Mesures en laboratoire

Les essais de laboratoire sont effectués pour contrôler la qualité du RPC fabriqué, pour déterminer ses propriétés, et pour mieux comprendre l'évolution du comportement de ce matériau sous des conditions relativement contrôlées.

L'essai de compression uniaxiale (similaire à l'essai triaxial sans confinement) est souvent utilisé pour déterminer le module de Young E et la résistance en compression uniaxiale (UCS). L'essai en compression triaxiale à divers confinements permet de déterminer la cohésion non drainée du remblai saturé (cu), la cohésion effective c', l'angle de friction interne ϕ', le module de Young E;

il peut aussi servir à mesurer la conductivité hydraulique k (par l'application d'un gradient hydraulique).

L'essai triaxial est utilisé avec différentes pressions de confinement (avec une mise en charge initiale isotrope ou anisotrope). L'essai consiste typiquement à appliquer une pression de confinement sur l'échantillon de remblai en pâte placé dans la cellule. Une contrainte déviatorique (augmentation de la contrainte axiale) est ensuite appliquée jusqu'à la rupture. La rupture du remblai se produit au moment où le demi-cercle des contraintes touche le critère de rupture dans le plan de Mohr (figure 2.8). Il existe plusieurs types d'essais triaxiaux (McCarthy, 2007) incluant l'essai CD (consolidé drainé), CU (consolidé non drainé) et UU (non consolidé non drainé). L'essai CU peut être mené si le remblai est saturé et son drainage complet n'est pas possible ou le cas d’une charge rapide. Les pressions interstitielles doivent alors être mesurées. Dans le cas où le remblai est saturé et le drainage est possible, l'essai CD peut être mené; il faut alors que la variation des pressions interstitielles soit négligeable par rapport à l'augmentation des contraintes appliquées.

Des investigations ont montré qu'il existe une différence significative entre les résultats des essais en laboratoire et les essais in situ. Cette différence a été expliquée par plusieurs facteurs incluant le milieu d'essai (température, humidité), les conditions aux frontières (murs, parois), l'état des contraintes et autres facteurs (Belem et al., 2002a, b; Le Roux et al., 2005).

Belem et al. (2000) ont investigué le comportement mécanique du remblai en pâte cimenté fabriqué avec deux résidus sulfureux de mines Canadiennes. Trois différents types de liant ont été utilisés à base de : ciment portland ordinaire (PC), cendre volante (FP) et scories (SP). Aussi, trois différentes proportions de liant (3 wt%, 4,5 wt%, 6 wt%) ont été utilisées. Leur étude montre

que pour une proportion de liant donnée, la plus grande cohésion et le plus faible angle de friction sont obtenus avec le liant à base de scories (figure 2.15). Ces résultats semblent indiquer aussi que l'angle de friction interne diminue avec une augmentation de la teneur en liant, mais ces résultats n'ont pas été confirmés par d'autres études (Potvin et al., 2005)

Figure 2.15 : Essais triaxiaux sur des échantillons de remblai en pâte fabriqués avec différents types de liants (a) et avec différentes proportions de liant (b) (d'après Belem et al., 2000)

L'aspect de la consolidation du RPC a été investigué par Yilmaz (2010) qui a effectué une série d'essais de laboratoire sur les RPC en utilisant un appareil innovateur appelé CUAPS (Curing Under Applied Pressure System) (Belem et al., 2002b; Benzaazoua et al., 2006).

L'appareil CUAPS est un appareil qui permet d'effectuer plusieurs types d'essais : Essai de consolidation unidimensionnelle, essai de perméabilité direct ainsi que des essais de cure sur des RPC sous des pressions verticales constantes ou variables. Un cylindre de 102 mm de diamètre et 204 mm de hauteur est utilisé pour contenir le RPC.

La figure 2.16 présente les courbes de consolidation unidimensionnelle e-log(σ') pour différents types de liants et à différents temps de cure obtenues par Yilmaz et al., (2010). Cette figure montre que la courbe de consolidation change significativement avec le temps de cure et le pourcentage de liant dans le RPC. La figure 2.17 est tirée des résultats de la figure 2.16 et illustre l'évolution de l'indice de compression Cc dans le temps pour différents types de liants. Dans cette

étude, les valeurs de Cc semblent plus élevées comparativement aux résultats d'autres

investigations (Fahey et al., 2011; Helinski et al., 2011). On y montre aussi que l'indice de compression Cc diminue avec le temps de cure et l'ajout du liant. Ceci s'explique par le

38 développement de la rigidité du remblai suite à l'hydratation et la prise du liant (Belem et al., 2000; Benzaazoua et al., 2004).

Figure 2.16 : courbes de consolidation unidimensionnelle de certains échantillons de remblais en pâte cimentés ayant différents teneurs en ciment (tirée de Yilmaz et al., 2010)

Figure 2.17 : Variation de l'indice de compression Cc dans le temps de certains échantillons de

La figure 2.18 montre l'évolution des valeurs du coefficient de compressibilité mv (exprimé par

l'équation (2-25)) mesurées par Yilmaz et al., (2010) sur des échantillons de RPC. Cette figure montre que les valeurs du coefficient de compressibilité mv ont tendance à décroître avec

l'augmentation du pourcentage de liant et du temps de cure. Ces résultats se concordent bien avec les investigations de Belem et al. (2000) et Fall et al. (2007).

Figure 2.18: Évolution du coefficient de compressibilité volumique mv en fonction du temps de

cure pour différentes teneur en liant (d'après Yilmaz et al., 2010).

L'évolution du coefficient de consolidation cv peut être calculé à partir de l'évolution de la

conductivité hydraulique et du coefficient de compressibilité volumique suivant l'équation (2-10) (Holtz et al., 2010). Les résultats des calculs montrent que le coefficient de consolidation cv

diminue avec le temps de cure principalement à cause de la diminution de la conductivité hydraulique dans le temps.

(2-10) où e0 l'indice des vides initial, av coefficient de compressibilité (pente de la courbe de

compression sur une échelle arithmétique) et γw poids volumique de l'eau (kN/m3) 0,00E+00 2,00E-04 4,00E-04 6,00E-04 8,00E-04 1,00E-03 1,20E-03 0 2 4 6 C oe ff ic ie nt d e com pr es si bi li té vol um ique m v ( m 2/ kN )

Temps de cure (jours)

Control 1wt% 3wt% 4.5wt% 7wt%

40