Phénomène de liquéfaction
Les sables
saturés soumis à des cycles de chargement, comme ceux produits par un séisme,
peuvent se liquéfier, c'est-à-dire perdre toute résistance au cisaillement par
augmentation de la pression interstitielle. Ce phénomène a été la cause de
désordres variés, glissements de terrains, éboulements, rotation d'immeubles,
destructions d'ouvrages, etc...
Pendant ces dernières années le phénomène de liquéfaction a constitué un sujet de recherche très intéressant, il a attiré l’attention des comités d’ingénieurs en géotechnique à cause de l’impact destructif sur l’infrastructure et l’économie ainsi que sur la vie humaine.
C’est quoi la liquéfaction de sol ?
La liquéfaction
consiste en une génération de pression interstitielle suite à un chargement
dynamique d’un sol pulvérulent saturé, présentant une capacité de drainage
insuffisante. Cette augmentation de pression interstitielle provoque alors une
diminution des contraintes effectives, selon Terzaghi l’expression de la
contrainte effective est comme suivante :
La liquéfaction a
lieu lorsque les contraintes effectives deviennent nulles (ou très faibles),
engendrant des déformations importantes suite à des contraintes de cisaillement
appliquées supérieures à la résistance du sol. Le sol se comporte alors comme
un fluide ayant la densité du sol saturé.
Explication physique du phénomène :
Si on prend un dépôt de sol se compose d'un assemblage de différentes particules. Au niveau microscopique nous observons que chaque particule est en contact avec un certain nombre de particules voisines. Le poids des particules de sol produit des forces de contact entre les particules, et donne au sol une capacité portante.
Durant un séisme,
il n'y a pas assez de temps pour que l'eau dans les pores du sol soit drainée.
Au lieu de cela, l'eau est emprisonnée et empêche les particules de sol de se
déplacer ensemble. Ceci est accompagné d'une augmentation de la pression de
l'eau qui réduit les forces de contact entre les différentes particules de sol,
ce qui engendre un affaiblissement de la capacité portante du dépôt de sol (voir
figure 2), avec l’augmentation de la pression interstitielle le sol se
comporte soudainement plutôt comme un liquide qu'un solide, on dit à ce moment que
le sol se liquéfie.
De nombreux
facteurs peuvent avoir une influence sur la résistance à la liquéfaction des
sols, les principaux facteurs sont :
La
densité relative de sol:
Basé sur des
études de terrain, la densité relative de sol peut influer sur la liquéfaction,
pour cela on distingue :
Les sols
pulvérulents dans un état lâche sont sensibles à la liquéfaction comme par
exemple les sables lâches saturées.
Les sables denses
sont moins sensibles à la liquéfaction.
Brièvement
l’augmentation de la densité relative conduite donc à une importante
amélioration de la résistance à la liquéfaction des sables.
La
taille des particules :
Les sols non
plastiques de granulométrie uniforme ont tendance à former plus instable
arrangements de particules et sont plus sensibles à la liquéfaction. Par contre
les sols qui sont bien classés (granulométrie non uniforme) auront également de
petites particules qui remplissent les espaces vides entre les grosses
particules. Cela tend à réduire la contraction de potentielle du sol, résultant
en moins excessives pressions interstitielles générées durant le tremblement de
terre.
La forme
des particules :
La forme des
particules de sol peut influer sur la résistance de sol à la liquéfaction, pour
un sol contenant des particules arrondies est plus susceptible de se liquéfier
à un sol contenant des particules angulaires, parce que le frottement entre les
particules angulaires est plus grand que celui entre les particules arrondies.
Présence
de fines :
Plusieurs études
visant à caractériser l’influence de la présence de fines sur la résistance à
la liquéfaction d’un sol indiquent qu’il s’agit d’un paramètre influent. Si le
pourcentage de fines est grand, alors le risque de génération de pressions
interstitielles est moins excessif lors d’un séisme.
Plasticité
:
L’influence de la plasticité peut être évaluée à l’aide des limites d’Atterberg qui permettent de définir l’indice de plasticité associée à la gamme des teneurs en eau à l’intérieur de laquelle le sol se comporte en matériau plastique. La résistance à la liquéfaction augmenterait avec la valeur de l’indice de plasticité.
Effets induits par la liquéfaction :
Lorsque la
liquéfaction se produit, elle peut entraîner plusieurs conséquences négatives
comme par exemple :
La ruine partielle ou
totale des constructions.
La perte des vies
humaines.
L’enfoncement des
constructions dans le sol.
Remarque :
Les pieux peuvent
améliorer les caractéristiques mécaniques du sol et de réduire le potentiel de
liquéfaction.
Et pour savoir de
plus en ce qui concerne le sujet de pieux, on vous laisse les liens suivants :