Sols et matériaux reconstitués
Sols et matériaux reconstitués
Comportement des mélanges sable/argile, sols et matériaux reconstitués
La thèse de G. Kacprzak (2006) a porté sur la consolidation de mélanges sable-argile. Ces matériaux correspondent aux sols sablo-argileux que l’on rencontre dans la nature, mais aussi, sous forme remaniée, dans les remblais routiers, les digues, les barrières ouvragées... Ils se présentent comme des composites formés de particules rigides et imperméables (le sable) et d’un milieu déformable et perméable (la pâte de kaolinite saturée). L’homogénéisation de tels composites non linéaires, dont la variation de volume est une caractéristique essentielle, reste actuellement une question largement ouverte. Les travaux de G. Kacprzak sur les aspects expérimentaux et de modélisation ont permis de progresser sur ce sujet.
La campagne expérimentale a été conçue pour contrôler le comportement de la pâte -caractérisée par sa teneur en eau– et l’influence des grains, dépendant de leur concentration. L’exploitation des essais oedométriques met en évidence les rôles essentiels de l’état de la pâte (variant de liquide à plastique selon les mélanges) et de l’indice granulaire : un seuil apparent de percolation mécanique est observé au voisinage de deux fois l’indice des vides maximal du sable.
On montre qu’une modélisation en homogénéisation tangente, en considérant une inclusion générique bi-composite, est acceptable pour des pâtes suffisamment liquides – telles que les contraintes déviatoires soient faibles devant la pression isotrope - et lorsque les grains sont suffisamment dispersés (percolation non atteinte). Si l’une de ces deux conditions n’est pas remplie, la pâte subit des déformations inhomogènes se traduisant localement par des zones de forte consolidation par lesquelles transite la charge appliquée.
Les études futures porteront sur la modélisation par homogénéisation lorsque les deux mécanismes associés au caractère plastique de la pâte et à la percolation mécanique interfèrent.
A noter que la venue de G. Kacprzak en thèse au LGM est le fruit d’échanges scientifiques réguliers entre le Département et l’ Université Technique de Lodz (Pologne). Après le premier atelier TUL-ENTPE tenu en 2002, une deuxième édition a eu lieu en 2004, la troisième est prévue pour 2008.
Rhéologie du matériau terre
Les maçonneries en terre crue permettent de construire des habitations à un faible coût environnemental (et économique pour les pays du sud) car on utilise des matériaux locaux. De plus, cette démarche a un impact socio-économique positif puisqu’elle favorise le travail manuel avec savoir-faire, contrairement à la filière basée sur l’industrialisation de la production du matériau. L’architecture utilisée est adaptée au matériau qui ne doit travailler qu’en compression.
De nombreuses techniques de construction en terre utilisent ce matériau à l’état plastique, le matériau est pris sur site et contient une quantité d’argile de 5% à 20% en poids sec. On citera par exemple les maçonneries en adobe (blocs de terre moulée, séchés au soleil) et maçonneries en BTC (Blocs de Terre Comprimée).
Les blocs de terre comprimée
Le bloc de terre comprimée (BTC) est la composante principale de la maçonnerie qui est conçue pour travailler en compression. Une étude du comportement en compression simple des BTC nous a amené d’abord a évaluer les différentes procédures d’essais de compression utilisées jusqu’à maintenant sur BTC. Nous arrivons à la conclusion que l’essai sur demis blocs maçonnés (l’un au dessus de l’autre) est pertinent.
Les mortiers à l’état frais
La démarche d’utilisation de matériaux locaux implique qu’il n’est pas possible de préconiser une composition standard des matériaux, il faut pouvoir s’adapter à celui trouvé sur site. Par contre, on peut essayer de standardiser les essais permettant un contrôle de leur qualité mécanique.
Nous avons fait un bilan des procédures d’essais proposées pour ce type de mortier dont le liant principal est l’argile et le ciment un stabilisant. Ces essais empiriques ne permettent pas de connaître de façon rigoureuse le comportement des mortiers. L’étude au rhéomètre du mortier/adobe à l’état frais montre que ces matériaux sont proches d’un fluide de Bingham auquel il faut cependant ajouter un paramètre supplémentaire qui est le seuil d’écoulement. Ainsi trois paramètres sont nécessaires pour décrire la rhéologie des mortiers/adobes : le seuil d’écoulement et les deux paramètres décrivant la droite de Bingham (viscosité plastique et ordonnée à l’origine différente du seuil d’écoulement). On est alors en présence de comportement rhéo-fluidifiant ou rhéo-épaississant. Ensuite une étude paramétrique a montré les rôles de différents composants du matériau (argile, eau, sable, ciment).
Les mortiers à l’état durci
Là encore un accent particulier est mis pour valider une procédure d’essai de compression simple permettant d’avoir des déformations homogènes : système d’anti-frettage et élancement de 2. L’utilisation de cette procédure donne des mesures, sur adobes ou éprouvettes de mortiers, de raideur initiale, de résistance à la compression et de déformation limite. Des essais de flexion trois points ont aussi été effectués afin de montrer leur corrélation avec les valeurs de résistance à la compression, très utile en pratique.
