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Stabilisation des sols gonflants

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par Djoudi A. Krim NEDJAHI A.RAOUF
Université SOUK AHRAS - Master en Géotechnique 2015
  

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2.4.3. Modification des contraintes mécaniques :

La modification de l'état de contraintes totales dans le sol, du fait par exemple de l'adjonction ou de l'enlèvement de charges ou de surcharges conduit, lorsqu'un nouvel équilibre s'est établi, à une déformation du sol, qui se traduit en général par un déplacement en surface (tassement, soulèvement). Ce déplacement est le résultat de la somme des déformations élémentaires crées en tout point du massif de sol par la modification de l'état des contraintes. 2.4.4. Modification des contraintes hydriques :

Un changement dans l'environnement hydrique du sol conduit à une modification des pressions interstitielles régnant en son sein. Par exemple, la variation du niveau de la nappe modifie le champ de pression interstitielle aussi bien au-dessus qu'en-dessous du niveau de la nappe, influence l'état de contrainte effective, et induit des variations de volume dans le milieu.

Dans un sol non saturé, la contrainte effective cy' d'après Bishop & Blight (1963) est liée à la contrainte totale cy, à la pression de gaz (en général de l'air) ua et à la pression de l'eau uw qui règnent dans les interstices entre les particules par la relation :

(1)

cy'= cy--ua+ X(ua-uw) = P+ Xs

Où X est le coefficient de Bishop généralement relié au degré de saturation, qui varie entre 0pour

un sol sec et 1 pour un sol saturé, P= (cy-ua) est la contrainte nette appliquée et S= (ua-uw) est la pression interstitielle négative ou la succion.

Les différentes pressions de l'eau ou de l'air sont considérées par rapport à la pression atmosphérique. La relation (1) montre que, si la contrainte totale et la pression de l'air restent constantes et que la pression interstitielle diminue à la suite d'un abaissement du niveau de la nappe, le terme de succion (ua-uw) croît, entraînant une augmentation de la contrainte effective, ce qui aura pour effet de comprimer le sol et de provoquer un tassement en surface. Cette équation ne traduit pas correctement le phénomène d'effondrement du sol (Jennings & Burland, 1962).

Par des effets capillaires, les sols situés au-dessus de la nappe, niveau défini tel que la succion soit égale à zéro, restent quasi saturés sur une hauteur importante pouvant atteindre

plusieurs dizaines de mètres dans les sols argileux et avec une pression interstitielle de l'eau uw négative.

2.4.5. Cycles de séchage/humidification :

L'influence des cycles de séchage/humidification sur le comportement hydromécanique des sols gonflants a été étudiée par plusieurs auteurs (Chu & Mou 1973, Pousada 1984, Dif&Bluemel 1991, Day 1994, Al-Homoud et al. 1995, Basma et al., 1996, Subba Rao et al. 2000, Tripathy et al. 2002, Alonso et al. 2005).

Un sol gonflant a tendance à converger vers un état d'équilibre après avoir subi plusieurs cycles d'humidification/séchage, dans cet état, le comportement du sol est supposé élastique. La (figure 15-a) présente les résultats expérimentaux de cycles hydriques successifs sous une charge constante de 7 kPa sur un sol gonflant d'après Chu et Mou(1973). Le gonflement volumique plastique se produit dans le premier cycle de mouillage, après plusieurs cycles de succion, l'accumulation de déformation diminue et le comportement reste approximativement réversible pendant les derniers cycles d'humidification et de dessiccation. Dif&Bluemel (1991) ont présenté le même type de résultats sur l'argile d'Hoheneggelsen qui a manifesté une contraction après les cycles successifs de succion à une charge constante. Subba Rao et al. (2000) ont réalisé des essais cycliques sur un sol gonflant compacté à des teneurs en eau différentes sous une faible charge (6,25 kPa) sans mesure de succion. Leurs essais montrent que la valeur de l'indice des

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vides reste inchangée, pour une valeur initiale de l'indice des vides qui était égale à 0,65, après avoir subi plusieurs cycles d'humidification et de séchage pour les différentes conditions initiales. Day (1994) et Tripathy et al. (2002) ont réalisé aussi les mêmes expériences sans mesure de succion. Ils montrent que le chemin réversible est atteint au bout de quatre ou cinq cycles d'humidification et de séchage. En revanche, Alonso et al(2001) postulent que la position d'équilibre ne sera atteinte qu'après un nombre infini de cycles.

Figure 1.15 : Cycle de succion a) d'après Chu & Mou (1973) b) d'après
Dif&Bluemel (1991).

Alonso et al. (1995) ont réalisé des essais de sollicitations hydriques cycliques sous différentes charges verticales constantes (Figure 15). Le matériau étudié était l'argile de Boom compactée selon une procédure permettant de réaliser des éprouvettes comportant une double structure. Leurs résultats montrent qu'il est Possible d'obtenir une accumulation de déformations de compression ou d'extension avec un même type de sol, uniquement en faisant varier la contrainte verticale. Ceci a été confirmé par une étude similaire, présentée par Alonso et al. (2001), et menée sur un mélange sable/bentonite. Alonso et al. (1995) concluent que la contrainte verticale, par le biais du rapport de pré consolidation rapport entre la pression verticale appliquée et la pression de compactage) détermine le comportement du sol sous sollicitations hydriques cycliques.

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Figure 1.16 : Variations de volume d'une argile gonflante lors de cycles d'humidification/dessiccation réalisés sous différentes charges verticales constantes (Alonso et al., 1995).

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