Les sols compactés

Les sols compactés

Etat des connaissances sur les sols non saturés

Dans les sols non satures coexistent trois phases et l’on observe en général que l’eau « mouille » la surface des particules, c’est à dire la recouvre tandis que l’air est plutôt situe au milieu des pores. Suivant le degré de saturation du sol, nous distinguons trois modes d’interaction entre les phases :
Sol quasi saturé : la phase liquide est continue et l’eau peut circuler sous l’influence de la pesanteur. La phase gazeuse est discontinue et ne se déplace pas de façon autonome. Les sols sont « quasi saturés » pour des degrés de saturation supérieurs à 85 % .
Sol a la saturation d’équilibre : la phase liquide est encore continue mais l’eau ne peut plus se déplacer sous la seule influence de la pesanteur. La phase gazeuse est également continue, mais ne circule pas en général .
Sol faiblement saturé : l’eau entoure les particules et occupe des volumes discontinus à leurs points de contact sous forme de ménisque. La phase liquide est toujours continue par l’intermédiaire des pellicules d’eau adsorbée mais ne se déplace que très lentement. La phase gazeuse est continue, mais généralement immobile. L’évaporation de l’eau à l’intérieur des pores du sol peut devenir un phénomène important .

Rôle des différentes composantes de la succion dans le comportement des sols non saturés

Il reste à se demander lesquelles de ces composantes de la succion ont un effet sur le comportement mécanique, en d’autres termes lesquelles de ces composantes faudra t’-il choisir comme variable indépendante.
Il n’y a aucune ambiguïté sur le rôle de la succion matricielle (capillaire+adsorption) sur le comportement mécanique tant au niveau des variations de volume que de la résistance au cisaillement, les avis restent contradictoires en ce qui concerne le rôle de la succion osmotique.
Concernant la résistance au cisaillement, (Alonso et al, 1987) rapporte un résultat de Blight, (1983) montrant que la succion osmotique n’a pas un effet significatif. Par ailleurs, on estime qu’une interprétation possible des résultats expérimentaux présentés par (Richard et al, 1984), est que la succion osmotique ne gouverne pas le comportement volumique. D’autres auteurs estiment que dans certains cas l’effet de la composante osmotique de la succion peut devenir significatif (Frendlund et Rahardjo, 1993), et doit être pris en compte dans la combinaison des variables de contrainte. (Sadhakar et Shivananda, 2005), ont constaté sur une argile gonflante que la valeur de la succion osmotique initiale influe sur le taux de gonflement observé. Des résultats plus clairs obtenus par (Krahnet Fredlund, 1972) montrent que les variations de teneur en eau provoquent des variations considérables de la succion matricielle, la composante osmotique n’étant pratiquement pas affectée .

Les Sols Compactés

Les sols sont des matériaux naturels provenant de la destruction mécanique et/ou physico-chimique des roches. Ils sont constitués de grains de dimensions très variables, de quelques micromètres à quelques décimètres, pouvant être séparés aisément par simple trituration ou éventuellement sous l’action d’un courant d’eau.
Les sols sont de nature et d’origines géologiques très diverses : alluvions, matériaux meubles, sédimentaires, dépôts glaciaires, éboulis, pentes.
Le sol compacté constitue un milieu tri phasique forme de grains solides, que l’on peut, le plus souvent, considérer comme élastiques, d’eau et de gaz. La répartition de ces différentes phases peut être décrite par des paramètres d’assemblage du squelette minéral (indice des vides, porosité) et des paramètres de remplissage des pores (degré de saturation, teneur en eau), ou encore par les masses volumiques humide, saturée ou sèche.
On entend par nature du sol les caractéristiques du sol qui ne varient pas ou très peu, lorsqu’on le manipule, que ce soit à l’extraction, au transport, à la mise en remblai ou au compactage. C’est le cas par exemple pour la granulométrie d’un grave et l’argilosité d’un sol fin. Par contre, les caractéristiques d’état d’un sol sont celles qui peuvent être modifiées par l’environnement dans lequel il se trouve. C’est le cas en particulier pour l’état hydrique (Alshihabi, 2002).
Dans la classification des sols utilisés pour les corps de remblais (GTR, 1992), les paramètres retenus pour caractériser la nature du sol sont la granulométrie (Dmax, tamisât à 80μm, tamisât 2μm), l’argilosité (indice de plasticité Ip, valeur de bleu de méthylène). Pour caractériser l’état hydrique du sol, trois paramètres sont retenus dans la classification des sols. Le rapport de la teneur en eau naturelle (wn) à la teneur en eau à l’Optimum Proctor Normal ou modifié (WOPN et WOPM), l’indice de consistance (Ic) et l’Indice Portant Immédiat (IPI).

Perméabilité du sol compacté

Pour étudier les variations de perméabilité dans un sol fin compacté, il est souvent nécessaire de considérer le couple teneur en eau – compactage. En effet l’influence de la teneur en eau sur la conductivité est intimement dépendante du compactage (Mode, énergie) et il est très difficile de faire la part de l’influence de chacun de ces paramètres.
D’après (Boyton et al, 1985), La perméabilité est plus forte pour les échantillons compactés à des teneurs en eau plus faibles que l’optimum. Typiquement, la perméabilité des échantillons compactés à des teneurs en eau plus faibles que l’optimum peut etre 10 à 1000 fois plus forte que ceux compactes a des teneurs en eau plus fortes que l’optimum L’ensemble des études effectuées au cours des dernières décades a révèle que la perméabilité des sols compactés du coté humide par rapport à la teneur en eau notée wopt, correspondant à la densité sèche maximale, est beaucoup plus faible que celle des sols compactés du côté sec (W < WOPN); ceci, contrairement à ce que certains auteurs pensaient apparemment auparavant (Caquot et Kérisel, 1966)

Problème liés au compactage

Matelassage : Comportement d’un sol à l’état très humide lors du compactage, se traduit par la formation de bourrelets, par une certaine instabilité de l’engin et finalement une impossibilité de compactage.
Feuilletage : Dégâts sous forme de clivage lamellaire qui peuvent conduite à une destruction de tesson qui se désagrège suivant une succession de plans parallèles.
Orniérage : Déformation de la section transversale de la chaussée (forme de dalot) suivant les sentiers de roues. La présence d’orniérage est souvent caractéristique d’un problème de capacité structurelle

Résistance au cisaillement

Le comportement mécanique d’un sol est en grande partie contrôlé par sa résistance au cisaillement (Shear Strength). L’étude du comportement mécanique d’un sol, ou encore son comportement en contrainte-déformation permet en autres, de déterminer sa charge portante sous des sollicitations induites par une structure ou un ouvrage. L’analyse de la résistance au cisaillement d’un sol est nécessaire pour calculer la stabilité externe des ouvrages.
La résistance d’un matériau est définie comme étant sa capacité de supporter des charges sans céder à la rupture (Gillot, 1987). Sous l’action des charges extérieures, le matériau développe une réaction interne, qui dépend de la nature de la charge appliquée.
Cependant pour le cas très particulier du sol, la résistance est généralement considérée en terme de résistance au cisaillement (Gillot, 1987), ceci parce que le phénomène de déformation et de rupture d’un sol dans le domaine plastique s’accompagne d’un réarrangement de sa texture (Vyalov, 1979). Les particules commencent à glisser les unes par rapport aux autres, en formant ainsi des défauts de texture, qu’on peut assimiler a des fissures, ce qui conduit enfin à une rupture
totale du sol suivant un plan de cisaillement bien apparent.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE-I : Les sols compactés : un cas particulier des sols non saturés
1.1. Introduction
1.2. Etat des connaissances sur les sols non saturés
1.2.1. Interactions air-eau-solide : capillarité
1.2.2. Succion dans le sol
1.2.2.1. Définition
1.2.2.2. Composantes de la succion
1.2.2.3 Effets de la succion sur les particules solides
1.2.2.4. Rôle des différentes composantes de la succion dans le comportement des sols non saturés
1.3. Propriétés du Comportement des sols non saturés
1.3.1. Comportement volumique
1.3.2. Comportement déviatorique
1.4. Notion de contrainte effective pour les sols non saturés
1.5. Les Sols Compactés
1.5.1. Introduction
1.5.2. Définition
1.5.3. Microstructure des sols fins compactés
1.5.4. Essai de compactage
1.5.5. Energie de compactage
1.5.6. Essai Proctor
1.5.7. L’indice portant immédiat IPI
1.6. Propriétés des sols compactés proche de la saturation
1.6.1. Succion initiale des sols compactés
1.6.2. Perméabilité du sol compacté
1.6.3. Comportement sur chemins triaxiaux non saturés
1.7. Problème liés au compactage
1.8. Perméabilité
1.9. Résistance au cisaillement
1.9.1. Critère de rupture
1.10. Conclusion
CHAPITRE-II : Méthodologie d’étude
2.1. Introduction
2.2. Techniques expérimentales
2.2.1. Mesure de la succion par le papier filtre
2.2.2. Mesure du module par ultrasons
2.2.3. Mesure de la perméabilité a l’eau
2.2.3.1. Cas des sols non saturés
2.2.3.2. Dispositif expérimental
2.3. Protocol expérimental
2.3.1. Préparation du matériau
2.3.2. Caractéristiques physiques des argiles
2.3.2.1. Structure
2.3.2.2. L’argilosité
2.3.2.3. La granulométrie
2.3.2.4 La minéralogie
2.3.3. Caractérisation géotechnique
2.3.3.1 Essais d’identification
2.4. Compactage
2.4.1. Contexte
2.4.2. Méthodologie
2.5. Essais de cisaillement direct à la boite
2.5.1. Appareillage
2.5.2. Mode opératoire
2.5.3. Déroulement de l’essai
2.6. Conclusion
CHAPITRE-III : Application a l’argile de Bouhenak
3.1. Introduction
3.2. Choix du matériau
3.3. Identification du sol étudié
3.3.1. Situation
3.3.2. Description géologique
3.3.3. Résultats et discussions
3.3.4. Résultats de mesure et interprétations
3.3.4.1. L’essai de compactage Proctor, résultats et présentation
3.3.4.2. Mesure de l’Indice portant immédiat
3.3.4.3 Résultats de mesure de la succion
3.4. Essais de cisaillement direct à la boite (à teneur en eau constante)
3.4.1. Présentation des résultats
3.4.1.1. Courbes contraintes – Déformations : τ = f (∆L)
3.4.2. Droites intrinsèques : τ = f (σ)
3.4.3. Expression des résultats
3.4.4. Evolution de la cohésion (C) et de l’angle de frottement interne ( ) en fonction de la teneur en eau et de l’énergie de compactage
3.4.5. Evolution de la cohésion (C) en fonction de la porosité (n) et l’indice des vides à différentes énergies de compactage
3.5. Détermination du module d’élasticité « E »
3.5.1. Mesure du module par ultrasons
3.5.1.1. Description du matériel utilisé
3.5.1.2. Expression des résultats
3.6. Essais de perméabilité non saturée (essai pulse)
3.7. Conclusion
CONCLUSION GENERALE

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