Traitement des sols aux liants hydrauliques : aspects ... · PDF fileClassification GTR et....

Journée technique « Traitement et amélioration des sols aux liants ou additifs »

8 avril 2013FNTP, Paris, France

Traitement des sols aux liants hydrauliques : aspects géotechniques et physico -chimiques des perturbations de la

solidification

ESITC Caen FR-14610 EPRON / UCBN UR ABTE EA-4651 FR-14032 Caen

Lucile SAUSSAYE

Travail de thèse réalisée sous la direction de Mohamed BOUTOUIL

et co-encadrée par Fabienne BARAUD et Lydia LELEYTER

PLAN

I. Contexte et problématique

II. Objectifs et enjeux

III. Méthodologie

IV. Résultats et analyses

V. Conclusions et perspectives

Contexte Enjeux Méthodologie … … 2 / 22

� Exemple des terrassements : valorisation des sols en place

Situation en France (2000) :

� volume des terrassements : 90 Mm3 de sols fins

� valorisation des sols en place par traitement : 30 à 50 %

� application : techniques routières

Le Borgne, 2010 ; Abdo, 2008

I. CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE

Contexte Enjeux Méthodologie Résultats et analyses Conclusions 3 / 22

� destination des autres sols : mise en décharge dont 2 Mm3 déclarés

inaptes au traitement

� objectif 2020 : réemploi de 100 % des matériaux géologiques

naturels excavés sur les chantiers

Site internet Planète TP, 2012 ; Harris et al., 2004


Valorisation en techniques routièresSols inaptes

au traitement


Couches d’assise (base et

fondation)

Risque Concentrations seuils (%)Espèce minérale

formée

Sulfates(CaSO4.2H2O)

Gonflement volumique

Chlorures(NaCl)


Nitrates(NH4NO3)

Retard de prise et/ou

d’hydratation

Phosphates(K3PO4)

Retard de prise et/ou

d’hydratation

Risque

SulfatesGonflement volumique

ChloruresGonflement volumique

NitratesRetard de prise et/ou

d’hydratation

PhosphatesRetard de prise et/ou

d’hydratation

2 40,1 8

Sol traité

Inaptitude : revue bibliographique

Nitroaluminatede calcium



Ettringite

Sel de Friedel

Hydroxyapatite

?0,3

1100,8

0,3 2,60,03 3,3

0,5 1,4

0 1 5 10

CSH CAHStructure globale

� Enjeux :

� augmenter l’efficacité du traitement des sols

� améliorer son acceptation en tant que solution alternative

II. OBJECTIFS ET ENJEUX


� Objectifs :

� comprendre et mesurer l’influence des paramètres physico-chimiques sur le traitement en parallèle aux essais de caractérisationgéotechnique

� définir l’influence des anions potentiellement perturbateurs

III. METHODOLOGIE

Limon de Loucelles (LL)

Limon de Démouville (LD)

Limon de Sées(LS)


Localisation des prélèvements

28 / 180 jours

� 1% CaO + 6% CEMII/B 32,5R

� 1% CaO + 6% ROLAC 645 LH

Rc max / min

Rc (MPa)

Rit (MPa)


Gv (%)

0°

60°

[Rt ; E] (MPa ; MPa)

III.1. CARACTERISATION DES SOLS TRAITES

formulations de traitement : Caractéristiques de compactage


LL LS LD

� Aptitude au traitement : � Suivi des performances mécaniques :

Portance immédiate

Classification GTR et

nitrate (NH4NO3)

phosphate (KH2PO4)

Dopage en anions :

Solsulfate (CaSO4.2H2O)

chlorure (NaCl)

1, 3, 5, 7,10 g d’anion.kg-1 de sol sec

1 et 10 g d’anion.kg-1 de sol sec

Rc max

180 jours

III.2. CARACTERISATION DES SOLS DOPES TRAITES

Essais d’aptitude au traitement :

Gv (%) ; Rit (MPa)

Résistances mécaniques en cure normale :

Rc (MPa) ; [Rt ; E] (MPa ; MPa)


+ couplage

� Concentrations de la fraction soluble àl’eau : Cl-, NO3

-, PO43- et SO4

2-

DRX

MEB

Impossible d’afficher l’image.

Caractérisations physico-chimique et microstructura le


� Concentrations totales et solubles àl’eau : Al, Ca, Cd, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni,Pb, S, Si, Sr, Ti et Zn

� Sols naturels

� Hydrates cimentaires

� Espèces minérales en lienavec le dopage

� pH

III.3. CARACTERISATION DES SOLS DOPES TRAITES

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Addition en sulfate (g.kg -1 de sol sec)

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0.00

0.10

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0.50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0.00

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0.00

0.10

0.20

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0.40

0.50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0

5

10

15

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0

5

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15

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0

5

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0

5

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0

5

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0

5

10

15

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


Addition 1 3

LL

LS

LD

Addition 1 3 5

LL

LS Gv ; Rit

LD

Addition 1 3 5 7

LL

LS Gv ; Rit Gv ; Rit

LD

Addition 1 3 5 7 10

LL Gv

LS Gv ; Rit Gv ; Rit Gv ; Rit

LD

Addition 1

LL

LS

LD

Dopage en gypse CaSO 4.2H2O : aptitude au traitement

IV.1. CARACTERISATION DES SOLS DOPES : ADDITION ISOLEE


LL

LS

LD

Rit(MPa)

Gv (%)

Addition 1 3 5 7 10

LL Apt.

LS Apt. Apt. Apt.

LD [Rt ; E]

Addition 1 3 5 7 10

LL Apt.

LS Apt. Apt. Apt.

LD

E (MPa)

Dopage en gypse CaSO 4.2H2O : classes mécaniques

1 g de SO42-.kg-1

1

0,5

0,4

0,3

0,2

LL

LS

LD

2 3 4 5 10

1

0,5

0,4

0,3

0,2

2 3 4 5 10

Rt(MPa)

LL

LS

LD

10 g de SO42-.kg-1

Rt(MPa)

E (MPa)

T0

T1

T2

T0

T1

T2



0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

0 50 100 150 200

Age de cure (jours)

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

0 50 100 150 200

Age de cure (jours)

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

0 50 100 150 200

Age de cure (jours)

0.0

1.0

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0 50 100 150 200

Age de cure (jours)

0.0

1.0

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6.0

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0 50 100 150 200

Age de cure (jours)

0.0

1.0

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0 50 100 150 200

Age de cure (jours)

0.0

1.0

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7.0

0 50 100 150 200

Age de cure (jours)

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

0 50 100 150 200

Age de cure (jours)

Addition 1 3 5 7 10

LL Apt.

LS Rc Apt. Apt. Apt., Rc

LD [Rt ; E]

Addition 1 3 5 7 10

LL Apt.

LS Apt. Apt. Apt., Rc

LD [Rt ; E]

Addition 1 3 5 7 10

LL Apt.

LS Rc Apt. Apt. Apt., Rc

LD [Rt ; E] Rc

Addition 1 3 5 7 10

LL Apt.

LS Apt. Apt. Apt.

LD [Rt ; E]

Dopage en gypse CaSO 4.2H2O : maintien de la traficabilité

LL

LS

LD

10 g de SO42-.kg-1

LL

LS

LD

1 g de SO42-.kg-1

Rc(MPa)

28 2890 180 90 180



Influence du gypse sur le comportement géotechnique des sols traités

� Vers une généralisation du seuil (applicable aux 3 sols) :

� risque de diminution des performances : dès 1 g de SO 42-.kg -1

� non validation d’une réutilisation en couche d’assi se : à partir de 7 g.kg -1



Influence des sulfates sur la microstructure des so ls traités

Conclusion de l’investigation de la perturbation de solidification affectant LD + S10 +LHR :

� formation d’ettringite mise en évidence lors des observations MEB et accréditéepar les analyses physico-chimiques

� les analyses minéralogiques ne permettent pas de confirmer cette présence

� les analyses de la fraction soluble à l’eau ne suffisent pas à expliquer laperturbation observée sur LD



0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Addition en anion (g.kg -1 de sol sec)

0.00

0.10

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0.30

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0.00

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0.00

0.10

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0.00

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0.00

0.10

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0

5

10

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


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15

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0

5

10

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0

5

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0

5

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0

5

10

15

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


Addition 1 3

sulfate

chlorure

nitrate

phosphate Rit Rit

Addition 1 3 5

sulfate

chlorure

nitrate

phosphate Rit Rit Rit

Addition 1 3 5 7

sulfate

chlorure

nitrate

phosphate Rit Rit Rit Rit

Addition 1 3 5 7 10

sulfate Gv

chlorure

nitrate

phosphate Rit Rit Rit Rit Rit

Addition 1

sulfate

chlorure

nitrate

phosphate Rit

Dopage chimique de LL : aptitude au traitementLL

Rit(MPa)

Gv (%)


IV.2. CARACTERISATION DES SOLS DOPES : INFLUENCE D’UN COUPLAGE

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Addition en sulfate (g.kg -1)

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Addition en phosphate (g.kg -1)

0.00

0.10

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0.00

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0

5

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15

20

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0

5

10

15

20

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Addition en phosphate (g.kg -1)

0

5

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20

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0

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0

5

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


Addition sulfate / anion 0 / 10 3 / 7 5 / 5 7 / 3 10 / 0

sulfate - - - - Gv

phosphate Rit Rit Rit Rit -

couplage Rit Gv, Rit Gv, Rit


sulfate - - - - Gv


couplage Rit Gv, Rit Gv, Rit Gv, Rit


sulfate - - - - Gv


couplage Rit Gv, Rit Gv, Rit Gv, Rit Gv


sulfate - - - - Gv


couplage Rit


sulfate - - - - Gv


couplage Rit Gv, Rit


sulfate - - - - Gv


Dopage chimique de LL : aptitude au traitementCouplage CaSO 4.2H2O – KH2PO4

Addition en phosphate (g.kg -1)010

Addition en phosphate (g.kg -1)010

0/10 3/7 5/5 7/3 10/0

LL

Rit(MPa)

Gv (%)

10 7 5 3 0



0/10 3/7 5/5 7/3 10/010 7 5 3 0

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0.00

0.10

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0.00

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0.00

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0.00

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


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5

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


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5

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20

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10



sulfate - - - - Gv

nitrate - - - - -

couplage - - Gv


sulfate - - - - Gv

nitrate - - - - -

couplage - - Gv Gv


sulfate - - - - Gv

nitrate - - - - -

couplage - - Gv Gv Gv


sulfate - - - - Gv

nitrate - - - - -


sulfate - - - - Gv

nitrate - - - - -

couplage - -

Dopage chimique de LL : aptitude au traitementCouplage CaSO 4.2H2O – NH4NO3

0/10 3/7 5/5 7/3 10/0 0/10 3/7 5/5 7/3 10/0

Addition en nitrate (g.kg -1)010 010

Addition en nitrate (g.kg -1)

LL

Rit(MPa)

Gv (%)



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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0.00

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


0.00

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0.50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


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20

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10



sulfate - - - - Gv

chlorure - - - - -

couplage - Gv, Rit Gv, Rit Gv, Rit Gv


sulfate - - - - Gv

chlorure - - - - -

couplage - Gv, Rit Gv, Rit Gv, Rit


sulfate - - - - Gv

chlorure - - - - -

couplage - Gv, Rit Gv, Rit


sulfate - - - - Gv

chlorure - - - - -


sulfate - - - - Gv

chlorure - - - - -

couplage - Gv, Rit

0 3 5 7 10 0 3 5 7 10

Dopage chimique de LL : aptitude au traitementCouplage CaSO 4.2H2O – NaCl

0/10 3/7 5/5 7/3 10/0 0/10 3/7 5/5 7/3 10/0

Addition en chlorure (g.kg -1)010

Addition en chlorure (g.kg -1)010

LL

Rit(MPa)

Gv (%)



Détermination de seuils de perturbation de la solid ification

� Conclusions sur l’influence des anions couplés :

Influence des sulfates (CaSO 4.2H2O) en présence de :

� Phosphates (KH2PO4) :

� influence Gv et Rit

� perturbation dès 3 g de SO42-.kg-1

� inaptitude à 5 g de SO42-.kg-1

� Nitrates (NH4NO3) :


� perturbation à partir de 5 g de SO42-.kg-1

� Chlorures (NaCl) :


� perturbation dès 3 g de SO42-.kg-1

� inaptitude à 5 g de SO42-.kg-1



Détermination de seuils de perturbation de la solid ification

V. CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

� réponses géotechniques et physico-chimiques au dopage distinctes maispossibilité de généralisation de seuils de risques à l’ensemble des sols :

� ions sulfate, nitrate et phosphate : risque de diminution desperformances dès 1 g d’anions.kg -1

� ions chlorure : risque à 10 g.kg -1

� absence de remise en cause d’une réutilisation en applicati onroutière

� remise en cause de la pertinence et de la représentativité de :

� simples tests d’aptitude au traitement

� l’approche anion par anion

� en l’état actuel des connaissances, l’évaluation du potentiel de perturbationne peut pas se passer d’une étude au cas par cas


Merci de votre attention.

Dernières communications

� Saussaye L., Boutouil M., Baraud F., Leleyter L., 2012, “Soils treatment with hydraulicbinders : physico-chemical and geotechnical investigations of a chemical disturbance”, 16th

Nordic Geotechnical Meeting (NGM), 9-12 mai 2012, Copenhag ue, Danemark , Article,Communication

� Saussaye L., Boutouil M., Baraud F., Leleyter L., Hennequin D., 2012, “Soils treatment withhydraulic binders : physicochemical and geotechnical investigation methodology of a chemicaldisturbance”, Geo-Environmental Engineering (GEE), 29-31 mai 2012, Caen , France ,Article, Communication

� Saussaye L., Boutouil M., Baraud F., Leleyter L., 2012, “Soils treatment with hydraulicbinders : physico-chemical and geotechnical investigations of a chemical disturbance”,International Symposium on Ground Improvement (IS-GI), 30 mai-1er juin 2012,Bruxelles, Belgique , Article

� Saussaye L., Boutouil M., Baraud F., Leleyter L., Abdo J., 2013, “Influence of chloride andsulfate ions on soils treated with hydraulic binders : physicochemical and geotechnicalinvestigations”, Road Materials and Pavement Design, special issue Stabiliz ation andRecycling/Reclamation of Highway Pavements with Hydrauli c Binders



Sélection des sols

Caractérisation des sols

Formulations de traitement

Caractérisation des sols témoins

Caractérisation géotechnique

Caractérisations physico-chimique et

microstructurale

Analyses statistiques

Dopage des sols

Essais d’aptitude :

� un par un à 5 concentrations

� interactions

� influence du cation

Résistances mécaniquesen cure normale

Contexte Enjeux Méthodologie Résultats et analyses Conclusions

CARACTERISATION DES SOLS DOPES TRAITES

Analyses statistiques



Comparaison entre les 3 sols

Contexte Enjeux Méthodologie Résultats et analyses (1/3) Conclusions

CARACTERISATION DES SOLS NATURELS

� Similitudes :

� classe GTR de la fraction 0/50mm : A1

� concentrations totales en Al, Cr, Cu, K, Ti, Zn proches

� enrichissement en Cd et Zn

� en se limitant aux éléments « enrichis » et aux anions :

� concentrations de la fraction soluble à l’eau en Cd, Pb, Zn et PO4

3- < lim. détec.

� concentrations de la fraction soluble à l’eau en Ca, S et SO4

2-, Cl-, NO3

- proches

� Différences :

� pourcentage de la fraction 0/50mm sur 0/Dmax

� minéralogie

� concentrations totales en Ca, Sr et Pb distinctes

� rapport des concentrations variables



CARACTERISATION DES SOLS TRAITES

Comparaison entre les 3 sols traités au LHR

Contexte Enjeux Méthodologie Résultats et analyses (2/3) Conclusions

� Similitudes :

� augmentation de %CaCO3

� concentrations totales : Cd et S (y compris LS)

� fraction soluble : Zn, Pb, Cd et PO4

3- < lim. détec.

� Différences :� comportements géotechniques� minéralogie

� concentrations totales : Ca et Zn

� fraction soluble : NO3- et Cl -

� fraction soluble de LS : Ca, S et SO4

2-

Traitement des sols aux liants hydrauliques : aspects ... · PDF fileClassification GTR et....

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