Outils pour la description de la microstructure

LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES ABREVIATIONS
INTRODUCTION GENERALE
Chapitre I : Notions sur les sols non saturés
I.1 Introduction
I.2 Les argiles
I.3 Minéralogie des argiles
I.4 Distribution des ions dans la phase liquide : Théorie de la double couche
I.5 Echange d’ions
I.6 Sol non saturé
I.7 Succion
I.8 Microstructure des sols non saturés
I.9 Variation de volume des sols en mélanges
I.10 Effet du compactage sur la structure du sol compacté
I.11 Notion de pH et l’acidité des sols
I.12 Conductivité électrique
I.13 Conclusions
Chapitre II : Comportement des sols affaissables
II.1 Introduction
II.2 Phénomènes d’effondrement
II.3 Paramètres influant sur l’effondrement des sols
II.4 Méthodes expérimentales de caractérisation
II.5. Méthodes empiriques d’identification des sols effondrables
II.6 Stabilisation des sols
II.7 Evaluation des méthodes de traitement
II.8 Solution chimique idéale
II.9 Conclusion
Chapitre III : Programme expérimental et procédures d’essais
III.1 Introduction
III.2 Méthode de caractérisation de la structure des sols
III.3 Outils pour la description de la microstructure
III.4 Microscope électronique à balayage
III.5 Les microstructures des sols
III.6 Préparation des échantillons
III.7 Caractéristiques des matériaux
III.8 Programme des essais
III.9 Essais œdométriques
III.10 Caractéristiques des sels utilisés
III.11 Essai du bleu de méthylène
III.12 Essai au carbonate (CaCO3)
III.13 Essai au sulfate (SO42-)
III.14 Mesure de la turbidité
III.15 Essai de lixiviation
III.16 Conclusion
Chapitre IV : Présentation et analyse des résultats d’essais
IV.1 Introduction
IV.2 Résultats d’essais
IV.2.10 Influence des différents sels sur les limites d’atterberg (cas de kaolin)
IV.3 Mise en évidence de l’effondrement des sols
IV.4 D’après les essais de compressibilités
IV.5 Discussion sur les sols traités par différents sels
IV.6 Observation au microscope électronique à balayage (M.E.B)
IV.7 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES

Rapport PFE, mémoire et thèse avec la catégorie affaissement d’un sol

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Notion de pH et l’acidité des sols

Le pH est une mesure de l’acidité d’un sol. Il dépend de la concentration en protons (les ions H3O +) dans la solution du sol : plus il y a de protons dans un sol, plus il est acide, et inversement. En théorie, une mesure de pH peut varier de 0 à 14 sur une échelle logarithmique : un pH de 7 est dit neutre, en dessous, le sol est dit acide et au-dessus basique.

L’acidité du sol est définie par la concentration en ions H+ : on oppose l’acidité effective, qui correspond à la concentration en ions H+ libres existant dans la solution du sol, à l’acidité titrable qui est représentée par les ions H+ échangeables (beaucoup plus abondants) fixés par les colloïdes et qui constitue une réserve actuellement non disponible. Les sols ont une réaction neutre, acide ou basique. Leur degré d’acidité ou de basicité (alcalinités) est exprimé par le pH. La mesure du pH constitue ainsi le test le plus sensible des modifications survenant dans l’évolution d’un sol. Le pH du sol dépend du complexe argilo-humique.
Des ions H+ sont fixés sur le complexe. Ces ions H+ fixés sont en équilibre avec les ions H+ libres de la solution du sol (figure I.20).

Conductivité électrique

La conductivité électrique d’une solution est un indice des teneurs en sels solubles dans ce sol, elle exprime approximativement la concentration des solutés ionisables présents dans l’échantillon c’est-à-dire son degré de salinité. Cette propriété électrochimique est basée sur le fait que la conductance d’une solution s’accroit au fur et à mesure que les concentrations en cations et anions, porteurs de charges électriques augmentent (Mathieu et Pieltain, 2003).
La conductivité a été calculée avec un rapport sol/solution de 1/5. La méthode consiste à peser 5g de sol, y ajouter 25 ml d’eau déminéralisée et mesurer à l’électrode une heure après, en ayant mélangé la suspension toutes les 20 minutes (figure III.24).

Phénomènes d’effondrement

Les sols effondrables, comme les sols gonflants, attirent depuis longtemps l’attention des chercheurs de par les problèmes de stabilité qu’ils posent aux bâtiments, aux ouvrages géotechniques et aux infrastructures linéaires. D’après Dudley (1970), Terzaghi et Fröhlich (1936) avaient déjà observé la tendance que peuvent avoir certains sols non saturés à s’effondrer lorsqu’ils sont inondés.
La susceptibilité à l’effondrement peut concerner les dépôts alluviaux, colluviaux et les sols éoliens. Le lœss est un dépôt limoneux éolien, transporté dans des conditions périglaciaires et déposé dans des environnements froids de steppe, près des principales nappes glaciaires du Quaternaire, principalement autour du parallèle 50°N dans l’hémisphère Nord, mais aussi en Amérique du Sud. On les rencontre sur des plateaux, des pentes et des grands bassins alluviaux. En Chine, les épaisseurs de “ lœss du Plateau ” peuvent atteindre 300 m. Des dépôts existent aussi dans le plateau de la Sibérie en Russie, dans les bassins des rivières du Danube, du Rhin et du Mississippi (Amérique du Nord) ainsi que dans la Pampa (Argentine), l’Inde, le Pakistan, l’Arabie saoudite, l’Australie, l’Afrique du nord, et dans beaucoup d’autres régions. (Pecsi, 1990) (figure II.1).

Le phénomène d’effondrement est typiquement associé aux sols de faible plasticité et non saturés, bien qu’il puisse être aussi observé dans de sols saturés soumis à de sollicitations mécaniques. Le lœss a tendance à subir ce phénomène du fait de ses caractéristiques spéciales telles qu’une condition in situ non saturée, une faible densité totale, une cimentation faible composée de carbonates ainsi qu’une structure particulière. La structure du lœss est caractérisée par un indice des vides élevé et un arrangement instable des particules (Cui et al. 2004, Delage et al. 2005).
L’une des causes principales de l’effondrement dans les sols lœssiques est l’humidification subite du sol sous la contrainte naturelle in situ. Ce phénomène a été décrit depuis longtemps dans les régions arides (Dudley 1970).
Les sols non saturés ayant une structure naturelle lâche ont tendance à s’effondrer lorsqu’ils sont soumis à une augmentation du degré de saturation (Holtz 1948, Jennings and Knight 1957, B, Jennings 1961, Knight 1961, Wagener 1960, Jennings 1965). Ce processus entraîne la diminution de la valeur de la succion initiale 49 et une compression volumique irréversible. Le risque et l’intensité de l’effondrement sont associés à l’amplitude des contraintes appliquées et à la valeur de la succion initiale. Ces conditions changent d’un sol à l’autre.
Des problèmes d’instabilité des dépôts lœssiques ont été observés par divers auteurs dans différentes parties du monde (Li 1995, Huang 2008, Meier 2008, Nouaouria et al. 2008, Whalthall et Duffy 2008, Yuan et Wang 2009, d’après José MC 2011).
La difficulté de prévoir l’effondrement est liée principalement à la connaissance insuffisante des propriétés du lœss dans l’état naturel. Dans la plupart des cas, le lœss a une très faible résistance associée à une structure métastable (Yuan et Wang 2009).
Il y a aussi une faible connaissance de la relation entre les variations de la teneur en eau et le comportement mécanique.
Houston (1995) a observé de nombreuses causes d’humidification telles que, la rupture des conductions de réseaux résidentiels, canaux ou systèmes d’arrosage, l’écoulement superficiel et les systèmes déficients de drainage, les recharges de l’eau intentionnelles ou non l’ascension du niveau de la nappe phréatique, l’endiguement de l’eau dû aux chantiers de constructions, et les processus de transfert d’eau dus à la capillarité ou aux isolations thermiques. Li (1995) a observé des phénomènes d’effondrement sur des dépôts lœssiques en Chine lors du remplissage des retenues d’eau.

D’après plusieurs auteurs, le risque d’effondrement du lœss est lié aux conditions suivantes :
 les propriétés de base, y compris la minéralogie, la teneur en argile, la forme et la distribution des pores dans le sol, la cimentation intergranulaire et les propriétés électromagnétiques de l’argile (Cui et al. 2004) ;
 un indice de plasticité faible (Delage et al. 2005) ;
 une porosité importante qui correspond à une structure ouverte (Barden et al. 1973) ;
 une condition non saturée liée à une valeur élevée de succion (Barden et al. 1973) ;
 une structure spéciale susceptible de se dégrader (Shao et al. 2007), caractérisée par une densité faible et une cimentation peu importante entre grains limoneux (Barden et al. 1973, Pereira et al. 2008, José MC 2011) ;

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