Traitement des sols fins compactés : contribution à la reconnaissance des conditions défavorables d à la prise Thèse Tangi Le Borgne Directeur de thèse : F. Masrouri (LAEGO) Conseillers d étude : O. Cuisinier (LAEGO) et D. Deneele (LCPC) Paris, le 13 novembre 2008 13/11/2008 1/15
Plan de la présentation Contexte de l étude Première partie de l étude : identification des perturbateur de la prise lors du traitement des sols Deuxième partie de l étude : mise en évidence de l aptitude d un sol à un traitement, influence des paramètres de cure Planning prévisionnel de la fin de l étude 13/11/2008 2/15
Situation des travaux de terrassement en France Terrassements = opérations de mouvement des terres (déblais et remblais) Situation (2000) : volume des terrassements : 90 millions de m 3 de sols déplacés ; aujourd hui : 30 à 50 % des sols fins sont traités à la chaux et/ou au liant hydraulique pour atteindre les performances mécaniques voulues ; mais beaucoup encore mis en dépôt, dont 2 millions m 3 car inaptes au traitement. Une explication possible = présence de perturbateurs au traitement des sols 13/11/2008 3/15
Exemples 13/11/2008 4/15
État des connaissances sur les perturbateurs Outil technique actuel = Guide du traitement des sols (LCPC-SETRA, 2000) Éléments perturbateurs cités par le GTS : sulfates et sulfures ; matières organiques ; ATTENTION à l analogie avec les Bétons phosphates et nitrates ; chlorures, Peu d éléments bibliographiques pour le traitement des sols (sauf cas du soufre) Objectifs 1ère partie de l étude déterminer leurs effets réels sur le traitement des sols existence de seuils? comment mettre en évidence? 13/11/2008 5/15
Comment aborder le problème de l identification l des perturbateurs? 2 méthodes de travail : travail sur sols naturels (Cabane, 2005); travail sur sols reconstitués (Le Borgne, 2006-2009). Ajout d un élément chimique à une concentration donnée dans un sol de référence (sol pour lequel le traitement a été reconnu efficace) Mesure de l impact de ce rajout en termes de performance mécanique et d aptitude au traitement 2 s représentatifs d une situation «courante» en France : Dosage minimum : concentration moyenne des sols français Dosage maximum : concentration forte dans sols français Deux sols «modèles): LVE Sable de Bouër 13/11/2008 6/15
Exemple de résultats r de la 1ère 1 partie d éd étude 8 1.5 % CaO + 6 % CEM I 7 Essai Rc Cas du limon + CaO + CEM I Conservation des échantillons à teneur en eau constante Rc (MPa) 6 5 4 3 2 1 0 forte [chlorure] faible [chlorure] forte [nitrate] faible [nitrate] forte [phosphate] faible [phosphate] forte [sulfate] faible [sulfate] Limon + CEM I 0 20 40 60 80 100 Temps de cure (Jours) Peu d effet du rajout de composés chimiques au sol sur les résistances mécaniques 13/11/2008 7/15
Synthèse des résultats r 1ère 1 partie Sable de Bouër Essais minimum Chlorures maximum minimum Nitrates maximum minimum Phosphates maximum minimum Sulfates maximum Aptitude - Rtb - - - - - - CEM I Rc - (à 28j 59%) - 20% à 180j - 25% à 180j - 37% à 180j Rci - - - - - - - - Aptitude - - - - - - - Gv% CEM II Rc - - - - - - - -27% à 28j Rci - - - - - - - - Rajout de composés chimiques = augmentation des résistances mécaniques CaCl2 = accélérateur de prise (Taylor, 1998) Augmentation du gonflement lors du rajout de sulfate, surtout pour le limon traité au CEM II Gonflement ettringitique (Hunter, 1988) 13/11/2008 8/15
Résultats 1ère 1 partie Limon du Val d Europe Essais minimum Chlorures Nitrates Phosphates Sulfates maximum minimum maximum minimum maximum minimum maximum Aptitude - - - - - - - Gv% CEM I Rc - - - - - -20% à 180j - - Rci - - - - - - - - Aptitude - - - - - - - Gv% CEM II Rc - - - -32% à 180j - -18% à 180j - -16% à 180j Rci - - - -18% - - - - Rajout de fertilisant = altération des effets du traitement mais les caractéristiques mécaniques restent suffisantes Augmentation du gonflement lors du rajout de sulfate, surtout pour le limon traité au CEM II Gonflement ettringitique (Hunter, 1988) 13/11/2008 9/15
Conclusions 1ère 1 partie Ajout de chlorure au sable : = accélération de prise (analogie béton) Altération du traitement par les fertilisants (Rc), mais toujours caractéristiques mécaniques suffisantes Importance du type d essai pour mettre en évidence l aptitude au traitement d un sol contenant du sulfate Difficulté pour faire émerger un seuil universel!!! Conclusions valables pour le système sol / perturbateur (nature et ) / liant (type et ) pour des conditions d essai données 13/11/2008 10/15
Essais d aptitude : Quel(s) essai(s) choisir pour déterminer d l aptitude au traitement d un d sol? Rtb = 0,364 MPa OK Inaptitude au traitement Gv = 13,3% > 5% Immersion après délai de maniabilité dans une eau à 40 C pendant 7jours (échantillons pour mesure Rtb conservé dans leurs étuis lors de l immersion) Essais Rc : Rc à 60 jours = 3,864 MPa OK Rci/Rc = 0,93 OK Rc = conservation à teneur en eau constante Rci = conservation à teneur en eau constante pendant 28 jours, puis immersion dans une eau à 20 C pendant 32 jours Bon comportement mécanique Rôles des conditions de cure sur la mise en évidence de l aptitude d un sol au traitement? 13/11/2008 11/15
Objectifs 2 ème partie de l él étude Rôles des conditions de cure sur le traitement des sols : Importance de l eau disponible (Mitchell, 1986 ; Baryla, 2000 ; ) Importance de la température (Wang, 2003) Objectifs de la deuxièmes partie d étude : Connaître l influence des différents paramètres de cure (la température, l immersion, temps de cure avant immersion, Mode de conservation lors de la cure, ) Élaborer une méthodologie ou un essai afin de mieux appréhender l aptitude au traitement d un sol. Étude sur sols naturels et reconstitués : Sols reconstitués perturbés avec éléments soufrés (sulfate et sulfure) Sols naturels présentant des problèmes de prise 13/11/2008 12/15
Travail sur sols reconstitués Objectifs : connaître les effets des différents paramètres de cure sur le traitement d un sol contenant un perturbateur, afin de mieux appréhender son aptitude vis-à-vis d un traitement Variations des conditions de cure : immersion dans de l eau à 20 C ; immersion dans de l eau à 40 C ; variation de la cure avant traitement. Choix des sols: LVE + sulfate LVE + pyrite Augmentation des s [S] = 5% Rc (MPa) 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 0 5 10 15 20 25 30 temps de cure (jour) LVE Pymax tt2 LVE TT2 LVE nat 13/11/2008 13/15
Exemple de résultats r de la deuxième partie d éd étude Essais d aptitude sur le mélange LVE + sulfate traité au CEM II Gonflement volumique (%) 20 15 10 5 Gonflement volumique LVE TT2 [SO 4 2- ] = 6,2 g/kg [SO 4 2- ] = 121.4 g/kg Rtb (MPa) 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 LVE TT2 Rtb [SO 4 2- ] = 6,2 g/kg [SO 4 2- ] = 121.4 g/kg 0 0,0 Augmentation de [S] = même Augmentation de [S] = légère gonflement volumique mesuré augmentation des Rtb Gonflement axial 3% Influence du mode de conservation (étuis / hors étuis) 13/11/2008 14/15
Cure à 40 C : Gv (%) 30 25 20 15 10 5 Essais Rci et Gv sur mélange m LVE + sulfate Temps avant immersion = délai de maniabilité Cure à 40 C Cure à 20 C 0 0 0 5 10 15 20 25 + de 90% du gonflement le premier jour d immersion ; prise mécanique. Cure à 20 C: Temps de cure (jours) 90 % du gonflement en 7 jours ; Pas de prise mécanique. Gonflement volumique Rc 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 Rc (MPa) 13/11/2008 15/15 Gv (%) 30 25 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 Temps de cure (jours) Gonflement volumique Rc Comportements différents suivant la température de l eau 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Rc (MPa)
Travail sur un sol naturel : limon de Louches Objectifs = appliquer une nouvelle méthodologie d étude du traitement des sols, à partir des résultats obtenus sur les sols reconstitués Identification des mécanismes de perturbation = en cours 4 3.5 3 Limon de Louches LVE LVE non traité Limon de Louches, LVE et SB 1,5% CaO + 6% CEM II Rc (MPa) 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 5 10 15 20 25 30 Temps de cure (jours) Perturbation du limon = présence de matières organiques? 13/11/2008 16/15