Certains des problèmes de génie civil les plus complexes découlent de l’interaction de l’eau et du sol. Cela semble banal, mais il y a de fortes chances que vous ayez vu sinkhole aux nouvelles. Comment est-il possible que le sol s’ouvre simplement et avale sans discernement quelque chose ou n’importe qui qui se trouve autour?
Nous connaissons tous l’érosion. C’est le processus qui enlève le sol et la roche de la croûte terrestre et le déplace ailleurs. Et il y a beaucoup de façons que cela peut se produire: le vent, les glissements de terrain, l’abrasion et l’affouillement., Mais voici la chose, rien de tout cela ne se compare qu’au mouvement de l’eau. L’eau est le grand éroseur. Si jamais vous vous demandez comment cette caractéristique particulière de la terre est-elle venue ici, ou pourquoi le sol est-il en forme, ou simplement pourquoi les choses sont-elles comme elles sont, le plus souvent, la réponse est à peu près juste de l’eau.
La capacité de l’eau à déplacer le sol ou la roche dépend de plusieurs facteurs. Plus le flux est rapide et turbulent, plus il est érosif. Les particules plus grosses comme le gravier et plus résistantes à l’érosion que les petites particules comme le limon ou l’argile., Une autre propriété importante du sol est la cohésion, ou la capacité des particules individuelles à se coller les unes aux autres. Les sols argileux ont plus de cohésion que les sables, ils sont donc plus résistants à l’érosion. Cependant, certains sols argileux sont dispersifs, ce qui signifie qu’ils se lavent naturellement avec de l’eau, ce qui les rend particulièrement vulnérables à l’érosion. J’adore le test standard pour les sols dispersifs, qui consiste littéralement à laisser tomber une motte de terre dans une tasse d’eau et à voir ce qui se passe., Enfin, plutôt que l’érosion physique, certains matériaux sont solubles dans l’eau, tout comme le sucre ou le sel, et peuvent être érodés simplement en se dissolvant dans les eaux souterraines au fil du temps.
La plupart d’entre nous pensent à l’érosion à la surface de la terre, mais l’érosion peut également se produire dans le sous-sol. En fait, les scientifiques et les ingénieurs ont un nom très créatif pour un tel processus: l’érosion interne. Si les bons facteurs se réunissent dans le sous-sol, des choses très intéressantes peuvent se produire, y compris des dolines. Mais regardons d’abord un exemple non érosif de mouvement des eaux souterraines., Ceci est un extrait d’une vidéo que j’ai faite avant que la chaîne ne soit même appelée Ingénierie pratique. L’eau coule du côté gauche de la démo sous une obstruction et vers la droite. Remarquez deux choses importantes: premièrement, le mouvement de l’eau est lent. Il n’y a pas beaucoup d’espace ouvert entre tout ce sable, donc il faut du temps pour que l’eau coule à travers. Deuxièmement, le sable est confiné. Même s’il voulait bouger, il n’y aurait nulle part où aller.
Si ces deux conditions disparaissent, c’est alors que des gouffres se produisent., La plupart des dolines naturelles se produisent dans les zones avec de grands dépôts de roches carbonatées, comme le calcaire. Sur de longues périodes, les eaux souterraines qui traversent le sous-sol peuvent dissoudre la roche, créant des vides et des tunnels ouverts. En fait, c’est ainsi que la plupart des grottes sont formées. Ces tunnels et vides créent un changement significatif du caractère de l’écoulement des eaux souterraines. Premièrement, ils permettent à l’eau de s’écouler rapidement comme elle le ferait à travers un tuyau, ce qui la rend plus érosive. Deuxièmement, ils créent un espace pour que le sol puisse être lavé., Dans ces deux conditions, tout sol recouvrant une caractéristique de dissolution risque de s’éroder de l’intérieur, conduisant éventuellement à un gouffre.
Mais pas tous les trous d’évier est formé par des processus naturels. En fait, la plupart des gouffres les plus célèbres de ces derniers temps ont été fabriqués par l’homme. Tout comme une grotte dissoute dans le socle rocheux peut agir comme un tuyau et permettre aux eaux souterraines d’emporter le sol, un tuyau réel peut faire la même chose. Et les tuyaux réels ne sont pas limités à des zones avec une géologie spécifique., Si vous pouviez jeter un coup d’œil dans le sous-sol de n’importe quelle zone urbaine, vous verriez des kilomètres et des kilomètres de tuyaux de drainage des eaux, des égouts et des eaux pluviales. Malheureusement on ne peut pas voir le sol, alors j’ai construit cette démonstration afin que nous puissions voir par nous-mêmes comment cela fonctionne.
Il suffit d’un peu de tassement ou de déplacement pour créer une ouverture dans l’un de ces tuyaux et permettre à l’érosion interne de commencer. L’eau se déplaçant à travers le tuyau est capable de déloger le sol adjacent et de l’emporter. Notez qu’il n’y a aucun signal à la surface que quelque chose ne va pas., À mesure que plus de sol est emporté, le vide souterrain se développe. Selon le type de sol et la vitesse de l’érosion, ce processus peut prendre des jours à des années avant que quiconque ne s’en rende compte. Beaucoup de nos services publics souterrains sont placés directement sous les routes, et le pavage agit souvent comme un pont final au-dessus du gouffre, cachant le vide en dessous. Ce n’est qu’une question de temps avant que tout ce qui précède ne soit englouti.
Les dolines ne sont pas le seul problème causé par l’érosion interne., Un type spécifique d’érosion interne appelé tuyauterie est la cause la plus fréquente de défaillance des digues et des barrages en terre, y compris le barrage de Teton dans l’Idaho qui a tué 11 personnes et causé des milliards de dollars de dommages lors de sa défaillance en 1976. Peut-être que je construirai une démonstration de tuyauterie un jour pour une vidéo séparée. L’érosion interne peut être un processus naturel, mais parfois des gouffres peuvent se former à de mauvaises décisions, une mauvaise construction ou tout simplement de la malchance avec l’infrastructure humaine., C’est juste l’un des modes de défaillance complexes que les ingénieurs civils doivent prendre en compte lors de la conception d’une structure susceptible d’interagir avec l’eau, le great eroder. Merci de regarder, et laissez-moi savoir ce que vous pensez!