2.4.3. Modification des contraintes mécaniques :
La modification de l'état de contraintes totales dans
le sol, du fait par exemple de l'adjonction ou de l'enlèvement de
charges ou de surcharges conduit, lorsqu'un nouvel équilibre s'est
établi, à une déformation du sol, qui se traduit en
général par un déplacement en surface (tassement,
soulèvement). Ce déplacement est le résultat de la somme
des déformations élémentaires crées en tout point
du massif de sol par la modification de l'état des contraintes.
2.4.4. Modification des contraintes hydriques :
Un changement dans l'environnement hydrique du sol conduit
à une modification des pressions interstitielles régnant en son
sein. Par exemple, la variation du niveau de la nappe modifie le champ de
pression interstitielle aussi bien au-dessus qu'en-dessous du niveau de la
nappe, influence l'état de contrainte effective, et induit des
variations de volume dans le milieu.
Dans un sol non saturé, la contrainte effective cy'
d'après Bishop & Blight (1963) est liée à la
contrainte totale cy, à la pression de gaz (en général de
l'air) ua et à la pression de l'eau uw qui règnent dans les
interstices entre les particules par la relation :
(1)
cy'= cy--ua+ X(ua-uw) = P+ Xs
Où X est le coefficient de Bishop
généralement relié au degré de saturation, qui
varie entre 0pour
un sol sec et 1 pour un sol saturé, P= (cy-ua) est la
contrainte nette appliquée et S= (ua-uw) est la pression interstitielle
négative ou la succion.
Les différentes pressions de l'eau ou de l'air sont
considérées par rapport à la pression
atmosphérique. La relation (1) montre que, si la contrainte totale et la
pression de l'air restent constantes et que la pression interstitielle diminue
à la suite d'un abaissement du niveau de la nappe, le terme de succion
(ua-uw) croît, entraînant
une augmentation de la contrainte effective, ce qui aura pour effet de
comprimer le sol et de provoquer un tassement en surface. Cette équation
ne traduit pas correctement le phénomène d'effondrement du sol
(Jennings & Burland, 1962).
Par des effets capillaires, les sols situés au-dessus
de la nappe, niveau défini tel que la succion soit égale à
zéro, restent quasi saturés sur une hauteur importante pouvant
atteindre
plusieurs dizaines de mètres dans les sols argileux et
avec une pression interstitielle de l'eau uw négative.
2.4.5. Cycles de séchage/humidification :
L'influence des cycles de séchage/humidification sur le
comportement hydromécanique des sols gonflants a été
étudiée par plusieurs auteurs (Chu & Mou 1973, Pousada 1984,
Dif&Bluemel 1991, Day 1994, Al-Homoud et al. 1995, Basma et al., 1996,
Subba Rao et al. 2000, Tripathy et al. 2002, Alonso et al. 2005).
Un sol gonflant a tendance à converger vers un
état d'équilibre après avoir subi plusieurs cycles
d'humidification/séchage, dans cet état, le comportement du sol
est supposé élastique. La (figure 15-a) présente les
résultats expérimentaux de cycles hydriques successifs sous une
charge constante de 7 kPa sur un sol gonflant d'après Chu et Mou(1973).
Le gonflement volumique plastique se produit dans le premier cycle de
mouillage, après plusieurs cycles de succion, l'accumulation de
déformation diminue et le comportement reste approximativement
réversible pendant les derniers cycles d'humidification et de
dessiccation. Dif&Bluemel (1991) ont présenté le même
type de résultats sur l'argile d'Hoheneggelsen qui a manifesté
une contraction après les cycles successifs de succion à une
charge constante. Subba Rao et al. (2000) ont réalisé des essais
cycliques sur un sol gonflant compacté à des teneurs en eau
différentes sous une faible charge (6,25 kPa) sans mesure de succion.
Leurs essais montrent que la valeur de l'indice des
CHAPITRE 1 RECHERCHES BIBLIOGRAPHIQUES
30
vides reste inchangée, pour une valeur initiale de
l'indice des vides qui était égale à 0,65, après
avoir subi plusieurs cycles d'humidification et de séchage pour les
différentes conditions initiales. Day (1994) et Tripathy et al. (2002)
ont réalisé aussi les mêmes expériences sans mesure
de succion. Ils montrent que le chemin réversible est atteint au bout de
quatre ou cinq cycles d'humidification et de séchage. En revanche,
Alonso et al(2001) postulent que la position d'équilibre ne sera
atteinte qu'après un nombre infini de cycles.
Figure 1.15 : Cycle de succion a) d'après Chu & Mou
(1973) b) d'après
Dif&Bluemel (1991).
Alonso et al. (1995) ont réalisé des essais de
sollicitations hydriques cycliques sous différentes charges verticales
constantes (Figure 15). Le matériau étudié était
l'argile de Boom compactée selon une procédure permettant de
réaliser des éprouvettes comportant une double structure. Leurs
résultats montrent qu'il est Possible d'obtenir une
accumulation de déformations de compression ou d'extension avec un
même type de sol, uniquement en faisant varier la contrainte verticale.
Ceci a été confirmé par une étude similaire,
présentée par Alonso et al. (2001), et menée sur un
mélange sable/bentonite. Alonso et al. (1995) concluent que la
contrainte verticale, par le biais du rapport de pré consolidation
rapport entre la pression verticale appliquée et la pression de
compactage) détermine le comportement du sol sous sollicitations
hydriques cycliques.
CHAPITRE 1 RECHERCHES BIBLIOGRAPHIQUES
31
Figure 1.16 : Variations de volume d'une argile gonflante lors de
cycles d'humidification/dessiccation réalisés sous
différentes charges verticales constantes (Alonso et al., 1995).
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