Traitement des sols argileux à la chaux : processus physico-chimique et propriétés géotechniques

Treatment of clay soils with lime : physico-chemical reactions and geotechnical properties

• Auteur / Autrice : Abdelmadjid Lasledj
• Direction : Muzahim Al-Mukhtar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 03/12/2009
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies (Orléans ; 2009-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Centre de Recherche sur la matière divisée
• Jury : Président / Présidente : Marie-Louise Saboungi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Muzahim Al-Mukhtar, Marie-Louise Saboungi, Farimah Masrouri, Anne Pantet, Yasmina Boussafir
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Farimah Masrouri, Anne Pantet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sols gonflants

Mécanique des sols

Sols -- Aménagement

Chaux

Sols argileux

Terrassement

Mots clés libres

Traitement à la chaux

Argile plastique

Processus physico-chimique

Propriétés géotechniques

Lime treatment

Highly plastic clay

Physiochemical reaction

Geotechnical properties

Résumé

Le traitement des sols à la chaux est une technique ancienne et efficace dans les travaux de génie civil. Dans l'objectif du « zéro emprunt/zéro déchet » dans les travaux de terrassement routier, cette étude démontre que quelles que soient la plasticité et la médiocrité des propriétés hydromécaniques des sols argileux, le traitement à la chaux s'avère efficace. Les résultats expérimentaux concernant un sol argileux extrêmement plastique et gonflant montrent que les propriétés géotechniques s'améliorent avec le traitement à la chaux : le gonflement est éliminé, la plasticité réduite fortement et la résistance mécanique augmentée. Le suivi du processus physico-chimique de la réaction chaux–argile a permis de déterminer les quantités de chaux nécessaires aux changements instantanés ou/et durables du comportement hydromécanique des sols argileux traités. L'échange cationique poursuivi par la réaction pouzzolanique induisent dans les sols traités des modifications minéralogiques, texturales et structurales. Des hydrates calciques nouveaux sont formés grâce à la consommation de la chaux et des argiles. Ces hydrates tapissent les bords des particules argileuses et constituent une couche qui enrobent et assurent le lien entre les particules. Ces changements sont ainsi à l'origine des améliorations des propriétés géotechniques des sols traités. Les travaux de recherche réalisés démontrent que le processus et la cinétique des réactions chaux– argile dépendent du cation échangeable, de la quantité de chaux disponible, de la température de maturation et de la structure de l'argile : smectite, illite ou kaolinite.

Lime treatment techniques have largely been developed across the word mainly in civil engineering works. The context of sustainable development implies to improve the rate of reuse of clay soils in the earthworks. This study demonstrates that whatever the plasticity and poor hydromechanical properties of clay soils, the lime treatment is effective. Experimental results on highly plastic clay soil show that all geotechnical properties progress with the lime treatment: the swelling is eliminated, the plasticity is reduced greatly and the strength increases. Monitoring the physicochemical lime-clay reaction allowe to determine the quantities of lime required for short term and/or long term changes in the hydromechanical behaviour of treated clay soils. The cation exchange pursued by the pozzolanic reactions induced mineralogical, textural and structural changes in the treated soil. New hydrates are formed through the consumption of lime and clay. These hydrates contour the edges of clay particles and formed a layer which coat and provide the link between particles. These changes are well behind improvements in geotechnical properties of treated soil. The research conducted in this thesis shows that the process and the kinetics of lime-clay reactions depend on the exchangeable cation, the amount of lime available, to the curing temperature and the structure of the clay smectite, illite and kaolinite.