Caractéristiques des sols traités au compactage

La courbe de compactage Proctor constitue un paramètre très important à chercher lors de l’étude des performances mécaniques d’un sol. Elle représente un indicateur de la sensibilité de la densité par rapport à la variation de la teneur en humidité dans les matériaux (Poon, et al., 2005). Les matériaux à courbes plates peuvent tolérer une plus grande variation du taux d'humidité sans compromettre une grande partie de la densité obtenue à partir du compactage. En revanche, les matériaux avec les courbes pointues sont extrêmement sensibles à la valeur optimale lors du compactage.

 Essai de compactage Proctor

Les résultats des essais de compactage Proctor sur le sol non traité et traité au ciment et à la chaux sont présentés sur la Figure 95 et la Figure 96 pour les deux sols urbains testés au cours de cette étude.

En moyenne de cinq à six points (huit points pour le sol traité au ciment) sont utilisés pour construire ces courbes et l’optimum est déduit par interpolation des points. Il demeure donc une certaine incertitude sur les teneurs en eau optimales et les densités optimales. Compte tenu que nous avons appliqué des courbes moyennes lissées pour relier les points, la méthode utilisée impacte les valeurs. On estime que les valeurs prises comme valeur optimales restent entre 90% et 95 % de l’OPN. Pour le sol urbain SBB, les teneurs en eau optimales des sols non traité, traité au ciment et traité à la chaux se situent entre 11,5 et 14% (valeurs choisies = 13,25% avec rOPN= 1,77 g/cm³), entre 13 et 15,5 % (valeur choisie = 14,8% avec rOPN= 1,76 g/cm³) et entre 13,5 et 16% (valeur choisie de 14,1% avec rOPN= 1,74 g/cm³) respectivement. Pour le sol d’Ivry, les points choisis correspondent aux valeurs maximales mesurées, les optimums seraient comme dans le cas de Boulogne aux environs de 90% de l’OPN. Les teneurs en eau optimales des sols non traité, traité au ciment et traité à la chaux se situent entre 11,5 et 14% (la valeur choisie est celle mesurée = 11,9% avec rOPN = 1,81 g/cm³), entre 12 et 16 % (la valeur choisie est celle mesurée = 14,1% avec

rOPN = 1,84 g/cm³) et entre 14 et 16,5% (la valeur choisie est celle mesurée = 16,2% avec rOPN = 1,78g/cm³).

Les résultats présentés sous forme de courbes Proctor montrent une diminution de la densité sèche à l’optimum Proctor avec un traitement à la chaux. Cela s’explique par la réorganisation de la microstructure lors du traitement, avec la floculation des particules argileuses. On observe également un décalage de la teneur en eau vers des teneurs plus élevées.

Globalement, on note quelques différences entre les deux matériaux. Pour une légère variation de la densité sèche à l’optimum, un écart de 10% entre les teneurs en eaux optimales est enregistré. Ce décalage des teneurs en eau peut être expliqué en partie par les incertitudes quant à la détermination de la teneur en eau optimale mais également par le fait que le matériau de Boulogne contient une proportion plus importante de béton. Le béton est en effet à l’origine d’une absorption d’eau très importante (Jayakody, et al., 2014).

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Figure 95: Caractéristiques du sol de Boulogne SBB traité et non traité au compactage Proctor

Figure 96: Caractéristiques du sol Ivry SI traité et non traité au compactage Proctor  Indice de Portant Immédiat (IPI)

L’essai consiste à poinçonner le matériau compacté et/ou traité dans les conditions déterminées pour l’optimum Proctor. On note les forces correspondantes à des enfoncements de 2,5 et de 5 mm. Ensuite, l’indice IPI est calculé de la manière suivante :

IIPI2,5 = 13,35 100 kN) (en mm 2,5 à n pénétratio de  F 4.1

IIPI5 = 93 , 19 100 kN) (en mm 5 à n pénétratio de  F 4.2

L’indice de portance immédiat choisi correspond à la plus élevée des deux valeurs de IIPI5 et IIPI2,5.. Le Tableau 32 est extrait du GTR et il présente les valeurs minimales de l’indice IPI requises suivant la classe de matériaux lors de la mise en œuvre de celui-ci.

Tableau 32: Indice portant immédiat (IIPI) minimal à obtenir à la mise en œuvre (GTR)

Classes de matériaux IIPI minimal

A3 – C1A3 10

A2 – C1A2 - B6 - C1B6 15

A1 - B5 - C1A1 - C1B5 20

Autres classes À fixer d’après l’expérience ou à déterminer à l’appui d’une étude

Les indices IPI obtenus pour les sols de Boulogne et Ivry compactés et/ou traités (à la chaux et au ciment) sont présentés dans le Tableau 33. On note que les valeurs des indices IPI pour les sols de Boulogne et d’Ivry traités au ciment et non traités sont supérieures à celles requises par le GTR, c'est-à-dire la valeur de 20. Par contre, les valeurs obtenues après le traitement à la chaux dans le cas des deux sols sont plus faibles que 20. Généralement, on observe des valeurs de l’indice IPI qui augmentent avec un traitement à la chaux. L’action de la chaux sur les sols se traduit par le changement de son état de plastique à solide ce qui permet l’amélioration de la portance lors la mise en œuvre.

Tableau 33: Indice portant immédiat (IIPI) mesuré sur les sols Boulogne et Ivry traité (à la chaux et au ciment) et non traité

Sol de Boulogne Sol Ivry

Non traité ^Traité

ciment ^{Traité CaO Non traité}

Traité

ciment ^{Traité CaO}

wOPN 13,25 14,8 14,1 11,9 14,1 16,2

IIPI 20 29 16 41 33 16

4.1.2 Essai d’aptitude au traitement

Un essai d’aptitude au traitement a été appliqué aux deux sols urbains étudiés au cours de ce travail. Compte tenu des fortes teneurs en sulfates dans les matériaux, cet essai est indispensable. Les anions sulfates sont en effet connus pour être des perturbateurs de prise cimentaire et sont à l’origine de plusieurs désordres dans les ouvrages. Cet essai a été réalisé sur les sols d’Ivry et Boulogne pour les deux modes de traitement (5% de ciment et à 1 % de chaux).

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 Mesure de la résistance à la compression diamétrale dans le cas d’un traitement au ciment La force (Fr) appliquée à la rupture de l’éprouvette permet le calcul de la résistance à la compression diamétrale (Rtb) suivant la formule :

h 14 3 F 2 R_tb ^r   , 4.3

Tableau 34. Résistance à la compression diamétrale mesurée lors de l'essai d'aptitude au traitement avec 5% de ciment.

Rtb (MPa) Sol Boulogne Sol Ivry

Traitement avec 5% de ciment Moyenne 0,35 0,17

Nombre d’essais 5 3

Ecart type 0,03 0,01

Pour le sol de Boulogne, la résistance à la traction de 0,35 MPa est supérieure au seuil d’aptitude qui est de 0,2 MPa. Pour Ivry, le seuil n’est pas atteint et le traitement avec 5% de ciment peut être considéré à ce stade comme douteux. La mesure du gonflement volumique permettra d’infirmer ou confirmer ces résultats préliminaires.

 Mesure du gonflement volumique après traitement à la chaux ou au ciment

Après 7 jours d’immersion des éprouvettes dans de l’eau à 40°C, on mesure les dimensions de chaque éprouvette. Les formules suivantes permettent de déterminer le gonflement volumique :

Gv = (V1 – V0) / V0 4.4

où V0 : Volume de l’éprouvette à la confection, V1 : Volume de l’éprouvette après immersion Les gonflements mesurés au cours et après l’essai sont reportés dans le Tableau 35. À l’issue de ces mesures, il apparaît que les deux matériaux présentent un gonflement volumique inférieur au seuil d’aptitude soit 5% (avec le ciment) et 5% (avec la chaux), sauf pour certaines éprouvettes du sol de Boulogne traitées à 1 % de chaux où le traitement est dans ce cas douteux. Les résultats obtenus avec traitement à la chaux sur le sol de Boulogne nécessitent vérification en réalisant d’autres mesures pour confirmer l’aptitude au traitement. Les deux matériaux présentent globalement une bonne aptitude au traitement à la chaux et au ciment en dépit des fortes teneurs en sulfates (soit 12900 mg/kg pour le sol de Boulogne et 10660 mg/kg pour le sol d’Ivry) et de la composition complexe de leurs squelettes granulaires (présence de gypse, de briques, de scories…). Dans le cas d’un usage en remblai, les résultats du test d’aptitude au traitement à la chaux suffisent pour statuer sur la possibilité de réutiliser les matériaux. Dans le cas des matériaux de Boulogne et d’Ivry, les résultats des tests d’aptitude au traitement permettent cette réutilisation. Pour un usage en couche de

forme, il est préconisé de continuer l’étude par l’évaluation, via une étude de formulation, des performances mécaniques des matériaux traités au ciment (Rc à 7, 28 et 60 jours, Rci, Rit à 28 et 90 jours, si nécessaire). Pour ce dernier usage, le test d’aptitude au traitement au ciment montre que le traitement est adapté, avec des résultats de gonflement au dessous de seuils de la norme (5%). Le fait de ne pas avoir de gonflement volumique est un indicateur important, il prouve que les minéraux secondaires de type ettringite, responsables des gonflements dans les sols traités, ne se sont pas ou peu développés dans les sols testés. Avoir peu de gonflement volumique sur les éprouvettes de sols traités au ciment a également des incidences positives sur les propriétés mécaniques. En effet, la présence des minéraux secondaires cités précédemment inhibe les produits de traitement et diminue ainsi l’action du ciment sur le sol et de ce fait les performances mécaniques.

Tableau 35. Valeurs du gonflement volumique de l'essai d'aptitude au traitement

Prélèvement Gv (%) Traitement au ciment Gv (%) Traitement à la chaux

Moyenne Nombre de prises Seuil

d’aptitude ^Moyenne de prises^Nombre

Seuil d’aptitude

Sol Boulogne 2,1 ± 0,7 6 5 5,6 ± 0,4 3 5

Sol Ivry 1,1 ± 0,8 6 2,36 ± 1,16 3