Ouvrabilité

wP

[%]

Kaolinite 1 : 1 (TO) 0,1 - 4 10 - 30 3 - 15 30-110 25-40

Illite 2 : 1 (TOT) 0,1 - 1 100 - 175 25 - 40 60-120 35-60

Smectites 2 : 1 (TOT) 0,1 700 - 840 80 - 100 100-900 50-100

Tableau I-2Caractéristiques des argiles les plus courantes (El Ouahabi, 2013), (Wagner, 2013).

Le Tableau I-2 donne les principales caractéristiques des trois argiles les plus souvent rencontrées à

savoir la kaolinite, la montmorillonite et l'illite. La capacité d'attraction de l'eau par la polarité des

particules d'argile permet la formation d'une fine pellicule d'eau adsorbée et influence également les

limites d'Atterberg. À l'état plastique (entre wL et wP), ces couches adsorbées sont confondues ce

qui lie les particules entre elles. Cependant, au-delà de la limite de liquidité (wL), les particules

d'argile glissent les unes sur les autres car leurs couches adsorbées se dissocient.

I.4.2 Ouvrabilité

En Deep Soil Mixing, la mise en place du matériau s’effectue sans compactage ni vibration ce qui

nécessite une consistance suffisamment fluide se rapprochant de celle des bétons autoplaçants

(Szymkiewicz, 2011). Toutefois les super-plastifiants, entraineurs d'air, retardateur de prise ne sont

pas encore utilisés en Deep Soil Mixing même si certains travaux de recherche ont été effectués sur

le sujet (Diego Bellato, 2013).

Parmi l'ensemble des techniques d'amélioration de sol présentées, l'énergie de malaxage diffère,

ainsi le choix du procédé de mélange est important dans le cadre de l'optimisation de la qualité du

malaxage. Lors de l'exécution des travaux, le degré de malaxage dépend alors de la vitesse de

rotation et de la vitesse de descente et de remontée des outils de mélange

(Kitazume et Terashi 2013). La plupart du temps, l'objectif est de trouver le meilleur compromis

possible entre l'ouvrabilité du mélange et les performances mécaniques recherchées, sachant que le

l'eau est à la fois indispensable à l'obtention d'une consistance auto-plaçante mais qu'en trop grande

quantité dans le mélange elle fait chuter les résistances mécaniques. L’un des enjeux à l’heure

actuelle est donc d’arriver à diminuer la valeur du rapport E/C, tout en maintenant une ouvrabilité

suffisante. Ceci est tout particulièrement difficile à réaliser pour les sols argileux qui, à cause de leur

fort pouvoir d’absorption, ont tendance à augmenter la demande en eau. Cela a un impact direct sur

la résistance en compression qui diminue lorsque l'indice de plasticité du sol (Le Kouby et al. 2016)

ou l'indice de liquidité du mélange augmente (Correia, 2013). L’utilisation d’adjuvants est cependant

possible et permet de neutraliser électriquement les grains de ciment pour empêcher le phénomène

de gélification avec l’argile et diminuer la plasticité du mélange (Nozu et al. 2012).

À l'échelle du laboratoire, certains bétons de sol confectionnés dans des conditions idéales de

mélange ne sont pas forcément reproductibles in situ étant donné la différence entre les techniques

de mise en place. Autrement dit, les formulations testées en utilisant un faible rapport E/C et des

conditions de malaxage idéales sont adaptées à la confection d'éprouvettes de petite taille en

33

Figure I-13Mesures d'étalement : cône et tube (Sheen et al. 2013).

Sheen a étudié des mélanges sol-ciment faiblement dosés en ciment que l'on retrouve en remblais,

en remplissage, ou en couche de chaussée. Leurs propriétés sont similaires à celles des spoils que

l'on retrouve en jet-grouting, et dont le potentiel de revalorisation paraît sous-estimé. Ces mélanges

appelés controlled-low strength material (CLSM) sont considérés auto-plaçants pour un étalement de

20 à 30 cm à l'aide d'un tube de 75 mm de diamètre et 150 mm de hauteur (Figure I-13). Le volume

de ce tube (663 cm

³

) est proche de celui du mini-cône utilisé pour les mortiers (687 cm

³

), ce qui

autorise une éventuelle comparaison entre les mesures. Les résultats de cette étude montrent que

pour un rapport E/C constant la substitution de CEM I par des laitiers améliore l'ouvrabilité du

mélange (Figure I-13). L'auteur explique cette meilleure ouvrabilité en présence de laitiers par une

réduction de la quantité et de la taille des vides dans le mélange à l'état frais (Sheen et al. 2013).

Pour les ciments Portland, la formation d'ettringite est en effet défavorable en terme d'ouvrabilité,

à cause du caractère expansif et d'imbibition en eau de ces hydrates (Mehta et Monteiro 2006).

Le caractère latent des LHF est donc a priori également à l'origine de la plus grande fluidité observée

lorsque le CEM I est en partie substitué par des laitiers.

Figure I-14 Détermination de la teneur en eau optimale en terme de résistance: a) argile de Bangkok

(Bergado et Lorenzo 2005), b) différents types de sols (Szymkiewicz et al. 2013).

En Deep Soil Mixing, la teneur en eau du mélange conditionne à la fois l'hydratation du ciment et

l'efficacité du malaxage. La Figure I-14 montre, pour des mélanges d'argile et de ciment, qu'il existe

une teneur en eau pour laquelle la résistance est optimale (1 à 1,1 fois la limite de liquidité).

34

La connaissance de cette teneur en eau permet dans certains cas d'économiser jusqu'à 40 % de

ciment (Bergado et Lorenzo 2005). La plupart du temps la teneur en eau est fixée par rapport à la

nature du sol et par rapport à la teneur en ciment. Lorsque les mélanges sont réalisés pour une

teneur en eau correspondant à la limite de liquidité (wL), la quantité d'eau ajoutée (

)

correspond à wL multiplié par la masse de sol sec et de ciment (Le Kouby, et al. 2016).

Figure I-15 Evolution de la limite de liquidité : a) en fonction de la teneur en ciment et b) pour

différents types de sol (Szymkiewicz et al. 2012).

L'approche géotechnique consiste à déterminer la limite de liquidité du mélange à partir d'un cône

de pénétration (selon la norme NF P94-052). La limite de liquidité (wL) étant la valeur de la teneur en

eau associée à un enfoncement du cône de 17 mm. Dans le cas des bétons de sol, le ciment est

considéré comme une fine au même titre que l'argile et le test est réalisé dans une période

suffisamment courte après le malaxage afin de limiter l'influence de l'hydratation. Pour certaines

natures d’argile (kaolinite, illite), la limite de liquidité est susceptible d'augmenter lorsque la teneur

en ciment passe de 0 à 6 % (Figure I-15.a). Dans la gamme des dosages en ciment rencontrés en

soil-mixing, une augmentation du dosage en ciment induit cependant une diminution de wL. Sur la

Figure I-15.b, la pente de chacune des droites obtenues représente l’inverse de la sensibilité à l’eau.

Il est intéressant de noter que la kaolinite est la moins sensible à l’eau, à l'inverse du ciment.

Figure I-16 Représentation du domaine d'ouvrabilité (Szymkiewicz et al. 2013).

Szymkiewicz et al. (2013) proposent pour les bétons de sol un domaine d'ouvrabilité compris entre la

limite de liquidité et celle de floculation (Figure I-16). L'expérience montre que ce domaine est moins

important dans le cas des sols pulvérulents et tend à augmenter plus le sol devient cohésif.

Dosages rencontrés

en Soil-mixing

35

Dans le document Comportement thermo-hydro-mécanique et durabilité des bétons de sol : influence des paramètres de formulation et conditions d'exposition. (Page 33-36)