résistance au cisaillement

effective des sols en conditions de cisaillement direct dans le cadre d’investigations géotechniques.

Les essais présentés dans ce document s’appliquent aux sols non remaniés, remoulés, recompactés

ou reconstitués. La procédure décrit les exigences applicables à la détermination de la résistance au

cisaillement d’une éprouvette soumise à une contrainte verticale (normale) unique. En général, au moins

trois éprouvettes similaires d’un même sol sont préparées en vue de les soumettre au cisaillement sous

au moins trois pressions verticales différentes afin de pouvoir déterminer les paramètres de résistance

au cisaillement conformément à l’Annexe B.

Les procédures spéciales de préparation et d’essai des éprouvettes, telles que le chargement par étapes

et le pré-cisaillement, ou destinées aux essais d’interface entre les sols et les autres matériaux, ne sont

pas couvertes par la procédure du présent document.

NOTE Le présent document répond aux exigences applicables à la détermination de la résistance au

cisaillement drainé des sols soumis à un cisaillement direct pour la reconnaissance et les essais géotechniques

conformément aux normes EN 1997-1 et EN 1997-2.
2 Références normatives

Les documents suivants sont mentionnés dans le texte d’une manière telle que tout ou partie de leur

contenu constitue les exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée

s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y

compris les éventuels amendements).

ISO 17892-1, Reconnaissance et essais géotechniques — Essais de laboratoire sur les sols — Partie 1:

Détermination de la teneur en eau

ISO 14688-1, Reconnaissance et essais géotechniques — Identification et classification des sols — Partie 1:

Identification et description

ISO 386, Thermomètres de laboratoire à dilatation de liquide dans une gaine de verre — Principes de

conception, de construction et d'utilisation
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.

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ISO 17892-10:2018(F)

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp

— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
3.1
essai de cisaillement direct

essai effectué sur une éprouvette de sol confinée latéralement et cisaillée selon un plan maintenu

mécaniquement horizontal, tout en étant soumise à une contrainte verticale normale à ce plan

3.2
essai de cisaillement à la boîte

essai de cisaillement direct (3.1) sur une éprouvette placée dans un conteneur rigide de forme carrée

ou circulaire (boîte de cisaillement) et au cours duquel un cisaillement est appliqué par déplacement

linéaire d’une moitié de la boîte par rapport à l’autre
Note 1 à l'article: Voir la Figure 1.
3.3
essai de cisaillement annulaire

essai de cisaillement direct (3.1) sur une éprouvette annulaire soumise à un cisaillement induit par

la rotation d’une moitié de l’éprouvette par rapport à l’autre tout en étant soumise à une contrainte

verticale normale au plan de rupture (3.4)
Note 1 à l'article: Voir les Figures 2 et 3.
3.4
rupture

condition de contrainte ou de déformation à laquelle est atteint(e) soit la contrainte de cisaillement

horizontale de pic, soit un critère de déformation spécifié, si une contrainte de cisaillement horizontale

de pic n’est pas observée
3.5
pression interstitielle
pression de l’eau dans les espaces vides contenus dans l’éprouvette de sol
3.6
consolidation primaire

processus selon lequel l’indice des vides d’une éprouvette diminue suite à une augmentation de la

contrainte effective due à une diminution de la pression interstitielle (3.5) sous une charge totale

constante appliquée

Note 1 à l'article: La variation du volume en fonction du temps lors de la consolidation primaire est principalement

contrôlée par les conditions de drainage.
4 Symboles
D diamètre extérieur des anneaux du conteneur de l’éprouvette
D diamètre intérieur des anneaux du conteneur de l’éprouvette
D diamètre moyen des anneaux du conteneur de l’éprouvette
R rayon intérieur des anneaux du conteneur
R rayon extérieur des anneaux du conteneur

hauteur de l’espace annulaire dans les anneaux du conteneur de l’éprouvette ou de la boîte de

cisaillement

valeur de temps à partir du déplacement vertical par rapport au diagramme de la racine car-

rée du temps
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ISO 17892-10:2018(F)
t temps minimum avant la rupture calculé durant l’étape de cisaillement
v vitesse de cisaillement maximale admissible
max
s déformation de cisaillement horizontale durant le cisaillement annulaire
s estimation de la déformation de cisaillement horizontale à la rupture
r rayon moyen de l’éprouvette durant l’essai de cisaillement annulaire
θ déplacement angulaire durant l’essai de cisaillement annulaire

θ vitesse de déplacement angulaire maximale lors de l’essai de cisaillement annulaire

max
ρ masse volumique apparente initiale de l’éprouvette
ρ masse volumique initiale de l’éprouvette sèche
ρ densité des particules solides
H hauteur initiale de l’éprouvette
w teneur en eau initiale
m masse initiale de l’éprouvette
m masse finale de l’éprouvette sèche
e indice des vides
e indice des vides initial
S degré de saturation initial
ρ masse volumique de l’eau
ΔH variation de hauteur de l’éprouvette depuis la mise à zéro
τ contrainte de cisaillement à la surface du cisaillement
τ résistance au cisaillement résiduelle
σ contrainte verticale à la surface du cisaillement
P force de cisaillement horizontale
N force verticale
φ′ angle de la résistance au cisaillement effective
φ′ angle résiduel de la résistance au cisaillement effective
c′ cohésion effective
A aire plane initiale de l’éprouvette
M moment (couple) appliqué à l’éprouvette lors du cisaillement annulaire
5 Appareillage
5.1 Généralités

L’équipement doit régulièrement faire l’objet d’un étalonnage, d’une maintenance et de contrôles comme

il est indiqué à l’Annexe A.
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ISO 17892-10:2018(F)
5.2 Dispositifs de cisaillement
5.2.1 Appareil d’essai de cisaillement à la boîte

5.2.1.1 Un appareil de cisaillement à la boîte classique est représenté schématiquement à la Figure 1.

Légende
1 (dispositif appliquant une) force verticale, N
2 plaque de chargement permettant d’appliquer la force verticale
3 disques drainants ou plaques de frottement de cisaillement
4 parties supérieure et inférieure de la boîte de cisaillement
5 éprouvette de sol
6 conteneur extérieur (chariot)
7 dispositif appliquant un déplacement horizontal (de taux constant)
8 dispositif de mesure du déplacement horizontal
9 dispositif de mesure de la force horizontale
10 dispositif de mesure du déplacement vertical

11 écart entre les parties supérieure et inférieure de la boîte de cisaillement permettant d’éviter les frottements

Figure 1 — Schéma d’une boîte de cisaillement typique

5.2.1.2 La structure, le conteneur extérieur (chariot), la boîte de cisaillement et les éléments internes

doivent être composés de matériaux résistants à la corrosion présentant une rigidité suffisante pour

résister au gauchissement et à la déformation durant l’essai.

5.2.1.3 Il convient que le conteneur extérieur (chariot) permette de réaliser des essais lorsque

l’éprouvette et les disques drainants ou plaques de frottement de cisaillement sont immergés dans l’eau.

5.2.1.4 Le conteneur extérieur (chariot) doit être soutenu sur la structure par un palier à faible

frottement qui permet le mouvement dans la seule direction horizontale.
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5.2.1.5 La boîte de cisaillement doit être de forme carrée ou circulaire dans le plan et divisée

horizontalement en deux moitiés rigides. La conception de la boîte de cisaillement doit répondre aux

exigences suivantes:

— La conception doit permettre de fixer fermement les deux moitiés de la boîte de cisaillement l’une à

l’autre. Une fois fixées l’une à l’autre, ces deux moitiés doivent former un prisme de forme carrée ou

circulaire avec une surface interne lisse.

— La conception doit permettre de soulever la moitié supérieure par rapport à la moitié inférieure

avant le cisaillement selon un petit déplacement vertical contrôlé sans basculement.

— Le dispositif doit être tel qu’une fois soulevée, une moitié de la boîte de cisaillement doit être en

mesure de se déplacer sans à-coups et parallèlement à l’autre.

— Il convient que la boîte de cisaillement carrée soit conçue pour une éprouvette de forme carrée

d’une largeur minimale de 50 mm. Il est recommandé que la boîte de cisaillement circulaire soit

conçue pour une éprouvette d’un diamètre minimal de 50 mm.

— Dans les deux cas, il convient que la boîte de cisaillement soit conçue pour une éprouvette d’une

hauteur initiale minimale de 20 mm ou d’une hauteur non inférieure à 6 fois le diamètre maximal

des particules, la valeur la plus élevée étant retenue.

— Il convient que le rapport entre la largeur ou le diamètre de l’éprouvette et sa hauteur ne soit pas

inférieur à 2,5.

5.2.1.6 Les disques drainants ou plaques de frottement de cisaillement doivent recouvrir les surfaces

supérieure et inférieure de l’éprouvette:

— Ils doivent permettre le drainage de l’eau sans entrave tout en évitant toute intrusion de particules

de sol dans leurs pores. Leurs surfaces supérieure et inférieure doivent être planes, propres

et intactes. Ils doivent être composés de matériaux résistants à la corrosion, de compressibilité

négligeable sous la contrainte maximale susceptible d’être appliquée durant l’essai, et doivent être

suffisamment solides pour éviter de céder sous la charge.

— Il convient qu’ils soient suffisamment rugueux pour prévenir tout glissement de l’échantillon sans

toutefois provoquer de concentrations de contraintes localisées.

— Ils doivent être de dimensions inférieures en plan aux dimensions internes de la boîte de cisaillement

pour éviter toute adhérence aux parois, mais toutefois suffisamment grandes pour éviter l’extrusion

de l’éprouvette.

5.2.1.7 La plaque de chargement doit être de dimensions inférieures en plan aux dimensions internes

de la boîte de cisaillement de sorte que cette plaque puisse basculer sans se bloquer et être rigide et

de dimensions suffisamment grandes pour transmettre la charge verticale à l’éprouvette de manière

uniforme.

5.2.1.8 La plaque de chargement et la base doivent être dotées de rainures ou de perforations pour

permettre un drainage sans entrave de l’eau provenant des disques drainants.
5.2.2 Appareil de cisaillement annulaire

5.2.2.1 L’appareil doit être construit de façon que la force de cisaillement soit une rotation pure. Les

Figures 2 et 3 présentent des mises en œuvre typiques pour les appareils de cisaillement annulaire. La

Figure 2 présente une mise en œuvre typique pour un essai de cisaillement annulaire avec un conteneur

à éprouvette fractionné de sorte que la rupture intervienne à la profondeur définie par le conteneur

fractionné (Type A). La Figure 3 présente une mise en œuvre typique pour un essai de cisaillement

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ISO 17892-10:2018(F)

annulaire avec un conteneur à éprouvette entier dans lequel l’emplacement de la surface de rupture n’est

pas défini par l’appareil (Type B).
Légende

1 (dispositif appliquant une) force verticale, transmise à l’éprouvette par le biais des éléments (10) et (7)

2 éprouvette
3 disques drainants ou plaques de frottement de cisaillement
4 structure circulaire inférieure (anneau inférieur contenant le sol)
5 structure circulaire supérieure (anneau supérieur contenant le sol)
6 anneau de base
7 anneau de chargement (avec ouverture de drainage)

8 plateau de base mis en rotation avec la structure circulaire inférieure (4) et l’anneau de base (6) par un pignon

d’entraînement

9 plateau supérieur appliquant la charge verticale N à l’anneau de chargement par les blocs striés (10) répartis

de façon radiale
10 blocs rigides transmettant la charge à l’anneau de chargement

11 écart entre les structures circulaires supérieure et inférieure permettant la rotation de l’une par rapport à l’autre

12 dispositif de mesure du couple M
13 conteneur extérieur (bain d’eau)
14 ouvertures de drainage
15 dispositif de mesure du déplacement vertical
Figure 2 — Exemple d’appareil de cisaillement annulaire de type A
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Légende

1 (dispositif appliquant une) force verticale, transmise à l’éprouvette par le biais de l’élément (2)

2 plaque de chargement centrée sur la cellule inférieure (4) par le biais d’un pion de centrage avec une barre de

torsion permettant de
...

Questions, Comments and Discussion

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