Aptitude au traitement chimique des sols de projet routier

Ce travail a son origine dans notre expérience professionnelle comme géotechnicien au Laboratoire National des Travaux Publics et du Bâtiment (LNTPB). En effet, il existe de nombreux cas d’utilisation des stabilisants chimiques de diverses marques et provenances pour les sols de projet routier à MADAGASCAR. Malheureusement, si ces stabilisations ont été convenables pour les couches de fondation des chaussées revêtues, elles ont été peu probantes pour les pistes en terre. L’idée est ainsi venue à l’Auteur d’étudier pourquoi, malgré leur succès à l’extérieur dans les pays fournisseurs, ces produits sont moins performants dans le contexte des pistes en terre à MADAGASCAR.

LES STABILISANTS

Les stabilisants chimiques

Les stabilisants chimiques améliorent les caractéristiques physiques et mécaniques des sols, créent une résistance exceptionnelle aux actions climatiques et aux charges dynamiques. Ils changent chimiquement les particules du sol de telle manière que ces particules n’adsorbent plus d’eau. L’adsorption de l’eau par les argiles des sols les rend impropres à la construction de route. En effet, l’eau adsorbée agit comme un lubrifiant sur les particules et, les liquides étant incompressibles, empêchent un compactage réel total. Les stabilisants chimiques libèrent cette couche d’eau adsorbée permettant le compactage des sols à plus de 100%. Les effets du traitement sont permanents et le sol n’adsorbe plus jamais d’eau.

Les stabilisants avec additifs

La résistance, la capacité portante des sols peuvent être augmentées par des additifs qui peuvent être classés en deux grandes familles.

Les hydrophobants
Les caractéristiques des hydrophobants sont les suivantes. Ils empêchent les variations de la teneur en eau en rendant le sol insensible à l’eau quelles que soient les conditions extérieures. La teneur en eau imposée par l’hydrophobant est choisie légèrement inférieure ou égale à celle de l’Optimum Proctor Modifié de manière à assurer une portance maximale. L’adsorption d’un produit hydrophobant se traduit par deux effets :

– diminution de l’affinité du sol pour l’eau momentanée ou définitive d’où un important accroissement de la résistance mécanique du sol et une réduction des gonflements ;
– modification de la structure microscopique du sol.

Parmi ces produits hydrophobants, les dérivés aminés donnant des composés cationiques, sont les plus efficaces pour réduire la sensibilité à l’eau des argiles.

Les liants
Leurs principales fonctions sont de lier et cémenter les particules entre elle .Les deux grands types de liants sont:
– les produits d’origine minérale qui, par réaction avec l’eau, donnent des réseaux cristallins enchevêtrés ayant une bonne cohésion et pouvant aboutir à des jonctions avec le squelette minéral .Ces sont les liants hydrauliques ;
– le produit de type colle, c’est à dire des composés organiques susceptibles d’une bonne adhésion au squelette minéral. Ces produits sont appelés des liants organiques.

Les liants hydrauliques sont tous à base de chaux. L’argile constituée essentiellement par de la silice et de l’alumine va réagir avec les liants hydrauliques par :
– échange cationique ;
– floculation et agglomération ;
– carbonatation ;
– réaction pouzzolanique.

POSSIBILITE D’EMPLOI DES PRODUITS HYDROPHOBANTS ET SON EFFET D’ABSORPTION 

La quantité des produits nécessaires, dépend de la surface spécifique du sol et du degré de plasticité des éléments argileux. Ces produits sont incorporés par mélange avec le sol .Les sols pour lesquels ces traitements sont efficaces, à des dosages suffisamment modérés, sont les sols limoneux dont la teneur en éléments fins et la plasticité de ces éléments ne sont pas très élevées. Les dosages en produit hydrophobant seront dans la suite toujours exprimés en pourcentage du poids par rapport au poids de sol sec. L’efficacité du traitement par un hydrophobant peut être définie au moyen d’un coefficient Ef tel que : Ef est égal au carré du rapport entre les poids d’eau absorbés par un sol naturel et un sol traité.

Le traitement par un hydrophobant réduit uniquement les forces de succion.Quand ces dernières interviennent seules pour produire le mouvement de l’eau, c’est à dire dans le cas où il n’existe pas de charges hydrauliques, le ralentissement de l’imbibition peut être considérable. La diminution de la teneur en eau et de la densité sèche initiale accentue ce ralentissement .En revanche l’existence de forces de pression, même relativement modérées, entraîne une très nette réduction de l’effet hydrophobant.

Cas des infiltrations, le traitement par un hydrophobant ralentit l’infiltration dans les premières phases. Il ne modifie qu’assez peu l’écoulement à vitesse constante. Cas de remontées capillaires, l’hydrophobant réduit, de façon permanente, les teneurs en eau d’équilibre. En outre, et jusqu’à un certain degré, des hétérogénéités dans la répartition du produit n’entraînent pas de réduction importante de l’effet du traitement.

On peut distinguer deux effets pouvant être distingués comme réaction d’une hydrophobant :

– Effet principal: la réduction de l’accroissement de teneur en eau momentanée ou définitive est entraînée par la diminution de l’affinité du sol pour l’eau. Ce moindre degré d’imbibition du sol se traduira par une moindre importance de la décroissance de la résistance mécanique du sol et une réduction des phénomènes de gonflement.

– Effet secondaire: résulte de la modification de la structure microscopique du sol sous l’effet du nouvel équilibre entre les forces de répulsion et d’attraction entraîné par l’absorption de l’hydrophobant. Dans le cas où le sol naturel et le sol traité se trouvent à une même teneur en eau, comme par exemple, immédiatement après compactage ou après imbibition complète, des variations dans les propriétés mécaniques de ces sols pourront néanmoins être observées à cause de ces modifications de la structure microscopique.

L’absorption par les argiles de certains de ces corps organiques peut réduire considérablement leur capacité d’absorption d’eau. L’hydrophobant donc, a priori, constitue un procédé permettant, en réduisant les quantités d’eau absorbées, d’améliorer la résistance finale des sols.

ETUDE ET CONCEPTION SUR LA LATERITE ET L’ARGILE GONFLANTE

Etant donné que ce type de matériau se rencontre souvent dans plusieurs régions de Madagascar, il s’avère incontournable de tenir compte de la structure et des propriétés physico – chimiques de ce genre de sols, d’où l’intérêt et la nécessité de cette recherche.

Les latérites

Les latérites courantes sont des particules de Kaolinite (Al2O3, SiO2, 2H2O), chargée négativement et recouvertes d’une couche rigidifiée, et il y a diminution de l’IP. Dans le cas où il y a des bactéries, humidité, des matières organiques (en absence d’air ), l’oxyde de fer est réduit en oxyde ferreux, d’où le changement des propriétés physicochimique du latérite,cas de la latérite de Vontovorona.

L’argile gonflante

L’argile gonflante a une structure contenant souvent des cations saturateurs types,Ca++, Mg++, Na+ types montmorillonites, sodiques, ou calciques. La présence de Magnésium dans les sols cause des effets néfastes au traitement des sols par les stabilisants (chimiques ou minéraux).

Milieu et formation des sols Tropicaux

Les minéraux argileux forment essentiellement quatre groupes qui constituent la quasi totalité des dépôts naturels et qui, par conséquent, ont fait l’objet de la plupart des mesures disponibles :
– Kaolinite ;
– L’halloysite ;
– Montmorillonite ;
– L’illite.

Chaque groupe a un certain nombre de variations minéralogiques qui reflètent les différences de structure minérale ou de composition chimique. Les minéraux argileux sont essentiellement des hydrosilicates d’aluminium. Les hydrosilicates de Mg et de Fe sont moins répandus.

– Kaolinite ne peut se former à moins que l’alumine ne soit présente (KEILLER, 1956). ROSS et HENDRICKS (1945) et KERR (1955) arrivent à la conclusion que la montmorillonite se forme dans un milieu alcalin où le Mg, la Si et l’Alumine se trouve en quantité suffisante.

CLAUSS (1967) affirme que la montmorillonite ne se forme que là où un milieu initialement alcalin graduellement devient légèrement acide, car de telles conditions favorisent la mobilisation du fer, du magnésium, de la silice et de l’aluminium et l’enlèvement du fer. La kaolinite se forme dans un milieu oxydant. Les climats extrêmement humides et chauds en assurant une altération rapide et un milieu oxydant, favorisent probablement la formation de kaolinite et du sol du type latéritique à partir de matériaux qui, sous d’autres conditions, auraient pu donner des argiles du type montmorillonite (ROSS et HENDRICKS, 1945, p60).

HOSKING (1940) trouva que la montmorillonite se forme à partir de roche mère dans un milieu alcalin. Le granite et les roches acides ne donnent pas de montmorillonite ou de sols argileux noirs en AUSTRALIE. Le type d’alcali ou de base alcalino-terreuse est également considéré comme important. Des roches qui ne contiennent pas d’alcalis peuvent seulement produire des minéraux argileux du type kaolin ou des produits latéritiques d’altération (GRIM, 1968).

Table des matières

INTRODUCTION
I. Les stabilisants
I.1..Les stabilisants chimiques
I.2. Les stabilisants avec additifs
I.2.1. Les hydrophobants
I.2.2. Les liants
II. Possibilité d’emploi des produits hydrophobants
III. Etude et conception sur la laterite et l’argile gonflante
III.1. Les latérites
III.2. L’argile gonflante
III.3. Milieu et formation des sols Tropicaux
III.4. Facteurs de formation des sols
III.5. Activités des principaux minéraux argileux
III.6. Degré d’agressivité de sol contenant des agents agressifs
IV. Les caractéristques géotechniques des sols
IV.1. L’analyse granulométrique
IV.2. Limites d’Atterberg
IV.3. Equivalent de sable
IV.4. Essai Proctor
IV.5. Essais de portance Californien (California bearing ratio CBR)
IV.6. Essai de compression simple
IV.7. Essai de compressibilité à l’œdomètre
IV.8. L’essai au bleu de méthylène
IV.8.1. Définition
IV.8.2. Le lien entre l’essai au bleu de méthylène et les argiles
IV.8.3. Influence de la minéralogie des argiles sur la valeur de bleu
IV.8.4. Mesure de la nocivité de la phase argileuse
IV.8.5. Capacité d’échange de cation (CEC) et surface spécifique de quelques argiles
IV.8.6. Utilisation pratique des paramètres VB,Sa et ACB dans les profils routiers
V. Influence des propriétés physico –chimiques des argiles sur leurs comportements mécaniques
V.1 Objet
V.2. Paramètres physico-chimiques
V.2.1. Nature minéralogique
V.2.2. Géométrie
V.2.3. Hydratation
V.2.4 Ions et électrolyte
V.2.5. Limites et indices d’état
V.3. Paramètres mécaniques
V.4. Quelques résultats des études de corrélation
VI. Conclusions
VII. Méthodologie générale pour les études de traitement des sols
VII.1 Etudes géotechniques
VII.1.1. L’étude de qualification des matériaux à traiter
VII.1.2. L’étude de formulation
VII.1.2.1. Objectifs
VII.1.2.2. Identification des composants du mélange
VII.2. Méthodes et essais effectus au laboratoire
VII.2.1. Prélèvement des échantillons
VII.2.2. Types des essais effectués
VII.2.3. Méthode d’analyse
CONCLUSION

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