Erosion and dispersion of clayed soils by a fluid
Erosion et dispersion des sols argileux par un fluide
Résumé
The embankment component of linear infrastructure of transport can be submitted to exceptional climatic events generating a rise in water level. The passage of a flood is normally the cause of lateral erosion due to current affecting primarily the slope of embankments. We focus here especially on the consequences of the hydraulic load imposed on the embankment and also the overflow when the water level is beyond the crest, causing a gradual rupture induced by superficial or internal erosion. This study presents the characterization of the erosion and the dispersion of clayed soils. Firstly, the soil erosion has been studied by the Jet erosion test of LCPC. This type of test is used to characterize the susceptibility to erosion of different soil textures in both the laboratory and the field. Secondly, the study of the erosion phenomenon was conducted with the Hole Erosion Test, designed and developed at LCPC. For a variety of soil textures, the rate of erosion and critical shear stress at the soil-fluid interface is evaluated by using a semiempirical erosion law. This experimental study was supplemented by observations of the surface before and after erosion with an environmental scanning electron microscopy. Thirdly, the dispersion of soil has been studied by the crumb test. Improving the ASTM standard test in which the results are mainly qualitative allows us access to quantitative measurements. The zeta potential taken with zetameter is a complementary measure in the description of the dispersion. Finally, the comparison of different tests of erosion and dispersion was discussed, similar trends observed allow us to understand the erosion in a global comprehension.
Les ouvrages en terre des infrastructures linéaires de transport peuvent être sollicités par des évènements climatiques exceptionnels générant une élévation du niveau des eaux. Le passage d'une crue s'accompagne normalement d'érosions latérales dues au courant affectant en premier lieu les talus des remblais. Nous nous intéresserons ici plus particulièrement aux conséquences de la mise en charge des remblais voire de la surverse lorsque le niveaux des eaux dépasse les remblais, entraînant une rupture progressive causée par un phénomène d'érosion externe ou interne. Le présent travail étudie la caractérisation des processus du phénomène d'érosion et de dispersion des sols argileux. Premièrement, l'érosion du sol a été étudiée par le dispositif d'Erodimètre à Jets Mobiles (EJM) du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC). Ce type d'essai permet de caractériser de manière simple la sensibilité à l'érosion de différentes textures de sol aussi bien au laboratoire que sur le terrain. Deuxièmement, cette étude a été poursuivie par des essais d'érosion de trou à l'aide d'un dispositif de « Hole Erosion Test » (HET), conçu et développé au LCPC. Pour différentes textures de sol, l'évolution du taux d'érosion en fonction de la contrainte de cisaillement à l'interface solfluide est évaluée et l'érosion interne est caractérisée à l'aide d'une loi d'érosion semiempirique. Cette étude expérimentale a été complétée par des observations de la surface du sol avant et après érosion avec un Microscope Electronique à Balayage Environnemental (MEBE). Troisièmement, la dispersion du sol a été étudiée par le nouvel l'essai d'émiettage (« Crumb Test » amélioré). L'amélioration de l'essai normalisé par l'ASTM aux résultats principalement qualitatifs nous a permis d'accéder à des mesures quantitatives. Les mesures du potentiel zêta avec la zétamètre sont des apports complémentaires dans la description de la dispersion. Finalement, la comparaison des différents essais d'érosion et de dispersion a été abordée, les tendances similaires observées nous permettent d'évaluer le phénomène d'érosion de manière globale.
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