MÉTHODE D’ESSAI

LC 22-320

Section

2009 12 15Date

Page

1 de 5

SECTEur – SOLS ET fOnDATIOnS 2

DÉTErMInATIOn Du COEffICIEnT DE PErMÉAbILITÉ

DES SOLS à L'œDOMèTrE

1. ObjetLe coefficient de perméabilité d’un échantillon de sol argileux intact se détermine au cours

de l’essai de consolidation à l’œdomètre (LC-22-301). Il est mesuré à différents niveaux de la consolidation, généralement à trois paliers distincts, soit au début de l’essai (proche du poids effectif des terres, état surconsolidé), après le passage de la pression de préconsolidation (état normalement consolidé) et en fin d’essai au dernier palier de charge avant déchargement. Les trois mesures permettent de tracer la courbe e vs log k (indice des vides versus perméabilité) pour définir le coefficient de perméabilité en place k0 correspondant à l’indice des vides e0.

2. référencesLa présente méthode d’essai renvoie à l’édition la plus récente des documents suivants :

NORME :

MINISTÈRE DES TRANSPORTS DU QUÉBEC, LABORATOIRE DES CHAUSSÉES

LC 22-301 « Essai de consolidation à l’œdomètre ».

AUTRE DOCUMENT :

LEBLOND, Pierre Mesure et caractéristiques de la perméabilité des argiles de la mer Cham-plain, Thèse de maîtrise, Université Laval, 1981.

3. AppareillageL’appareillage utilisé est sensiblement le même que celui utilisé pour l’essai œdométrique

(LC 22-301). La base de la cellule a été modifiée (figures 1 et 2), la pierre poreuse est encas-trée dans la base et une série de rainures en « v » acheminent l’eau dans la pierre poreuse, ou, en sens inverse, vers une canalisation reliée à l’extérieur par une valve à deux voies. On a ajouté une bague autour de l’anneau; deux joints toriques assurent l’étanchéité entre la bague et l’anneau et entre la bague et la base de la cellule. Deux conduites flexibles en polyvinyle ou en tygon sont attachées à la valve : la première retourne l’eau à l’intérieur de la cellule de manière à égaliser les pressions d’eau sur les deux faces de l’échantillon lors de l’installation de l’anneau dans la cellule et aussi pendant l’essai de consolidation; la deuxième est reliée à la base de la burette de mesure. Toutes ces conduites et tous ces raccords sont saturés d’eau lors du montage.

Lorsqu’un essai à charge variable est réalisé, la hauteur de la tête d’eau est lue au millimètre près; le tube de verre utilisé comme burette est calibré et une constante est disponible pour les calculs.

note :Comme les argiles de la mer de Champlain, qui sont soumises à l’essai œdomé-trique, ne sont généralement pas gonflantes et que la variation des contraintes effectives induites par la variation de la charge n’entraîne que peu de variation de volume, les essais sont normalement faits à charge variable. Pour les autres types d’argile, l’essai est réalisé à charge constante à l’aide de la burette de Mariotte.

MÉTHODE D’ESSAI

LC 22-320

2Section

2009 12 15Date

Page

2 de 5

SECTEur – SOLS ET fOnDATIOnS

DÉTErMInATIOn Du COEffICIEnT DE PErMÉAbILITÉ

DES SOLS à L'œDOMèTrE

Un dispositif de blocage du plateau de l’œdomètre a été fabriqué (figure 3). Deux pièces en acier (A et B) ont été usinées : l’une (B) est fixée au bâti, l’autre (A) sous le plateau de l’appareil. Une troisième pièce (C) en acier trempé et munie d’une goupille relie le plateau au bâti de l’appareil; le blocage de l’appareil s’effectue au moyen d’un boulon.

4. Préparation de l’échantillonLa procédure de préparation de l’échantillon, de la mise en place et de l’application des

paliers des charges est celle de l’essai œdométrique (LC 22-301), si ce n’est la façon de drainer la face inférieure de l’échantillon : on ne doit pas oublier de relier cette face à l’eau de la cellule par la conduite flexible et par la bonne position de l’ouverture de la valve.

Figure 1Coupe de la base de l'œdomètre adapté pour l'essai de perméabilité

note :– les cotes sont en millimètres.

MÉTHODE D’ESSAI

LC 22-320

Section

2009 12 15Date

Page

3 de 5

SECTEur – SOLS ET fOnDATIOnS 2

DÉTErMInATIOn Du COEffICIEnT DE PErMÉAbILITÉ

DES SOLS à L'œDOMèTrE

5. Mode opératoireL’essai de perméabilité est réalisé entre deux paliers de charge. Le plateau du bâti œdomé-

trique est bloqué pour empêcher la variation de l’indice des vides et maintenir constante la hauteur de l’échantillon.

L’application de la charge hydraulique sur la base du spécimen se fait en remplissant la colonne d’eau jusqu’à une hauteur comprise entre 70 cm et 100 cm au-dessus du niveau d’eau de la cellule. L’eau doit être préalablement désaérée.

Au moment de la mesure de la perméabilité, la valve d’eau est inversée; la variation de la hauteur de la colonne d’eau (essai à charge variable), ou le volume d’eau qui pénètre dans l’échantillon mesuré sur la burette graduée de Mariotte (essai à charge constante), est suivi régulièrement dans le temps pendant 24 heures.

À la fin de la mesure, le plateau est débloqué, la valve d’eau est remise en position normale et l’essai œdométrique est poursuivi jusqu’à l’essai de perméabilité suivant.

Figure 2Localisation des joints toriques

Figure 3Dispositif de bloquage du plateau de l'œdomètre

MÉTHODE D’ESSAI

LC 22-320

2Section

2009 12 15Date

Page

4 de 5

SECTEur – SOLS ET fOnDATIOnS

DÉTErMInATIOn Du COEffICIEnT DE PErMÉAbILITÉ

DES SOLS à L'œDOMèTrE

6. résultats et calculsL’alignement des points expérimentaux sur un graphique logarythmique de la hauteur d’eau

versus le temps confirme la qualité de l’essai à charge variable. Le coefficient de perméabilité k se calcule alors avec n’importe quelle paire de points ( h1;t1 ), ( h2;t2 ), suivant l’équation :

k = 2,306 • a L

A • ( t1 − t2 ) • log

h1

h2

(équation 1)

où a = aire de la section du tube de verre gradué, soit 0,283 cm2; L = hauteur de l’échantillon (longueur du drainage); A = aire de l’échantillon, soit 31,67 cm2; t1 – t2 = temps mesuré entre les deux hauteurs de charge h1 et h2.Dans le cas de l’essai à charge constante, on trace la courbe de variation de volume d’eau

entré dans l’échantillon en fonction du temps, et le coefficient de perméabilité k est calculé par la formule :

k = L ∆VA • h ∆t

• (équation 2)

où ΔV = volume d’eau ( cm3 ) ayant circulé dans l’échantillon pendant une période

de temps Δt; h = charge hydraulique constante appliquée.On vérifie que k reste constant sous un état de contrainte ou un indice des vides donné,

en traçant la courbe e versus log k. La courbe est linéaire si la déformation volumétrique est inférieure à 20 % et l’indice des vides inférieur à 2,5. La courbe permet d’évaluer la perméabilité en place k0. La pente ck, ou indice de changement de perméabilité, s’écrit :

ck = eo − e

log ( ko/ k ) (équation 3)

note :Pour les argiles de la mer de Champlain ck = 0,5 e0, la perméabilité k0 est fonction de l’indice des vides, de la taille des grains, de la plasticité et de la fabrique de l’argile.

La précision des mesures est de 0,01 cm sur la lecture de la hauteur d’eau et de 0,03 cm par jour sur les débits de fuite, malgré le nombre restreint de valves et de longueur de tubulure. Les autres sources d’imprécision proviennent des variations de volume dues à la consolidation et au gonflement de l’échantillon, ainsi qu’à sa saturation et à la température.

MÉTHODE D’ESSAI

LC 22-320

Section

2009 12 15Date

Page

5 de 5

SECTEur – SOLS ET fOnDATIOnS 2

DÉTErMInATIOn Du COEffICIEnT DE PErMÉAbILITÉ

DES SOLS à L'œDOMèTrE

7. rapport d’essaiLe rapport d’essai comprend l'information suivante :

- le numéro de l’échantillon, sa provenance et sa description;

- les trois états de consolidation où ont été réalisés les trois essais de perméabilité, les trois indices des vides et les degrés de saturation correspondants;

- les trois coefficients de perméabilité obtenus pour chacun des états de consolidation;

- le coefficient de perméabilité k0 correspondant à l’indice des vides initial e0;

- le graphique de la hauteur d’eau versus le temps de réalisation des essais (dans le cas des essais à charge variable);

- la courbe e vs log k (dans le cas des essais à charge constante).

8. ApprobationLa présente méthode d’essai a été approuvée par le responsable du Secteur sols, fondations

et granulats de la Direction du laboratoire des chaussées.

Claude Robert, ing., M. Sc.Service des matériaux d'infrastructures

_________________________Signature