Suivi hydrogéophysique in situ du phénomène hydratation-dessiccation des sols argileux

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1 Suivi hydrogéophysique in situ du phénomène hydratation-dessiccation des sols argileux CHRETIEN M. *,**, LATASTE J-F. *, FABRE R. * * Université Bordeaux 1- Laboratoire GHYMAC ** B.E Ingénierie Géotechnique AIS GRAND SUD

2 Sols argileux : aléa géotechnique onéreux cause de sinistres CATNAT en France depuis 1989 après les inondations (~3 milliards d euros), 2 ème Reconnaissance géotechnique : un outil indispensable Appréhende la variabilité lithologique et aléas géotechniques Optimisation des fondations : couplage géotechnique-géophysique comme un outil d analyse de comportement d un sol?? Instrumentation d un site expérimental sur la commune de Pessac (33), participant au programme de recherche ANR ARGIC (Analyse du Retrait-Gonflement et ses Incidences sur Constructions) ( ). 2

3 Localisation du site expérimental (Pessac) Sinistres Quartier sinistré ( BRGM) Formation de BRACH SITE EXPERIMENTAL Site expérimental ( Carte d aléa Retrait-Gonflement des sols argileux (quartier de Cap de Bos) Superficie : m 2 3

4 Cartographie des sols (méthode EM-31) Carte des résistivités électriques apparentes (en ohm.m). Y (UTM Nord) Zone conductrice Zone de transition Zone avec des résistivités élevées Zone argileuse => Formation de Brach (Champ horizontal) X (UTM Nord) Zone sablo-graveleuse => Formation de Belin Ohm.m

5 10 m Extensomètre manuel TELEMAC (10m) Extensomètre BRGM (10m) II Station météorologique imetos H1 I H3 Humidimètres capacitifs ECH 2 O-EC5 I 0,5 m II 1,0 m III 2,0 m IV 3,0 m Chaîne Température de sol à 0,5 m, 1 m, 2 m, 3 m, 5 m T03 P5 P2 S10 SC1 S8 S3 S4 P4 SC2 S7 S9 T04 A Chêne S2 S1 10 m d capteur= 1,0 m III The2 H2 IV Ø cercle = 1,2 m d capteur = 0,6 m Humidimètres TDR TRIME-FM3 H1, H2, H3 (0 à3 m) The3 The1 Centrale Humidimètres FDR ThetaProbe ML2x The1 The2 The3 1,0 m 2,0 m 3,0 m Extensomètre automatique GLÖTZL (15 m) 5

6 Humidimètres de sols Principe: mesure de la teneur en eau volumique des sols θv (%), correspondant à des variations de la constante diélectrique des sols. ECH 2 O-EC5 3 systèmes de suivi de la teneur en eau volumique : 4 capteurs capacitifs ECH 2 O-EC5 (0,50 m à 3 m), avec enregistrement automatique depuis 12/2008 ; 3 humidimètres TDR (Time Domain Reflectrometry) type TRIME-FM3 : profils hydriques hebdomadaires sur 3 m depuis 07/2008 ; 3 capteurs FDR (Frequency Domain Reflectrometry) type ThetaProbe ML2x (1 m à 3 m), avec enregistrement automatique depuis 02/2009. Calibration spécifique au site. 6

7 Tomographie de résistivité électrique à demeure relier les variations de teneur en eau des sols argileux entre périodes humides et sèches par la mesure des variations de résistivité électrique ρ (Ω.m) 2 panneaux électriques à demeure (d = 0,5 m) : un de 72 électrodes (Panneau A de 35,5 m), l autre de 48 électrodes (Panneau B de 23,5 m). T03 P5 P2 S10 SC1 S8 S3 S4 P4 SC2 S7 S9 T04 A Chêne S2 S1 Mesures mensuelles depuis décembre

8 Suivi géophysique temporel Calage avec la lithologie du site (P4) O Terre végétale E Fosse P4 (Octobre 2008) Argile bariolée ocre-gris Argile bleutée Alios Sable fauve Grave silteuse Grave limoneuse Prof. (m) Zone argileuse Alios 8 Résistivité (ohm.m) Tomographie électrique initiale (pôle-dipôle) (13 Février 2009) Espacement électrodes = 0,50 m RMS = 1,3 % Dispositif à 72 électrodes du panneau A

9 Suivi géophysique temporel Suivi temporel du panneau A Profil de référence du 13/02/ Echelle de couleur: -Valeurs < 0 (couleurs bleutées) = augmentation résistivités / référence, -Valeurs > 0 (couleurs jaune à rouge) = diminution résistivités / référence

10 Comparaison suivi humidité-résistivité PROFONDEUR (m) TENEUR EN EAU VOLUMIQUE (%) Sol organique Sol organique θv = 60% w = 40% Sol argileux avec des figures de retrait Sol argileux «fissuré» θv = 20 à 26 % w = 13 à 17 % Sol argileux compact Prof.(m) Prof.(m) Comparaison entre le profil inversé n 2 (mai 09) et le profil inversé n 3 (juin 09) O E Interface argile-alios Comparaison entre le profil inversé n 5 (fin oct.09) et le profil inversé n 6 (déc.09) H1 Sol argileux ÉTÉ 08 (Août-Nov.) HIVER (Déc.-Mai) PRINTEMPS 09 (Juin-Juill.) ÉTÉ 09 (Août-Sept.) θv = HIVER 509 à(nov.-déc.) 8 % w = 3 à 5 % θv = 15 à 25 % ρ = - 25 à 15 % Interface argile-alios

11 Couplage expérimental suivi hydrique-géophysique : Suivi hydrique de bonne qualité avec sondes TDR : - Fortes variations hydriques entre 1 et 2 m de profondeur, - Front de dessiccation atteint 1,80 m de profondeur en Technique du suivi géophysique temporel prometteuse : - Variations des résistivités en fonction évolution temporelle des teneurs en eau, - Mesures de tomographie électrique plus sensibles à une perte d humidité sols, - Mise en évidence du rôle perturbateur des hétérogénéités lithologiques et des fissures => comportement «semi-perméable» des argiles.. Amélioration de la calibration de l outil géophysique : - Etude de l influence de la température des sols sur les mesures de résistivités, - Analyse de l évolution des résistivités en fonction w et type de sols. 11

12 Marie CHRETIEN Richard FABRE Jean-François LATASTE

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