Influence de la contrainte axiale sur le gonflement radial

Pour ´etudier l’influence de la contrainte axiale sur le gonflement lat´eral, deux types d’essais ont ´

et´e effectu´es :

1. le premier sert `a mesurer le gonflement radial au moyen d’un ruban (Fig. 5.13). Cette technique est applicable uniquement dans le cas o`u la stratification de l’´echantillon est horizontale et ce `

a cause de l’uniformit´e du gonflement suivant toutes les directions horizontales.

2. le deuxi`eme sert `a mesurer le gonflement lat´eral d’un ´echantillon de stratification verticale au moyen de deux capteurs ponctuels situ´es dans le plan horizontale (Fig. 5.14).

Fig. 5.13 – Pr´esentation du gonflement axial et du gonflement radial

Fig. 5.14 – Pr´esentation des d´eformations sui- vant les trois directions

Dans le cas o`u l’´echantillon pr´esente une stratification horizontale, deux essais ont ´et´e effectu´es pour diff´erents chemins de d´echargement de la contrainte axiale :

1. 1, 0.7 et 0.5 MPa (Fig. 5.15) 2. 0.7, 0.4, 0.2 et 0.1 MPa (Fig. 5.16)

Sur les figures suivantes, les d´eformations ´elastiques instantan´ees dues au d´echargement ne sont pas repr´esent´es. On ne s’int´eresse qu’au gonflement.

Fig. 5.15 – a) Gonflement axial et gonflement radial pour un chemin de d´echargement de 1, 0.7 et 0.5 MPa et pour un confinement nul. b) Gonflement final en fonction de la contrainte axiale (argilite de Lorraine)

Fig. 5.16 – a) Gonflement axial et gonflement radial pour un chemin de d´echargement de 0.7, 0.4, 0.2 et 0.1 MPa et pour un confinement nul. b) Gonflement final en fonction de la contrainte axiale (argilite de Lorraine)

Pour ces deux essais, bien que le gonflement axial augmente avec la diminution de la contrainte axiale, le d´echargement de la contrainte axiale n’induit pas de nouveau gonflement radial. Aucune diff´erence notable de gonflement radial n’a ´et´e observ´ee malgr´e les diff´erents chemins de contraintes parcourus par les ´echantillons d’argilite de Lorraine. On peut en d´eduire que le gonflement lat´eral n’est influenc´e ni par la contrainte axiale initialement appliqu´ee ni par le chemin de d´echargement. Cette ´etude a ´et´e compl´et´ee par un essai effectu´e sur un ´echantillon d’argilite de Tournemire, o`u l’on en d´eduit ´egalement que la contrainte axiale n’influe pas sur le gonflement radial. Le gonflement radial garde une valeur constante de 0.35 %.

Fig. 5.17 – Gonflement axial et gonflement radial pour un chemin de d´echargement de 0.72, 0.32 et 0.12 MPa et pour un confinement nul (argilite de tournemire)

Dans le cas o`u l’´echantillon pr´esente une stratification verticale, les essais ont ´et´e effectu´es sur l’argilite de Tournemire, ´etant donn´e que les roches d’argilite de Lorraine en notre possession n’´etaient pas de taille suffisante pour ˆetre accept´ees par le dispositif qui requiert des roches de hauteur de 130 mm et de diam`etre de 65 mm.

Ces essais monopaliers sont r´ealis´es pour deux contraintes axiales de 1 MPa et 5 MPa (Fig. 5.18 et Fig. 5.19).

Fig. 5.18 – D´eformations suivant les trois di- rections de l’argilite de Tournemire pour une contrainte axiale de 1 MPa

Fig. 5.19 – D´eformations suivant les trois di- rections de l’argilite de Tournemire pour une contrainte axiale de 5 MPa

Pour une contrainte axiale de 1 MPa, deux comportements sont observ´es : le gonflement et la rup- ture.

Avant la rupture qui correspond `a t = 1.25 jours, on observe un gonflement suivant les trois direc- tions. Le gonflement radial perpendiculaire `a la stratification est le plus ´elev´e du fait de l’orientation des feuillets argileux. L’application de la contrainte axiale a r´eduit le gonflement axial qui est le plus faible par rapport aux deux autres.

Pour une contrainte de 5 MPa, on constate un fluage suivant la direction axiale et un gonflement suivant les deux autres directions.

Dans ce cas, la rupture est survenue au temps t = 0.11 jours. Le temps de rupture d´epend alors de la contrainte axiale appliqu´ee. Lorsque la contrainte axiale augmente, le mat´eriau a tendance `a se tasser jusqu’`a la rupture du fait de la r´eduction des caract´eristiques m´ecaniques d´ependant des liens ciment´es.

La figure 5.20 pr´esente les d´eformations transversales des deux essais jusqu’au temps de rupture de l’´eprouvette soumise `a une contrainte axiale de 5 MPa.

A partir de cette figure, on constate que le gonflement suivant les deux directions transversales pour une contrainte axiale de 1 MPa est l´eg`erement sup´erieur au gonflement pour une contrainte de 5 MPa. On en d´eduit que le gonflement suivant les deux directions horizontales est quasi ind´e- pendant de la contrainte axiale, ce qui permet de justifier et de compl´eter les r´esultats des essais uniaxiaux effectu´es sur des ´echantillons de stratification horizontale. De surcroˆıt, les coefficients d’anisotropie du gonflement dans le plan horizontal sont presque identiques pour les deux essais et sont de l’ordre de 7.3.

Fig. 5.20 – Comparaison du gonflement transversal avant la rupture

Les figures 5.21 et 5.22 pr´esentent la rupture des deux ´echantillons soumis `a des contraintes de 1 MPa et 5 MPa. Les plans de rupture sont verticaux `a cause de la stratification verticale des ´

echantillons. La rupture de l’´echantillon est totale pour une contrainte de 5 MPa et partielle pour une contrainte de 1 MPa.

Fig. 5.21 – Rupture de l’´eprouvette pour une contrainte axiale de 1 MPa

Fig. 5.22 – Rupture de l’´eprouvette pour une contrainte axiale de 5 MPa

La rupture des ´echantillons fait apparaˆıtre la limite du concept de contrainte effective. Lors de la saturation, la succion d´ecroˆıt vers z´ero. Ainsi, la contrainte effective diminue et, par cons´equent, le gonflement devrait augmenter. Il n’en est rien, puisqu’on a observ´e un effondrement.