Gonflement Libre

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:: SSmmiinnaaiirree IInntteerrnnaattiioonnaall,, IINNNNOOVVAATTIIOONN && VVAALLOORRIISSAATTIIOONN EENN GGEENNIIEE CCIIVVIILL && MMAATTEERRIIAAUUXX DDEE CCOONNSSTTRRUUCCTTIIOONN 5P-050 AISSOU F.Z., Universit Houari Boumediene Algrie

RRaabbaatt MMaarroocc // 2233--2255 NNoovveemmbbrree 22001111

Retrait- gonflement des marnes argileuses dAlger tude dun risque naturel

AISSIOU. F.Z* Universit des sciences et de la technologie Houari Boumediene, Bab Ezzouar, Alger, Algrie

NECHNECH. A Universit des sciences et de la technologie Houari Boumediene, Bab Ezzouar, Alger, Algrie

Rsum

Le phnomne de retraitgonflement rentre dans lala des risques naturels, lala est dfini comme un phnomne potentiellement dangereux caractris par des probabilits doccurrence associes des niveaux dintensit, pendant une priode de temps donne

Cet article, consiste en l'valuation de lala gonflement-retrait aux deux argiles marneuses de la rgion dAlger Chraga et Ouled Fayet par la ralisation des essais au laboratoire fin de pouvoir identifier les sols gonflants indirectement par des approches disponibles dans la littrature et bases sur les paramtres physico-chimiques et directement par lessai oedomtrique de gonflement libre en mesurant les paramtres de gonflement pression et taux de gonflement .

Mots cls : Ala, retrait, gonflement, marnes argileuses, exprimental, estimation.

1. INTRODUCTION

Le gonflement des argiles est un phnomne notable dans beaucoup de sols comme les marnes, les molasses ou les schistes argileux contenant en particulier de lillite, smectites qui reprsentent environ 2,5% de la surface des terres dans le monde et sont prsents principalement dans les zones climatiques o de fortes variations saisonnires de prcipitation et de temprature sont observes cit par [2],le phnomne de gonflement est susceptible d'induire des dsordres trs importants au niveau de la structure de louvrage do le cot annuel des dgts lie la scheresse gotechnique est estime trs suprieure celui de toutes les autres catastrophes naturelles.

LAlgrie a connu des dgts causs par le phnomne de gonflement-retrait comme la majorit des pays du monde par exemple Ain amnes ( raffinerie de sonnatrach) nous a tir lattention son existence dans notre vaste Sahara et mme chose pour la rgion ouest de Tlemcen et Maghnia , ainsi que la rgion de hodna Msila qui a connu elle-mme des dgts (la remonte de fondation de lhpital et importantes fissures dans les murs extrieures ) , cela nest pas fini puisque le sol de la rgion de sahel dAlger dans la plupart est la marne argileuse et limoneuse , qui sont des sols gonflables et rentrent dans le cadre du risque de dclenchement de phnomne de retrait gonflement .

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*Auteur correspondant :[email protected]

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2. MECANISME DU PHENOMENE DE RETRAIT -GONFLEMENT

2. 1. Mcanisme de gonflement

Le gonflement dune argile est le rsultat dune introduction de molcules deau entre les feuillets. Si la distance interfoliaire est suprieure 3A (dimension de la molcule deau), laccs de leau est possible .les forces dattraction entre les feuillets sont alors affaiblies du fait de la prsence deau, cest cet affaiblissement qui donne aux feuillets dargile une tendance de sloigner les uns des autres en augmentant lespace interfoliaire, ce qui provoque par consquent le phnomne de gonflement, (daprs Tessier) cit par [4] Les mcanismes de gonflement des argiles ont fait lobjet de nombreuses hypothses (Terzaghi 1948 et Bolt 1956) cit par [4] ont subdivis le phnomne de gonflement en deux processus distincts, lun mcanique et lautre physico-chimique.

3. ESTIMATION ET PREVISION DE GONFLEMENT DES SOLS DALGER

Deux mthodes (indirecte et direct) ont t utilises pour caractriser nos sols argileux tudis dans cet article et qui consistent dterminer indirectement une corrlation entre le gonflement libre potentiel de gonflement et quelques paramtres gotechniques comme les limites dAtterberg, la limite de retrait, la teneur en eau, la densit sche, la valeur du bleu qui semble tre les facteurs influant sur le gonflement des argiles et directement par le calcul des pressions et amplitudes de gonflement . Pour cette partie, nous avons pris deux chantillons de sol argileux en provenance de Chraga (Echantillon n1) de 4,70m de profondeur et de Ouled Fayet (Echantillon n2) de 3m de profondeur , ces deux sites font partie de la mme rgion qui bnficie dun climat local de type mditerranen semi humide. Les prcipitations moyennes annuelles se situent entre 700 mm et 800 mm, les plus fortes stendent du mois doctobre au mois de fvrier et on nenregistre aucune prcipitation aux mois de Juillet et Aot. Cette rgion est connue aussi par ces marnes plaisanciennes couvrant une large surface au sud-ouest du Sahel d Alger.

3.1. Identification des chantillons 3.1.1 La granulomtrie

La granulomtrie des deux chantillons montre que presque 100% des particules sont infrieures 80 micro mtre et encore mieux la majorit de ces particules sont Infrieures 2 micro mtre qui reprsentent les particules argileuses le reste des pourcentage reprsente le limon (voir fig1).

La courbe granulomtrique des chantillons

0102030405060708090

100

0,001 0,01 0,1 1 10Diamtres des tamis en mm

% de

s ta

mis

ats

cum

ul

s

Echantillon N1Echantillon N2

Figure 1. La courbe granulomtrique pour les 2 chantillons

3.1.2 Analyse chimique sommaire

Lanalyse chimique nous a donn un pourcentage de calcaire compris entre 10 et 30% avec de faibles quantits de chlorures de sodium et des traces pour les sulfates, la quantit de la matire organique est

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ngligeable pour les deux chantillons (voir tab1) ; on peut dire l que nos sols sont des argiles marneuses inorganiques selon la classification de Casagrande.

Tableau 1. Analyse chimique des chantillons de sols argileux Dsignations Composition chimique %

Echantillon n1 Echantillon n2 Insolubles 62,53 64,77

Carbonates (Caco3) calcaire 19,3 27,19 Perte au feu 1050c 17,93 20,3

Oxyde de fer et dalumine (Fe2O3 et Al2O3) 7,08 6,13 Sulfates (CaSO3, 2H2O) traces traces

Anhydride carbonique (CO2) 8,49 11,96 Chlorures (NaCl) 0,29 0,23

Eau de constitution (H2O) 9,44 8,34 Bilan chimique pondral 98,64 98,32

3.1.3 Les limites dAtterberg

Sur un plan macroscopique, le phnomne de gonflement est rapprocher de la notion des limites d'Atterberg. Ip est un paramtre important dans les proprits de rtention d'eau du terrain et donc de gonflement. C'est la raison pour laquelle un certain nombre de corrlations ont rapidement t recherches entre les limites dAtterberg (voir fig 2,3) et les proprits de gonflement des sols. On remarque daprs les valeurs exposes dans le (tab2) que nos chantillons sont des sols de matriau trs plastique et extrmement consistant, les indices de plasticits dpassent 35% donc ces deux sols se positionnent au dessus de la ligne A de labaque de Casagrande.

Tableau 2. Diffrentes paramtres identifiants les chantillons de sol dtermins au Laboratoire Paramtres

Wl (%) Wp (%)

Ip (%) Ic (%)

Wn (%) VBs (ml/g)

Ac

Argile marneuse de Chraga (Echantillon n1)

65,2 30,013 35,19 1,65 7,08 6 0,594

Argile marneuse de Ouled Fayet (Echantillon n2)

81,87 34,23 47,64 1,58 6,38 6,5 0,839

Figure 2. Les limites dAtterberg de lchantillon n1 Figure 3. Les limites dAtterberg de lchantillon n2

3.1.4 Diffraction par rayons X

Les analyses minralogiques sont effectues laide de la diffraction des rayons x des poudres de matriau au niveau de laboratoire des minraux linstitut de science de la terre de lu.s .t .h .b. Les

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diffractogrammes obtenus ont t enregistrs grce un appareil Philips XPERT MPD. Les diffractogrammes montrent que ces matriaux se composent de phases minrales suivantes : Quartz (d = 4,23 et d = 3,31 ) comme impuret majeure dans les 2 chantillons ; la dolomite (d = 2,84 ) est prsente dans les 2 chantillons ; la calcite (d = 3,01 ) prsente dans les chantillons (1et2) Les rflexions d = 3,82 est attribus des feldspaths de type plagioclase ainsi que les magnsites, on note la prsence de la kaolinite (d = 7,15 et d = 3,53 ) ; les pics 10,27 et 4,94 mettent en vidence la prsence dune illite. Des inters stratifis de lillite montmorillonites sont prsents par des rflexions de 12,36A (Voir fig4)

Figure 4. La courbe de diffraction par rayons X

3.2 Estimation et des approches thoriques sur le gonflement (mthode indirecte)

Lidentification des sols gonflants est gnralement aborde partir des paramtres physico-chimiques facilement mesurables lors des essais prliminaires. Or, cette identification se trouve complique par lexistence de plusieurs approches qui ne se basent ni sur les mmes paramtres ni sur le mme nombre. Le recensement des classifications partir de la bibliographie permet de les ranger en trois classes en fonction du nombre de paramtres physico-chimiques utiliss.

On remarque par ces classifications, que nos sols sont de potentiel de gonflement lev trs lev tous les approches indiquent ce caractre gonflant pour les chantillons dAlger en se basant sur les limites de consistances et les pourcentages des grains argileux (voir tab3).

Tableau 3. Classification du Potentiel de gonflement des chantillons dAlger Selon quelques models Les paramtres Chraga Ouled

Fayet rsultats Mthodes Potentiel de gonflement

Wl (%) 65,2 81,87 50-70 et 70-90 Dakshanamurthy et Raman, 1973

Elev Trs lev

Wp (%) 30,013 34,23 // Ip (%) 35,19 47,64 > 35 Seed et al Trs lev Ir (%) 59,70 77,87 > 60 Ranganatham et

Satyanarayana, 1965

Trs fort

Wn (%) 7,08 6,38 // Wr (%) 5,5 4 < 10 Altemeyer, 1955

Fort %95% Chen ,1988 Trs lev

%

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3.3 Gonflement libre (Mthode directe) 3.3.1 Lessai de gonflement libre en solution

Les normes utilises prsent, aux tats unis (ASTM D5890) et en projet en France (NF P 84-703) dcrivent un essai permettant dapprcier la capacit de gonflement dune argile leau ou tout autre liquide. Elle est plus spcialement destine au contrle de la qualit dune smectite qui est largile prsente couramment dans les structures dtanchits. Lessai prvoit lutilisation de 2g dargile qui sont mis dans une prouvette gradue contenant 100ml deau distille , aprs 24 h on mesure le volume occup par largile ,la mesure est exprime en cm3/2g. Cet essai prsente lintrt dtre assez simple et reproductible.

Nos argiles naturelles ont donns des volumes de gonflement libre respectivement de 6,3ml pour le 1er chantillon (Argile de Chraga) et 15,56ml pou le 2me chantillon (Argile de Ouled Fayet) ces valeurs sont trs proches des valeurs trouves pour diffrentes bentonites tudis dans le monde tel que Dixon et al (1996) ont trouv des valeurs entre 7et 16ml pour une bentonite sodique provenant de japon, 9ml pour la mme bentonite de canada et entre 12et 26ml pour bentonite amricaines.

3.3.2 Lessai oedomtrique de gonflement libre (NF P 94-091)

Lessai oedomtrique gonflement libre consiste placer lchantillon de sol dans une cellule cylindrique entre deux pierres poreuses. Puis, suite limbibition, il est autoris de gonfler verticalement sous la pression du piston durant plusieurs jours jusqu la stabilisation. La valeur finale permet de calculer la variation relative du volume de lchantillon qui reprsente le taux de gonflement not par G.

Daprs les indices de gonflement trouvs pour les deux chantillons, on peut dire que nos sols sont gonflants car 0,02

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Figure 5. La courbe de gonflement libre pour Figure6. La courbe de gonflement libre pour Largile de Chraga largile de Ouled Fayet

La courbe de consolidation de l'chantillon n1

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1 10 100 1000 10000 100000 1000000

Log t

DH/

H (%

)

Echantillon n1

Consolidation secondaire

Consolidation primaire

La courbe de consolidation de l'chantillon n2

0

2

4

6

8

10

12

1 10 100 1000 10000 100000

1E+06

Log t

DH/H

(%

)

Echantillon n2

Consolidation secondaire

Consolidation primaire

Figure 7. La courbe de gonflement primaire Figure 8. La courbe de gonflement primaire et secondaire largile de Chraga et secondaire largile de Ouled Fayet

4. CONCLUSION GENERALE

Cet article ,sinscrit dans le cadre dtude de deux chantillons dAlger (Chraga et Ouled Fayet) au laboratoire tout dabord par des essais didentification pour pouvoir donner une estimation et prvision au potentiel de gonflement de ces chantillons grce une mthode indirecte cest une srie de corrlations et approches dfinies par des chercheurs lis aux paramtres gotechniques ,ensuite par une mthode directe qui est lessai oedomtrique de gonflement libre et qui a rvl des valeurs de pressions de (2,08bars pour Chraga et 2,48bars pour Ouled Fayet) et de taux de gonflement levs (50,76% pour Chraga et 37,76% pour Ouled Fayet), par ailleurs une tude de la cintique de gonflement des deux chantillons pour lvolution de gonflement en fonction du temps nous a permis dobserver et de remarquer selon la forme des courbes lexistence de deux phases de consolidation lentes primaire et secondaire avec des pourcentages de gonflement plus levs pour la consolidation secondaire (8,31% pour Chraga et 6,31% pour Ouled Fayet) .

5. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

[1] (Bekkouche.A, Djedid. A, Aissa Mamoune. S.M, 2002). Identification et Prvision du gonflement des sols expansifs, symposium, Dpartement de Gnie Civil, FSI, Universit Aboubakr Belkad-Tlemcen, Algrie. [2] Document public de BRGM-RP 51894 -FR. Cartographie de lala retrait-gonflement des argiles dans le dpartement de la Haute Garonne en France, rapport final 2002.

Pg = 2,08 ef = 0,980 e0 = 0,755

Pg = 2,48 ef = 1,082 e0 = 0,905

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[3] (Tessier. D, 2006). Analyse comparative de politiques de prvention du risque de scheresse gotechnique, modlisation et visualisation du phnomne , Rapport INRA, janvier. [4] (Bultel. F, 2001). Prise en compte du gonflement des terrains pour le dimensionnement des revtements des tunnels, thse de doctorat, LENPC, Paris. France [5] (Ferrah. F, 2006). Prise en compte du gonflement pour le dimensionnement des fondations superficielles, thse de magister, universit de Batna. Algrie [6] (Azzouz. F.Z, 2006). Contribution ltude de la stabilisation chimique de quelques argiles gonflantes de la rgion de Tlemcen, thse de magister, universit de Tlemcen. Algrie [7] (Costet. J et Sanglerat. G, 1981). Cours pratique de mcanique des sols Tome 1 : plasticit et calcul des tassements Ed.Dunod), paris.

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