Hydraulique dans le sol

Hydraulique dans le sol

L’étude de l’écoulement de l’eau à travers les sols est très importante du point de vue de connaissance des propriétés des sols. Cette eau peut être responsable de beaucoup de perte dans les résistances surtout (cisaillement) causée par les pressions interstitielles capable de crier des conditions critiques de stabilité. Aussi cette eau peut provoquer des changements de volumes qui donnent naissance à des tassements imprévisibles. 

Différents états de l’au dans le sol

L’eau dans le sol peut se trouver sous forme de :  Eau de constitution : cette eau entre en réaction dans la composition chimique  Eau liée ou absorbé : cette eau ne se pratique pas aux écoulements  Eau interstitielles : c’est l’au qui occupe les vides entre les grains. Cette eau décomposée en eau capillaire (eau sans pression) et eau libre soumis uniquement à la force de gravitation. L’eau interstitielle est sous forme d’eau libre lorsque le sol est saturé. Cette eau est soumise aux lois des écoulements Figure 1 : Les formes de l’eau dans le sol. Une vue schématique.

Charge et pression hydraulique

Par sa position, la pression qu’elle subit et la vitesse à la quelle elle s’écoule, l’eau en un point donné du sol porte une quantité d’énergie « h » en mètres d’eau (charge hydraulique), donnée par l’équation de Bernoulli : v : Vitesse de l’eau. g : Accélération de la pesanteur. u : Pression de l’eau z : Cote du point considéré par rapport à une surface de référence, peut être négatif ou positif Pour les sols, « v » est très faible, (<10 cm/s) 1 Hydraulique dans le sol Chapitre 03 Est négligeable (0.5 mm pour v= 10 cm/s) On aura alors : Propriétés de l’eau libre

Perméabilité

On dit qu’un matériau est perméable si les vides qu’il contient sont continus. La majeure partie des matériaux utilisés en génie civil (hormis les matériaux métalliques) sont perméables y compris le granite sain ou les bétons. Les lois qui décrivent l’écoulement dans les milieux poreux sont toujours les mêmes, ce qui différenciera les cas sera l’intensité du débit (toutes autres choses étant égales par ailleurs).

La qualification d’imperméabilité qui est associée souvent aux argiles est simplement liée au fait que nous ne « voyons » pas l’eau qui passe au travers de ces matériaux. Cela n’implique pas l’absence d’écoulement et surtout l’absence de forces liées à cet écoulement. La perméabilité est définie soit par la grandeur dite perméabilité intrinsèque notée K (m2), soit par le coefficient de perméabilité k associé à la loi de Darcy qui est mesurée en m/s. C’est cette grandeur qui est utilisée par les ingénieurs en mécanique des sols : elle est improprement mais couramment appelée « perméabilité ».

L : longueur du cylindre de sol S : section du cylindre de sol Z1 : cote du point M par rapport à un plan horizontal Z2 : cote du point N par rapport à un plan horizontal C’est la capacité de la roche de laisser passer l’eau et le contraire c’est l’imperméabilité. Considérons un cylindre de roche ou de sol de section S et supposons qu’il se produise un écoulement de M vers N. Soit Q le débit à travers la section S ,par définition la vitesse de l’eau est V = Q/S 2 Hydraulique dans le sol Chapitre 03

Il s’agit d’une vitesse apparente car d’une part l’eau ne circule que dans les pores et la section réelle disponible n’est que S.n ( n porosité) d’autre part les pores ne sont pas rectilignes et l’eau fait de nombreux détours et ce qu’on appelle le phénomène de TURTUOSITE du milieu 5 Perte de Charge Entre deux points A et B, ∆h représente la variation de la charge hydraulique subie par l’eau lors de son mouvement de A vers B. C’est une perte d’énergie (perte de charge).

Notion de perte de charge

• écoulement d’un fluide parfait (incompressible et non visqueux) : la charge reste constante entre 2 points le long de l’écoulement • l’eau a une viscosité non nulle : – interaction de l’eau avec les grains du sol – dissipation d’énergie ou de charge perte de charge entre 2 points le long de l’écoulement • exemple : soit la charge h1 au point M et la charge h2au point N -si h1= h2→pas d’écoulement et nappe phréatique en équilibre -si h1> h2→écoulement de M vers N et perte de charge (h1-h2) → énergie perdue par frottement • charge de position : par rapport à une référence • charge de pression d’eau : hauteur d’eau dans un tube piézométrique.