Qu'est-ce que la liquéfaction du sol? Causes et importance
La liquéfaction du sol est le phénomène dans lequel la rigidité et la résistance du sol sont perdues sous l'action de la force sismique ou en raison de conditions de chargement rapides. La liquéfaction du sol se produit dans un sol entièrement saturé.
Principe et causes de la liquéfaction
Le sol dans des conditions normales est étroitement compacté les uns aux autres. Les particules de sol sont étroitement compactées en raison des forces de contact de chaque particule. Ce tassement serré contribue à la résistance du sol.
Lorsque le sol est saturé, les pores et le sol sont entièrement remplis d'eau. Ces molécules d'eau présentes dans le sol exercent une pression sur les particules voisines. La pression de l'eau exercée par ces molécules d'eau augmente avec l'action rapide de la charge ou les forces sismiques. Pendant la liquéfaction, les pressions de l'eau deviennent suffisamment élevées pour contrecarrer l'attraction gravitationnelle sur les particules du sol. Ceci est expliqué dans la figure 1 et la figure 2 ci-dessous.
La figure 1 (a) montre les particules de sol présentes à l'état non excité. La colonne bleue à droite montre l'amplitude de la pression interstitielle de l'eau dans l'échantillon de sol.
Fig. 1. L'état des grains du sol dans un état inexcité
La figure 1 (b) montre les forces qui se créent entre les particules du sol lors de leur interaction.
La figure 2 montre l'état du sol à une pression d'eau élevée. Ici, on dit que le sol est dans un état complètement saturé où l'augmentation de la pression de l'eau fait «flotter» les grains du sol comme le montre la figure 2. Cette activité flottante diminue l'interaction entre les grains du sol. Cela favorise les propriétés de liquéfaction.
Fig.2.État du grain du sol à l'état entièrement saturé
La liquéfaction est le résultat d'une application rapide de la charge et de la décomposition du sable meuble et saturé et des particules de sol individuelles peu compactées. Sous l'action de la force du tremblement de terre ou des conditions de chargement rapide, il n'y a pas de temps pour évacuer complètement l'eau interstitielle dans le sol. Au lieu d'être évincés, les particules de sol ne peuvent pas se rapprocher les unes des autres.
Cela augmente la pression de l'eau dans le système de sol. Cette pression d'eau créée est très élevée par rapport aux forces de contact au sein des particules du sol. Cela adoucit et affaiblit le dépôt de terre.
Outre le tremblement de terre et les actions de charge importante, la liquéfaction du sol peut se produire en raison de pratiques de construction telles que le dynamitage, la vibroflotation et le compactage dynamique.
Effets de la liquéfaction
Le phénomène de liquéfaction peut entraîner de nombreux effets sur le sol et les structures. Elles sont:
1. Ébullition de sable
Lorsque la liquéfaction se produit sous la surface qui est entièrement compactée, la pression de l'eau sous la surface fait éclater l'eau comme une bulle. Ceux-ci sortent comme de l'eau bouillante. C'est ce qu'on appelle le sable bouillant.
2. Dommages aux structures offshore
La liquéfaction est courante dans les sols submergés. Ces conditions causent d'énormes dommages à la construction du pont, aux structures supportant des dépôts de sol submergés.
3. Rupture des barrages et des murs de soutènement
Les sols soutenant les barrages et les murs de soutènement subissent une liquéfaction, ce qui entraîne l'effondrement de ces structures. Au fur et à mesure que les structures perdent la capacité de contrôler l'énorme eau, cela entraîne des inondations incontrôlables.
4. Glissements de terrain en surface
La défaillance des plans d'eau porteurs peut entraîner des glissements de terrain en surface.
5. Défaillance des structures sous le tremblement de terre
La liquéfaction suivie des forces sismiques font perdre aux structures leur stabilité. Ils peuvent se fendre ou s'incliner, entraînant un effondrement complet de la structure. Les enregistrements de tremblements de terre antérieurs ont montré une énorme défaillance des structures de construction due à la liquéfaction. Ces dangers ne laissent pas suffisamment de temps pour l'évacuation, ce qui entraîne d'énormes pertes en vies humaines et en biens.
Importance de la liquéfaction des sols
Après la liquéfaction, le sol ne se comporte plus comme une grille inactive de particules. La résistance et la rigidité du sol liquéfié sont considérablement diminuées, ce qui entraîne souvent une variété de défaillances structurelles. Par conséquent, un sol liquéfié n'est plus considéré comme stable et apte à la construction de structures. Il n'a pas la capacité de supporter même son poids propre ni le poids des structures au-dessus. Les structures de bâtiment construites sur un tel type de dépôt s'inclinent et tombent comme le montre la figure 4 ci-dessous.
Figure 4: défaillance de la structure du bâtiment due à la liquéfaction du sol, liquidation à Izmit, Turquie
Il est donc très nécessaire de connaître l'importance de l'étude de la liquéfaction afin que des précautions adéquates soient prises avant la construction. Comprendre les chances de liquéfaction du sol aide à décider de la méthode de traitement à choisir pour rendre le sol libre de liquéfaction. Cela aide donc à avoir une construction plus solide et plus sûre de la structure.
Méthodes de réduction des risques de liquéfaction du sol
Il existe essentiellement trois méthodes pour réduire les risques de liquéfaction:
1. En évitant les sols sensibles à la liquéfaction
La construction sur des sols sensibles à la liquéfaction est à éviter. Il est nécessaire de caractériser le sol d'un chantier particulier selon les différents critères disponibles pour déterminer le potentiel de liquéfaction du sol d'un site
Fig.5. Liquéfaction induite par un tremblement de terre
2. Construire des structures résistantes à la liquéfaction
Dans certaines situations, la construction sur un terrain qui montre des chances de liquéfaction n'est pas évitable. Par conséquent, les structures de fondation construites doivent être conçues de manière à résister aux effets de la liquéfaction. Les principales raisons de la construction de structures sur un sol liquéfiable sont les restrictions d'espace, les conditions favorables et d'autres raisons.
3. Améliorer le sol
Cela implique l'atténuation des risques de liquéfaction en améliorant la résistance, la densité et les caractéristiques de drainage du sol. Cela peut être fait en utilisant une variété de techniques d'amélioration des sols.
