Gonflement
Dans certains cas le phénomène de gonflement est
susceptible d'induire des désordres très importants :
- soit immédiatement lors du creusement sous forme
principalement de soulèvement et de déstructuration de la roche sise en radier
et accessoirement d'instabilité en base de piédroit ;
-soit
ultérieurement bien après la mise en service sous forme de pressions très élevées
s'exerçant sur le revêtement rigide, le plus souvent en radier mais aussi dans
certains cas (zones tectoniques altérées) sur tout le contour du revêtement.
Les dispositions techniques à adopter pour réduire
autant que faire se peut les effets du gonflement sont d'autant moins coûteuses
qu'elles sont préventives et mises en oeuvre préalablement aux manifestations
du phénomène. Aussi convient-il dans le cadre d'un projet de tunnel en milieu
susceptible d'induire du gonflement :
- d'apprécier correctement la probabilité d'occurrence
du phénomène ;
- et de caractériser quantitativement l'intensité
des effets attendus, afin d'être en mesure de définir et de dimensionner en
conséquence les dispositions constructives adéquates.
Le gonflement est un phénomène fort dommageable qui
peut survenir durant l’exécution des travaux soit (éventuellement longtemps)
après ceux-ci.
Les phénomènes
de gonflement n’auront lieu qu’en présence de matériaux gonflants et
d’eau !
Les trois types d’argile gonflantes les plus couramment
rencontrées sont la kaolinite, l’illite et la montmorillonite (smectite). Les
chlorites ont également des propriétés qui se rapprochent de celles des
argiles, leur structure étant néanmoins plus complexe.
Le gonflement des argiles est un phénomène notable dans
beaucoup de sols comme les marnes, les molasses ou les schistes argileux
contenant en particulier des smectites et de l’illite. Dans le cas des
terrains rocheux, on rencontre le plus souvent les argiles gonflantes sous forme
de veines, ou de matériaux de remplissage des failles, parfois des joints.
L’anhydrite est un matériau également rencontré lors d’excavation de
tunnels et dont le potentiel de gonflement peut être aussi important que pour
les terrains argileux.
Les méthodes indirectes reliant le gonflement aux paramètres
géotechniques permettent d’identifier les terrains gonflants alors que les
essais de gonflement caractérisent plus précisément le comportement gonflant
d’un échantillon. De plus, les paramètres mécaniques à déterminer pour
caractériser les terrains gonflants ne sont pas les mêmes selon que
l’objectif choisi est d’empêcher le gonflement, ou de s’assurer qu’il
se produira de façon progressive ou périodique, ou de construire l’ouvrage
après achèvement du processus de gonflement.
Les méthodes indirectes déterminent une corrélation
entre le gonflement libre ou la pression de gonflement et quelques paramètres géotechniques
comme les limites d’Atterberg, limite de retrait, la teneur en eau, la densité
sèche qui semblent être les facteurs influant sur le gonflement des argiles.
Après la détermination des paramètres géotechniques, l’emploi de formules
empiriques permet de connaître rapidement le potentiel de gonflement d’un
terrain. Au vu de la structure minéralogique, la caractérisation de la surface
spécifique d’argile représente aussi un élément essentiel pour identifier
le potentiel de gonflement d’un matériau ; on utilise pour ce faire
l’essai au bleu de méthylène, ce dernier donnant le potentiel d’adsorption
du sol, vu que les molécules de la solution de bleu adhèrent aussi bien sur la
surface interne que sur la surface externe des argiles.
Pour ce faire, dès que l'environnement géologique est
susceptible de contenir des minéraux argileux (argiles, marnes, molasse
marneuse, zones de faille, zones karstifiées, ...etc) il est impératif de déterminer
la présence ou non parmi ces minéraux de smectites (minéraux argileux
expansifs en présence d'eau dont le type est la montmorillonite) ou
d'interstratifiés comportant un feuillet de smectites.
Cette détermination doit être effectuée soit par des
analyses minéralogiques complètes, soit par des analyses minéralogiques semi
quantitatives (détermination aux rayons X), soit encore par un essai au bleu de
méthylène ou mieux par une association de deux de ces méthodes, les résultats
de l'une validant l'autre et inversement.
Si la présence de tels minéraux est avérée il
convient de procéder à des essais de gonflement afin de quantifier le risque
et de disposer des données pour prévoir les efforts pouvant être induits (par
le gonflement) sur le revêtement de radier:
- mesure de la pression de gonflement à volume constant ,
- essai Huder-Amberg .
Le risque de gonflement par hydratation de l'anydrite, en
gypse doit également être examiné s'il y a lieu.
Le phénomène du gonflement est un phénomène très
lent vu la perméabilité des argiles. Il ne faut pas perdre de vue
l’influence saisonnière quant aux teneurs en eau et donc au caractère
cyclique du phénomène : gonflement-dégonflement.
Les procédures de prélèvement du matériau et de son
essai sont à suivre correctement pour obtenir de bons résultats. De plus,
l’effet d’échelle existe entre la taille de l’échantillon et la taille
du massif.
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