4.3.1. Influence de l’air occlus sur le comportement mécanique
4.3.1.1. Influence sur le comportement volumique
Dans la littérature, on peut trouver quelques travaux sur ce sujet. Fleureau et al. (2003) ont fait une série d’essais expérimentaux de charge-décharge œdométrique et isotrope, des essais de drainage-humidification à contrainte nulle en utilisant la méthode de surpression d’air. Ils ont observé que dans le domaine non saturé (quand la pression d’eau devient supérieure à une valeur seuil) quand la pression augmente, l’indice des vides varie très peu. A l’inverse, dans le domaine quasi-saturé, l’indice des vides dépend fortement de la variation de la pression (cf. Figure 4-18). En effet, une variation de pression de liquide engendre une variation importante de l’indice des vides. La dernière observation est très proche de celle qu’on peut obtenir avec des sols saturés.
4.3.1.2. Influence sur ligne CSL
Cruz et al (1985) ont fait des études sur le comportement des sols quasi-saturés de type Lateritic et Saprolitic. Ils ont montré que le comportement de ces sols est identique à celui dans le domaine saturé.
Shahu et al (1999) ont effectué des essais sur les sols quasi-saturés : le limon Gangetic et l’argile Canyon Dam comportant de l’air occlus. Ils ont montré que le comportement des sols quasi–saturés est très proche de celui du comportement saturé. La Figure 4-19 représente le dernier point du chemin de contrainte des essais drainé sur le limon Gangetic et l’argile Canyon dam. 𝑞𝑓, 𝑝𝑓 sont des contraintes déviatorique et moyenne effective à l’état critique. 𝑝𝑒′ est la contrainte de préconsolidation. Le nuage de points se trouve autour et très proche de l’état critique des sols saturés.
Alshihabi et al. (2001) ont effectué des essais triaxiaux sur des sols quasi-saturés et ils ont observé que la résistance d'un sol quasi-saturé se rapproche de celle d'un sol saturé pour les confinements élevés. Pour les faibles confinements, le sol quasi-saturé présente une résistance sensiblement plus élevée que celle du sol saturé (cf. Figure 4-20).
En se basant sur l’étude bibliographique, nous pouvons utiliser les paramètres 𝝀𝒔𝒂𝒕, 𝑴 des sols saturés lors de la simulation du comportement des sols quasi-saturés.
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Figure 4-18 : Comportement d’une pâte d’argile plastique FoCa lors du premier cycle de drainage-humidification (Fleureau et al, 2003)
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Figure 4-20 : Illustration de la résistance d’un sol compacté quasi-saturé (Alshihabi et al, 2001)
4.3.2. Influence de l’air occlus sur le comportement hydraulique
4.3.2.1. La courbe de rétention d’eau quand l’air occlus est présent?
Aux degrés de saturations élevées, lors d’un remouillage, la phase gazeuse est discontinue et l’air devient occlus au sein de l’espace poreux. Compte tenu du fait que la mesure de la pression d’air dans ce domaine est extrêmement difficile, la pression capillaire ainsi que la relation entre la pression capillaire et le degré de saturation ne sont pas bien déterminées dans ce domaine.
Selon Barden (1965), lorsque l'air est en état occlus sous forme de bulles, la différence entre la pression d’eau et la pression d’air est négligeable. Schuurman (1966) suppose une relation pour déterminer cette différence dans le cas d’un essai non drainé.
En considérant que l’indice des vides ne change pas, Bicalho (1999) a pu obtenir une relation entre la différence de pression gaz-liquide et la saturation du liquide comme suit:
𝑠 = 𝑝𝐺− 𝑝𝐿= (𝑝𝐺0− 𝑝𝐿0 ) (1 − 𝑆𝐿0 1 − 𝑆𝐿) 1 3 𝑞𝑢𝑎𝑛𝑑 𝑆𝐿 > 𝑆𝑚 (4-10) Où :
𝑝𝐺0 pression initiale de gaz 𝑝𝐿0 pression initiale du liquide 𝑆𝐿0 degré de saturation initial
𝑆𝑚 degré de saturation quand l’air devient l’air occlus
D’autres auteurs comme Boutonnier (2007) ont proposé que la différence entre la pression d’air et d’eau est constante. Ce dernier a pu définir une relation entre la pression d’eau et le degré de saturation. Cependant, la construction de cette approche est basée sur deux hypothèses principales: (i) la relation linéaire entre le degré de saturation et la pression du liquide et une proportion constante entre la masse de liquide et la masse de gaz. Ces hypothèses permettent la simplification du problème mais elles ne sont pas cohérence avec l’équilibre physico-chimique ainsi que la cinématique des phases fluides.
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En conclusion, la courbe de rétention, la différence entre la pression d’air et la pression d’eau dans ce domaine sont encore à discuter. Nous allons rediscuter ce problème dans la partie suivante de ce rapport.
4.3.2.2. Perméabilité quand l’air occlus est présent?
Aux degrés de saturation élevés, la courbe de rétention d’eau n’est pas bien définie. Nous pouvons donc nous demander si les formules de perméabilité relative utilisées pour les sols non saturés sont toujours applicables.
Afin de répondre à cette question, certains auteurs (voir Faybishenko (1995), Bicalho (1999), Sakaguchi (2004)) ont fait des essais en utilisant la méthode « vacuum chambre ». Le but est de déterminer la dépendance de la perméabilité du sol à la quantité de l’air occlus sur un limon et deux sables japonais respectivement. A partir de résultats expérimentaux, qui montrent globalement une augmentation de la perméabilité à l’eau avec la diminution d’air occlus, ils ont proposé des formules empiriques (cf. Figure 4-21 et Figure 4-22).
Figure 4-21 : Comparaison entre les résultats expérimentaux et les résultats analytiques (Faybishenko, 1995): (1) les résultats expérimentaux (2) (3) les résultats calculés utilisant les formules empiriques
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4.4. Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons présenté les comportements hydromécaniques des sols non saturés et des sols quasi-saturés. Les influences de la succion sur le comportement des sols sont étudiées. Puis nous avons abordé les influences de l’air occlus sur le comportement hydromécanique des sols quasi-saturés. L’étude bibliographique présentée dans ce chapitre nous permet de mieux comprendre les effets de la non-saturation sur le comportement des sols quasi-saturés et de mieux choisir des hypothèses lors du développement du nouveau modèle.
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