Comportement hydromécanique d'un loess naturel

par José Muñoz-Castelblanco

Thèse de doctorat en Géotechnique

Sous la direction de Pierre Delage.

Soutenue le 28-03-2011

à Paris Est , dans le cadre de École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-2015) , en partenariat avec Laboratoire Navier (Paris-Est) (laboratoire) , Navier (laboratoire) et de Navier (laboratoire) .

Le président du jury était Eduardo Alonso.

Le jury était composé de Pierre Delage, Jean-Marc Terpereau, Jean-Michel Pereira.

Les rapporteurs étaient Cristina Jommi, Bernardo Caicedo.


  • Résumé

    Ce mémoire de thèse est consacré à l'étude expérimentale du comportement hydromécanique d'un lœss naturel non saturé effondrable provenant d'un site proche de la ville de Bapaume (nord de la France) dans une zone où des problèmes de tassement le long de la ligne nord du TGV ont été attribués à l'effondrement du lœss, du fait d'infiltrations d'eau. Un nouvel appareil triaxial permettant de mesurer localement l'ensemble des caractéristiques du loess non saturé (déformation, teneur en eau et succion) a été développé. La courbe de rétention d'eau, déterminée à l'aide d'un tensiomètre de haute capacité et de la méthode du papier filtre a fait l'objet d'une attention particulière : elle présente autour de la teneur naturelle une zone sans hystérésis bordée par deux boucles d'hystérésis des côtés secs et humides. L'analyse de la courbe de rétention et du phénomène d'hystérésis a été approfondie grâce à une étude microstructurale réalisée à l'aide de la porosimétrie au mercure et de la microscopie électronique à balayage. Une structure assez complexe composée d'un arrangement métastable de grains de limon secs (probablement liés par la recristallisation du calcaire) et d'une phase argileuse répartie de façon hétérogène a été mise en évidence. L'étude du comportement hydromécanique a compris une investigation de l'effondrement à partir de faibles valeurs de contraintes proches de la contrainte in-situ, à l'aide d'essais oedométriques à taux de déformation constant avec mesures de succion. Le maximum d'effondrement et une dépendance fonction de la vitesse de chargement ont été identifiés. Une campagne d'essais triaxiaux à différentes teneurs en eau constantes avec mesure de succion a permis de déterminer l'allure de la limite élastique du limon naturel dans un diagramme p/q, ainsi que ses variations avec la teneur en eau et la succion et confirmer l'écrouissage en succion

  • Titre traduit

    Hydromechanical behaviour of a natural loess


  • Résumé

    The hydromechanical behaviour of an unsaturated natural loess from Northern France has been studied. Collapse-on-wetting phenomena under constant external load are observed in the in-situ conditions, related to some stability problems detected on the loess foundations of the high speed train line that links Paris to Brussels. A new triaxial apparatus with complete local monitoring of unsaturated properties (strains, water content and suction) of this loess has been developed. The water retention curve of loess, obtained by using an in-house constructed high capacity tensiometer and the filter paper method, shows a special behaviour, with a non-hysteresis zone detected around the natural hydric state bordered by two hysteresis loops at the dry and wet sides of the curve. Further analysis of the water retention curve and of the hysteresis phenomena were conducted by means of a microstructure study made by mercury intrusion porosimetry and scanning electron microscope observations. The complex structure of loess is highlighted, composed by a metastable arrangement of dry silt grains (possibly related to carbonate re-crystallisation) and a heterogeneously distributed clay fraction. The hydromechanical behaviour study includes the evaluation of the collapse sensibility of loess at stress states close to the in-situ one, by a series of suction-monitored oedometer tests performed at different constant strain rates (CSR tests). A maximum of collapse and a time-dependent behaviour of loess were observed. A triaxial testing programme at different water contents with suction measurement, allowed to obtain the yield surface of loess in a q/p diagram, and the water content and suction evolution upon loading and to confirm the suction hardening in this material


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