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This article was downloaded by: [New York University] On: 10 November 2014, At: 12:43 Publisher: Taylor & Francis Informa Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954 Registered office: Mortimer House, 37-41 Mortimer Street, London W1T 3JH, UK European Journal of Environmental and Civil Engineering Publication details, including instructions for authors and subscription information: http://www.tandfonline.com/loi/tece20 Comportement mécanique au triaxial d'un mâchefer d'incinération d'ordures ménagères Frédéric Becquart a a Ecole des Mines de Douai, Département Génie Civil et Environnemental , 764, boulevard Lahure, F-59500, Douai cedex E-mail: Published online: 05 Oct 2011. To cite this article: Frédéric Becquart (2008) Comportement mécanique au triaxial d'un mâchefer d'incinération d'ordures ménagères, European Journal of Environmental and Civil Engineering, 12:6, 673-686, DOI: 10.1080/19648189.2008.9693038 To link to this article: http://dx.doi.org/10.1080/19648189.2008.9693038 PLEASE SCROLL DOWN FOR ARTICLE Taylor & Francis makes every effort to ensure the accuracy of all the information (the “Content”) contained in the publications on our platform. However, Taylor & Francis, our agents, and our licensors make no representations or warranties whatsoever as to the accuracy, completeness, or suitability for any purpose of the Content. Any opinions and views expressed in this publication are the opinions and views of the authors, and are not the views of or endorsed by Taylor & Francis. The accuracy of the Content should not be relied upon and should be independently verified with primary sources of information. Taylor and Francis shall not be liable for any losses, actions, claims, proceedings, demands, costs, expenses, damages, and other liabilities whatsoever or howsoever caused arising directly or indirectly in connection with, in relation to or arising out of the use of the Content. This article may be used for research, teaching, and private study purposes. Any substantial or systematic reproduction, redistribution, reselling, loan, sub-licensing, systematic supply, or distribution in any form to anyone is expressly forbidden. Terms & Conditions of access and use can be found at http:// www.tandfonline.com/page/terms-and-conditions

Comportement mécanique au triaxial d'un mâchefer d'incinération d'ordures ménagères

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This article was downloaded by: [New York University]On: 10 November 2014, At: 12:43Publisher: Taylor & FrancisInforma Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954 Registered office: MortimerHouse, 37-41 Mortimer Street, London W1T 3JH, UK

European Journal of Environmental and CivilEngineeringPublication details, including instructions for authors and subscription information:http://www.tandfonline.com/loi/tece20

Comportement mécanique au triaxial d'un mâcheferd'incinération d'ordures ménagèresFrédéric Becquart aa Ecole des Mines de Douai, Département Génie Civil et Environnemental , 764,boulevard Lahure, F-59500, Douai cedex E-mail:Published online: 05 Oct 2011.

To cite this article: Frédéric Becquart (2008) Comportement mécanique au triaxial d'un mâchefer d'incinérationd'ordures ménagères, European Journal of Environmental and Civil Engineering, 12:6, 673-686, DOI:10.1080/19648189.2008.9693038

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EJECE. Volume 12 – No. 6/2008, pages 673 to 686

Comportement mécanique au triaxial d’un mâchefer d’incinération d’ordures ménagères Frédéric Becquart Ecole des Mines de Douai – Département Génie Civil et Environnemental 764, boulevard Lahure F-59500 Douai cedex [email protected] RÉSUMÉ. Les mâchefers d’incinération d’ordures ménagères (MIOM) constituent des matériaux granulaires atypiques, puisque ces sous-produits industriels sont issus de la combustion des déchets ménagers. La filière de valorisation de ces déchets s’inscrit essentiellement aujourd’hui en technique routière, en tant que matériaux de substitution aux graves naturelles classiquement utilisées dans ce domaine. A ce titre, la caractérisation du comportement mécanique du matériau pour ce champ d’application – qui demeure actuellement peu développé – s’avère indispensable si l’on souhaite pérenniser cette filière de valorisation, assurant ainsi la transition « déchet » / « matériau ». Ce papier présente une première approche du comportement mécanique du matériau granulaire sous sollicitations triaxiales de cisaillement. Une méthodologie spécifique est mise en place pour la faisabilité des tests du fait de l’origine et de la spécificité du mâchefer. L’analyse du comportement mécanique rend compte de similitudes de comportement avec les matériaux granulaires classiques initialement denses. ABSTRACT. MSWI bottom ashes constitute particular granular materials because these industrial by-products are the results from the incineration of domestic waste. The field of beneficial use of these waste mainly lies in the road engineering today, like materials of substitution for the traditional natural aggregates, which are usually used in this field. For this reason, the characterisation of the mechanical behaviour of the material – which is currently little developed – proves to be essential in order to perennalize this field of beneficial use, assuring thus the transition “waste MSWI”/“material MSWI”. This paper presents a first approach of the mechanical behaviour under shear triaxial tests. A special methodology is investigated for the realisation of tests, because of the origin and the specificity of the MSWI bottom ash. The analysis of the mechanical behaviour shows a mechanical behaviour similar to the classic granular materials initially dense. MOTS-CLÉS : mâchefer, valorisation, comportement mécanique, essai triaxial. KEYWORDS: MSWI bottom ash, beneficial use, mechanical behaviour, triaxial test.

DOI:10.3166/EJECE.12.673-686 © 2008 Lavoisier, Paris

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1. Introduction

Les mâchefers représentent approximativement un quart du produit d’incinération des ordures ménagères. En France, près de 3 millions de tonnes de mâchefers sont produites annuellement. Face à la croissance des déchets ménagers et à des réglementations environnementales de plus en plus strictes, la valorisation de ces matériaux granulaires demeure un véritable enjeu. Les mâchefers sont utilisés en technique routière depuis quelques décennies déjà, mais leurs utilisations restent toutefois limitées : la transition « MIOM déchet » - « MIOM matériau » est encore sujette à certaines réticences. La circulaire du 9 mai 1994 (ministère de l’Environnement, 1994), spécifique à ces matériaux, précise les conditions de valorisation du mâchefer en technique routière : il ressort d’études antérieures (Bernard, 2003) que le matériau étudié est valorisable sur les plans environnemental et géotechnique. Peu d’études ont été menées sur le comportement mécanique des mâchefers, et leurs utilisations reposent essentiellement sur des considérations empiriques, par analogie à d’autres matériaux pulvérulents. Jusqu’à présent, les performances mécaniques du mâchefer sont évaluées par le biais de paramètres de comportement mécanique, essentiellement les caractéristiques d’usure des granulats. Cette considération apparaît comme trop réductrice, car elle ne fait intervenir les caractéristiques que d’une seule fraction granulaire, et ne traduit pas la performance mécanique globale du mélange granulaire. (Paute, 1994) a mis clairement en évidence la non-corrélation entre les caractéristiques d’usure des granulats et les performances mécaniques des mélanges granulaires.

Cet article présente une première approche du comportement mécanique du matériau granulaire sous sollicitations triaxiales monotones de cisaillement. Les observations expérimentales obtenues doivent permettre d’orienter le choix vers un modèle de comportement adapté au matériau granulaire « mâchefer ».

Dans une première partie, le matériau granulaire est présenté et ses caractéristiques géotechniques sont précisées. La deuxième section aborde la méthodologie adoptée pour la faisabilité des essais triaxiaux sur le matériau granulaire : l’arasement en tête d’échantillon, les perforations membranaires et les problèmes de saturation constituent les principales difficultés de réalisation d’un essai triaxial sur le matériau. La troisième partie présente les résultats obtenus pour un programme d’essais visant en premier lieu à rendre compte de la répétabilité des essais. L’influence de la pression de confinement et l’effet de la cimentation sur le comportement du matériau granulaire sont ensuite analysés.

2. Présentation du matériau granulaire

2.1. Description du mâchefer

Le sous-produit industriel s’apparente à un matériau granulaire poreux, se présentant sous la forme d’un mélange gris sombre hétérogène de scories, de métaux

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ferreux et non ferreux, de particules de verre, de céramiques et d’imbrûlés (figure 1). Après incinération, des opérations de criblage et de déferraillage sont effectuées afin d’homogénéiser le mélange granulaire. Une phase de maturation du matériau est entreprise afin de réduire le potentiel polluant du mâchefer. Après ces étapes de pré-traitements et selon la circulaire du 9 mai 1994 relative à l’élimination des mâchefers d’incinération d’ordures ménagères (ministère de l’Environnement, 1994), le mâchefer étudié apparaît valorisable du point de vue environnemental (Becquart, 2007).

Figure 1. Différentes fractions granulaires du mâchefer étudié

2.2. Caractéristiques géotechniques

Tableau 1. Principales caractéristiques géotechniques du mâchefer étudié

Paramètres géotechniques Plages de valeurs classiques Mâchefer étudié

Granularité 0/31,5 mm 0/20 mm

Teneur en fines 5 % ≤ passants à 0,08 mm ≤ 12 % 4,2 %

Passants à 2 mm 20% ≤ passants à 2 mm ≤ 45 % 23,9 %

Valeur au bleu sur la fraction 0/5 mm

0,01 ≤ valeur au bleu VBS ≤ 0,04 0,0135

Equivalent de sable 30 ≤ équivalent de sable ES ≤ 55 74 Résistance mécanique

sur la fraction 10/14 mm 36 ≤ Los Angeles LA ≤ 50

15 ≤ micro-Deval MDE ≤ 45 42,3 31

Teneur en eau 8 % ≤ teneur en eau W ≤ 25 % 13,8 %

Densité absolue 2,68 g/cm3

Indice portant immédiat 30 ≤ indice portant immédiat IPI ≤ 60 68

Optimum Proctor modifié teneur en eau : 12,5 % ≤ W ≤ 15 % densité sèche (g/cm3): 1,75 ≤ ρd ≤ 1,87

12,7 % 1,81 g/cm3

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Le tableau 1 présente les caractéristiques géotechniques du mâchefer étudié. D’après le classement des sols selon le guide technique des terrassements routiers (GTR, 1992), le mâchefer s’apparente à une grave naturelle, insensible à l’eau, sans cohésion et perméable. Les caractéristiques géotechniques du mâchefer sont en concordance avec les caractéristiques des mâchefers couramment rencontrés en France (Setra, 1997 ; Auriol, 1999 ; François, 2000). Aussi, ces caractéristiques géotechniques apparaissent en conformité avec les spécifications géotechniques mentionnées dans la circulaire du 9 mai 1994 (ministère de l’Environnement, 1994) pour une utilisation potentielle en technique routière. Au sens de cette circulaire et du point de vue géotechnique, l’emploi du matériau granulaire est autorisé en remblais et couches de forme.

3. Méthodologie d’essai à l’appareil triaxial sur le matériau « mâchefer »

3.1. Principe de l’essai triaxial

Figure 2. Principe de l’appareil triaxial

L’essai triaxial (figure 2) consiste à placer un échantillon cylindrique entouré d’une membrane dans une cellule remplie d’eau. La mise en pression de l’eau de la cellule induit une pression isotrope σ3 sur l’échantillon. Un déviateur q est appliqué progressivement à l’échantillon à l’aide d’un piston : la contrainte axiale de l’échantillon vaut alors σ1 = σ3 + q. Les variations du volume δv de l’échantillon sont indiquées par l’évolution du volume d’eau de la cellule. Le déplacement du piston δh fournit l’évolution de la hauteur de l’échantillon. Un conduit est directement relié à l’échantillon et permet la mesure des variations du volume d’eau interstitielle ou de sa pression uw. On connaît ainsi le tenseur de contrainte appliqué à l’échantillon (σ1 = σ3 + q, σ2 = σ3), ainsi que les variations de hauteur δh et de volume δv de celui-

MATERIAU

LIQUIDE

h0-δh

σ3 uw

v0-δv

q

MATERIAU

LIQUIDE

h0-δh

σ3 uw

v0-δv

q

σ1: contrainte axiale

σ3: contrainte radiale

uw: pression interstitielle

p = (σ1+2 σ3)/3

p’ = (σ1+2 σ3)/3 - uw

q = σ1 - σ3 = σ1’ - σ3’

h0 hauteur initiale

δh variation de hauteur

v0 volume initial

δv variation de volume

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ci. Le tenseur des contraintes effectives intergranulaires est donc : σ’ = σ - uw 1 où 1 est le tenseur unité. Le tenseur des déformations est caractérisé par la déformation volumique εv = -δv/v0 et la déformation axiale ε1 = -δh/h0.

3.2. Dispositif expérimental

Figure 3. Présentation de l’appareillage triaxial

Tous les essais triaxiaux sont effectués à l’appareil triaxial en imposant une vitesse de déplacement axial constante de 0,035 mm/min, permettant d’éviter toute surpression interstitielle au cours d’un essai. Le dispositif est composé :

– d’une cellule triaxiale pouvant supporter une pression maximale de confinement de 1 700 kPa ;

– d’une presse électromécanique permettant d’imposer une déformation axiale constante durant l’essai ;

– d’un premier GDS (Global Digital System) permettant de réguler et de délivrer la pression de confinement souhaitée dans la cellule ;

– d’un second GDS relié à l’embase supérieure de la cellule, connecté à la partie supérieure de l’échantillon et permettant de contrôler la pression interstitielle ;

– de deux capteurs de pressions : l’un permet la mesure de la pression de la cellule ; le second relié à l’embase inférieure de la cellule et connecté à la partie inférieure de l’échantillon permet la mesure de la pression interstitielle ;

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– d’un anneau dynamométrique de capacité 100 kN, permettant de mesurer la force axiale ;

– d’un capteur LVDT placé sur l’embase supérieure de la cellule et relié au piston, permettant la mesure et le contrôle de la déformation axiale générée ;

– des systèmes de mesures et d’acquisition automatiques de données par ordinateur.

3.3. Confection des éprouvettes

Chaque éprouvette est reconstituée à partir des trois fractions granulaires présentées sur la figure 1, selon des proportions définies permettant de toujours travailler avec la même courbe granulométrique de base (répondant au fuseau de spécification des graves non traitées 0/31,5 mm utilisables en technique routière). Le mélange ainsi constitué subit un compactage dynamique au Proctor modifié dans un moule Proctor cylindrique, de hauteur 117,5 mm et de diamètre 101,5 mm, soit un élancement h/d égal à 1,15 (les contraintes de dimension sont imposées par la cellule triaxiale).

A la suite de compactage Proctor, la surface supérieure de l’éprouvette n’est pas plane, principalement du fait de la présence de particules anguleuses ; l’arasement en tête d’échantillon afin d’obtenir la meilleure surface possible entraîne l’enlèvement de certaines de ces particules conduisant ainsi à la création de vides en tête d’échantillon. Ces vides sont comblés avec des fines provenant du matériau récupéré à la suite de l’arasement initial. La figure 4 montre la planéité de la surface supérieure de l’éprouvette après l’opération effectuée.

Figure 4. Eprouvette de mâchefer pour essai triaxial après compactage dynamique

3.4. Montage et protection de l’éprouvette sur la cellule triaxiale

Des essais triaxiaux préliminaires sur le mâchefer ont été réalisés, simplement en séparant l’échantillon du fluide cellulaire par une membrane posée sur le pourtour de

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l’échantillon. Les essais devaient être interrompus en cours d’exécution pour cause de perforation de la membrane latex. En effet, avec la pression de confinement, la membrane vient se plaquer sur le pourtour de l’échantillon et la présence de particules anguleuses entraîne la perforation de celle-ci. Parfois, le pourtour de l’échantillon présente également certains vides : la membrane vient alors pénétrer l’échantillon, augmentant le risque de perforation. Cette difficulté liée à la perforation membranaire dans la réalisation de l’essai triaxial est résolue en recouvrant la membrane latex d’un film plastique, préalablement strié, de sorte à limiter l’influence de la rigidité due à la présence de ce film. Une fois le film plastique mis en place, une seconde membrane latex vient recouvrir l’échantillon. Avec cette méthodologie, les essais triaxiaux sont menés la plupart du temps à leur terme ; cette méthodologie permet la réalisation d’essais triaxiaux jusqu’à des pressions de confinement σ3 de l’ordre de 600 à 800 kPa.

3.5. Saturation des échantillons

Dans cette première approche du comportement au triaxial du mâchefer, les essais triaxiaux sont réalisés en conditions totalement saturées. En pratique, le coefficient de Skempton rend compte de la saturation d’un échantillon.

Une fois la cellule triaxiale remplie d’eau, on procède donc à la saturation de l’échantillon avec de l’eau désaérée. La saturation de l’échantillon s’effectue à la burette (des tests préliminaires ont en effet montré une meilleure efficacité par cette méthode que la technique de saturation au GDS).

La difficulté de cette phase de saturation s’explique essentiellement par les points suivants :

– initialement, l’échantillon n’est pas saturé : sa teneur en eau est celle de l’optimum Proctor modifié ;

– le réseau poreux est hétérogène et le matériau est dense ; – le matériau granulaire étudié reste un déchet, et il peut être le siège de réactions

chimiques (désaturations du matériau constatées expérimentalement).

3.5.1. Première étape : calcul du volume d’eau à injecter

En pratique, suite au compactage Proctor modifié, on peut estimer que la porosité totale de l’échantillon est de l’ordre de 25 à 30 % (soit un indice des vides compris entre 0,35 et 0,45). Etant donné que le volume des moules Proctor est de l’ordre de 950 cm3, cela signifie que les volumes d’eau à injecter pour une saturation totale sont compris entre 237,5 cm3 et 285 cm3. Expérimentalement, on est amené le plus souvent à introduire un volume d’eau dans l’échantillon de l’ordre de 200 à 250 cm3. Durant l’injection d’eau au sein de l’échantillon, une mise en pression du fluide

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cellulaire (de l’ordre de 10 kPa) permet d’éviter les risques de déformation de l’éprouvette.

3.5.2. Seconde étape : dégazage de l’échantillon

Deux burettes sont utilisées pour effectuer le dégazage d’air au sein de l’échantillon : l’une est reliée à la partie inférieure de l’éprouvette, l’autre est reliée à la partie supérieure. A l’aide d’un GDS, une pression de confinement σ3 = 20 kPa est appliquée. On effectue un dégazage de l’échantillon par la circulation du bas vers le haut d’un courant ascendant, chassant progressivement l’air contenu au sein de l’échantillon. Des cycles de saturation sont ensuite effectués. Chaque cycle de saturation consiste à introduire un volume d’eau équivalent à 100 cm 3 au sein de l’échantillon et à mesurer le volume d’eau sortant de l’échantillon. Le coefficient de Skempton est évalué après chaque cycle et les cycles sont poursuivis jusqu’à ce que le coefficient de Skempton soit supérieur à 0,9.

Expérimentalement, on trouve un volume d’air chassé nettement inférieur (de l’ordre de 1/3) au volume de la porosité totale calculée précédemment. Cette observation peut s’expliquer par l’emprisonnement de bulles d’air au sein de l’échantillon.

La saturation est effectuée pour chacune des deux configurations : la première considérant un volume d’eau à injecter équivalent à l’air chassé, la seconde en injectant un volume d’eau équivalent à la porosité estimée. Dans le premier cas, le coefficient de Skempton était de l’ordre de 0,6-0,7, alors que dans le second cas, il est conforme aux valeurs attendues (> 0,95). Pour la réalisation de l’ensemble des essais triaxiaux, la méthode qui consiste à estimer le volume d’eau à injecter a été utilisée, en partant de la porosité estimée pour chacun des échantillons confectionnés. On peut estimer qu’une bonne saturation du matériau peut être obtenue après quelques heures (~4 h) en cycles de saturation continus.

3.6. Consolidation des échantillons

A la suite de la phase de saturation, l’échantillon est consolidé sous une pression effective de confinement p’ donnée, pouvant varier de p’= 100 à 600 kPa. Pour chacun des essais réalisés, la durée de la phase de consolidation est fixée à 24 h. Cette phase de consolidation est réalisée avec une pression interstitielle u constante (drainage assuré par une consigne de pression au GDS), fixée soit à 200 kPa, soit à 400 kPa : ces niveaux de pression doivent permettre l’éclatement des microbulles d’air qui subsisteraient encore au sein de l’échantillon.

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4. Résultats expérimentaux

4.1. Résultats triaxiaux drainés sur le matériau non traité : tests de répétabilité

Du fait de l’hétérogénéité du matériau mâchefer et pour la pertinence de l’analyse des résultats et du calcul des caractéristiques mécaniques, la répétabilité des essais triaxiaux est analysée. La figure 5 présente l’évolution du déviateur q en fonction de la déformation axiale εa pour trois configurations d’essais triaxiaux triplés, réalisés aux pressions effectives de confinement de 100 kPa, 200 kPa et 300 kPa, avec une contre-pression Uc de 400 kPa. Les indices des vides initiaux des différents échantillons sont de l’ordre de 0.40-0.45 et les teneurs en eau initiales varient entre 9 % et 11 %.

L’observation des courbes déviatoriques (figure 5) et les caractéristiques calculées et présentées dans le tableau 2 révèlent une répétabilité des essais confirmant une préparation physique et une méthodologie d’essai adaptées au matériau mâchefer.

Figure 5. Evolution du déviateur q pour les configurations d’essais triplés

Les courbes déviatoriques décrivent toutes la même allure : initialement et jusqu’au voisinage d’un déviateur équivalent à 50 % du déviateur au pic, l’évolution du déviateur q en fonction de la déformation axiale apparaît relativement linéaire. La phase de développement de la rupture entraîne une incurvation progressive de la courbe jusqu’au déviateur maximal, caractérisée par une valeur au pic maximale qpic. La rupture se propage ensuite et les courbes déviatoriques tendent à évoluer vers un palier, caractérisé par une valeur du déviateur qpalier constante.

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1000

1500

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0 5 10 15 20déformation axiale (%)

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p' = 300 kPa

p' = 200 kPa

p' = 100 kPa

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Tableau 2. Caractéristiques des essais triaxiaux

Les résultats expérimentaux présentés dans le tableau 2 mettent en évidence la dépendance de la résistance au cisaillement vis-à-vis de la pression moyenne appliquée. La figure 6 montre que le rapport M = q/p’ tend vers une valeur constante aux grandes déformations pour tous les essais triaxiaux effectués. On note une légère diminution de ce rapport avec l’augmentation de la pression moyenne appliquée (tableau 2).

Figure 6. Evolution du rapport q/p’ en fonction de la déformation axiale εa

Essai p’initial (kPa)

p’ pic (kPa)

q’ pic (kPa)

p’palier (kPa)

q palier (kPa) Mpic Mpalier

TC-P1U4-1 100 744 1928 525 1270 2,59 2,42 TC-P1U4-2 100 752 1957 439 1018 2,60 2,31 TC-P1U4-3 100 706 1819 503 1211 2,57 2,4 Moyenne - 734 1901 489 1166 2,58 2,37

TC-P2U4-1 200 995 2387 814 1843 2,39 2,26 TC-P2U4-2 200 1005 2417 841 1923 2,40 2,28 TC-P2U4-3 200 1037 2511 857 1972 2,62 2,3 Moyenne - 1012 2438 837 1912 2,40 2,28

TC-P3U4-1 300 1323 3070 1086 2358 2,32 2,17 TC-P3U4-2 300 1252 2857 1079 2338 2,28 2,16 TC-P3U4-3 300 1244 2832 1128 2486 2,27 2,20 Moyenne - 1273 2919 1097 2394 2,29 2,17

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 5 10 15 20déformation axiale (%)

rapp

ort q

/p'

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Comportement au triaxial d’un mâchefer 683

Figure 7. Droites de rupture dans le plan q-p’

Les angles de frottement interne du mâchefer au pic et au palier d’écoulement plastique sont respectivement de l’ordre de 58° et de 54°. Ces valeurs élevées se justifient par le fait que le matériau granulaire est composé de particules anguleuses ; l’ordre de grandeur obtenu est comparable aux angles de frottement obtenus sur des graves routières (Magnan, 1991 ; Hornych, 1998 ; Mayoraz, 2001).

4.2. Influence de la cimentation

L’influence de la cimentation sur le comportement du matériau est analysée au moyen de tests triaxiaux drainés réalisés à 28 jours. Le matériau est traité avec un liant routier Cibelcor® CEMI 42.5 R HRS LA, aux dosages respectifs de 1 %, 3 % et 5 %. Le tableau 3 précise les caractéristiques des éprouvettes confectionnées.

Teneur en liant (%)

Teneur en eau à l’OPM (%)

Densité sèche à l’OPM (g/cm3)

Indice des vides initial

Teneur en eau initiale (%)

1 3 5

11 10,5 10,5

1,94 1,90 1,90

0,35 9-10

Tableau 3. Caractéristiques des éprouvettes pour les différents dosages

La figure 8 présente les courbes déviatoriques obtenues pour une pression moyenne de 100 kPa. On distingue nettement deux types de comportement entre le matériau traité à 0 % – 1 % et le matériau traité à 3 % – 5 % : la cimentation rend le

y = 2,37x

y = 2,23x0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 500 1000 1500pression effective de confinement p' (kPa)

dévi

ateu

r q (k

Pa)

AU PIC

AU PALIER

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milieu granulaire moins discontinu, avec une augmentation de la résistance au cisaillement conséquente (près de 11,5 MPa pour le matériau traité à 3 % de ciment contre 2 MPa pour le matériau non traité) et une augmentation du module de rigidité initial. Quelle que soit la teneur en liant, les courbes déviatoriques évoluent vers des paliers d’écoulement sensiblement similaires. Il en va de même pour l’évolution du rapport q/p’ (figure 9), de l’ordre de 2,3-2,5 au palier d’écoulement : la cimentation semble donc induire peu d’influence sur l’angle de frottement interne du matériau.

Figure 8. Courbes déviatoriques à 28 jours pour différentes teneurs en liant

Figure 9. Evolution du rapport q/p’ à 28 jours pour différentes teneurs en liant

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

0 5 10 15 20déformation axiale (%)

dévi

ateu

r q (k

Pa)

0

1

3

5

0 - MIOM non traité1 - MIOM traité à 1% ciment3 - MIOM traité à 3% ciment5 - MIOM traité à 5% ciment

p' = 100 kPa

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 5 10 15 20déformation axiale (%)

rapp

ort q

/p'

0

3

1

5

0 - MIOM non traité1 - MIOM traité à 1% ciment3 - MIOM traité à 3% ciment5 - MIOM traité à 5% ciment

p' = 100 kPa

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Comportement au triaxial d’un mâchefer 685

5. Conclusion et perspectives

Cette première approche au triaxial du matériau mâchefer a permis de mettre en évidence les difficultés de réalisation de ce type d’essai sur ce matériau atypique, du fait de sa nature et de sa composition. La méthodologie d’essai mise au point permet la réalisation de tests triaxiaux pour des pressions effectives de confinement pouvant atteindre près de 700 kPa. Malgré l’hétérogénéité initiale du matériau, la répétabilité des essais triaxiaux est avérée et des similitudes de comportement mécanique avec les matériaux granulaires classiques initialement denses sont établies. Le comportement mécanique restitué apparaît à la fois dépendant de la contrainte moyenne appliquée et de la colle intergranulaire, principalement concernant la rigidité, la dilatance et la résistance au cisaillement. L’angle de frottement interne du mâchefer à l’état critique apparaît peu influencé par l’effet de la colle intergranulaire.

Une perspective directe de ce travail concerne l’étude du comportement du mâchefer en petites déformations et sous-sollicitations triaxiales cycliques, adapté au contexte de valorisation en technique routière. L’objectif est de disposer des propriétés et caractéristiques mécaniques spécifiques au mâchefer, qui puissent être intégrées à la méthode rationnelle de dimensionnement des structures de chaussées, s’affranchissant ainsi des considérations empiriques usuellement utilisées.

6. Bibliographie

Auriol J. C., Debrandere G., Deloze J., Devaux P., Kergoet M., Rengeard D., « L’emploi en technique routière des mâchefers d’incinération d’ordures ménagères : quelques observations et recommandations en retour d’expérience », CD KL, XXIe Congrès international de la route, Kuala Lumpur, 3-9 octobre 1999.

Becquart F., Première approche du comportement mécanique d’un milieu granulaire issu d’un mâchefer d’incinération d’ordures ménagères : valorisation en technique routière, Thèse de doctorat, Université des Sciences et Technologies de Lille, 2007.

Bernard F., Abriak NE., « Etude physique, géotechnique et mécanique d’un mâchefer d’incinération d’ordures ménagères », JCME, vol. I, 2003.

François D., Legret M., Demare D., Fraquet P, Berga P., « Comportement mécanique et environnemental de deux chaussées anciennes réalisées avec des mâchefers d’incinération d’ordures ménagères », Bulletin LCPC, n° 227, 2000.

GTR, Guide technique pour la réalisation des remblais et des couches de forme, fascicule I, principes généraux, 1992.

Hornych P., Kazai A., Piau J.-M., “Study of the resilient behaviour of unbound granular materials”, Proc. 5th Conference on Bearing Capacity of Roads and Airfields, Trondheim, Norway, July 1998, vol. 3, p. 1277-1287.

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686 EJECE. Volume 12 – No. 6/2008

Magnan J. P., Résistance au cisaillement. Techniques de l’ingénieur. Mécanique des sols, 1991, C216.

Mayoraz F., Comportement mécanique des milieux granulaires sous sollicitations cycliques : application aux fondations de chaussées, Thèse de doctorat de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, 2001.

Ministère de l’Environnement (France), « Circulaire DPPR/SEI/BPSIED No. 94-IV-I du 9 mai 1994 relative à l’élimination des mâchefers d’incinération des résidus urbains », 1994.

Paute J. L., Hornych P., Benaben J. P. « Comportement mécanique des graves non traitées », Bulletin de Liaison des Laboratoires Ponts et Chaussées, n°190, 1994, p 27-38.

SETRA, Note d’information CD 103, Utilisation des mâchefers d’incinération d’ordures ménagères en technique routière, 1997.

Received : 4 May 2007 Accepted : 20 December 2007

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