C. Chevalier – Résistance à l’érosion des sols traités à la chaux: comportement en laboratoire – Aix en Provence , 19 nov. 2014 1 Résistance à l’érosion des sols traités à la chaux : Comportement en laboratoire C. Chevalier 1 & G. Herrier 2 Journées techniques « Gestion des risques hydrologique et des ouvrages fluviaux » Aix en Provence 18 & 19 novembre 2014 1 2
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C. Chevalier – Résistance à l’érosion des sols traités à la chaux: comportement en laboratoire – Aix en Provence , 19 nov. 2014 1
Résistance à l’érosion des sols traités à la chaux : Comportement en laboratoire
C. Chevalier1 & G. Herrier2
Journées techniques « Gestion des risques hydrologiqueet des ouvrages fluviaux »Aix en Provence 18 & 19 novembre 2014
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Traitement des sols à la chaux
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Comportement des sols traités dans les ouvrages hydrauliques ?
• Digue experimentale du CER Rouen (France)[I. Charles et al.]
1975 2010
• Canal Friant-Kern (USA)
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Propriétés des sols traités vis à vis de l’érosion?
Résistance à l’érosion des sols traités à la chaux : Comportement en laboratoire
• Matériaux
• Dispositifs d’essais
• Résultats
• Conclusion et perspectives
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Conclusion
• Résultats pour les sols traités– MoJET: masse totale erodée plus de 80 fois moindre – HET: contrainte critique au moins 4 fois plus grande– ECT: sols quasi insensibles à l’eau
• Augentation considérable de la résistance à l’érosion des sols traités à la chaux (limon ou argile)
• Augmentation maintenue (accrue) dans le temps
• Perspectives : application aux ouvrages expérimentaux:– Ouvrage du CER de Rouen– CPER PACA Digue2020
(Irstea, Cerema, Ifsttar, UMR Espace)
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Application aux ouvrages exp érimentauxdu CER de Rouen
• ouvrage en sol traité à la chaux (limon, 2,5% chaux)et ouvrage en sol non traité (limon)
• Essais MoJET, HET et ECTréalisés à 28 jours, 180 jours et 1 an
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un essai simple utilisable en laboratoire et in situ
• Surface du sol attaquéeperpendiculairement par des jets
• Surface de sol non immergée
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Paramètres d ’essais• Relevé de surface en 12 points avant
et après l’essai• Débit d’essai (600 ml/min)• Durée d’essai 12-15 min• Effluents récupérés à 7 pas de temps • Vitesse des jets 8.5 m/s→ PET (Briaud et al. 2012)
• Vitesse de rotation 5 rpm
1-ii
i1-ii
t-t
m
2
ttm =
+&( ) ∑
≤=
ijji mtM
0
20
40
60
80
100
120
140
0 2 4 6 8 10 12
Time (min)
Acc
umul
ated
mas
s (g
) 50% Kaolinite & 50% Sand100% Kaolinite
a) temps
mas
se c
umul
ée
0
2
4
6
8
10
12
14
0 2 4 6 8 10 12
Time (min)
Ero
sion
rat
e (g
/min
)
50% Kaolinite & 50% Sand100% Kaolinite
b) temps
taux
d’é
rosi
on
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• Agrandissement d’un canal d’écoulement créé au milieu d’une éprouvette de sol par analogie à l’érosion de conduit:– Première version LCPC (Ifsttar) :
Vargas (2005), Reiffsteck (2006), Pham (2008)– Autres versions : Wan et Fell (2002, 2004), Benahmed, Bonelli
(2007, 2012)
• Nouvelle version (2010)– Plages de mesures / sollicitation plus étendues– Régulation automatisée– Eprouvettes peu remaniées
L’essai d ’érosion de trouHET – Hole Erosion Test
un essai de référencepermettant d’accéder à des lois d’érosion
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L’essai d ’érosion de trouHET – Hole Erosion Test
flow
débitmètre
capteurs pression turbidimètre
trous initial et final
différence de pression imposée
time
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HET: interprétation
contrainte de cisaillement
tauxd’érosion
τ
ε.
• Résultats
• Mesures – différence pression (contrôlée)
– débit– turbidité
– rayons initial & final
acquisition à 1Hz
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Mesures typiques d’essai d’érosion de trou
• Évolution des paramètres au cours de l’essai– Perte de charge hydraulique constante
• Essais avec différentes sollicitations imposées
temps
turb
idité
temps
débi
t
temps
Per
te d
e ch
arge
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Caractérisation de l’é rosion
SPLPt ×∆=××τ
contrainte decisaillementτ
tauxd’érosion ε
.
contrainte decisaillementτ
tauxd’érosion ε
.
contrainte decisaillementτ
tauxd’érosion ε
.
contrainte decisaillementτ
tauxd’érosion ε
.eau
sol
• Bilan des forces :
� Contrainte de cisaillement appliquée sur le paroi du trou :
• Taux d’érosion (variation de masse/temps) :
� Loi d’érosion : ?
?• Détermination du rayon (R(t)) • Wan & Fell (2002, 2004) :
• Bonelli et al. (2006) : (régime turbulent)
� Méthode énergétique : ratio de la masse érodée sur l’énergie dissipée par l’érosion (Marot et al. 2011)
L
PR ∆×=2
τdt
dRs ×= ρε&
)(τε f=&
R
( ),...,,, sfPQfR T∇=
( )PQfR ∇= ,
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Calcul du diam ètre instantan é
• Signal de turbidité et la masse érodée (Haghighi et al. 2012)
∫=t
dtTQtm0
1)(
α
initialtrousfinaltrousf VVM ρρ −=
)(tR⇒
∫=ft
f dtTQM0
1
αK% : Kaolinite Armoricaine
Si%: Limon de limon de Rouen
Sa%: Sable de Fontainebleau
taille des particules
pour
cent
age
pass
ant
texture (fraction massique)
masse érodée de la kaolinite
som
me
de tu
rbid
ité
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taux
d’é
rosi
on
contrainte de cisaillement
cont
rain
te d
e ci
saill
emen
t (τ)
taux
d’é
rosi
on(έ
)
temps
Calcul des param ètres d ’érosion
• Calcul de la contrainte de cisaillement (fluide-solide) et le taux d’érosion à partir du diamètre instantané :
( )
( )
×=
∆×=⇒
dt
tdRL
PtR
sρε
τφ
&
2
taux
d’é
rosi
on
contrainte de cisaillement
taux
d’é
rosi
on
contrainte de cisaillement
Perte de charge imposée
ττττc
ker
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-20
-15
-10
-5
0
5
10
0.1 1 10 100 1000Temps (min)
dh (m
m)
0% 10%20% 25%30% 50%70% 90%100%
20
21
22
23
24
0 5 10 15 20temps (min.)
haut
eur
(mm
)
W
12 %
16 %
teneur eau
14 %
Crumb Testnorme ASTM D6572
1976 Sherardéchantillon contrôlé,
mesures quantitatives
2006 LCPCnouvel essai d’émiettage
mesures en continupar caméra
L’essai d ’émiettage am élioréECT – Enhanced Crumb Test
un essai simple et rapidepermettant de tester les sols et l’eau
2010 LCPCessai d’émiettage amélioré
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Dispositif et mesures
h
RL RR
D
βLβR
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Répétabilité et d éroulement des essais
0
1
2
0 état initial
1 hydratation / gonflement
2 affaissement / dispersion
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