Revue bibliographique sur les sols fins

LE PHENOMENE DE RETRAIT GONFLEMENT DES SOLS FINS

Le retrait-gonflement est un phénomène qui concerne exclusivement les sols à dominante argileuse, bien que non dangereux pour l’homme, engendre chaque année sur le territoire mondiale des dégâts considérables aux structures, pouvant dépasser les millions d’euros cumulés. Ce phénomène est sans doute le plus dangereux et paradoxalement le moins connu. En tant que risquenaturel d’origine climatique, Ce phénomène est immédiatement lié aux conditions météorologiques et particulièrement aux précipitations. Ce risque est constaté dès les années 1950. Le phénomène du gonflement est désigné très complexe intervenir plusieurs paramètres, a cause de la structure minéralogique de l’argile, car en fonction de la structure particulière de certains minéraux argileux ce phénomène provoque des fissures plus ou moins importantes, de cette manière créée des désordres dans les ouvrages géotechniques. Notons que les sinistres peuvent survenir tant par retrait que par gonflement. Ces dernières sont la conséquence de la mauvaise prise en charge du mouvement du terrain. C’est pour cela, plusieurs ingénieurs sont souvent confrontés à des problématiques majeures comme l’instabilité des ouvrages dans plusieurs pays du monde tels que Grèce, Iran, Sud d’Afrique, USA et l’Algérie en particulier. L’intérêt de ce chapitre est de savoir les différents paramètres macroscopiques pouvant influencer le phénomène du retrait –gonflement, et aussi de présenter les lignes directrices qui peuvent mieux faire comprendre ce phénomène.

CAS PATHOLOGIQUES SUR LE RETRAIT-GONFLEMENT

Le problème de gonflement est rencontré dans beaucoup de pays tel que : l’Afrique du Sud, l’Arabie Saoudite, l’Australie, le Brésil, le Canada, la chine, L’Espagne, l’Ethiopie, l’Egypte, l’Inde, la Jordanie, le Maroc, le Mexique, la Palestine, la Roumanie, la Turquie, les Etats-Unis, le Venezuela…etc. et l’Algérie en particulier à cause du climat méditerranéen semi-aride et aussi la présence des formations géologiques argileuses. Aux Etats-Unis, le coût de pertes annuelles occasionnées par le gonflement a été évalué à 2.3 milliards de dollars en 1973, de 7 à 9 milliards de dollars en 1986. En France le montant à été estimé à 2.3 milliard de dollars entre 1989 et 1992 (AZZOUZ, 2006), aussi l’épisode de 2003 a provoqué près de 140 000 sinistres à lui seul, pour un montant total de plus d’un milliard d’euros. Pour les pays du Maghreb, on remarque que l’existence des sols gonflants estsignalée uniquement en Algérie et au Maroc, tandis que des cas pathologiques ont été enregistrés même en Tunisie (BERTHELOT, 2002, TRABELSSI et al, 2002 et KHEMAKHEM et al, 2002) cité par (AISSA MAMOUNE.S.M, 2002). En particulier, il est à noter que les sols gonflants ne sont enregistrés qu’au centre de notre pays, alors qu’on a pu recenser l’existence de ces sols au Sud-est du pays (Ain- Amenas) d’après les études de DERRICHE et al ,1998 et à l’Ouest d’après (HACHICHI.A et FLEUREAU.J.M, 1999)et (BEKKOUCHE.A, 2001). Cette existence a causé d’énormes dommages où le chiffre dépasse les dizaines de milliards de dinars (détérioration de la route RN 7A Bab-El-Assa, école primaire Ben Kemila à Nedroma, l’hôpital Sid’Echahmi, cité 100 villas à Ain- Amenas, quelques habitations à Sid’Abdelli, etc.), le groupement de Tlemcen-Mansourah- Chetouane (figure 2.14).

LE PHENOMENE D EFFONDREMENT DES SOLS FINS

Les désordres importants causés par le phénomène d’effondrement, qui sont due a des mouvements verticaux des sols, ont été constaté dans plusieurs régions du monde, notamment quand elles sont arides ou semi-arides. Récemment, les investigations de sols se trouvent dans la région Sud Est d’Algérie, ont montré que ces sols sont susceptibles à l’effondrement brusque. Ce problème spécial, qui est une réalité sur le terrain, nécessite de la part du géotechnicien une attention particulière et une maîtrise. A cet effet, de nombreux chercheurs ont apporté leurs contributions à des recherches concernant l’effondrement des sols et en essayant d’en expliquer les mécanismes. La littérature a indiqué que la majorité des recherches sur l’effondrement ont été consacrées à l’identification, aux mécanismes, à la prévision et aux méthodes de traitement. L’objet de ce chapitre est de décrire le phénomène caractérisant le comportement volumétrique des sols fins. Nous décrivons quelques exemples et problématiques rencontrés en géotechnique en nous intéressant aux paramètres de solsqui influencent l’effondrement. 6.2

Granulométrie (Rogers, 1995), a listé les principaux types de sols effondrables en les classant suivant leur taille caractéristique: sableux (sable granitique et du Kalahari d’Afrique du Sud, sable éolien du Sahara), limoneux (loess de tous les continents) et fins (cendres volcaniques), (Herrera, 2007) et (De Simone, 2010). Moins connus, les sols cimentés du Nigeria, les sols gypseux de Russie ou encore les sols salins de Chine sont aussi effondrables (Rogers, 1995). Par l’énumération de ces exemples variés, Rogers souhaite montrer qu’il n’y a pas qu’une famille de sol à risque, et que jusqu’à preuve du contraire, le sol devrait toujours être considéré comme effondrable dans chaque projet de construction. Il propose une classification des sols à risque et de leur mécanisme de formation et révèle les principales formations de sol effondrables : les sols résiduels et les loess. La figure 3.4 présente la courbe granulométrique de différents sols résiduels effondrables et montre que le phénomène d’effondrement est susceptible d’apparaître dans de nombreux types de sols de tailles caractéristiques différentes : diamètre moyen D50 des particules de quelques micromètresà quelques millimètres. Cependant, l’influence de la granulométrie sur le niveau d’effondrement n’est pas encore très bien comprise.

LE PHENOMENE DE LA DISPERSION DES SOLS FINS

La dispersion des argiles est un phénomène principal qui affecte plusieurs parties dans le monde, c’est le facteur essentiel de nombreux dégâts constatés des ouvrages. Dans le domaine du génie civil, les argiles dispersives posent un grand problème comme l’érosion. En effet, elle mènent les constructions à des risques néfastes, c’est pour cela qu’il est toujours nécessaire de passer par une étape préliminaire des sols dans chaque projet, c’est-à-dire une étape qui consiste à faire une étude d’identification au cours des différents phases d’exécution de l’ouvrage, surtout une étude bien profonde sur la dispersion des différents sols fins spécialement des argiles vu qu’ils sont les plus menacées. Il est important de faire une revue globale sur les différents essais qui sont déjà utilisés afin de caractériser la dispersion des argiles, sachant que les chercheurs géotechniciens ont déjà réalisés de nombreux tests qui facilitent l’identification. Donc ce chapitre est sacrifié en gros pour comprendre d’une manière générale ce phénomène avec ses mécanismes, et aussi pour présenter brièvement les principes de ses essais d’identification.

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 : Revue bibliographique sur les sols fins
1.INTRODUCTION
2.DEFINITION DES SOLS FINS
2.1. Définition des argiles
2.2. Définition des silts et des limons
2.3. Définition des sables fins
3.DEFINITION DES MINERAUX DES SOLS FINS
3.1. Définition des minéraux argileux
3.1.1. Les argiles du groupe de kaolinite
3.1.2. Les argiles du groupe de l’illite (MICAS)
3.1.3. Les argiles du groupe des smectites (montmorillonite)
3.2. Définition des minéraux limoneux
3.3. Définition des minéraux de sable fin
4.DEFINITION DES SOLS DISPERSEES
4.1. Interaction entre l’eau et les minéraux argileux
5.COMPOSITION MINERALOGIQUE DES SOLS FINS
5.1. Les minéraux primaires
5.2. Les minéraux secondaires
5.3. Les sels solubles
5.4. Les matières organiques
6.MICROSTRUCTURE DES SOLS FINS
7.STRUCTURE DES SOLS FINS
7.1. Structure fragmentaire/grumeleuse
7.2. Structure compacte
7.3. Structure particulière
8.TEXTURE DES SOLS FINS
9.DIFFERENTS TYPES D’EAU
9.1. L’eau de cristallisation
9.2. L’eau liée
9.3. L’eau libre
10.ECHANGE IONIQUE
10.1. Echange cationique
10.2. Capacité d’échange cationique C.E.C
11.FORCE S’EXERCANT ENTRE FEUILLET ET PARTICULES
11.1.1. Forces d’attraction
11.1.2. Forces de van der walls
11.1.3. Forces de coulomb
11.1.4. Forces de cimentation
11.2.1. Forces de répulsion due à la présence de double couche
11.2.2. Forces de répulsion due à l’hydratation de la surface des particules par les molécules d’eau
11.3. Bilan des forces
CONCLUSION
CHAPITRE 2 : le phénomène de retrait-gonflement des sols fins
1.INTRODUCTION
2.LE PHENOMENE DE RETRAIT-GONFLEMENT
3.MECANISME DE GONFLEMENT
3.1. Gonflement au sens physico-chimique
3.1.1. Gonflement interfoliaire (cristallin)
3.1.2. Gonflement interparticulaire (osmotique)
3.2. Gonflement sens mécanique
4.CINETIQUE DE GONFLEMENT
4.1. Gonflement primaire
4.2. Gonflement secondaire
5.FACTEURS INTERVENANT DANS LE PHENOMENE DE RETRAIT-GONFLEMENT DES SOLS ARGILEUX
5.1. Les facteurs de prédisposition
5.1.1. La nature de sol
5.1.2. Le contexte hydrogéologique
5.1.3. La géomorphologie
5.1.4. Les défauts de constructions
5.2. Les facteurs de déclenchement
5.2.1. Les conditions climatiques
5.2.2. Les facteurs anthropiques
6.DEFINITION DES PARAMETRES DE GONFLEMENT
6.1. La pression de gonflement
6.2. Le potentiel du gonflement
6.3. L’indice de gonflement
7.RETRAIT DES SOLS GONFLANTS
DIAGNOSTIQUE
CAS PATHOLOGIQUES SUR LE RETRAIT-GONFLEMENT
CONCLUSION
CHAPITRE 3 : le phénomène d’effondrement des sols fins
1.INTRODUCTION
2.PHENOMENE DE L’EFFONDREMENT
2.1. Effondrement par liquéfaction statique ou dynamique
2.2. L’effondrement par hydratation (ou imbibition)
3.RECONNAISSANCE DES SOLS EFFONDRABLES ET CRITERES D4INTENTIFICATION
4.L’EFFONDREMENT DES SOLS NON SATURES
4.1. Constitution des sols non saturés
4.2. Caractéristiques des dépôts de loess
5.LE PHENOMENE D’EFFOBDREMENT SOUS CHARGE ET DE CONFLEMENT
6.MECANISME D’EFFONDREMENT
7.FACTEURS IMPORTANT DANS L’EFFONDREMENT
7.1. Nature géologique du sol
7.2. Granulométrie
7.3. Nature des agents de liaison
8.CAS PATHOLOGIES PROVIQUEES PAR L’EFFONDREMENT
CONCLUSION
CHAPITRE 4 : le phénomène de la dispersion des sols fins
1.INTRODUCTION
2.LA DISPERSION
3.LA DISPERSION D’UN SOL FIN
4.MECANISME DE DISPERSION
5.PARAMETRES INFLUANCANT LE PHENOMENE DE DISPERSION
5.1. Facteurs liées à la structure du sol
5.1.1. Types des minéraux argileux
5.1.2. Pourcentage de sodium
5.1.3. Mode d’assemblage des feuillets
5.2. Facteurs liées aux eaux interstitielles
5.2.1. Concentration en sel
5.2.2. Concentration du PH
6.CARACTERISATION DES SOLS DOSPERSIFS
6.1. Pinhole test
6.2. Crumb test
6.3. L’essai chimique
6.3.1. Extrait de saturation
6.3.2. Extrait en 1/5
6.4. Essais de sédimentation en parallèle (double hydrometer test)
CONCLUSION
CHAPITRE 5 : les techniques de la stabilisation des sols fins
1.INTRODUCTION
2.LES DIVERS TECHNIQUES DE LA STABILISATION DES SOLS FINS
2.1. Stabilisation chimique
2.1.1. Stabilisation par ajout de la chaux
2.1.2. Stabilisation par ciment
2.1.3. Stabilisation par des additifs
2.1.4. Stabilisation aux cendres volantes et pouzzolane
2.2. Stabilisation mécanique
2.2.1. Stabilisation par compactage
2.2.2. Stabilisation par drainage
2.2.3. Stabilisation par substitution
2.2.4. Stabilisation par applications des fortes pressions
2.2.5. Stabilisation pré humidification
2.2.6. Utilisation de fondations et d’édifices spéciaux
2.2.7. Traitement mécanique des argiles gonflantes
2.3. Stabilisation thermique
CONCUSION
CONCLUSION GENERALE
Références bibliographiques