COMPORTEMENT MÉCANIQUE ET PHYSICO-CHIMIQUE DES BÉTONS DE SOL SOUMIS A HAUTE TEMPÉRATURE

MECHANICAL AND PHYSICO-CHEMICAL BEHAVIOR OF SOILS CONCRETES EXPOSED TO HIGH TEMPERATURE

• Auteur / Autrice : Alain Kamdem Mbopda
• Direction : Albert Noumowe, Moussa Sali, Javad Eslami
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil - Cergy
• Date : Soutenance le 20/12/2023
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université en cotutelle avec Université de Douala
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil (Cergy-Pontoise, Val d'Oise ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Hélène Carre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Albert Noumowe, Moussa Sali, Javad Eslami, Hélène Carre, Tariq Ouahbi, Blanche Manjia, Michel Mbessa, Ruben Mouangue
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tariq Ouahbi, Blanche Manjia

Mots clés

Mots clés libres

Béton sol

Temperature

Comportement mecanique

Comportement physico-Chimique

Soil concrete

Temperature

Mechanical behavior

Physical and chemical behavior

Résumé

Le béton de sol est un matériau issu du mélange du sol avec un liant hydraulique. Il est une solution envisageable aujourd'hui dans le domaine de la construction pour les ouvrages de faibles résistances en compression comme le renforcement des sols de fondation pour chaussées, les écrans d'étanchéités, les aménagements extérieurs pour parking (dallage), les écrans de soutènements des terres. Ce matériau est réalisé in situ en utilisant le sol en place dans le cadre des projets de construction et contrairement au béton ordinaire, son utilisation permet de réduire l'empreinte carbone liée au transport des granulats jusqu'aux sites de construction. Au regard de sa porosité très élevée de l'ordre de 25 à 65 % (Denies et al., 2012), les ouvrages en béton de sol sont sujets à d'importants désordres affectant leurs stabilités lorsqu'ils sont exposés à la haute température, aux cycles H/S et à la carbonatation. Face à la large gamme des produits cimentaires qui existent sur le marché, à la variabilité de la nature du sol et de sa granulométrie, il est important d'avoir une meilleure compréhension des propriétés physico-mécaniques du béton de sol, au travers d'études en laboratoire afin d'évaluer ces performances. C'est dans cette optique d'amélioration sa compréhension, que ce travail de recherche vise à étudier le comportement mécanique et physico-chimique des bétons de sol soumis à haute température et sa durabilité. Pour ce faire, nous avons utilisé deux sols naturels (la latérite et le sable argileux) et trois types de liant : le CEM I 52.5, le CEM II 42.5 et le CEM III 32.5. Le travail expérimental effectué vise tout d'abord à caractériser les différents constituants du béton de sol (sols et ciments). Puis, formuler le béton de sol pour différents dosages (150, 200, 250, 300 kg/m3) et pour une ouvrabilité constante comprise entre 32 et 33 cm correspondant à un béton de sol autoplaçant. Par la suite, une caractérisation physique (masse volumique, teneur en air occlus, …) puis mécanique (compression uni-axiale, module d'élasticité statique, …) du béton de sol a été effectuée. Ces caractérisations ont été complétées par une étude minéralogique (DRX) et microstructurale (MEB). Des essais de durabilités (Cycles H/S et carbonatation) et à haute température ont été effectuées sur les éprouvettes de béton de sol maturés à 90 jours dans l'eau où s'en est suivie une caractérisation physico-chimique et mécanique. Les résultats obtenus de la résistance en compression montrent des valeurs plus élevées pour les formulations avec du CEM III 32.5, suivit du CEM I 52.5 et en fin du CEM II 42.5. Les valeurs de porosité sont comprises entre 43 et 62% et sont plus faibles pour les formulations avec du CEM III 32.5, suivit du CEM I 52.5 et en fin le CEM II 42.5. A haute température, les formulations faites avec du CEM I 52.5 ont une meilleure tenue que les formulations avec du CEM II 42.5 et du CEM III 32.5. L'objectif étant de proposer des formulations stables pour différentes applications.

Soil concrete is a material produced by mixing soil with a hydraulic binder. It is a possible solution in today's construction industry for works with low compressive strengths, such as the reinforcement of road foundation soils, waterproofing screens, outdoor landscaping for car parks (paving) and earth retaining screens. This material is produced in situ using the soil in place during construction projects, and as opposed to ordinary concrete, its use makes it possible to reduce the carbon footprint associated with transporting aggregates to construction sites. Due to its very high porosity of between 25 and 65% (Denies et al., 2012), soil concrete structures are subject to significant damage affecting their stability when exposed to high temperatures, H/S cycles and carbonation. Given the wide range of cementitious products available on the market, and the variability in the nature of the soil and its grain size, it is important to have a better understanding of the physical and mechanical properties of soil concrete, through laboratory studies to assess its performance. It is with this aim of improving understanding that this research aims to study the mechanical and physico-chemical behaviour of soil concrete subjected to high temperatures and its durability. To do this, we used two natural soils (laterite and clayey sand) and three types of binder: CEM I 52.5, CEM II 42.5 and CEM III 32.5. The experimental work carried out aims firstly to characterize the various constituents of soil concrete (soil and cement). Then, to formulate the soil concrete for different cement contents (150, 200, 250, 300 kg/m3) and for a constant workability of between 32 and 33 cm corresponding to a self-compacting soil concrete. The soil concrete was then characterized physically (density, entrapped air, etc.) and mechanically (uniaxial compression, static modulus of elasticity, etc.). These characterizations were completed by a mineralogical (XRD) and microstructural (SEM) study. Durability tests (H/S cycles and carbonation) and high-temperature tests were carried out on soil concrete specimens aged for 90 days in water, followed by physico-chemical and mechanical characterization. The results obtained for compressive strength show higher values for formulations with CEM III 32.5, followed by CEM I 52.5 and finally CEM II 42.5. Porosity values range from 43 to 62% and are lower for formulations with CEM III 32.5, followed by CEM I 52.5 and finally CEM II 42.5. At high temperatures, formulations made with CEM I 52.5 hold up better than formulations with CEM II 42.5 and CEM III 32.5. The aim is to offer stable formulations for different applications.