II.4.3.Explication physique du phénomène
:
Pour comprendre le phénomène de la
liquéfaction, il est nécessaire de déterminer les
conditions physiques et géométriques qui existent dans un
dépôt de sol avant un séisme. Un dépôt de sol
se compose d'un assemblage de différentes particules. Si nous regardons
avec précision ces particules, nous observons que chaque particule est
en contact avec un certain nombre de particules voisines. Le poids des
particules sus-jacentes de sol produisent des forces de contact entre les
particules, et donnent au sol capacité portante (Figure
24a et Figure 24b).
La liquéfaction se produit quand la structure d'un
sable lâche et saturé se décompose à cause de la
sollicitation rapidement appliquée. Pendant que la structure de sable se
décompose, les différentes particules de sol lâche essayent
de se restructurer d'une manière plus dense. Cependant, durant un
séisme, il n'y a pas assez de temps pour que l'eau dans les pores du sol
peut être drainée. Au lieu de cela, l'eau est emprisonnée
et empêche les particules de sol de se déplacer ensemble. Ceci est
accompagné d'une augmentation de la pression de l'eau qui réduit
les forces de contact entre les différentes particules de sol,
affaiblissant de ce fait la capacité portante du dépôt de
sol (Figure 24.c).
Si la pression interstitielle augmente de telle sorte qu'elle
est deviennent si forte que plusieurs particules de sol peuvent perdre le
contact entres-elles, alors le sol perd sa résistance portante, et le
sol se comporte soudainement plutôt comme un liquide qu'un solide, on dit
à ce moment que le sol se liquéfie.
Figure 24.a
Grain de sol dans un
dépôt de sol. La taille de la colonne représente le niveau
de la pression
interstitielle dans le sol.
Figure 24.b
La longueur des flèches
représente l'amplitude des forces du contact entre différents
grains de
sol.
Figure 24.c
Réduction des forces de
contact et augmentation de la pression interstitielle.
II.4.4.Identification des sites liquéfiables :
Règlement Français parasismique PS -
92
-Sols pulvérulents susceptibles d'être
liquéfiables (sables, sables vasard, limons, ...) :
1- présence d'une nappe (Sr 100 %) ;
2- Granulométrie uniforme Cu < 15 ;
3- 0,05 mm $ D50 $ 1 ,5 mm ;
4- Soumis à des contraintes effectives finales cv ' <
(200 à 300 KPa).
- Sols argileux caractérisés par :
1 - D15> 5 im;
2 - WL < 35 %;
3 - W > 0, 9 WL;
4 - point (WL, Ip) au dessus de la ligne A du
diagramme de plasticité de CASAGRANDE.
II.4.5.Etude des paramètres qui affectent la
résistance à la liquéfaction :
La magnitude du séisme est inversement proportionnelle
à la résistance à la liquéfaction. Cette
dernière dépend principalement des trois paramètres qui
sont les suivantes :
- L'état de contrainte initial ;
- L'histoire des contraintes et des
déformations ; - Le degré de saturation.
1. Influence de l'état de contrainte actuel
:
L'état de contrainte initial d'un élément de
sol au repos à une profondeur H set défini par la contrainte
effective av ' et ah ' régnant à cette profondeur.
Surface de sol
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Ko : coefficient des terres au repos
av ' : contrainte effective verticale
ah ' : contrainte effective horizontale
|
|
H
|
|
'
Ko. av ' = ah
|
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D'après SEED et PECK, la résistance à la
liquéfaction augmente avec Ko.
Comme Ko croit avec la
compacité du sol et que celle-ci augmente avec la profondeur, ceci
va
provoquer une amélioration de la résistance à la
liquéfaction pour les couches les
profondes
Figure 25 : Influence de Ko sur la
résistance à la liquéfaction (d'après Seed &
Peck, 1976).
2. Influence de la structure du sol :
L'arrangement minimal est obtenu par diversement à
sec, sans vibration, et au contraire, l'arrangement maximal est obtenu par
vibration sous haute fréquence de l'échantillon
déjà humide.
Nous constatons que :
- La différence entre les
résistances à la liquéfaction est beaucoup plus
prononcée pour les contraintes de cisaillements
élevées.
- La liquéfaction instantanée
n'est observable que pour les échantillons dont les grains ont subi un
arrangement minimal.
3. Influence de la saturation :
La résistance à la liquéfaction d'un
échantillon non saturé est plus élevée que celle
d'un échantillon saturé.
Figure 26 : Influence de degré de
saturation sur la résistance à la
liquéfaction
(D'après Peck, 1976).
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