Memoire Online - Stabilisation des sols gonflants.

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.

*Auteur(s)*	*Équations*	*Paramètres*
Seed et al. (1962)	Eg=2,16.10-3(Ip) 2,44	E_g 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) E_g= 0,9 + 2,1Ip (argiles) logag= -2,132+0,0208 WL + 6,66.10^-4yd -0,0269Wi	E_g(%) ag (kPa) Wi (%) WL (%) yd (kg/m³)
Vijavergia et Ghazzaly (1973)	log E_g = 0,033 WL - 0,083 Wi +0,458 log ag= 0,033 WL - 0,083 Wi +1,967	E_g(%) a_g (kPa) Wi (%) WL (%)
Vijavergia et Ghazzaly (1973)	log E_g = 0,033 WL + 0,0032 yd - 6,692 log ag= 0,033 WL + 0,0032 yd - 5,154	E_g(%) a_g (kPa) WL(%) yd (kg/m³)
Didier et al. (1973)	log a_g= 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/cm³) 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) E_g=5,22-147(e/ Ip)	a_g (kPa) e : indice des vides P : surcharge extérieure (kPa) Wi (%) et Ip(-)
Komine et Ogata (1994)	E_g= ( Kyd -1)*100	E_g(%) K est un constant yd (g/cm³)
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

2.5.2.3. Estimation du gonflement - Méthodes directes :

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).

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).

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

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.

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.

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.

Stabilisation des sols gonflants.

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

2.5.2.3. Estimation du gonflement - Méthodes directes :