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Phénomène de liquéfaction

 

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 de sol
Avec:


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.

capacité portante
Figure 1 : Les forces de contact entre les différentes particules.

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.

Réduction des forces de contact différents grains de sol
Figure 2 : Réduction des forces de contact différents grains de sol.

Quels sont les facteurs ayant une influence sur la liquéfaction de sol ?

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 :

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