Une nouvelle classification des sols, et des outils pour le mettre en œuvre, aide à comprendre les propriétés du sol qui sous-tend les projets de géo-ingénierie.

Alors que la plupart d'entre nous tiennent les sols pour acquis, les chercheurs du laboratoire de géo-ingénierie énergétique de la KAUST connaissent littéralement les sols par cœur. Leurs recherches ont des implications importantes pour divers projets géotechniques, y compris l'exploitation minière, l'extraction du pétrole, fondations de ponts et de tours, ouvrages côtiers et offshore, analyser les tunnels et les gouffres, et la conception d'infrastructures résistantes aux séismes.

Professeur J. Carlos Santamarina, Le postdoctorant Junbong Jang (maintenant au United States Geological Survey) et le doctorant Junghee Park ont ​​conçu un nouveau système de classification des sols du monde qui permettra aux ingénieurs de prédire avec plus de précision leurs propriétés et leur comportement sur la base de mesures simples.

Maintenant, la plupart des études géotechniques mondiales utilisent le système de classification unifiée des sols (USCS), qui a ses racines dans la construction d'aérodromes de la Seconde Guerre mondiale. Depuis, il a été affiné, mais pas entièrement mis à jour. Pendant ce temps, les données sur le sol se sont accumulées abondamment et, Santamarina explique, " a conduit à une meilleure compréhension des propriétés et du comportement des sédiments, " suggérant la nécessité d'une réévaluation approfondie du système.

Un nouvel état de la matière

Nous avons tendance à considérer la matière comme solide, liquide ou gazeux. Cependant, matières particulaires, comme les sols, peut agir différemment à l'un de ces états. Santamarina décrit les sols, énigmatiquement, comme « intrinsèquement non linéaire, non élastique, poreux, perméable et effectivement dépendant du stress."

L'USCS définit les types de sols par la taille des particules et la plasticité, ou comment ils se déforment lorsqu'ils sont mélangés avec de l'eau. Cependant, les sols peuvent comprendre des mélanges complexes de particules de tailles différentes, et de plus les espaces entre les particules ne sont pas vides mais remplis de liquide, gaz ou les deux. Santamarina s'enthousiasme, « La coexistence de ces matériaux donne lieu à des phénomènes émergents fascinants et à des réponses déroutantes, comme la liquéfaction."

Le nouveau système de classification des sols révisé1, 2 prend en compte non seulement la taille mais la forme des grains et fournit une représentation plus précise des zones de transition entre les types de sol. Il accorde plus d'importance au rôle des plus petites particules de sol, connu sous le nom d'amendes, et la chimie du fluide environnant, qui influence de nombreux phénomènes géotechniques. Surtout, le nouveau système de classification permet aux ingénieurs de distinguer la fraction de sol qui est principalement responsable de supporter tout poids placé sur eux et la fraction de sol qui contrôle le flux de fluide.

La classification des sols est un processus relativement simple de détermination d'un ensemble de paramètres à l'aide d'appareils de paillasse facilement disponibles dans les laboratoires de sols du monde entier. Ceux-ci peuvent ensuite être entrés dans les équations détaillées dans les publications de l'équipe KAUST, ou analysés à l'aide d'un tableur ou d'une application pour téléphone portable, tous deux disponibles sur leur site internet. Le résultat, pour un sol donné, est une description en deux parties incorporant à la fois des propriétés mécaniques et d'écoulement de fluide ; par exemple, « S(F) » signifie un sol dont les propriétés mécaniques sont contrôlées par le sable, mais avec une perméabilité déterminée par sa composante fines.

Un effort continu

La réponse à la publication de la classification révisée a été encourageante et collaborative. Lorsque l'équipe a publié la première partie, couvrant les amendes, « des chercheurs du monde entier ont réagi et apporté des données exceptionnelles pour renforcer la classification, ", dit Santamarina. "Nous attendons une réponse similaire à la deuxième partie."

Il continue, "La réalité des sols est plus complexe que les systèmes idéalisés créés en laboratoire ou sur ordinateur." Une base de données complémentaire sur les sols construite au KAUST permet aux utilisateurs de faire des estimations robustes des propriétés hydromécaniques des sols naturels. En réalité, le chercheur du laboratoire de Santamarina est orienté vers un ensemble d'outils d'analyse et de conception en constante évolution. Le classement, dit Santamarina, n'est qu'un « premier pas vers un système intégré de laboratoire-base de données-informatique en cours de développement avec des collaborateurs du monde entier ».

Aucune classification ne peut être exhaustive :sols constitués de grains peu communs, comme les diatomées ou les cendres volantes, présentera toujours des défis particuliers dont les ingénieurs doivent être conscients. Cependant, la classification vise à être suffisamment robuste pour être utilisée avec succès même par ceux qui n'ont pas d'expérience sur le terrain.

L'équipe travaille actuellement sur une publication qui étendra l'application et l'interprétation de la classification dans la pratique.

Cet ouvrage multidisciplinaire, s'appuyant sur des concepts de la géologie, la physique et la chimie et orientée vers des disciplines allant de la géo-ingénierie civile à la géo-ingénierie environnementale et énergétique - bénéficie de ce que Santamarina appelle l'environnement de recherche et l'expertise exceptionnels disponibles à la KAUST pour générer des outils avec des applications beaucoup plus lointaines.