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Article

1 - OUVRAGES EN SOL COMPACTÉ

2 - STABILITÉ DES PENTES

3 - EFFET DE LA SÉCHERESSE SUR LES CONSTRUCTIONS

4 - ÉTUDES DE CAS

5 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : C303 v1

Conclusion
Sols non saturés - Applications au calcul des ouvrages

Auteur(s) : Yu-Jun CUI, Pierre DELAGE

Relu et validé le 20 juil. 2020

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Auteur(s)

  • Yu-Jun CUI : Directeur de recherche au Centre d’enseignement et de recherche en mécanique des sols (CERMES)

  • Pierre DELAGE : Professeur à l’École nationale des ponts et chaussées (ENPC) - Directeur de recherche au Centre d’enseignement et de recherche en mécanique des sols (CERMES)

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INTRODUCTION

La mécanique des sols non saturés (cf. articles L’eau dans les sols non saturés « L’eau dans les sols non saturés » et Comportement mécanique des sols non saturés « Comportement mécanique des sols non saturés ») trouve son champ d’application dans beaucoup d’ouvrages géotechniques. À côté des ouvrages en terre construits en sol compacté (remblais routiers, barrages en remblai, digues), on sait que la stabilité des talus est souvent conditionnée par l’état de non-saturation du massif. Les fondations superficielles peuvent être affectées, comme le montre le cas extrême des dégâts causés aux bâtiments par les effets de la sécheresse. Les excavations en zone urbaine et les ouvrages de soutènements peuvent aussi être concernés. Enfin, la géotechnique environnementale a recours à l’utilisation de matériaux compactés pour l’isolation des déchets de tous ordres. L’interface entre la terre et l’atmosphère est le plus souvent constituée d’une couche de sol non saturé souvent soumise, dans les zones d’activité, aux infiltrations de polluants qui posent des problèmes lors de la reconversion des friches industrielles.

Par rapport aux sols saturés, les sols non saturés ont des propriétés de déformabilité et de rupture changeantes avec la teneur en eau. Il en résulte des couplages complexes entre les mouvements d’eau, la redistribution des contraintes internes et la réponse des massifs en termes de déformations. À état de contrainte constant, il peut y avoir des réponses différées dans le temps qui peuvent parfois paraître inattendues. Ces aspects sont décrits dans la première partie de cet article, consacrée aux ouvrages en sol compacté. La seconde partie concerne les effets de la non‐saturation sur la stabilité des pentes et la troisième replace le problème des effets de la sécheresse sur les constructions dans le cadre des échanges sol-atmosphère. L’article se termine avec la description de deux études de cas concernant l’affaissement d’une culée de pont et l’effondrabilité des lœss de Picardie.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-c303


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5. Conclusion

Diverses applications de la mécanique des sols non saturés à des ouvrages courants de géotechnique ont été présentées et les conséquences de la sensibilité de ces sols aux changements de teneur en eau ont été illustrées. Le comportement des ouvrages en terre a ainsi pu être décrit sous un nouvel angle permettant d’intégrer l’effet des couplages hydromécaniques typiques de ces matériaux. L’étude de la stabilité des pentes et des effets dus à la sécheresse a également été décrite dans ce contexte.

La particularité des massifs non saturés est qu’ils peuvent évoluer au cours du temps à état de contrainte constante du fait des changements mécaniques engendrés par des transferts d’eau qui peuvent être de vitesse variable selon la perméabilité (et donc la plasticité) du sol considéré. L’eau peut provenir d’infiltrations (précipitations, fuites accidentelles) ou de transferts capillaires. Les mouvements d’eau sont gouvernés par une loi de Darcy généralisée et ils peuvent être raisonnablement calculés dans l’hypothèse de milieu indéformable par les codes de calcul existants.

En termes de résistance limite, le remouillage se traduit toujours par un affaiblissement du matériau, qui peut entraîner des ruptures d’ouvrage comme, par exemple, celle du barrage de Mirgenbach. Les effets de l’infiltration sont essentiels dans l’étude de la stabilité des pentes qui sont souvent non saturées à proximité de la surface. Cette étude peut se faire de façon couplée ou non couplée. Cette dernière approche, plus simple et basée sur l’extension des méthodes classiques, est valable dans le cas d’une faible susceptibilité volumique aux changements de teneur en eau (sols peu plastiques suffisamment denses).

Les variations volumiques induites par un remouillage peuvent être de deux natures :

  • soit une diminution de volume de type effondrement, pour les sols lâches peu plastiques ;

  • soit un gonflement pour les sols plus denses et plus plastiques.

Le premier cas a été illustré par l’exemple de l’affaissement d’une culée de pont posée sur un massif compacté trop lâche et trop sec et par la description de la susceptibilité à l’effondrement du lœss de Picardie où le phénomène est amplifié par une cimentation calcaire typique...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ABELEV (Y.M.), ABELEV (M.Y) -   Bases de l’élaboration des projets et de la construction sur les sols loessiques affaissables.  -  Traduit par J.P. Magnan, Techniques et documentation, Paris, 787 p. (1979).

  • (2) - ABSHIRE (M.S.), DURKEE (D.B.), NELSON (J.D.) -   Case history : A field investigation of moisture migration and heave of simulated slabs-on-grade.  -  Proceedings of the Second International Conference on Unsaturated soils Unsat’98, p. 303-308, Beijing (1998).

  • (3) - AFNOR -   Géotechnique, tome 1 : Essais en laboratoire : NF P 94-093, 1997 Essai Proctor normal - Essai Proctor modifié.  -  Recueil de normes, AFNOR, Paris, 522 p. (1999a).

  • (4) - AFNOR -   Géotechnique, tome 2 : Essais sur site.  -  Recueil de normes, AFNOR, Paris, 522 p. (1999b).

  • (5) - AFNOR -   Géotechnique, tome 3 : Justification des ouvrages. Exécution des travaux.  -  Recueil de normes, AFNOR, Paris, 494 p. (1999c).

  • ...

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