.
)
(
)
(
)
(
1
2
1
2 (II.12)
où :
Vol(ti) : volume d’eau traversant l’éprouvette dans un temps ti [m3];
L: hauteur de l’éprouvette [m];
A: section transversale de l’éprouvette traversée par l’écoulement [m2];
Δh : différence de la charge hydraulique entre l’entrée et la sortie de l’éprouvette [m].
II.5 Caractérisation du comportement hydromécanique et de l’érosion interne sous
sollicitations hydriques
L’étude de la durabilité du traitement consiste à déterminer l’évolution de caractéristiques du
sol traité dans le temps. Notamment, lorsque le sol traité est soumis à des sollicitations
hydriques de séchage-humidification. Cette étude passe tout d’abord par la simulation au
laboratoire de ces conditions hydriques. Cette simulation se fait, d’une part, sur des durées bien
plus courtes comparées aux durées de vies des ouvrages et, d’autre part, en imposant des
conditions qui se rapprochent le plus possible des conditions auxquelles ces ouvrages sont
soumis.
II.5.1 Méthodes existantes de simulation des conditions hydriques au laboratoire
Une liste non exhaustive qui résume les principales méthodes d’imposition des cycles hydriques
de séchage-humidification sur des sols traités chaux/ciment est donnée dans le Tableau II.6.
La méthode proposée par la norme ASTM-D559 a constitué la référence dans de nombreuses
études de durabilité des effets des traitements. De nombreux auteurs ont adapté la procédure de
la norme selon les spécificités de leurs dispositifs, des sols étudiés ou des caractéristiques
mesurées (e.g., Hoyos et al., 2005 ; Akcanca & Aytekin, 2014 ; Stoltz et al., 2014 ; Aldaood et
al., 2014). Ces protocoles sont rapides à réaliser mais les conditions hydriques restent toutefois
peu représentatives des sollicitations qui peuvent être rencontrées in situ sur les ouvrages
géotechniques. Les conditions hydriques peuvent donc être qualifiées « d’extrêmes »
comparées aux conditions réelles in situ.
Pour appliquer les cycles de séchages-humidification, d’autres auteurs ont utilisé des cycles
hydriques moins « agressifs » et qui se rapprochent des conditions pouvant être rencontrées
in situ (e.g., Rao et al., 2001a ; Guney et al., 2007 ; Tang et al., 2011 ; Estabragh et al., 2013 ;
Stoltz et al., 2014). L’objectif de ces méthodes est de tester le comportement des sols pour des
variations de teneur en eau sur des intervalles spécifiques et non « extrêmes ».
Il existe ainsi différents protocoles d’application de cycles de séchage-humidification et ce
selon l’intensité et la durée d’application de chaque cycle hydrique. Le comportement du sol
traité vis-à-vis de ces cycles, c'est-à-dire l’évolution de ces paramètres, va dépendre de la
méthode de sollicitation utilisée. Le choix approprié de la méthode de sollicitation constitue
donc le premier pas vers la qualification/quantification de la durabilité des sols traités. Il est
donc important de prendre en considération à la fois deux approches de sollicitations hydriques.
Une première méthode inspirée de la norme ASTM-D559 qui permet de solliciter le sol dans
les conditions les plus défavorables. Une seconde méthode plus modérée qui permet
d’appréhender le comportement de sol dans des conditions de sollicitation hydrique plus proche
de la réalité.
Tableau II.6 : Méthodes d'imposition des cycles hydriques sur des sols traités (liste non exhaustive).
Étude Méthode d’humidification Méthode de séchage
(ASTM-D559, 1996)
Éprouvette libre.
Immersion dans l’eau à (21±1,5°C).
Durée : 5 h.
Éprouvette libre.
Passage à l’étuve (71°C).
Durée : 42 h.
(Rao et al., 2001)
Éprouvette placée dans une bague de
consolidation.
Absorption d’eau à partir d’un lit de
matériau sableux humide.
Durée : 48 h.
Éprouvette placée dans une bague de
consolidation.
Séchage par ventilation d’air chaud
(40°C).
Durée : 48 h.
(Hoyos et al., 2005)
Dispositif spécifique qui permet le
retrait-gonflement.
Immersion dans l’eau à (22°C).
Durée : 12 h
Dispositif spécifique qui permet le
retrait-gonflement.
Passage à l’étuve (71°C).
Durée : 12 h.
(Guney et al., 2007)
Éprouvette dans une cellule de
consolidation permettant le
retrait-gonflement
Ajout d’eau jusqu’à la stabilisation du
gonflement.
Durée : 60 h.
Éprouvette libre.
Séchage à l’air libre (24 °C)
Durée : temps requis pour le retour à la
teneur en eau initiale
(Khattab et al., 2007)
Éprouvette placée dans une cellule
œdométrique. Gonflement possible.
imbibition d'eau à la base de la cellule.
Durée : saturation de l’éprouvette.
Éprouvette placée dans un dessiccateur.
Imposition de l’humidité relative par
solution saline (20 °C).
Puis passage à l’étuve (60 °C).
Durée : 48 h par palier.
(Kalkan, 2011)
Éprouvette placée dans une cellule
œdométrique. Gonflement possible.
Immersion dans l’eau à température
ambiante. Durée : 24 h.
Éprouvette placée dans une cellule
œdométrique.
Séchage à l’air libre (22 °C).
Durée : 120°h
(Tang et al., 2011)
Éprouvette libre.
Pulvérisation d’eau sur l’éprouvette, puis
éprouvette entourer de film en plastique
pour homogénéisation de la teneur en
eau.
Durée : temps requis pour atteindre la
teneur en eau souhaitée, 24 h minimum.
Éprouvette libre.
Séchage à l’air libre, puis éprouvette
entourer de film en plastique pour
homogénéisation de la teneur en eau.
Durée : retour à la teneur en eau initiale.
(Estabragh et al.,
2013)
Éprouvette placée dans une cellule
œdométrique modifiée avec un système
d’application de température.
Imbibition d’eau avec gonflement à
charge constante.
Durée : stabilisation du gonflement,
168 h (7 jours).
Éprouvette placée dans une cellule
œdométrique modifiée avec un système
d’application de température.
séchage par augmentation de la
température de la cellule (45 °C).
le drainage étant possible d'eau
Durée : stabilisation du retrait.
(Akcanca &
Aytekin, 2014)
Éprouvette placée dans un perméamètre à
paroi rigide.
Imbibition d’eau jusqu’à saturation.
Durée : 5 semaines.
Éprouvette placée dans un perméamètre à
paroi rigide.
Passage à l’étuve (35±5 °C).
(Aldaood et al.,
2014b)
Éprouvette libre.
Immersion dans l’eau (20 °C).
Durée : 48 h.
Éprouvette libre.
Passage à l’étuve (60 °C).
Durée : 48 h.
(Stoltz et al., 2014)
Éprouvette placée dans une cellule
œdométrique.
Immersion dans l’eau (20 °C).
Durée : 168 h (7 jours).
Éprouvette placée dans une cellule
œdométrique.
Passage à l’étuve (60 °C).
Durée : 72 h.
(Stoltz et al., 2014)
Éprouvette placée dans une cellule
œdométrique à succion contrôlée par
solution osmotique.
Imposition d’une succion de 0 MPa.
Durée : 168 h (7 jours).
Éprouvette placée dans une cellule
œdométrique à succion contrôlée par
solution osmotique.
Imposition d’une succion de 8 MPa.
Durée : 168 h (7 jours).
II.5.2 Protocoles d’imposition des cycles hydriques
Deux méthodes d’imposition de cycles de séchage-humidification ont été utilisées pour simuler
les sollicitations hydriques au laboratoire. Les deux méthodes diffèrent selon l’intensité des
conditions hydriques appliquées et de la durée d’application de ces conditions. Les différentes
caractéristiques du sol (k, Rc, ker et c) ont été mesurées avec l’accumulation des cycles
hydriques (1, 3, 6 et 12 cycles). Dans le cas des traitements à la chaux et au ciment, les
éprouvettes ont subi initialement un temps de cure de 90 jours. Par ailleurs, des éprouvettes ont
été conservées à long terme (180 et 360 jours) à teneur en eau constante, et ce afin d’obtenir
des références d’évolution de comportement en absence de sollicitations hydriques.
II.5.2.1 Méthode par humidité relative-contact d’eau (Méthode-Hr)
Cette première méthode d’imposition de sollicitations hydriques se base sur des cycles
hydriques pouvant être qualifiés de longs par rapport à la méthode ASTM-D559, et
d’amplitudes plus modérées que celles exercées par la méthode ASTM-D559. La notation
méthode-Hr est utilisée pour faire référence à cette méthode. Un cycle hydrique consiste à
appliquer une phase de séchage puis une phase d’humidification, les conditions des deux phases
sont détaillées ci-dessous.
La phase de séchage avec cette méthode a été réalisée par imposition de l’humidité relative.
Cette technique dérive des méthodes proposées par Khattab et al., (2007) ainsi que Stoltz et al.,
(2014) et qui ont appliqué ces méthodes sur des éprouvettes traitées à la chaux. Après
compactage, et éventuellement une période de cure, les éprouvettes du sol ont été placées dans
une enceinte climatique (SECASI technologies SH-600 ©) qui permet d’imposer des succions
par contrôle de l’humidité relative environnante (Figure II.20). La relation entre l’humidité
)
ln(h
gM
RT
u
u
s
a
w (II.13)
Avec: s = succion ; ua: pression d’air ; uw: pression d’eau ; h : humidité relative. À 20°C le
rapport RT/gM = 137,837 MPa.
La phase de séchage a été réalisée à une température de 20°C et une humidité relative de 54 %,
ce qui permet d’atteindre une teneur en eau de l’ordre de 3 % pour le limon sans traitement. La
durée de cette phase est de 15 jours pour les éprouvettes de taille 35 × 70 mm et de 21 jours
pour les éprouvettes 70 × 150 mm destinées aux essais HET.
L’humidification a été effectuée par remontée d’eau par capillarité, cette humidification peut
être qualifiée de « modérée » comparativement à l’immersion complète. À la fin de la phase de
séchage, l’éprouvette est placée sur un papier filtre disposé sur une pierre poreuse. La pierre
poreuse repose sur un film d’eau. L’ensemble est placé dans un caisson isolé et entreposé dans
un local à 20°C (Figure II.20). Ainsi l’eau remonte au niveau de l’éprouvette du sol par
capillarité. Les éprouvettes sont retournées périodiquement pour assurer une bonne réparation
d’eau sur l’ensemble de l’éprouvette. La durée de cette période est de 7 à 21 jours.
Figure II.20 : Illustration des dispositifs expérimentaux utilisés pour l'application des cycles hydriques par la
méthode d'humidité relative-contact d’eau.
II.5.2.2 Méthode par étuvage-immersion (Méthode-Ag)
La méthode de séchage dérive de la norme ASTM-D559. Après le compactage, et
éventuellement une période de cure, les éprouvettes du sol ont été placées dans une étuve à
60°C (Figure II.21). La durée de la phase de séchage est de 48 h.
À la fin de la phase de séchage, l’éprouvette de sol est immergée dans un bac d’eau à
température de 20°C. La durée de la phase de d’humidification est de 48 h.
Avec cette seconde méthode, les sollicitations hydriques peuvent être qualifiées
« d’agressives », avec des cycles hydriques « rapides » et d’amplitudes « extrêmes », et peu
représentatives des conditions réelles. La notation méthode-Ag est utilisée pour faire référence
Joint d’étanchéité
Éprouvette de sol
Dispositif de séchage
Pierre poreuse
σiveau d’eau
Papier filtre
Dispositif d’humidification
Température 20°C
Humidité relative 54 %
Température 20°C
Humidité relative NC
à cette méthode. De même que la méthode précédente, un cycle hydrique consiste à appliquer
une phase de séchage suivie d’une phase d’humidification, les conditions des deux phases sont
détaillées ci-dessous.
Figure II.21 : Illustration des dispositifs expérimentaux utilisés pour l'application des cycles hydriques par la
méthode étuve-immersion.
II.5.3 Synthèse de l’étude du comportement sous sollicitations hydriques
L’impact des sollicitations hydriques et thermiques a été évalué en prenant pour référence les
performances du matériau après une période de cure à teneur en eau et à température constantes.
Cette comparaison doit cependant prendre en compte le temps nécessaire pour accomplir les
différents cycles hydriques. En effet, un cycle hydrique selon la méthode-Ag s’étend sur une
période de 4 jours alors qu’un cycle hydrique selon la méthode-Hr dure entre 3 à 6 semaines
(Figure II.22).
Figure II.22 : Illustration de la durée et de l'intensité des cycles selon la méthode de sollicitation imposée.
Exemple d’une éprouvette 35 × 70 mm de limon traité à 6 % de ciment.
Joint d’étanchéité
Éprouvette de sol
Dispositif de séchage
Pierre poreuse
σiveau d’eau
Papier filtre
Dispositif d’humidification
Température 20°C
Humidité relative NC
Température 60°C
Humidité relative NC
6 cycles
12 cycles
6 cycles
12 cycles
Évolution en
absence de
sollicitations
hydriques
Pour les deux méthodes utilisées les éprouvettes de sol ont été testées à la fin du cycle
d’humidification. Des dispositions techniques ont été considérées pour se rapprocher
d’avantage de la teneur en eau initial (wOPN+2,5 %).
Dans le document
Comportement hydromécanique et érosion des sols fins traités
(Page 115-121)