Les essais de laboratoire pour la caractérisation de l aptitude d un sol argileux au retrait et gonflement

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1 Les essais de laboratoire pour la caractérisation de l aptitude d un sol argileux au retrait et gonflement Projet ANR ARGIC Tâches 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, Paris cedex 15 1

2 Les partenaires Duc 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 2

3 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 3

4 Les essais de laboratoire (Réflexion collective) Paramètres d identification géotechnique I P, w P, w L w ρ C CaCO3 C 2µm V b, V bs 4

5 Les essais de laboratoire Paramètres chimiques et minéralogiques Paramètres texturaux et structuraux porosité, courbes porosimétriques, description texturale, microfissuration, anisotropie Porosimétrie au mercure 5

6 Les essais de laboratoire Paramètres hydro-mécaniques essai œdométrique classique, pression de gonflement, potentiel de gonflement, essai de chargementdéchargement sous succion contrôlée, essai d humidification-drainage sous chargement mécanique contrôlé recommandé = peu de dispersion des résultats 6

7 Les essais de laboratoire Paramètres hydro-mécaniques Armines Déformation volumique % INPL - LAEGO gonflement Succion (MPA) Cycles sous chargement 40 kpa retrait 7

8 Les essais de laboratoire Paramètres hydro-mécaniques 8

9 Essai de retrait volumique libre automatisé (LCPC) Courbe de retrait (fiche technique à disposition) LCPC W init = Wnat BRGM W init = W ap. gonfl. 9

10 Les essais de laboratoire Paramètres hydro-mécaniques 10

11 Une méthode simple et rapide : potentiel de retrait-gonflement (proposition d une méthode LPC en cours) Retrait Étuve + mesure volume 2 éprouvettes intactes : état initial similaire Gonflement e relié à ε tot retrait-gonflement 11

12 Les essais de laboratoire Paramètres hydriques et thermiques Perméabilités (labo) perméabilités in situ (fissures) Effet d échelle GHYMAC > nécessité étude terrain par géologue 12

13 Pertinence des essais LCPC (Makki, 2009) Argile verte intacte Variabilité 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) colluvions Armines Étude des sols «intacts» Impact de la structure du sol > importance du prélèvement intacte Généralement surestimation des déformations (sols remaniés) Intact retrait Intact gonflé remanié retrait remanié gonflé 13

14 CEC meq/100 g Corrélations V b -CEC Armines(Laribi, 2007), HYDRASA Poitiers >> la corrélation entre V b et CEC est relativement bonne Mélange sondage < 80 µm HYDRASA Poitiers < 400 µm HYDRASA Poitiers CEC meq/100 g CEC meq/100 g Argiles quasi pures multiformation Vb g/100g LCPC Vb g/100g BRGM et al. 14

15 Les classifications de sols Classifications disponibles SENSIBILITÉ : fort / moyen / faible... Classification la plus adaptée dans le cas des fondations de maison individuelle? SENSIBILITÉ? =? MESURES ε g ou ε r ε g données disponibles ε r peu de données Attention : Pr% ou Pg% = f(w initiale) Pertinence des classifications Mise en relation ε g et ε r 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. Taux de retrait? Le retrait est responsable des pathologies en période de sécheresse! 15

16 Les classifications de sols Exemple SENSIBILITÉ moyen / fort > protocole d essais, opérateur ESSAI : moyen/élevé (w adaptée) 16

17 Les classifications de sols Seed et al (a) Dakshanamurthy et Raman (1973) I P w L Chassagneux et al. (1996) V bs Recommandation classification basée sur V b première idée de la sensibilité du sol au retrait-gonflement (même lorsqu il s agit de marnes carbonatées) 17

18 Les classifications de sols Classification pour le gonflement Classification pour le retrait? Retrait et gonflement : phénomènes non symétriques (W nat et densité initiale e o ) Densité LCPC/CETE Med. < 2µm % Classifications basées sur les particules des sols remaniés cependant... HYDRASA Poitiers Indice des vides À poursuivre et étendre. 18

19 Conclusions : démarche en 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 lithologique 1 analyse de l horizon argileux variation lithologique des analyses de chaque horizon argileux 19

20 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 Classification classification «V b» (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 I P et V b - CEC et V b = bonne corrélation utilisation V b ou CEC (secteur agronomique) dans les classifications SENSIBILITE avérée Type d essais de laboratoire : «essais courants» «essais de recherche» Ident. géotech. (V b, C 2µm, Wnat + limites d Atterberg) + minéralogie (si possible) Gonflement et surtout retrait sur échantillons intacts essais courant de compressibilité à gonflement initial bloqué σ g essai de retrait vol. libre sous air (avec succion? sous chargement?) ε r et w s essai de gonflement libre ε g essai long et cher (type recherche) d humidification/séchage sous chargement mécanique contrôlé 20

21 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 retraitgonflement ; 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 (Hydrasa Poitiers). 21

22 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) 22

23 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). 23

24 FIN 24