• Citer

Impact de l'infiltration et de l'évaporation sur la stabilité des pentes

par Mpawenayo, Régis
Président du jury Massart, Thierry,Jacques
Promoteur Gerard, Pierre
Co-Promoteur Masekanya, J.-P.
Publication Non publié, 2018-02-19

Thèse de doctorat

• Accès en ligne
• Détails
• Contenu
• Statistiques

Résumé :

Dans le but de comprendre les effets de l’infiltration et de l’évaporation sur la stabilité des pentes en conditions non saturées, des outils expérimentaux et de modélisation ont été développés puis appliqués au site de glissement de Gasekebuye au Burundi. La méthodologie adoptée pour arriver à cet objectif se base sur l’approche du problème de la stabilité des pentes comme une question de la résistance au cisaillement des sols. La résistance au cisaillement des sols dépendant de la distribution des pressions de pores dans le massif, il est alors important de comprendre comment l’infiltration et l’évaporation de l’eau dans les sols affectent ces pressions de pores.D’abord, un modèle de résistance au cisaillement en conditions non-saturées est formulé. Ainsi, une technique d’essais triaxiaux à succion contrôlée par translation d’axes est développée. Cette technique est très précise, mais elle ne permet pas d’imposer de grandes valeurs de succion. Ainsi, deux autres techniques sont utilisées pour atteindre de grandes valeurs de succion : les essais triaxiaux après compactage et les essais triaxiaux après séchage des échantillons de sol via des solutions salines. Les résultats obtenus ont permis de formuler un modèle de résistance au cisaillement valable pour une grande gamme de succion et basé sur la définition d’une contrainte effective appropriée.Ensuite, un modèle d’évaporation est formulé. Un tel modèle nécessite de réaliser des essais de séchage dans des conditions atmosphériques bien contrôlées. Ainsi, un dispositif de séchage des échantillons de sol où l’humidité relative est contrôlée via les solutions salines saturées a été développé et testé. La question des dimensions de l’échantillon à tester pour que les mécanismes d’évaporation observés au laboratoire soient similaires à ceux observés sur le terrain a été investiguée. Ainsi, l’analyse des mécanismes d’évaporation a permis de proposer des dimensions optimales des échantillons à tester qui permettraient de s’affranchir des effets de bord observés sur des échantillons de très petites tailles. Ces échantillons sont alors séchés via le dispositif développé pour étudier l’influence de l’humidité relative sur l’évaporation. D’autres essais sont réalisés dans un autre dispositif de séchage avec convection de l’air où cette fois ci la vitesse de l’air est contrôlée. Les résultats des essais obtenus à différentes humidités relatives et ceux réalisés à différentes vitesses de l’air ont permis de formuler un modèle d’évaporation basée sur la théorie de l’écoulement des gaz sur des plaques planes.Enfin, les mécanismes d’infiltration, de ruissellement et d’évaporation sont modélisés. Pour cela, un modèle représentatif du massif du site de glissement de Gasekebuye (une colonne de sol 1D) est développé. Il tient compte des informations géologiques du site de Gasekebuye à notre disposition. Les conditions atmosphériques de Bujumbura sont imposées à la surface de la colonne de sol via des conditions aux limites adéquates ce qui a permis d’obtenir des distributions des pressions de pores à différents temps de l’année. Les distributions des pressions de pores obtenues sont validées par une donnée du terrain. La méthode des pentes infinies a été adaptée pour tenir compte de la non-saturation des sols en y introduisant le modèle de résistance au cisaillement en conditions partiellement saturées formulé dans ce travail, ce qui a permis de déterminer les coefficients de sécurité au glissement de terrain à différentes périodes de l’année. Les résultats montrent que la rupture peut se dérouler en conditions saturées sous l’hypothèse d’un profil de perméabilité adéquat à proximité de la surface, ou en conditions non-saturées si des hétérogénéités locales de cohésion ou d’angle de frottement interne sont présentes, ce qui est probable au vue de la forte érosion sur ce site.

In order to understand the impact of infiltration and evaporation on the stability of soil slope in unsaturated conditions, experimental and modeling tools have been developed and applied to a landslide site located at Gasekebuye in Burundi. The methodology adopted to achieve this goal is based on the understanding of the slope stability issue as a problem of soil shear strength. As soil shear strength depends on the distribution of pore water pressures in the ground, it is important to investigate how infiltration and evaporation of water in soils affect these pore water pressures.First an unified model of shear strength under unsaturated conditions is formulated. Thus a technique of triaxial tests where suction is controlled by translation axis method is developed. This technique is accurate, but does not allow to impose large suction values. So, two other techniques are used to impose high suction values: triaxial tests at fixed water content after soil compaction and after drying controlled by the saline solutions technique. The results allow us formulating an unified shear resistance model for a large suction range and based on the concept of effective stress.Then an evaporation model is formulated. Such a model requires performing drying tests under well controlled atmospheric conditions. Thus a set-up for the drying of the soil samples where the relative humidity is controlled with saturated saline solutions has been developed and tested. The impact of the dimensions of the sample on the kinetics and the mechanisms of evaporation is investigated. The analysis of the evaporation mechanisms allows us to propose optimal dimensions of tested samples in order to reproduce in the lab the same drying mechanisms as observed in the field. These samples are then dried to study the influence of the air relative humidity on the evaporation kinetics. Other tests are also performed in a convective dryer where the air velocity is controlled. The results at different relative humidities and different air velocities are used to formulate an evaporation model depending on climatic conditions and based on the theory of gas flow on flat plates.Finally, infiltration, runoff and evaporation mechanisms at the vicinity of the slope stability problem in Gasekebuye are modeled. A representative model of the Gasekebuye ground (a 1D soil column) is developed. It takes into account the geological information of the Gasekebuye site. The atmospheric conditions of Bujumbura are imposed at the ground surface using appropriate boundary conditions. Distributions of pore water pressures are obtained at different periods and validated by field data. The infinite slope method to analyse slope stablity was adapted to take into account the unsaturated conditions of soil. So the unsaturatd shear strength model formulated in this work is introduced in the infinite slope method. The safety factor of lanslide at different times of the year is deduced. The results show that the rupture can take place under saturated conditions if suitable permeability profile near the surface is considered, or under unsaturated conditions if local heterogeneities of cohesion or internal friction angle exist, which is probably possible on the Gasekebuye site because of the large erosion of the soil.