Upload
gigarostom-alger
View
58
Download
45
Embed Size (px)
DESCRIPTION
doc
Citation preview
REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE KASDI MERBAH
OUARGLA
Faculté des Sciences et Technologie et Sciences de la Matière Département d'Hydraulique et de Génie Civil
Laboratoire Exploitation et Valorisation des Ressources Naturelles en Zones Arides
Mémoire de fin d’études En vue de l’obtention du diplôme de Master en Génie Civil
OPTION : Constructions Civiles et Industrielles (CCI)
THEME THEME THEME THEME
Présenté par:
DJAANI Mabrouka
BENMANSOUR Samah Farah
Présenté devant le jury :
Présidente : Melle. H. MAOUCHE M.C.B Univ. Ouargla
Examinateur : Mr. M. KEBAILI M.A.A Univ. Ouargla
Examinateur : Mr. Med. S. ELABBADI M.A.B Univ. Ouargla
Encadreur : Mr. A. ZENKHRI Magistèr Univ. Ouargla
Co-Encadreur : Mr. N. KEBAILI M.A.A Univ. Ouargla
Promotion 2010-2011
Stabilisation deStabilisation deStabilisation deStabilisation des sols gonflants de la région s sols gonflants de la région s sols gonflants de la région s sols gonflants de la région
d'Ind'Ind'Ind'In----Aménas par ajouts des liants Aménas par ajouts des liants Aménas par ajouts des liants Aménas par ajouts des liants
hydrauliques (Chaux et Ciment)hydrauliques (Chaux et Ciment)hydrauliques (Chaux et Ciment)hydrauliques (Chaux et Ciment)
Nous exprimons toute notre gratitude et sincère dévouement à Dieu Le Tout
puissant qui grâce à son aide nous avons terminé ce modeste travail.
Nous tenons à remercier chaleureusement notre promoteur Mr. ZANKHRI
pour son aide et son encadrement, ses encouragements et surtout sa
compréhension durant toute la période de préparation de ce mémoire.
Nous remercions également l’honorable jury qui a bien voulu examiner notre
travail.
Nos professeurs qui nous ont enrichis de connaissances et tout le
département de génie civil.
Tous les membres du Laboratoire des Travaux Publics du Sud Ouargla et un
grand merci à Mr. HAFSI Pour son aide, lors de la préparation de ce mémoire
sans oublier les membres du Laboratoire des Travaux publics de Ghardaïa.
W°w|vtvxá
Je dédie ce projet de fin d’étude en premier lieu à mes Je dédie ce projet de fin d’étude en premier lieu à mes Je dédie ce projet de fin d’étude en premier lieu à mes Je dédie ce projet de fin d’étude en premier lieu à mes parents qui m’ont parents qui m’ont parents qui m’ont parents qui m’ont
aidé et aidé et aidé et aidé et soutenu durant tosoutenu durant tosoutenu durant tosoutenu durant toutes ces longues années d’étude utes ces longues années d’étude utes ces longues années d’étude utes ces longues années d’étude
A mon époux qui m’a aidé et soutenu durant toutes mes A mon époux qui m’a aidé et soutenu durant toutes mes A mon époux qui m’a aidé et soutenu durant toutes mes A mon époux qui m’a aidé et soutenu durant toutes mes
années d’étudeannées d’étudeannées d’étudeannées d’étude universitaireuniversitaireuniversitaireuniversitaire
A mesA mesA mesA mes frèrefrèrefrèrefrères ets ets ets et mesmesmesmes sœurssœurssœurssœurs
A mon joli bébé Mouhamed LouaiA mon joli bébé Mouhamed LouaiA mon joli bébé Mouhamed LouaiA mon joli bébé Mouhamed Louai
A toute la familleA toute la familleA toute la familleA toute la famille
A toutes la promotion LMD Génie Civil 2010A toutes la promotion LMD Génie Civil 2010A toutes la promotion LMD Génie Civil 2010A toutes la promotion LMD Génie Civil 2010---- 2011, 2011, 2011, 2011,
Surtout mon binôme et je la remercie pour tout ses Surtout mon binôme et je la remercie pour tout ses Surtout mon binôme et je la remercie pour tout ses Surtout mon binôme et je la remercie pour tout ses
efforteffortefforteffort
A tousA tousA tousA tous mes tantes et onclesmes tantes et onclesmes tantes et onclesmes tantes et oncles
ftÅt{
إھ�اء
اھ�ي ���ة ھ�ا ا���� ا�� �ا إ�� �� ��
������ هللا ����إ�� ھ. -,� ، و*�(� ر� ،ا&م ا� $ ��� ا��#� "�! ا��ا���� ا���
،وا�� و ا&-��م وا4"�ة ، و إ�� (�� ا�2�3ت وا&"�ال وا���0ت (�� ا&"�ات
56� ��7� �� �� )$,0.
�?>�ا��زاق و ز*�3ي ->� ��ا��;�: ا&9 �ذ�� إ��و $@ ��<*.
� ،و "�� �Gوش �,�ن وا�D�0@ ا����� :إ�� (�� ا&!�?�ء وا�B�Cء�Hو ��@�
��ة ،Hوط@ز< �*�Jر و إ�� ا��K,� �H ��9 �ھ,�9 ��*� و إ�� ا�D�0@ ا�����
$ 6�ا��H ��0 ا:$ ����ة �3Nج ��9ح و إ�� �� �� �9-�*$ :$ ا*��ز ھ�ر:
وا�� و -��ل �3>� (,�ب ��K$ ا&9 �ذ إ�� Q?R"2�H�م و��P9 و ��Oش
وا�� �� !��N�6$ :$ ا��Q�� ا����0$ ا���O>�ت ا&"�ات
.
T�9�0ر*$ �� �. أذ�� ا���N$ ا��را9� و�Q� لB" T وإ�� �� �� -�:
(0,$ �>�و� T< �
Résumé :
Plusieurs études ont été effectuées sur le phénomène de gonflement des sols. Ce
phénomène qui reste non maîtrisable, provoque des grands dégâts à travers le monde, et les
études qui ont été menées ; même à présent ; ont pour but d’atténuer l’intensité de ces dégâts,
et ce en comprenant le comportement des sols expansifs et en maîtrisant les facteurs qui
pourraient influencer ce comportement.
Une étude bibliographique a été menée, pour recueillir le maximum d’informations qui
concerne le phénomène de gonflement des argiles, ainsi qu’une présentation de quelques
résultats bibliographiques sur les facteurs influencent le potentiel de gonflement.
En citant les différentes techniques de la stabilisation des argiles ainsi qu’ une
présentation de quelques résultats bibliographiques sur la stabilisation du gonflement. Ensuite,
une caractérisation des matériaux utilisés était effectuée à la base de l’étude bibliographique,
il s’agit des essais géotechniques mécaniques standards, en plus des chimiques. Cette étude a
été réalisée sur des sols provenant d’In-Aménas.
On conclu notre travail par une étude expérimentale portant sur l’effet de la chaux et
du ciment à différentes concentrations sur le taux et la pression du gonflement afin de déduire
une méthode pratique simple, économique et efficace de minimisé le phénomène de
gonflement.
Mots-clés : Stabilisation, sols gonflants, ciment, chaux, oedomètre.
Table des Matières
I
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES PHOTOS
INTRODUCTION……………………………………………………………………1
CHAPITRE I : Synthèse Bibliographique Sur Le Phénomène De Gonflement
I. 1. Introduction…………………………...…………………………………….......3
I.2. Argiles……………………………………………………………………........3
1. argiles plastiques.………………………………………….………..........3
2. argiles raides.…………………………………….………………...…......3
I.3. Structure élémentaire des minéraux argileux……………………………….....4
I.4. Structure moléculaire microscopique des argiles…………..…………………..5
I.4.1. La Kaolinite ……………………………………………………….....6
I.4.2. L'Illite ……………………………………………………………….....6
I.4.3. La Montmorillonite ……………………………………………….......7
I.5. Gonflement interfoliaire et interparticulaire……………………………...........8
I.6. Mécanismes de gonflement ………………………………………………….......8
I.7. Causes et conséquences du gonflement………………………………………....9
I.7.1. Causes du gonflement……………………………………………………….....9
I.7.2. Conséquences du gonflement………………………………………………....10
I.7.2.1. Cas des bâtiments……………………………………………………..10
I.7.2.2. Cas des voiries et réseaux divers……………...………………..........11
I.7.2.3. Cas des chaussées…………………………………………………......12
I.8. Nature et manifestation du phénomène …………………………………….....12
. I.8.1. Phénomène de retrait-gonflement n'affecte que les sols riches en minéraux
argileux gonflants"……………………………………………….………………….13
I.8.2. Elément intervenant au gonflement …………………………………......13
I.8.2.1. Hydrogéologie……………………………………………………....13
I.8.2.3. Topographie……………………………………………………….....13
I.8.2.4. Actions anthropiques……………………………………………......13
I.9. Mécanisme du retrait/gonflement …………………………………………......14
I.9.1. Désordres nombreux et coûteux pour la collectivité…..........................14
I.9.2. Techniques évitement les variations localisées d'humidité....................14
Table des Matières
II
I.9.3. Eloigner les plantations d'arbres………………………………….…...15
I.10. Conclusion ……………………………………………………………………..16
Chapitre II : Caractéristiques de la région d’In-Aménas
II.1. Situation……………………………………………………...………………...17
II.2. Contexte Géo-environnemental.…………………………………………..…..17
II.2.1 Géologie……………………………………………………………..…..17
II.2.2. Stratigraphie………………………………………………………......17
II.2.3. Climat…………………………………………………………….…....18
II.2.3.1. Précipitations……………………………………………………18
II.2.3.2. Températures…………………………………………………...18
II.2.3.3. Vents…………………………………………………………......19
II.2.3.4. Végétation……………………………………………………….19
II.2.3.5. Classification du climat………………………………………..19
II.3. Sol d’In-Aménas ……………………………………………………………...18
II.3.1. Minéralogie…………………………………………………………...18
II.4.Composition chimique des minéraux….…………………………………......20
II.5. Analyse des Eaux……………………………………………...……………....20
II.5.1. Eaux naturelles…………………………………………………...…..20
II.5.2. Eaux de rejet …………………………………………………………21
II.6. Diffueront problèmes dans la région d'In-Aménas ….……..……………..21
II.7. Conclusion…………………………………………………………………..23
Chapitre III : Techniques de constructions sur sol expansif
III.1. Introduction …………………………………….………………………....... 24
III.2. Fondations sur sol gonfle…………….……………………………..……….24
III.2.1. Semelles superficielles sur remblai…………………………….......24
III.2.2. Semelles superficielles sur remblai partiel et vide sanitaire……..25
III.2.3. Fondation profonde ……………………………………………....25
III.3.Techniques de stabilisation utilisées ………………………………………..26
III.4. Chaux………………………………………………………………….……..26
III.4.1. Différents types de chaux………………………………………… .29
1) Echange cationique ………………………………………….……..…..29
2) Floculation ………………………………………………………….....29
Table des Matières
III
3) Carbonatation……………………………………………………...........29
4) Réaction pouzzolanique ………………………………………….........29
III.4.2. Action de la chaux sur les argiles…………………………………...……30
III.5. But de la stabilisation ……………………………………………….….......30
III.6. Méthode d'utilisation de la chaux dans le traitement du sol ………….....32
III.6.1. Malaxage sur place ………………………………………….........32
III.6.2. Technique d'injection ……………………………………………...33
III.7. Traitement aux Ciments ……………………………………………………...33
III.7.1. Ciments ………………………………………………………..……34
III.7.2. Production du ciment par mouture /malaxage des constituants. 34
III.8. Conclusion………………………………………………………………...…….35
Chapitre IV : Méthodes Indirectes de Caractérisation
IV.1. Introduction:…………………………………………………………….....36
IV.2. Intervention sur site ……………………………………………………….36
IV.3. Méthodes indirectes de caractérisation…………………………………...37
IV.3.1. Analyse granulométrique ……………………………………….37
IV.3.1.1. Conduite de l'essai……………………………………………..38
IV.3.1.2. But…………………………………………………………..…. 39
IV.3.1.3. Principe d’essai de sédimentation…………………….…...... 39
IV.3.1.4. Calculs et Résultats …………………………...………….….38
IV.4. Limites d' Atterberg: ………………………………………………….… .41
IV.4.1. Activité des argiles ……………………………………………..41
IV.4.2. Indice de plasticité IP………………………………………….. 42
IV.4.3. Indice de consistance IC……………………………………………………….…... 43
IV.4.4. Limites d' Atterberg: NF P 94-051……………………………45
IV.4.4.1. Objectif ……………………………………………………….45
IV.4.4.2. Principe……………………………………………………...…45
IV.4.4.3. Appareil de Casagrande…………………………………..... 46
IV.4.4.4. Calculs et Résultats ………………………………………....47
Table des Matières
IV
IV.5. Essai au bleu de méthylène : NF P 94-068………………………………… 48
IV.5.1. Principe de l'essai ……………………….………………………...48
IV.5.2. Préparation de l'échantillon ………………………………… …48
IV.5.3. Classification des sols après essai……………………………… ...49
IV.5.4. Calculs et Résultats ………………………...……………………. .50
IV.6. Essai de cisaillement NF P 94-71 ………………………………………......51
IV.6.1. Matériel utilisé…………………………………………………….51
IV.6.2. Résistance au cisaillement…………………………………...…...52
IV.6.3. Calculs et Résultats ………………………...…………………...52
IV.7. Essai la densité NF P 94-064 …………………………………………….....52
IV.7.1. Objectif ………………………………………………………….53
IV.7.2. Préparation de l’essai…………………………………………...53
IV.8. Analyse chimique ………………………………………………...……..… .53
IV.8.1. Sulfates ………………………………………………...……. ..53
IV.8.2. Carbonates………………………………………………..…...54
IV.8.3. Chlorures…………………………………………………….....54
IV.8.4. Calculs et Résultats ……………………………………….....55
IV.9.Conclusion ……………………………………………………………..56
Chapitre V : Solution et Interprétation
V.1. Méthodes de Mesure du Potentiel de Gonflement…………………… 57
V.1.1. Méthode de MYSLIVEC ……………………………………..57
V.1.2. Méthode Chinoise . ……………………………………….......58
V.1.3. Méthode du C.E.B.T.P …………………………………...…..59
V.1.4. Méthode de FU HUA CHEN ………………………………...59
V.1.5. Méthode de HUDER et AMBERG ……………………...…..60
V.1.6. Méthode de FIRTH …………………………………………..60
V.1.7. Méthode du double oedomètre…………………………..…...61
V.2. Essai de gonflement a l’oedomètre NF P 94 -91 …………….……..….…..62
V.2.1. Définition……………………………………………...…........62
V.2.2. Préparation ..……………………………………....………....62
V.2.3. Calculs et Résultats ……………………………………........63
Table des Matières
V
a) Traitement à la chaux………………………......63
b) Traitement au ciment…………..…………….....63
V.4. Essai de gonflement à l’ oedomètre…….………………………………..63
V.4.1 Objectif…………………………………………………………...63
V.4.2. Principe ……………………………………………………….....63
V.4.3. Equipements nécessaires……………………………..…….…....63
V.4.4. Mode opératoire ……………………………………………......64
V.5. Interprétation des résultats :…………………………………......65
a) Traitement à la chaux …………...…….65
b) Traitement au ciment…………….….....65
V.6. Conclusion ………………………………….....................................80
IX
Liste des tableaux
Tableau I-1 Caractéristiques des argiles 07
Tableau II-1 Moyenne des précipitations mensuelles relevées à In-Aménas 18
Tableau II -2 Composition chimique des minéraux 20
Tableau II-3 Composition chimique des eaux 21
Tableau III-1 Avantages et inconvénients des techniques de stabilisation couramment
utilisées
31
Tableau IV-1 Activité des argiles 42
Tableau IV-2 Potentiel de gonflement fonction de l’activité 43
Tableau IV-3 Classification de l'argilité d'un sol selon l'indice de plasticité IP 44
Tableau IV-4 Limites d’Atterberg et indice de plasticité de certains minéraux argileux 44
Tableau IV-5 Etat du sol en fonction de l’indice de consistance 45
Tableau IV-6 Surface spécifique et C.E.C. de quelques minéraux argileux d'après MOREL 50
Tableau IV-7 Calculs et résultats de paramètre physique et chimique 55
Tableau IV-8 Calculs et résultats de paramètres mécaniques 55
Tableau V-1 ∆H max pour chaque palier 76
Tableau V-2 ∆H max pour chaque palier 76
Tableau V-3 ∆H max pour chaque palier 77
Tableau V-4 ∆H max pour chaque palier 77
Tableau V-5 ∆H moy pour chaque échantillon 78
Tableau V-6 ∆H moy pour chaque échantillon 78
Tableau V-7
Tableau V-8
∆H moy pour chaque échantillon
∆H moy pour chaque échantillon
78
79
Tableau V-9 Calculs et résultats du potentiel de gonflement et de pression de gonflement
79
X
Liste des photos Photo II-1 : Fissure dans les murs…………………………………………………………....21
Photo II-2 : Fissure diagonales………………………………………………………………22
Photo II-3 : Cisaillement à niveau des nœuds……………………………………………….22
Photo II-4 : Fissures dans les murs au niveau de la fenêtre.………………………………...23
Photo à l’ annexe I
Photo A : Fissure dans les murs et retrait –gonflement dans les trottoirs…………………..…1
Photo B : Dégradation des Chaussées………………..………………………………………..2
Photo C : Gonflement –retrait la poutre et murs………………………………………………3
Photo D : Fissures diagonales dans les murs et retrait –gonflement dans le mur et les
trottoirs…………………………………………………………………………………………4
VI
Liste des figures
Figure I-1
Structure élémentaire Tétraédrique
04
Figure I- 2 Structure élémentaire octaédrique 05
Figure I-3 Structure particulaire de la Kaolinite 06
Figure I- 4 Structure particulaire de l'Illite 06
Figure I-5 Structure particulaire de la Montmorillonite 07
Figure I-6 Photographies au microscope électronique a balayage des argiles 08
Figure I-7 Formes et directions de fissuration 11
Figure I-8 Formes de dégâts sur des bâtiments reposant sur des terrains gonflants 11
Figure I-9 Dégradation de Chaussée 12
Figure I-10 Risque a pendre en compte lors de la construction 14
Figure I-11 Techniques de préventions de gonflement du sol 15
Figure I-12 Eloigner les plantations d'arbres 16
Figure III-1 Semelle superficielle sur remblai 24
Figure III-2 Semelle superficielle sur remblai partiel + vide sanitaire 25
Figure III-3 Fondation profonde 26
Figure III-4 Traitement par malaxage 32
Figure III-5 Technique par injection 33
Figure IV-1 Plan de situation et prise d’échantillon à In Amenas 37
Figure IV-2 Essai granulométrique 38
Figure IV-3 Diagramme semi logarithmique par granulométrique 39
Figure IV-5 Appareil agitateur et solution 40
Figure IV-6 Essai de sédimentation 40
Figure IV-7 Courbe granulométrique 41
Figure IV-8 Diagramme de classification du potentiel de gonflement 43
Figure IV -9 Limite de liquidité 46
Figure IV-10 Limite de plasticité 46
Figure IV-11 Appareil de Casagrande 47
Figure IV-12 Préparation de l’échantillon 47
Figure IV-13 Abaque de Casagrande 48
VII
Figure IV-14 Essai au bleu de méthylène 49
Figure IV-15 Structure minéralogique de l’argile d’In Amenas 51
Figure IV-16 Appareil de cisaillement et préparation de l’échantillon 52
Figure IV-17 Essai d’analyse chimique aux sulfates 54
Figure IV-18 Essai d’analyse chimique aux carbonates 54
Figure IV-19 Appareil à mesure PH 55
Figure V -1 Détermination de la pression de gonflement selon la méthode de MYSLIVEC. 57
Figure V-2 Détermination de la pression de gonflement selon la méthode Chinoise 58
Figure V-3 Détermination de la pression de gonflement selon la méthode C.E.B.T.P. 58
Figure V- 4 Détermination de la pression de gonflement selon CHEN 59
Figure V-5 Détermination de la pression de gonflement selon la méthode de
HUDER et AMBERG.
59
Figure V-6 Détermination de la pression de gonflement selon la méthode de FIRTH 61
Figure V-7 Détermination de la pression de gonflement selon la méthode du double
oedomètre
61
Figure V-8 Appareil Oedomètrique 62
Figure V-9 Gonflement en fonction du temps (sol naturel) 65
Figure V-10 Gonflement en fonction du temps (2% Chaux) 66
Figure V-11 Gonflement en fonction du temps (4% Chaux) 66
Figure V-12 Gonflement en fonction du temps (1% Ciment) 67
Figure V-13 Gonflement en fonction du temps (échantillon 1) 67
Figure V-14 Tassement en fonction du temps (échantillon 2) 68
Figure V-15 Tassement en fonction du temps (échantillon 3) 68
Figure V-16 Tassement en fonction du temps (échantillon 4) 69
Figure V-17 Tassement en fonction du temps (échantillon5) 69
Figure V-18 Tassement en fonction du temps (échantillon 6) 70
Figure V-19 Tassement en fonction du temps (échantillon 7) 71
Figure V-20 Tassement en fonction du temps (échantillon 8) 71
Figure V-21 Tassement en fonction du temps (échantillon 9) 72
Figure V-22 Tassement en fonction du temps (échantillon 10) 72
Figure V-23 Tassement en fonction du temps (échantillon 11) 73
Figure V-24 Tassement en fonction du temps (échantillon 12) 73
VIII
Figure V-25 Courbe de ∆h (mm) fonction de σ(kPa) sol naturel 70
Figure V-26 Courbe de ∆h (mm) fonction de σ(kPa) 2 %Chaux 70
Figure V-27 Courbe de ∆h (mm) fonction de σ(kPa) 4 % Chaux 71
Figure V-28 Courbe de ∆h (mm) par fonction de σ(kPa) 1%Ciment 71
1
Introduction Générale
Le terme "sol" est utilisé en génie civil pour désigner un matériau constitue d'un
agrégat naturel de particules minérales de dimensions comprises dans des limites prédéfinies.
Les sols argileux sont constitués de minéraux varient dont l’affinité à l’eau dépend de
plusieurs paramètres, entre autre la structure minéralogique. Certains sols comportent une
proportion de particules argileuses telles que les Illites et les Smectites, etc. Quand ils sont
humidifiés à partir d'un état sec, ils subissent des gonflements dus d’une part, à l'absorption
des molécules d'eau sur la surface extérieure des particules et d’autre part, à la pénétration des
molécules d'eau entre les feuillets dont, l'empilement constitue les particules d'argile. Ce
gonflement des argiles dépend des conditions de l'état de compacité du sol et des conditions
hydriques. Inversement, si la quantité d'eau diminue dans le sol, il subit une diminution de
volume relativement importante. Ceci provoque en particulier le développement d'un réseau
de fissures dû au retrait/gonflement en surface.
Ces phénomènes de gonflement et de retrait sont à l'origine de nombreux désordres
tant pour les constructions en surface (bâtiments, ouvrages de soutènement, remblais) que
pour les ouvrages enterrés (tunnels, pieux).
Le gonflement est un problème complexe qui touche plusieurs pays tels que l'Afrique
du sud, l'Algérie, l'Arabie Saoudite.
En Algérie, plusieurs cas de désordres très préjudiciables, sont liés au gonflement. On
cite à titre d'exemple, l'hôpital de Batna et la raffinerie d’In-Amenas. Ce dernier est un
exemple frappant puisqu’ il concerne des ouvrages pétroliers déplacés à un autre endroit, et
ceci peut se répercuté sur l'économie. L'expérience vécue à In-Aménas est singulière et est
assez instructive pour mériter d'être portée à l'attention des ingénieurs et spécialistes du
métier.
Plusieurs techniques de construction, de stabilisation et de confortement, ont été
utilisées dans le domaine de génie civil afin de résoudre les problèmes vécus. Les solutions
salines, l'ajout de sable et les traitements par liants hydrauliques (chaux, ciment, cendres
volantes, …) les traitements organiques (huiles, goudrons, bitumes, résines naturelles,
polymères, …) et les techniques préventives sont les techniques les plus utilisées.
La présente étude est une contribution de stabiliser les sols de la région d’In-Aménas
en utilisant un traitement hydraulique par l’ajout de pourcentage de chaux et de ciment.
La chaux et le ciment sont réputés pour leur pouvoir stabilisateur des sols. La muraille
de chine comporte des indices d'utilisation de la chaux. Dans un sol expansif, l'ajout de 2% à
8% de chaux ou de ciment diminue visiblement son potentiel de soflement (Chen, 1988).
2
La présente étude consiste à caractériser le sol, d’identifier le potentiel de gonflement
et de stabiliser le sol par ajout des pourcentages de chaux et de ciment afin de bénéficier de
leurs efficacités sur le sol d’In-Aménas.
Cette étude est menée par les chapitres suivants :
• Le premier chapitre est une introduction et recherche bibliographique. Cette dernière
permet une reconnaissance du phénomène de gonflement des sols et le recensement de
solutions existantes. Un examen analytique de chaque technique est présenté.
• Dans le deuxième chapitre, la région d’In-Aménas est identifiée selon les aspects
géographiques, climatiques, géologiques et géotechniques.
• Le troisième chapitre
• Le quatrième chapitre présente les définitions et les modes opératoires des essais
d'identifications réalisés et de caractérisation des argiles de la région d'étude. Les
résultats d’essai réalisés dans le laboratoire et l'estimation et la classification du
potentiel du gonflement.
• La stabilisation de sol gonflant par traitement hydraulique (chaux et ciment) est
expliquée dans le cinquième chapitre.
• Les essais oedométriques de mesure et de stabilisation du gonflement de sol par ajout
de chaux et de ciment sont expliqués. Les résultats des essais sont discutés et
interprétés afin de critiquer la faisabilité et l’adéquation de cette technique de
stabilisation sur les sols d’In-Aménas.
Enfin, une conclusion générale qui résume les intérêts de l’étude et présente les
recommandations essentielles tirées de cette étude.
Chapitre II : Caractéristiques de la région d’In-Aménas
17
Caractéristiques De La Région D’In-Amenas
II.1. Situation
La région d'In-Aménas est située à 1600 km au sud-est de la capitale Alger. Elle est
repérée par les latitudes 28-05 Nord et longitudes 09-63 Est. La région se trouve à une altitude
de 561 mètres et se caractérise par une morphologie plutôt aplatie avec absence quasi-totale
de drainages naturels superficiels.
II.2. Contexte Géo-environnementale
II.2.1 Géologie
Les données géologiques locales montrent que la formation principale rencontrée dans
la région appartient à la série des argiles triasiques; région qui renferme les plus importants
gisements pétroliers du Sahara. Des sondages pétroliers ont montré que cette formation
d'argile a une puissance supérieure à 180 m et surmonte la formation carbonifère.
Les multiples études de sols réalisées dans la région ont révélé la présence d'un sol
composé essentiellement d'argile rouge bariolée (mauve, jaune, vert et bleu), très compacte,
couverte en surface par une couche altère. Cette couche d'altération est le produit de l'action
conjuguée du soleil, de la pluie et des vents de sable. Ces phénomènes thermoclastiques sont à
la base des fractures subverticales replies de sable existant dans le sous-sol. Le vent apporte
du sable qui est entraîne par les faibles pluies dans les fissures qu'il colmate.
II.2.2. Stratigraphie
De nombreuses études de sol ont été effectuées sur les sols d'In-Aménas pour le compte
de compagnies nationales implantées dans la région. Ces études ont été réalisées par des
laboratoires nationaux et étrangers dans le cadre de conception d'ouvrages ou dans le cadre
d'expertises. La synthèse de ces études montre que les argiles de la région se présentent
suivant une stratigraphie assez régulière et globalement homogène selon à de 5 couches :
- Une couverture sableuse ou couche d'altération de quelques centimètres à quelques
décimètres par endroits.
- Un horizon supérieur constitué de matériau limono- argileux de couleur rougeâtre
(ARG.2.) Cet horizon épais de 1.5 m en moyenne contient des mud-cracks. Par endroits
ce matériau présente une couleur violette (ARG.3). L'homogénéité de cet horizon en
Chapitre II : Caractéristiques de la région d’In-Aménas
18
plan est interrompue seulement par de légères variations latérales. Il se présente par
endroits plus riches en altérations jaunâtres et en argile.
- Un horizon argileux compact presque dépourvu de fractions sableuses. Cet horizon de
couleur rougeâtre est légèrement plus sombre que la couche supérieure. Dans les
tranchées, ce matériau se présente en petits blocs compacts séparés les uns des autres par
de nombreuses fractures dans les faces.
- sont ondulées et polies, ce qui témoigne de la grande sur consolidation de cette argile
(ARG1). On trouve dans cet horizon de la litho types bariolés de vert clair parfois
argileux parfois sableux se présentant sous forme de lentilles éparpillées ou en noyaux
concentrés ou en étages discontinus.
- Un étage argileux verdâtre relativement mince qui apparaît dans les tranchées à une
profondeur de 3 à 4 mètres pas toujours bien délimité aux bords (ARG.4.).
- Un horizon inférieur constitué d'argile limono- sableuse rougeâtre identique à l'horizon
argileux compact mais visiblement moins compact et plus fracturé.
II.2.3. Climat
Le climat de la région d'In-Aménas se caractérise par une longue saison estivale sèche
et chaude, et une saison hivernale douce et plus ou moins pluvieuse. La valeur des
précipitations est très faible et est variable d'année en année au point de vue quantité et
répartition.
II.2. 3.1. Précipitations
La moyenne des précipitations annuelles déterminée par la station d'In-Aménas pour
la période 1975-1984 est de 29 mm/an. Dans cette région la notion de moyenne ne reflète
guère la réalité à cause de la très grande variabilité de la quantité de pluie (Tableau II-1).
Les pluies tombent pendant 14 jours en moyenne pendant la période hivernale.
Tableau II-1 : Moyenne des précipitations mensuelles relevées à In-Aménas (1975-1984).
Dec Nov Oct Sept Aout Juil Juin Mai Avr Mar Fev Jan Mois
4.4 3.1 3.8 1.9 0.0 0.0 3.2 3.4 0.1 4.5 2.6 1.9 Précipitations (mm)
II.2.3.2. Températures
Les températures moyennes sont comprises entre 10 °C et 32 °C. La grande différence
entre les températures moyennes de l'été et celles de l'hiver montre l'importance de la chaleur
estivale.
Chapitre II : Caractéristiques de la région d’In-Aménas
19
II.2.3.3. Vents
Dans les régions arides, les vents jouent un rôle primordial dans la formation des
reliefs, dans la dégradation de la végétation des sols (Halitim, 1984). Les vents au sud sont
généralement secs et froids en hiver et deviennent chauds et desséchants en été (Sirocco).
On estime que le Sirocco sévit pendant environ 15 jours/an créant des vents de sable.
Les vents font baisser le degré d’humidité jusqu’à 2%.
II.2.3.4. Végétation
La végétation de région est très éparse et est de nature basse. Elle est constituée de
groupements végétaux, du type steppique, azonaux et de peu d'espèces.
II.2.3.5. Classification du climat
Afin de synthétiser les données météorologiques ci-dessus présentées, on utilise les
indices climatiques suivants :
- L'indice xérothermique : Il représente le nombre de jours biologiquement secs au cours
de la période sèche. Il est calcule en retranchant du nombre de jours de la période sèche,
le nombre de jours pluvieux ou supposés humides.
- L'indice d'aridité de De Martonnet (1923), est donné par la relation :
10T
P I a +
=
Dans laquelle
P : est la pluviométrie annuelle en millimètres.
T : est la température annuelle moyenne en (°C).
- Indice d'aridité (Ia ) = 0,82
- Indice xérothermique (Ix) = 365-14 =351
Les sondages géotechniques, effectués à différents endroits de la région, jusqu'à une
profondeur de 20 m n'ont pas mis en évidence la présence d'une nappe phréatique. Cependant,
la ville d'In-Aménas est alimentée en eau potable à partir d'une source qui se trouve à 50
kilomètres de la ville. Les puits forés dans la région d'In-Aménas, à des profondeurs de 180 à
250 mètres, ont mis en évidence la présence d'une nappe souterraine profonde du type albien.
Chapitre II : Caractéristiques de la région d’In-Aménas
20
II.4. Sols d’In-Aménas
II.4.1. Minéralogie
Les analyses par diffraction aux rayons X de 3 échantillons ont révélé que ces argiles
sont à prédominance de kaolinite avec présence, en moindre importance d'interstratifiés
"illite-vermiculite" et de silice cristallisée en minéraux associés. (Derriche Z et al. 2002).
II.5. Composition Chimique des Minéraux
Plusieurs échantillons d'argile font l'objet d'une analyse chimique. Les résultats de ces
analyses (Tableau 2) font ressortir la forte proportion de silice (>50%) comparée à celle de
l'alumine (<20%). Ces proportions donnent aux échantillons de testé des rapports silice-
alumine (Al2O3) et silice-sesquioxydes comparables à ceux des sméctites (Caillère et al,
1988). Ce résultat semble indiquer la présence, en proportion non négligeable, des minérales
argiles d'In-Aménas. On peut grossièrement estimer la proportion 'illite présente dans les sols
d'In-Aménas à 10% à 40 %. Cela en considérant qu'une illite pure pourrait contenir de 9 % à
10 % de potasse.
D'autre part la forte proportion enregistrée pour la silice souligne, comme il a été noté
lors des analyses minéralogiques, la présence de silice en minéraux associés.
Tableau II -2 : Composition chimique des minéraux.
SiO2 Al 2O3 Fe2O CaO Fe2O3 MgO Na2O K2O TiO2 MnO H2O SO3 SiO2/ALO2 ARG1 69 12.69 - 0.57 5.69 - 0.67 1.8 - - 6.81 - 9.21
ARG2 56.3 15.12 - 1.54 8.32 - 0.66 2.8 - - 9.88 - 6.81
ARG3 58.7 19.32 - 1.23 7.0 - 0.65 1.3 - - 9.5 - 5.15
ARG4 56.2 20.44 - 1.53 4.81 - 0.67 2.4 - - 10.8 - 4.66
II.6. Analyse des Eaux
II.6.1. Eaux naturelles
Une analyse de l'eau provenant du puits de la raffinerie a donné les résultats consignés
dans le tableau (II-3). On remarque, d'après ces résultats que les eaux de la nappe sont
fortement minéralisées puisqu'on y trouve plus de 1600 milligrammes de sels par litre d'eau.
On peut conclure par conséquent que les nappes de la région présentent un faciès chimique
généralement chloruré sodique. Ce qui pourrait que les sols de région soit des sols salins à
complexe sodique.
Chapitre II : Caractéristiques de la région d’In-Aménas
21
Tableau II-3 : Composition chimique des eaux.
Eléments Fe2+ Ca2+ Mg2+ CO32- HCO3
- SO42- Ba2+ Cl- Na+ P3- K +
Eaux brutes (mg/l)
8.84 180 129.6 0 207.4 Trace 0 519.5 585 - -
Eaux de rejet (mg/l)
- 4.9 5 - - - - - 4800 18 50.5
II.6.2. Eaux de rejet
Parce que les eaux de rejet de l'usine de raffinage représentent la quasi- totalité des
eaux d'infiltration du complexe, la composition chimique de ces eaux est analysée (Tableau
II-3). Il ressort des résultats trouvés que lors des traitements que subit l'eau brute dans les
utilités il se produit dans l'eau une réduction des cations bivalents contre une augmentation
considérable des cations monovalents en l'occurrence le sodium et l'apparition de nouveaux
ions; le potassium et le phosphore (élément dispersant) avec en même temps une
augmentation nette de la quantité de sels dissous (près de 5000 milligrammes/litre).
II.7. Différents problèmes dans la région d'In-Aménas
Le problème principal da la région d'In-Aménas est le gonflement/retrait qui cause des
fissures apparaissant clairement sur les constructions et sur les routes. Ces fissures
occasionnent des ouvertures dans les fenêtrer et les porte et elles se propagent dans la
maçonnerie et la structure de l’ouvrage.
Photo (II-1) : Fissure sur les murs (Zenkhri ,2010).
Chapitre II : Caractéristiques de la région d’In-Aménas
22
Photo (II-2) : Fissures diagonales (Derriche Z et al. ).
Photo (II-3) Cisaillement au niveau des nœuds (Derriche Z et al. ).
Chapitre II : Caractéristiques de la région d’In-Aménas
23
II.8. Conclusion
Les conditions environnementales de la région d’In-Aménas causent l’affinité du sol à
l’eau. Ceci favorise dans un sol argileux en présence d’eau le gonflement de celui-ci.
Plusieurs types d’argiles existe dans les la région d’In-Aménas. Ces sols occasionnent des
désordres dans les ouvrages de génie civil. Les photos présentées ci-dessus montrent les
dégradations que subissent les bâtiments. De ce fait, il est nécessaire de trouver un remède
afin de minimiser et de conforter les structures civiles construites sur ce type de sol à In-
Aménas.
Photo (II –4) : Fissures dans les mures au niveau de la fenêtre (Derriche Z et al.).
CHAPITRE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LE PHENO MENE DE GONFLEMENT DU SOL
2010/2011 3
Revue Bibliographique Sur Le Phénomène De Gonflement Du Sol
I. 1. Introduction
Le gonflement de certains sols ou de certaines roches sédimentaires constitue un
phénomène très important en géotechnique car il est à l’origine de nombreux dommages pour
les ouvrages en surface et souterrains. Ce phénomène prépondérant dans les matériaux
argileux, dépend des caractéristiques minéralogiques de l’argile en question. Il s’amorce
lorsque le matériau est mis en contact avec l'humidité.
Le gonflement est généralement accompagné d'un changement des caractéristiques
mécaniques et physico-chimiques du sol, ce qui peut avoir une influence sur la durée de vie de
l'ouvrage. Les conséquences du gonflement sont nombreuses et dépendent principalement du
type d'ouvrage, technique de construction et potentiel de gonflement.
Les ouvrages sont sujets au gonflement principalement dans la structure et la
maçonnerie du bâtiment. Parmi ces derniers, Les maisons individuelles, construites sans
mesures de précaution de construction sur ce type de sol, sont sujettes à des dégradations et
des fissures au niveau des poteaux, des murs de remplissage et des fondations (radier, semelle
superficielle, ou filante et les pieux).
Les dommages touchent aussi les réseaux de drainage qui peuvent, par exemple, subir
des inversions de pente provoquant le débordement des drains alimentant ainsi le phénomène
de gonflement (Mouroux et al., 1988).
Le présent chapitre est une synthèse bibliographique qui tend à explique le
phénomène du gonflement du sol.
I.2. Les argiles
Les argiles sont des sols très sensibles à d'eau. Elles sont à l'origine de nombreux
désordres dans les constructions. Elles peuvent être classées en deux grandes catégories :
1. argiles plastiques : indurés et très déformables.
2. argiles raides : indurées et présentent un comportement plus fragile que de la limite
d'élasticité. Ceci à cause de la présence des carbonates et du quart microscopique.
Les argiles sont formées par l'assemblage de particules de taille inférieure à 2 µm
chargées négativement comme la Smectite, l'Illite et la Kaolinite. La présence de tels
minéraux rend l'argile fortement sensibilité aux molécules polaires d'eau. Cette sensibilité se
CHAPITRE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LE PHENO MENE DE GONFLEMENT DU SOL
2010/2011 4
traduit par le gonflement et/ou le retrait du sol. C'est la variation de la teneur en eau qui est le
facteur déclenchant des variations de volume. Une augmentation de la teneur en eau entraîne
le phénomène de gonflement tandis que sa diminution induit le phénomène de retrait. La
variation du volume des argiles est fortement influencée par les facteurs microscopiques et
macroscopiques. A l'échelle microscopique, ces facteurs sont complexes et dépendent
principalement des propriétés minéralogiques des matériaux argileux et des propriétés
chimiques du fluide hydratant. A l'échelle macroscopique, ils dépendent des liaisonnes
électriques entre les particules.
I.3. Structure élémentaire des minéraux argileux
Tous les minéraux argileux sont composés par l’assemblage, en réseau cristallin, d’eau
(H2O), de silice, sous forme de silicates (SiO3) et d’aluminium, sous forme d’alumine
(Al 2O3). Leur structure élémentaire, appelée feuillet, est constituée d’un arrangement de deux
cristaux de base : silicates et alumines. Chaque minéral argileux est composé d’un
empilement de feuillets (Tarek Kormi 2003).
Ce dernier a un nombre variable de couches pouvant être regroupées en deux types :
1- Le tétraèdre de silice SiO4 (Te)��: 4 atomes d’oxygène disposés au sommet d'un tétraèdre
régulier enserrent un atome de silicium. Les tétraèdres se combinent entre eux pour former
des couches planes dites couches tétraédriques (Freeah 2006) (Fig. I-1).
(a) Unité tétraédrique (b) Edifice tétraèdre avec arrangement a cœur de silicium hexagonal disposé
Figure (I-1) : Structure Elémentaire Tétraédrique (Freeah 2006).
CHAPITRE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LE PHENO MENE DE GONFLEMENT DU SOL
2010/2011 5
2- L’octaèdre d'alumine Al2(OH)6 et éventuellement de magnésium Mg3(OH)6 (Oc):
6 ions hydroxydes enserrent un atome d’aluminium ou de magnésium. Les octaèdres se
combinent également pour former des couches planes dites couches octaédriques
a) Unité octaédrique b) Structure en couche à base d'octaèdre de Brucite Mg (OH) 2 ou de Gibbsite Al (OH) 3 Figure (I- 2) : Structure Elémentaire Octaédrique (Freeah 2006).
I.4. Structure moléculaire microscopique des argiles
Le feuillet élémentaire se compose d'un empilement de 2 ou 3 unités de base. Les liens
covalents et les liaisons ioniques assurent l'assemblage des feuillets élémentaires.
Les forces de liaison entre feuillets sont principalement
-les forces d'attraction moléculaires de qui sont des liaisons faibles
-les liaisons hydrogène qui apparaissent avec des atomes fortement électronégatifs, comme
l'oxygène.
- les substitutions isomorphes qui consistent en le remplacement de certains cations
constitutifs du réseau cristallin par d'autres de moindre valence. Ce dernier phénomène crée
des déficits de charge qui affaiblissent les forces ioniques de liaison entre les feuillets
(remplacement d'un ion Si4+ par in ion Al3+ dans la couche octaédrique d'aluminium.
Les particules sont donc soumises à un ensemble de forces d'attraction et de répulsion
qui varient avec la teneur en eau et dépendent des substitutions isomorphes. Malgré la
simplicité apparente de la structure des argiles, on en coupte un grand nombre d'espèces, qui
se distinguent par les défauts liés aux substitutions isomorphes au moment de la formation.
Trois types d'argile sont couramment rencontrés : la Kaolinite, l'Illite et la Montmorillonite
(Freeah 2006).
CHAPITRE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LE PHENO MENE DE GONFLEMENT DU SOL
2010/2011 6
I.4.1. La Kaolinite : (Si4O10) Al4 (OH) 8
Le feuillet élémentaire est compose d'une couche de silice et d'une couche d'alumine.
Entre différents feuillets de kaolinite, le contact se fait entre un plan contenant les ions
hydroxyles. OH- de l'octaèdre, et celui contenant les ions d'oxygène O2- du tétraèdre. Dans ce
cas, les liaisons interfolieras résultent de l'effet compose de liaisons hydrogène et de forces de
Van Der Waals, ce qui se traduit par un lien assez fort. Ainsi une particule de kaolinite sera
constituée, par exemple, de quelques centaines de feuillets et pourra avoir une épaisseur de
quelques dizaines de micromètres. Ces particules sont stables et leur structure élémentaire
n'est pas affectée par la présence d'eau (Fig. I-3)
Figure (I-3) : Structure Particulaire de la Kaolinite, (Mouroux et al., 1987) (Freeah 2006).
I.4.2. L'Illite : (K, H2O)2 Si8 (Al,Fe,Mg)4,6 O20 (OH)4 : Le feuillet élémentaire est
composé d'une couche d'alumine comprise entre deux couches de silice. Dans les couches de
silice, un ion Si4+ sur quatre est remplace par un ion Al3+ .La charge qui en résulte est
compensée par les ions potassium K+ qui assurent des liaisons assez fortes entre les feuillets.
La particule d'Illite comportera, par exemple, une dizaine de feuillets et pourra avoir une
épaisseur de quelques centièmes de micromètres. L'espace créé à l'intérieur du feuillet de
silice est occupé par un ion K+ qui, par sa présence, induit un lien fort entre les couches
(Freeah 2006) (Fig. I-4).
Figure (I- 4) : Structure Particulaire de L'Illite, (Mouroux et al., 1987) (Freeah 2006).
CHAPITRE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LE PHENO MENE DE GONFLEMENT DU SOL
2010/2011 7
I.4.3. La Montmorillonite : (OH)4 Si8 (Al 3+10/3 ,Mg2/3) O20, n H2O (6)
Le feuillet élémentaire est composé, comme pour l'Illite, d'une couche d'alumine comprise
entre deux couches de silice. Un ion Al3+ est remplacé par un ion Mg2+ dans les couches
d'alumine (Fig. I-5). Le déficit de charge qui en résulte est compensé par des ions Ca2+
(montmorillonite calcique) ou par des ions Na+ (montmorillonite sodique). La valence des
ions sodium étant plus faible que celles des ions calcium. C’est la montmorillonite sodique
qui aura la plus grande surface spécifique et la plus grande C.E.C .Les liaisons entre feuillets
étant très faibles, ces argiles sont très sensibles à la teneur en eau et ont un fort potentiel de
gonflement. L'épaisseur d'une particule de montmorillonite peut- être très faible puisque,
contrairement à autres argiles, on peut isoler un feuillet élémentaire. La montmorillonite fait
partie de la famille plus générale des smectites définies comme argiles gonflantes.
Figure (I-5) : Structure Particulaire de la Montmorillonite, (Mouroux et al., 1987) (Freeah 2006).
Les caractéristiques de ces argiles sont résumées dans le tableau 1-1.
Tableau (I.1) : Caractéristiques des argiles (Bultel, 2001).
Nom Nombre de feuillets par particule
Diamètre d'une articule )( mµ
Epaisseur d'une particule )( mµ
Surface Spécifique en m2/g
C.E.C. en meq/100g
Kaolinite 100-200 0,1-4 1-10 10-20 3-15 Illite 1-10 0,1-1 0,003-0,01 65-100 10-40 Montmorillonite (smectite)
1 0,1 0,001 700-840 80-150
CHAPITRE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LE PHENO MENE DE GONFLEMENT DU SOL
2010/2011 8
La figure I-6 : présente des images de ces argiles prises au microscope électronique à
balayage.
Kaolinite Illite Montmorillonite
Figure (I-6) : Photographies au Microscope Electronique à Balayage des Argiles, (Mitchell,
1976).
I.5. Gonflement interfoliaire et interparticulaire
L'analyse minéralogique précédente montre que certaines argiles, pour lesquelles les
liaisons foliaires sont très faibles, ont la propriété de fixer les molécules d'eau entre deux
feuillets voisins. C’est le cas des smectites telles que la montmorillonite, et des chlorites.
L'eau pénètre à l’intérieur des particules et s’organise en couches monomoléculaires. Il s’agit
alors d'un gonflement interfoliaire (Didier, 1972). Il intervient à l'échelle la plus petite de la
structure argileuse mais peut présenter une ampleur très importante.
En dehors de ce cas particulier, qui définit les argiles dites "gonflantes", le gonflement
est interparticulier. C’est-à- dire que l'eau ne pénètre pas à l'intérieur des feuillés d'argiles.
Elle agit sur les particules solides. C’est le gonflement interparticulaire. Celui-ci a une
ampleur assez limitée, mais affecte toutes les types d’argiles.
I.6. Mécanismes de gonflement
Les matériaux susceptibles de gonfler sous l'action de l'eau sont les sols argileux
naturels, les marnes, les roches argileuses et les roches composées d'anhydrite. Le processus
de gonflement du taux d’absorption de l’eau. Il met en jeu séparément ou de façon combinée
des phénomènes physico-chimiques et mécaniques variés. Il dépend aussi de la texture du
matériau. C’est-à-dire de l'organisation des plaquettes entre elles. (Freeah 2006).
CHAPITRE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LE PHENO MENE DE GONFLEMENT DU SOL
2010/2011 9
I.7. Causes et conséquences du gonflement
Les argiles gonflantes se trouvent dans des régions arides ou semi-arides et dans des
zones tempérées. Ces sols sont toujours dans un état sec ou très peu humide du fait de la
position de la nappe phréatique. Dans certaines régions on assiste à deux saisons bien
distinctes, l’une pluvieuse et l’autre sèche. En période sèche le matériau se fissure et présente
des polyèdres (Freeah 2006).
Dans de nombreux pays du monde, le gonflement est à l’origine de fréquents
désordres des ouvrages légers. Aux Etats-Unis d’Amérique les dommages provoqués par le
gonflement des sols présentent un coût supérieur à celui de toutes les catastrophes naturelles.
En Algérie l’urbanisation de certains quartiers des villes et la construction des routes se
heurtent aux problèmes que pose le phénomène de gonflement.
I.7.1. Causes du gonflement
Pour que le gonflement d’un sol se produise, il faut que des «minéraux expansifs»
puissent entrer en contact avec de l’eau. En effet toutes les observations ayant portées sur les
conséquences présumées du gonflement d’un sol, qu’il s’agisse de la construction de tunnels,
d’habitats ou de voiries, ont abouti à la formation de cette équation
« Minéraux expansifs + eau = gonflement »
Quand un ouvrage est mis en contact avec des terrains expansifs, les désordres qui
peuvent l’affecter ou après sa construction et qui sont attribués au caractère gonflant des
terrains encaissants résultent d’un changement de teneur eu eau de ces terrains et trouvent
généralement leur origine dans l’une ou l’autre des causes suivantes :
• L'ouvrage est construit dans une région à saison constatées (saison sèche- saison
humide, en région tropicale par exemple).
• La méthode d’exécution ou de confortement de l’ouvrage utilisant l’eau (Robert et
Fabre, 1987)
• Lors des travaux de construction d’un tunnel par exemple, la ventilation est supprimée,
ce qui a pour effet d’augmenter la teneur en eau de l’air ambiant (Robert et Fabre,
1987).
• Des canalisations sont rompues ce qui fait que l’eau s’infiltre dans les terrains
gonflants.
• La construction d’un ouvrage proche perturbe l’écoulement des eaux souterraines.
CHAPITRE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LE PHENO MENE DE GONFLEMENT DU SOL
2010/2011 10
• Des travaux de drainage contribuent au retrait des sols gonflants.
• Des mesures d’imperméabilisation ne sont pas prises, ce qui contribue à rendre les
terrains sensibles aux variations saisonnières (alternance saison sèche -saison humide).
L’évacuation ou l’évaporation de l’eau contenue dans les sols gonflants est brusquement
empêchée alors que les apports d’eau à ses sols ne sont pas limités, ce qui a pour effet
d’augmenter leur teneur en eau (ex : la construction d’un bâtiment supprime l’évacuation de
l’eau contenue dans un sol de fondation) (Freeah 2006).
I.7.2. Conséquences du gonflement
Les désordres provoques par le gonflement affectent généralement les constructions
apportant de faible contrainte sur le sol support. La pathologie dépend du type d’ouvrage.
Nous ne traiterons ici que le cas des bâtiments légers, des chaussées et des tavaux souterrains.
I.7.2.1. Cas des bâtiments
Les bâtiments, et particulièrement les maisons individuelles construits sans
précautions sur sols gonflants, présentent souvent des figures de dégradation telles que
fissures des murs porteurs, voire des murs de remplissage, bombement de l’éventuel radié…
qui conduisent parfois à l’instabilité générale du bâtiment par rupture ou déboisement de ses
éléments porteurs.
Ces désordres résultent du caractère différentiel que prennent les mouvements du sol
de fondation (terrassement ou gonflement) sollicitant la structure en flexion ou en cisaillement
(Fig. I-7). Ces différences relatives de mouvement proviennent par ailleurs de l’hétérogénéité
des sols de fondation, de celle des forces appliquées par la structure sur le sol, ainsi que des
perturbations hydriques que le bâtiment peut engendrer (Mouroux et al. ,1987). Les dégâts
causés aux structures des bâtiments reposant sur des sols gonflants aux U.S.A (1976) ont été
chiffrés à environ 2.25 milliards de dollars. La figure (I-7) illustre différent type de dégâts
causés à un bâtiment qui repose sur un sol sujet au gonflement ou au retrait. (Freeah 2006).
CHAPITRE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LE PHENO MENE DE GONFLEMENT DU SOL
2010/2011 11
Figure (I-7) : Formes et Directions de Fissuration, (Mouroux et al, 1988).
Figure (I-8) : Formes de Dégâts Sur des Bâtiments Reposant Sur des Terrains Gonflants,
(Mouroux et al, 1988).
I.7.2.2 Cas des voiries et réseaux divers
Les dommages touchent également les voiries et réseaux divers. Les réseaux de drainage
peuvent par exemple subir des inversions de pente qui provoquent le débordement des drains
alimentant de cette façon le phénomène de gonflement, ( Mouroux et al., 1988).
CHAPITRE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LE PHENO MENE DE GONFLEMENT DU SOL
2010/2011 12
Les routes non conçues pour les sols gonflants peuvent facilement être détruites par
enchaînement des phénomènes d’évaporation de l’eau, de retrait des sols, de fissuration
d’infiltration de l’eau a travers les fissures, puis de gonflement plus en profondeur.…
I.7.2.3. Cas des chaussées
Le gonflement peut provoquer des désordres importants à la structure de la chaussée.
Ce phénomène est causé par des variations de teneur en eau du sous sol .d’après Jennings
(1962) il peut être attribue au climat et a la surcharge. D’autres auteurs signalent que sur les
routes d’importance moyenne en Grèce malgré le renouvellement d’asphalte il ya apparition
de divers type de fissures. Les désordres subits par la chaussée se résument (figure I-9)
( Freeah 2006).
Figure (I-9) : Dégradation de Chaussées.
I.8. Nature et manifestation du phénomène
Mouvements de terrain différentiels provoqués par des variations de volume de
certains minéraux de la phase argileuse, soumis à des variations de teneur en eau.
• Concernent uniquement des sols argileux avec une ampleur particulière en présence de
minéraux gonflants.
• En climat tempéré, phénomène consécutif surtout aux périodes de sécheresse (lié à
l'évapotranspiration).
• Se manifestent surtout sur des constructions individuelles légères, peu profondément
ancrées.
C'est un risque naturel qui coûte très cher à la collectivité mais qu'on peut facilement prévenir
sans limiter la constructibilité des secteurs concernés.
CHAPITRE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LE PHENO MENE DE GONFLEMENT DU SOL
2010/2011 13
I.8.1. phénomène de retrait-gonflement n'affecte que les sols riches en minéraux argileux
"gonflants"
Un sol d'assise de fondation est toujours un mélange de différents constituants. Un sol
argileux contient au moins 30% d'argiles (éléments fins <2µm à structure). (Haute-Garonne
2011).
• Toutes les argiles sont sujettes au retrait- gonflement (gonflement inter-
particulaire, lié à l'adsorption d'eau entre les micro-agrégats de feuillets et
dépendant de l'état de consolidation) mais certaines le sont beaucoup plus que
d'autres (gonflement intra-cristallin, lié à la surface des feuillets élémentaires
concerne surtout les smectites et les interstratifiés).
• Une formation géologique sera d'autant plus sujette au retrait-gonflement qu'elle
est riche en argiles (proportion, épaisseur et continuité des bancs argileux) et que
sa phase argileuse est riche en minéraux gonflants.
I.8.2. Eléments intervenant au gonflement
I.8.2.1. Hydrogéologie
• Une nappe pérenne peu profonde de limite la succion.
• Un rabattement temporaire accentue la dessiccation en surface.
• Rôle des nappes alluviales et des nappes perchées temporaires.
I.8.2.3. Topographie
• Accentuation de la dessiccation sur les versants au midi.
• Ancrage souvent insuffisant coté aval.
• Rôle de barrière hydraulique des fondations coté amont.
I.8.2.4. Actions anthropiques
• Modification des écoulements,
• Imperméabilisation des sols,
• Drainage ou fuite de réseaux,
• Pompages,
• Sources de chaleur enterrées,
• Plantations d'arbres, Défaut de fondation et/ou de structure.
CHAPITRE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LE PHENO MENE DE GONFLEMENT DU SOL
2010/2011 14
I.9. Mécanisme du retrait/gonflement
Sous une maison, l'évaporation ne peut se produire qu'en périphérie. Il apparaît un gradient
entre le centre du bâtiment (équilibre hydrique) et les façades, et par suit de mouvements
différentiels. Contrairement aux phénomènes de tassement par consolidation, les effets ne
s'atténuent qu’avec le temps mais augmentent quand la structure perd de sa rigidité (Haute-
Garonne).
Figure (I-10) : Risque à Prendre en Compte Lors de la Construction.
I.9.1. Des désordres nombreux et coûteux pour la collectivité
Pourtant, on sait parfaitement construire des maisons sur des sols argileux sensibles au
phénomène de retrait-gonflement, à condition de respecter un certain nombre de régules
préventives simples à mettre en œuvre et qui n'entrainent pas de surcouts notables.
I.9.2. Technique évitement les variations localisées d'humidité
1. Réaliser un trottoir périmétrique anti-évaporation d’une largeur minimale de 1,50 m
(terrasse ou géomembrane).
2. Eviter les eaux pluviales et usées dans le réseau lorsque c'est possible (sinon prévoir
une distance minimale de 15m entre les points de rejet et les bâtiments).
3. Assurer l'étanchéité des canalisations enterrées (joints souples au niveau des
raccords).
CHAPITRE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LE PHENO MENE DE GONFLEMENT DU SOL
2010/2011 15
4. Eviter les drains à moins, de 2m d'un bâtiment ainsi que pompages. (à usage
domestique) à moins de 10m.
5. prévoir isolation thermique en cas de chaudière en sous-sol. (BRGM/RP-56583-FR,
2008).
.
Figure (I-11) : Techniques de Prévention de Gonflement du Sol (Haute-Garonne, 2011).
I.9.3. Eloigner les plantations d'arbres
1. Ne pas planter d'arbre à une distance de la maison inférieure à au moins la hauteur de
l'arbre adulte (ou 1.5 fois cette hauteur en cas de haie).
2. A défaut, mettre en place des écrans anti-racine de profondeur minimale 2m.
3. Attendre le retour à l'équilibre hydrique avant de construire sur un terrain récemment
défriche.
CHAPITRE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LE PHENO MENE DE GONFLEMENT DU SOL
2010/2011 16
Figure (I-12) : Eloigner les Plantations d'Arbres (BRGM/RP-56583-FR, 2008).
I.10. Conclusion
Les matériaux argileux, que ce soit les sols ou les roches, sont très fréquents et
couvrent une partie considérable du globe terrestre. La maîtrise du phénomène de gonflement
demande de grandes connaissances afin de minimiser les dégâts occasionnés par ce
phénomène sur les différents ouvrages construits en formations argileuses.
Dans un premier temps, une brève présentation des conséquences du gonflement sur le
comportement des ouvrages géotechniques. Ensuite, il convient d’étudier plus en détail les
caractéristiques et de la texture des matériaux argileux.
Enfin, nous avons défini les divers facteurs affectant le gonflement, l’influence des
facteurs intrinsèques et facteurs externes sur le potentiel et la pression de gonflement.
CHAPITRE III : Techniques de construction sur sol expansif
2010/2011 24
Techniques De Constructions Sur Sol Expansif
III.1. Introduction
D’après les conséquences des sols expansifs, Plusieurs chercheurs ont étudié la
stabilisation des sols expansifs. Le gonflement des sols argileux est un phénomène très
complexe qui fait intervenir un grand nombre de paramètres intrinsèques et environnants.
Cette complexité est due principalement à la structure minéralogique de l’argile
(mélange d’illites et montmorillonites).
Des stabilisations physico-chimiques sont employées surtout pour des sols contenant
une certaine quantité d’argile. Ils ont pour effet de réagir avec la fraction argileuse et de
modifier leur environnement chimique et sa structure minéralogique.
Parmi les stabilisations les plus couramment utilisées on distingue :
� Stabilisation à la chaux
� Stabilisation au ciment
III.2. Fondation sur sol gonflement
III.2.1. Semelles superficielles sur remblai
1. Décapage partiel des sols gonflants, avec débordement de 2 m par rapport aux murs
extérieurs.
2. Pose d’une membrane imperméable sur la plate-forme.
3. Réalisation d’un remblai compacté de 1.3 à 1.5 m d’épaisseur (peu perméable et inerte à
l’eau, donc peu argileux).
4. Les constructions seront fondées très superficiellement avec une semelle de fondation
armée et chaînage linteau continu courant au sommet des baies.
5. Réalisation d’un trottoir et d’une couverture anti-érosion.
Figure (III-1) : Semelle Superficielle Sur Remblai ( Mouroux 1988).
CHAPITRE III : Techniques de construction sur sol expansif
2010/2011 25
III.2.2. Semelles superficielles sur remblai partiel + vide sanitaire
1. Le remblai partiel situé sous la semelle devra être composé d’un sol permettant
d’amortir le plus possible le gonflement.
2. Une bonne imperméabilité du trottoir.
3. Les semelles et la dalle portées sur vide sanitaire devront être particulièrement bien
armées.
4. La structure devra être flexible avec renforcement des angles.
III.2.3. Fondation profonde
1. Eviter l’adhérons entre terrain et fut des colonnes pour empêcher tout soulèvement par
adhérence.
2. Dégager impérativement les poutres longrines liant les têtes de puits ou de pieux par un
vide inférieur d’une vingtaine de centimètres.
3. Le plancher porté avec vide sanitaire.
Figure (III-2) : Semelle Superficielle Sur Remblai Partiel + Vide Sanitaire (Mouroux et al. 1988).
CHAPITRE III : Techniques de construction sur sol expansif
2010/2011 26
III.3. Techniques de stabilisation utilisées
Le gonflement du sol peut être stabilisé par plusieurs méthodes. Celles-ci interviennent
sur la minéralogie de l’argile, les charges électriques de l’argile, la caractéristique physico-
chimique de l’argile. Dans ce qui suit, une description bref sur de techniques de stabilisations
des sols expansifs.
Parmi les techniques de stabilisation les plus couramment utilisées, on distingue :
1. la stabilisation mécanique.
2. la stabilisation thermique.
3. la stabilisation chimique. (par ajout de matériaux).
4. la stabilisation par sables.
Les liants se divisent en deux grandes familles qui sont les liants hydrauliques (sels, ciment,
chaux, ciment et chaux…) et les liants organiques (goudrons, bitumes …).
III.4 . Chaux
La chaux est à la fois le liant minéral majeur de l’histoire de la construction et un des produits
minéraux les plus utilises depuis le de but de l’ère industrielle. Avant la chaux, le plâtre, fut la
première cuite pour réaliser trisé des l’Ancien empire de l’époque pharaonique. Puis, les
mélanges avec des matériaux carbonatés apparurent.
Figure (III-3) : Fondation Profonde (Mouroux et al. 1988).
CHAPITRE III : Techniques de construction sur sol expansif
2010/2011 27
Dans l'ajout de 2% à 8% de chaux à sol expansif diminue visiblement le potentiel de
gonflement de celui-ci.
De par l’affinité à l’eau de la chaux, une grande part d’eau existante dans le sol peut être
absorbée par celle-ci, ce qui contribue largement à la réduction du potentiel de gonflement.
Par ailleurs, des travaux effectués sur le compactage des sols attestent que le poids
volumique à l’optimum Proctor est souvent augmenté lorsqu’une faible quantité de chaux.
Dans le projet de réalisation de l’aéroport de Dallas (USA) le sol a été stabilisé par ajout de
chaux. La couche traitée est épaisse de 2.5m à 5m. Le potentiel de gonflement du sol, de
l'ordre de 10%, fut diminué pour des valeurs satisfaisantes. Cette même technique a été
utilisée dans la réalisation d’autoroutes aux USA (Chen, 1988). Des études élaborées par
Chen(1988), Nelsonet al,(1992), Sivapullaiah et al,(2000) et Puppala et al,(2004) montrent
que, parfois, l'ajout de chaux au sol expansif contenant des proportions notables (>3%) en
gypse ou en sulfate peut occasionner un soulèvement au lieu d'une stabilisation Puppala et
al,(2001) rapportent que la chaux est l'unique matériau de stabilisation à base de calcium qui
peut occasionner des réactions expansives en contact du sulfate.
Le gonflement est d'autant plus visible que la température est basse Aussi, en présence
d'eau, le sulfate ou le gypse se combine au calcium (Ca) at à l'aumine (Al2O3) de l'argile.
Cette combinaison forme la thaumasite et l'ettringite, et provoque des expansions assez
spectaculaires (Chen, 1988; Nelson et al, 1992).
L'ettringite (3CaO. Al2O3. 3CaSO4. 32H2O) se forme à par des aluminates tricalciques
(Ca4Al 2O6) non hydratés. Trois types d'ettringites sont possibles: primaire, secondaire et
différée. Le caractère expansif de l'ettringite, du type secondaire et différé, est
particulièrement du à sa teneur en chaux. L'ettringite de formation secondaire est susceptible
au gonflement pour une large gamme de température. L'ettrigite de formation différée gonfle
particulièrement à des températures de l'ordre de 60°Cà 70°C. L'effet de l'expansion de
l'ettingite peut être réduit par ajout d'un ciment résistant au sulfate (Carde, 2007).
La thaumasite ((Ca3Si(CO3)(SO4)(OH)6 12(H2O)) se forme par attaque du sulfate à des
températures de 0°C à 5°C. Elle peut, aussi, être produite par combinaison calcium –silicate
hydraté d'une part, et les ions sulfate (SO4) ou carbonates (CO3) d'une autre part. Un des
exemples de gonflement occasionné par ajout de chaux est celui présenté par Hunter et
Dal,(1988) ou un soulèvement de 30.5cm a été rapporté.
De ce fait, le traitement d’un sol expansif à la chaux doit faire objet d’une analyse de
faisabilité et de mise en œuvre soigneusement menée. Compte tenu de la rapidité de prise du
CHAPITRE III : Techniques de construction sur sol expansif
2010/2011 28
Ciment comparativement à la chaux, un mélange approprié de cette dernière par un ciment
résistant aux sulfates permet d’accélérer la stabilisation du sol (Chen, 1988).
Chen (1988) rapporte que la chaux réduit visiblement l’indice de plasticité du sol et
augmente la limite de retrait de la montmorillonite.
Mateous (1964) atteste que l’ajout de la chaux permet l’augmentation des résultats
CBR des sols gonflants. Holm (1979) constate une augmentation du module de Young du sol
de 0.3 MN/m² à 4.4 MN/m² lorsque celui-ci est traité à la chaux. Bell et Tyrer (1987)
constatent une augmentation rapide et significative du module de Young d’une argile traitée à
la chaux. Le pourcentage de chaux ajouté eau sol traité est de 2% à 4%.
Selon Guney et al, (2007), la technique de traitement à la chaux ne donne pas de résultats
satisfaisants dans les régions où les cycles humidification/séchage peuvent avoir lieu.
Les mêmes auteurs ajoutent que l’ajout d’un faible pourcentage de cendres volantes
peut contribuer dans l’amélioration des résultats, cependant ces résultats doivent faire objet
d’une analyse approfondie. En fait, le traitement superficiel du sol à la chaux réduit le
potentiel de gonflement. Cependant il ne constitue pas une imperméabilisation (Mouroux et
al, 1988), (Zenkhri ,2010).
Les chaux existantes dans le commerce sont de deux types : chaux vive et chaux
éteinte. Dans sa forme naturelle, la chaux est vive (CaO). Celle-ci peut aussi être rencontrée
sous une forme appelée dolomite de chaux (CaO+MgO). La chaux éteinte est obtenue par
hydratation de la chaux vive. L’expression (1) en montre la réaction chimique. Trois types de
chaux sont industriellement productibles : la chaux hydratée (Ca(OH)2), la chaux dolomitique
hydratée (Ca(OH2)+MgO) et la chaux dolomitique hydratée double (Ca(OH)2+Mg (OH) 2).
CaO + H2O Ca (OH)2 + Chaleur Chaux vive + eau Chaux éteinte + Chaleur
D’une autre part, l’utilisation de la chaux vive donne des résultats de stabilisation des
sols gonflants meilleurs que ceux de la chaux éteinte. La différence entre les effets des deux
chaux est attribuée à l’échange des cations Ca2+
plus abondants dans le cas de la chaux vive
(Bekkouche et al. 2002).
Les travaux de Bekkouche et al. (2002) montrent que l’ajout de 1% de chaux vive à
un sol réagit avec 6% à 8% d’eau contenue dans ce dernier.
Lorsque la chaux est introduite à un sol, elle peut réagir non seulement avec l’eau, mais
aussi avec les autres constituants du sol. Le processus de réaction de la chaux (vive ou éteinte)
CHAPITRE III : Techniques de construction sur sol expansif
2010/2011 29
avec le sol dépend de la composition chimique du sol, du pourcentage de chaux ajoutée, de la
température et de la durée de réaction. Selon Thompson (1968). Ce processus de réaction
influera sur la fermeté du sol, la résistance de celui-ci et stabilité. Bell (1988) remarque que
les montmorillonites réagissent avec la chaux de façon plus rapide que les kaolinites et les
illites.
III.4.1. Différents types de chaux
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.
* chaux magnésienne provenant d’un mélange de calcaire et de carbonate de magnésium.
* chaux hydraulique provenant d’un calcaire argileux. (Zenkhri ,2010)
Les chaux utilisées en technique routière sont essentiellement les chaux aériennes
Elles se présentement sous deux formes :
• chaux vive
• chaux éteinte
1) Echange cationique : L'addition de chaux engendre un excès de cations de calcium
divalents qui tendent à remplacer les cations monovalents (Na+ et K+). Les ions de calcium
non échangés seront adsorbés, ce qui conduit à augmenter la densité en ions. C’est t à dire une
baisse dans la capacité d'échange des particules. Tout ceci se traduit par une baisse du
gonflement. (Bekkouche et al.2002).
2) Floculation : L'ajout de chaux à des grains fins d'argiles cause une floculation et une
agglomération des particules. Ce phénomène a comme résultat un changement apparent dans
la texture, les petits grains se regroupent pour former d'autre grains de grande taille. Donc, la
floculation d'argile augmente la grosseur effective des grains et joue un rôle important dans la
stabilisation.
3) Carbonatation : La chaux réagit avec le dioxyde de carbone de l'air (CO2) pour former de
faibles agents de cimentation comme les carbonates de calcium par exemple (CaCO, MgCO)
selon le type de chaux utilisée. Généralement, on essaie de réduire ce phénomène par
compactage du sol traité après une petite durée de malaxage. Des études ont monté que cette
réaction est probablement plus nuisible qu'utile dans la stabilisation du sol.
4) Réaction pouzzolanique : Cette réaction se produit entre la silice (SiO2) et/ou l'alumine
(Al 2O3) du sol et la chaux pour former certains types d'agents de cimentation ou de
CHAPITRE III : Techniques de construction sur sol expansif
2010/2011 30
solidification. Le résultat de ces réactions donne la part la plus importante dans l'augmentation
de la résistance du mélange sol- chaux et les propriétés acquises par le sol peuvent durer des
années. Ce phénomène est t la cause principale qui assure la bonne stabilisation du mélange
sol- chaux. (Bekkouche et al.2002).
III.4.2. Action de la chaux sur les argiles
Les argiles sont des minéraux généralement issus de l’altération des roches. On les
trouve dans les sols, sédiments, roches sédimentaires, ainsi que dans les zones d’altération
hydrothermales. Ce sont principalement des phyllosilicates. C’est-a-dire qui présentent sous
forme de feuillets d’aluminium plus ou moins hydrate´ et de petite taille. Les feuillets sont
constitues de couches de tétraèdres SiO4 et de couches d’octaèdres Al(OH)6, reliées par les
atomes O et OH- mis en commun. Cependant, cette organisation peut être perturbée par des
défauts cristallins entrainant un des équilibres de charge plus ou moins prononcé selon le cas ;
certaines argiles, comme les smectites, ont un déficit de charge dix fois plus prononcé que les
kaolinites. Ce déséquilibre est compensé par l’adsorption de cations dans l’espace
interfoliaire, ce qui favorise le regroupement des feuillets sous forme de particules dont la
taille dépend de la qualité des liaisons.
L’aptitude des minéraux argileux à adsorber des molécules d’eau, ainsi que différents
cations, dans l’espace interfoliaire varie donc d’un type d’argile a` l’autre. Elle est à l’origine
de la sensibilité à l’eau des argiles, et des sols qui en contiennent, ou, en d’autres termes, de
leur capacité à changer de consistance en fonction de la teneur en eau.
Lorsqu’on mélange de la chaux vive avec un sol argileux humide, elle s’hydrate
rapidement en fixant une quantité d’eau. Puis, l’hydrate passe en solution dans l’eau.
Les cations divalents Ca++ sont alors en mesure de de´ placer les cations monovalents
adsorbes à la surface des argiles, ainsi que ceux en plus faible concentration ou de plus petite
taille. La hiérarchie est donnée par la se´ rie dite « lyotropique » dans laquelle les cations de
droite remplacent ceux de gauche :
Li Na H K NH4 Mg Ca Al. (Gontran Herrier, Didier Lesueur et Daniel Puiatti C 5 445).
III.5. But de la stabilisation
1. Réduire le volume des vides entre les particules solides (augmenter la compacité);
2. Colmater les vides que l’on peut supprimer;
3. Créer des liens et améliorer les liaisons existantes entre particules (résistance mécanique).
CHAPITRE III : Techniques de construction sur sol expansif
2010/2011 31
Ces trois objectifs permettent d’améliorer la résistance mécanique, et de diminuer la
Sensibilité à l’eau. (Monnaers 1947).
Tableau III-1 : avantages et inconvénients des techniques de stabilisation couramment utilisées
(Babouri 2008).
Techniques
Procédés
Avantages
Inconvénients
Stabilisation mécanique
Compactage
-�Le compactage est le plus économique -�Réduire le potentiel expansif
· Il faut une grande quantité d’eau. (compacter au-dessus de l’optimum avec une wn élevée).
Substitution
· L’épaisseur de la couche. · Disponibilité du matériau
Préhumidification
· Le temps de l’opération. · La distribution uniforme de wn
Amélioration par congélation
Circulation d’un fluide froid (azote liquide) dans des tubes
-Lorsque aucune solution n’est possible
· La réalisée le plus rapidement possible. · Il faut tenir compte de la Déstabilisation du massif de sol au dégel.
Stabilisation thermique
Augmenter la température
-Réduire la répulsion électrique entre les particules.
-Très coûteuse.
Stabilisation chimique (Par ajout de matériaux)
Sels
-�Augmenter la concentration ionique de l’eau libre. -�Réduire le phénomène d’échange.
-Le choix d’un type, de dosage et de la méthode d’addition d’un produit. (Valence et rayon du cation).
Ciment
-Augmenter la résistance. -Diminuer la plasticité. -Réduire le potentiel de variation de volume. -Augmenter la limite de retrait
-Utilisation d’un dosage important.
Chaux
-Diminuer la plasticité, la densité sèche et la pression du gonflement. -Augmenter la résistance et wopt. -Utilisation d’un faible dosage.
-�Carbonatation de la chaux.
CHAPITRE III : Techniques de construction sur sol expansif
2010/2011 32
III.6. Méthode d'utilisation de la chaux dans le traitement du sol
La plusieurs méthode utilise dans le traitement sol gonflement par la chaux, malaxage
sur place et technique d'injection, colonnes de chaux… . (Monnaers 1947).
III.6.1. malaxage sur place
Pour comprendre l’intérêt du traitement a` la chaux et ses répercussions sur les
propriétés s des matériaux, il est nécessaire de comprendre les interactions entre la chaux et
les minéraux en contact avec l’objet des deux paragraphes qui suivent est donc de donner un
éclairage particulier sur les interactions entre la chaux et les argiles, d’une part, et la chaux et
les matériaux carbonates, d’autre part. Les percussions sur les propriétés géotechniques des
matériaux ainsi traite´ s seront développes ensuite.
Le malaxage a lieu soit dans une installation annexe, soit en couche étalée.
Coût de fourniture de chaux (et éventuellement de ciment) et de la mise en œuvre
(scarification, épandage, nivellement et compactage) des sols en place.
Manière générale, le traitement en installation annexe présente les avantages suivants:
• homogénéité du mélange;
• réduction des émissions de poussière;
Voire figure (III-4) (cas a – cas b) ( (fediex section Kalk sectie).
(Cas a)
(Cas b)
CHAPITRE III : Techniques de construction sur sol expansif
2010/2011 33
Figure (III-4) : Traitement par Malaxage.
III.6.2. Technique d'injection
Le procédé de traitement par injection (figure III-5) est utilise en surface et en profondeur si le
terrain.
(Cas a) (Cas b)
Figure (III-5) : Technique par injection (cas a, cas b) ( Zenkhri ,2010).
III.7. Traitement aux Ciments
L’utilisation du ciment comme stabilisateur du sol a été développé au cours de la
deuxième guerre mondiale. Les ciments en effet de utilisé pour stabiliser les pistes
d’aérodromes. Depuis les années 80, l’emploi des liants à base de ciment sa connu un
développement important dans les domaines routiers, notamment en présence de sol fin
(Mouroux et al, 1988).
Le traitement au ciment convient plus particulièrement aux sols peu plastiques
présentant une faible adaptation à la chaux. Le ciment rigidifie mieux et plus rapidement les
sols comparativement à la chaux. De même, sa résistance au gel est meilleure. (Mitchell et
Raad (1973)) remarquent qu’appliqués à des argiles très plastiques, les ciments portlands
sont, moins efficaces comparativement à la chaux. En effet, les argiles gonflantes ont une
affinité à l’eau tellement grande que le ciment ne peut pas s’hydrater suffisamment au point
que les réactions pouzzolaniques s’achèvent complètement. Généralement, le ciment est
avantageux d’être utilisé lorsque les sols ne sont pas réactifs à la chaux (Chen, 1988; Nelson
et al, 1992).
Si la quantité d’eau est suffisante pour la réaction de prise de ciment, l’utilisation de ce
dernier réduit la limite de liquidité, l'indice de plasticité et de potentiel de gonflement du sol.
Groft (1967) rapporte que le ciment fait augmenter la limite de retrait et la résistance du sol
au cisaillement de 25% à 5% fois mieux que la chaux. L'hydroxyde la chaux. (Chaux éteinte :
CHAPITRE III : Techniques de construction sur sol expansif
2010/2011 34
(Ca (OH2)), ce qui permet aux réactions d'échanges cationiques de ce produire (Mouroux et
al.., 1988).
Jones (1958) utilise des pourcentages de 2% à 6% dans le traitement de l'argile porté ville en
Californie. Il sorte une diminution considérable du potentiel de gonflement. (Ola, (1975))
rapporte que le potentiel de gonflement d'une argile du Nigeria est fortement réduit par ajout
de 8% de ciment.
III.7.1. Ciments
Les ciments sont des liants hydrauliques constitués de poudres fines de faire prise et
de durcir progressivement au bout d’un temps plus ou moins long. Les composés obtenus sont
stables au contact des eaux usuelles. Les ciments sont livrés dans le commerce en sacs ou en
vrac.
III.7.2. Production du ciment par mouture /malaxage des constituants
La fabrication proprement dite du ciment consiste à doser et à moudre finement les
différents constituants dans des proportions bien déterminées.
En moulant le clinker portland avec un régulateur de temps de prise et à éventuels
constituants complémentaires en fonction du type de ciment à fabriquer, on obtient un
mélange homogène et intime des finesses finale mouture est constituants.
CHAPITRE III : Techniques de construction sur sol expansif
2010/2011 35
III.8. Conclusion
D’après les conséquences des sols expansifs sur l’ouvrage géotechnique en surface et
souterrain, plusieurs chercheurs ont étudié la stabilisation des sols expansifs. Ces différentes
recherches s’orientent sur les ajouts qui minimisent le potentiel de gonflement et la pression
de gonflement.
La stabilisation des sols argileux a été étudiée par un grand nombre de chercheurs.
Beaucoup de méthodes et d'appareillages ont été mis au point, pour connaître l'influence
d'une solution ou d'un produit sur la stabilisation d'un sol argileux. Quelques exemples sont
cités concernant l'utilisation de produits chimiques servant à la stabilisation des sols argileux.
Autour de cette idée que s’articule ce chapitre, a été consacré à l’étude bibliographique
présentant l’état d’avancement de la recherche dans le domaine de la stabilisation des sols
argileux.
Le choix des techniques de stabilisation les plus utilisées dépend de plusieurs
paramètres tels que ; les considérations économiques, la nature du sol à traiter, durée de
l’opération, la disponibilité des matériaux à utiliser ainsi que les conditions de
l’environnement.
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 36
Méthodes Indirectes De Caractérisation
IV.1. Introduction
La quantification du phénomène de gonflement par des paramètres macroscopiques
est essentielle du point de vue du dimensionnement des ouvrages de génie civil. Dans la
suite, on récapitulera l’ensemble des informations obtenues dans la littérature sur la
caractérisation du phénomène de gonflement.
Les méthodes indirectes reliant le gonflement aux paramètres géotechniques
permettent d’identifier les terrains gonflants alors que les essais de gonflement
caractérisent plus précisément le comportement gonflant d’un échantillon.
Accompagnées de précautions expérimentales, les différentes procédures d’essai en
laboratoire permettent de déterminer les paramètres de gonflement à appliquer dans le
dimensionnement des ouvrages et d’analyser certains aspects du gonflement comme
l’anisotropie.
Notre étude a été effectuée sur l'argile d’In-Aménas. Cette argile a fait l'objet de
recherches antérieures au laboratoire de mécanique des sols. Elle a subit une série d’essais
d’identification physico chimiques et des essais mécaniques.
IV.2. Intervention sur site
Nous allons aborder par la suite commençant d’abord par décrire les sites d’où
l’échantillon a été prélevé.
L’échantillon a été prélevé d’un lieu à In-Aménas d’une profondeur comprise entre 1,5m à
5 m. plan de situation suivant la figure (IV-1).
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 37
Figure (IV-1) : Plan de Situation et prise d’échantillon à In Aménas.
IV.3. Méthodes indirectes de caractérisation
Les méthodes indirectes consistent à déterminer une corrélation entre le
gonflement libre ou la pression de gonflement et quelques paramètres géotechniques
comme les limites d'Atterberg, la granulométrie, bleu de méthylène, la résistance au
cisaillement et la comprecibilite, analyse chimique, la densité qui semblent être les
facteurs influant sur le gonflement des argiles.
IV.3.1. Analyse granulométrique
Elle se fait par tamisage par voie sèche après lavage pour les sols dont les éléments
supérieurs a 80 µm (NF P94-056) et par sédimentation pour les éléments inférieurs ou
égaux a 80 µm (NF P94-057).
L’analyse granulométrique sol jusqu’au diamètre de 80 µm se fait en utilisant une série de
tamis (NF P94-056).
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 38
IV.3.1.1. Conduite de l'essai
Les opérations préalables à effectuer sont les suivantes :
1. détermination de la teneur en eau W sur fraction de l'échantillon. La teneur en eau est
déterminée en pesant l'échantillon dans son état humide naturel (Mh) et après séchage
à 105°C (Ms). Par convention, la teneur en eau est égale au quotient du poids d'eau
contenu dans l'échantillon par le poids du sol sec.
2. lavage de l'échantillon humide sur un ou plusieurs tamis d'ouverture décroissante afin
de protéger le tamis d'ouverture la plus faible (généralement le tamis de 0.08mm).
3. les eaux de lavage sont récupérées dans le cas ou l'on souhaite effectuer des analyses
complémentaires sur les éléments fins. Dans le cas contraire. Ces eaux sont éliminées.
4. les différents refus ainsi isolés sont regroupés et mis à sécher à l'étuve à 105°C
figure (VI – 2) (cas a, cas b).
Cas a Cas b
Figure (Iv -2) : Essai de Granulometrique(Cas A, B).
La granulométrie et exprimé par une courbe granulométrique qui donne la
dimension moyenne des grains exprimé sous forme pourcentage du pois total du matériau
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 39
elle est tracée en diagramme semi logarithmique
Figure (Iv-3) : Diagramme semi logarithmique par granulométrique.
L’analyse granulométrique du sol pour les particules inférieure ou égale a 80 µm se
fait par la sédimentation
La sédimentation c'est un essai complète l'analyse granulométrique par tamisage du
sol (norme NFP 94- 056) ce qui peut être nécessaire à la description et la classification.
La méthode utilise le fait que dans le milieu liquide au repos, la vitesse de
décantation des particules fines est fonction de leur dimension.
IV.3.1.2. But : c'est la détermination de la distribution pondérale de la taille des
particules de sols de dimension inférieure à 0.08mm.
IV.3.1.3. Principe de l’essai de sédimentation
-Tamiser l'échantillon de sol par lavage (passant au tamis 0.08mm), et récupérer le tamisât,
sécher l'échantillon dans une étuve jusqu' au poids constant, prendre à 80g + 10g de
tamisât sec. Imbiber la prise d'essai dans une éprouvette cylindrique en verre de 2litre
contenant un mélange d'eau distillée ou déminéralisée et solution à 5% d'hexamé ta
phosphate de sodium (Na6 (PO3)6, 10 H2O); figure (IV – 5).
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 40
Figure (Iv-5): Appareil Agitateur et Solution.
- laisser imbiber pendant au moins 15 heures à température ambiante;
-agiter vigoureusement la suspension au moyen d'un agitateur manuel, retirer l'agitateur
manuel et déclencher au même instant le chronomètre (début de l'essai),
Plonger le thermomètre avec précaution dans la suspension immédiatement après le
déclenchement du chronomètre; procéder à la prise des lectures du densimètre et de la
température aux temps suivant(en minutes): 0.5 -1 -2 -5 – 10 -20 – 80 – 240- 1440 )
calculer le pourcentage des tamisas et complète la crourbe granulométrique Figure (IV -6).
Figure (Iv-6): Essai de Sédimentation.
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 41
Les résultats de cet essai sont raccordés avec les résultats de l’essai de la
granulométrie dans la courbe granulométrique si dessus.
IV.3.1.4. Calcule résultat
Les résultats des analyses granulométriques, synthétisés dans le tableau à gros
sable (1%) et sable fin (18%), limon (31%) et argile (50%), ont montré sol est constitué
de plus de 74% d'éléments inférieurs à 80 mm et 48% inférieurs à 2mm.
Résultats des 10
60
d
dCu =
6010
230
dd
dCc ×
=
Cu: Coefficient d’uniformité. Cc : Coefficient de courbure
1E-3 0,01 0,1 1
20
30
40
50
60
70
80
90
100
tam
isat
s%
tamis(mm)
B
Figure (Iv-7) : Courbe Granulométrique.
IV.4. Limites d’Atterberg NF P 94-051
L'analyse microscopique a illustré un premier mécanisme physico-chimique
d'interaction eau minérale argileuse qui est celui des molécules d'hydratation des cations
échangeables, attirés électriquement par le déficit de charge des feuillets argileux (lui-
même dû, entre autres, à certaines substitutions isomorphes). Ce mécanisme met en
évidence l'importance des sels dissous dans l'eau interstitielle.
Sur un plan macroscopique, ce phénomène est à rapprocher de la notion des limites
d'Atterberg. Ainsi, l'indice de plasticité IP= wP-wL peut s'interpréter comme la quantité
d'eau nécessaire pour faire passer un sol de l'état “solide” (w n < w P) à l'état “liquide”
(w n > wL ). Plus le sol possède de minéraux actifs dans leur interaction avec l'eau, plus il
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 42
sera nécessaire d'ajouter de l'eau au sol pour qu'il devienne liquide ; sachant qu'une grande
partie de cette eau sera adsorbée par les particules, il ne restera donc pas à l'état liquide et
ne conférera pas au matériau un état liquide mais pâteux, correspondant à la phase
plastique. Quand toute la capacité d'adsorption du sol sera saturée, alors l'eau en excès
restera à l'état libre c'est-à-dire liquide.
IV.4.1. Activité des argiles
Les limites d'Atterberg sont fonctions des dimensions des grains et de la
composition minéralogique du sol. Pour une argile contenant des particules solides assez
grosses, Skempton (1957) a montré que l'indice de plasticité dépend de la quantité de
grains solides de dimensions inférieures ou égales à 2 mµ .
Ac : est défini comme étant l'activité colloïdale du sol. A titre indicatif le tableau VI-1
donne l'indice de plasticité, l'indice de liquidité et l'activité pour différents types d'argiles.
Tableau : (IV – 1) : Activité des argiles (Chelghoum (2006)).
Minéraux l'argileux IL IP Activité Kaolinite 40 – 60 10 – 25 0.4 Illite 80 – 120 50 – 70 0.9 Sodium montmorillonite 700 650 7 Autre montmorillonite 300 – 650 200 - 550 1.5 Sol granulaire 20 et < 0 -
Ont proposé une méthode d'estimation du taux de gonflement sur des sols
compactés en se référant à la teneur en argile du sol et à l'activité du matériau AC figure
(IV-8)
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 43
Figure (Iv-8): Diagramme de Classification du Potentiel de Gonflement
(Seed et al, 1962).
Le tableau (IV-2) montre des ordres de grandeurs du potentiel de gonflement des sols en
fonction de leur activité.
Tableau IV-2 : Potentiel de gonflement fonction de l’activité (Skempton (1953) ).
Activité AC (%) Degré d'activité Taux de gonflement < 0.75 Inactif Peu expansif 0.75 < AC < 1.25 Moyennement actif Moyennement expansif > 1.25 Très actif Très expansif
IV.4.2. Indice de plasticité IP
Cet indice définit l'étendue du domaine plastique du sol entre les limites de liquidité et de
plasticité :
wwI PLP−=
L'indice de plasticité caractérise la largeur de la zone où le sol étudié a un
comportement plastique. (R.Dupain R.Lanchon J.C.Saint.Arroman).
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 44
Tableau (IV-3) : Classification de l'argilié d'un sol selon l'indice de plasticité IP.
Indice de plasticité IP Etat- du sol 0 – 5 Non plastique 5 - 15 Peu plastique 15 – 40 plastique > 40 plastique
Un sol, dont l'indice IP est grand, est très sensible aux conditions atmosphériques,
car plus IP est grand plus le gonflement par humidification de la terre et son retrait par
dessiccation seront importants. IP précise donc aussi les risques de déformation du
matériau.
Tableau (IV-4) : Limites d’Atterberg et indice de plasticité de certains minéraux argileux
(Cornell, 1951.et J.M. TCHOUANINANA (1999)).
Minéraux argileux
Lons métalliques
Wp (%) WL (%) Indice de
plasticité IP
Kaolinite
Na K Ca Mg Fe
32 29 27 31 37
53 49 38 54 59
21 20 11 23 22
Montmorillonite
Na
K Ca Mg Fe
54 98 81 60 75
710 660 510 410 290
656 562 429 350 215
Illite
Na
K Ca Mg Fe
53 60 45 46 49
120 120 100 95 110
67 60 55 49 61
Argile d'Orly (France)
- 32 18 14
Argile de Londre
- 80 30 50
Argile de Mexico
- 500 375 125
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 45
IV.4.3. Indice de consistance IC
Cet indice prend en considération la teneur en eau naturelle w d'un sol et les limite
d'Atterberg permet de se faire une idée de l'état d'une argile qu on peut caractériser par son
indice de consistance :
Iw
P
Lw
Ic−
=
Tableau (IV-5) : Etat du sol en fonction de l’indice de consistance (J.M.
TCHOUANINANA (1999)).
Indice de consistance IC Etat- du sol IC > 1 Solide 0 < IC < 1 Plastique IC < 0 Liquide
IV.4.4. Limites d' Atterberg NF P 94-051
IV.4.4.1. Objectif : La limite d'Attreberg détermine l’état de consistance d'un sol et
des constentes physiques conventionnelles qui marquent les seuils entre les états d'un sol.
IV.4.4.2. Principe
1. Procéder à un quartage afin que l'échantillon soit représentatif.
2. Imbiber l'échantillon dans un récipient.
3. Tamiser l'échantillon dans uu tamis 0.04mm et récupérer le tamisât.
4. Sécher le matériau dans une étuve réglée à 105°C pour les sols non gypseux à 55°C
pour les sols gypseux.
5. Placer l'échantillon de sol dans la coupelle et tracer un sillon avec l'outil à rainurer, par
convention, la limite de liquidité est la teneur en eau du matériau qui courrespond à
fermeture d’un cm (1cm) des lèvres de la rainure après 25chocs.
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 46
Figure (IV– 9) : Limite de Liquidité.
Prélever à l'aide d'une spatule deux échantillons des lèvres de la rainure dans des godets
qu on pèse puis les porter à l'étuve.
6. Calcul la limite de liquidité.
7. Limite de plasticité Ip
A partir d'une boulette qu on roule, sur marbre, à la main en forme un rouleau mince
jusqu’à 3 mm de diamètre sur un longueur de 10 à15cm.
IV.4.4.3. Appareil de Casagronde : il est constitué d'une coupelle normalisée, montée
sur un support métallique avec manivelle, le tout étant fixé sur un socle en bois bakélisé.
L'ensemble permet de faire tomber la coupelle d'une hauteur de 10mm sur le bloc de bois
dur, chaque choc entraînant la fermeture progressive de la raihure pratiquée dans
l'échantillon de sol, celle-ci ayant été effectuée à l'aide de l'outil à rainurer (figure IV -11).
R.Dupain R.Lanchon J.C.Saint.Arroman.
Figure (IV – 10) : Limite de Plasticité.
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 47
Cas a Cas b
Figure (IV-11) : Appareil de Casagrande(cas a, b).
Préparation l'échantillon figure (IV – 12) : pendant évacuation l'échantillon d’étuve,
malaxe les échantillons.
Figure (IV– 12) : Préparation de L'échantillon.
IV.4.4.4 Calcul et Résultats
La limite d'Atterberg, l’indice de plasticité (38.92) la limite de liquidité (62.71) et la limite
de plasticité (23.93) sont des paramètres géotechniques destinés à identifier les sols
caractériser leur consistance et permettre de ce fait de les classer dans la courbe de
Casagrande et estimer à échantillon trés plastique voire la figure (IV-13).
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 48
Figure (IV-13) : Abaque de Casagrande.
IV.5. Essai bleu de méthylène NF P 94-068
IV.5.1. Principe de l'essai
Les minéraux argileux présents dans les sols sont principalement issus de
l'altération physico-chimique des roches. La structure cristalline feuilletée des argiles leur
confère un ensemble de propriétés de comportement lie à leur affinité pour l'eau (appelée
activité). Ce qui entraîne les phénomènes de gonflements, de plasticité et de cohésion
constatés sur ces sols.
L'essai au bleu méthylène permet d'apprécier globalement l'activité de la fraction
argileuse d'un sol en mesurant la surface interne et externe des grains argileux.
Pour ce faire, on fixe, sur les grains d'argile, des molécules de bleu de méthylène et par un
test simple, on VBS, qui est un indicateur essentiel dans la classification des sols concernés
par les travaux de terrassements.
IV.5.2. Préparation de l'échantillon
L'essai est effectué sur la fraction granulométrique 0/5mm du matériau, car ce sont
principalement les éléments les plus fins (inférieurs à 2mm) qui contiennent la fraction
argileuse. Celle-ci donne l'essentiel de la réaction au bleu de méthylène et exprime donc
de manière quantifiée la sensibilité du sol à l'eau.
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 49
On prépare 30g de fraction 0/5 mm sèche que l'on met à tremper dans 200 ml d'eau
déminéralisée. Le tout est maintenu en agitation permanente au moyen de l'agitateur à
ailettes.
Le dosage consiste à injecter successivement des doses bien déterminées de bleu de
méthylène dans la suspension de sol, jusqu' à atteindre la saturation des particules d'argile.
Le test de la tache permet de repérer l'instant de cette saturation.
On prélève une goutte de liquide dans le bêcher contenant le sol imbibé de bleu, et
on dépose celle-ci sur le papier filtre (diamètre du dépôt compris entre 8 et 12 mm).
Deux cas sont possibles :
• la goutte centrale bleue est entourée d'une zone humide incolore : le test est négatif,
• la goutte centrale bleue est entourée d'une zone humide teintée de bleu; le test est
positif. (Figure IV– 14).
Figure (IV-14) : Essai au Bleu de Méthylène.
IV.5.3. Classification des sols après essai
VBS = 0.1 : sol insensible à l'eau.
VBS= 0.2 : apparition de la sensibilité à l'eau.
VBS = 1.5 : seuil distinguant les sols sablo-limoneux des sols sablo- argileux.
VBS = 2.5 : seuil distinguant les sols limoneux peu plastiques des sols limoneux de
plasticité moyenne.
VBS = 6: seuil distinguant les sols limoneux des sols argileux.
VBS = 8 : seuil distinguant les sols argileux des sols très argileux.
Surface de bleu de méthylène 21*VBS
VBS = v/m *c (1+w)
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 50
Tableau (IV- 6) : Surface spécifique et C.E.C. de quelques minéraux argileux.
Minéral Surface interne (m2/g)
Surface externe (m2/g)
Surface totale (m2/g)
C.E.C. (milliéquivalent/100g)
kaolinite 0 10 - 30 10 – 30 5 – 15 illite 20 – 55 80 – 120 100 – 175 10 – 40
Smectites 600 – 700 80 700 – 800 80 – 150 Vermiculite 700 40 – 70 760 100 – 150
Chlorite - 100 – 175 100 – 175 10 - 40
IV.5.4. Calcul et résultat
La valeur au bleu de méthylène constitue un paramètre d’identification permettant
de mesurer la surface spécifique des particules solides contenues dans les sols fins et de
déterminer l'activité de leur fraction argileuse (NF P 94-068).
VB (5.34m3/g) et les sols fins et de déterminer la surface spécifique
Sst = 21 *VB = (112.14m2/g) cette argile rentre dans le périmètre argile de 150 m2/g de
type de la famille de l'illite. L'activité (0.796) dans le tableau de Skempton (1953)
0.75 < AC < 1.25 le degré d'activité (Moyennement actif) et le taux de gonflement est
Moyennement expansif.
Structure minéralogique Microscope Electronique d'argile d In-Amenas :
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 51
Figure (IV-15):Photo Microscopique de l’'argile d’in Aménas.
IV.6. Essai de cisaillement NF P 94-71
Il s'agit de déterminer les caractéristiques mécaniques d'un sol en procédant au
cisaillement rectiligne d'un échantillon sous charge constante.
L'essai de cisaillement permet de tracer la courbe intrinsèque du sol étudié, et de
déterminer son angle de frottement interne Π et sa cohésion C. mérite
Ces valeurs servent entre à déterminer la contrainte admissible par le sol dans le cas de
fondations superficielles et la poussée du sol sur un mur de soutènement.
IV.6.1. Matériel utilisé
L'échantillon de sol à étudier est entre demi-botte qui peut se déplacer
horizontalement l'une par rapport à l'autre.
Un piston permet d'exercer sur le sol une contrainte normale σ détermine.
La demi-botte inférieure est entraînée horizontalement à vitesse constante. La force
totale de cisaillement F est mesurée à l'aide d'un anneau dynamométrique fixé à la demi-
botte supérieure.
Un comparateur mesure la déformation verticale de l'échantillon.
L'échantillon subit donc un cisaillement direct et rectiligne suivant un plan imposé
sur lequel on exerce une contrainte normale déterminée figure (IV-15).
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 52
Cas A
Cas B
Figure (Iv-16) :(Cas A) Appareil de cisaillement et(cas B) préparation de l’échantillon.
IV.6.2. Résistance au cisaillement
On détermine la contrainte de cisaillement : ΑΤ=τ
On trace ensuite, pour chaque essai, les courbes de contraintes en fonction des
déplacements et on détermine la valeur de contrainte de cisaillement maximale.
On reporte ensuite chaque point sur un graphique ayant pour abscisse la contrainte
normale σ et pour ordonnée la contrainte de cisaillement�τ .tracer la courbe intrinsèque
du sol étudié.
IV.6.3. Calcul et résultat
Les cohésions de cisaillement dans les sols In Amenas la C = 1.25 bar et longueur
de frottement =ϕ 25.79°
IV.7. Essai la densité NF P 94-064
La masse volumique sèche Pd d'un échantillon de roche est le quotient de sa masse
sèche par volume V qu il occupe y compris le vide, elle est exprimée en t/m3.
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 53
IV.7.1. Objecte : l'essai consiste à mesure la masse et le volume d'un échantillon
de roche.
VI.7.2. Prépare essai
• brosser l'échantillon avant de le soumettre à l'essai pour éliminer les particules
facilement détachables.
• Sèche l'échantillon à 105°C jusqu' à masse constante.
• Peser l'échantillon de roche, noter ms;
• Paraffiner l'échantillon sur la totalité de sa surface extérieure;
La densité de la paraffine est égale à 0.9 g/v.
• Peser l'échantillon paraffine à l'aire libre, noter mp.
• Procéder à la pesée hydrostatique la masse volumique sèche est donnée par la formule
suivant : v
mp s
d= (t/m3).
Le volume brut = mp – poids du marteau dans l'eau.
Le volume net = volume brut – volume de la paraffine.
Résultat et calcule :
La densité du sol de In Amenas est : 05.2=γd
IV.8. Analyse chimique
IV.8.1. Sulfates
• Prendre 200g de l'échantillon.
• sécher le matériau dans une étuve à T°= 80°C en cas nécessaire 105 – 110°C.
• Apre 48H placer dans un dissicateur, quartage.
• Pulvériser dans un mortier et tamiser a l'échantillon tamis 0.200mm prendre peser 1g
(p0).
• Mettre dans un érlen à 250ml et ajoute 100ml HCL à 10%, bouillir doucement 4 à
5minutes et refroidissement 15minutes.
• Filtration dans un papier filtre N° 541, prendre le filtrat et ajuster jusqu' à 250ml avec
l'eau distillée, agitation de filtrat.
• Prendre 100ml de filtrat dans un érlen, ajouter 10ml de Ba Cl2 à 5% et b bouillire
doucement 4 à 5 minutes, refroidissement 15 minutes.
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 54
• Filtration de la solution papier filtre N° 541 prendre peser un creuset vide P1, mettre le
papier filtre dans le creuset. Calcination des creusets + le papier filtre à 900°C pendant
15 minutes et prendre peser le creuset après la calcination P2.
Figure (IV-17) : Essai d’analyse chimique aux sulfates.
SO3-2 = 34.3 * ( P2 – P1)/ P0
CaSO4 = 184.23 * (P2 – P1)/P0
IV.8.2. Carbonate
• Prendre 0.5g de l'échantillon, ajouter 10ml HCL à 1N
• Ajouter détecteur phinnoftaline 0.1% poser dans étuve période bref.
• Ajouter NaOH (1N) vers fin parution colore mauve et prendre le volume.
Figure (IV-18) : Essai d’analyse chimique aux carbonate.
IV.8.3. Chlorure
• Prendre 50g de l'échantillon, et ajouter 100ml avec l'eau distillée effectuer
opération de vibration à 24h.
• Prendre le PH initial mettre le papier filtre et prendre 25ml de papier filtre.
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 55
• Prendre le PH ce moyen uniforme (6.50 – 7.00) et ajouter détecteur K2CrO4 à
10%(N) à AgNO3 vers fin parution colore rouge
Remarque : PH<6 ajouter carbonate de calciume CaCO3.
PH>7 ajouter Acide de Sulfurique H2SO4.
Figure (IV – 19): Appareil à mesure PH.
IV.8.4. Calcul et résultat
Cette analyse à détermination de la nature chimique de l'argile. Cette composition
une prépondérance de sulfates (2.044%) et Carbonate 4% ce qui fait que l’argile à
considérer est en réalité argileuse et pourcentage chlorure sodium (0.223) et les insolubles
87.45%.
Tableaux IV-7 : Résultat et calcule du paramètres physiques et chimique.
Ech
Granulométrique Limite Atterberg Bleu de
méthylène Analyse chimique Densité
S Gr (%)
S Fin (%)
Li (%)
Ar (%)
LP LL IP AC VB Ins (%)
Sulf (%)
So2-3
(%) Cl-
(%) CaCO3
(%) NaCl (%) γ
d
E1 99 81 50 21 23.93 62.17 38.29 0.796 5.34 87.45 2.044 0.380 0.135 4 0.223 2.05
Tableaux IV-8 : Résultat et calcule du paramètres mécaniques.
Ech Cisaillement
C ϕ
E 1 1.25 25.79
SGr : Gros sable en pourcentage %.
S fin : Sable fin en pourcentage %.
Li : Limon%.
Ar : Argile%
Lp : Limite de plasticité.
CHAPITRE IV METHODES INDIRECTES DE CARACTERISATION
2010/2011 56
LL : limite de liquidité
IP : Indicé de plasticité
AC : l'activité
VB : Valeur de bleu de méthylène
C : Cohésion en (bar).
ϕ : Frottements en (degrés).
Cc : Coefficient de compressibilité en %.
Cg : Coefficient de gonflement en %.
cσ : Pression de charge en bar.
IV.9. Conclusion
Les paramètres déterminés par les essais d’identification et qui apparaissent
comme étant les plus déterminants dans le comportement gonflant des argiles sont l’indice
de plasticité, le pourcentage des particules argileuses, la valeur de l’essai au bleu de
méthylène qui a montré le caractère gonflant des sols étudie.
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 57
Solution Et Interprétation
V.1. Introduction
Outre les essais d’identification, le programme expérimental exécuté comporte des
essais de compressibilité et de consolidation oedométriques, des essais de gonflement à
l’oedomètre et des essais de dessiccation pour l’identification des paramètres de retrait-
gonflement de sol étudié. Les éprouvettes soumises aux essais effectués pour chaque
pourcentage et la répartition des prises d’essais par éprouvette et par numéro d’essai. Ce
programme expérimental évolue au fur et à mesure que des indications supplémentaires sur
telle ou telle propriété mécanique des sols et son influence sur l’interprétation des résultats
d’essais ont été jugé nécessaires non seulement en fonction de la qualité des informations
déjà obtenues, mais en fonction aussi de leur qualité.
V.2. Méthodes de Mesure du Potentiel de Gonflement
Parmi une multitude de méthodes de mesure du potentiel de gonflement des sols expansifs,
ceux-ci- dessous sont arbitrairement choisis et discutées.
V.2.1. Méthode de MYSLIVEC
Dans la méthode d'essai de MYSLIVEC, plusieurs échantillons d'un même sol
gonflant sont chargés distinctement à sec. A la mise à eau, certains échantillons gonflent et
d'autres tassent. On reconnaît que les échantillons ayant gonflé sont soumis à une contrainte
de surcharge inférieure à la pression de gonflement, et que ceux ayant tassé supporte une
contrainte de surcharge supérieure à la pression de gonflement. L'intersection de la droite
reliant les taux de gonflement avec l'axe des déformations nulles définit le point pour lequel
ni gonflement ni tassement ne surgi. C'est par définition, la pression de gonflement
(KEBAILI 2005).
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 58
V.2.2. Méthode chinoise
L’indice des vides initial de l'échantillon à tester étant e0, le sol en question est chargé
à sec jusqu'à atteindre une valeur e1 de l'indice des vides (e1< e0). A la stabilisation du
tassement, l'échantillon testé est submergé d'eau, ce qui amorce le gonflement. Une fois le
gonflement stabilisé, l'échantillon de sol est déchargé progressivement jusqu'à élimination de
toute la contrainte de surcharge, le point M (de coordonnées : σ g, e0) est noté. Le point M
définit la pression de gonflement (Wong, 1980).
Figure (V-2) : Détermination de la Pression de Gonflement Selon la Méthode Chinoise.
σD (log10)
Tassement
Gonflement
Figure (V -1) : Détermination De La Pression De Gonflement Selon La Méthode De MYSLIVEC.
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 59
V.2.3. Méthode du C.E.B.T.P
La pression de gonflement est déterminée au cours de l'essai de compressibilité à
l'oedomètre.
A la mise à eau de l'échantillon testé, ce dernier est empêché de gonfler par augmentation de
la charge appliquée dessus jusqu'à apparition du premier signe de tassement. L'abscisse du
point de début de tassement est considérée pression de gonflement (KEBAILI 2005)
(Figure V- 3).
Figure (V-3) : Détermination de la Pression de Gonflement Selon la Méthode du C.E.B.T.P.
V.2.4. Méthode de FU HUA CHEN
L'échantillon de sol est chargé selon la contrainte des terres, puis inondé sous cette même
contrainte. Après stabilisation du gonflement, l'échantillon testé est progressivement chargé
jusqu'à retrouver son indice des vides avant inondation. La pression de gonflement est alors
notée : σσσ 01−=
g (figure V- 4).
Figure (V- 4) : Détermination de la Pression de Gonflement Selon Chen (1984).
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 60
V.2.5. Méthode de HUDER et AMBERG
L'échantillon de sol est soumis à une alternance de charges et décharges à sec. Ceci pour
éliminer, au mieux, les effets du remaniement (figure V-5).
L'échantillon de sol est ensuite, inondé à l'état chargé, ce qui doit amorcer le gonflement. La
charge appliquée est éliminée par paliers successifs jusqu' à libération totale de l'échantillon
de sol. Le taux de gonflement peut être enregistré et la courbe (11) tracée. L'intersection des
prolongements des courbes (2) et (11) détermine, selon HUDER et AMBERG, la pression de
gonflement.
Figure (V-5) : Détermination de la Pression de Gonflement Selon la Méthode de
HUDER et AMBERG.
V.2.6. Méthode de FIRTH
L'essai consiste à appliquer un cycle charge / décharge à l'échantillon en test, la contrainte
de chargement étant égale à la pression des terres. La mise à eau est effectuée sur
l'échantillon complètement déchargé, ce qui permet le développement du gonflement et
lecture du taux de gonflement. Le spécimen de sol est ensuite, progressivement chargé
jusqu'à retrouver l'indice des vides de la fin du premier cycle chargement (figure V-6).
La pression de gonflement est alors déterminée.
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 61
Figure (V-6) : Détermination de la Pression de Gonflement Selon la Méthode de FIRTH.
V.2.7. Méthode du double oedomètre
Cette technique de mesure est mise au point par JENNINGS et KNIGHT (1958).
Dans un premier oedomètre , un échantillon de sol est soumis à une série croissante de
chargements en gardant la teneur en eau naturelle. La variation de l'indice des vides est
représentée selon la courbe (1) de la (figure V-7). Dans un second oedomètre, un autre
échantillon du même sol est soumis, après avoir complètement gonflé sous charge nulle, à la
même série de chargement que le premier échantillon. La courbe (2) est obtenue. La
translation verticale de la courbe (1) vers la courbe (2) permet de repérer un premier point
d'intersection. Une construction graphique particulière permet de déterminer le taux de
gonflement.
Figure (V-7) : Détermination de la Pression de Gonflement
Selon la Méthode du Double Oedomètre.
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 62
V.3. Essai de gonflement a l’oedomètre NF P 94-91
VI.3.1. Essai de procédure sur sols gonflants
La manipulation a pour but de déterminer des caractéristiques de compressibilité d'un sol qui
permettent d'estimer le tassement et gonflement d'un massif de sol.
VI.3.1.1. Définition: c'est un essai déformation à charge constante d'une éprouvette
cylindrique avec déformation à latérale nul et drainage sur les deux faces (inf et sup) figure
(V-8).
VI.3.1.2. Préparation
1. extraction de l'échantillon de son étui :
- Repérer le haut et le bas de la carotte (avant extraction).
- Exclure le bas et le haut systématiquement.
- Découper un cylindre ayant 2 fois à 4 fois la hauteur de l'éprouvette et commencer la taille.
2. forme de l'éprouvette.
- Il s'agit d'obtenir une éprouvette non perturbée par le découpage.
- Cylindrique aux dimensions du moule.
- Les deux faces bien planes et parallèles.
3. dimensions de l'éprouvette D = 75mm, D = 50mm (selon le diamètre a la carotte).
- Mise en place de l'éprouvette.
- Saturation de l'éprouvette
- Chargement et déchargement de l'éprouvette.
- Calculs et résultats (graphique, détermination des paramètres).
Figure (V−8): Appareil Oedomètrique.
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 63
V.3.1.3. Calcul et Résultat
L'interprétation des résultats d’essais oedométriques dispos classiquement sur
l'exploitation du tableau de compressibilité et de consolidation le coefficient compressibilité
Cc = 5.98% et coefficient de gonflement Cg = 2.33% et de charge cσ = 0.63 bar et pour le
cas de traitement par lions hydrauliques à compressibilité par 4%chaux Cc = 1.99% et
coefficient de gonflement Cg = 0.00% et de charge cσ = 3.75 bar dans les traitements par
chaux en levée le gonflement.
Dans la compressibilité par 4% ciment Cc = 2.99% et coefficient de gonflement
Cg = 0.00% et de charge cσ = 7.47 bar dans l'essai traitement par ciment en levée le
gonflement.
V.4. Essai de gonflement libre à charge variable par oedomètre
VI.4.1 Objectif
Déterminer la pression de gonflement afin d’apprécier le comportement d’ouvrages
pouvant être affectés par la présence de matériaux gonflants.
VI.4.2. Principe
L'essai s'effectue sur plusieurs éprouvettes de sol intact provenant d’un même échantillon
et prélevées sensiblement au même niveau. Chaque éprouvette de sol est placée dans un
œdomètre. On laisse l’échantillon se gonfle librement avec l’ajout de l’eau jusqu’a stabilise.
Ensuite on applique un effort différent mais maintenu constant sur chacune des éprouvettes
et on mesure sa variation de la hauteur.
VI.4.3. Equipement nécessaire
Le même équipement que celui de l’essai œdométrique. Il serait préférable d’utiliser un
œdomètre à chargement par l’arrière
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 64
VI.4.4. Mode opératoire
• La première étape
Préparer au moins trois éprouvettes pour chaque échantillon. On a préparé quatre
échantillons : sol naturel, 2% de chaux, 4% de chaux et 1% de ciment les peser et noter leurs
hauteurs initiales H0 sachant que le sol opéré est remanié. On ajoute l’eau pour chaque
éprouvette et on commence les lectures dés qu’on a ajouté l’eau après 30s -1mn-2mn-5mn-
10mn-15mn-30mn-1h-2h. Jusqu’ à la stabilité.
• La deuxième étape
On applique un effort différent. On mémorise les lectures pour chaque chargement et chaque
30se -1mn-2mn-5mn-10mn-15mn-30mn-1h-2h …
Aux autres éprouvettes, les contraintes sont choisies afin d’avoir, dans une représentation
graphique ∆h(t).
La contrainte est appliquée à l’éprouvette jusqu’à stabilisation de sa hauteur.
Conventionnellement, la stabilisation de la déformation de l’éprouvette est atteinte si on un
palier.
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 65
V.5. Interprétation des résultats
� La première étape (le gonflement)
• Sol naturel
Figure (V− 9): Gonflement en fonction du temps (sol naturel).
On observe que l’allure de la courbe est en S.
Remarque : on n’a pas laissé le temps suffisant pour que le gonflement se stabilise afin
d’avoir un palier.
La courbe montre que le sol gonfle rapidement la présence de l’eau car celui-ci se sature et
gonfle au même temps, il y a deux phénomènes parallèles le gonflement et la saturation.
C’est vrai que le sol est inondé mais pas forcément saturé.
D’après la figure (V-9) la stabilisation du gonflement a commencé après 24h.
On a pris en considération les résultats de l’échantillon 2 et 3 car sont les plus représentatifs
Le tôt de gonflement est environ 2mm le pourcentage de 10,88%.
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 66
• 2% Chaux
Figure (V− 10): Gonflement en fonction du temps (2% Chaux).
On observe qu’on a eu une stabilisation du gonflement de l’échantillon après une demi-
heure, car la chaux est un liant, cette dernière arrête le sol de gonfler (stabilise le
gonflement). Voire les tableaux V-1. Le temps et le tôt de gonflement ont diminué.
• 4% de chaux
Figure (V− 11): Gonflement en fonction du temps (4% Chaux).
On voit que l’allure de la courbe est en S on a eu un palier de stabilité
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 67
La stabilité de gonflement a commencé après 15min pour les échantillons 2.
Le temps du gonflement est écourté.
• 1% de ciment
Figure (V− 12): Gonflement en fonction du temps (1% Ciment).
Le ciment a arrêté le gonflement. La stabilité de gonflement est apparue rapidement par
rapport à la chaux.
� La deuxième étape (le chargement)
• Sol naturel
Figure (V− 13): Gonflement en fonction du temps (échantillon 1).
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 68
Figure (V− 14): Tassement en fonction du temps (échantillon 2).
Figure (V− 15): Tassement en fonction du temps (échantillon 3).
On remarque que c’est une courbe de consolidation ∆h total augmente logiquement mais ∆h
pour palier de chargement diminue chaque fois qu’on double la charge.
Lorsque on double la charge la déformation n’est pas doublée c'est-à-dire la variation de la
déformation diminue à chaque fois qu’on double la charge, la compressibilité diminue.
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 69
• 2% de chaux
Figure (V− 16): Tassement en fonction du temps (échantillon 4).
Figure (V− 17): Tassement en fonction du temps (échantillon5).
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 70
Figure (V− 18): Tassement en fonction du temps (échantillon 6).
Puisque l’échantillon de sol qui comporte 2% de chaux a atteint la stabilité rapidement par
rapport au sol naturel, pour le chargement on peut dire la même chose que le précédent bien
que la déformation dans chaque palier diminue visiblement.
Une courbe de consolidation ∆h total augmente logiquement mais a ∆h pour palier de
chargement diminue par rapport au sol naturel et à chaque fois qu’on double la charge.
Lorsque on double la charge la déformation n’est pas doublée c'est-à-dire la variation de la
déformation diminue à chaque fois qu’on double la charge, la compressibilité diminue.
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 71
• 4% Chaux
Figure (V− 19): Tassement en fonction du temps (échantillon 7).
Figure (V− 20): Tassement en fonction du temps (échantillon 8).
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 72
Figure (V− 21): Tassement en fonction du temps (échantillon 9).
Pour le sol qui contient 4% de chaux plus que le gonflement a diminué le ∆H pour chaque
palier diminue a fur et à mesure qu’il est chargé, le même phénomène se répète pour les
trois éprouvettes c'est-à-dire le sol soit de plus en plus compacté. La compressibilité
diminue.
• 1%Ciment
Figure (V− 22): Tassement en fonction du temps (échantillon 10).
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 73
Figure (V− 23): Tassement en fonction du temps (échantillon 11).
Figure (V− 24): Tassement en fonction du temps (échantillon 12).
Le ciment a réduit le gonflement et diminue le ∆H entre palier ce qui est bien sur les trois
figures ci-dessus. La compressibilité diminue.
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 74
� Le potentiel des gonflements
• Sol naturel
Figure (V− 25): Courbe de ∆h (mm) fonction de σ(kPa) sol naturel.
Figure (V− 26): Courbe de ∆h (mm) fonction de σ(kPa) 2 %Chaux.
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 75
Figure (V− 27): Courbe de ∆h (mm) fonction de σ(kPa) 4 % Chaux.
Figure (V− 28): Courbe de ∆h (mm) fonction de σ(kPa) 1%Ciment
On remarque que la variation de la déformation st rapide au premier chargement et diminue
au fur et à mesure que la contrainte augmente. Voir les tableaux V-9.
Pour calculer les résultats du potentiel de gonflement et la pression de gonflement il y plusieurs
étapes :
Calculer le ∆h max en fonction de la contrainte pour tous les échantillons.
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 76
Sol naturel
Tableau :(V-1) : ∆H max pour chaque palier
σ (Κσ (Κσ (Κσ (Κpa) ECH N°1 ECH N°2 ECH N°3
Δh max (mm)
12.4 0.22 0.45 0.46
24.8 0.41 0.5 0.6
49.7 0.7 0.7 0.82
2%Chaux
Tableau :(V-2) : ∆H max pour chaque palier
σσσσ (kPa) ECH N°4 ECH N°5 ECH N°6 ∆h max (mm)
12.4 0.05 0.08 0.05
24.87 0.12 0.2 0.1
49.7 0.25 0.25 0.19
99.5 0.38 0.34 0.27
199.1 7.36 0.93 1.08
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 77
4% Chaux
Tableau :(V-3) : ∆H max pour chaque palier
σ (σ (σ (σ (kPa) ECH N°7 ECH N°8 ECH N°9 ∆h max (mm)
12.4 0.9 0.08 0.09
24.87 0.09 0.11 0.08
49.7 0.18 0.34 0.19
99.5 0.25 0.40 0.26
199.1 0.75 0.75 0.65
1% Ciment
Tableau :(V-4) : ∆H max pour chaque palier
σ (σ (σ (σ (kPa) ECH N°10 ECH N°11 ECH N°12
∆h max (mm)
12.4 0.046 0.11
24.87 0.124 0.396 0.174
49.7 0.342 0.78 0.559
99.5 0.644 0.689
Pour calcul le ∆H moy et la masse volumique.
On a calcul la masse volumique de chaque échantillon. Dans le laboratoire par la prise d’une
tare on a calculé son volume par la peser vide et après en l’a pesé pleine d’eau sachant que
la masse volumique de l’eau est 1g/cm3 on obtient le volume de la tare par la division de la
masse volumique d’eau sur le poids de la tare
Apres le calcul du volume de la tare on la pèse pleine de sol on prend le poids de sol et on
fait la division du poids par volume.
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 78
Les tableaux suivants montrent les masses volumiques pour chaque échantillon et le
∆H moyen.
• Sol naturel
Tableau (V-5) : ∆Hmoy pour chaque échantillon.
VOLUME DE LA TARE Masse volumique du
sol Hmoy du sol (mm) N° Tare M tare(g) MT+w(g) Vtare(cm3) MT+Sol(g) ρρρρ(g/cm
3) Ech 1 Ech 2 Ech3
258 14.05 81.05 67.000 109.69 1.427 326 13.82 80.829 67.009 108.07 1.407
Moyenne 1.417 17.13 17.42 18.88
• 2% chaux
Tableau (V-6) : ∆Hmoy pour chaque échantillon.
VOLUME DE LA TARE Masse volumique
du sol Hmoy du sol (mm) N° Tare M tare(g) MT+w(g) Vtare(cm3) MT+Sol(g) ρρρρ(g/cm
3) Ech 4 Ech 5
Ech 6
258 14.05 81.05 67.000 109.52 1.425 326 13.82 80.829 67.009 102.82 1.328
Moyenne 1.377 21.71 19.69 19.73
• 4% chaux
Tableau (V-7) : ∆Hmoy pour chaque échantillon.
VOLUME DE LA TARE Masse volumique
du sol Hmoy du sol (mm) N° Tare M tare(g) MT+w(g) Vtare(cm3) MT+Sol(g) ρρρρ(g/cm3) Ech 7 Ech 8 Ech 9
258 14.05 81.05 67.000 105.03 1.358 326 13.82 80.829 67.009 101.71 1.312
Moyenne 1.335 20.33 19.22 18.96
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 79
• 1% ciment
Tableau (V-8) : ∆Hmoy pour chaque échantillon.
VOLUME DE LA TARE Masse volumique
du sol Hmoy du sol (mm)
N° Tare M tare(g) MT+w(g) Vtare(cm3) MT+Sol(g) ρρρρ(g/cm3) Ech 10 Ech 11 Ech 12 258 14.05 81.05 67.000 104.16 1.345 326 13.82 80.829 67.009 106.16 1.378
Moyenne 1.361 17.32 17.93 18.07
Calcul % de gonflement et de la pression de gonflement.
Tableau (V-9) : Calcul % de gonflement et de la pression de gonflement.
∆∆∆∆h(mm) ∆∆∆∆h/h
∆∆∆∆h moy
(mm) ∆∆∆∆h/h σσσσ(kPa) σσσσ(bar)
SOL 1.968 0.11
NATUREL 1.76 0.10 0.11 10.67 35 0.35
1.966 0.10
1.406 0.06
2%CHAUX 1.272 0.06 0.07 7.22 120 1.2
1.52 0.08
1.522 0.07
4%CHAUX 1.516 0.07 0.07 7.18 185 1.85
1.336 0.07
0.776 0.04
1%CIMENT 1 0.06 0.06 5.94 70 0.7
1.4 0.08
Chapitre V : Solution Et Interprétation
2010/2011 80
V.6. Conclusion
La compressibilité du sol diminue au fur et à mesure qu’il est chargé
C’est une courbe de consolidation primaire. C'est-à-dire l’élimination de l’excès.
Plusieurs chercheurs ont étudié la stabilisation des sols expansifs. Le gonflement des sols
argileux est un phénomène très complexe qui fait intervenir des procédés de stabilisation
disponibles.
La technique de stabilisation par la chaux est très utilisée.
La chaux et le ciment comme liants hydrauliques donnent des résultats très favorables pour
arrêter le gonflement de sol argileux.
1. Aide mémoire mécanique des sols
2. Azzouz F. Z., (2006), “Contribution a l'étude de la stabilisation chimique de quelques argiles gonflement de la région de Tlemcen”, Thèse présentée pour obtenir le diplôme de magister en Génie Civil spécialité géotechnique, Université de Abou Bekr Belkaid Tlemcen.
3. Babouri R., (2008), “Stabilisation des sols argileux par la chaux (cas du kaolin du gisement de Djebel Debagh- Guelma”, Thèse présente pour l'obtention du diplôme de magister géotechnique, Université Mohamed Boudiaf de M'Sila.
4. Bekkouche A., Aissa Mamoune S. M. et Djedid A., (2002), “Techniques de stabilisation des sols expansifs”, Journées d’Études sur les Sols Gonflants (JÉSG), Laboratoire Eau et Ouvrage dans Leur Environnement, Département de Génie Civil. Université de Aboubakr Belkaïd, Tlemcen.
5. Bell, F. G., (1988), “Stabilisation and treatment of clay soils with lime”. Ground Engineering, 10-29.
6. Bell, F. G., et Tyrer, M. J., (1987), “Lime stabilisation and clay mineralogy”. Proc. Conf. Found. And Tunners-87. Eng. Technics. Press. 2, 1-7.
7. BRGM/RP-56583-FR, (2008), “Retrait-gonflement des sols argileux un risque à prendre en compte lors de la construction”, mercredi 6 avril 2011.
8. Bultel F., (2001), “Prise en compte du gonflement des terrains pour le dimensionnement des revêtements des tunnels”, Thèse docteur, ENPC, 298 pages.
9. Caillère, S., Henin, S. (1988). "La minéralogie des argiles". Edition Masson.
10. Chelghoum N., (2006), “Éléments de base en mécanique des sols”, Office des Publications Universitaire, Professeur à l’université Badji Mokhtar – Annaba.
11. Chen, F.H., (1988), “Foundation on Expansive Soils”, Elsevier Scientific Publishing Company INC., New York, USA.
12. Derriche Z. et Iguechtal L., (2002), “Comportement de quelques ouvrages dans les argiles expansives d'In-Amenas”, journées d’étude, Université de Ouargla les 29 et 30/10/2002.
13. Didier G., (1972), “Gonflement cristallin et macroscopique des montmorillonites sa prévision“, Thèse de docteur ingénieur, Univ C Bernard Lyon.
14. Dupain R., Lanchon R. et Saint.Arroman J.C., (2004), “GRANULATS, SOLS, CIMENTS ET BETONS caractérisation des matériaux de génie civil par les essais de laboratoire”, Educalivre EYROLLES 3ème édition.
15. FEDIEX section Chaux, (2011), “ Traitement de sols et Recyclage de terres à la chaux”, www.chauxflash.be, Bruxelles.
16. Freeah F., (2006), “Prise en compte du gonflement pour le dimenstionnement des fondations superficielles”, Thèse présentée pour obtenir le diplôme de magister en Génie Civil, Université de Batna.
17. Gontran H., Didier L. et Daniel P., (2011), “Chaux aérienne applications en Génie Civil”, Technique de l’ingénieur.
18. Haras nationaux 2004, “Traitement des sols à la chaux ou au ciment”
19. Haute-Garonne retrait-gonflement des sols argileux mercredi 6 avril 2011
20. Holm, G., (1979), “Lime stabilisation-experience concerning strength and deformation properties”. Van-Och, 25, 7-8, 45-49.
21. Hunter, et Dal, (1988), “Lime-induced heave in sulfate-bearing clay soils”, Journal of Geotechnical Engineering, Vol. 114 N°2, ASCE.
22. Jennings J.E., et Evans G.A., (1962), “Practical procedures for building in expansive soil areas”, South Africa Builder.
23. Jones D. E., et Holtz W. G., (1973), “ Expansive Soils – The hidden disaster”, Civil Eng., ASCE 43(8).
24. Kebaili, M., (2005), “Aperçu sur les Procédés Expérimentaux de Mesure du Potentiel de Gonflement des Sols Expansifs”, 2ème Journées d’Études sur les Sols Gonflants (JÉSG2), Laboratoire Eau et Ouvrage dans Leur Environnement, Département de Génie Civil, Université Aboubakr Belkaïd, Tlemcen.
25. Kormi T., (2003), “Modélisation numérique du gonflement des argiles non saturées” ; Thèse présentée pour l'obtention du diplôme de docteur, l'École Nationale des Ponts et Chaussées.
26. Mateos, M., (1964), “Soil-lime research at Iowa State University”, Proc. American Society of Civil Engineers (ASCE), SM2, VOL. 90, Paper 3847, pp. 127-53.
27. Monnaers A., et al. (2004), “Code de bonne pratique pour le traitement des sol à la chaux et/ou au ciment” le groupe de travail APPD.4 «Recyclage des terres», Centre de recherches routières, Bruxelles.
28. Mouroux P., Margron P. et Pint J.C., (1988), “La construction économique sur sols gonflants”, Manuels et méthodes n°14. B.R.G.M., Orléans.
29. Nelson J. D., et Miller D. J., (1992), “Expansive soils problems and practice in foundation and pavement engineering”, Edition John Wiley et Sons, INC.
30. Norme AFNOR Analyse chimique NF P 15-461 et NF P 94-055.
31. Norme AFNOR bleu de méthylène NF P 94-068 LTPS.
32. Norme AFNOR de gonflement a œdomètre NF P 94-91
33. Norme AFNOR de la densité NF P 94-064.
34. Norme AFNOR de œdomètre NF P 94-90
35. Norme AFNOR du cisaillement NF P 94-71.
36. Norme AFNOR granulométrique NF P 94-056 LTPS
37. Norme AFNOR limite d’Attrebarg NF P 94-051 LTPS
38. Ola S.A., (1975), “Stabilisation of Nigerian Lateritic Soils With Cement, bitumen and lime”, 6th Reg. Conf. on Soil Mech.Found. Eng. South Africa.
39. Puppala, A. J., Griffin J. A., Hoyos L. R., et Chomtid. S., (2004), “Studies on sulfate-resistant cement stabilization methods to address sulfate-induces soil heave”, Journal on Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, 130(4).
40. Puppala, A. J., Suppakit, Viyanant, C., et Perrin, L., (2001), “Sulfate heaving problems in stabilized soils: observations from a few case studies” Proceeding of 2nd International Conference on Engineering Materials, San Jose, California.
41. Seed, H. B., Woodward, R. J., et Lundgren, R., (1962), “Prediction of swelling potential for compacted clays”, Journal of Soil Mechanics Foundation Engineering Division, ASCE, 88, SM3, 53-87.
42. Sivapullaiah, P.V., Sridharan A., et Ramesh, H. N., (2000), “Strength behaviour of lime treated soils in the presence of sulphate”, Canadian geotechnical journal 37.
43. Skempton, A.W., (1953), “The colloidal activity of clays”, Proceeding 3rd International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Zurich, Switzerland, Vol. 1, 57-61.
44. TCHOUANINANA J. M., (1999), “Coure mécanique de sol”, tome 1, propriétés des sols.
45. Thompson, M. R., (1968), “Lime stabilization of soils for highway purposes”. Final Summary Rep. Civil Engineering Studies, Highway Series No. 25, Illinois Cooperative Highway Research Program, Project IHR-76, 26 pp.
46. Zenkhri A.,(2010), “Solutions de construction sur sol potentiellement gonflant application à la région d’In-Aménas”, Thèse présentée pour obtenir le diplôme de magister en Génie Civil spécialité géotechnique, Université Houari Boumediene.