Méthode de confection des échantillons en laboratoire

En raison des incertitudes liées à l'hétérogénéité du sol et à la qualité du malaxage in situ, la phase de

conception implique souvent la confection en laboratoire de bétons de sol afin notamment de

déterminer la quantité en liant nécessaire. Les tests de laboratoire sur les bétons de sol sont de plus

en plus utilisés dans le cadre du contrôle d'assurance et de qualité (Cali & Filz, 2015).

Figure I-29 a) Valeurs caractéristiques du rapport q

ul

/q

uf

, selon le PWRC (Kitazume et al. 2013), et b)

reproduction des conditions de conservation réelles en laboratoire (Bellato et al. 2013).

La Figure I-29 montre cependant que le rapport entre la résistance obtenue sur des sols mélangés en

place et celle mesurée sur des échantillons préparés en laboratoire (qul/quf) est de l'ordre de 0,2 à 0,5

(limite inférieure). Selon Bellato et al. (2013) le résultat inverse peut également être rencontré dans

le cas de sols lâches, à cause du drainage de l'eau par le sol environnant (Bellato et al. 2013). Sous

l'effet d'une contrainte effective de consolidation (pressions dans le sol) ou d'un phénomène de

ressuage, une partie de l'eau des bétons de sol à l'état frais migre vers le sol de fondation (sable) et

en diminuant le rapport E/C améliore les résistances mécaniques. De manière générale, les résultats

issus de bétons de sol élaborés en laboratoire doivent donc être utilisés avec prudence, même si le

b)

a)

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rapport qul/quf est souvent plus élevé pour les sols granulaires que pour les sols cohésifs d'après la

norme française sur les fondations spéciales (NF EN 14679, 2005).

Figure I-30 Influence du temps de malaxage a) et de repos avant le remplissage des moules b) sur la

résistance en compression des bétons de sol (Kitazume et al. 2013).

Les mélanges sol-ciment effectués en laboratoire utilisent généralement un malaxeur à mortier muni

d'une pale de malaxage classique, d'un outil de mélange en forme de crochet, ou d'un fouet. Il a été

démontré dans la littérature qu'au-delà de 10 minutes de malaxage le temps n'a plus vraiment

d'effet sur la résistance en compression (Figure I-30.a). Il est par ailleurs recommandé de remplir les

moules dans une période de temps suivant le malaxage inférieure à 40 minutes, sous peine

d'influencer la valeur de la résistance en compression (Figure I-30.b).

Kitazume (2012) étudie l'influence des techniques de moulage sur les propriétés physiques et

mécaniques de mélanges d'argile kaolin, de ciment Portland et d'eau (Kitazume 2012). Au total,

quatre techniques différentes sont testées : le tapping, le rodding, et le compactage dynamique ou

statique. Les résultats montrent que les techniques de moulage affectent considérablement la masse

volumique et la résistance mécanique des mélanges sol-ciment. Pour les sols cohésifs, la méthode de

remplissage des moules par tapping apparait comme la plus efficace, car à la différence des autres

techniques de remplissage, elle permet d'éviter la formation de bulles d'air et de cavités.

Figure I-31 Différentes techniques de moulage : a) compaction dynamique, b) Tapping, c) Rodding et

d) aucune compaction (Grisolia 2012).

Plus généralement, selon Grisolia (2012) la méthode de remplissage des moules dépend de la

consistance du mélange (Grisolia 2012). Marzano et al. (2012) montrent notamment que pour les

a) b)

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mélanges suffisamment fluides, l'influence de la technique de remplissage des moules sur les

propriétés des bétons de sol durcis est négligeable (Marzano et al. 2012).

Afin de contrôler les propriétés du matériau fabriqué in situ, les bétons de sol sont soit carottés à

l’état durci (Figure I-32.a) soit prélevés à l’état frais à l’aide d’un tube échantillonneur (Figure I-32.b).

La méthode par carottage est de toute évidence plus représentative des conditions réelles de

malaxage et de maturation. En revanche, un prélèvement à l'état frais offre un plus large choix quant

à la forme et la taille des échantillons. En présence d'inclusions de sol, il est important de s'assurer de

la représentativité de l'échantillon, car une inclusion à l'échelle d'une colonne n'est pas réaliste à

l'échelle d'un échantillon de carottage. Un échantillonnage par carottage est par ailleurs souvent à

l'origine de microfissures au sein des échantillons, ce qui évidement a tendance à affecter leur

représentativité (Cali et Filz 2015). Ce type de désordre peut être limité en procédant avec

précaution et en utilisant les méthodes donnant les meilleurs résultats (triple-tube).

Figure I-32 Méthodes d’échantillonnage : a) par carottage (Pooranampillai et al. 2011), ou b) grâce à

un outil de prélèvement du béton frais (Guimond-Barrett, 2013).

Le manuel FHWA fait seulement référence à la fréquence de prélèvement des échantillons et ne

préconise pas de position particulière pour le carottage, ce qui serait pourtant l'assurance d'un

prélèvement aléatoire et donc plus représentatif. Il manque souvent une dimension probabiliste en

Deep Soil Mixing, qui pourrait s'avérer utile afin de mieux cibler les prélèvements à effectuer et en

tirer un maximum d'informations (Cali et Filz 2015).

Figure I-33 Mode de rupture après 28 jours de cure : a) sans et b) avec joint de coulage

(Ueno et al. 2015).

a) b)

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Dans le cas des massifs et parois formés par Cement Deep Mixing (CDM), le recouvrement entre les

colonnes est obligatoirement effectué dans les 24 à 48 heures suivant la réalisation des colonnes

précédentes. Kazuhiko Ueno étudie l'intégrité de cette zone de "reprise de bétonnage".

Des essais triaxiaux sont réalisés sur des éprouvettes sol-ciment fabriquées en laboratoire de façon à

reproduire ce cas d'étude (Figure I-33). La campagne expérimentale s'intéresse à une argile de la baie

de Tokyo, le dosage en ciment est de 180 kg par m

³

de sol et le rapport E/C du coulis de 0,6. Des

éprouvettes de 50 mm de diamètre et 100 mm de hauteur sont confectionnées et une fois durcies

coupées dans le sens de la longueur. Chaque morceau d'éprouvette est alors placé à nouveau dans

un moule et la partie vide remplie de béton de sol. Des essais de compression sont réalisés à

différents niveaux de confinement, et cinq temps de maturation différents entre le premier et le

deuxième coulage sont testés. Les résultats montrent une diminution approximative de 0 à 30 % de

la résistance en présence d'un joint de coulage (Ueno, 2015), bien que ce dernier ne semble pas

affecter le mode de rupture (Figure I-33).

Dans le document Comportement thermo-hydro-mécanique et durabilité des bétons de sol : influence des paramètres de formulation et conditions d'exposition. (Page 44-47)