Identification et caractérisation de la cohésion interne du matériau terre dans ses conditions naturelles de conservation

par David Gelard

Thèse de doctorat en Océan, atmosphère, hydrologie

Sous la direction de Jean-Paul Laurent et de Henri Van Damme.

Soutenue en 2005

à Grenoble INPG .

mots clés

Résumé

La mise en oeuvre des constructions en terre est basée sur le principe de compactage de matrices argilo-sableuses optimisées en fonction de la teneur en eau et de la granulométrie du mélange. Malgré les possibilités constructives de ce matériau, il n'en reste pas moins que la science de celui-ci est grandement empirique. Pourtant, le concept de cohésion est important pour qui veut parler de la tenue d'un mur. Cette évolution de cohésion interne a été étudiée sur un matériau modèle constitué de sable d'Hostun et de kaolinite. Les éprouvettes on été fabriquées pour des ratios pondéraux kaolinite 1 sable de 5, 10, 15 et 25%. Les évolutions de cohésion et d'angle de frottement interne (paramètres de Mohr-Coulomb) ont été mesurées par essais de cisaillement à la presse triaxiale associés à des essais en compression simple et cisaillement direct. La résistance mécanique à la rupture augmente avec le pourcentage d'argile mais il semble exister un seuil entre 15 et 25 % massique de kaolinite au delà duquel les comportements macroscopiques se modifient. À ces macro-observations sont ajoutées des analyses d'images 20-30 permettant de visualiser et de "cartographier" la répartition de chaque phase: sable 1 argile 1 macropores. De plus, ces observations permettent de comprendre les arrangements particulaires de la matrice argileuse (anisotropie de matrice) démontrant ainsi qu'il existe des mécanismes permettant l'organisation de la kaolinite autour des macropores et la formation de " ponts" argileux entre les grains de quartz. L'ensemble de ces mécanismes génère, à leur échelle, UI force de cohésion que l'on peut exprimer de manière théorique.

Titre traduit

Identification and characterization of earth material internai cohesion mechanisms : application to conservation purposes

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Résumé

The succesful conservation of our earthen cultural heritage is a complex problem which has many different aspects. The most straightforward is probably the preservation of the cohesion of this material. The knowledge of earth material for earth building is quite empiric and a simple answer for defining the concept of cohesion is so unlikely. To try to give an answer, a model material has been made by mixing Hostuns' sand and kaolinite for different mass% of clay minerais (5, 10,15 and 25 mass%). Two main approaches were used to define the cohesion: soil mechanics test adapted to our materials (simple shear, unconfined compressive test and triaxial test) and image analysis on thin section or global sam pie by SEM (20 and false 3D) and by tomography (3D). For 15 mass% of kaolinite, using this multi-scale approach, we found out a maximum of the Mohr-Coulomb cohesion, and a best distribution of cristalographic phases. The internai cohesion is the sum of different forces and each measurement gives a global cohesion. A semi-quantitative model detailed these different forces (mechanical, cappilar and Van der Waals forces).