Sols traités à la chaux et aux liants hydrauliques : contribution à l'identification et à l'analyse des éléments perturbateurs de la stabilisation

Soils treated with lime and the hydraulic binders : contribution to the identification and the analysis of disturbing elements.

• Auteur / Autrice : Nicolas Cabane
• Direction : Mireille Fouletier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université Jean Monnet (Saint-Étienne ; 1969-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sols -- Stabilisation

Mécanique des sols

Résumé

En géotechnique routière, la technique de la stabilisation des sols à la chaux et aux liants hydrauliques permet la valorisation des sols des déblais. Malgré un encadrement réglementaire strict, cette technique ne donne pas toujours de résultats satisfaisants. Les entreprises utilisatrices des sols traités et productrices des agents de traitement se sont associées pour lancer des travaux de recherches destinés à comprendre les causes des défaillances. Cette étude a tout d'abord établi un modèle de l'enchaînement des mécanismes qui conduisent à une stabilisation des sols :la chaux permet la floculation des argiles d'où la formation de grumeaux lors du malaxage. Ce grumeau constitue l'entité caractéristique du sol. Le ciment forme une coque enrobant les grumeaux. Le compactage permet la coalescence de ces pâtes en formant un réseau continu. Le durcissement du ciment permet l’acquisition des caractéristiques mécaniques. L'excès de chaux en milieu basique conduit à la formation d'une seconde génération d'hydrates calciques (C-S-H) par réaction pouzzolanique aux dépens des argiles. Le développement des hydrates permet la rigidification du cœur du grumeau et l'augmentation correspondante des résistances mécaniques sur plusieurs années. Les perturbations rencontrées lors des chantiers peuvent s'interpréter comme des écarts à ce modèle: écarts d'ordre microstructural ; dans les sols micacés, le comportement mécanique de ces matériaux est contrôlé par la présence de paillettes de micas dans la coque et de fragments aplatis de roche au sein des grumeaux. écarts d'ordre physico-chimique ; des composés solubles interfèrent avec les liants : le soufre favorise le développement d'ettringite selon des faciès qui dépendent de la spéciation du soufre et de la perméabilité du grumeau. Les matières organiques ralentissent l'hydratation du ciment et piègent les ions calcium et hydroxyle et sont ainsi responsables des résistances mécaniques insuffisantes Ayant identifié et analysé les mécanismes des perturbations, nous nous sommes attachés à proposer des essais simples et fiables de caractérisation démontrant rapidement la présence de ces agents perturbateurs au sein des sols : par la caractérisation de la morphologie des particules par le retard de début de prise de pâtes pures de ciment gâchées avec des jus extraits de sols pour les matières organiques.

In geotechnic, the stabilization technique with lime and the hydraulic binders allows the valorisation of the soils. In spite of a strict lawful framing, this technique always does not give satisfactory results. The companies users of the treated grounds and producting binders joined for launching research tasks intended to understand the origins of the failures. This study established a model of the step of the mechanisms which lead to a stabilization of the grounds : -lime allows the flocculation of clays from where formation crumbs after blend, -cement forms a hull coating the crumbs. The hardening of cement allows acquisition of mechanical characteristics, -lime excess in basic medium led to the formation of one second generation of C-S-H by pozzolanic reaction with clays. The development of the hydrates allows the rigidification of the crumb and explains the strength increase over several years. The disturbances can be interpreted like variations with this model : -microstructural biases, in the micaceous grounds, the mechanical behaviour of these materials is controlled by the presence of micas flaw in the hull and flat fragments of rock in the crumb, -physicochemical biases, soluble compounds interfere with the binders : sulphur, organic matter. After identification and analysis of the disturbances mechanisms, we proposed simple and reliable tests of disturbing agents characterization : -with particles morphology, with delay of cement pastes catch. This paste wasted with juices extracted from grounds for the organic matter.