2.2.2. Le Gonflement au sens mécanique :
Le phénomène de gonflement, de même que le
tassement, peut provenir d'une modification de l'état de contraintes
dans le sol en présence d'eau. Un sol est constitué de 3 phases
:
? phase solide (les particules solides)
? phase liquide (eau interstitielle en général)
? phase gazeuse (bulles d'air).
Le sol est saturé si la phase gazeuse disparait,
c'est-à-dire si tous les vides
interparticulaires sont occupés par l'eau interstitielle.
Considérons ici un élément de sol saturé
à
l'équilibre. Dans un sol saturé soumis à
une contrainte totale ó (géostatique ou surcharge
extérieure óe), cette dernière se
décompose de la façon suivante :
óe= ó = ó'+u (Théorie de
Terzaghi, 1951)
Où u désigne la pression interstitielle de l'eau
des pores et ó' la contrainte effective, c'est-à-dire
la contrainte exercée sur le squelette solide du sol.
Si l'élément de sol considéré est
situé sous la nappe phréatique à une cote z, la
pression
interstitielle est égale à la pression
exercée par la colonne d'eau sus-jacente, soit u0 =
ãw.z. Si l'on permet alors au sol de se drainer, un
phénomène de consolidation va se développer, correspondant
à l'expulsion de l'eau en surplus. Un nouvel équilibre va alors
s'établir pour l'état de contraintes, avec :
u0= 0
ó'= óe
Dans un milieu poreux, l'existence conjointe d'une phase
gazeuse et liquide provoque le développement de ménisques
capillaires air-eau. Le développement de ces ménisques dans la
structure du sol est la caractéristique principale d'un milieu non
saturé (Delage et Cui, 2000), et traduit une pression négative de
l'eau appelée succion. Si la contrainte se est alors supprimée,
le même phénomène se produit en sens inverse, et
immédiatement :
u = -óe
ó' = óe
La pression interstitielle u devient négative (succion
négative) et opposée à la variation de la contrainte
totale. Dans des conditions de libre circulation de l'eau, un
phénomène de gonflement va alors se développer, exprimant
l'absorption de l'eau et le transfert d'une contrainte négative de l'eau
sur le squelette solide, jusqu'à l'état final où :
u = 0
ó' = 0
Il est donc possible d'affirmer que si la consolidation exprime
une diminution de la pression interstitielle jusqu'à u0, le gonflement
exprime quant à lui la diminution de la succion (-u) jusqu'à son
annulation. La succion capillaire du terrain s'exprime alors par la relation
suivante :
S = ua-uw
Où ua représente la pression de l'air dans le sol
et uw, la pression interstitielle de l'eau dans le sol.
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