Preferential flow paths within compacted fine soil
Écoulements préférentiels dans un sol fin compacté
Résumé
The development of preferential flow paths in the porous medias constitutes an aspect which must be controlled for effective caracterizations of these materials. ln order to understand this phenomenon in the fine soils, a study is realised according to the morphological method on a plastic fine soil, the silt of Jossigny. The Blue Brilliance is used to dye the preferential flow paths. The material at various water contents and sizes of the clods is compacted according to various methods of compaction (dynamic and semi-static) by layers. Infiltration of dye under various hydraulic pressures indicates the development of preferential flow paths in the dynamic compacted samples, while those resulting from the semi-static compaction present a quasi-homogeneous distribution and evolution of flow in the soil. The development of the preferential flow paths to low and average water contents in the dynamically compacted samples is not a function of the initial state of the soil and the applied hydraulic pressure. It depends exclusively to structural heterogeneity of such a medium after compaction. The data resulting from the image processing on these samples are used for an attempt at three-dimensional visualization of preferential flow paths. Simulation is realised with gOcad software modelisation. Homogeneous samples resulting trom semi-static compaction are prepared according to a particular proceeding developed during the present work. This proceeding results trom the study of preferential flows and the study of distribution and evolution of density in dynamically compacted samples, and the study of evolution of the void ratio in semi-static compaction of a fine soil. These homogeneous samples are used to study infiltration in a partir fine soil with a slight confining pressure. ln the case of material used in this study, and for the conditions of test and experimental procedure considered, because of the soil-membrane effects and changes of the structure of the soil under the action of confining during infiltration process (hydro-mechanics coupling) some difficulties have been noted
Le développement des écoulements préférentiels dans les milieux poreux constitue un aspect qui doit être maîtrisé pour des études efficaces de caractérisation hydrodynamique de ces matériaux. Dans le but de comprendre ce phénomène dans les sols fins, une étude est réalisée suivant la méthode morphologique sur un sol fin peu plastique, le limon de Jossigny. Pour ce faire, un traceur, le Brillant Bleu, est utilisé. Le matériau pris à différentes teneurs en eau et tailles des mottes est compacté suivant différents modes de compactage (dynamique et semi-statique par couches). L'infiltration, sous différentes pressions hydrauliques, de la solution traçante a permis de noter l'instabilité du front d'humidité dans les éprouvettes de sol reconstituées dynamiquement, tandis que celles issues du compactage semi-statique présentent une répartition et évolution quasi-homogènes des écoulements dans le sol. Le développement des écoulements préférentiels aux faibles et moyennes teneurs en eau dans les éprouvettes reconstituées dynamiquement n'est pas fonction de l'état physique du sol et de la pression hydraulique appliquée, et est exclusivement lié à l'hétérogénéité structurale de tels milieux après compactage. Les données issues du traitement d'images sur ces éprouvettes sont par la suite utilisées pour une tentative de visualisation tridimensionnelle des chemins d'écoulement préférentiel dans ce type d'éprouvettes. La simulation est réalisée grâce au logiciel de modélisation gOcad. Les éprouvettes homogènes issues du compactage semi-statique sont reconstituées suivant une procédure particulière mise au point au cours du présent travail. Cette procédure est issue de la confrontation des résultats issus de l'étude des écoulements préférentiels avec ceux, d'une part, de répartition et d'évolution de la densité dans des éprouvettes dynamiquement reconstituées, et d'autre part, d'évolution de l'indice des vides lors du compactage semi-statique d'une couche épaisse de sol fin. Ces éprouvettes sont par la suite utilisées pour l'étude de l'infiltration dans un sol fin non saturé soumis à l'action d'une légère pression de confinement. Dans le cas du matériau utilisé, et pour les conditions d'essai et la procédure expérimentale considérées, une telle étude s'avère très difficile du fait des effets de paroi (écoulements sol-membrane) et des éventuels changements de la structure du sol dans sa zone humidifiée, sous l'action du confinement agissant simultanément au processus d'infiltration (couplage hydro-mécanique)