Lorsque les sols sont soumis à des variations de contraintes hydriques, la présence de minéraux argileux, en raison de leur affinité avec l’eau peut entraîner des variations de volume importantes. On a défini la limite de retrait des sols qui correspond à la teneur en eau (mesurée lors du séchage) pour laquelle le volume se stabilise car les grains du sol entrent en contact direct et le squelette du sol ne peut plus subir de diminution de volume.

Concernant les phénomènes de gonflement ou a l’habitude de considérer deux paramètres caractéristiques :

• la pression de gonflement ;
• l’amplitude du gonflement sous une charge donnée ; et on parlera de gonflement libre lorsque la charge appliquée est nulle.

Pression de gonflement

Elle peut être mesurée soit dans un dispositif oedométrique, soit dans des conditions triaxiales. Les conditions oedométriques sont celles qui sont le plus souvent considérées.

Trois méthodes distinctes sont utilisées :

1. Annulation du gonflement ;
2. Méthode de l’encadrement ;
3. Gonflement sous volume constant.

Dans la première méthode (fig. 8.22), on commence par laisser l’éprouvette d’essai gonfler sous une charge très faible puis on recharge progressivement cette éprouvette jusqu’à l’annulation du gonflement initial et on considère que la valeur obtenue correspond à la pression de gonflement Pg₁.

Dans la deuxième méthode, il faut disposer d’une série d’éprouvettes en principe identiques, à chacune d’entre elles on impose une charge et on mesure le gonflement ou le tassement induit par cette charge. Ensuite on reporte (fig. 8.23) les valeurs dans un diagramme Δh en fonction du logarithme de la contrainte appliquée, on obtient par interpolation la valeur d’équilibre qui donne la pression du gonflement Pg₂.

Dans la troisième méthode, on enferme l’éprouvette dans un dispositif empêchant les déformations de l’éprouvette et on mesure la pression développée en fonction du temps (fig. 8.24). Cette pression tend vers une asymptote qui correspond à la pression de gonflement Pg₃.

En principe, les valeurs Pg₂ et Pg₃ sont identiques et elles sont généralement inférieures à la valeur Pg₁. En effet, lors de la recompression dans la première méthode, des frottements parasites peuvent se développer sur les bords verticaux (contact éprouvette – moule) qui nécessitent l’application d’efforts supplémentaires pour revenir à l’équilibre.

La première et la deuxième méthode permettent de mesurer également l’amplitude du gonflement sous une charge donnée, ce qui donne un paramètre supplémentaire, non mesurable par la troisième méthode.

Pour la deuxième méthode, la difficulté principale est d’obtenir des éprouvettes identiques, car les sols ne sont pas obligatoirement homogènes.

Il faut noter également que les phénomènes de gonflement sont généralement anisotropes car la plupart des sols sont anisotropes : les minéraux argileux sont souvent arrangés plus ou moins parallèlement à la stratification des sols. Certains minéraux particuliers (gypse, pyrite) entraînent également des phénomènes de gonflement par les transformations minéralogiques qu’ils subissent en présence d’eau ou d’air.