LES ESSAIS DE PERMÉABILITÉ ~ Les essais de laboratoire de génie civil

LES ESSAIS DE PERMÉABILITÉ

1. LES ESSAIS DE PERMEABILITE SUR LE CHANTIER

Comme nous venons de le voir, les essais de mesure de la perméabilité sont le plus souvent réalisés en laboratoire, sur des échantillons de sol remanié. L’utilisation des perméamètres, conduit parfois à des résultats plus au moins fiables. On peut remédier à cette situation en effectuant des essais in situ sur le sol intact. Ces essais requièrent toutefois de nombreuses pièces d’équipement et prennent beaucoup de temps. On note les 2 essais suivants :

1.1. L’ESSAI DE PERMEABILITE PAR POMPAGE

Cet essai de la figure 8 permet de déterminer la perméabilité globale d’un dépôt de sol. Il consiste à abaisser la surface libre de la nappe d’eau dans un puit de pompage.

En pratique , il consiste à forer jusqu’à la couche imperméable de sol ou au roc. On effectue un pompage continu et régulier, de façon à créer un écoulement permanent et ainsi maintenir le niveau d’eau stationnaire dans les puits de pompage et d’observation. Puis, on mesure le rabattement de la nappe d’eau dans les puits d’observations.

La distance à laquelle le pompage n’a plus d’effet sur la nappe d’eau s’appelle le rayon d’influence (R). L’abaissement maximal h_ode la surface libre se fait dans le puit de pompage.

On mesure le coefficient de perméabilité à l’aide de l’équation (Dupuit 1863) :

Hypothèses de cette équation :

§ Dépôt de sol homogène et isotrope

§ Loi de Darcy applicable à l’écoulement

§ Vitesse horizontale constante en tout point situé sur une verticale

§ Vitesse verticale négligeable par rapport à la vitesse horizontale

1.2. L’ESSAI DE PERMEABILITE A LA BASE D’UN TUBAGE DE FORAGE

L’essai consiste à faire circuler de l’eau par gravité à travers le sol en contact avec la base du tubage (figure 7) de diamètre intérieur D, il est considéré comme essai ponctuel, on verse le sable lavé, puis on relève le tubage par paliers, de façon qu’il reste toujours 15 cm de sable à l’intérieur, après l’avoir remplis d’eau jusqu’à une hauteur H_C située au moins à un mètre au dessus de la surface libre de la nappe, on mesure le débit q nécessaire pour maintenir l’eau dans le tubage à un niveau constant; deux méthodes sont utilisées :

§ Méthode à niveau constant : perméabilité moyenne k = q / 2.75.D.H_C

§ Méthode à niveau variable : perméabilité faible k = p’.C / 60

Avec : p’ est la pente du graphique de ln(H/H_i) en fonction du temps

2. L’ECOULEMENT DE L’EAU DANS LES SOLS

Cette partie met davantage l’accent sur les mouvements de l’eau dans les sols. Nous avons vu que la capacité, la gélivité, le gonflement et le retrait permettent de décrire le comportement des sols en présence d’eau à l’état stationnaire : ce sont des propriétés de nature statique.

En revanche, seule la perméabilité caractérise le comportement des sols lorsque l’eau est en mouvement, c’est donc la seule propriété hydraulique dynamique, et c’est pourquoi nous donnons plus d’importance.

2.1. LES CHARGES HYDRAULIQUES

Par sa position, la pression qu’elle subit et la vitesse à laquelle elle s’écoule, l’eau en un point donné du sol porte une quantité d’énergie qu’on évalue à l’aide d’une équation empruntée à la mécanique des fluides, l’équation de Bernoulli :

Dans cette équation, l’énergie totale est exprimée en unités d’énergie par poids d’eau ou, plus simplement, en hauteur d’eau. C’est pourquoi on remplace souvent le terme énergie par charge hydraulique ou charge, que l’on représente par la lettre h.

2.2. LES TYPES DE CHARGES

En examinant l’équation de Bernoulli, on constate que la charge hydraulique totale est constituée de trois charges partielles :

La charge de vitesse (h_v = v²/2g) correspond à l’énergie cinétique accumulée par l’eau en un point donné. Dans les sols, on ne tient pas compte de cette forme d’énergie, car l’écoulement de l’eau est très lent et produit des charges de vitesse très faibles.

La charge de pression (h_p = p/g_w) représente l’énergie produite par la pression qui s’exerce sur l’eau en un point donné. Cette pression est engendrée par la quantité d’eau située au-dessus du point considéré.

Quant à la charge d’élévation, elle est associé à l’énergie potentielle. Elle représente la distance qui sépare le point considéré d’une surface de référence arbitraire.

On peut donc reformuler l’équation : h = h_v + h_p + h_e où h = charge hydraulique en un point donné

Quand la charge hydraulique totale varie d’un point à un autre, on peut dire qu’il y a une perte d’énergie (une perte de charge Dh) causée par la friction de l’eau s’écoulant à travers le sol.

Etant donné la charge de vitesse négligeable et la charge d’élévation constante, l’écoulement de l’eau dans le sol entraîne uniquement une diminution de la charge de pression en un point donné. Cette perte de charge correspond à la différence entre les charges hydrauliques totales (figure 8) :

Dh = h_A – h_B

2.3. LE CALCUL DES CHARGES ET DES PERTES DE CHARGE

A titre d’exemple, nous Voyons, à l’aide de la figure 9, comment se calculent les charges hydrauliques aux points A, B, C, D et E.