Modélisation numérique du comportement d’un sol gonflant chargé soumis à des variations hydriques

Numerical modelling of a loaded swelling soil behaviour under hydraulic variations

Laboratoire Environnement Géomécanique et Ouvrages Nancy-Université Rue du Doyen Marcel Roubault BP 40 54501 Vandœuvre-lès-Nancy Cedex Mohamad.Mrad@ensg.inpl-nancy.fr Adel.Abdallah@ensg.inpl-nancy.fr Farimah.Masrouri@ensg.inpl-nancy.fr, France.

Résumé

Les phénomènes de retrait-gonflement des sols argileux se manifestent par des désordres affectant principalement des maisons individuelles souvent peu rigides et fondées superficiellement. En effet, l’alternance des périodes de sécheresse et de précipitation entraîne des modifications de l’état hydrique du sol se traduisant par des déplacements des fondations superficielles. Cette alternance de retrait et de gonflement peut provoquer des dégâts dans les bâtis sous forme de fissures, voire entraîner la rupture partielle ou totale de l’ouvrage, lorsqu’ils ne sont pas pris en compte dans les projets. Dans cet article, le modèle élastoplastique BExM (Barcelona Expansive Model), pour les sols gonflants non saturés implanté dans le code de calcul aux éléments finis Code_Bright, est utilisé pour l’étude du comportement hydromécanique d’un sol gonflant chargé par une semelle filante. L’objectif de cette étude est d’analyser l’influence des sollicitations hydriques dues à la variation des conditions climatiques (précipitation et évaporation) sur les déplacements du massif de sol argileux, et d’étudier l’influence d’une géomembrane posée dans le sol afin de retarder les transferts hydriques et les phénomènes de retrait-gonflement. Les résultats obtenus montrent que le modèle est capable de prédire qualitativement les déplacements du massif de sol pendant les différentes sollicitations hydriques.

Abstract

One of the primary causes of shallow foundation problems in many regions is the highly expansive nature of the clayey soil on which the buildings rest. The clay expands or contracts as its moisture content changes with the variation of the climatic conditions. Indeed, the alternation of rainfall and drought periods involves modifications of the soil hydric state resulting in displacements. When not taken into account in the project design this alternation of shrinkage and swelling can damage buildings by inducing cracks and partial or total failure of the structure. In this paper, the elastoplastic model BExM (Barcelona Expansive Model) for swelling unsaturated soils implemented in the finite-element program Code_Bright is used for the study of the hydromechanical behaviour of a swelling soil loaded by a strip foundation. The objective of this study is to analyze the effects of hydric solicitations due to variations of the climatic conditions (precipitation and evaporation) on the displacements of the clayey soil and to study the effect of a geomembrane protection posed in the soil in order to delay the hydraulic transfer and the shrinkage-swelling of the soil. The obtained results show that the numerical model is able to qualitatively predict the soil displacements during various hydric solicitations.