Influence du NaSO4 sur la résistance en compression

La résistance en compression des bétons de sol conservés dans l'eau sulfatée est exprimée en

fonction de celle obtenue après un même temps de maturation pour les éprouvettes conservées

dans l'eau saturée en chaux (Figure V-31). Les résistances en compression sont déterminées après 6,

12 et 22 mois d'immersion, sachant que les essais d’immersion sous eau sulfatée démarrent après

180 jours de cure endogène. Les résultats montrent que la résistance en compression des bétons de

sol est faiblement impactée par les attaques sulfatiques externes, excepté pour les formulations dont

le sol contient 25 % d'argile pour lesquelles une diminution de 20 à 30 % est constatée après 22 mois

d'immersion d'exposition. Selon certains auteurs, la zone d'interface entre les grains de sable et la

phase liante est une zone privilégiée de dégradation pour les sulfates et la formation d'ettringite

(Yang et al. 1996). Cela pourrait expliquer en partie les chutes de résistances mécaniques mesurées,

tout comme la diminution de section des éprouvettes (desquamation) et leur fissuration qui précipite

la rupture des éprouvettes.

Selon Denies et al. (2015), suite à l'opération de malaxage par soil-mixing, les contaminants du sol et

des eaux souterraines sont intégrés dans la matrice des bétons de sol ce qui peut accentuer leur

180

paraissent ainsi nécessaires dans ce cas de figure qui est a priori plus défavorable puisque l'attaque

des sulfates est à la fois interne et externe. La microscopie électronique à balayage ne permet pas

d'avoir d'informations quantitatives sur l'évolution de la taille des pores lorsque le matériau est

exposé aux sulfates. Cependant, Guimond-Barrett (2013) a montré que la présence de NaCl ou de

NaSO4 dans le sol pouvait augmenter in fine la taille des pores du matériau, notamment de ceux

compris entre 0,2 et 5 μm (Guimond-Barrett, 2013).

Figure V-31Influence des attaques sulfatiques externes sur la résistance en compression : résistance

en compression après conservation sous eau versus résistance en compression après conservation

sous eau sulfatée.

V.4 Conclusion

En conditions d’exploitation, les bétons de sol sont potentiellement exposés à de nombreux

mécanismes de dégradation tels que les attaques chimiques, les réactions alcali silices, et les

sollicitations cycliques d'humidification/séchage (H/S) et de gel/dégel. Dans ce travail de recherche,

la durabilité des bétons de sol est évaluée par l'intermédiaire de 24 cycles H/S d'une durée de

72 jours pour les cycles "accélérés" et de 384 jours pour les cycles "longs". De longs mois

d'immersion dans une solution de sulfate ont également permis de vérifier la résistance chimique du

CEM III/C pour les dosages E/C inhabituellement élevés rencontrés en Deep Soil Mixing. Les résultats

montrent finalement que les cycles H/S sont plus préjudiciables que les attaques sulfatiques

externes, car l'endommagement affecte un volume plus important de l'éprouvette.

Les périodes de séchage à répétition provoquent une importante fissuration du matériau en

présence d'argile qui entraîne une diminution des propriétés mécaniques et une augmentation de la

conductivité hydraulique. La perte de masse des éprouvettes s'intensifie au fur et à mesure des

cycles H/S à cause de la progression de la fissuration qui favorise le séchage. La plupart de ces

fissures sont très fines puisqu'elles sont impossible à observer à l'œil nu. L'augmentation du dosage

en ciment subdivise par ailleurs le maillage du réseau de fissuration et semble limiter l'ouverture des

K25C300

K25C200

181

fissures. Cependant, au terme des 24 cycles H/S "longs" les éprouvettes K25C300 sont

particulièrement endommagées. La chute des vitesses d'ondes P est aussi plus importante pour les

formulations avec kaolinite dans le cas des cycles H/S "accélérés", contrairement aux cycles H/S

"longs" pour lesquels c'est plutôt pour les faibles dosages en ciment. Le séchage est en effet plus

homogène dans le cas des cycles H/S "longs", et donc la variation de Vp dépend surtout de la

résistance en traction du matériau. Dans le cas des cycles "accélérés", l'inhomogénéité du séchage

fait que l'endommagement dépend plutôt de la perméabilité. Les résultats montrent également

qu'un dosage en ciment supérieur à 300 kg/m

³

et une quantité d'argile dans le sol inférieur ou égale

à 10 %, permettent de conserver suite aux cycles H/S environ 80 % des propriétés mécaniques. Le

module d'élasticité est en revanche très affecté par les cycles H/S quels que soient les paramètres de

formulations, et la valeur d'Estat chute notamment de 40 à 90 % après 6 cycles H/S "longs". Cette

chute est toutefois amplifiée par rapport à la méthode de détermination dynamique du module, les

jauges de déformation étant collées sur la partie la plus altérée, à savoir la surface des éprouvettes.

La chute des propriétés mécaniques est finalement associée à la microfissuration du matériau en

présence d'argile et mais aussi à une décohésion entre les grains de sable et la matrice cimentaire

pour les mélanges sable-ciment. L'endommagement est d'après les résultats obtenus vraiment bien

corrélé avec la conductivité hydraulique. La comparaison entre les cycles "accélérés" et les cycles

"longs" montre en définitive que les transferts de fluide diffèrent selon le type de séchage et

soulignent l'importance de maîtriser à la fois la température, l'hygrométrie et la durée de séchage.

Ces paramètres peuvent notamment amener à des conclusions différentes, et modifier l'importance

des paramètres de formulation (teneur en argile du sol, dosage en ciment).

L'immersion dans une eau chargée en sulfates entraîne une dégradation à la fois plus superficielle et

plus localisée des éprouvettes en béton de sol. Lorsque les éprouvettes sont exposées à une eau

chargée en sulfates, leur masse augmente en raison de la formation d'ettringite. Ces précipités

induisent des désordres en surface qui semblent dépendre essentiellement de la conductivité

hydraulique initiale du matériau. Aucune altération n’est observée lorsque la conductivité

hydraulique est inférieure à 2.10

^-10

m/s. En revanche, pour les formulations dont le sol contient une

forte teneur en argile (K25C200 et K25C300) ou les formulations dont le sol contient une quantité

d'argile modérée, mais avec un faible dosage en ciment (K10C200), de la desquamation et de la

fissuration apparaissent (12 mois). Ces désordres s'accentuent en fonction de la durée d'immersion

(22 mois). Les faibles variations de longueur et de vitesses d'ondes P prouvent que ces dégradations

ne sont pas généralisées au sein de la matrice des bétons de sol. Le processus de dégradation est

donc suffisamment lent pour confirmer la résistance du CEM III/C face aux attaques sulfatiques

externes. Un phénomène de gonflement est toutefois observé au-delà d'une année d'immersion

pour les bétons de sol contenant le plus d'argile (K25C200 et K25C300). Pour ces formulations, une

diminution de respectivement 20 à 30 % est, d'ailleurs, constatée après 22 mois d'immersion. Cette

chute de résistance mécanique s'explique selon les formulations par une réduction de section des

éprouvettes (desquamation) et par la fissuration du matériau qui précipite la rupture lors de l'essai

de compression uni-axial. Les sulfates engendrent en effet la formation de plans de fissuration

verticaux le long des éprouvettes, et tronc conique ou en forme de tronc de pyramide suivant la

géométrie de l'éprouvette à chacune de leurs extrémités. Des investigations à plus long terme, voire

en couplant les cycles H/S aux attaques chimiques, sont vraisemblablement nécessaires étant donné

qu'une fissuration préexistante du matériau décuple l'effet des sulfates.

182

D'après les essais de cycles H/S et d'attaques chimiques effectués au laboratoire, on peut déduire

qu'en dessous de 10 % d'argile dans le sol et avec au moins 300 kg/m

³

de ciment, une durabilité

acceptable est obtenue. Ces seuils correspondent à une porosité et une conductivité hydraulique

respectivement inférieures à 40 % et 10

^-9

m/s. Au vu du caractère non homogène de la dégradation

du matériau engendrée par les cycles H/S et les sulfates, de la surface exposée vers le cœur du

béton, il serait intéressant d’étudier plus amplement la cinétique de progression de

l’endommagement. Par exemple, en mesurant l’épaisseur endommagée sur des éprouvettes de la

dimension d'une colonne sol-ciment pour les cycles H/S.

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Dans le document Comportement thermo-hydro-mécanique et durabilité des bétons de sol : influence des paramètres de formulation et conditions d'exposition. (Page 180-185)