Etude de stabilisation et renforcement des sols

Etude de stabilisation et renforcement des sols R _épublique A _lgérienne D émocratique et P _opulaire

M inistère de l’ E nseignement S upérieur et de la R echerche S cientifique

U NIVERSITE de J IJEL

oOo

Département de Génie Civil et Hydraulique

En vue de l’obtention du Diplôme de MASTER ACADEMIQUE

Filière : Génie Civil Option : Géotechnique

Présenté par :

Encadré par : -BOURBIA Imane M

^elle

: ARABET Leila.

-BOUNAHAT Hassina

Promotion 2017

Remerciements.

Avant tout, nous remercions ALLAH, le tout puissant, de nous a donné le courage et la volonté pour accomplir ce travail.

Nous tenons à remercier notre encadreur M ^elle : ARABET Leila d’avoir posé un sujet très intéressent et pour leur conseils, leur disponibilité et pour nous avoir fait profiter de leur connaissances et de leur qualité tant professionnelle qu’humaine.

Nous remercier également les nombres des jurys. Pour l’effort qu’ils feront dans le but d’examiner ce modeste travail. Et tous les enseignants de département Génie civil.

A tous ce qui furent à un moment ou à toute instante partie prenante de ce travail et surtout Razzek .Amel .

Nos plus chaleureux remerciements pour tous ceux qui de prés et de loin ont contribué à la réalisation de cette mémoire.

.

MERCI

Dédicace

Je rends grâce à Dieu et dédie particulièrement ce modeste travail:

• A mon père «Abd El Hakim ». tu as toujours fais ma réussite prioritaire . Je garde de toi l’image d’un père exemplaire. Que le tout Puissant Dieu t’accueille dans son Paradis.

• A ma trés chèrs mère « wassila », pour ton soutien maternel exceptionnel envers moi. Que Dieu te donne longue vie

• A mes frères et sœurs :

"Ilias,Amine,Ayoube,Dawoude,Safa ,yahia,Marwa" Vous m'avez épaulé en tout temps.

• Une dédicace toute spéciale à l’encadreur ,M ^elle : ARABET Leila .

• A toute la famille BOURBIA sans exception sans oubliée khalto Nezha et tata Manel.

• A tout mes amis : Halima,Sonia,Ikrame,Amina,Amel….

• A toute la promotion 2016-1017

• A tous les enseignants qui ont contribué à ma formation.

Imane.

cace Dédi

Ce travail modeste est dédié :

Au meilleur des pères A ma très chère maman

Qu’ils trouvent en moi la source de leur fierté

A qui je dois tout

A ma sœur H et Mes frères Aziz , Firas et Assil

A qui je souhaite un avenir radieux plein de réussite

: ARABET Leila Une dédicace toute spéciale à l’encadreur ,M elle

À tous mes chers amis et mes collègues de l’Université de Jijel : Imane,Ikram, soumia,Wafa,Amel.

À tous ce qui ont enseigné moi au long de ma vie scolaire ;

A tous ceux qui me sont chers

Hassina ^.

XIX

LISTE DES TABLEAUX

Tableau I.1:

Caractéristiques physiques générales des sables……….………

4

Tableau I.2 :

Classes granulaires du sable……….………

4

Tableau II.1 :

les avantage et les inconvénient des différentes fibre végétales………..

23

Tableau II.2

: La répartition territoriale de la plante alfa………..

24

Tableau II.3 :

Les propriétés mécaniques en traction des principales fibres naturelles et synthétiques……….……

27

Tableau II.4 :

la densité des fibre alfa ……….…

29

Tableau II.5 :

taux de reprise de fibre alfa ………..…

29

Tableau II.6 :

Coefficients de conductivité thermiques………...

29

Tableau II.7 :

Les propriétés mécaniques en traction des fibres d'Alfa ……….….

29

Tableau III.1:

La teneur en eau

………..35

Tableau III.2:

Le poids volumique de sable étudié

………...…….37

Tableau III.3:

Équivalent de sable visuel………

41

Tableau III.4:

Équivalent de sable par piston………..

41

Tableau III.5 :

Les propriétés mécaniques longitudinales de fibre d’alfa………

51

Tableau III.6 :

Propriétés mécaniques transversales et longitudinales de notre fibre alfa et d'autres fibres végétales………

51

Tableau IV.1

: Programme des essais effectués………

54

Tableau IV.2 :

Récapitulatif des résultats obtenus par essai n° 5 et de sable naturel….……….……

59

Tableau IV.3 :

Récapitulatif des résultats obtenus par l’ajout ciment………..…….……

63

Tableau IV.4 :

Récapitulatif des résultats obtenus par l’ajout des différents pourcentages des fibres d'alfa (mm) « sable +4%ciment +% fibre » compact……….

.78

XX Tableau IV.5 :

Récapitulatif des résultats obtenus par l’ajout des différents

pourcentages des fibres d'alfa (10 mm) « sable +8%ciment +% fibre » compact

………...78 Tableau IV.6 : Récapitulatif des résultats obtenus par l’ajout

de différentes longueurs des fibres………..90 Tableau V.1 :

Caractéristique principale de sable naturel………..……….

102 Tableau V.3. :

Les caractéristiques des sols de différentes techniques

de stabilisation et de renforcement étudiées………..……….

104

XII

LISTE DES FIGURES

Figure I.1: Microstructure des sols granulaires (d’après Davalle, 1991)………..….. 2

Figure I.2: Microstructure des sols granulaires (d’après Davalle, 1991)……… ...4

Figure I.3: Les Constituants du ciment……….. 13

Figure I.4 : Courbe de compactage selon % ciment (Albusoda B. et al., 2012)……… 17

Figure I.5: Variation d’ngle du frottement et la cohésion en fonction du % ciment (Albusoda B. et al)., ………...…17

Figure II.1. Classification générale des fibres textiles ……….19

Figure II. 2 : Illustrations de quelques fibres animales (cocon de soie,fibres d'Angoraet fibres d'Alpaga)………..… 20

Figure II.3. Images MEB de différents types de fibres artificielles cellulosiques (a) Viscose. b) Newdal.c) Lyocell. d) Il-cell……… 21

Figure II.4. Classification des fibres végétales selon l'origine……….. .22

Figure II.5 : Processus générique d’extraction des fibres végétales……… 23

Figure II.6 : Morphologie de la plante d’Alfa………... 25

Figure II.7 : Image microscope optique des fibres composées de filaments cellulosiques……… 25

Figure II.8 : Image MEB de la coupe transversale des fibres……….… 25

Figure II.9 : Image MEB de la coupe Transversale des faisceaux de fibres d’alfa…………..… 26

Figure II.10 : Image MEB de la coupe transversale de la tige d’alfa………..… 26

Figure II.11 : R écapitulatif du procéde d’extraction des fibre d’alfa ……….. 28

Figure II.12 : Courbes de cisaillement et intrinsèque (a et b) dans le plan ┴ ……… .31

Figure II.13 : Courbe contrainte deformation et deformation volumique du sol renforcé (ciment/fibre) et non renforcé (Consoli, et al. 1998……… 31

Figure III.1: Sable de sidi Abdelaziz………..…… 33

Figure III.2: Essai d’éprouvette graduée………. 36

XIII

Figure III.3: granulométrique par tamisage……….………....38

Figure III.4: Courbe granulométrique par tamisage……… 39

Figure III.5: Échantillon équivalent de sable……… 40

Figure III.6: Matériel de l’essai Proctor……… 43

Figure III.7: Mode opératoire de l’essai Proctor………. .44

Figure III.8 : Courbe de compactage……… 44

Figure III.9: Principe de l’essai de cisaillement……… 46

Figure III.10: L’appareil de cisaillement……….. 46

Figure III.11: les constituants de la boite de Cisaillement………...… 47

Figure III.12: Mode opératoire de l’essai de cisaillement directe………... 48

Figure III.13 : contrainte de cisaillement en fonction des déformations (sable étudié)………….. 49

Figure III.14 : Courbe intrinsèque de sable utilisé ………..49

Figure. IV.1: Le poids volumique sec en fonction de pourcentage du ciment………. 56

Figure. IV.2: La teneur en eau en fonction de % de ciment………... 57

Figure IV.3 : Courbe contrainte de cisaillement-déformation d’essai N° : 5……….. 58

Figure IV.4: Courbe intrinsèque de l’essai de cisaillement (Essai N° : 5)……… 58

Figure IV.5 : Courbe contrainte de cisaillement-déformation d’essai N° : 6……… 59

Figure IV.6: Courbe intrinsèque de l’essai de cisaillement (Essai N° : 6)……….60

Figure IV.7 : Courbe contrainte de cisaillement-déformation d’essai N° : 7……….... 61

Figure IV.8: Courbe intrinsèque de l’essai de cisaillement (Essai N° : 7)……… 61

Figure IV.9 : Courbe contrainte de cisaillement-déformation d’essai N° : 8…………..…………. 62

Figure IV.10: Courbe intrinsèque de l’essai de cisaillement (Essai N° : 8)………….……… 62

Figure IV.11 : Comparaison de la cohésion en fonction d’ajout du ciment……… 64

XIV

Figure IV.12 : Comparaison de l’angle de frottement en fonction d’ajout du ciment……..……… 64

Figure IV.13 : Comparaison de module d’élasticité de cisaillement en fonction d’ajout du ciment………. 65

Figure IV.14 : Comparaison de la contrainte de cisaillement en fonction d’ajout du ciment……….….... 65

Figure IV.15 : Préparation de la matrice de sol utilisé……….... .66

Figure IV.16: Courbe contrainte de cisaillement-déformation d’essai N° : °9………. 67

Figure IV.17: Courbe intrinsèque pour l’essai n°9………..………. 67

Figure IV.18: Courbe contrainte de cisaillement-déformation d’essai N° : 10….………... 69

Figure IV.19: Courbe intrinsèque de l’essai n°10……….……… 69

Figure IV.20: Courbe contrainte de cisaillement-déformation d’essai N° : ° 11………..…………. 70

Figure IV.21: Courbe intrinsèque de l’essai 11………. 70

Figure IV.22: Courbe contrainte de cisaillement-déformation d’essai N° : 12……….……… 71

Figure IV.23: Courbe intrinsèque de l’essai n° 12………..……….. 72

Figure IV.24: Courbe contrainte de cisaillement-déformation d’essai N° :13………...……… 73

Figure IV.25: Courbe intrinsèque de l’essai n°13……….……… 73

Figure IV.26: Courbe contrainte de cisaillement-déformation d’essai N°: 14…….………. 74

Figure IV.27: Courbe intrinsèque de l’essai n°14………...……….. 74

Figure IV.28: Courbe contrainte de cisaillement-déformation d’essai N° :15 ………75

Figure IV.29: Courbe intrinsèque de l’essai n°15………. 76

Figure IV.30 : Courbe contrainte de cisaillement-déformation d’essai N° : 16……….…….. 76

Figure IV.31: Courbe intrinsèque de l’essai de cisaillement (Essai N° : 16)……..………. 77

XV Figure IV.32 : La variation de contrainte de cisaillement en fonction de % des fibres dans la matrice

« sable+4% ciment +% fibre 10mm)……….. 79

Figure IV.33 : La variation de contrainte de cisaillement en fonction de % des fibres dans la matrice « sable+8% ciment +% fibre 10mm)……… 80

Figure IV.34: la variation la cohésion en fonction de % d’ajout de fibre……… 80

Figure IV.35: la variation de l'angle de frottement en fonction des pourcentages des fibres………..….. 81

Figure IV.36: La variation de module d'élasticité en fonction des différents pourcentages des fibres……….. 81

Figure IV.37: Courbe contrainte de cisaillement-déformation d’essai N° :17 ………82

Figure IV.38: Courbe intrinsèque d’essai n°17………...……….. 83

Figure IV.39: Courbe contrainte de cisaillement-déformation d’essai N° :19………. 84

Figure IV.40: Courbe intrinsèque de l’ l’essai n°19……….…… 84

Figure IV.41: Courbe contrainte de cisaillement-déformation d’essai N° :21………. 85

Figure IV.42: Courbe intrinsèque de l’essai n°21……….….. 86

Figure IV.43: Courbe contrainte de cisaillement-déformation d’essai N° :18 …..……….86

Figure IV.44: Courbe intrinsèque d’essai n°18………. 87

Figure IV.45: Courbe contrainte de cisaillement-déformation d’essai N° :20 ………88

Figure IV.46: Courbe intrinsèque d’essai n°20………...….. 88

Figure IV.47: Courbe contrainte de cisaillement-déformation d’essai N° : 22 ………..….89

Figure IV.48: Courbe intrinsèque de l’essai n°22………..……….. 89

Figure IV.49: la variation de la contrainte de cisaillement en fonction de la longueur des

fibres……… 91

XVI

Figure IV.50 : la variation de la cohésion en fonction de la longueur des fibres………... 92

Figure IV.51: la variation de l'angle de frottement en fonction de la longueur des fibres…... 93

Figure IV.52: la variation de module d'élasticité de cisaillement en fonction de longueur Des fibres………. 93

Figure V.1 : Courbe intrinsèque du modèle de Mohr-Coulomb ……….98

Figure V.2 : Pyramide de Mohr-Coulomb tracée pour C=0 ……… …99

Figure V.3 : Définition du module à 50 % de la rupture………. 99

Figure V.4: Représentation d’une fondation carrée, ……….. 102

Figure V.5 : Déformations obtenus par la simulation numérique (sable naturel)…………..……. 103

Figure V.6 : Déformations obtenus par la simulation numérique (sable compact)………….…… 105

Figure V.7 : Déformations obtenus par la simulation numérique (« sable + 4% ciment » compact)………..………. 107

Figure V.8 : Déformations obtenus par la simulation numérique (« sable + 8% ciment » compact)……… 108

Figure V.9 : Déformations obtenus par la simulation numérique (« sable + 12% ciment »compact)……….. 109

Figure V.10 : Variation des déformations en fonction d’ajout de ciment……….. 110

Figure V.11 : Déformations obtenus par la simulation numérique («sable + 4% ciment + 0.25% fibre de 10mm» compact)……….. 111

Figure V.12 : Déformations obtenus par la simulation numérique (« sable + 4% ciment + 0.50% fibre de 10mm» compact)………... 112

Figure V.13 : Déformations obtenus par la simulation numérique (« sable + 4% ciment + 0.75%

fibre de 10mm» compact)………. 113

XVII Figure V.14 : Déformations obtenus par la simulation numérique (« sable + 4% ciment + 1 % fibre de 10 mm» compact)……… 114

Figure V.15 : Variation des déformations en fonction de % des fibres «sable+4% ciment+% fibre»

compact………... 115

Figure V.16 : Déformations obtenus par la simulation numérique (« sable + 8% ciment + 0.25%

fibre de 10mm» compact)………. 116 Figure V.17 : Déformations obtenus par la simulation numérique (« sable + 8% ciment + 0.50%

fibre de 10mm» compact)……….……… 117 Figure V.18 : Déformations obtenus par la simulation numérique (« sable + 8% ciment + 0.75%

fibre de 10mm» compact)……….. 118

Figure V.19 : Déformations obtenus par la simulation numérique (« sable + 8% ciment + 1 % fibre de 10mm » compact)……… 119

Figure V.20 : Variation des déformations en fonction de % fibre de 10 mm

(« sable+8%ciment+fibre » compact)……… 120 Figure V.21 : Déformations obtenus par la simulation numérique (« sable + 4% ciment + 0.75%

fibre de 15mm » compact)……….. 121

Figure V.22 : Déformations obtenus par la simulation numérique (« sable + 4% ciment + 0.75 % fibre de 20mm » compact)……… 122 Figure V.23 : Déformations obtenus par la simulation numérique (« sable + 4% ciment + 0.75 % fibre de 25mm » compact)……… 123 Figure V.24 : Variation des déformations en fonction de longueur de fibre

(« sable+4%ciment+0.75%fibre » compact) ………124

Figure V.25 : Déformations obtenus par la simulation numérique (« sable + 8% ciment + 0.75 %

fibre de 15mm » compact)………... 125

Figure V.26 : Déformations obtenus par la simulation numérique (« sable + 8% ciment + 0.75 %

fibre de 20mm » compact)………. 126

XVIII Figure V.27 : Déformations obtenus par la simulation numérique (« sable + 8% ciment + 0.75 % fibre de 25mm » compact)………. 127 Figure V.28 : Variation des déformations en fonction de longueur de fibre

(« sable+8%ciment+0.75%fibre » compact) ………128

IV

Sommaire

Chapitre I Stabilisation du sol

I.1.Introduction ………1

I.2.Les caractéristiques physiques et mécaniques de sable...1

I.2.1. Définition……….1

I.2.2. Microstructure des sables……….2

I.2.3. Propriétés des sables……….3

I.2.4. Différents types de sable ……….4

I.2.5.Variation de volume des sables en cisaillement……….4

I.2.6. Etude de sable de dune………5

I.2.6.1. Morphologie du sable dunaire………5

I.2.6.2. Mécanisme de transport par le vent………5

I.2.6.3. Caractéristiques du sable dunaire ………...5

I.3.La stabilisation des sols………..5

I.3.1. Définition ………..5

I.3.2. Principales opérations de traitement………..6

I.3.3. Méthodes de stabilisation des sols……….6

I.3.4. Les différents types de stabilisation des sols……….7

I.3.4.1. Stabilisation chimiques………7

a. Stabilisation par chaux………7

a.1. Principe et objectifs………..7

a. a.3. Applications ………8

2. Différents types de chaux ………...9

a.4. Moyens de mise en œuvre………9

V

a.5. Facteurs influant stabilisation à la chaux………9

a.6. Action de la chaux sur les sols……….9

a.7. Avantages de la stabilisation à la chaux……….10

a.8. Inconvénients de stabilisation à la chaux………....11

b. Stabilisation par ciment………..11

a.1. constituants du ciment……….11

b.2. Production du ciment ……….12

b.3. Différents types de ciments, composition, désignation normalisés ………13

b.4. Choix du ciment pour le traitement de sol………...13

b.5. L’action du ciment sur les sols ………..13

b.6. Application………...14

b.7. Moyens de mis en œuvre……….……14

b.8. Facteurs influant sur le ciment du sol de stabilisation……….…14

b.9. Avantages de ciment de stabilisation………..…15

b.10. Inconvénients de ciment de stabilisation………...15.

I.4. Recherches concernants la stabilisation des sols avec ciment ……….15

I.5.Conclusion……….17

Chapitre II Renforcement des sols par fibre II.1. Introduction………..18

II. 2 Renforcement des sols par l’ajout des fibres naturelles ………..18

II.2.1. Définition ……….18

II.2. Les fibres textiles………..18

II.2.1. Les fibres naturelles………..….19

II.2.1.1.Les fibres végétales………..…19

VI

II.2.1.2 .Les fibres animales………..19

II.2.1.3. Les fibres minérales……….20

II.2.2. Les fibres chimiques………..….20.

II.2.2.1 Les fibres artificielles………...20

II.2.2.2.Les fibres synthétiques……….21

II.3. Renforcement des sols par les fibres végétales……….21

II.3.1. Introduction ………..21

II.3.2. Classification des fibres végétales……….22

II.3.3. Le processus d’extraction des fibres végétales ……….22

II.3.4. Les avantages et les inconvénients des différentes fibres végétales ………23

II.4. La fibre d’Alfa………....23

II.4.1. Présentation générale………....23

II.4.2. La morphologie de la plante ………..…..24

II.4.3. Structure et morphologie des fibres ……….25

II.4.5. Les fibres d’alfa comparées à d’autres fibres naturelles ………..26

II.4.6. Domaines d’applications………...27

II.4.7 Extraction des fibres alfa ………..28

II.4.8. Caractérisation des fibres d’Alfa………..29

II.5. Les différentes recherches réalisées sur sable/fibre ………..…..30

II.6. Les différentes recherches réalisées sur sable cimenté /fibre ………..31

II.7. Conclusion………..32

Chapitre III

Caractéristique des matériaux utilisés

III.1. Introduction ………...33

VII

III.2. Les essais d’identification de sol utilisé ……….33

III.2.1. Introduction……….33

III.2.2. La teneur en eau de sol (NF P 94-050)………..….34

III.2.2.1. Introduction ………..34

II.2.2.2. Principe de détermination de la teneur en eau……….34

III.2.2.3. Appareillage utilisée ………35

III.2.2.4. Résultats obtenus………...…..35

III.2.3. Détermination de la masse volumique ………..…35

III.2.3.1 Masse volumique des grains solide………..…35

III.2.3.2 Masse volumique sèche (NF P 94-064) ……….…..36

III.2.3.3. Masse volumique saturé………..36

III.2.3.4. Appareillage utilisé ………....36

III.2.3.5. Résultats obtenus ………..37

III.2.4. Analyse granulométrique ……….37

III.2.4.1. Principe de l’essai………. 37

III.2.4.2. Équipements utilisés ………..37

III.2.4.3. Les résultats obtenus………..39

III.2.5. Équivalent de sable (NF P18-598)……….. 39

III.2.5.1. Principe de l’essai ………39

III.2.5.2. Appareillage ………40

III.2.5.3. Mode opératoire ………...40

III.2.5.4. Les formules ……….41

VIII

III.2.5.5. Résultats obtenue………....41

III.3. Les essais mécaniques de sol étudié ……….42

III.3.1. Essai Proctor normal selon NF P94-093………42.

III.3.1.1. Introduction……….42

III.3.1.2. Les résultats obtenus………...44

III.3.2. Essai de cisaillement………..45

III.3.2.1. Introduction ………45

III.3.2.2. Principe de l’essai………....45

III.3.2.3. Appareillage……….46

III.3.2.3. Mode opératoire………...47

IV.3.2.4. Les Résultats obtenus………...49

III.3. Le ciment utilisé……….50

III.3.2. Caractéristiques physique……… .. 50

III.3.3. Caractéristiques Mécaniques………. 50

III.3.4. Caractéristiques Chimiques ………..… 51

III.4. La fibre utilisée ……….51

III.4.1. Introduction ………51

III.4.2. Les propriétés mécaniques ………..51

III.5. Conclusion………..52

Chapitre IV

IX

IV.1. Introduction ………53

IV.2. Programme des essais réalisés……….53

IV.3. Stabilisation de sol par Ajout de ciment ………..…..56

IV.3.1. Essai Proctor ………56

IV.3.2. Essai de cisaillement……….….57.

IV.3.2.1. Sable compact (Essai N° 5)………..57

IV.3.2.2. « Sable + 4% ciment »compact (Essai n°6)……….………59

IV.3.2.3 « Sable + 8% ciment » compact (Essai n°7) ………..…..60

IV.3.2.4. « Sable + 12% ciment » compact (Essai n°8) ……….61

IV.3.2.5. Récapitulatif des résultats obtenus par ajout de ciment ……….….62

IV.4. Stabilisation et renforcement de sol par ajout de fibre (Alfa)………65

IV.4.1. L’effet d’ajout du différent pourcentage de fibre (Alfa) ………..65

IV.4.1.1. Introduction ………65

IV.4.1.2 « Sable + 4% ciment + 0.25% fibre d'alfa « 10 mm» (Essai n° 9)………66

IV.4.1.3. Essai n° 10: (sable + 4% ciment + 0.5% fibre d'alfa« 10mm»……….……67

IV.4.1.4. Essai n° 11 (sable + 4% ciment + 0.75% fibre d'alfa « 10mm»)………..…68

IV.4.1.5. Essai n° 12 (sable + 4% ciment + 1% fibre d'alfa « 10mm»)……….… 69

IV.4.1.6. Essai n° 13 (sable + 8% ciment + 0.25% fibre de l'alfa « 10 mm») …………..….70

IV.4.1.7. Essai n° 14 (sable + 8% ciment + 0.5% fibre d'alfa « 10 mm») ………..71

IV.4.1.8. Essai n° 15 (sable + 8% ciment + 0.75% fibre d'alfa « 10 mm»)………..73

IV.4.1.9. Essai n° 16 (sable + 8% ciment + 1% fibre d'alfa « 10 mm»)……….. 74

X IV.4.1.10. Récapitulatif des résultats de stabilisation par ajout du ciment

et différents pourcentages des fibres d'alfa………...75.

IV. 4.2. Essai de cisaillement pour le sable stabilise et renfort par ajout de ciment et des différentes longueurs de fibre de l'alfa……….79

IV.4.2.1. Essai n° 17 (sable + 4% ciment + 0.75 % fibre d'alfa « 15 mm»)………79

IV.4.2.2. Essai n° 19 (sable + 4% ciment + 0.75 % fibre d'alfa « 20 mm»)………80

IV.4.2.3. Essai n° 21 (sable + 4% ciment + 0.75% fibre d'alfa « 25 mm») ………82

IV.4.2.4. Essai n° 18 (sable + 8% ciment + 0.75 % fibre d'alfa « 15mm»)……….83

IV.4.2.5. Essai n° 20 (sable + 8% ciment + 0.75 % fibre d'alfa « 20mm»)……….84

IV4.2.6. Essai n° 22 (sable +8% ciment + 0.75% fibre d'alfa « 25 mm»)………..85

IV.4.2.7. Récapitulatif des résultats de stabilisation par ajout du ciment et différents longueur des fibres de l'alfa………...86

IV.5. Conclusion………91

Chapitre V Modélisation numérique V.1. Introduction………96

V.2. Bref aperçu sur la méthode des éléments finis ………..96

V.3. Concepts de base………96

V.4. Calculs par la MEF……….97

XI V.4. Présentation de PLAXIS 3D ……….97

V.5. Modèle de comportement utilisé dans PLAXIS 3D ……….…98

V.5.1 Modèle de Mohr-Coulomb ………..……98

V.5.2 Paramètre du modèle MC……….99 V.5.2.1. Module d’Young ……….99 V.5.2.2. Coefficient de Poisson ……….100 V.5.2.3. Angle de frottement ……….100 V.5.2.4 Cohésion ………...100.

V.5.2.5. Angle de dilatance ………...101

V.6. Modèle numérique ………...101

V.7. Les étapes de modélisation ………..….102

V.8 Les résultats obtenus ………..105

V.8.1. Stabilisation par ajout de ciment ………..105

V.8.2. Stabilisation par ajout des différents pourcentages d’Alfa ………..…110

V.8.3. Stabilisation par ajout de différentes longueurs d’Alfa ………..….120

V.9. Conclusion………128

XII

Introduction générale

P lusieurs techniques bien établies de stabilisation du sol et de renforcement du sol sont disponibles pour améliorer les propriétés des matériaux géotechniques. De nombreux chercheurs ont effectué de nombreuses expériences sur des matériaux granulaires renforcés par des fibres. Cependant, le comportement des sols granulaires cimentés renforcés par des fibres n'a pas encore été entièrement compris. De plus, la plupart des études expérimentales sur des matériaux cimentés renforcés par des fibres ont été réalisées à des fibres industrielles.

En conséquence, Le renforcement par les fibres naturelles à un avenir promoteur est spécialement pour les pays de tiers-monde. L’Algérie est parmi les pays, qui disposent d’extraordinaires ressources en fibres naturelles (de palmier, Alfa Abaca, Chanvre, Cotton

…), malheureusement, leur valorisation dans les domaines pratiques, entre autre, dans les matériaux de construction est encore peu exploitée.

P armi tout ça, le renforcement et la stabilisation de sol par des fibres naturelles et ajout du ciment peuvent être la solution, à cause de ses différents avantages soit son côté environnemental qui est un objectif exigeant, soit son côté économique et finalement son côté d’amélioration des qualités mécaniques du sol.

P our une meilleure compréhension du comportement mécanique de ces nouvelles matrices (sol/ciment/fibre), il nous a été proposé un thème concernant l'étude de la stabilisation et du renforcement de sol par ajout de ciment et fibre d’alfa. Pendant la préparation de ce mémoire, on a essayé de répondre à ces trois questions:

L’effet d’ajout de ciment sur la stabilisation du sol ? ;

L’effet d’ajout de fibre sur le renforcement de la matrice sol/ciment ?;

Quelle est la matrice idéale pour cette stabilisation ?.

Ce mémoire se compose de cinq parties y compris introduction générale et une

conclusion générale.

La première partie présente le contexte des différentes techniques de stabilisation de sol

en mettant l’accent sur la technique de stabilisation par l’ajout du ciment

La deuxième partie présente une étude bibliographique sur le renforcement de sol par des

fibres naturelles, en plus précisément, fibre d’alfa.

La troisième partie présente une série des essais d’identification, pour étudier les

propriétés physiques et mécaniques des matériaux utilisés.

La quatrième partie porte sur une étude expérimentale qui a été effectué dans le laboratoire afin de déterminer l’effet des différents ajouts utilisés sur le comportement du sol utilisé.

Finalement, la cinquième partie présente l’analyser numérique à l’aide du code des

éléments finis « Plaxis 3D » d’une fondation réelle repose sur un sol stabilisé et renforcé par

notre technique. Dans le but de quantifier les déformations et voir l’influence due par ces

différentes techniques utilisées.

Chapitre 1 Stabilisation des sols

1

I.1 Introduction :

Les méthodes d’amélioration des sols sont l’un des outils dont dispose l’ingénieur pour résoudre les problèmes de stabilité ou de déformations qu’il rencontre lors de l’élaboration d’un projet. De nombreuses techniques ont été développées par les in- génieurs géotechniciens au cours du 20ème siècle. Elles permettent l’amélioration des caractéristiques géotechniques et les propriétés mécaniques des terrains, et, sont jugées efficaces.

Le traitement des sols avec un liant est une technique qui consiste à incorporer, au sein du sol, cet élément d’apport avec éventuellement de l’eau et de les mélanger plus ou moins intimement in situ, jusqu’à l’obtention d’un matériau homogène pour lui conférer des propriétés nouvelles. Il s’agit d’un traitement qui utilise les affinités chimiques du sol et du liant, par opposition au traitement mécanique, comme le com- pactage, qui peut se superposer au premier. Dans le but :

Augmenter la résistance en place, pour augmenter sa capacité portante ; Améliorer la stabilité d’un talus existant ;

Assurer la stabilité temporaire des travaux d'excavation sans recours aux sys- tèmes étançonnement conventionnels ;

Arrêter le mouvement d'une pente instable pour permettre des travaux de con- fortement permanent ;

Augmenter la résistance latérale des sols offerte aux pieux installes ; Diminuer la compressibilité des sols en place ;

Diminuer la perméabilité des sols ;

Permettre le percement d’un tunnel dans un terrain difficile ; Accélérer la consolidation d’un dépôt d’argile ;

Contrôler les infiltrations d’eaux auteure d’un ouvrage ;

Réduire les risques de liquéfaction des dépôts granulaires lâches [1].

I.2 Les caractéristiques physiques et mécaniques de sable:

I.2.1. Définition:

Agrégat fin dont la taille des grains ne dépasse pas 5 mm Le sable, est un maté- riau granulaire constitué de petites particules provenant de la désagrégation d'autres roches dont la dimension est comprise entre 0,063 et 2 mm selon la définition des matériaux granulaires en géologie. Sa composition peut révéler jusqu'à 180 minéraux différents (quartz, micas, feldspaths) ainsi que des débris calcaires de coquillage et de corail. [11]

I.2.2. Microstructure des sables :

La microstructure d’un sol dépend de sa granulométrie. Un sol granulaire n’a pas

la même microstructure qu’un sol argileux. Les sables sont des matériaux dont les

grains ne sont pas de nature argileuse et donc, ne possèdent pas ou presque pas de

Chapitre 1 Stabilisation des sols

2

propriétés colloïdales. Ils sont généralement tridimensionnels et non pas du type feuillet. Les liaisons entre les grains sont extrêmement faibles puisqu’il n’y a pas de couche d’eau adsorbée sur la surface du grain. Toutefois, lorsque le sol est en état non saturé, la succion fournit une certaine cohésion et donc renforce les liaisons entre les grains .

Les interactions entre grains sont principalement dues aux forces de contact. En conséquence, les frottements sont souvent grands dans les sols granulaires. Les grains composant la structure sont imbriqués les uns dans les autres et de multiples possibili- tés d’arrangement existent.

Quelques structures représentatives des sols granulaires sont schématisées sur la figure I.1. (Davalle.1991). [11]

Figure I.1:

Microstructure des sols granulaires (d’après Davalle, 1991).

En raison de la structure granulaire et de l’absence de cohésion, les déformations d’un sol non cohérent peuvent s’expliquer par trois mécanismes (Davalle, 1991), liés à la mobilité plus ou moins importante des grains:

- Réarrangement compressibilité instantanée des grains.

- Glissement et rotation des grains.

- Rupture et écrasement des grains.

Ainsi, toute variation volumique d’un échantillon de sable s’explique par le dépla- cement relatif des grains : le désenchevêtrèrent des grains provoque la dilatation et l’enchevêtrement entraine la compaction. Les résistances des sols ayant une structure lâche ou dense différent fortement. Le comportement hydraulique est également in- fluencé par la structure, en effet, la perméabilité d’un sable lâche est plus grande que celle d’un sable dense .

Outre la structure, le comportement hydromécanique des sols granulaires est in-

fluencé par le degré de saturation en eau, puisqu’il conditionne directement le niveau

de succion. La succion augmente les efforts de contacte, par conséquent, le frotte-

ment. Sous l’effet de la succion, mes grains se rapprochent les uns des autres, le sol

devient en quelque sorte plus serré. La structure d’un tel sol peut être poreuse et ins-

Chapitre 1 Stabilisation des sols

3

table quand la succion disparait, surtout dans le cas de la structure en nid d’abeilles.

[11]

I.2.3. Propriétés des sables:

Les sables sont identifiés grâce à la granulométrie (la grosseur des grains). Carac- térise Plus les grains sont ronds, plus le sable s' écoule facilement. Le sable artificiel, obtenu par découpage mécanique de roches, est principalement composé de grains aux aspérités marquées.

Il peut être également différencié un sable transporté par vent d’un sable transporté par l’eau. Le premier est de forme plus ronde, sphérique, alors que le deuxième est plus ovoïde. De plus, le sable éolien présente une, diaphanéité pus mate que le sable fluviatile ou marin qui est dit ‘’émoussé-luisant’’. L’aspect de la surface du grain de sable éolien est dû aux multiples impacts que subit le sable lors de son déplacement.

La masse volumique du sable sec varie selon sa granulométrie et sa composition, de 1700 à 1900 kg/m3, en moyenne 1850 kg/m3. Le sable forme naturellement des pentes stables jusqu’à environ 300, au-delà de cet angle, il s’écoule par avalanches successives pour retrouver une pente stable. [11]

Caractéristique physique

notation Valeur moyenne Unité

Poids volumique humide

h

17 à 20 KN/m

³

Poids volumique sec

d

14 à 18 KN/m

³

Poids volumique sature

sat

19 à 22 KN/m

³

Poids volumique déjaugé

′ 9 à 12 KN/m

³

Densité relative G

s

2.65 à 2.67 KN/m

³

porosité n 0.25 à 0.50 KN/m

³

Indice des vides e 0.50 à 1 KN/m

³

Teneure en eau w 1 à 15 %

Tableau I.1:

Caractéristiques physiques générales des sables.

I.2.4. Différents types de sable

Selon la taille des grains, il est à distinguer trois types de sable (tableau I.2)

Tableau I.2 :

Classes granulaires du sable.

Chapitre 1 Stabilisation des sols

4

I.2.5.Variation de volume des sables en cisaillement:

Le cisaillement d’un matériau granulaire s’accompagne d’une variation de son volume qui est fonction de son état de compacité initial (Philipponnat & Hubert, 2002). Un sol compact a tendance à augmenter de volume lorsque le cisaillement augmente. Son comportement est dilatant. A l’inverse, un sol initialement à l’état lâche a tendance à diminuer de volume au cours du cisaillement. Son comportement, dit contractant, traduit un réarrangement des grains (diminution de la porosité et augmentation de la masse volumique).

Figure I.2:

Microstructure des sols granulaires (d’après Davalle, 1991).

C’est une représentation schématique d’un sol fortement tassé (figure I.2 a) où les grains sont en ce point enchevêtrés, et leur déformation est impossible, à moins qu’elle ne s’accompagne d’un décompactage (dilatance) représenté sur la figure I.2 b.

si le sol est peu tassé (figure I.2 c), la déformation de cisaillement provoquent la pénétration des particules dans les espaces vides, ce déplacement s’accompagne d’une réduction de volume (contractante), comme le montre la figure I.2 d. [11]

I.2.6. Etude de sable de dune

I.2.6.1. Morphologie du sable dunaire

Les dunes de sables sont formées par l’accumulation du sable due aux vents. Ils se présentent sous forme de cordons de sable, plus ou moins parallèles entre eux et toujours perpendiculaires à la direction du vent dominant. [2]

I.2.6.2. Mécanisme de transport par le vent

Le vent transporte le sable dans des conditions similaires que celles de l’eau. Le

sable est transporté par roulement sur la surface du sol qui s’accompagne

généralement de saltation. [2]

Chapitre 1 Stabilisation des sols

5

I.2.6.3. Caractéristiques du sable dunaire Les sables des dunes se caractérisent par :

Une certaine homogénéité,

L’absence de galets et de graviers,

La raréfaction des coquilles marines et la présence de nombreuses coquilles de gastéropodes pulmonés terrestres.

Le sable des dunes littorales provient du triage sélectif par le vent des sédiments de la plage et surtout de la haute plage, là où le sable sec permet la déflation éolienne.

Cette sélection entrainera, pour les sables dunaires, certaines qualités :

Une granulométrie plus fine, avec une courbe granulométrique très régulière et une courbe de fréquence très pointue et toujours uni-modale.

Les grains de sable des dunes sont en général très émoussés et très ronds.[2]

I.3 La stabilisation des sols:

I.3.1. Définition :

La stabilisation des sols est le terme général pour l'amélioration des sols et le compactage des sols. Plusieurs produits sont employés aujourd’hui avec les sols pour obtenir un matériau de construction avec des propriétés meilleures que celles du sol original. [2]

I.3.2. Principales opérations de traitement

La réalisation des travaux de traitement d'un sol en place suit en générale les opé- rations élémentaires suivantes :

la préparation du sol à traiter (élimination des éléments blocailleux, homogénéisation, humidification éventuelle) ;

l'épandage du liant de traitement ; le malaxage du liant avec le sol ;

l'ajustement de l'état hydrique (soit humidifier le sol par arrosage, soit l'assécher par aération) ;

Le réglage du mélange ; Le compactage ;

L'application de la protection superficielle du sol traité (cas d'une

couche de forme) [3].

Chapitre 1 Stabilisation des sols

6

I.3.3. Méthodes de stabilisation des sols:

Parmi les techniques de stabilisation les plus couramment utilisées, on distingue 3 procédés:

Stabilisation mécanique : le compactage de la terre modifie se densité, sa ré- sistance mécanique ainsi que sa compressibilité, sa perméabilité et sa porosité.

Stabilisation physique : les propriétés d’une terre peuvent être modifiées en intervenant sur sa texture, c'est-à-dire en mélangeant judicieusement des frac- tions de grains de taille différentes.

Stabilisation chimique : d’autres matériaux au des produits chimiques peuvent être ajoutés à la terre. Les liants (ciment et chaux éteinte) crées entre les grosses particules du sol des liaisons mécaniquement résistantes même si le matériau se trouve ensuite en présence d’eau. [6]

Les liants se divisent en deux grandes familles qui sont les liants hydrauliques (sels, ciment, chaux, ciment et chaux…) et les liants organiques (goudrons, bi- tumes…).

I.3.4. Les différents types de stabilisation des sols:

I.3.4.1. Stabilisation chimiques:

Dans la stabilisation chimique, le sol est stabilisé en ajoutant des produits chi- miques différents. Le principal avantage de stabilisation chimique est que les temps de prise et le durcissement du temps peut être contrôlé. La stabilisation chimique est cependant génélament plus couteux que d’autres types de stabilisation.

Selon l’utilisation prévue (en couches de forme ou en remblais) ou en fonction du type de sol à stabiliser, il existe plusieurs types de traitements des sols qui ne diffè- rent que par la nature du liant utilisé. On utilise presque exclusivement les traitements suivants:

Le traitement à la chaux (selon la norme NF EN 495-1 et NFP98-101) dans le cas de sols fins destinés à une utilisation en remblai ou en couche de forme ; Le traitement au ciment (selon les normes NF EN 197-1) dans le cas de sol peu plastiques ou peu argileux destinés à une utilisation en remblais ou couches de forme ;

Le traitement mixte à la chaux puis au ciment ou au liant hydraulique routier destiné à une utilisation en couches de forme [5].

a. Stabilisation par chaux:

a.1. Principe et objectifs

Chapitre 1 Stabilisation des sols

7

Elles permettent de mettre en œuvre et de compacter les sols mouillés qui, norma- lement, ne pourraient pas êtres compactés correctement. L’incorporation de la chaux génère immédiatement la formation d’une masse granuleuse, et a pour effet de ré- duire le taux d’humidité. Ce procédé convient par exemple pour la réalisation de remblais, de talus ou de voies de circulation sur le chantier. [6]

a.2. Différents types de chaux

Les trois grandes familles de chaux (chaux aérienne, chaux naturelles et chaux hy- drauliques) se différencient par la composition de leur matière première, le calcaire, et leur manière de faire prise.

La chaux est obtenue par calcination d’un calcaire (celui-ci représente 20% de la couche terrestre), selon la nature du calcaire utilisé, la cuisson permet la fabrication de plusieurs types de chaux :

chaux aérienne provenant d’un calcaire pur : fabriquées à base de calcaire pur, ces chaux font prise et durcissent au contact du gaz carbonique contenu dans l'air. Cette prise très longue limite le retrait et développe une faible résistance à long terme.

chaux magnésienne provenant d’un mélange de calcaire et de carbonate de magnésium.

chaux hydraulique provenant d’un calcaire argileux : sont des chaux recom- posées avec différents liants. Elles suivent le même processus de prise, dans des proportions différentes liées au pourcentage des matériaux qui les compo- sent. [6]

Les chaux utilisées en technique routière sont essentiellement les chaux aé- riennes

Elles se présentement sous deux formes :

chaux vive: C’est le premier produit de la cuisson de la pierre à chaux (cal- caire).C’est un matériau très avides d’eau. La chaux vive en contact de l’eau produit des explosions et sa température peut dépasser 150° (réaction très exo- thermique).

chaux éteinte: Elle est obtenue par hydratation de la chaux vive. Cette opéra- tion qui permet le passage de la chaux vive à la chaux éteinte s’appelle Ex- tinction. Elle s’accompagne d’une augmentation de volume du produit (foi- sonnement).

a.3. Applications :

La consolidation du sol à la chaux trouve son application dans la construction de

routes et chemins de toutes natures. Effectuée dans la zone supérieure de la couche de

base ou de la sous-couche, cette consolidation à la chaux peut être utilisée comme

Chapitre 1 Stabilisation des sols

8

technique de construction pour protéger les routes contre les actions du gel ou du dé- gel. [4]

a.4. Moyens de mise en œuvre

La mise en œuvre de la chaux nécessite des engins idéals pour l’incorporation de chaux dans les sols mouillés [4].

a.5. Facteurs influant stabilisation à la chaux

Type de sol: stabilisation à la chaux est utile pour la stabilisation des sols ar- gileux, mais il est pas efficace pour les sols sableux.

La quantité de chaux: La quantité de chaux nécessite une stabilisation varie entre 2 et 10% du sol.

Différents types de chaux: La chaux vive est plus efficace, mais pour la sécu- rité et la commodité pour gérer la chaux hydratée est généralement utilisé [7].

a.6. Action de la chaux sur les sols

Les sols fins, c’est-à-dire les sols qui contiennent des proportions notables d’argiles et de limons, ont des propriétés routières déplorables. Ils gonflent et devien- nent plastiques en présence d’eau, se rétractent avec la sécheresse, foisonnent sous l’effet du gel. Ils n’ont donc aucune stabilité face aux variations climatiques. Ils peu- vent ainsi se trouver, soit dès l’extraction, soit à la suite d’intempéries, à un degré de consistance el que la circulation des engins devienne difficile, voire impossible, ce qui par voie de conséquence rend leur utilisation délicate. Compte tenu de ses pro- priétés, la chaux modifie de façon sensible le comportement des sols fins argileux ou limoneux, grâce à trois actions distinctes :

Une diminution de la teneur en eau:

Des modifications immédiates des propriétés géotechniques du sol:

L’incorporation de chaux dans un sol argileux, développe une agglomération des fines particules argileuses en éléments plus grossiers et friables : c’est la floculation.

Des modifications à long terme: La chaux, en tant que base forte, élève le pH du sol et provoque l’attaque des constituants du sol (silice et alumine). Il se forme alors des aluminates et des silicates de calcium hydratés (réaction pouz- zolanique) qui, en cristallisant, agissent comme un liant entre les grains. Il est à noter que l’intensité et la vitesse de ces réactions à long terme dépendent d’un certain nombre de caractéristiques du sol : pH, teneur en matières organiques, quantité et la nature de la fraction argileuse, teneur en eau, dosage en chaux maximal (fonction de la quantité maximale de chaux “consommable” par l’argile présente dans le sol) et surtout température. [8]

a.7. Avantages de la stabilisation à la chaux

L'Avantages techniques: Le traitement des sols en place à la chaux et/ou au

liant hydraulique permet la réalisation en remblais et en couches de forme,

Chapitre 1 Stabilisation des sols

9

d’une couche traitée homogène, durable et stable, présentant des caractéris- tiques mécaniques comparables à celles d’une grave-ciment ou grave hydrau- lique. En outre, cette technique assure une bonne répartition des charges sur le support, grâce à la rigidité de la nouvelle structure. Cette technique assure un bon comportement par temps chaud sans déformation, ni orniérage et un bon comportement vis-à-vis des cycles de gel-dégel, grâce à la rigidité du maté- riau et à l’effet de dalle induit. Enfin, le traitement des sols en place est une technique possédant une facilité d’adaptation aux contraintes d’exploitation.

L'Avantages économiques: Le traitement des sols en place à la chaux et/ou au liant hydraulique est une technique de traitement à froid, donc utilisant peu d’énergie. La réutilisation des matériaux en place est un facteur d’économie important puisqu’il réduit au minimum les déblais issus du décaissement, la mise en décharge, l’apport de granulats et le coût de leur transport. L’absence de transport de granulats ou des déblais en décharge contribue à la préserva- tion du réseau routier situé au voisinage du chantier. Enfin, le traitement des sols en place est une technique très économique, notamment du fait de la du- rée plus courte des travaux par rapport à une solution avec décaissement.

L'Avantages écologiques et environnementaux: Le travail à froid réduit sensi- blement la pollution et le rejet de vapeurs nocives dans l’atmosphère. En outre, cette technique permet une importante économie d’énergie globale, par la réduction des matériaux à transporter, des matériaux à mettre en décharge et donc une diminution des impacts indirects, des gênes à l’usager et aux rive- rains et une réduction de la fatigue du réseau routier adjacent au chantier. La réutilisation des matériaux en place limite l’exploitation des gisements de granulats (carrières, ballastières), ressources naturelles non renouvelables. Ce qui contribue à préserver l’environnement.[1]

Le sol devient plus réalisable.

Force est généralement améliorée.

stabilisation à la chaux augmente la résistance à la compression parfois aussi élevé que 60 fois.

Il est efficace pour les sols.

a.8. Inconvénients de stabilisation à la chaux:

La chaux est produite par la combustion de la pierre à chaux dans les fours, de sorte qu'il est nocif pour l'environnement.

Il a besoin de plus frais pour la pierre de chaux vive.

Il n’est pas efficace pour les sols sableux.

Il y a pourcentage limité de la quantité de chaux nécessaire environ 2 à 10%

du sol. [9]

b. Stabilisation par ciment

Le ciment est un liant hydraulique qui se présente généralement sous forme d’une poudre grise. Il sert à fabriquer du béton et du mortier : additionné d’eau, le ciment durcit pour former une masse solide, résistante et notamment sous l’eau (puisqu’il s’agit d’un liant hydraulique). [6]

a.1. constituants du ciment

Chapitre 1 Stabilisation des sols

10

Les matières premières essentielles sont la roche calcaire et l'argile. Elles sont broyées et éventuellement additionnées de produits secondaires. Le mélange obtenu s'appelle le cru et est composé d'environ 80 % de calcaire et d'environ 20 % d'argile.

Le ciment est obtenu par le mélange homogène dans certaines proportions des constituants principaux et des constituants secondaires avec du sulfate de calcium. [5]

La norme européenne NBN EN 197-1 relative au ciment définit les constituants suivants:

Constituants principaux (> 95 % de la somme des constituants principaux et se- condaires):

- Clinker Portland (K).

- Laitier granulé de haut-fourneau (S).

- Matériaux pouzzolanique.

- -Pouzzolane naturelle (P).

- -Pouzzolane naturelle calcinée (Q).

- Cendres volantes :

- Cendre volante siliceuse (V).

- Cendre volante calcique (W).

- Schiste calciné (T).

- Calcaire (L - LL).

- Fumée de silice (D).

Constituants secondaires (< 5 % de la somme des constituants principaux et se- condaires).

Additifs (< 1 % de la somme des constituants principaux et secondaires).

Sulfate de calcium (l'addition de cette matière a pour objet de réguler le temps de prise du ciment dans certaines limites). [8]

Figure I.3:

Les Constituants du ciment.

Chapitre 1 Stabilisation des sols

11

b.2. Production du ciment :

La fabrication proprement dite du ciment consiste à doser et à moudre finement les différents constituants dans des proportions bien déterminées. En broyant le clinker Portland avec un régulateur de temps de prise et les éventuels constituants complé- mentaires, en fonction du type de ciment à fabriquer, on obtient un mélange homo- gène et intime des constituants. La finesse finale de mouture est fixée en fonction de la réactivité et de la classe de résistance souhaitées. [3]

b.3. Différents types de ciments, composition, désignation normalisés On distingue cinq types de ciments courants :

- CEM I Ciment Portland.

- CEM II Ciment Portland compose.

- CEM III Ciment de haut-fourneau.

- CEM IV Ciment pouzzolanique.

- CEM V Ciment composé.

Les ciments selon la norme NBN EN 197-1 doivent au moins être désignés par leur type, complété du nombre 32.5, 42.5 ou 52.5 qui désigne la classe de résistance.

La classe de résistance à jeune âge est fixée par l'ajout de la lettre N ou R. [3]

b.4. Choix du ciment pour le traitement de sol

Dans la gamme étendue disponible, le choix du type de ciment se fera sur diffé- rents critères:

- temps de prise assez long, pour la mise en œuvre.

- bonne résistance à moyen et long terme.

- compatibilité avec le sol à traiter.

- bon rapport qualité/prix.

En principe, toutes les classes de ciments peuvent convenir pour le traitement des sols. Les ciments les plus couramment utilisés dans ce domaine, sont les ciments de haut-fourneau (CEM II) de classe de résistance 32,5 N ou 42,5 N. Les ciments à prise rapide (CEM I) ne sont pas recommandés. [3]

b.5. L’action du ciment sur les sols

Le traitement des sols au ciment permet d’améliorer les caractéristiques initiales

des matériaux et s’appliquent à des sols peu ou pas plastiques, dont les teneurs natu-

relles en eau trop élevées ne permettent pas de réaliser des remblais ou des couches

des forme dans de bonnes conditions et avec des garanties suffisantes de qualité. Il est

surtout utilisé dans le but d’obtenir un développement rapide et durable des résis-

tances mécaniques et des stabilités à l’eau et au gel.

Chapitre 1 Stabilisation des sols

12

Compte tenu de leurs propriétés, le ciment modifient de façon sensible le compor- tement des sols peu ou pas plastiques, grâce à deux actions distinctes :

- Des modifications immédiates et à long terme des propriétés géotechniques et mécaniques du sol.

- Une diminution de la teneur en eau. [1]

b.6. Application:

La stabilisation de sols au ciment trouve son application tant pour les couches de surface que pour la zone supérieure de la couche de fondation ou de la sous-couche de fondation ou de la sous-couche de routes et chemins de toute nature . On l’utilise également pour d’autres surfaces de circulation, telles que :

- Les chemins ruraux, pistes cyclables ou chemins pour piétons, - Les aires de trafic sur les aéroports,

- Les sites industriels, - Les sols de halls, - Les dalles de fondation, - Les terrains de sport, etc.

- Dans le secteur de la construction ferroviaire, la stabilisation des sols au ciment se pratique par exemple pour réaliser une plate-forme[4]

b.7. Moyens de mis en œuvre

La mise en œuvre du ciment nécessite :

- Des épandeurs automoteurs pour le ciment, - D’un camion citerne pour asperger l’eau [4].

b.8. Facteurs influant sur le ciment du sol de stabilisation:

Type de sol: la stabilisation du ciment peut être appliqué dans le sol fin ou granuleux, mais granulaire est préférable pour la stabilisation du ciment.

Quantité de ciment: Une grande quantité de ciment est nécessaire pour la sta- bilisation du ciment.

Quantité d'eau: eau adéquate est nécessaire pour la stabilisation.

Le mélange, le compactage et le durcissement: Un mélange adéquat, le com- pactage et le durcissement est nécessaire pour la stabilisation du ciment.

Adjuvants: Ciment a quelques adjuvants importants lui-même qui les aide à créer une bonne adhérence. Ces adjuvants paient un rôle vital en cas de réac- tion entre le ciment et l'eau. [7]

b.9. Avantages de ciment de stabilisation - IL est largement disponible.

- Le coût est relativement faible.

- Il est très durable.

- ciment du sol est très résistant aux intempéries et forte.

- sols granulaires avec des amendes suffisantes sont parfaitement adaptés pour la stabilisation du ciment car il nécessite moins de ciment.

- ciment du sol réduit les caractéristiques de gonflement du sol.

Chapitre 1 Stabilisation des sols

13

- Il est couramment utilisé pour stabiliser les sols sableux et d'autres à faible plasticité. Ciment interagit avec les fractions limon et d'argile et réduit leur affinité pour l'eau. [9]

b.10. Inconvénients de ciment de stabilisation

- Des fissures peuvent se former dans le ciment du sol.

- Il est nocif pour l'environnement.

- Il nécessite un travail supplémentaire. [9]

I.4. Recherches concernants la stabilisation des sols avec ciment :

Les sols cimentés peuvent être trouvés naturellement, ou induits artificiellement dans le but d'améliorer la capacité de support des sols faibles. Cementation joue un rôle important dans le comportement d'ingénierie des sols et a fait l'objet d'une en- quête approfondie dans le monde entier. Les effets bénéfiques du traitement du ci- ment sur la performance d'un large éventail de sols ont été largement documentés.

La stabilisation du ciment est un processus rapide et peut être utilisé pour la stabi- lisation d'une large gamme de sols. L'addition de ciment a montré une amélioration significative de la maniabilité, de la résistance à la compression et de la résistance au cisaillement des sols (Sariosseiri et Muhunthan, 2009). Abdulla et Kiousis (1997) ont rapporté que l'augmentation de la teneur en ciment entraîne un matériau plus fort, plus rigide et entraîne généralement une réponse plus ductile. L'augmentation des pressions de confinement entraîne une déformation du cisaillement plus ductile, avec une compression volumétrique initiale plus grande et une vitesse de dilatation maxi- male réduite. Abdulla et Kiousis, (1997) ont conclu que la plupart des rapports expé- rimentaux estiment qu'une augmentation de la teneur en ciment entraîne une augmen- tation de la cohésion. Cependant, il n'y a pas d'accord général sur les effets de la te- neur en ciment sur l'angle de frottement maximal. Saxena et Lastrico, (1978) ont sug- géré que, à des contraintes axiales faibles (<1%), la cohésion causée par le collage de ciment entre les particules est la principale composante de la résistance. La résistance à la friction devient dominante. Pour le sable cimenté, des contraintes plus impor- tantes sont nécessaires pour produire les liaisons cimentaires entre les particules (dos Santos et al., 2010a). Lee et al., (2010) ont signalé un rendement distinctif pour le sable cimenté en raison de l'endommagement de la cimentation, alors que seule une augmentation monotone de la déformation sans céder pour le sable non cimenté. Pour le sable cimenté, le rendement est abordé lorsque la liaison créée par le cémentant se rompt progressivement, après quoi les contraintes seront portées par la nouvelle ma- trice (non cimentée) des grains hôtes et du ciment cassé (Coop and Atkinson, 1993, Hamidi et Haeri , 2008). [21]

Sariosseiri et Muhunthan (2009) ont signalé que l'ajout de ciment améliore la ré-

sistance au cisaillement, mais le type d'erreur varie considérablement. Les sols traités

au ciment non cimentés, à 5% et à 10%, présentent un défaut de type ductile, planaire

et fractionnement, respectivement. Le contenu en ciment, la pression de confinement,

Chapitre 1 Stabilisation des sols

14

la densité initiale, la teneur en humidité, etc. sont les paramètres clés qui dictent la résistance du sable cimenté. [21]

Albusoda B. et al., 2012 ont réalise des essais de compactage et des essai de cisail- lement direct sur sable de dune stabilisé par différents pourcetage de ciment (4%, 8%

et 12%). La densité sèche augment avec l’augmentation du % de ciment par contre la teneur en eau diminue avec l’augmenntation de ciment (figure I.4). [12]

Figure I.4 :

Courbe de compactage selon % ciment (Albusoda B. et al., 2012) [12].

L’angle du frottement est presque constant avec l’augmentation du ciment, par contre une augmentation très important observés à la cohésion pour chaque ajout du ciment jusqu’à 8% d’ajout du ciment (figure I.5). [12]

Figure I.5:

Variation d’ngle du frottement et la cohésion en fonction du % ciment (Albusoda B. et al., 2012) [12].

I.5 Conclusion

Ce chapitre de l’étude bibliographique présente l’état d’avancement de la re-

cherche dans le domaine de la stabilisation des sols par l’ajout de ciment ,

L’utilisation du ciment dans la stabilisation de la terre en général est un domaine

Chapitre 1 Stabilisation des sols

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assez connu grâce aux importants travaux de laboratoire et réalisations sur le terrain.

Ces travaux ont permis de connaître les mécanismes de réactions entre la terre et ces

liants, leurs effets sur les propriétés de la terre. D’après ces études, il a été défini que

la chaux convient plus à une terre avec un taux d’argile non négligeable et le ciment

est plutôt meilleur avec une terre sableuse .ensuite nous avons fait une étude biblio-

graphique détaillée sur les différentes propriétés de sol utilisé dans ce travail.