Stabilisation des sols à la chaux et leur comportement face au gel

Stabilisation des sols traités à la chaux et
leur comportement face au gel
Projet Lhoist, ENPC, STPF, FNTP, CETE de Lyon
NGUYEN Thi Thanh Hang, Y. J. Cui (ENPC), A. M.Tang (ENPC), G. Herrier
(Lhoist), V. Ferber (Charier), F. Plier (Urano), C. Mauduit (CETE Lyon)
Journée d’étude – Groupe FNRS– Gembloux - 29/01/2014
CONTENU DE L’EXPOSÉ
1.
2.
3.
4.
5.
Contexte et problématique
Techniques expérimentales
Résultats expérimentaux
Modélisation du géligonflement
Etapes suivantes
2
CONTEXTE ET PROBLÉMATIQUE
+ Insensibilité à l’eau?
+ Résistance au gel?
(Exemple de structure routière) Pratique actuelle: remblai traité
Critère empirique de Rc à la période d’apparition du gel (GTS)
(Critère utilisé pour les sols traités à la chaux seule)
Rc  2,5 MPa
Rc : Résistance à la compression
3
♦ Techniques expérimentales
Etude minéralogique et de microstructure
Caractérisation géotechnique
DRX
MEB
Test pH
Essais mécaniques
Tomographie
à rayon X
PIM
Essais au gel
A1, limon peu
plastique
Essai des cycles
gel/dégel
prEN 13286-54
Détermination de Rc, Rtb, Gmax
Détermination
de kunsat
wP = 23%
wL = 30%
IP = 7%
VBS = 2,39(g/100g)
Essai de
géligonflement
NF P 98-234-2
4
CONTENU DE L’EXPOSÉ
1.
2.
3.
4.
5.
Contexte et problématique
Techniques expérimentales
Résultats expérimentaux
Modélisation du géligonflement
Etapes suivantes
5
Évolution de Rc
2,50
7
28
90
365
• PFC = 1,5%
• dosages > PFC : Rc augmente au cours du temps
• dosage < PFC, peu d’évolution de Rc au cours du
temps
6
Courbes porosimétriques
Peu
de
changement
micropores de 1 µm – 1,5 µm
Diminution des macropores de
9 µm
Apparition de la famille porale
de très petite taille 0,08-0,09µm
28 jours de cure
Augmentation
des
pores de 0,08 µm – 0,09
µm
Disparition
des
micropores de 1 µm –
1,5 µm pour + 4% CaO
Davantage de diminution des
macropores de 9 µm
90 jours de cure
7
ESSAI DE GELIFRACTION (pr EN-13286-54)
♦
♦
♦
RFT: résistance au gel
Rc après gel/dégel : Résistance à la compression simple après 10 cycles de
gel/dégel
Rc ref : Résistance à la compression simple de référence
8
♦ Essai de gélifraction
7
28
90
365
Évolution de RFT au cours du temps des sols A1 traités aux différents dosages en chaux
●
●
A1+1% CaO. Les éprouvettes sont cassées avant l’essai de Rc , pas RFT
A partir de A1+2% CaO, 28 jours, on peut déterminer RFT
9
ESSAI DE GELIGONFLEMENT (NF P 98-234-2)
Eprouvette
D70H270
10
Gonglement (mm)
♦ Essais de géligonflement:
12,00
A1+ 4%CaO, 90j
dcontrôlé
10%
dOPN
10,00
8,00
6,00
4,00
Pente = 0,49, SGt
2,00
0,00
0
5
10
15
20
25
30
35
Indice de gel (
40
)
Détermination du pente de gonflement du A1 traités à 4% CaO à 90 jours
11
SGn
2,50
SGp
SGt
2,50
0,01
Corrélation entre la résistance à la compression simple et la pente de
géligonflement
●
●
Performance mécanique ne détermine pas la sensibilité au gel
Quel est le mécanisme du phénomène de gonflement au gel?
12
Pente de gonflement
●
●
Evolution linéaire de gonflement au gel en fonction du temps
Critère de gonflement au gel pour évaluer la sensibilité au gel?
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CONTENU DE L’EXPOSÉ
1.
2.
3.
4.
5.
Contexte et problématique
Techniques expérimentales
Résultats expérimentaux
Modélisation du géligonflement
Etapes suivantes
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♦ Mécanisme de la formation de lentille de glace
Tc = -5,7°C
Sol gelée
20,5%
24,0%
21,0%
Ts<Tp
Lentille
de glace
46,0%
18,5%
Tp =0°C
19,0%
Phénomène de cryosuccion dans le sol gélif
18,0%
17,0%
19,5%
Sol non-gelée
wini =21,6%, Sr = 88,5%
A1 + 4%CaO,
90 jours, E1
Tw = 2°C
15
z
zs
ss
Front de ségrégation
d
Remontées
capillaires
ou front de gel
zp
sp
kunsat
smin = 0
•Tp : température au front de gel
•Ts: température de ségrégation de lentille de glace
•kunsat : conductivité hydraulique du sol à l’état non-saturé
z= 0
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● Calculer la vitesse de l’eau absorbée à l’état permanent par la loi de Darcy
v  kunsat(s)  i
zp
Avec
i
sp
sp
1
v     kunsats ds
zp 0
 vdz    k s ds
unsat
0
0
● Le gonflement :
v  dz  kunsats  ds
ds
dz
h(t )  v  t 
Vi
Vw
(1)
(2)
•v : La vitesse d’écoulement de l’eau à la base de l’éprouvette
•Vi: Volume spécifique de la glace, Vi = 0,00109 m3/kg
•Vw: Volume spécifique de l’eau, Vw = 0,00100 m3/kg
sp ?
kunsat(s) ?
zp ?
17
♦ Déterminer zp
Equation Fourier
dcontrôlé
10%
dOPN
hp
hs = 15 cm
Kf
Tc = -5.7°C
hp + zp = h
(2)
d
Tp = 0°C
zp
zs = 11 cm
Ts
Ku
non-traité (1)
Tw = 2°C
q: Flux de chaleur
kf : Conductivité thermique du sol
gelée
ku : Conductivité thermique du sol
non-gelée
h: hauteur de l’éprouvette
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♦ Déterminer sp à partir de la courbe de rétention d’eau
ss
pp
19
♦ Déterminer kunsat
♦
♦
Calculé à partir de la courbe porosimétrique
Déterminé par l’essai kunsat, méthode de profil
instantané
dcontrôlé
10%
dOPN
q
kunsat( s) 
i A
1
Diagramme schématique de la
colonne d’infiltration
20
♦ Conductivité hydraulique des sols
Courbe de simul. à la
borne supérieure
= 0,06
= 1,5
 = 0,33
Courbe de simul. à la
borne inférieure
= 2,5
= 1,5
 = 0,33
A1 non-traité
ksat = 4x10-9 m/s
Modèle van-Genuchten. 1978
1  .s  1  .s  

2
 
 1
k  k sat
1   .s  

 2
1
  1
1

•α : paramètre liant la valeur d’entré d’air
•, : paramètres liant la distribution des tailles porales
•: paramètre liant l’asymétrie de la courbe
2
21
♦ Gonflement au gel du sol A1 non-traité
Courbe 1
= 0,06
= 1,5
 = 0,33
1,E-10
1,E-12
180
160
140
120
Courbe 2
= 2,5
= 1,5
 = 0,33
1,E-14
100
80
1,E-16
60
40
1,E-18
20
A1 non-traité
ksat = 4x10-9 m/s
1,E-20
0
0
1,E-22
0,001
Heave (mm)
k (m/s)
1,E-08
200
0,01
0,1
1
10
100
1000
10000
Suction (m)
ksat measured
kunsat calculated from PSD
kunsat measured (drying state 2)
Simul. curve 1(drying)- vG model
Simul. curve 2 (wetting)- vG model
kunsat measured (wetting state 1)
100
200
300
Time (h)
Measured
Calculated - simul. Curve 1 (drying)
Calculated -simul. Curve 2 (wetting)
Le gonflement calculé à partir de courbe k-s à la borne inférieure se corrèle bien
avec le gonflement mesuré
2. Phénomène hydraulique détermine le phénomène de géligonflement
1.
22
ÉTAPES SUIVANTES
• Connaissances fondamentales sur l’essai de cycles
gel/dégel.
• Mise en évidence des critères pertinents de
l’évaluation de comportement au gel (Critère basant
sur la distribution porale et la granulométrie du sol?)
• Ajustement/mise à jour de la codification : règles de
l’art et normes d’essais (F et EU:GTS, TC 396, TC
227,…)
23
MERCI DE VOTRE ATTENTION !
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