Paramètres d’essais spécifiques aux essais sur sable non saturé : contrôle du degré de

Les deux zones de saturation partielle ont des caractéristiques différentes. Par conséquent, les conditions initiales de saturation ne sont pas gérées expérimentalement de la même manière pour ces deux zones.

Courbe de rétention

Les conditions de saturation pour les échantillons de la zone non saturée sont imposées via le dispositif de la colonne d’eau. On applique donc aux échantillons une condition de succion initiale. Afin de relier cette valeur de succion à une valeur de degré de saturation, on a réalisé préalablement au laboratoire la courbe de rétention du sable de Fontainebleau.

La courbe de rétention, qui relie la succion au degré de saturation a été obtenue au laboratoire par la méthode du papier filtre et décrite par plusieurs auteurs tels que entre autres (Bicalho et al. 2007) ; (Delage et Cui 2000) ; (Fredlund et Rahardjo 1993) ; … La méthode du papier filtre consiste à réaliser des échantillons de matériaux à des degrés de saturation connus. Ceci est assuré en reconstituant les échantillons à indice des vides et teneur en eau fixés. Le matériau ainsi préparé est disposé dans des récipients hermétiques, au contact de papier filtres. Ces papiers filtres sont calibrés, c’est-à-dire que leur courbe de rétention a été préalablement établie. En d’autres mots, on peut relier pour ces papiers filtres leur teneur en eau à des valeurs de succion correspondantes. Après une phase d’équilibrage, de l’ordre de quelques jours pour les matériaux granulaires (cette durée est en général plus longue pour les matériaux plus argileux), la teneur en eau du papier filtre est mesurée. L’équilibre est considéré atteint, c’est à dire que la succion régnant au sein du matériau est la même que celle appliquée au papier filtre. La courbe de calibration permet alors de relier la teneur en eau du papier filtre mesurée à une valeur de succion. Cette valeur de succion est celle du matériau non saturé, pour le degré de saturation initialement appliqué au matériau par l’expérimentateur. La courbe de rétention est ainsi construite, point par point, en répétant l’opération pour divers degrés de saturation. Au cours de la manipulation, l’expérimentateur doit veiller à assurer des conditions de densité et de teneur en eau précises, ainsi que des conditions d’étanchéité parfaites des conteneurs.

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Figure 77 : Courbe de rétention du sable de Fontainebleau obtenue au laboratoire par la méthode du papier filtre

Les points représentés par des losanges sont les points expérimentaux. La ligne continue représente la relation donnée par l’équation [25] :

Sr = (^𝑠𝑒

𝑠)𝛼 [25] Cette relation est obtenue d’après les données expérimentales. La valeur du facteur α obtenue est de 0,17 et la succion d’entrée d’air se vaut environ 1,7 kPa.

VII.1.1 Conditions de saturation initiales

Pour la zone totalement saturée, le degré de saturation initial est de 100%. Cette condition est vérifiée pour chaque échantillon par la mesure du coefficient de Skempton B, qui doit être supérieur à 0,96. Dans cette étude, on a préféré atteindre des valeurs de B les plus élevées possible (supérieures à 0,96), afin de se rapprocher au plus de conditions de saturation totale (et non assimilées).

Pour la zone quasi-saturée, le niveau de saturation doit correspondre à un degré de saturation supérieur à 95%, comme établi par les essais de perméabilité à l’air. Les essais de calibration B-Sr ont permis d’établir que cette condition est obtenue pour des valeurs de coefficient de Skempton B supérieures à 0,80. Le temps de circulation d’eau désaérée, pendant le processus de saturation est alors ajusté. Trois mesures du coefficient de Skempton sont réalisées, jusqu’à atteindre la condition 0,80 < B < 0,96. Cette condition vérifiée assure que l’échantillon considéré correspond à des conditions initiales de saturation de la zone quasi-saturée.

10^-1 10⁰ 10¹ 10² 10³ 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Succion s(kPa) De gré d e sa tu ra tio n Sr

Equation Brooks et Corey Experimental

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Le protocole de saturation des échantillons est le suivant :

 Circulation de dioxyde de carbone (CO2) pendant 45 minutes ;

 Circulation gravitaire d’eau désaérée. On laisse le maximum de CO2 s’évacuer de l’échantillon, jusqu’à ce qu’on ne distingue plus de bulles de gaz qui sortent de l’échantillon ;

 Mise sous pression de l’échantillon en augmentant la pression de confinement et la pression interstitielle par paliers, en conservant toujours une contrainte effective de 100 kPa. Le panneau de saturation permet de mettre en charge l’échantillon par le haut et par le bas, afin de favoriser la dissolution du gaz dans l’eau ;

 Mesure du coefficient de Skempton B. On alterne des phases de mise sous pression et de circulation à travers l’échantillon jusqu’à atteindre la valeur de coefficient de Skempton B visée.

Ce protocole est le même pour les échantillons totalement saturés et quasi-saturés. Il est simplement réduit pour les conditions de quasi-saturation.

Enfin, l’investigation de la zone non saturée est réalisée avec le dispositif de la colonne d’eau spécialement développé. La gamme de degrés de saturation correspondant à la zone non saturée s’étend entre 70% et 95%. La gamme de succion correspondante s’étend entre 2kPa et 4 kPa. Les échantillons sont préalablement saturés, puis désaturés selon les valeurs de succion choisies, grâce au dispositif de la colonne d’eau. Néanmoins, pour la saturation de ces échantillons, la phase de circulation de CO2 est supprimée, de par la présence de la pierre poreuse à haute entrée d’air.

VII.1.2 Programme expérimental

A l’issue de l’étude bibliographique, de l’établissement du cadre théorique, des essais préliminaires qui ont permis de déterminer les frontières du cadre théorique et en se basant sur les différentes études déjà réalisées, le programme expérimental suivant a été établi pour les essais triaxiaux cycliques (Tableau 10) :

Nom Succion initiale (kPa) Degré de saturation initial

Essai_Sat_1 0 1 Essai_Sat_2 0 1 Essai_QuasiSat_1 - 0.95 < Sr < 1 Essai_QuasiSat_2 - 0.95 < Sr < 1 Essai_QuasiSat_3 - 0.95 < Sr < 1 Essai_NonSat_1 2 0,90 Essai_NonSat_2 3 0,80

Tableau 10 : Programme expérimental - Conditions de saturation initiale

Il consiste en trois séries d’essais. Deux essais notés Essai_Sat seront réalisés sur des échantillons totalement saturés. Trois essais, notés Essai_Quasi_Sat seront réalisés sur des échantillons quasi-saturés. La gamme de saturation de cette série d’essais (0.95 < Sr < 1) est établie suivant les critères de frontières établis du cadre théorique. Les différents niveaux de saturation initiaux seront imposés expérimentalement grâce à la courbe de calibration précédemment établie. Enfin, deux essais seront réalisés sur des échantillons non saturés, notés

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Essai_Non_Sat. Pour ces deux échantillons, les conditions de saturation initiales seront imposées via le dispositif de la colonne d’eau, permettant d’imposer des conditions de succion au matériau. Ces valeurs de succion sont reliées au degré de saturation grâce à la courbe de rétention.

Avant de réaliser les essais de chargement cyclique, une campagne d’essais triaxiaux monotones sera entreprise, dans le but de caractériser mécaniquement le matériau testé. Des essais en conditions drainées et non drainés permettront d’établir certains paramètres utiles pour les essais cycliques.

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Chapitre III : Caractérisation du comportement