interactions des fondations et des sols gonflants : pathologie ... - Pastel

Lors du gonflement, l’angle de frottement interne ϕ du sol est divisé par 2 et la
cohésion c par 4,5 dans les essais de cisaillement rapide et par 1,5 à 1,8 dans les
essais de cisaillement lent.
Dans les expériences décrites par Magnan et al. (1995), on a observé aussi une
diminution de la résistance du sol : à la fin de l’humidification, la teneur en eau du sol
«après gonflement » valait 36%, pour une teneur en eau naturelle de 17%. Les
caractéristiques de résistance du sol valaient :
- 14 degrés au lieu de 24 degrés pour l’angle de frottement interne (diminution
d’un facteur 1,7)
- 18 kPa au lieu de 72 kPa (facteur 4) dans les essais non consolidés et 38 kPa
au lieu de 72 kPa (facteur 1,9) dans les essais consolidés.
Pour sa part, l’indice de liquidité du sol IL est passé de 0,18 à 0,5.
Suivant la valeur du rapport entre la pression appliquée à la fondation σa et la
pression de gonflement σg, la fondation et le sol de fondation peuvent avoir trois
comportements :
- pour les bâtiments et ouvrages appliquant de faibles charges, la pression
appliquée par la fondation σa est inférieure à la pression de gonflement σg.
Sous la fondation, à la profondeur z, la contrainte verticale totale σz est égale
à la somme de la contrainte géostatique initiale γz et de la surcontrainte σza
créée par la surcharge (en tenant compte de la redistribution des contraintes
dans le massif de sol) :
σz = γz + σza
où γ est le poids volumique du sol et z la profondeur sous la surface libre. Si la
contrainte σz est inférieure à la pression de gonflement sur toute l’épaisseur
de la couche active (déformée par la fondation), alors l’amplitude du
soulèvement de la fondation sera égale à l’amplitude du gonflement libre du
sol, ou très proche (Figure 12.a) ;
- pour les bâtiments et ouvrages appliquant au sol une pression supérieure à la
pression de gonflement, il faut attendre un tassement localisé du sol des
couches superficielles sous la fondation, où la contrainte verticale est
supérieure à la pression de gonflement. Toutefois, au-delà d’une certaine
profondeur, la diffusion des contraintes peut rendre la contrainte verticale
inférieure à la pression de gonflement. Dans ce cas, les couches inférieures
du sol vont gonfler et la fondation subira globalement un soulèvement (Figure
12.b) ;
- pour les bâtiments et ouvrages très lourds, la fondation applique au sol des
charges très supérieures à la pression de gonflement, qui reste inférieure à la
contrainte verticale dans tout le massif de sol. Dans ce cas, le sol subira un
tassement sous la fondation (Figure 12.c).
Le gonflement et la déformation d’un sol argileux provient de l’interaction des
particules d’argile avec l’eau. De très nombreuses études ont montré que les
particules argileuses ont toutes la particularité que la résultante des forces ioniques
n’est pas nulle sur la couche superficielle du minéral, alors qu’elle l’est à l’intérieur.
La non compensation de la charge négative à la surface des particules argileuses
crée un champ de forces qui peut attirer les molécules d’eau.
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