Sensibilité des sols fins compactés à l'humidification : Apport d'un modèle de microstructure
| Autor: | FERBER, V |
|---|---|
| Jazyk: | francouzština |
| Rok vydání: | 2005 |
| Zdroj: | Thèse de doctorat de l'Ecole Centrale de Nantes et de l'Université de Nantes, Spécialité Génie Civil, 30 septembre 2005 285p |
| Popis: | Les déformations des sols fins dues aux variations d'état hydriques causent de nombreux dommages aux structures et ouvrages du génie civil. On peut encore déplorer un manque de compréhension des mécanismes associés à ce phénomène et un déficit méthodologique permettant leur prévision. Initiée dans le cadre des recherches visant à optimiser l'emploi des sols fins dans les remblais routiers et ferroviaires, l'étude présentée a pour objectif d'évaluer l'influence de la nature et de l'état initial des sols compactés sur les risques de désordres par humidification. Pour aborder cette question, un modèle de microstructure reposant sur l'organisation de la fraction argileuse en agrégats a été défini. Il permet de distinguer quantitativement le volume des vides inter-agrégats et le volume des vides intra-agrégats. Grâce aux développements technologiques récents en microscopie électronique à balayage et en porosimétrie par intrusion de mercure, des hypothèses fondamentales ont pu être formulées pour déterminer les paramètres du modèle de microstructure uniquement sur la base de paramètres géotechniques conventionnels (teneur en eau, masse volumique sèche, masse volumique des particules). Ce modèle quantitatif de microstructure a été utilisé pour décrire le gonflement libre et les déformations par humidification sous contrainte en étudiant l'influence du volume des vides inter-agrégats après compactage. Cette approche a permis de mettre en évidence une relation linéaire entre l'indice des vides après humidification et l'indice des vides inter-agrégats après compactage. Grâce au modèle de microstructure, l'ordonnée à l'origine et la pente de cette relation linéaire peuvent être interprétées en terme d'évolution du volume des agrégats et du volume inter-agrégats, ce qui a permis de montrer quantitativement que : - les déformations des sols fins compactés par humidification résultent d'une évolution indépendante du volume des agrégats argileux et du volume des vides inter-agrégats, qui peuvent être quantifiées ; - un tassement à l'échelle macroscopique lors de l'humidification sous contrainte peut masquer un gonflement des agrégats argileux ; - la minéralogie de la fraction argileuse joue un rôle notable dans les évolutions de la microstructure mais il apparaît que, dans le gonflement des agrégats, la nature des cations compensateurs a probablement un rôle encore plus important ; - le volume des vides inter-agrégats subit systématiquement, et même sous très faible contrainte, une diminution qui peut conduire à son élimination complète sous forte contrainte ; - les sols très argileux et les sols fins peu argileux présentent un comportement fondamentalement différent lors de l'humidification sous contrainte, qui paraît déterminé par leur proportion de particules argileuses. Outre la contribution à une meilleure description des phénomènes à l'échelle des particules, cette approche permet de proposer une nouvelle méthodologie d'étude et de prévision des déformations des sols fins compactés par humidification. Fine soils déformations due to water content variations lead to many damages on civil engineering structures. The understanding of associated mechanisms needs to be improved and prediction methods have to be developed in order to adapt construction prescriptions. In the framework of a research program aiming at optimizing soils use in road and railways embankments, the present study purpose was to evaluate the influence of soils nature and initial conditions on the risk of disorders due to to wetting. This question was tackled by defining a microstructure model, based on the aggregate-like organization of the clay fraction. This model enables a quantitative distinction between inter-aggregate and intra-aggregate volumes. Thanks to recent technologies development in scanning electron microsopy and mercury intrusion porosimetry, fundamentals hypothesis were suggested in order to determine model parameters on the basis of conventional geotechnical parameters (water content, dry density, particles specific density). This quantitative microstructure model has been used to describe free swell deformations and deformations due to wetting under vertcial stress, by studying the influence of initial inter-aggregate volume. This approach revealed a linear relation between initial interaggregate void ratio and total void ratio after wetting. Thanks to the microstructure model, evolutions of intra-aggregate and interaggregate volumes were deducted from the origin ordinate and the slope of the linear relationship. Thus, it was shown that : - fine soils deformations due to wetting are the result of independent evolutions of intra and inter-aggregate volumes, which can be quantified ; - a macroscopic settlement due to wetting under a vertical stress is mainly a consequence of a inter-aggregate volume reduction in spite of aggregate swelling ; - the clay fraction mineralogy plays has a chief influence on microstructure evolutions but the nature and number of adsorbed cations seems to control aggregate swelling ; - wetting systematically leads to an inter-aggregate volume decrease, even under low stress and a complete inter-aggregate volume loss can be observed under high stress ; - clayey and silty soils show a completely different behaviour when wetted under stress, where the clay proportion seems to be a key parameter. Besides its contribution to a better understanding of phenomena at particles scale, this approach gave the opportunity to suggest, for compacted fine soils, a new methodology for the study and prediction of deformations due to wetting. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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