République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université des Sciences et de la Technologie d’Oran MOUHAMED BOUDIAF USTOMB Faculté d’architecture et de génie civil Département de Génie civil Mémoire en vue de l’obtention du diplôme de magister CONTRIBUTION A L’ETUDE DE LA STABILISATION PAR LES LIANTS HYDRAULIQYES DES TUFS DE LA REGION D’ADRAR Présenté par : Encadré par : UST Oran Mohamed BOUDIAF Mr. AKACEM Mustapha Pr. HACHICHI Abdelkader 26 – 06 - 2008

INTRODUCTION GENERALE PLAN DE TRAVAIL Etude bibliographique. Etude d’identification. Comportement mécanique des tufs naturels. Auto- stabilisation et traitement des tufs. INTRODUCTION GENERALE INTRODUCTION GENERALE

1. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE PROVENANCE, TRANSPORT ET DEPOT DU CALCAIRE CaCO3 + 2H2CO3 Ca (HCO3)2 + H2O + CO2 (2) 2H2O + 2CO2 2H2CO3 (1) PROVENANCE, TRANSPORT ET DEPOT DU CALCAIRE Ca(HCO3)2 H2O CO2 CaCO3 Formation Dissolution Ca (HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2 ( 3 )

UTILISATION DES TUFS EN CONSTRUCTION ROUTIERES Remblais Couche de base Couche de fondation Ne doit pas être serrée Suivant le fuseau Granulométrie WL < 45 % 20 % < WL < 30 % 20 % < WL < 35 % Limite de liquidité IP < 16 % 6 % < IP < 10 % 6 % < IP < 12 % Indice de plasticité 15 % < ES< 40 % 20 % < ES<40 % 20 % < ES< 35 % Equivalent de sable CaCO3 > 30 % CaCO3 > 45 % Teneur en carbonate CBR > 14 CV (1) : CBR > 20 CW (1) : CBR > 30 RN (1) : CBR > 35 CBR imbibé (1). CV: chemin vicinal. CW: chemin de wilaya. RN: route nationale.

TRAITEMENT DES TUFS AUX LIANTS HYDRAULIQUES L’objectif du traitement est double : Rendre le matériau plus résistant après prise du liant. Agglomérer les fines calcaires et neutraliser les fines argileuses. Evaluation de l’aptitude du sol au traitement : Type de traitement Paramètre considéré Aptitude du sol au traitement Gonflement volumique Gv (%) Résistance en compression diamétrale Rtb (Mpa) Traitement avec liants hydraulique éventuellement associé à la chaux < 5 > 0.2 Adapté 5 ≤ Gv ≤ 10 0.1≤ Rtb ≤ 0.2 Douteux > 10 < 0.1 Inadapté

2. IDENTIFICATION DES MATERIAUX

Essais effectués sur les deux matériaux étudiés: Analyse granulométrique. Limites d’Atterberg. Equivalent de sable Essai au bleu de méthylène. Teneur en carbonate Ca CO3. Essai Proctor modifié. Essai CBR immédiat et après 4 jours d’immersion. Essai Los Angeles (résistance à l’attrition)

Analyse granulométrique Echantillon Sbaa Berbaa 0 / D 0 / 31.5 D30 (mm) 0.13 0.04 % < 80μm 23.86 38.45 % < 2μm 2.95 3.89 D60 (mm) 1.1 0.5 D10 (mm) 0.018 0.012 Cu >2 (C. étalée) >2 (C. étalée)

Essai au bleu de Méthylène Sbaa Berbaa Limites d’Atterberg WL(%) 20.93 30.19 WP (%) 12.12 19.08 Ip (%) 8.82 11.11 Essai au bleu de Méthylène VB 0.23 0.39 Teneur en carbonate (%) CaCO3 41 34 Equivalent de sable ES 27.2 22.5 Essai Los Angeles LA (10/25) % 47.64 71.87 LA (16/31.5) % 44.08 66.93 D’après les résultats de consistance, et selon la classification LCPC, les tufs étudiés ont une double nomenclature : SL – LP dite : sable limoneux et/ou Limon peu plastique.

Courbes Proctor Essai Proctor Modifié Portance Echantillon Wopt (%) γd max (t/m3) I CBR Immédiat 4 jours d’immersion W (%) initiale finale γd (t/m3) Berbaa 9.3 2.02 86 9.81 11.78 1.98 57 Sbaa 11.2 1.94 93 11.79 13.82 1.88 56

3. Comportement mécanique des tufs naturels Courbe contraintes – déformations du tuf de Berbaa B A O Er Es   = q p t r Et    Courbe contraintes – déformations du tuf de Sbaa Courbe contrainte-déformation d’un sol

différents éléments caractéristiques des courbes contraintes – déformations correspondant aux tufs étudiés Es ( bars ) pf ε95 ( 10-4 ) 0.95 qf σ1 qf σ3 463.74 3.76 169.836 7.876 9.29 8.29 1 493.00 5.45 199.249 9.823 12.34 10.34 2 518.34 7.13 226.897 11.761 15.38 12.38 3 Caractéristiques des courbes contraintes - déformations du tuf Berbaa Es ( bars ) pf ε95 ( 10-4 ) 0.95 qf σ1 qf σ3 302.15 2.95 184.246 5.567 6.86 5.86 1 370.56 4.78 214.081 7.933 10.35 8.35 2 409.05 6.50 243.636 9.966 13.49 10.49 3 Caractéristiques des courbes contraintes - déformations du tuf Sbaa.

Courbe intrinsèque du tuf de Berbaa. Courbe intrinsèque du tuf de Sbaa Déformabilité ε95 = a σ3 + b a ( 10-4 bars) b ( 10-4 ) Tuf de Sbaa 29.69 154.6 Tuf de Berbaa 28.53 141.6 Courbe intrinsèque du tuf de Berbaa. C = 1.6 bars.  = 30.40° Contraintes principales normales σ(bars) Contraintes principales tangentielles ( bars ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15  Courbe intrinsèque du tuf de Sbaa  C = 0.9 bars.  = 33.69° Contraintes principales normales σ(bars) Contraintes principales tangentielles ( bars ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Charges supportables qf = M.Pf + N ES = k Pn N(bars) Tuf de Sbaa 1.304 2.044 Tuf de Berbaa 1.213 3.726 ES = k Pn Matériaux k n Tuf de Sbaa 199.7 0.386 Tuf de Berbaa 368.2 0.173

Etude comparative Courbes intrinsèques des tufs et de graves

4. Auto-stabilisation et traitement des tufs Etude du durcissement au laboratoire L’objectif est de suivre: 1) L’évolution de la résistance à la compression et à la traction en fonction de l’âge 2) L’influence du séchage sur la résistance au cisaillement des deux matériaux 3) L’influence de l’eau sur les caractéristiques mécaniques des deux matériaux

1) L’évolution de la résistance à la compression et à la traction en fonction de l’âge Moule Cylindre de démoulage Contre moule Piston supérieur Piston inferieur Pièce d’espacement

1) L’évolution de la résistance à la compression et à la traction en fonction de l’âge

1) L’évolution de la résistance à la compression et à la traction en fonction de l’âge Eprouvettes de tufs conservées à l’aire libre Eprouvette conservées en étuvage à T=45°C

Essai de compression simple 1) L’évolution de la résistance à la compression et à la traction en fonction de l’âge Essai de compression simple

1) L’évolution de la résistance à la compression et à la traction en fonction de l’âge Essai de traction par fendage

1-a) L’évolution de la résistance à la compression  en fonction de l’âge Evolution de la résistance à la compression Rc des deux tufs en fonction de la durée de conservation

1-b) L’évolution de la résistance à la traction en fonction de l’âge Evolution de la résistance à la traction Rtb en fonction de la durée de conservation

2) L’influence du séchage sur la résistance au cisaillement des deux matériaux

2) L’influence du séchage sur la résistance au cisaillement des deux matériaux Berbaa Sbaa C (bars) φ( ° ) 1 h 1.6 30.4 0.9 33.73 7 jours 2.71 31.42 1.83 34.89 14 jours 4.76 35.52 2.68 37.31 28 jours 6.14 38.27 4.37 39.53

3) L’influence de l’eau sur les caractéristiques mécaniques des deux matériaux

L’objectif est d’observer: TRAITEMENT DES TUFS L’objectif est d’observer: - L'évolution des caractéristiques mécaniques avec l'âge des tufs traités ; - L'influence de l'immersion sur ces caractéristiques mécaniques. Choix d’une formule Etude de stabilité immédiate Etude des performances mécaniques

1) Traitement au ciment a) Stabilité immédiate Essai Proctor modifié I CBR Immédiat Formule wopt(%) γd max (t/m3) Tuf de Berbaa 9.3 2.02 86 Tuf de Berbaa + 3% ciment 8.71 1.96 115 Tuf de Berbaa + 6% ciment 8.95 1.94 149 Tuf de Sbaa 11.2 1.93 93 Tuf de Sbaa + 3% ciment 10.86 1.90 121 Tuf de Sbaa + 6% ciment 11.13 1.89 156 Variation de l’indice CBR immédiat des tufs étudiés en fonction de la teneur en ciment

b) Performance mécanique

2) Traitement à la chaux a) Stabilité immédiate Essai Proctor modifié I CBR Immédiat Formule wopt(%) γd max (t/m3) Tuf de Berbaa 9.3 2.02 86 Tuf de Berbaa + 3% chaux 9.36 2.00 115 Tuf de Berbaa + 6% chaux 9.41 1.99 141 Tuf de Sbaa 11.2 1.93 93 Tuf de Sbaa + 3% chaux 11.53 1.90 127 Tuf de Sbaa + 6% chaux 11.55 1.91 146 Variation de l’indice CBR immédiat des tufs étudiés en fonction de la teneur en chaux

b) Performance mécanique Tuf de Berbaa Tuf de Sbaa 0% 3% ciment 6% chaux Rt(MPa) 0.22 0.38 0.41 0.32 0.37 0.17 0.27 0.33 0.24 0.28 Rc(MPa) 3.76 4.53 5.41 4.22 4.86 2.89 3.37 3.94 3.15 3.42 Rt/Rc(%) 5.85 8.39 7.58 7.66 5.88 8.01 8.34 7.62 8.82 Rc.tr/Rc 1 1.20 1.44 1.12 1.28 1.17 1.36 1.09 1.18 Résistance à la compression et à la traction des matériaux étudiés traités après 180jours de conservation à l’air libre.

Berbaa Sbaa 0% 6% ciment 6% chaux Age de conservation 4 h 180 jours Rc(Mpa) 0.13 5.41 4.83 0.11 3.94 3.42 Rc.tr/Rc 1 41.6 37.2 35.8 31.1 Influence des paramètres de formulation sur les performances mécaniques Influence des paramètres de formulation sur la résistance à la compression après 180 jours Berbaa Sbaa 0% 6% chaux 6% ciment Rc(MPa) 3.54 4.23 4.96 2.50 2.92 3.62 Rt(MPa) 0.22 0.33 0.32 0.17 0.20 0.31 Résistance à la compression et à la traction des deux matériaux traités après 28 jours de conservation à l’air libre.

a) Influence du traitement sur la cohésion Influence du traitement sur les caractéristiques mécaniques de cisaillement a) Influence du traitement sur la cohésion Berbaa Sbaa Sbaa Berbaa

b) Influence du traitement sur la cohésion sur l’angle de frottement Berbaa Sbaa Berbaa Sbaa

Influence de l’immersion sur les comportements mécaniques des tufs traités a) au ciment Berbaa + 3 % ciment Sbaa + 3 % ciment Berbaa + 6 % ciment Sbaa + 6 % ciment

Influence de l’immersion sur les comportements mécaniques des tufs traités b) à la chaux Berbaa + 3 % chaux Sbaa + 3 % chaux Sbaa + 6 % chaux Berbaa + 6 % chaux

Evolution de la teneur en eau en fonction de la durée d’immersion des tufs Berbaa + 6 % ciment Sbaa + 6 % ciment

ETUDES COMPARATIVES AVEC D’AUTRES MATERIAUX Evolution de la résistance à la compression des tufs et de graves traités au ciment Evolution de la résistance à la traction des tufs et de graves traités au ciment

CONCLUSION GENERALE: Les caractéristiques mécaniques des tufs non traités évoluent avec le temps, cette évolution dépend de la nature du matériau et de l’évaporation de l’eau, mais ces caractéristiques se détériorent juste après immersion. le traitement au ciment et à la chaux améliore certes les résistances des tufs, mais cette amélioration est assez faible comparée aux niveaux de performances couramment atteinte par les graves traitée aux liants hydrauliques, cela ne veut pas dire que les tufs ne conviennent pas pour être utilisés en chaussée à fort trafic. Des essais complémentaires à long terme et en fatigue en laboratoire et sur des planches d’essais sont à réaliser sur un échantillonnage de tufs plus grand, avec différents traitement tels que (ciment, chaux, laitier de fourneaux, et cendres volantes).

PERSPECTIVES Etude de la stabilisation de matériaux médiocre par ajout de sable. Etude de comportement sous charges répétées. Stabilisation chimique des matériaux locaux.

Merci de votre attention