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Wikigeotech:Pression interstitielle

De Wikibardig
relation entre pression interstitielle et position de la nappe phréatique dans un sol (Rat et Josseaume, 1970)

Sommaire

Définition

La pression interstitielle[1] ou pression de l'eau en un point donné d'un sol ou d'un roche correspond au poids de l'eau mesuré en ce point. Dans un milieu au repos, cette pression "u" s'exprime ainsi :

u0 = γw x zw


avec :

  • u0 la pression interstitielle au repos (kPa)
  • γw le poids volumique de l'eau souvent pris comme étant égal à 10 kN / m3
  • zw la hauteur d'eau mesurée en ce point (m)

La pression interstitielle en un point d'un massif de sol peut dépendre :

  • de la situation du point par rapport à la surface de la nappe (la nappe pouvant être statique ou en mouvement)
  • des contraintes créées autour du point par une variation des charges appliquées au massif

Dans le cas des massifs très perméables, la charge appliquée sur le massif engendre une variation de volume qui se traduit instantanément par une expulsion de l'eau hors du massif (ou à l'inverse par une absorption). La pression interstitielle n'est donc pas ou très peu modifiée. Le report des contraintes s'applique intégralement sur le squelette granulaire du sol.
Dans le cas des massifs peu perméable, l'eau ne peut s'écouler que très lentement et la charge appliquée met en pression l'eau contenue dans les pores. La pression interstitielle est modifiée par l'effet de la charge de la manière suivante :

u = u0 + Δu

avec :

  • u la pression interstitielle à la fin du chargement (ou déchargement) du massif
  • Δu la variation de la pression interstitielle liée à la variation des contraintes, Δu pouvant être négatif ou positif

La pression interstitielle évolue ensuite dans le temps par consolidation du sol pour atteindre une valeur uf indépendante des contraintes appliquées. Le comportement d'un sol peu perméable évolue donc entre deux comportements extrêmes :

  • un comportement à court terme, lorsque le sol vient d'être chargé ou déchargé. Aucune variation de volume n'a pu encore se produire et les contraintes normales sont reportées totalement ou pour partie sur l'eau interstitielle;
  • un comportement à long terme, lorsque la pression interstitielle due au chargement (ou déchargement) du sol s'est dissipée et que le régime d'écoulement de l'eau est redevenu permanent.

La pression interstitielle est positive lorsque le point d'observation se situe sou la surface libre d'une nappe. Elle est négative dans la zone de la frange capillaire saturée, qui est la zone immédiatement au dessus de la surface libre d'une nappe

évolution des pressions interstitielles en cas de réalisation d'un remblai ou d'ouverture d'un déblai

Cas de la construction d'un remblai

La construction d'un remblai de grande largeur exerce sur le sol une pression p qui provoque en M une augmentation de pression Δu = p. A la fin de la construction (court terme) la pression interstitielle en un point du sol est :
u = u0 + p
Lorsque la consolidation de l'argile sous la charge du remblai est terminée (long terme), la pression interstitielle redevient égale à u0 si la nappe n'a pas subi de fluctuation importante.

Cas de l'ouverture d'un déblai

L'ouverture d'un déblai entraîne un diminution des contraintes totales et le sol tend à augmenter de volume. Si la perméabilité du sol est faible, le sol ne peut absorber que peu d'eau pendant les terrassements et ne subit par conséquent que des variations de volume très faibles. Il en résulte une diminution de la pression interstitielle en un point du sol (court terme) tel que :
u = u0 - Δu
la variation Δu ne dépendant que de la variation des contraintes totales en ce point du massif et donc du poids des terres qui sont enlevés.
La pression interstitielle varie ensuite au fur et à mesure que le sol retrouve un équilibre sous l'effet des nouvelles contraintes qui lui sont appliquées. La nouvelle pression interstitielle peut tendre vers une valeur différente de u0 car l'ouverture d'un déblai provoque une modification des écoulements souterrains de la nappe et un nouveau régime permanent s'établit. La valeur finale de la pression interstitielle (long terme) va être déterminée par cet écoulement.
En théorie, dans le cas d'un écoulement à surface libre, la pression interstitielle en M devient à long terme égale à :
uM = γW ( zN - zM )

Références

  1. M. Rat et H. Josseaume. 1970. Rappel des notions fondamentales. Bull. Liaison des Laboratoires Routiers. N° spécial "Hydraulique des sols". Avril 1970
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