Stabilisation des sols résiliente au climat au Cambodge : S'adapter aux défis des inondations et des variations saisonnières
Auteur / Autrice : | Visal Nuth |
Direction : | Olivier Cuisinier |
Type : | Projet de thèse |
Discipline(s) : | Énergie et Mécanique |
Date : | Inscription en doctorat le 21/10/2024 |
Etablissement(s) : | Université de Lorraine |
Ecole(s) doctorale(s) : | SIMPPÉ - SCIENCES ET INGENIERIES DES MOLECULES, DES PRODUITS, DES PROCEDES ET DE L'ÉNERGIE |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : LEMTA Laboratoire Energies & Mécanique Théorique et Appliquée |
Equipe de recherche : Groupe Energie et Transferts |
Mots clés
Résumé
Sujet : Stabilisation des sols résiliente au climat au Cambodge : s'adapter aux défis des inondations et des variations saisonnières I. Introduction Contexte : Le Cambodge fait fréquemment face à des défis environnementaux, caractérisés par des précipitations importantes et un climat tropical distinct avec deux saisons : la saison des pluies et la saison sèche. Les infrastructures routières au Cambodge sont souvent affectées par les inondations en raison de systèmes de drainage inadéquats. L'environnement tropical du pays, distingué par une saison des pluies marquée, engendre des difficultés telles que l'engorgement et les inondations. Ces conditions peuvent progressivement user les fondations des routes, entraîner l'érosion des matériaux de la route et provoquer la détérioration du revêtement. La variabilité des niveaux d'eau et les processus répétés de mouillage et de séchage peuvent compromettre la stabilité des sous-couches de sol et des chaussées, entraînant des problèmes tels que les nids-de-poule, l'orniérage et la fissuration de la surface. Pour contrer ces inconvénients, il est crucial de mettre en uvre une méthode de stabilisation adaptée au contexte régional. Vision du MPWT : Afin de s'aligner avec la vision du gouvernement cambodgien pour 2030, cette stratégie vise à aider le Cambodge à atteindre le statut de pays à revenu intermédiaire supérieur d'ici 2030 et à devenir un pays à revenu élevé d'ici 2050. Le ministère des Travaux Publics et des Transports développe son propre plan directeur international de transport complet (CIT-MP) pour 2022-2030, visant à développer le transport, la connectivité des infrastructures, cruciale pour stimuler l'économie nationale. Les infrastructures comprennent l'autoroute Phnom Penh-Bavet, l'expansion du port de Sihanoukville, le potentiel de la ligne ferroviaire à grande vitesse de Phnom Penh à la Thaïlande et l'autoroute de Phnom Penh à Siem Reap. Cette recherche vise à faire partie de l'objectif gouvernemental de compléter tous les aspects. Matériau : Le type de sol choisi est basé sur le contexte cambodgien, tandis que le Cambodge est riche en alluvions et en latérite en raison de ses facteurs géographiques et climatiques (affluents du Grand Lac, inondations annuelles, plaine basse). Les composants sélectionnés pour la stabilisation des sols sont la chaux et le ciment, qui constituent le traitement chimique durable et économique au Cambodge. Objectif : L'objectif principal de cette recherche est d'évaluer l'impact sur la propriété hydro-mécanique des différents sols traités en fonction du contexte cambodgien. Les paramètres hydro-mécaniques seront déterminés à partir des tests en laboratoire et une interprétation détaillée sera donnée en fonction de leur signification physique et du contexte des conditions environnementales locales. Cela permet de comprendre de manière globale le comportement du sol en condition d'inondation et l'efficacité de la technique de stabilisation. Le deuxième objectif est de déterminer la propriété mécanique du sol en fonction des variations de teneur en eau et de température. Les fluctuations de température et de teneur en eau constituent une extension de cette recherche pour mesurer la résistance mécanique du sol, cruciale pour comprendre comment le sol résistera aux eaux de crue et surtout pour les fondations de route et les remblais. II. Aperçu de la recherche Ce projet de recherche examine l'amélioration des propriétés des sols au Cambodge en utilisant des traitements à la chaux, au ciment et une combinaison chaux-ciment dans le Laboratoire Énergies & Mécanique Théorique et Appliquée (LEMTA) de l'Université de Lorraine et le Laboratoire des matériaux routiers de l'ITC. L'étude met l'accent sur la variation des pourcentages de ces traitements tout en surveillant les changements in situ de température et le comportement hydro-mécanique du sol. Des tests en laboratoire ont été réalisés sur des échantillons de sol avec des temps de durcissement variés de 3, 7, 14 et 28 jours pour évaluer les avantages à court terme de ces traitements. Un aspect crucial de cette recherche est l'examen de la stabilité à long terme du sol traité, en particulier compte tenu de la documentation et de la recherche limitées disponibles sur les sols cambodgiens. Cette étude contribue à comprendre les impacts potentiels des conditions climatiques sur les caractéristiques à long terme des traitements des sols, un sujet précédemment noté dans un petit nombre d'études de laboratoire pour sa complexité et son importance, soulevant des questions dans la communauté de recherche. Les comportements hydrauliques et mécaniques sont associés à la haute teneur en argile (M.M.A. Mascarenha, 2016). 1. Stabilisation des sols La stabilisation à la chaux est appliquée, étant parmi les méthodes les plus économiques pour améliorer le comportement des sous-couches. Lorsque de la chaux est ajoutée à un sol, deux réactions fondamentales se produisent ; l'une est une réaction à court terme et l'autre est une réaction à long terme. La conséquence initiale de l'ajout de chaux est de provoquer la floculation et l'agglomération des particules d'argile en raison de l'échange cationique à la surface des particules de sol, l'effet majeur de cette réaction rapide étant d'améliorer les propriétés mécaniques et la plasticité (Little, 1995), (Negi, 2013), (Manzoor, 2020). En parallèle avec la stabilisation au ciment, de nombreuses études ont démontré l'applicabilité pratique de la stabilisation des sols au ciment dans les structures de chaussées durables (andey, 2017), (Solihu, 2020), (Arshad, 2021). Le processus a conduit à une augmentation des propriétés comme la densité sèche maximale (MDD), la teneur en ciment augmentée et le temps de durcissement plus long tandis que la teneur en eau optimale a diminué. Cette étude évalue l'impact du traitement à la chaux et au ciment sur les sols, en se concentrant sur les changements de propriétés mécaniques telles que la densité, la résistance et la durabilité. Elle met en évidence l'efficacité de ces traitements pour améliorer la compatibilité des sols pour des fins de construction spécifiques. 2. Comportement hydro-mécanique du sol Il est crucial d'évaluer les caractéristiques hydro-mécaniques de la stabilisation des sols, y compris la conductivité hydraulique saturée et les caractéristiques de succion, dans cette recherche. Le concept de succion totale comprend deux composants distincts : la succion matricielle et la succion osmotique. La succion matricielle, résultant des effets combinés des forces capillaires et adsorptives, est déterminée par la teneur en eau du sol, la structure du sol, le type de sol et la différence de pression entre l'air des pores et l'eau des pores. La succion osmotique se réfère à la pression négative exercée par le sol, qui est directement influencée par la concentration de sel dissous dans l'eau des pores. Il est important de mentionner que lorsqu'il n'y a pas de sel, de sable ou d'autres contaminants dans le sol, la succion osmotique peut être ignorée, et la succion totale est égale à la succion matricielle (Thakur, 2006). (P. Delage, 1998) démontre un léger effet hystérétique dans le comportement de rétention d'eau sur une large gamme de succions. Les résultats confirment l'utilité de la technique osmotique et des méthodes d'humidité relative contrôlée pour étudier le comportement hydro-mécanique des argiles, en particulier dans le contexte de succions élevées. Cette recherche contribue à la compréhension de nouveaux développements techniques afin d'imposer une succion élevée et contrôlée à un échantillon non saturé en utilisant des sels à des concentrations différentes. (Nicolas Chabrat, 2023) enquête sur la durabilité à long terme d'un remblai construit avec un sol argileux expansif traité à la chaux et à la chaux/ciment. Au cours de l'enquête, il a été observé que l'efficacité du traitement diminuait, en particulier dans la zone du bord du remblai, où le comportement du sol se rapprochait de celui du sol non traité. En revanche, la section centrale du remblai montrait peu de changements, préservant des caractéristiques similaires à celles des sols traités en laboratoire. La recherche soulève des questions sur la durabilité à long terme des traitements de stabilisation à la chaux et au ciment dans de telles structures, en particulier dans les sections soumises aux conditions météorologiques. Des recherches supplémentaires ont été recommandées pour comprendre les mécanismes sous-jacents à ces altérations. 3. Comportement mécanique du sol Pour obtenir les propriétés mécaniques du sol, des tests conventionnels de cisaillement direct et de résistance à la compression non confinée (UCS) sont réalisés en conditions sèches et humides. (Bai, 2012) et (Seda DURUKAN, 2022) ont mené une expérience de cisaillement direct sous le comportement des états sec et saturé. Ils ont observé que l'angle de friction interne diminuait à mesure que la teneur en eau augmentait. Le résultat anticipé de cette étude devrait s'aligner avec les conclusions mentionnées ci-dessus, car l'angle de friction résultant de la succion devrait augmenter en corrélation avec les phases de saturation croissantes, atteignant son maximum à pleine saturation, comme noté par (Bai, 2012) et (Fredlund, 1978). (Soheib Maghsoodi, 2021) conclut que les variations de température influencent significativement le comportement mécanique des interfaces sol-structure. Il a été observé que pour les interfaces argile-structure, la résistance au cisaillement augmente avec la température. Cela est attribué à une surconsolidation thermiquement induite dans l'argile normalement consolidée. L'étude a également trouvé que la résistance au cisaillement des interfaces sable-structure reste largement inchangée sous les variations de température. Le modèle développé capture efficacement ces comportements, démontrant son efficacité à modéliser la dépendance thermique des interfaces sol-structure, en particulier l'impact de la température sur le rapport de vide et les réponses mécaniques résultantes. III. Méthodologies La procédure de test suit la méthode ASTM, qui est : Caractérisation des échantillons de sol : Limite d'Atterberg (ASTM D4318), Proctor standard (ASTM D698), Classification unifiée des sols (ASTM D2487), Analyse granulométrique (ASTM D6913), Test CBR (ASTM D1883), Allumage de la matière organique (ASTM D7348). Détermination du contenu du traitement. Tests mécaniques contrôlés par température : UCS (ASTM D2166), Cisaillement direct (ASTM D3080). Comportement hydro-mécanique des sols saturés et non saturés : Gonflement-rétraction unidimensionnel (ASTM D4546), Perméabilité (ASTM D2434), Gravité spécifique (ASTM D854), Capillarité (ASTM D7664). Oedomètre contrôlé par température (ASTM D4546). Courbe de rétention d'eau (ASTM D6836) (Méthode de contrôle de la succion et méthode osmotique). Résistance à l'érosion (ASTM D6460). Les valeurs des paramètres attendues dans le cadre des défis des inondations et des variations de température sont : Porosité (n) : le rapport entre le volume des vides et le volume total du sol. Elle affecte la perméabilité et la compressibilité du sol. Indice des vides (e) : le rapport entre le volume des vides et le volume des solides. Il est étroitement lié à la porosité et influence la compressibilité et la résistance au cisaillement du sol. Perméabilité (k) : une mesure de la capacité du sol à transmettre l'eau. C'est un paramètre critique pour prédire le taux de consolidation et le flux à travers le sol. Degré de saturation (Sr) : le rapport entre le volume d'eau et le volume des vides. Pour les sols saturés, Sr est de 100%. Paramètres de résistance au cisaillement : o Cohésion (c) : la résistance au cisaillement inhérente du sol due aux forces interparticulaires. o Angle de friction interne (φ') : la mesure de la résistance du sol au glissement le long d'une surface interne. Compressibilité (Cc) : le taux de diminution du volume du sol sous l'effet d'une contrainte appliquée. Courbe caractéristique sol-eau (SWCC) : une représentation graphique de la relation entre la succion matricielle du sol et sa teneur en eau pour fournir un aperçu des propriétés hydrauliques du sol. Valeur d'entrée d'air et teneur en eau résiduelle (θr) : la valeur de succion matricielle à laquelle l'air commence à pénétrer dans les plus grands pores du sol et la teneur en eau à laquelle le sol ne change plus sa succion jusqu'à atteindre l'équilibre avec une diminution de la teneur en eau. Indice d'érodibilité (K) : une valeur numérique représentant la susceptibilité relative du sol à l'érosion. Bibliography andey, A. &. R. D., 2017. Soil stabilisation using cement. International Journal of Civil Engineering and Technology, 8(6), pp. 316-322. Arshad, A. K. &. S. E. &. M. K. &. P. J. R. &. I. Y., 2021. Cement Stabilisation of Subgrade Soil for Sustainable Pavement Structure. In: S. N. M. S. S. M. H. B. W. I. Sharifah Salwa Mohd Zuki, ed. Proceedings of the Sustainable Concrete Materials and Structures in Construction. Singapore: Springer Singapore, pp. 45-46. Bai, F. Q. &. L. S. H., 2012. 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