Essais réalisés

L'ensemble des travaux présentés dans ce document porte sur les résultats d'essais œdométriques et d'essais de perméabilité à charge variable entre les paliers de chargement de l’essai œdométrique. Les essais suivent les normes américaines de l’ASTM. Certains protocoles ont été modifiés pour étudier l’influence de la variabilité de certains paramètres du test (LIR et durée des essais).

3.2.1 Les essais œdométriques

Le laboratoire d’hydrogéologie de Polytechnique est équipé de cellules œdométriques ouvertes, qui ne permettent pas le suivi des dissipations de pression à la base de l’échantillon durant la consolidation, de marque Controls (modèle T302).

Les figures 3-4, 3-5 et 3-6 présentent respectivement les installations en laboratoire et une schématisation du système œdométrique utilisé. Les échantillons sont placés avec précision dans un anneau de dimension moyenne de 63,5 mm de diamètre pour une épaisseur de 20 mm. Les

2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 80 100 120 140 160

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contraintes sont imposées à l’échantillon par le biais d’un bras de levier (multiplication de la force par 11), au bout duquel peuvent s’accumuler les charges.

Dans le cas des argiles, les étapes de chargements ont été incrémentées de 3,4 à 1642 kPa, puis un déchargement jusqu’à 8,6 kPa avec une LIR variant de 0,5 à 1. Les chargements ont été maintenus 24h en moyenne. Pour les faibles chargements (< 30 kPa), où les déformations sont rapides et minimes, les durées de l’essai ont été écourtées à la stabilisation du capteur de déplacement.

Les mélanges sable-bentonite présentant des propriétés mécaniques différentes n’ont pas été soumis au même protocole. Plusieurs essais faisant varier la teneur en eau du mélange, la valeur de la première contrainte appliquée et la LIR, ont permis de tester le comportement des mélanges. Lors des premiers essais de consolidation, les paliers de chargements ont débuté à 17 kPa (σv1) jusqu’à 136 kPa avec une LIR de 1. Ce qui signifie des paliers successifs de 17, 34, 68 et 136 kPa. Puis, après s’être rendu compte que les frottements entre le piston et le reste de l’appareil limitait les déformations dans le cas des faibles déplacements, la démarche expérimentale a été ajustée. Seulement deux appareils présentant de faibles frottements ont été utilisés pour la suite des essais. Les déformations étant plus importantes, les essais ont été stoppés à un chargement de 34 kPa, lorsque le bras de levier butait contre son support et ne transmettait plus de contrainte à l’échantillon. C’est-à-dire que le nouveau protocole d'essai comporte les paliers de chargements suivants : 3,4, 8,5, 17 et 34 kPa. Les paliers ont été maintenus jusqu’à l’apparition du tassement secondaire (maximum 2 jours). Une autre série d'échantillons a été soumise à une variante de l'essai oedométrique classique. Le tassement est stoppé lorsque 50% de la consolidation a été atteinte. Le but de cette démarche est d'évaluer l'influence des surpressions interstitielles sur les résultats des essais de perméabilité.

L’acquisition des données de l’essai est assurée par un capteur de déplacement LVDT (Linear Variable Differential Transformer) de marque Solartron (modèle VS/10/GB) programmé à partir d’une interface du logiciel Labview. Les paramètres du capteur de déplacement sont commandés pour relever la moyenne de 50 enregistrements en 0,5 s. La précision de ce système a été estimée à 1 μm (Duhaime, 2012). Des corrections liées aux déformations de l’appareil, des pierres poreuses et des papiers filtres ont été mesurées lors de la consolidation d’un disque en acier.

Figure 3-4 : Photographie des montages œdométriques et du système d'acquisition de données

Figure 3-6 : Schématisation du montage expérimental (d'après Duhaime, 2012)

Sur l’ensemble du projet de caractérisation de l’argile de Lachenaie, 72 essais œdométriques ont été réalisés, soit plus de 900 paliers de chargement. Et 15 essais de consolidation sur des mélanges sables-bentonite sont venus complémenter l’étude.

3.2.2 Les essais de perméabilité à charge variable

Les cellules œdométriques sont également dotées d’une burette, connectée à la face inférieure de l’échantillon qui permet de suivre l’évolution de la charge lors des essais de perméabilité. Une valve à trois voies (figure 3-6) permet d’imposer une charge constante identique à celle du bol lors de la consolidation ou une charge plus élevée conduisant à un gradient hydraulique moyen de 35 (différence de charge de 70 cm entre les deux extrémités d’un spécimen de 2 cm d’épaisseur) lors des essais de perméabilité. Avant la réalisation des essais de

perméabilité, l’action du bras de levier a été bloquée à l’aide d’un support afin de stopper le tassement. Pour les argiles, les essais de perméabilité ont été menés entre les paliers de chargement, lorsque la contrainte appliquée dépassait les 30 kPa, sur des durées variant de 24h à 50h. Des essais de perméabilité ont été exécutés de manière systématique entre les paliers de chargement des mélanges. La durée des essais est variable et a été choisie de sorte que plus de 50% de la charge initiale soit dissipée. Dans les deux cas, l’ensemble des tests pour un échantillon dure en moyenne 1 mois.

Le niveau d’eau dans la burette est d’abord mesuré par un capteur de pression puis converti dans l’interface de Labview (précision de 1 mm sur la charge). Lors des essais de perméabilité sur les mélanges sable-bentonite, l’interface Labview a été modifiée afin d’enregistrer les déformations possibles de l’échantillon suite à l’application d’un fort gradient hydraulique. En effet, l’action du support est de bloquer le tassement qui se poursuit dans le temps, mais n’empêche aucunement les déformations de l’échantillon liées à d’autres phénomènes.

Finalement, 365 essais de perméabilité à charge variable ont été effectués sur les argiles et 54 essais sur les mélanges sable-bentonite.