TP mécanique des sols: Perméabiliré des sols

1.    But de l’essai :

 les proproétés dynamiques de l’eau de gravité ou la facilité avec laquelle ce eau est capable de s’infiltrer dans le sol est définie comme étant la perméabilité. elle a une ifluence vitale sur les problèmes de fondations et certains ouvrages de mécanique des sols tels que :

a.     la stabilité des barages.

b.     la stabilité des excavations ouvertes.

c.      la stabilité des ouvrages en palplanches.

d.     les caractéristiques de consolidation du sol.

e.      la classification des sols et leurs propriétés.

 les écoulements des eaux à travers les interstices d’un système de sol, sont complexes et variés. ils ne permettent pas de tirer des conclusions et définir par la suite des méthodes de calcul pour résoudre les problèmes pratiques posés. des hypotèses sont alors nécessaires ; les écoulements sont supposés lents et leurs chemins plus courts. ainsi, la codition d’écoulement laminaire est satisfaite.

2.    Méthode in-situ :

 les résultats des essais de permeabilité au laboratoire ne représentent pas réellement les conditions du terrain. ces appareils ne permettent pas de mesurer la perméabilité horizontale.

 les sols in-situ sont généralement stratifiés et la perméabilité horizontale est plus élevée que la perméabilité verticale mésurée au laboratoire. la sructure du sol est altérée lors de la préparation des échantions. ces derniers ont des dimensions réduites et la perméabilité obtenue ne reflète pas la valeur moyenne de la perméabilité d’une surface étendue. par conséquent les essais de perméabilité in-situ sont très recommandés pour les consructions ou les forces ⌡d’écoulement et la dissipation de pression interstitielle jouent un role très important.

 plusieurs méthodes pour mesurer la perméabilité in-situ sont disponibles actuellement. la meilleure mesure est par l’essai de pompage (formule dupuit) qui est plus largement utilisée. l’essai consiste à pomper de l’eau jusqu’à l’obtention d’un régime permanent. le débit Q et la perte de charge sont alors constants et reliés à la peméabilité du milieu par les équations A et B. pour une nappe libre :

A -                                   Q = k.2π.r.h.dh/dr

                                        dr/r = (2π.k/Q).h.dh

                                       ⌡dr/r = (2π.k/Q).⌡h.dh

                                        k = (Q.⌡dr/r)/(2π.k⌡h.dh)

k = (2,3.Q.log(r₂/r₁))/π(h₂²/ h₁²)

 dans le cas de la méthode du puit artesian (nappe captive) FIG.1, le débit d’eau et le coefficient de perméabilité sont donnés par les formules suivantes :

B -                                   Q = k.2π.r.D.dh/dr

                                        dr/r = (2π.k.D/Q).dh

                                       ⌡dr/r = (2π.k.D/Q).⌡h.dh

                                        k = (Q.⌡dr/r)/(2π.D⌡h.dh)

k = (2,3.Q.log(r₂/r₁))/2π.D(h₂/ h₁)

1.    Méthode au laboratoire :

 deux méthodes qui sont des applications directes de la loi de DARCY sont largement utilisées en laboratoire :

Ÿ  mesure sous charge constante pour les sols très perméables (les graviers et les sables).

Ÿ  mesure sous charge variable pour les sols peu perméables (les limons et les argiles).

a)   perméamètre à charge constante :

  l’échantillon de sol, d’une densité appropriée, est placé dens une cellule étanche de section transversale A et de longueur L. les deux extrémités de l’échantillon sont reliées à deux tubes par l’intermédiaire de pierres poreuses. un écoulement d’eau vertical, sous une charge constante est maintenu à travers le sol. la perte de charge h et la quantité d’eau Q qui passe pendant un temps donné t sont mesurés. ce qui permet de calculer le gradient hydraulique i et le coefficient de perméabilité :

k = Q.L / A.h

  une série de tests doit etre effectué, chaque test a un taux d’écoulement diffèrent. avant de commencer l’essai, une succion est appliquée à l’échantillon de sol afin de s’assurer que le degré de saturation avoisine les 100%.

a)    perméamètre à charge variable :

l’échantillon de sol non remanié est testé dans un cylindre de longueur L et de section transversale A, qui peut etre l’échantillonneur. des pierres poreuses sont placées à chaque extrémité du spécimen et une colonne montante connectée à la partie superieure du cylindre. le drainage s’effectue dans un réservoir ou le niveau est maintenu constant par un trop plein. la colonne est par la suite remplie d’eau et à un temps (t1-t2) son niveau baisse de h1 à h2. a l’instant dt la perte de charge correspondante est dh, donc le débit est :

Q = -a.(dh/dt) = A.k.(h/L)

-dh/h = (A.k/a.L)dt

-log(h2/h1) = log(h1/h2) = (A.k/aL)(t2-t1)

k= (a.L/A.(t2-t1)).log(h1/h2)

= (2,3.a.L/A.(t2-t1)).log(h1/h2)