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II.2.1 Caractéristiques physiques et géotechniques

Le sol retenu pour cette étude est un limon fin peu argileux du Bassin Parisien très souvent

rencontré dans les travaux de terrassement et de traitement des sols. Le prélèvement a été

effectué sur un site dans la région de Saint-Quentin. Une masse humide du limon de 2500 kg a

été prélevée. Après une période de séchage à l’air libre, le matériau a été quarté, puis concassé

et broyé au malaxeur. Le matériau a ensuite été tamisé à 2 mm.

Les principales caractéristiques physiques et géotechniques du matériau ont été déterminées.

Les résultats sont donnés dans le Tableau II.1 et la courbe de compactage du matériau est

disponible en annexe A1. La courbe granulométrique du sol est donnée dans la Figure II.1.

Selon la classification GTR (NF P11-300), le sol retenu est un limon fin peu plastique de

classe A1.

Tableau II.1 : Principales caractéristiques du limon de Saint-Quentin.

Propriétés géotechniques Valeur Norme

Limite de liquidité (%) 28,5 NF P94-051

Limite de plasticité (%) 20,5 NF P94-051

Indice de plasticité (%) 8,0 NF P94-051

VBS (g de bleu/100 g de sol) 1,56 NF P94-068

Masse volumique des grains solides (Mg/m

3

) 2,64 NF P94-054

Granulométrie

Passant au tamis 80 μm (%) 99,2 NF P94-056

Particules argileuses (<2 μm) (%) 6,0 NF P94-057

Référence de compactage Proctor normal

Teneur en eau optimale (%) 15,0 NF P94-093

Masse volumique sèche maximale (Mg/m

3

) 1,82 NF P94-093

Les résultats de l’analyse minéralogique (Tableau II.2) montrent que le limon est

essentiellement composé de quartz, associé à des feldspaths potassiques (de type microcline ou

orthoclase) et alcalino-terreux (plagioclase de type albite), avec la présence de traces

d’amphibole. Quant aux minéraux argileux ils sont peu abondants (illite, chlorite et kaolinite).

Par ailleurs, les analyses ont permis d’identifier la présence de traces de minéraux gonflant

Figure II.1 : Courbe granulométrique du limon du Saint-Quentin (selon les normes NF P94-056 et NF P94-057).

Tableau II.2 : Analyse minéralogique du limon de Saint-Quentin.

Proportion des principaux minéraux (%)

Quartz potassique Feldspath Minéraux argileux Quartz Plagioclase Amphibole type hornblende

84 6 5 84 4 Trace

Proportion des minéraux argileux (%)

Illite Interstratifié type chlorite-smectite Kaolinite Chlorite type clinochlore Smectite

33 24 18 16 9

II.2.2 Produits de traitement

Un des objectifs du travail est de mettre en évidence l’impact de différents types de traitement

sur le comportement hydromécanique du sol. Ainsi, différents produits ont été sélectionnés en

fonction de leur(s) action(s) principale(s). Ce choix permet donc d’avoir un panel représentatif

des différents types de produits de traitement disponibles. Deux produits argileux, connus pour

leur action sur la conductivité hydraulique, ont été retenus : une bentonite calcique activée et

une kaolinite. Deux autres produits de traitement, fréquemment utilisés pour améliorer les

performances mécaniques des sols, ont aussi été retenus : la chaux et le ciment.

 Produits argileux

La bentonite calcique activée utilisée est de type IMPERSOL T (SÜD-CHEMIE ©). La

kaolinite est de type PROCLAY (IMERYS CERAMICS ©). Leurs principales caractéristiques

Tableau II.3 : Principales caractéristiques des produits argileux utilisés.

Propriétés géotechniques Bentonite Kaolinite

Limite de liquidité (%) 333 55

Limite de plasticité (%) 52 31

Indice de plasticité (%) 281 24

VBS (g de bleu/100 g de sol) > 8 3,5

Masse volumique des grains solides (Mg/m

3

) 2,69 2,54

Granulométrie

Passant au tamis 80 μm (%) 100 100

Particules argileuses (<2 μm) (%) 75,0 54,0

 Les liants

La chaux utilisée est une chaux vive type CL 90 (CARMEUSE©). Le ciment utilisé est de type

CEM II B-M (LL-V) 32.5 R CE (LAFARGE ©), ces principaux constituants sont le Clinker

(65 à 79 %) ainsi que le calcaire et les cendres volantes. La chaux et le ciment ont été

conditionnés dans des sacs en plastique de quelques centaines de grammes hermétiquement

scellés jusqu’à leur utilisation.

II.2.3 Modalités de traitement

Les différentes modalités de traitements sont données dans le Tableau II.4. Ces modalités ont

été adaptées aux spécificités des produits utilisés. Ainsi, pour les liants (chaux et ciment), deux

facteurs ont été étudiés : le dosage et le temps de cure. Deux dosages ont été étudiés : un dosage

standard et un dosage correspondant au maximum usuellement utilisé dans le terrassement en

France. Ainsi les dosages sont de 1 et 3 % pour la chaux, et de 3 et 6 % pour le ciment. Plusieurs

périodes de cure ont été considérées (0, 7, 30 et 90 jours). Tandis que pour les produits argileux

(kaolinite et bentonite), le facteur étudié a été le dosage (sans temps de cure). Trois dosages ont

été considérés, faible (2 %), standard (5 %) et maximal (9 %). Ces dosages ont été retenus aussi

par rapport aux pratiques courantes en France.

Tableau II.4 : Modalités de traitement du limon (produits, dosages et temps de cure)

Nature du traitement Dosages (%) Temps de cure (jours)

Kaolinite 2 5 9 0 / / /

Bentonite 2 5 9 0 / / /

Chaux 1 3 / 0 7 30 90

Dans le cadre de cette thèse, le choix des conditions de compactage des éprouvettes de sol a été

guidé par les données bibliographiques qui montrent que le minimum de la conductivité

hydraulique des sols fins traités s’obtient du côté humide de l’optimum (cf. partie I.2.4).

Principalement un seul état de compactage a été considéré (wini et ρd). Cet état correspond à une

teneur en eau du côté humide de l’optimum (wOPN+~2,5 %) et à une densité correspondant à la

valeur ρd de la courbe de compactage Proctor normal de chaque modalité de traitement

(Figure II.2). D’autres états de compactage ont été considérés, mais uniquement pour la

caractérisation de la résistance à la compression simple.

Figure II.2 : Illustration des états de compactage considérés dans cette étude. Exemple illustré sur la courbe

Proctor du limon sans traitement.

II.2.4 Impact des traitements sur les références de compactage

Initialement le sol a été porté à la teneur en eau souhaitée par humidification et malaxage, puis

conservé dans des sacs hermétiques pour homogénéisation durant 24 h minimum. Le produit

de traitement a ensuite été malaxé avec le sol, en respectant les spécificités de chaque produit.

Ainsi, le mélange sol-chaux a subi un temps de cure de 1h entre le malaxage et le compactage.

Le mélange ciment-sol a été compacté dans un délai maximal de 30 min après le malaxage (NF

EN 13286-2). Aucun temps d’attente n’a été nécessaire entre l’opération du malaxage et celle

du compactage pour le limon traité par les produits argileux ou le limon sans traitement. Les

courbes de compactage ont été déterminées pour chaque traitement selon les normes

NF P94-093 et NF EN 13286-2. Les références de compactage Proctor normal de chaque

modalité sont données dans le Tableau II.5 et les courbes de compactage sont disponibles en

État 1 : wOPN+2,5 % /ρd courbe Proctor normal

État 3 : wOPN/0,9.ρ dOPN

Autres états de compactage

État 2 : wOPN/ρdOPN

Tableau II.5 : Références de compactage Proctor normal du limon de Saint-Quentin traité avec différents

produits de traitement (selon la norme NF P94-093).

Nature du traitement Dosage (%) Teneur en eau optimale (%) Masse volumique sèche maximale (Mg/m

3

)

Limon sans traitement / 1,82 15,0

Kaolinite 2 1,80 15,5

Kaolinite 5 1,80 15,0

Kaolinite 9 1,79 15,8

Bentonite 2 1,78 15,3

Bentonite 5 1,78 16,0

Bentonite 9 1,74 17,5

Chaux 1 1,75 17,5

Chaux 3 1,73 17,5

Ciment 3 1,81 15,0

Ciment 6 1,82 15,0

II.3 Érosion interne : développement d’un dispositif « Hole Erosion Test optimisé»