Les essais de laboratoire pour la caractérisation de l’aptitude d’un sol

argileux au retrait et gonflement

Projet ANR ARGICTâches 19 et 20

Myriam DUC

Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)Division Mécanique des Sols et des Roches et Géologie de l’Ingénieur

58 boulevard Lefebvre, 75732 Paris cedex 151

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Les partenairesDuc M., Makki L., Magnan J-P., Ferber V. (LCPC)

Serratrice J-F. (CETE Méditerranée) et plusieurs laboratoires régionaux des Ponts et Chaussées (Blois, Rouen, Lille,…)

Audiguier M., Cojean R., Geremew Z., Laribi S. (Armines - Mines Paris Tech)Fleureau J-M., Guellati Z., Nguyen D., Souli H. (LMSSMat, École Centrale Paris)

Pantet A., Proust D., Fontaine C. (Hydrasa - Université de Poitiers)Jacquard C., Zerhouni M-I., Morlock C. (Fondasol)

Fabre R., Chrétien M-C. (Ghymac - Bordeaux1)Tang A-N, Cui Y-J., Ta A-N, Hemmati S. (CERMES - Ponts Paris Tech)

Plat E., Le Roy S., Vincent M. (BRGM) Masrouri F., Mrad M., Nowamooz H. (INPL - LAEGO)

8 partenaires sur 13 impliqués

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Problématique

> Mieux évaluer les mouvements possibles des sols sous les fondations pour adapter les projets et les réparations

> Améliorer le zonage des sols sensibles au retrait-gonflement

Identifier le potentiel de retrait et de gonflement d’un sol (amplitude des déformations dues aux variations hydriques)

Comment ? Proposer des essais/méthodes de laboratoire

essais de recherche (essais performants, précis, souvent longs et coûteux) essais de bureau d’étude (essais simples, rapides et peu coûteux)

Proposer une classification des sols

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Les essais de laboratoire(Réflexion collective)

Paramètres d’identification géotechnique

IP, wP, wL

w

ρ

CCaCO3

C2µm

Vb, Vbs

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Les essais de laboratoire

Paramètres chimiques et minéralogiques

Paramètres texturaux et structurauxporosité, courbes porosimétriques, description texturale, microfissuration, anisotropie

Porosimétrie au mercure

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Les essais de laboratoireParamètres hydro-mécaniques

essai œdométrique classique, pression de gonflement, potentiel de gonflement, essai de chargement-déchargement sous succion contrôlée, essai d’humidification-drainage sous chargement mécanique

contrôlé

recommandé = peu de

dispersion des résultats

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Les essais de laboratoireParamètres hydro-mécaniques

INPL - LAEGO

Succion (MPA)

Déf

orm

ati o

n v o

lum

iqu e

%

Cycles sous chargement

40 kPa

retraitgonflement

Armines

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Les essais de laboratoireParamètres hydro-mécaniques

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Essai de retrait volumique libre automatisé (LCPC)(fiche technique à disposition)

Courbe de retrait

LCPCW init = Wnat

BRGMW init = W ap. gonfl.

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Les essais de laboratoireParamètres hydro-mécaniques

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Une méthode simple et rapide : potentiel de retrait-gonflement (proposition d’une méthode LPC en cours)

Gonflement

Retrait

2 éprouvettes intactes : état initial similaire

∆e relié à ε tot retrait-gonflement

Étuve + mesure volume

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Les essais de laboratoireParamètres hydriques et thermiques

Perméabilités (labo) ≠ perméabilités in situ (fissures) Effet d’échelle GHYMAC > nécessité étude terrain par géologue

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Pertinence des essaisVariabilité des résultats

- protocoles normés ou non/matériel/opérateur- mode de préparation des sols avant essai- remaniement en laboratoire ou naturel (sol en place et colluvion)

Étude des sols « intacts »Impact de la structure du sol > importance du prélèvement

Généralement surestimation des déformations (sols remaniés)

LCPC (Makki, 2009)

Argile verte intacte

Arminescolluvions

intacte

Intact retrait Intact gonflé remanié retrait remanié gonflé

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Corrélations Vb-CECArmines(Laribi, 2007), HYDRASA Poitiers

>> la corrélation entre Vb et CEC est relativement bonne

Vb g/100g

CE

C

meq

/100

g multiformation

CEC meq/100 g

Mélange

< 400 µm

< 80 µm

CEC meq/100 g

HYDRASA Poitiers

sondage

Argiles quasi pures

HYDRASA Poitiers

BRGM et al.LCPC

Vb g/100g

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Les classifications de solsClassifications disponibles

SENSIBILITÉ : fort / moyen / faible...

SENSIBILITÉ ? = ? MESURES εg ou εr

εg données disponibles εr peu de donnéesAttention : Pr% ou Pg% = f(w initiale)

Taux de retrait ?Le retrait est responsable des pathologies en période de sécheresse!

Classification la plus adaptée dans le cas des fondations de maison individuelle?

Pertinence des classifications Mise en relation εg et εr avec les préjudices causés

Taux de gonflement (Seed et al.)- 0 et 1,5 % considéré comme faible ;- 1,5 et 5 % moyen ;- 5 et 25 % élevé ; - > 25 % très élevé.

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Les classifications de sols

ESSAI : moyen/élevé (w adaptée)

Exemple

SENSIBILITÉmoyen / fort

> protocole d ’essais,

opérateur …

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Les classifications de sols

Recommandation classification basée sur Vb

première idée de la sensibilité du sol au retrait-gonflement

(même lorsqu’il s’agit de marnes carbonatées)

Seed et al. 1962 (a)

IP wL

Chassagneux et al. (1996)

Vbs

Dakshanamurthy et Raman (1973)

Les classifications de solsClassification pour le gonflement

Classification pour le retrait ?Retrait et gonflement : phénomènes non symétriques

(Wnat et densité initiale eo)

HYDRASA Poitiers

Indice des vides

< 2µ

m %

Densité Classifications basées sur les particules des sols remaniés cependant ...

LCPC/CETE Med.

18À poursuivre et étendre….

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Conclusions : démarcheen particulier Fondasol, Ghymac...

Synthèse des données existantes(carte d’alea retrait-gonflement, carte géologique, sondage à proximité BSS…)

Étude de terrain (fissuration) : tranchée à la pelle mécanique, tarière (+ essais pressiomètre / mesures géophysiques)

(lithologie : variations latérales et horizontales sous l’emprise de la construction (échelle de la parcelle), épaisseurs des formations argileuses présentes susceptibles de produire du R/G)

Présence avérée de sols fins argileux

prélèvement de sols intacts (sondages au droit de la construction, pelleteuse mécanique > remaniement important!

pas de variation lithologique1 analyse de

l’horizon argileux

variation lithologiquedes analyses de chaque

horizon argileux

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Conclusions: Reconnaître le potentiel de retrait et de gonflement d’un sol

Caractériser de manière fiable la susceptibilité au R/G : classifications + essais hydro-mécaniques

Type d’essais de laboratoire : « essais courants » ≠ « essais de

recherche »

Ident. géotech. (Vb, C2µm , Wnat + limites d’Atterberg) + minéralogie (si possible)

Gonflement et surtout retrait sur échantillons intacts

•essais courant de compressibilité à gonflement initial bloqué σg•essai de retrait vol. libre sous air (avec succion? sous chargement?) εr et ws•essai de gonflement libre εg•essai long et cher (type recherche) d’humidification/séchage sous chargement mécanique contrôlé

Classification classification « Vb » (Chassegneux, 1996) moindre coût et rapide sur fraction représentative du sol dans sa globalité

= première idée de la sensibilité du sol au R/G (même lorsqu’il s’agit de marnes carbonatées)

Corrélation IP et Vb - CEC et Vb= bonne corrélation

utilisation Vb ou CEC (secteur agronomique) dans les classifications

SENSIBILITEavérée

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Perspectives….

1. Créer une base de données des essais de caractérisation des formations argileuses en France : vaste synthèse et étude statistique (poursuivre la corrélation entre paramètres)

• études de sol lors d’expertise de maisons individuelles sinistrées du fait de retrait-gonflement ; ces études pourraient être collectées par l’intermédiaire des assureurs, commanditaires des études, puis organisées en banque de données ;

• études de sol avant projets de construction des maisons individuelles en particulier dans les zones où il existe une susceptibilité avérée au retrait-gonflement; ces études, si elles sont systématisées, pourrait constituer une importante source de données qu’il faudrait de même collecter et organiser en base de données;

• études des sols des sites de suivi des effets de la sécheresse.

Créer une carothèque par région géographique pour inventorier les différents faciès des formations superficielles rencontrées, pour les caractériser finement (dans les laboratoires de recherche) d’un point de vue minéralogique, structural, textural et géotechnique et constituer une base de données de références mise à disposition des professionnels (HydrasaPoitiers).

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Perspectives….

2 - Diffuser et encourager les bureaux d’étude à caractériser (avec des essais hydromécaniques) de manière systématique en laboratoire le retrait gonflement des sols jugés sensibles après la visite sur site d’un géologue.

Poursuivre le test des classifications recommandées (améliorer leur pertinence).

Poursuivre le développement et la diffusion de protocoles ou appareillages pour des essais rapides, simples, peu coûteux et néanmoins représentatifs.

Des essais de reconnaissance in situ pour un diagnostic terrain plus fiable (kit d’essai au bleu, utilisation de diffraction de rayons X mobile …) (LCPC)

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Perspectives….

Étude en laboratoire de recherche : poursuivre l’étude du comportement des sols argileux

Étude du phénomène de fissuration des argiles (ex: pénétration de l’eau dans les sols sur les sites expérimentaux) (LMSSMat)

Comment passer de la déformation à l’échelle de l’éprouvette à l’échelle d’une couche de sol (10 premiers mètres) non uniforme en fonction des profils hydriques mesurés dans les sols (LCPC).

Impact du confinement des échantillons de sol in situ et du chargement sur le retrait. Développement d’essai rapide de retrait sous charge (LCPC).

FIN

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