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Proceedings of the 18
th
International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris 2013
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section 3-4 : décroissance de l’intensité d’adsorption de
l’eau par la microstructure du réseau cristallin des
particules ;
-
section 4-5 : saturation des couches internes de séparation
des phases dans le réseau cristallin des particules. Le point
5 marque la fin de l’adsorption d’eau due à la saturation
des surfaces internes du réseau cristallin.
Sur la courbe de retrait à l’air de la figure 3, on peut définir les
points et sections caractéristiques suivantes :
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section 5-4’ : début de l’évaporation de l’eau libre dans les
macropores sans modification des couches diffuses, avec
un retrait d’ampleur limitée ;
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section 4’-3’ : début de la désadsorption dans la
macrostructure du sol et sur les surfaces de séparation des
phases dans le système discret. Début de la désadsorption
dans les microstructures du réseau cristallin des particules,
retrait du sol ;
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section 3’-2’ : désadsorption intense dans la
macrostructure et la microstructure, retrait intense du sol
par suite de la diminution de l’épaisseur des enveloppes
diffuses, augmentation de la concentration des sels dans la
solution interstitielle ;
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section 2’-1’ : apparition de liaisons moléculaires
empêchant le retrait du sol ;
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section 1’-0’ : apparition de liaisons rigides accompagnant
la diminution continue de la teneur en eau du sol. Fin du
retrait.
Sur la figure 3, on note la différence des isothermes
d’adsorption et de désadsorption, car l’adsorbant retient
fortement les substances adsorbées.
L’énergie dépensée pour le gonflement direct du sol n’est pas
égale à l’énergie produite par la déformation inverse (retrait).
Pendant le processus de retrait, se produit une certaine
dissipation irréversible d’énergie liée au frottement interne
dans le matériau.
La dissipation de l’énergie se produit tant lors des
déformations plastiques que lors des déformations visqueuses.
Dans le premier cas le frottement interne est supposé
proportionnel à l’amplitude de la déformation et est appelé
frottement sec ou de Coulomb. Dans le second cas, la
dissipation est appelée viscosité et est proportionnelle à la
vitesse de déformation (frottement liquide). Habituellement,
dans les milieux réels, la dissipation d’énergie existe sous ces
deux formes.
La partie de l’énergie de déformation dissipée par viscosité
provoque dans le sol deux processus conduisant à la
diminution de la résistance du matériau à la déformation :
-
une réorganisation irréversible de la structure du sol ;
-
le réchauffement du milieu, qui conduit, en règle générale,
à la diminution de sa résistance à la rupture (Goldshtejn,
1971).
Du point de vue de la thermodynamique, au cours de
l’écoulement, toute l’énergie est pratiquement dépensée pour
le réchauffement du matériau. Si le processus est lent, la
chaleur obtenue est dissipée dans le milieu et l’augmentation
de la température peut être imperceptible. Le processus peut
alors être considéré comme isotherme.
4. CONCLUSION
Les expériences réalisées permettent de tirer les conclusions
suivantes :
1. Les processus de gonflement et de retrait du sol doivent
toujours être analysés conjointement.
2. Les déformations de gonflement et de retrait des sols sont
deux aspects opposés d’un même processus qui se déroule
dans le sol au cours du temps en fonction du degré
d’humidification ou d’assèchement, ainsi que de la charge
appliquée.
3. Lorsque les particules d’argiles sont mises en contact avec
de l’eau, qui possède son propre champ de force, il se produit
une concentration et adsorption des molécules d’eau sur la
couche superficielle des particules sous l’action des forces
d’attraction moléculaires.
4. Dans la nature, l’adsorption n’est pas réversible car le
milieu dispersé retient solidement l’eau, par exemple du fait
des modifications chimiques qui se produisent lors de
l’adsorption. Le phénomène de retenue de la substance
adsorbée par l’adsorbant lors de la désadsorption provoque
une hystérésis d’adsorption et traduit la non coïncidence des
isothermes d’adsorption et de désadsorption.
5. La structure des systèmes dispersés des sols argileux doit
être divisée en deux types principaux :
- les structures thixotropes de coagulation,
- les structures cristallisées par condensation.
6. La couche diffuse joue le rôle principal dans le processus de
gonflement et de retrait des sols.
7. Les molécules d’eau de la couche diffuse peuvent se mêler
à la couche hydratée et adsorber une partie des molécules de
l’eau libre.
8. Les études réalisées en laboratoire et in situ ont permis
d’établir les pourcentages d’eau de la couche hydratée et de la
couche diffuse ainsi que de l’eau libre.
9. L’étude du mécanisme de gonflement et de retrait du sol a
démontré la non coïncidence des isothermes d’adsorption et de
désadsorption. L’énergie absorbée lors du gonflement du sol
n’est pas égale à l’énergie dégagée lors du retrait du même sol.
10. Pendant le retrait du sol se produit un dégagement
d’énergie irréversible, dû au frottement interne du matériau.
11. Dans tous les processus d’humidification et de séchage
d’échantillons de sols, pour des variations importantes de la
teneur en eau, la formation de la couche diffuse, la
déformation de gonflement et la déformation de retrait ont
approximativement un caractère linéaire. Ces déformations
sont non linéaires dans les parties initiale et finale des courbes
qui représentent les déformations de gonflement et de retrait
en fonction de la teneur en eau.
5 RÉFÉRENCES
Florin V.A. (1959). Bases de la mécanique des sols (En russe :Osnovy
mekhaniki gruntov). Strojizdat, Moscou, 380 pages.
Goldshtejn M.N. (1971). Propriétés mécaniques des sols (En russe :
Mekhanicheskie svojstva gruntov). Strojizdat, Moscou, 362
pages.
Magnan J.P., Ejjaaouani H., Shakhirev V. (2008). Comportement des
fondations superficielles sur sol gonflant lors de l’humidification
et du séchage. Éditions du LCPC, Paris, pp. 273-278.
Rebinder P.A. (1978). Recueil de travaux : Phénomènes de surface
dans les systèmes dispersé (En russe : Izbrannye trudy :
Poverkhnostnye yavleniya v dispersnykh sistemakh). Nauka,
Moscou.
