Comportement des sols fins sur chemin de drainage

Succion dans les sols

Les sols non saturés sont caractérisés par la présence d’une 3ème phase gazeuse en plus des deux phases solide et liquide. La présence de cette 3ème phase gazeuse se traduit pas une pression interstitielle négative.
La succion conditionne les mouvements et l’équilibre de l’eau dans la zone non saturée, elle influence fortement le comportement mécanique des sols.
Pour mieux maîtriser l’influence de la succion sur le comportement des sols il faut savoir contrôler ou imposer la succion dans l’essai géotechnique dans la détermination de la courbe de rétention. La succion est définie comme étant la différence entre la pression d’air Ua et la pression d’eau Uw. Dans le cas où la pression d’air est égale à la pression atmosphérique et prise pour nulle, On voit que la succion peut être considérée comme une pression d’eau négative.

Techniques de contrôle de succion

La méthode osmotique

La technique osmotique est basée sur l’utilisation d’une solution aqueuse de molécules organiques de polyéthylène glycol (PEG) et d’une membrane semi-perméable, ces molécules sont constituées de longues chaînes de radicaux éthyle (C2H4) ce qui leur confère une masse molaire considérable pouvant aller de 1000 à 20000.
Cette technique permet d’atteindre des succions assez importantes sans problème de sécurité lié aux fortes pressions d’air.
L’application de cette méthode au contrôle de la succion dans les sols se fait en mettant un échantillon au contact de la membrane semi-perméable derrière laquelle circule une solution de PEG, l’échantillon soumis à une succion osmotique d’autant plus forte que la concentration en PEG est élevée et l’équilibre des succions se fait par transfert de la membrane.

Technique de contrôle par solutions salines (phase vapeur)

La technique de contrôle de succion par solutions salines est basée sur la loi de Kevin : S=(ρw.R.T/Mv)ln(Hr).
R désigne la constante des gaz parfaits, Mv est la masse molaire de la vapeur d’eau, et Hr est l’humidité relative de l’air, ρw la masse volumique de l’eau liquide à la température T. Elle consiste à placer un échantillon de sol dans un dessiccateur contenant une solution saline et laisser le transfert d’eau s’effectuer sous phase de vapeur jusqu’à l’équilibre.
L’essai peut durer plusieurs jours selon la taille de l’échantillon et la valeur de la succion. La succion est imposée au niveau des bords de l’échantillon par l’intermédiaire du taux d’humidité relative de l’air, cette dernière peut être imposée en plaçant dans le dessiccateur une solution d’acide sulfurique à concentration donnée ou une solution saline saturée.
L’utilisation d’une solution saline par rapport à une solution non saturée permet d’imposer une succion plus stable dans l’essai. Il est préférable d’utiliser cette technique en condition de température contrôlée à 20°C l’inconvénient majeur est la lenteur des échanges par phase de vapeur.
D’autre part, les solutions non saturées ont l’avantage de donner une gamme de succion continue qui ne peut être obtenue en utilisant des solutions saturées.

Techniques de mesure de la succion

On a vu que l’on représente les variations de la succion en fonction de la teneur en eau ou du degré de saturation pour obtenir la courbe de rétention d’eau. On peut déterminer cette courbe soit avec la méthode de contrôle de la succion en mesurant la teneur en eau correspondant, soit avec les méthodes de mesure de succion en imposant la teneur en eau (Robert D.Holtz,William D.Kovacs,1991).

Méthode du papier filtre

La méthode du papier filtre est une méthode de mesure de succion simple et pratique, utilisable dans n’importe quel laboratoire disposant d’un système de pesée précis au 1/10000ème de gramme.
La méthode est basée sur l’emploi d’un papier filtre dont la courbe de rétention d’eau a été déterminée au préalable.
Son principe repose sur le fait qu’à l’équilibre hydrique la succion matricielle de l’échantillon de sol est identique au potentiel matriciel de l’eau du papier filtre.

Mesure Tensiometrique de la succion

Le tensiomètre est destiné à mesurer la succion de l’eau dans le sol in situ. Le tensiomètre est constitué par un petit réservoir d’eau désaérée , dont une extrémité est recouverte par une couche de céramique poreuse imperméable à l’air qui assure la continuité de l’eau entre le sol et la chambre du capteur. La condition essentielle pour le fonctionnement d’un tensiomètre est la saturation de la pierre céramique par l’eau désaérée. Cette méthode est limitée à une succion de l’ordre de 80 kPa. À cause de l’apparition de cavitation la limite de 80 KPa a pu être repoussée jusqu’au 150 kPa.
Un système tensiométrique similaire a été mis au point par Ridley & Burdland 1993. Le capteur consiste à réduire l’épaisseur de la chambre d’eau à une valeur proche du millimètre. L’intérêt majeur de cette extension est de combler le trou qui existait entre le tensiomètre classique (0-80 kPa) et la psychrométrie.

Cas particulier des sols saturés à succion non nulle

Le concept de contrainte effective permet d’interpréter les phénomènes observés dans un domaine de degré de saturation compris entre 90% et 100%, pour lequel la phase d’air est occluse sous forme de bulles discontinues et distribuées dans l’eau sans contact avec les grains de sol. Ce domaine correspond selon Fleureau et el, 1993 à des succions supérieures à la succion de retrait. De leur part, Chang et Duncan, 1983 ont élargi le concept de contrainte effective de Terzaghi au problème de la consolidation des sols non saturés. Ils ont introduit le concept de « fluide interstitiel homogénéisé » dans lequel le mélange du gaz et de l’eau dans les sols est considéré comme un fluide homogène remplissant la totalité des pores.

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
Chapitre 1 : comportement des sols fins sur chemin de drainage – humidification
1 INTRODUCTION
2 SUCCION DANS LES SOLS
2.1 Introduction
2.2 Définition
3 TECHNIQUES EXPERIMENTALES DE CONTRÔLE ET DE MESURE DE LA SUCCION
3.2 Techniques de contrôle de succion
3.2.1 La méthode osmotique
3.2.2 Technique de contrôle par solutions salines (phase vapeur)
3.3 Techniques de mesure de la succion
3.3.1 Méthode du papier filtre
3.3.2 Mesure Tensiometrique de la succion
4 CHEMIN DE DRAINAGE HUMIDIFICATION
4.1 Chemin de drainage-humidification sur l’argile du Vieux-Pré
4.2 Chemin drainage-humidification sur l’argile de Boughrara
5 COMPARAISON ENTRE LES CHEMINS DE DRAINAGE ET DE COMPRESSION DANS LE DOMAINE SATURE
6 CONCLUSION
Chapitre 2 : Approches de modélisation du comportement des sols non saturés
1 INTRODUCTION
2 APPROCHES EN CONTRAINTE EFFECTIVE
2.1 Généralisation de la définition de la contrainte effective aux sols non saturés
2.2 Cas particulier des sols saturés à succion non nulle
2.3 Modèles élastoplastiques en contrainte effective
2.3.1 Modèle Kohgo et al:
2.3.2 Modèle Loret et Khalili
2.3.3 Modèle de Modaressi et Abou-Bekr
3 CONCEPT DE SURFACE D’ETAT
4 APPROCHE EN VARIABLE D’ETAT INDEPENDANTES
4-1-Modèle élastoplastique de Barcelone (modèle BBM)
5-CONCLUSION
Chapitre 3 : Simulation qualitatives et quantitatives des chemins de drainage-humidification
1 INTRODUCTION
2 PRESENTATION SUCCUNCTE DU MODELE DE Dumont et al
Lorsque le sol est saturé, λ(πeq =0) = λ
3 ETUDE DE LA SENSIBILITE DES PARAMETRE DU MODELE
3.1 Influence de λ et κ
3.2 Influence du paramètre Pc
3.3 Influence des paramètres Se et D10
4 SIMILATION DES ESSAIS EXPERIMENTAUX
4.1 Matériaux utilisés
4.2 Détermination des paramètres utilisés
4.3 Résultats et discussions
5 CONCLUSION
CONCLUSION GENERALE