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Étude de l’impact de l’hygrométrie sur la fissuration d’un sol gonflant
Impact of the hygrometry on the swelling soil cracking
Auvray R., Rosin-Paumier S., Abdallah A., Masrouri F.
LEMTA (CNRS, UMR 7563), Université de Lorraine, France.
RÉSUMÉ : Les sols gonflants soumis à des cycles de séchage et d’humidification sont susceptibles de se fissurer dès le premier cycle
de dessiccation. Ces fissures introduisent des modifications du comportement mécanique du matériau. L’objet de cette étude est la
présentation d’un dispositif complet de quantification de l’impact des sollicitations hydriques sur les phénomènes de fissuration. Pour
cela, plusieurs éprouvettes de sol possédant des caractéristiques et des dimensions identiques ont été soumises à des hygrométries et
des succions contrôlées. Les résultats obtenus dans un intervalle de succion allant de 8,5 à 113 MPa, montrent qu’il est important
d’évaluer non seulement l’intensité des fissures mais également la surface de retrait radiale du sol, afin d’interpréter correctement les
corrélations entre les fissures et les différents paramètres de compactage et de séchage.
Mots clés : sol gonflant, fissure, succion, analyse d’images.
ABSTRACT: Desiccation cracks appear on swelling soils submitted to drying/wetting cycles. These cracks could dramatically modify
the mechanical behavior of the materials. This study presents a new device to quantify the impact of the hydric variations on the
cracking phenomenon. A series of clayey silt specimen with the same initial compaction parameters was submitted to controlled
suction and hygrometry conditions. The results obtained for imposed suctions comprised between 8.5 to 113 MPa, showed the
importance of the measurement of not only the crack area, but also the radial shrinkage area for a better understanding of the
correlations between crack area and the compaction and desiccation parameters.
Key-Words: Swelling Soil, Crack, Suction, Image Processing.
1. INTRODUCTION
Les sols gonflants soumis à des cycles de séchage et
d’humidification sont susceptibles de se fissurer. Ce
phénomène peut entrainer une augmentation de la perméabilité
(infiltration, écoulement préférentiel,…) particulièrement
redouté dans des structures du génie civil et du stockage des
déchets (Philer
et al
., 1995, Drumm
et al.,
1997, Malawitz
1998, Albrecht
et al
., 2001; Yuen
et
al.,
1998, Rayhani, et
al
.,
2007, Sadek
et
al.,
2007). Par ailleurs, les fissures influencent
les paramètres mécaniques des matériaux. L’intensité de la
fissuration et la forme du réseau de fissure divergent en
fonction de nombreux paramètres tels que la teneur en eau, la
densité, la surface du sol exposée ou la teneur en argile.
Quelques études ont eu pour objet l’étude de l’impact des
conditions de séchage et des cycles de séchage/humidification
sur le réseau de fissures. Cependant, elles sont souvent
caractérisées par des séchages et des humidifications intenses
faisant intervenir plusieurs paramètres à la fois tels que la
température, l’hygrométrie, la quantité d’eau rajoutée lors des
humidifications, rendant difficile les conclusions sur l’impact
d’un paramètre en particulier (Miller
et al
., 1998, Tang
et al.
,
2008 et 2010). Rodriguez
et al
., (2005) et Lloret
et al.,
(1998)
ont présenté des dispositifs permettant d’imposer une
hygrométrie et une température constante à des éprouvettes tout
en suivant leurs variations de teneur en eau ainsi que leur état
de fissuration. Ces expériences ont permis d’étudier
qualitativement les relations existantes entre la fissuration et les
conditions de compactage et de séchage des éprouvettes.
Dans ce travail un dispositif couplé à une méthode d’analyse
d’images a été développé afin de quantifier l’aire des fissures et
le retrait des éprouvettes de sol soumises à des sollicitations
hydriques. Ce dispositif permet d’étudier l’impact des
conditions de compactage et des sollicitations hydriques sur la
fissuration d’éprouvettes de sol gonflant.
2. MATÉRIAUX ET MÉTHODES
Le sol utilisé dans cette étude est un mélange limon-argile en
proportion massique 40 % de limon de Xeuilley et 60 % de
bentonite FVO dont les propriétés sont données dans le tableau
1. La courbe de rétention est obtenue par la méthode osmotique
pour les succions entre 0 et 8,5 MPa et par la méthode des
solutions salines pour les succions supérieures à 8,5 MPa
(Figure 1). Le matériau a une teneur en eau à l’optimum
Proctor de 26 % avec une densité sèche maximale de 1,47.
Tableau 1 : Paramètres caractéristiques des matériaux utilisés.
2.1. Préparation des éprouvettes et dispositif expérimental
Les éprouvettes de 20 mm d’épaisseur sont préparées par
compactage statique dans un moule cylindrique de diamètre
102 mm au fond rainuré. Les rainures du moule sont destinées à
empêcher le retrait au cours du séchage. Ces éprouvettes sont
ensuite placées dans l’enceinte du dispositif (Figure 2).
L’hygrométrie de l’enceinte est imposée par l’intermédiaire des
solutions salines.
Le dispositif est placé dans une salle climatisée dont la
température est de 20°
0,5°C. Ce dispositif permet la mesure
continue de la masse, de la hauteur, et de la surface des
Normes
Limon de
Xeuilley
Bentonite Mélange
w
L
(%)
ASTM,
1998
36,8
117
82,2
w
p
(%)
ASTM,
1998
27,6
41,2
29,5
I
p
(%)
ASTM,
1998
9,2
75,8
52,6
VBS
(g/100g)
ASTM,
2009
3,13
18,41
11,53
ߛ
s
(kN/m
3
)
ASTM,
2006
26,5
25,5
25,8
