Résultats des essais de rétention d’eau

Les résultats obtenus des essais de rétention d’eau ont permis d’évaluer les courbes de rétention d’eau de différents matériaux. Ces courbes sont importantes pour analyser le comportement de matériaux en conditions non saturée. Ces résultats nous ont aussi permis d’obtenir d’autres relations caractéristiques des matériaux non saturés déformables. Les courbes de rétention d’eau ont été déterminées pour les sols seuls et pour les différents mélanges MSBs avec β = 30%. Pour le sable seul, la courbe de rétention d’eau a été obtenue avec un essai en colonne. Pour le till et les différents mélanges sols-boues, l’extracteur à membrane de 100 bars a été utilisé.

Les figures 4-17 à 4-22 présentent différentes relations fondamentales obtenus sur le till seul et sur différents MSBs à base du till. Les résultats obtenus sur les mélanges de sols et des boues Waite Amulet sont présentés en Annexe E. Ces relations incluent les courbes de retrait volumique (indice des vides e versus teneur en eau gravimétrique w ou succion matricielle ψ) et les courbes de rétention d’eau (teneur en eau massique w, teneur en eau volumique  et degré de saturation Sr

versus succion matricielle ψ). Les relations degré de saturation versus teneur en eau massique, qui ne sont pas régulièrement utilisées, sont aussi utiles pour décrire le comportement des matériaux déformables à l’état saturé. Elles permettent d’obtenir, à partir d’une corrélation avec la relation Sr

(ψ), la teneur en eau massique w correspondant à la pression d’entrée d’air dans le matériau ; elles permettent également de connaitre la limite de retrait correspondant à la teneur en eau maximale à laquelle le volume du matériau reste constant (Fleureau et al., 1993). Les relations Sr versus succion ψ et teneur en eau volumique θ versus succion ψ représentent généralement les deux formes connues de courbes de rétention d’eau. Ces deux courbes qui sont très utiles pour l’analyses du comportement des matériaux (en conditions non saturées) permettent de déterminer la valeur

d’entrée d’air AEV et la teneur en eau résiduelle θr. Seule la relation degré de saturation Sr en fonction de la succion ψ sera utilisée pour déterminer la valeur de l’AEV tel que recommandé par Mbonimpa et al. (2006b).

Figure 4-17 Courbes de retrait du till seul : a) indice des vides vs succion matricielle et b) indice des vides vs teneur en eau massique

Figure 4-18 Courbes de rétention d’eau du till seul : a) relation Sr – ψ, b) relation Sr – w

Figure 4-18 Courbes de rétention d’eau du till seul : c) relation θ – ψ et d) relation w – ψ (SUITE)

Figure 4-19 Courbes de retrait du mélange till-boues Westwood : a) indice des vides vs succion matricielle et b) indice des vides vs teneur en eau massique

0

Figure 4-20 Courbes de rétention d’eau du mélange till-boues Westwood : a) relation Sr – ψ, b)

Figure 4-21 Courbes de retrait du mélange sable-boues Westwood : a) indice des vides vs succion matricielle et b) indice des vides vs teneur en eau massique

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50

0 1 10 100 1 000 10 000

Indice des vides -e

Succion matricielle -ψ(kPa) a)

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50

0 5 10 15 20

Indice des vides -e

Teneur en eau massique - w (%) b)

Figure 4-22 Courbes de rétention d’eau du mélange sable-boues Westwood : a) relation Sr – ψ, b) relation Sr – w, c) relation θ – ψ et d) relation w – ψ

Les courbes qui montrent l’évolution du degré de saturation en fonction de la succion et de la teneur en eau massique montrent que pour une augmentation de succion matricielle donnée, le matériau reste saturé (Sr = 100%) tant que l’AEV ou la teneur en eau massique correspondant à l’entrée d’air dans le matériau (wAEV) n’est pas atteinte. Ces courbes (degré de saturation versus teneur en eau massique), comme les courbes de retrait libre, peuvent être scindées en trois phases telles que décrites par Mbonimpa et al. (2006b) :

0,00

- Une première phase où le matériau reste saturé malgré une diminution de la teneur en eau w. Par analogie aux phases d’une courbe de retrait volumique, cette phase correspond au retrait normal durant lequel la variation du volume du matériau correspond à la quantité d’eau perdue. Cette phase linéaire et parallèle à l’axe horizontal est indicatrice d’un matériau déformable contrairement à un matériau non déformable qui se désature aussitôt qu’il y’a perte en eau ;

- Une deuxième phase curviligne correspondant au début de la désaturation du matériau.

Durant cette phase, la diminution de la teneur en eau s’accompagne d’une diminution du volume du matériau dû au réarrangement des grains associés à la contraction volumique.

Cette phase correspond à la phase de retrait résiduel. La teneur en eau de passage de la phase de saturation (première phase) à la deuxième phase est une indication de la valeur de la teneur en eau d’entrée d’air (wAEV) dans le matériau ;

- Une troisième phase linéaire où la teneur en eau est proportionnelle à la décroissance du degré de saturation. Cette phase correspond à la phase de retrait nul.

Les relations e(ψ) et e(w) représentent les courbes de retrait et renseignent également sur l’indice des vides final, la limite de retrait et la teneur en eau d’entrée d’air dans le matériau. Dans la relation e (w), la teneur en eau d’entrée d’air dans le matériau correspond à la teneur en eau marquant la fin de la linéarité de la courbe (ou le début de la déviation de la courbe par rapport à la ligne de saturation).

L‘AEV dans le matériau est la valeur de succion qui se développe dans le sol lorsque celui-ci entame sa phase de désaturation. Pour les matériaux compressibles (ou déformables), comme c’est le cas du till et des MSBs étudiés, l’AEV devrait être évaluée à partie de la courbe de rétention d’eau (CRE) exprimée par la relation entre le degré de saturation Sr et la succion ψ (Mbonimpa et al., 2006b).

Les figures 4-35 et 4-36 représentent respectivement les relations entre le degré de saturation Sr et la succion matricielle de différents MSBs faits de till et de sable avec β = 30%. Généralement, l’AEV est prise égale à la pression où la courbe commence à dévier la ligne de saturation (droite Sr = 100%). Si on applique la méthode des tangentes usuelles (Fredlund et Xing, 1994) pour évaluer l’AEV, celle-ci sera plus grande que la valeur prise au début de la désaturation.

Selon la figure 4-23, l’AEV déterminée pour le till seul est d’environ de 60 kPa. Pour les mélanges de till-boues Westwood, l’AEV est de 40 kPa tandis que celle du mélange de till-boues Waite Amulet est de 58 kPa. Au vu de ces résultats, l’ajout de la boue (β = 30%) semble réduire ou ne semble pas améliorer la valeur d’entrée d’air des mélanges till-boues par rapport au till seul.

D’emblée, ceci pourrait être expliqué par le fait les porosités initiales des échantillons de mélanges till-boues testés sont plus élevées (respectivement 0,39 et 0,43 pour les mélanges avec boues Westwood et Waite Amulet) que la porosité initiale de l’échantillon de till seul testé (n = 0,3).

Figure 4-23 CRE du till et des mélanges de till-boues avec β = 30%

Figure 4-24 CRE du sable et des mélange de sable-boues avec β = 30%

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Par contre, la figure 4-24 met en évidence que l’ajout de la boue dans le sable améliore considérablement l‘AEV passant de 1,7 kPa pour le sable seul (à une porosité initiale de 0,41) à 30 kPa et 39 kPa pour les mélanges sable - boues Westwood (à une porosité initiale de 0,29) et sable - boues Waite Amulet (à une porosité initiale de 0,49). Cette amélioration de l’AEV des mélanges sable-boues serait très bénéfique dans un contexte où le matériau est destiné à être utilisé comme couche de rétention d’eau d’une CEBC.