Présentation
EnglishAuteur(s)
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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)
-
Yu-Jun CUI : Directeur de recherche au Centre d’enseignement et de recherche en mécanique des sols (CERMES)
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’eau joue un rôle majeur dans le comportement des sols non saturés. Sa cohabitation avec l’air dans les pores prend des formes variées, selon que l’eau domine et l’air ne peut se déplacer librement, ou au contraire que l’air occupe l’essentiel des pores et l’eau est bloquée aux contacts des particules, ou encore que l’eau et l’air peuvent se déplacer tous les deux. Outre les phénomènes de capillarité, qui se développent aux contacts des deux fluides, l’eau peut interagir avec les minéraux des particules du sol : ces interactions physico-chimiques sont particulièrement importantes dans les argiles. Enfin, la concentration des sels dissous dans l’eau est à l’origine de phénomènes osmotiques, qui influencent la migration des molécules d’eau dans les pores du sol.
Cet article décrit les différents états de l’eau dans les sols non saturés, les phénomènes physiques qui déterminent l’interaction de l’eau et des minéraux et les lois de déplacement de l’eau dans les sols non saturés. Il présente, en particulier, les techniques expérimentales permettant de mesurer ou imposer la succion, et de caractériser les capacités de rétention et de transfert de l’eau dans ces sols.
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Mécanique des sols et géotechnique
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1. Succion dans les sols
1.1 Capillarité
Les phénomènes de capillarité se produisent à l’interface entre deux fluides, car les molécules y sont soumises à un ensemble de forces d’interactions non équilibrées, à la différence d’une molécule située au sein du fluide. Une molécule d’eau au sein d’une masse d’eau est soumise à des actions de même nature (figure 1 b ), alors que celle à l’interface entre deux fluides, eau-air par exemple, est soumise à des actions différentes : actions dues à l’eau et actions dues à l’air (figure 1 a ). Les molécules d’eau à l’interface eau-air sont donc attirées vers la masse d’eau et la surface de l’eau est soumise à une force perpendiculaire à la surface libre. C’est cette attraction qui engendre une tension de surface σs à l’interface, représentée sur la figure 1 dans le cas d’une interface plane.
La capillarité est souvent illustrée par le schéma de la figure 2, décrivant la remontée capillaire h de l'eau dans un tube de rayon r petit plongé dans un récipient contenant de l’eau. La relation entre le rayon de courbure du ménisque sphérique eau-air dans le tube et la différence de pression entre l'air et l'eau est donnée par la loi de Laplace, qui se simplifie dans l'hypothèse de pores cylindriques et prend l'expression de la loi de Jurin :
avec :
- ua et uw :
- respectivement les pressions d’air et d’eau
- σs :
- la tension de surface eau-air
- θ :
- l’angle de raccordement entre le ménisque et le solide.
On a pour l’eau :...
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