Comportement des sols fins compactés à l’humidification. Apport d’un modèle de microstructure

Sensitivity of compacted fine-grained soils to wetting. Contribution of a microstructural model

¹ Laboratoire central des ponts et chaussées Route de Bouaye BP 4129 44341 Bouguenais Cedex valery.ferber@lcpc.fr jean-claude.auriol@lcpc.fr, France.
² CERMES-ENPC 6 et 8, avenue Blaise-Pascal Cité Descartes Champs-sur-Marne 77455 Marne-la-Vallée Cedex 2, cui@cermes.enpc.fr, France.
³ Laboratoire central des ponts et chaussées 58, bd Lefebvre 75732 Paris Cedex 15 jean-pierre.magnan@lcpc.fr, France.

Résumé

Les déformations des sols fins dues aux variations d’état hydrique causent de nombreux dommages aux structures et ouvrages du génie civil, et on peut encore déplorer un déficit méthodologique permettant leur prévision. Dans le cadre des recherches visant à optimiser l’emploi des sols fins dans les remblais routiers et ferroviaires, l’étude présentée avait pour objectif de proposer une méthodologie d’étude destinée à évaluer l’influence de la nature et de l’état initial des sols compactés sur les risques de désordres par humidification.

Pour aborder cette question, un modèle de microstructure reposant sur l’organisation de la fraction argileuse en agrégats a été défini. Grâce aux développements technologiques récents en microscopie électronique à balayage et en porosimétrie par intrusion de mercure, les paramètres du modèle ont pu être formulés uniquement sur la base de paramètres géotechniques conventionnels.

Ce modèle quantitatif de microstructure a été utilisé pour décrire le gonflement libre et les déformations par humidification sous contrainte, en étudiant l’influence du volume des vides inter-agrégats initial. Cette approche a permis de décrire quantitativement les évolutions de la microstructure causées par l’humidification, et de mettre au point une méthodologie d’étude des sols compactés dans la perspective de leur réutilisation dans des remblais en contexte délicat (zone inondable, remblais de grande hauteur...).

Abstract

The deformations of fine-grained soils due to water content variations are responsible for many damages to civil engineering structures. In the framework of a research program aiming at optimising soil uses in road and railways embankments, the present study was aimed at evaluating the influence of soil nature and initial conditions on the risk of disorders due to wetting.

This question was analysed by defining a microstructural model, based on the organisation of the clay fraction in aggregates. Thanks to recent technological developments in scanning electron microscopy and mercury intrusion porosimetry, fundamentals hypothesis were suggested in order to determine the model parameters from conventional geotechnical parameters.

This quantitative microstructural model was used to describe the free swell deformations and deformations due to wetting under vertical stress, by studying the influence of initial inter-aggregate volume. Thanks to the microstructural model, the changes in intra-aggregate and inter-aggregate volumes were quantified and a new methodology was developed for the design of roads and railways embankments in sensitive contexts (areas liable to flooding, high embankments...).