Caractérisation au laboratoire de la sensibilité au retrait-gonflement des sols argileux

Laboratory characterization of clayed soils to shrinkage-swelling susceptibility

Centre de géosciences, École des mines de Paris, Bâtiment IFI UMLV, Cité Descartes 77454 Marne-la-Vallée cedex 2 martine.audiguier@ensmp.fr zemenu.geremew@ensmp.fr saoussen.laribi@ensmp.fr roger.cojean@ensmp.fr, France.

Résumé

La présence de plusieurs formations argileuses affleurantes ou sub-affleurantes en région parisienne classe cette région parmi les plus vulnérables à la sécheresse géotechnique. Deux formations sont plus particulièrement concernées : les Argiles vertes de Romainville et les Marnes bleues d’Argenteuil. Elles sont responsables du plus grand nombre de sinistres enregistrés sur le bâti depuis la loi du 13 juillet 1982 qui reconnaît la sécheresse géotechnique comme catastrophe naturelle. Une diminution anormale du taux d’humidité du sol entraîne un phénomène de retrait, suivi lors des précipitations suivantes, d’un phénomène de gonflement dû à une réhumidification. C’est la conjugaison de ces deux facteurs (retrait et gonflement) qui est responsable des désordres observés sur le bâti.

En prenant appui sur ces deux formations, une étude des facteurs de prédisposition au phénomène de retrait-gonflement des sols a été menée portant sur les caractéristiques minéralogiques, microstructurales, géotechniques et hydromécaniques. Cette étude met en évidence l’importance des minéraux argileux et plus particulièrement des smectites sur le phénomène de retrait-gonflement et sur les transformations microstructurales qui en découlent. Elle souligne aussi le rôle que peuvent jouer d’autres minéraux (carbonates, pyrite) présents dans le sol sur l’évolution microstructurale du matériau naturel ou remanié, lors de l’hydratation.

Les principaux paramètres géotechniques rendant compte de l’activité d’un sol argileux sont énoncés et quelques classifications basées sur ces paramètres sont données en exemple.

Enfin l’évolution de la microstructure de ces matériaux au cours des cycles séchage-humidification est analysée.

Abstract

The presence of expansive soils in some parts of the Paris area makes this area one of the most highly affected by drought-induced geotechnical problems. Among these soils, the green clays of Romainville (“Argiles vertes de Romainville”) and the blue marls of Argenteuil (“Marnes bleues d’Argenteuil”) are responsible for the large amount of damage to buildings as recorded since the swelling-shrinkage phenomenon was recognized as a “natural catastrophe” according to the law dated 13th July 1982. The shrinkage of the clayey soils while water is abnormally evaporated during the summer season is followed by swelling while water infiltrates as a consequence of a long period of rainfall during the autumn or winter seasons. The combination of shrinkage and swelling results in damage observed on the buildings.

Both formations were analysed in the laboratory by reference to shrinkage and swelling susceptibility. For this purpose, the mineralogy, the microstructure, the geotechnical and some hydromechanical parameters were characterized. This study highlights the importance of clay minerals, more particularly smectites, on the swelling-shrinkage behaviour of soils as well as on the resulting microstructural transformations. It underlines also the role of other minerals (carbonates, pyrite) on the microstructural evolution of the intact or remolded soils during the hydration process.

The principal geotechnical parameters for characterising the activity of a clay soil are stated and some classifications based on these parameters are given as examples. Finally the microstructural evolution of these materials during cycles of wetting and drying is studied.