Amélioration des propriétés des latérites par l’ajout d’un produit industriel ou naturel

1.11.1Amélioration à la chaux

La chaux vive ou la chaux éteinte peuvent être utilisées ; la chaux vive étant évidemment

plus efficace que la chaux éteinte, mais pose des problèmes de sécurité et d’hydratation en pays

humide. Selon les recommandations de (Lyon Associates, 1971 ; CEBTP, 1984 ; Bagarre,

1990), le matériau doit avoir une plasticité supérieure à 10, et un pourcentage de mortier

(passant à 0,425 mm) supérieur à 15. On doit obtenir un CBR minimal de 60 pour 95% du poids

volumique maximal à l’OPM après 3 jours de cure à l’air et 4 jours d’immersion. Les exemples

de traitement à la chaux de graveleux latéritiques sont surtout Kenyans, Ougandais mais des

opérations du même type ont été envisagées dans plusieurs autres pays qui ont la possibilité de

produire de la chaux (Congo, Cameroun, Sénégal…). Les pourcentages de chaux utilisés pour

l’amélioration des performances mécaniques sont le plus souvent compris entre 4 et 7%.

1.11.2Amélioration au ciment

La technique d’amélioration des couches de chaussée en graveleux latéritiques améliorés

par l’ajout de ciment a fait l’objet de nombreuses études dans plusieurs pays se situant en zones

tropicales et intertropicales (Wooltorton, 1947 ; De Graft-Jonhson & Irwin, 1959 ; Autret,

1980 ; Gense, 1984 ;). Le pourcentage de ciment ajouté varie dans de larges proportions en

fonction des caractéristiques géotechniques du sol latéritique à améliorer et des performances

mécaniques escomptées.

Pour que le résultat soit acceptable, les caractéristiques des graveleux latéritiques devront

être les suivants :

 teneur en matières organiques < 1,5%,

 passant à 80 µm < 35%,

 indice de plasticité < 30,

 module de plasticité (m* x IP) < 2 500.

Avec m: le passant à 0,425 mm

1.11.3Amélioration aux nodules latéritiques (litho-stabilisation)

L’évaluation de la dureté des nodules sur les sols résiduels utilisés en construction routière

est une notion qui pendant longtemps a fait l’objet de recherche. Mais jusqu’à l’époque

contemporaine, la question sur l’impact réel de ces nodules sur le sol latéritique compacté n’est

pas résolue. Aucun procédé universel n’est utilisé pour l’évaluer (Tockol, 1993).

En Côte d’Ivoire, il a été adopté l’utilisation de l’essai Los Angeles standard pour évaluer

la dureté des nodules. Un coefficient Los Angeles inférieur à 50 a été retenu comme critère de

validité de l’aptitude des matériaux en utilisation routière.

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Novais-Ferreira & Correia (1965) avaient tenté de mettre au point un essai permettant

d’évaluer la dureté des nodules contenus dans les graveleux latéritiques. Cet essai consiste à

déterminer le « Hardness Index » ou indice de dureté, qui est le rapport entre la somme des

refus sur les tamis suivants : 25 mm ; 20 mm ; 12,5 mm ; 10 mm ; 5 mm ; 0,8 mm ; 0,40 mm ;

0,080 mm avant et après un essai Los Angeles modifié, c’est-à-dire sans utilisation de boulets

en imprimant 200 à 300 tours à la machine. Un indice de dureté de 0,80 serait la limite inférieure

acceptable. Mais cet essai n’a pas été normalisé.

Au Ghana, Lyon Associates (1971), c’est « l’Agregate Impact Value » qui est utilisé pour

déterminer la dureté des nodules. Une valeur inférieure à 40 est requise pour les bons matériaux.

En inde, par exemple, pour qu’un sol amélioré aux nodules latéritique ait un comportement

satisfaisant, on exige que son coefficient Los Angeles soit inférieur à 48 et son Agregate Index

Value inférieur à 47 (Gidigasu & Yeboa, 1972 ; Gidigasu, 1980).

Afin de mieux se rapprocher de la réalité, on a tendance de plus en plus à utiliser l’essai

de compactage pour évaluer la dureté des nodules (Lompo, 1980 ; Tockol, 1993). Le même

principe que l’essai de Novais-Ferreira & Correia est appliqué pour déterminer l’indice de

dureté, mais cette fois-ci en considérant les granulométries avant et après compactage. La

plupart des rares études portées sur les sols latéritiques « lithostabilisés » ont été entreprises

dans le but d’évaluer leur impact sur les performances mécaniques et géotechniques.

Cependant, peu d’études ont été consacrées à une recherche fine et poussée sur les

modifications microstructurales des graveleux latéritiques contenant un fort taux de nodules

après compactage. La teneur en nodules pouvant éventuellement avoir des effets sur les

performances mécaniques, une analyse de la microstructure permettrait de mieux interpréter les

résultats géotechniques. On pourrait également tenter de mettre en relation l’aspect

microstructural et l’aspect mécanique avant et après mélange et compactage.

1.11.4Comportement mécanique des assises traitées au liant hydraulique ou

à la chaux

Le CBR du matériau traité, pour une densité correspondant à 95% de la densité maximale

à l’OPM et après 3 jours de cure à l’air et 4 jours d’immersion devra être au moins égal à 100.

Compte tenu de la très grande rigidité des matériaux traités aux liants hydrauliques ou à la

chaux, les contraintes verticales transmises au sol support sont très faibles.

En revanche, l'assise traitée subit des contraintes de traction-flexion qui s'avèrent

déterminantes dans le comportement de la chaussée. L'interface couche de roulement / couche

de base et la partie supérieure de la couche de fondation constituent des zones sensibles qui

supportent des contraintes normales et de cisaillement importantes et qui peuvent présenter des

caractéristiques plus faibles que le reste de la structure en raison des conditions de mise en

œuvre; celles-ci entraînent une plus grande sensibilité de cette zone aux agressions du trafic et

du climat.

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Les assises traitées aux liants hydrauliques sont sujettes au retrait thermique et au retrait

de prise. Le retrait provoque des fissurations transversales qui, sans dispositions constructives

sérieuses (par exemple l’utilisation de géo-membranes ou géo-grilles pour reprendre les efforts

de traction à l’interface couche de fondation et couche de base), remontent à travers la couche

de roulement. Celles-ci apparaissent en surface avec des espacements réguliers et une ouverture

variant avec la température entre quelques dixièmes de millimètres et quelques millimètres.

Souvent franches lors de leur apparition en surface, les fissures de retrait tendent à se dédoubler

et se ramifier sous l'effet du trafic. En l'absence de colmatage de ces fissures, l'eau pénètre dans

la structure et provoque une diminution de la qualité du collage entre la couche de roulement et

l'assise. Il s'en suit une aggravation de la fissuration puis de la dégradation de la partie

supérieure de l'assise.

Ces phénomènes s'accompagnent d’une remontée de boues puis d'affaissements et de nids

de poule. En outre, la faible capacité de déformation de ces assises les rend très sensibles aux

mouvements, même faibles. Ceci conduit à la fissuration de l'assise (tassements, retrait hydrique

du sol ...). Quant au revêtement, il est de même nature que pour les chaussées souples et l'on

assiste pratiquement aux mêmes phénomènes. Cependant, sa faible épaisseur amplifie ces

phénomènes et peut conduire à une dégradation rapide de la surface de la chaussée.

1.11.5Effets de l’amélioration des performances de sols latéritiques sur les

couches de chaussées

Lorsque l’on ajoute une certaine quantité de concassé caillouteux (exemple : nodules

latéritiques) à un graveleux latéritique, on renforce son squelette. On agit donc sur l’angle de

frottement interne du matériau que l’on améliore. L’ajout de liant hydraulique ou de la chaux

transforme le produit naturel en un matériau plus raide en mettant à profit l’affinité chimique

de ses fines pour le liant.

D’après les études de De Graft-Jonhson & Irwin (1959), O’Reilly & Baker (1963),

Bagarre (1990), Adewuyi & Okosun (2013) selon la nature et le pourcentage de liant utilisé, on

distingue :

 les sols améliorés au ciment ou à la chaux, lorsque la teneur est faible (2 à 3%),

 les sols stabilisés au ciment : 4 à 6%,

 les sols ciments : bétons latéritiques maigres (10 à 12%).

Selon la rigidification apportée, le comportement de la couche traitée sera différent. Tant

que le module est relativement faible, la chaussée reste souple, le rapport de modules de la

couche améliorée et de son support n’entrainant pas le développement de fortes contraintes de

traction. Lorsque le rapport des modules devient plus important, supérieur à 4, la couche traitée

se comporte comme une dalle (Bagarre ; 1990); la répartition des pressions verticales est très

réduite sur la couche support et des contraintes de traction élevées apparaissent à la partie

inférieure de la couche traitée et peuvent entrainer sa rupture. Le mode de calcul de la chaussée

n’est plus alors celui d’une structure souple.

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Notons que, des études de Bagarre (1990), il en ressort que les graveleux latéritiques

traités au ciment ou à la chaux subissent souvent des fissurations qui conduisent à un maillage

de la couche traitée que l’on ne peut plus considérer rigoureusement comme un milieu

parfaitement continu et élastique.

1.11.5.1 Couche de fondation

On peut être amené à traiter la couche de fondation lorsque son matériau est un peu trop

plastique ou s’assèche mal. L’utilisation de la chaux, lorsqu’elle est produite dans le pays, ce

qui n’est malheureusement pas fréquent en Afrique, permet d’abaisser les teneurs en eau

(d’environ 1% par 1% de chaux) et de renforcer sa cohésion ; les conditions de compactage et

la portance se trouvant améliorées.

1.11.5.2 Couche de base

Le traitement de la couche de base aux liants hydrauliques est le procédé le plus classique.

Plusieurs études ont été consacrées aux graveleux latéritiques améliorés ou stabilisés au ciment

en précisant comment travaillent ces matériaux. L’action intime du ciment au sein des graveleux

latéritiques n’est pas encore bien connue.

Une des premières études fondamentales consacrée à cette question a été réalisée à

l’occasion de l’élaboration de ce travail par Gense (1984). Les expériences ont été effectuées

sur des graveleux latéritiques du Cameroun traités à 3 et 6% de ciment. Les graveleux

latéritiques destinés en couche de base après traitement au ciment ont des caractéristiques

suffisantes pour que les performances que l’on attend du mélange ne soient pas obtenues au

prix d’un pourcentage de ciment trop élevé. Ces graveleux latéritiques ont un CBR voisin de

60, un pourcentage de fines C

80mµ

n’excédant pas 35 et un indice de plasticité IP inférieur à 25.

Pour un traitement en place, on admet un module de plasticité maximal de 1500 MPa et

pour un traitement en centrale un module de 700 MPa. Les critères habituellement retenus pour

les mélanges sont les résistances à la compression simple à 7 jours avec ou sans immersion (R’7

et R7) et des résistances à la traction obtenues au moyen de l’essai Brésilien (Rt7). Les valeurs

admissibles ont été définies à la suite d’essais effectués sur des moulages CBR ; l’élancement

des éprouvettes est de 1 (Φ = H = 152 mm) et non de 2 selon l’usage courant des essais de

compression et de traction sur les éprouvettes de béton. Les résultats obtenus avec des

éprouvettes d’un élancement de 1 sont généralement plus élevés qu’avec celles d’élancement 2.

Les valeurs ainsi demandées constituent une première approche que l’on vérifie ensuite par le

calcul rationnel pour s’assurer que la chaussée est bien dimensionnée. On requiert les

résistances suivantes obtenues avec des pourcentages de ciment de 3 à 6% :

 R

C7

: (après 7 jours de cure à l’air) [1,6 MPa < R

C7

< 3 MPa],

 R’

C7

: (3 jours de cure à l’air – 4 jours d’immersion) [R’

C7

> 0,5 MPa],

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Pour pallier certains effets néfastes après l’ajout du ciment, Bagarre (1990), stipule que

le compactage soit effectué dans les 2 heures après le malaxage. La circulation doit être interdite

pendant 7 jours et la couche de base doit être protégée d’un enduit de cure répandu moins de

4 heures après la fin du compactage. Ces prescriptions sont souvent négligées, ce qui entraîne

de graves désordres dus à un développement de microfissures consécutives à un défaut de prise

correct du ciment. La prise en compte de la portance comme critère de spécification pour les

graveleux latéritiques traités au ciment est très discutée et certains auteurs (Autret, 1983 ;

Bagarre, 1990) contestent qu’on puisse continuer à le retenir comme tel. Il est certain qu’en

toute rigueur, le poinçonnement d’éprouvettes reflète mal la façon dont travaille une couche

traitée au ciment sous le trafic. D’autre part, pour les valeurs de CBR élevées requises (> 160),

la précision de l’essai n’est pas très bonne. Il n’en demeure pas moins que des corrélations assez

satisfaisantes existent entre le CBR et la résistance à la compression et à la traction, liées aux

modules des matériaux. Il est légitime que pour des raisons pratiques les laboratoires puissent

continuer, dans le cas de faibles dosages, à s’appuyer sur l’essai CBR pour définir les

pourcentages de ciment à ajouter aux graveleux latéritiques à améliorer pour les rendre

acceptables en couche de base. Lorsque les matériaux sont simplement améliorés par l’ajout

d’une faible quantité de ciment (≤ 3%) et qu’ils ne sont pas rigidifiés, c'est-à-dire dans le cas

de chaussées souples, le CBR reste le critère à retenir. En revanche, pour les matériaux stabilisés

(à fort taux de ciment), il est recommandé de prendre en compte les résistances en flexion et la

droite de fatigue obtenues au moyen d’un essai spécial. La portance CBR des graveleux

latéritiques dépend du pourcentage de ciment et de la teneur en eau de compactage. Le CBR de

160 est obtenu pour des teneurs en ciment de 2,5% et 3,5%. Ce dosage peut être réduit de 1%

si l’on augmente la compacité de 95 à 100% de l’OPM. Si on abaisse la teneur en eau, il faut

accroître soit la compacité, soit la teneur en ciment pour obtenir la même portance. On

recommande de compacter le matériau sur chantier à la teneur en eau optimale du Proctor

modifié ou à la teneur en eau un peu plus faible si on est assuré de pouvoir réaliser le

compactage dans des conditions satisfaisantes. On mesure le CBR au laboratoire après 3 jours

de cure à l’air des éprouvettes et 4 jours d’imbibition dans l’eau.

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Dans le document Caractérisation et valorisation des matérieux latéritiques utilisés en construction routière au Niger (Page 86-91)