Caractérisation physiques et mécaniques des bétons de sol issue du chantier

par Jacques Hessouh

Projet de thèse en Génie civil - Cergy

Sous la direction de Albert Noumowe nchambou et de Javad Eslami.

Thèses en préparation à Cergy-Pontoise , dans le cadre de ED SI - Sciences et Ingénierie , en partenariat avec Laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil (laboratoire) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Les résultats obtenus dans la cadre de la thèse d'Olivier Helson ont soulevé différents axes de recherche qui mériteraient d'être approfondis afin d'améliorer la compréhension du comportement des bétons de sol. La comparaison des résultats expérimentaux, relatifs à la caractérisation des mélanges modèles réalisés en laboratoire avec des résultats de chantiers tirés de la littérature confirme la bonne représentativité des bétons de sol reconstitués dans des travaux de recherche effectués au L2MGC. Cependant, la prise en compte de ces résultats pour la conception des structures en béton de sol nécessite de compléter ces données en déterminant l'influence de la présence d'hétérogénéités liées au malaxage en place et en élargissant la gamme des sols jusqu'à présent étudiés. En raison de la procédure de mélange spécifique utilisé lors de la réalisation de béton-sols (soil-mixing ou jet-grouting) d'une part et l'utilisation directe du sol en place en tant que matériau de construction d'autre part, la présence d'inclusions rigide ou molle est inévitable. Le pourcentage volumique des inclusions varie entre 0% et 3,5% dans les sols sableux et peut atteindre jusqu'à 35% et plus dans les sols argileux. La présence de ces inclusions peut fortement influencer les propriétés mécaniques des béton-sol et expliquer une partie des différences entre les résultats observés in-situ et en laboratoire. Les résultats expérimentaux de la thèse d'O. Helson ont permis par ailleurs de définir des modèles prédictifs permettant à partir de mesures simples ou non destructives d'évaluer différentes propriétés mécaniques ou physiques. Ces modèles seront ainsi confrontés aux résultats issus d'échantillons prélevés sur chantiers afin d'analyser leur fiabilité en dehors des conditions expérimentales (cure, mode de mise en place, etc.) de la thèse. Une première étude expérimentale pour prendre en compte des effets des inclusions sur les propriétés mécaniques de béton-sol a été réalisée dans le cadre de la thèse d'Olivier Helson. Il s'agissait d'incorporer des inclusions sphériques en kaolinite (avec le volume et propriétés mécaniques connus) dans l'échantillon lors de fabrication du béton-sol et comparer la résistance en compression simple et module d'Young de ces échantillons avec des échantillons de référence (sans inclusion). Une étude théorique menée à la fois expérimentalement et numériquement permettra de quantifier l'influence de la fraction volumique, de la taille, de la distribution spatiale de la forme et de la rigidité des inclusions sur les propriétés mécaniques des bétons de sols. L'approche numérique par la méthode d'élément fini permet également de modéliser le transfert hydrique et le comportement mécanique des éléments réalisés par le béton-sol à l'échelle réel (in-situ) en prenant en compte l'effet de la variation de la nature de sol et l'hétérogénéité due à la présence des inclusions. Les bétons de sols seront amenés à être de plus en plus utilisés pour la réalisation d'ouvrages permanents. Des recherches sur la durabilité de ces matériaux (notamment des échantillons prélevés sur chantiers) sont encore nécessaires afin d'améliorer les connaissances sur le vieillissement de ces matériaux dans des conditions environnementales agressives et sous chargement. Certains aspects de la durabilité ont déjà pu être étudiés lors de la thèse d'O. Helson, comme la résistance aux attaques sulfatiques externes et aux cycles humidification/séchage. D'autres attaques chimiques restent à considérer comme les attaques sulfatiques internes et la carbonatation. Le comportement mécanique à long terme, notamment l'étude de la déformation différée due aux efforts de longue durée a fait l'objet à ce jour de peu d'études. Pour certaines applications de soil-mixing telles que les fondations et les murs de soutènement, le fluage (augmentation progressive de la déformation avec le temps pour une contrainte appliquée constante) est un paramètre important qui devrait être étudié. Le développement très important des déformations différées qui témoignent d'un comportement visqueux et d'un endommagement progressif du matériau peut mener à la rupture. Dans le cas des bétons de sol, les valeurs élevées de déformation ainsi que l'importante chute de module d'Young (à faible niveau de chargement) pendant les essais de compression simple instantanée ont été constatées. Ces observations soulignent l'intérêt d'étudier la déformation différée de ce matériau, notamment à différentes échéances. Les ciments riches en laitier sont sensibles à la carbonatation. Celle-ci peut avoir des effets significatifs sur la microstructure du béton-sol. Les changements de volume associés à la précipitation de CaCO3 peuvent créer des fissures qui augmentent la perméabilité et conduisent à une chute de la résistance. Par ailleurs la réaction de carbonatation réduit le pH de la solution interstitielle et dépassive les aciers dans le cas d'une structure béton de sol-armée. La dépassivation des aciers favorise leur corrosion. Une étude des paramètres contrôlant la cinétique de carbonatation semble nécessaire à réaliser. Des tests en condition accélérée ou naturelle permettrons d'évaluer les conséquences de la carbonatation sur la résistance et la rigidité de béton-sol. L'évolution de la conductivité hydraulique a également fait l'objet de nombreux essais en condition de cure endogène pour mesurer l'influence des paramètres de formulation. La détermination de k a également permis d'évaluer le niveau d'endommagement en fonction du nombre de cycles H/S subis ou de la température de chauffage à haute température. La prochaine étape pourrait s'intéresser à l'influence du niveau de chargement mécanique sur la conductivité hydraulique et relier l'endommagement à la densité de fissuration par analyse d'image.

  • Titre traduit

    Physical and mechanical characterization of construction site Soilcrete mixture


  • Résumé

    .