TP1 Perméabilité

TP N°1 MDS2 (Mécanique Des Sols 2) Perméabilité des sols Introduction : Les paramètres mécaniques sont les variables des formules de calcul de stabilité des talus, fondations... Ils sont spécifiques d’une théorie, d’une méthode de calcul et d’un essai (matériel et processus), de sorte qu’il n’est pas possible d’établir leurs corrélations numériques pour un même sol. On les mesure spécifiquement sur échantillons dits « intacts » ; ils ne le sont jamais. - Paramètres de la plasticité/rupture (Coulomb) : La cohésion c et l’angle de frottement φ se mesurent au laboratoire à la boite de Casagrande ou au triaxial, selon des processus différents (CD, CU, UU, U) qui fournissent des couples c/φ différents ; un couple générique suffit à la plupart des calculs d’applications dont les résultats ne sont que des ordres de grandeur ; La résistance à la compression simple se mesurent au laboratoire par écrasement à la presse d’un échantillon plus ou moins solide ; - Paramètres de la consolidation (Terzaghi) : L’indice de compression, le coefficient de consolidation, la perméabilité... se mesurent au laboratoire à l'œdomètre ou au triaxial ; La pression interstitielle se mesure au triaxial. La perméabilité se mesure au laboratoire au perméamètre ou à l'œdomètre et/ou in situ par essai Lefranc au cours d’un sondage ou par essai de pompage dans un forage. - Paramètres pressiométriques (Ménard) :

La pression limite et le module pressiométrique se mesurent in situ au moyen d’un pressiomètre. Autres essais in situ : SPT, Standard Penetration Test ; pénétromètre dynamique ; scissomètre ; pénétromètre statique... .

Définition : La perméabilité des sols constitue un élément majeur dans la conception et le calcul de nombreux ouvrages en génie civil (ouvrages de soutènement, digues, tunnels, barrages ...). Elle intervient également dans les problèmes d'environnement (diffusion de polluants, sites de stockage, contamination de la nappe ...). Aussi, d'importants travaux ont été consacrés à sa mesure que ce soit en laboratoire ou in situ. La perméabilité d'un sol peut être déterminée en laboratoire ou in situ. Les méthodes de laboratoire consistent à prélever un échantillon de sol et à mesurer sa perméabilité à l'aide d'un perméamètre. Les mesures sont effectuées soit avec un perméamètre à charge constante, quand il s'agit de grandes perméabilités (graves et sables qui ont généralement une perméabilité k > 10-5 m/s), soit avec un perméamètre à charge variable, quand il s'agit de mesurer de faibles perméabilités (argiles et marnes où l'on peut avoir une perméabilité k < 10-8 m/s).

Expliquer la loi de DARCY: La loi de DARCY à un certain niveau est une corrélation directe entre le taux de décharge simple, en temps réel par le centre facilite une pause, et la viscosité du liquide sous pression et basse à une certaine distance.

But de l’essai : Détermination le coefficient K dans le cas à charge constante ou à charge variable décroissante. Au laboratoire, la perméabilité se mesure au perméamètre :

- à charge constante si l'on mesure le débit nécessaire pour maintenir plein le réservoir haut ; - à charge variable si l'on mesure, en fonction du temps, la descente dans le tube (situé sous le réservoir haut).

Méthode de mesure au laboratoire du coefficient de perméabilité: Deux méthodes qui sont des applications directes de la loi de DARCY sont largement utilisées en laboratoire : - mesure sous charge constante pour les sols très perméables (les graviers et les sables). - mesure sous charge variable pour les sols peu perméables (les limons et les argiles).

Principe de la méthode : L’essai de perméabilité consiste à mesurer le temps nécessaire à un volume de fluide pour parcourir la longueur de l’échantillon, sous une pression d’injection donnée (à charge constante) ou sous une pression d’injection variable (à charge variable).

Perméamètre à charge constante: L’essai de perméabilité à charge montré sur la figure 1, convient aux sols très perméables comme les sables. Cet essai duit satisfaire aux conditions suivantes: - L'échantillon doit contenir des particules < 80 mm au plus égal à 10% des particules >20 mm = 0 % - L'écoulement d'eau à travers l'échantillon de sol est laminaire et permanent, de telle sorte que la vitesse d'écoulement de eau reste proportionnelle au gradient hydraulique; - L'échantillon de sol est sature et ne subit pas de changement de volume durant l'essai - La perte de charge (Δh) demeure constante. Une perte de charge constante Δh provoque l’écoulement de l’eau à travers l’échantillon de sol. On mesure le débit d’eau q en recueillant un volume d’eau V en un temps t. Connaissant

la longueur de l’échantillon L et la surface S à travers laquelle l’eau s’écoule. On peut calculer le coefficient de perméabilité K.

Figure 1 Perméamètre à charge variable: Avec les sols peu perméables comme les sols silteux et argileux, l'essai de perméable à constante ne délivre que très rarement des résultats acceptables, pour cela, on utilise à charge variable (figure 2).

Matériel utilisé : - Un Perméamétrie de compactage avec accessoires : un tube de verre fermé en Bas avec un robinet, et il a des tubes. - Un panneau de tubes Piézométrique a défirent niveau. - Un support de perméamètre avec accessoires. - Chronomètre : pour déterminer le temps d’écoulement. - L’échantillon de sol. - Un réservoir d’eau. - Une éprouvette graduée.

Mode opératoire : Matériaux Utilisés:  sable.

 Marée Sables. - Placer le perméamètre près du panneau: le niveau du couvercle supérieur du perméamètre doit correspondre au niveau 0 du réglet du panneau. (Ceci permet de déterminer facilement la charge hydraulique à laquelle est soumis l’échantillon de sol). - Choisir le tube piézométrique adapté. Ce choix est fonction de la perméabilité du sol plus le sol perméable, plus on utilise un tube piézométrique de faible diamètre. - Ouvrir les robinets du réservoir d'eau, du panneau et du perméamètre. L'eau s'écoule alors dans le tube piézométrique puis dans l'échantillon. Lorsqu' un régime permanent s'établit à la sortie du perméamètre, on peut considérer que l'échantillon est saturé. - Fermé le robinet du réservoir d'eau, puis attendre que le niveau de l'eau dans le tube piézométrique soit proche de niveau 100 du réglet. - Lorsque ce niveau est atteint. Fermer les robinets du panneau et du perméamètre. Le niveau de l'eau dans le tube piézométrique ne doit plus alors bouger et l'eau ne doit plus sortir du perméamètre. Pour un essai a charge constante : - ouvrir les robinets du panneau et du perméamètre, déclencher aussitôt le chronomètre. - alimenter le perméamètre de manière à y maintenir la charge hydraulique constante (le niveau de l’eau). - Après quelques minutes, stopper le chronomètre et mesurer le volume de l’eau ayant traversé l’échantillon. Pour un essai à charge variable : - ouvrir les robinets du panneau et du perméamètre ; déclencher aussitôt le chronomètre. - après quelques minutes, stopper le chronomètre et relever le niveau sur le réglet.

Calcul :  K=

V .L T .H .S

 K=

L.s S (t 1−t 2)

cas de perméamètre à charge constante. h1 h2

ln

cas de perméamètre à charge

variable. - Cas de perméamètre à charge constante : k=

V .L T .H .S

On a: L=11.6 cm; Ǿ=14.2 cm; H=232 cm

S=

14.2 ¿ ¿ ¿2 π .¿ ¿

=158.28

cm 2

l’essa 1 i V(

cm 3

) T(s) K(cm/s )

2

3

4

410

340

425

290

110 1.177×

92 1.167×

117 1.147×

80 1.145×

−3

10

−3

10

−3

10

−3

10

K moyen -

1.159×

cas de perméamètre à charge variable :

K=

L.s S (t 1−t 2)

ln

h1 h2

On a: L=11.6 cm; S=158.28

s=

10−3

1.6 ¿ ¿ ¿2 π .¿ ¿

=2.009

l’essai t1(s) t2(s) h1 (cm) h2 (cm) K(cm/s)

; d=1.6 cm

cm 2

1 0 590 95 40 2.158× −4

10

K moyen

cm 2

2 0 110 70 60 2.0628×

3 0 150 57 45 2.3197×

−4

10

2.4405×

−4

10

4 0 225 36 22 3.2218× −4

10

10−4

Conclusion Finalement, une bonne maîtrise des conditions initiales et aux limites appliquées au système d’écoulement est indispensable pour une meilleure analyse et une bonne reproductibilité des résultats d’essais de perméabilité. Donc la perméabilité de charge constante pour les sols très perméables. Lorsqu'un terrain est constitue de plusieurs couches, il est évident que le Coefficient de perméabilité n'est pas le même.

Tous les sols sont plus ou moins perméables. L'eau filtre a travers l'argile Comme a travers le gravier mais ce phénomène sa manifeste avec des intensités Différentes.