Sur une courbe œdométrique, l'indice de gonflement Cs est la pente des branches de décharge et de recharge. Il dit de combien un sol déjà comprimé se déforme quand on retire de la charge puis qu'on la remet, une déformation faible et en grande partie réversible. Ce gonflement mécanique n'a rien à voir avec le retrait-gonflement des argiles lié aux variations d'humidité. On reprend ici la signification de Cs, sa différence avec l'indice de compression Cc, et son rôle dans le calcul d'un tassement.
Sommaire
La définition de l'indice de gonflement Cs
L'indice de gonflement, noté Cs, est la pente des branches de décharge et de recharge de la courbe œdométrique. Cette courbe trace l'indice des vides du sol en fonction du logarithme de la contrainte effective. Quand on allège la charge sur un sol déjà comprimé, il se détend un peu. Quand on recharge, il se recomprime le long de la même droite. Cette pente, c'est Cs.
- Décharge, on retire de la contrainte, le sol gonfle légèrement et regagne un peu de volume.
- Recharge, on réapplique la contrainte, le sol se recomprime le long de la même pente.
- La déformation reste faible et en grande partie réversible, à la différence de la compression vierge.
- Selon les auteurs, on lit aussi indice de recompression ou indice de décharge-recharge, noté Cs ou Cr.
Ce paramètre figure parmi les termes décrits dans les autres définitions du lexique géotechnique. Il forme une paire avec l'indice de compression, l'un pour la première mise en charge, l'autre pour le déchargement.
En bref : Cs mesure la déformation d'un sol sous une charge qu'il a déjà supportée dans son passé. Tant qu'on reste sous la plus forte contrainte connue du sol, c'est Cs qui gouverne, et le sol bouge peu.
Cs n'est pas le gonflement des argiles
Le mot gonflement prête à confusion. L'indice Cs décrit un gonflement mécanique, celui d'un sol qu'on décharge en retirant le poids des terres au-dessus. Le retrait-gonflement des argiles est autre chose. Le sol gonfle quand il se réhumidifie et se rétracte quand il sèche, au gré des saisons et de la teneur en eau.
| Critère | Gonflement décrit par Cs | Retrait-gonflement des argiles |
|---|---|---|
| Cause | Retrait de charge mécanique | Variation de la teneur en eau |
| Où on le voit | Fond de fouille, déblai profond | Sol de surface autour d'une maison |
| Mesure | Essai œdométrique de décharge | Essais de gonflement, indices de plasticité |
| Réversibilité | En grande partie | Cyclique, saison après saison |
Le retrait-gonflement, qui touche les fondations de maisons en période de sécheresse, est traité à part. Voir ce phénomène lié à l'humidité des sols argileux pour le distinguer du paramètre œdométrique.
Attention : un Cs élevé sur un rapport œdométrique ne signale pas un risque de retrait-gonflement des argiles. Les deux notions portent le même mot, mais ne se mesurent pas de la même façon et ne concernent pas les mêmes ouvrages.
Cs et Cc, les deux pentes de la courbe
Cc et Cs viennent de la même courbe œdométrique et forment une paire. L'indice de compression Cc tient la branche vierge, celle de la première mise en charge, là où le sol se tasse beaucoup. L'indice de gonflement Cs tient les branches de décharge et de recharge, là où le sol bouge peu. La pression de préconsolidation σ'p marque la frontière entre les deux.
| Paramètre | Branche de la courbe | État du sol concerné | Ampleur du mouvement |
|---|---|---|---|
| Cc, indice de compression | Branche vierge | Normalement consolidé, au-delà de σ'p | Tassement marqué |
| Cs, indice de gonflement | Décharge et recharge | Surconsolidé, sous σ'p | Déformation faible |
Pour le détail de la compressibilité sur la branche vierge et du tassement à long terme, voir l'indice de compression Cc. Trois repères suffisent à séparer les deux.
- Cc gouverne le tassement quand la charge dépasse tout ce que le sol a connu.
- Cs gouverne le mouvement tant qu'on reste sous cette charge passée.
- Sur un même sol, Cs reste plusieurs fois plus petit que Cc.
La mesure de Cs et de Cc passe par le même essai de laboratoire. Voici comment on lit l'un et l'autre sur la courbe.
L'essai œdométrique et le cycle de décharge
Cs se lit sur le même essai que Cc, l'essai œdométrique. On place une carotte de sol fin dans une cellule rigide qui bloque tout mouvement latéral, et on la charge par paliers. Pour obtenir Cs, on intercale un cycle, on décharge puis on recharge, et la pente de cette boucle donne l'indice de gonflement.
- Chargement par paliers, on augmente la contrainte et on lit l'enfoncement à chaque palier.
- Cycle de décharge-recharge, on relâche la charge puis on la remet, la pente de la boucle donne Cs.
- Branche de première charge, plus raide, sa pente donne l'indice de compression Cc.
Le point où la courbe change de pente marque la pression de préconsolidation σ'p, la plus forte contrainte que le sol a supportée dans son histoire. Sous cette valeur, le sol est surconsolidé et suit Cs. Au-delà, il rejoint la branche vierge et suit Cc. Le déroulement complet du chargement par paliers est décrit sur la page de l'essai œdométrique en laboratoire.
Bon à savoir : un sol est surconsolidé quand la contrainte qu'il subit aujourd'hui reste plus faible que la plus forte contrainte de son passé. Une couche de terrain érodée, un glacier disparu ou un vieux remblai retiré laissent un sol raide, peu déformable sous charge modérée.
Les valeurs de Cs selon le sol
Cs reste faible. Comme l'indice de compression, il est sans dimension, c'est une pente. Sa valeur représente une fraction de Cc sur le même sol, sans rapport fixe entre les deux. Le tableau ci-dessous donne des ordres de grandeur indicatifs, issus de la littérature de mécanique des sols, à manier avec prudence.
| Type de sol | Compressibilité | Ordre de grandeur de Cs |
|---|---|---|
| Sable dense, grave compactée | Faible | Quelques millièmes |
| Limon, argile ferme | Moyenne | De l'ordre de 0,01 à 0,05 |
| Argile molle, sol organique | Forte | Au-delà de 0,05 |
- Une valeur de Cs proche de zéro annonce un sol raide, qui bouge peu à la décharge.
- Un Cs plus élevé va de pair avec un sol mou, sensible au gonflement comme au tassement.
- Cs garde toujours une valeur plusieurs fois inférieure à celle de Cc sur le même sol.
Ces ordres de grandeur valent comme repère. La valeur retenue pour un projet vient des essais œdométriques du terrain, pas d'un tableau général.
Au-delà du chiffre, Cs sert dans deux cas de chantier bien précis.
À quoi sert Cs sur un chantier
Cs intervient dans deux situations. D'abord pour évaluer le faible tassement d'un sol surconsolidé chargé modérément, tant que la charge reste sous σ'p. Ensuite pour prévoir le gonflement d'un sol qu'on décharge, par exemple au fond d'une fouille profonde.
L'excavation retire le poids des terres
On creuse plusieurs mètres pour un parking enterré ou une tranchée profonde. La contrainte sur le sol du fond chute d'un coup.
Le sol surconsolidé se détend et remonte
Soulagé du poids des terres, le fond de fouille gonfle et remonte. Ce soulèvement suit la pente Cs de la courbe œdométrique.
Le gonflement se calcule avec Cs
Sur une argile raide ou une marne, ce soulèvement atteint parfois plusieurs centimètres et déforme un dallage ou une voie. On le calcule avec Cs pour adapter l'ouvrage.
Ce gonflement différé des sols surconsolidés en fond de déblai a été quantifié à partir d'essais œdométriques de décharge, dans une communication technique du congrès de mécanique des sols de Paris. Les travaux distinguent une phase de déformation réversible et une phase irréversible.
Pour un tassement, le calcul combine les deux pentes. Sous σ'p, le sol se recomprime selon Cs, un mouvement modéré. Au-delà, il se tasse selon Cc, beaucoup plus. Oublier le terme Cs revient à surévaluer le tassement d'un sol déjà surconsolidé.
Quand Cs entre dans le calcul
Questions fréquentes
Qu'est-ce que l'indice de gonflement Cs
Que signifie Cs en géotechnique
Quelle différence entre indice de gonflement et indice de compression
L'indice de gonflement Cs a-t-il une unité
Comment mesure-t-on l'indice de gonflement
Qu'est-ce qu'un sol surconsolidé
Pourquoi un sol se soulève-t-il quand on l'excave
L'indice Cs concerne-t-il le retrait-gonflement des argiles
Quelles valeurs de Cs selon le sol
À quoi sert Cs pour une fondation
Cs est-il plus petit que Cc
Que veulent dire les lettres Cs
À retenir
- L'indice de gonflement Cs est la pente des branches de décharge et de recharge de la courbe œdométrique, une déformation faible et en grande partie réversible.
- Il décrit un gonflement mécanique lié au retrait de charge, à ne pas confondre avec le retrait-gonflement des argiles lié à l'humidité.
- Cs est sans dimension et reste plusieurs fois plus petit que l'indice de compression Cc sur le même sol.
- Il se lit à l'essai œdométrique, en intercalant un cycle de décharge-recharge. La pression de préconsolidation sépare le comportement Cs du comportement Cc.
- Il sert au tassement d'un sol surconsolidé et au gonflement d'un fond de fouille décharge.
