D’autres param`etres ind´ependants de la structure des argiles et de la composition chimique de la solution hydratante peuvent avoir une influence importante sur le gonflement, on cite en particulier :
– la teneur en eau initiale, – l’effet d’´echelle,
– le r´egime de contraintes.
2.6.1
Teneur en eau initiale
Lorsque les argiles ne sont pas satur´ees, par suite d’une dessiccation, les forces d’attraction dues aux charges ´electriques, les forces d´erivant de l’´energie d’hydratation des cations ´echangeables et les forces capillaires ont la primaut´e. Succinctement, plus le mat´eriau argileux est sec, plus il a tendance `a gonfler par saturation.
Les essais de gonflement libre effectu´es sur l’argilite de Lorraine de stratification horizontale montrent une diminution du gonflement avec l’augmentation de leur humidit´e relative initiale. Les essais ont ´
et´e r´ealis´es pour des humidit´es relatives initiales de 20 %, 50 % et 99 % impos´ees par l’enceinte hygrom´etrique et leurs r´esultats sont illustr´es sur la figure 2.13.
Pareillement, la pression de gonflement diminue avec l’augmentation de la teneur en eau initiale et cela a ´et´e v´erifi´e sur des essais de gonflement empˆech´e effectu´es sur des marnes. La figure 2.14 pr´esente une baisse de la pression de gonflement de 20 KPa lorsque la teneur en eau initiale passe de 0 % `a 0.2 %.
Fig. 2.13 – Evolution du gonflement axial en´ fonction du temps de l’argilite de Lorraine pour trois diff´erentes humidit´es relatives initiales
Fig. 2.14 – Evolution de la pression de gon-´ flement axial pour une marne en fonction du temps pour deux diff´erentes teneurs en eau ini- tiales
En revanche, les essais r´ealis´es par Al-Mukhtar et al. [4] sur l’argile (Laponite) `a diff´erentes humi-
dit´es initiales montrent que la pression de gonflement est invariable avec le degr´e d’humidit´e initial tandis que le gonflement augmente avec la diminution de ce degr´e.
sentent un ph´enom`ene de fatigue `a cause de la destruction des liaisons microscopiques qui peut entraˆıner une forte baisse du potentiel de gonflement [3, 29, 31, 42].
2.6.2
Effet d’´echelle
L’effet d’´echelle consiste `a examiner l’influence de la hauteur ou du diam`etre de l’´echantillon sur le gonflement libre ou sur la pression de gonflement. Cet effet est fr´equemment observ´e en m´ecanique des sols.
Dans des conditions œdom´etriques de d´eformations, les essais effectu´es par Chen [21] sur l’argile de
Denver et par Vayssade [123] sur l’argile verte ne montrent aucune influence de la hauteur sur le gonflement libre.
Cependant, les essais r´ealis´es par Khaddaj [68] sur l’argile de Flandre pr´esentent une diminution du
potentiel de gonflement de 20 % quand l’´epaisseur de l’´echantillon passe de 12 `a 24 mm.
En ce qui concerne la pression de gonflement, Khaddaj [68] montre une augmentation de cette derni`ere avec la hauteur de l’´echantillon. La pression varie de 116 `a 275 KPa lorsque la hauteur de l’´echantillon passe de 12 `a 54 mm.
D’un autre cot´e, les essais r´ealis´es par Duilio [33] sur les bentonites montrent que la pression de gonflement ne d´epend pas de la hauteur de l’´echantillon.
Ces diff´erentes constatations nous ont men´e `a ´etudier, dans le chapitre 5, l’influence de la hauteur de l’´echantillon sur le gonflement tridimensionnel et l’influence du diam`etre de l’´echantillon sur le gonflement axial.
2.6.3
R´egime de contraintes
Le gonflement par saturation d´ecroˆıt lorsque la pression appliqu´ee augmente. On arrive ainsi `a la notion de pression de gonflement qui correspond `a un gonflement nul.
A l’´echelle microscopique, la contrainte m´ecanique appliqu´ee est compens´ee par les pressions physico- chimiques et osmotiques interparticulaires de nature r´epulsive d´ependant de la distance interfeuillet. Plus la pression appliqu´ee est ´elev´ee, plus l’espacement interfeuillet est r´eduit.
Pour une pression sup´erieure `a la pression de gonflement, le mat´eriau argileux a tendance `a se tasser ou `a s’effondrer.
L’influence du r´egime de contraintes sur le gonflement tridimensionnel peut ˆetre ´etudi´ee par des essais isotropes ou d´eviatoriques.
Essais isotropes
Andy et al. [8] ont utilis´e l’appareil triaxial afin de mesurer la pression de gonflement lat´erale des argiles. Apr`es la mise en place de l’´echantillon dans une membrane perc´ee qui assure la circulation de l’eau circonf´erentielle, la saturation de l’´echantillon est alors effectu´ee par injection de l’eau sur sa base inf´erieure `a travers une pierre poreuse. Dans un premier temps, pour empˆecher le gonflement, une surcontrainte pilot´ee par ordinateur est appliqu´ee. Cette m´ethode de surcontrainte n’a pas compens´e totalement le gonflement. Les auteurs ont alors adopt´e la m´ethode de contrainte en parall`ele par application de contraintes isotropes. La pression de gonflement axial ou radial correspond au point d’intersection de la courbe qui relie les points des essais effectu´es avec l’axe des contraintes (Fig. 2.15 et Fig. 2.16). Leurs essais confirment une anisotropie du gonflement et de la pression de gonflement.
Fig. 2.15 – Variation du gonflement axial en fonction des contraintes isotropes [8]
Fig. 2.16 – Variation du gonflement lat´eral en fonction des contraintes isotropes [8]
Au moyen des essais isotropes de gonflement, El Gamali et al.[45] ont mis en ´evidence le gonflement
anisotrope des argiles compact´ees et ont conclu que la pression de gonflement volumique, correspon- dant `a la moyenne des pressions de gonflement axial et lat´eral, est ´egale `a la pression de gonflement axial mesur´ee `a l’œdom`etre.
Essais d´eviatoriques
Les essais d´eviatoriques sont conceptualis´es afin d’analyser l’effet du d´eviateur de contraintes ou de la contrainte moyenne sur le gonflement axial, radial ou volumique.
Dakshanamurthy [27] a montr´e que le gonflement volumique d´epend uniquement de la contrainte
moyenne. Le gonflement axial et le gonflement radial diminuent exponentiellement avec la contrainte moyenne et d´ependent du rapport des contraintes principales σ1
σ3.
Yesil et al. [137] et Bilir et Muftuoglo [14] ont d´etermin´e le gonflement et la pression de gonflement
axiaux des argiles compact´ees au moyen d’un dispositif triaxial pour diff´erentes pressions de confi- nement. L’essai consiste `a charger l’´echantillon par petits paliers successifs de contraintes axiales au fur et `a mesure que se d´eveloppe le gonflement en autorisant des d´eplacements de faible ampleur. Ce cycle (gonflement et pression de gonflement) se r´ep`ete jusqu’`a la stabilisation du gonflement. La pression de gonflement finale correspond alors `a la contrainte maximale atteinte `a la fin de l’essai. Une fois la stabilisation de la pression de gonflement atteinte, on poursuit avec le d´echargement axial par mesure du gonflement pour chaque palier de contrainte. Les r´esultats obtenus montrent une augmentation du gonflement axial avec la pression de confinement.
Kiehl [69] a r´ealis´e des essais triaxiaux sur des ´echantillons d’anhydrite dans diff´erentes conditions
de confinement lat´eral. Il a montr´e que le gonflement suivant une direction principale d´epend uni- quement de la contrainte appliqu´ee suivant cette direction et non des contraintes suivant les autres directions principales.
Ces diff´erentes observations exp´erimentales montrent que le comportement tridimensionnel des ma- t´eriaux argileux n’est pas unique. On reviendra sur ce point lorsque l’on abordera les approches de gonflement dans le chapitre 3.