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Comportement des sols gonflants lors de l’humidification et du séchage
Behavior of swelling soil under cyclic wetting and drying
Ejjaaouani H., Shakhirev V.
Laboratoire Public d’Essais et d’Etudes, Casablanca. Maroc
Magnan J.-P.
Institut français des sciences et technologies des transports, de l’aménagement et des réseaux, Paris.
France
Bensallam S.
École Mohammadia d’ingénieurs, UM5 Agdal, Rabat. Maroc
RÉSUMÉ : Cet article présente les résultats de l’étude en laboratoire de l’humidification et du séchage d’un sol gonflant. Il décrit les
mécanismes de gonflement de l’argile lors de l’humidification et de son retrait lors du séchage. Les résultats montrent que les courbes
de gonflement et de retrait ne sont pas superposables. Cette différence est imputée à la dissipation irréversible d’énergie due au
frottement interne du sol. Les points caractéristiques et la forme des courbes de gonflement et de retrait sont expliqués
qualitativement.
ABSTRACT: This article presents the results of wetting and drying laboratory tests conducted on expansive soil. It describes the clays
swelling behavior in the wetting process and its shrinkage in the drying process. The results show that the swelling and the shrinking
curves do not follow the same path. The characteristic points and shape of the swelling and shrinking curves are qualitatively
discussed in the text.
MOTS-CLÉS: gonflement, retrait, adsorption, désadsorption, couche hydratée, diffuse, libre.
KEYWORDS : swelling, shrinkage, adsorption, disadsorption, hydrated layer, diffuse, free.
1 INTRODUCTION
Pour décrire le mécanisme de gonflement et retrait du sol, il est
important de connaître et de comprendre la nature et la
répartition quantitative de l’eau dans le sol, entre :
-
la couche hydratée, qui regroupe les molécules orientées
entourant la particule et constitue la frontière avec le reste de
l’eau. Suivant la composition chimique de la particule solide
et de l’eau, cette couche peut comporter jusqu’à quelques
dizaines de couches de molécules dont chacune a une
épaisseur de l’ordre de 10
-8
m ;
-
la couche diffuse, dans laquelle les cations en solution et la
surface chargée négativement des particules solides forment
ce que l’on appelle la double couche électrique. La couche
diffuse comprend l’eau hygroscopique adsorbée sur la
surface des particules solides à partir de l’air du milieu
environnant. Sa quantité dépend de l’humidité de l’air et
peut varier sensiblement en fonction des conditions
atmosphériques ;
-
l’eau libre, qui se trouve à l’extérieur de la sphère d’action
des forces moléculaires et n’exerce pas d’influence sur le
gonflement du sol, mais peut alimenter le gonflement
intracristallin. Elle se divise en eau gravitaire et eau
capillaire. L’eau gravitaire possède des propriétés classiques
et se déplace dans les pores du sol sous l’action de la
pesanteur et des différences de pression. L’eau capillaire se
déplace sous l’influence de la pesanteur et de la tension
superficielle si elle ne remplit que partiellement les pores du
sol, c’est-à-dire quand le sol est un système à trois
composants. Lorsque le sol est saturé, il n’y a plus d’eau
capillaire et toute l’eau libre se comporte comme l’eau
gravitaire.
L’épaisseur de la couche diffuse est variable. Les molécules de
la couche diffuse peuvent s’intégrer dans la couche hydratée si
le potentiel thermodynamique de la surface de la particule
dispersée est supérieure au potentiel électrocinétique de la
couche diffuse. Pour les mêmes raisons, la couche diffuse peut
absorber une partie des molécules de l’eau libre.
Le déplacement de l’eau liée est impossible quand la teneur en
eau du sol est dépasse la capacité maximale d’adsorption du sol.
Dans ce cas, chaque particule retient la quantité maximale d’eau,
le potentiel à la surface des enveloppes diffuses des particules
est nul et il ne se produit pas de migration d’eau.
Dès qu’une partie des molécules d’eau de la couche superficielle
du massif de sol commence à s’évaporer, l’équilibre
thermodynamique est rompu et il se produit une migration d’eau
vers la zone où les couches diffuses sont plus minces jusqu’à
que l’équilibre soit rétabli dans toute la couche de sol.
Les expériences et observations présentées ci-après illustrent les
ordres de grandeur de ces phénomènes.
2 VARIATIONS DE LA TENEUR EN EAU D’UN SOL
GONFLANT EN LABORATOIRE ET IN-SITU.
Afin de déterminer les relations qualitatives entre les couches
hydratée et diffuse et l’eau libre, nous avons réalisé quelques
séries d’essais sur des éprouvettes de sol argileux, à l’air libre,
dans une cloche en verre contenant un récipient d’eau et à
l’étuve. De plus, nous avons observé les variations de la teneur
en eau dans un massif de sol, lors de son assèchement par
aération dans des conditions naturelles.
2.1
Étude en laboratoire
Procédure d’essai :
Cinq échantillons intacts de sols prélevés sur le site
expérimental de Moul El Bergui (région de Safi) ont été testés
selon la procédure suivante :
- mesure de la masse initiale de l’échantillon,
