Stabilisation des sols à la chaux et leur comportement face au gel
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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? 13 CONTENU DE L’EXPOSÉ 1. 2. 3. 4. 5. Contexte et problématique Techniques expérimentales Résultats expérimentaux Modélisation du géligonflement Etapes suivantes 14 ♦ 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 16 ● 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 kunsats ds zp 0 vdz k s ds unsat 0 0 ● Le gonflement : v dz kunsats 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 18 ♦ 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 ! 24