Stabilisation des sols gonflants

2.5.2.2. Estimation du gonflement - Méthodes empiriques (indirectes) :

Les méthodes indirectes consistent à établir une corrélation entre le taux de gonflement ou la pression de gonflement et quelques paramètres géotechniques faciles à obtenir au laboratoire. Ainsi, après avoir déterminé les paramètres géotechniques du sol, l'emploi de formules empiriques permet de connaître rapidement le potentiel de gonflement du sol, c'est-à-dire d'estimer ou de quantifier le gonflement et (ou) la pression de gonflement qui peuvent se développer en cas de variations des conditions hydriques et (ou) mécaniques.

De nombreux auteurs ont tenté de relier la pression de gonflement ó_g ou le potentiel de

gonflement C_g aux paramètres classiques de mécanique des sols (teneur en eau initiale wi,

densité sèche initiale ãd0, limite de liquidité wL, indice de plasticité IP, limite de retrait ws, pourcentage des particules d'argiles < 2ìm,...) qui semblent être les facteurs les plus influents sur le gonflement des argiles. Plusieurs relations empiriques ont été proposées.

CHAPITRE 1 RECHERCHES BIBLIOGRAPHIQUES

37

Auteur(s)	Équations	Paramètres
Seed et al. (1962)	Eg=2,16.10-3(Ip) 2,44	Eg et Ip
Ranganatham et Satyanarayana (1965)	Eg= 41,13.10-5(WL-Ws) 2,67	Eg , WL et Ws
Komornik et David (1969)	Eg= 6,7 + 2,4Ip (marnes) Eg= 0,9 + 2,1Ip (argiles) logag= -2,132+0,0208 WL + 6,66.10^-4yd -0,0269Wi	Eg(%) ag (kPa) Wi (%) WL (%) yd (kg/m^3)
Vijavergia et Ghazzaly (1973)	log Eg = 0,033 WL - 0,083 Wi +0,458 log ag= 0,033 WL - 0,083 Wi +1,967	Eg(%) ag (kPa) Wi (%) WL (%)
Vijavergia et Ghazzaly (1973)	log Eg = 0,033 WL + 0,0032 yd - 6,692 log ag= 0,033 WL + 0,0032 yd - 5,154	Eg(%) ag (kPa) WL(%) yd (kg/m^3)
Didier et al. (1973)	log ag= uWL + v yd- t W+ k =2,55 (yd/yw)- 1 705 ,	u, v, t et k sont des constantes W : teneur en eau naturelle (%) WL (%), yd (g/cm^3) et ag (bars)
O'Neill et Ghazzaly (1977)	Eg=2,77 + 0,131 WL -0,27 Wi	Eg(%) Wi et WLsans unités
Brackley (1983)	Eg= (5,22-147(e/Ip) log P).(0,525Ip+4,1- 0,85 Wi) Eg=5,22-147(e/ Ip)	ag (kPa) e : indice des vides P : surcharge extérieure (kPa) Wi (%) et Ip(-)
Komine et Ogata (1994)	Eg= ( Kyd -1)*100	Eg(%) K est un constant yd (g/cm^3)
Guiras-Skandaji (1996)	Eg=-117,59+ (3,0571. Wi)	Eg(%) Wi (%)
Yilmaz (2006)	Eg=0,155WL-0,763CEC-2,04	Eget WLsans unités CEC (meq/100g)

Tableau 1.13 : Modèles d'estimation du taux de gonflement (Eg) et de la pression de

gonflement (ag).

CHAPITRE 1 RECHERCHES BIBLIOGRAPHIQUES

2.5.2.3. Estimation du gonflement - Méthodes directes :

? Méthode de gonflement libre :

Dans l'essai de gonflement libre, l'échantillon, soumis à une faible pression correspondant au poids du piston et de la pierre poreuse, est laissée en contact avec de l'eau. Une fois le phénomène de gonflement stabilisé, l'échantillon quasi-saturé suit un chemin de chargement par paliers avec stabilisation des déformations sous chaque palier. La pression de gonflement correspond à la charge qu'il est nécessaire d'appliquer pour ramener le volume de l'échantillon à sa valeur initiale. Cette méthode peut se faire dans un oedomètre ou un appareil triaxial (figure 1.20).

óv

?h/h0

(%)

óvg

?v/v0

(%)

órg

ór

38

(a) chemin oedométrique (b) chemin triaxial

Figure 1.20 : Méthode de gonflement libre à l'appareil oedométrique et triaxial.

Le mode de chargement influe sur la valeur de la pression de gonflement. En effet, Guiras-Skandaji (1996) a montré que la pression de gonflement déterminée à partir des essais de gonflement libre dépend de la vitesse de chargement). Un chargement rapide, après 24 heures, aboutit à une pression de gonflement plus importante qu'un chargement lent (à la fin de la phase de consolidation primaire : après stabilisation des déformations). Ce comportement a déjà été constaté également par Tisot (1984).

L'avantage de cette méthode est qu'elle nécessite une seule éprouvette et permet d'obtenir, outre la Pression de gonflement et le gonflement libre, la courbe de compressibilité du sol saturé (après gonflement).Cependant, l'inconvénient est qu'elle n'est pas représentative du chemin de contrainte suivi par le sol lorsqu'il subit un gonflement sous confinement (Brackley, 1975 ; Justo et al., 1984 et El Sayed & Rabbaa,1986).

CHAPITRE 1 RECHERCHES BIBLIOGRAPHIQUES

e

0.8

1.8

1.4

1.2

1.0

1.6

Indice des vides initial

O Paliers rapides

Paliers stabilisés

39

1 10 100 1000 10000

Contrainte verticale (kPa)

Figure 1.21 : Gonflement libre puis rechargement avant et après la consolidation primaire
(Guiras-Skandaji, 1996).

? Méthode de gonflement sous charges constantes :

sx

Pour éviter l'inconvénient de la stabilisation de chaque palier de la méthode précédente, on peut utiliser une méthode dite « méthode de gonflement sous charges constantes » ou« méthode de gonflement en parallèle ». Elle nécessite plusieurs échantillons identiques, chaque échantillon est soumis à une humidification sous charge constante (pression verticale à l'odomètre ou contrainte isotrope à l'appareil triaxial) , selon la valeur de la charge, il se produit un gonflement ou un effondrement du sol. En traçant la courbe des déformations volumiques en fonction des contraintes appliquées (Log ó) lors de l'humidification, on peut déterminer la contrainte correspondant à une déformation nulle, qui est la pression de gonflement. Selon Gilchrist (1963), Noble (1966), Sridharan et al., (1986), Guiras-Skandaji (1996), Bigot et al., (1998) et Yahia-Aïssa (1999),cette courbe est une droite, tandis que Chu & Mou (1973) trouvent une courbe exponentielle et Philipponnat (1991), une droite ou une hyperbole. Le potentiel de gonflement dans cette méthode est variable, il correspond à la variation de hauteur sous une pression donnée.

CHAPITRE 1 RECHERCHES BIBLIOGRAPHIQUES

?H/H0(%) ?V/V0(%)

órg

log óv logór

óvg

40

a) chemin oedométrique (b) chemin triaxial

Figure 1.22 : Méthode de gonflement sous différentes charges à l'appareil
oedométrique et triaxial.

L'avantage de cette méthode est qu'elle permet de s'approcher le plus des conditions in situ (Sridharan et al., 1986 ; El Sayed & Rabbaa, 1986 ; Edil et Alanazy, 1992). En effet, le gonflement vertical in situ se fait généralement sous charge verticale constante. En revanche, l'inconvénient est qu'elle nécessite au minimum trois échantillons identiques, qui dans certains cas, sont difficiles à préparer si l'on veut travailler sur des échantillons intacts. C'est pour cela qu'elle est plutôt utilisée pour des matériaux remaniés.

? Méthode de gonflement à volume constant

Le principe de cette méthode est d'humidifier une éprouvette tout en maintenant son volume constant. L'essai est pour suivi jusqu'à ce que l'échantillon ne présente plus de tendance au gonflement. La pression nécessaire pour maintenir le volume constant est la pression de gonflement. A l'oedomètre ceci consiste à bloquer le piston sur un bâti de presse afin d'empêcher la déformation de hauteur et à mesurer l'évolution de la contrainte de gonflement verticale óvg (figure 23.a) à l'aide d'un capteur de force intercalé entre la cellule et le bâti de presse. Pour l'appareil triaxial, la contrainte de gonflement latérale órg (figure 23.b) est aussi mesurée à l'aide d'un contrôleur pression-volume.

CHAPITRE 1 RECHERCHES BIBLIOGRAPHIQUES

óvg

ógóvg

temps temps

a) chemin oedométrique (b) chemin triaxial

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Figure 1.23 : Méthode de gonflement à volume constant

3. CONCLUSION :

S'agissant du gonflement des sols argileux, il apparait qu'on est devant un phénomène très complexe. Ce phénomène survient suite à l'interaction du matériau argileux avec l'eau, à différents stades entrainant la modification de plusieurs de leurs mécanismes physiques et chimiques.

Cette modification apparait surtout sur la structure et de la texture du matériau argileux, du fait du nouveau réarrangement des particules et de la compensation des vides.

Une bonne compréhension de la caractérisation d'un sol argileux déduites par les essais d'identification qui sont très utiles pour l'évaluation du potentiel de gonflement, ne nous exempt pas des essais devant se faire en laboratoire sur des échantillons intacts afin d'en déterminer les paramètres exacts de gonflement par les méthodes expérimentales directes.

1. CHAPITRE 2 STABILISATION DES ARGILES

42

INTRODUCTION :

La stabilisation est une technique qui permet d'améliorer la portance et le comportement à l'eau d'un sol ou d'un matériau moyennant l'ajout d'un liant hydraulique (ciment, chaux...) ou d'un liant hydrocarboné (bitume, émulsion de bitume...).

Il existe différents types de traitement des argiles gonflantes. Ces traitements, de manière générale, permettent de lier et de cimenter les particules entre elles, afin d'augmenter la résistance du matériau et de réduire sa sensibilité à l'eau.

Les deux techniques de stabilisation les plus utilisées pour valoriser les sols sont les suivantes :

? Traitement aux liants hydrauliques (traitement physico-chimique): les liants hydrauliques sont des produits d'origine minérale qui par réaction avec l'eau donnent des réseaux cristallins enchevêtrés et ayant une bonne cohésion et pouvant aboutir à des jonctions avec le squelette minéral (contrairement aux produits de type colle qui eux ne peuvent qu'adhérer au squelette minéral)

Parmi les stabilisations les plus couramment utilisées on distingue :

- Stabilisation à la chaux

- Stabilisation au ciment

- Stabilisation en cendres volantes,

? Traitement avec un matériau non argileux (traitement chimique):

Il s'agit de mélanger le matériau argileux gonflant avec un autre d'argilosité presque nulle, ce sont par exemple les sables, les graviers .Ces matériaux inertes réduisent le pourcentage global d'éléments actifs (inférieurs à 2 microns) et réduisent, par la même, l'activité du gonflement de l'argile. L'efficacité de ce mode de traitement sera fonction du pourcentage d'éléments inertes, de leur granulométrie et du mode de mise en place du mélange.

2. PROCEDES DE TRAITEMENT DES SOLS GONFLANTS :