L’amélioration des sols argileux gonflants est étudiée à travers l’utilisation de fibres de palmier dans la commune de Pobè. Les résultats montrent une augmentation significative de la résistance en compression et en cisaillement des sols d’Igana, soulignant l’efficacité de cette méthode de stabilisation.
Cette étude examine l’influence des caractéristiques géomécaniques du sol d’Igana stabilisé par des fibres de palmier, avec des essais physiques et mécaniques révélant une amélioration de la résistance en compression et en cisaillement.
République du Bénin
École Supérieure de Génie Civil Véréchaguine A.K.
Master Professionnel en Sciences et Technologies
Mémoire de Master Professionnel
Amélioration des sols argileux gonflants par l’utilisation de fibres de palmier : étude de cas des sols d’Igana, commune de Pobè
KOI YEBOU DODO Whylson Johannes
titulaire du diplôme de Licence Professionnelle, pour l’obtention du diplôme de Master Professionnel en Sciences et Technologies
Maître de Mémoire :
Professeur HOUNGAN Comlan Aristide
Professeur titulaire des universités (CAMES)
Co-Maître de Mémoire
Dr (MA) Judicaël Koffi AGBELELE
Enseigneur chercheur Maitre-assistant des universités du CAMES
Année académique
2023-2024
AVANT-PROPOS
Les individus ont toujours œuvré pour le confort humain, ce qui les pousse constamment à évoluer. Cette évolution, tant matérielle qu’humaine, se manifeste notamment dans la nécessité d’améliorer les infrastructures pour faciliter les déplacements et les échanges. Ainsi, la construction de logements et la planification des voies de circulation occupent désormais le devant de la scène dans les préoccupations de l’humanité. L’édification d’infrastructures, lorsqu’elle est minutieusement étudiée et adaptée à la réalité du pays et de la société, contribue indubitablement à son développement et à son essor.
Cependant, pour garantir des normes architecturales et artistiques actuelles, il est impératif de professionnaliser les gestionnaires du domaine, notamment des ingénieurs qualifiés et des spécialistes techniques, qui veillent au respect des standards de construction. La formation de ces gestionnaires, confrontés à un marché du travail compétitif et exigeant, doit donc être de haute qualité.
D’autre part, une formation de qualité supérieure exige un socle solide de connaissances. Dans cette perspective, l’École Supérieure de Civil VERECHAGUINE A. K (ESGC-VAK) a été fondée pour répondre activement à de nombreux défis évoqués précédemment, tout en dispensant des formations de haut niveau destinées aux futurs leaders nationaux et régionaux.
En outre, elle forme également des ingénieurs en conception ainsi que des techniciens spécialisés dans les domaines du génie civil et de la topographie. Dans le cadre de ce programme, le curriculum des écoles de génie civil VERECHAGUINE A. K lie les étudiants à des stages approuvés par des experts, offrant ainsi une expérience pratique précieuse, comme cela a été le cas pour notre stage au laboratoire du SNERTP, axé sur le thème : « AMELIORATION DES SOLS ARGILEUX GONFLANTS PAR L’UTILISATION DE FIBRES DE PALMIER : ETUDE DE CAS DES SOLS D’IGANA DE LA COMMUNE DE POBE»
SOMMAIRE
DEDICACE… 2
AVANT-PROPOS 3
REMERCIEMENTS 4
SOMMAIRE… 5
LISTE DES TABLEAUX… 5
LISTE DES IMAGES 6
LISTES DES ABREVIATIONS ET SIGLES 9
LISTE DES SYMBOLES… 10
RESUME… 11
ABSTRACT… 12
INTRODUCTION GENERALE… 13
CHAPITRE 1 : REVUE DE LITTERATURE… 15
CHAPITRE 2 : MATERIAUX, MATERIELS ET METHODES 19
CHAPITRE 3: Résultats, analyse et interprétation 39
Conclusion… 104
Référence Bibliographique 105
Table des matières 108
RESUME
Les sols argileux sont prédisposés au phénomène de retrait-gonflement en raison de la présence de minéraux gonflants. La stabilisation de ces sols est une technique couramment utilisée pour réduire ce risque, particulièrement pour les constructions légères peu profondes. Au Bénin, les branches de palmier, sont souvent jetées dans la nature, contribuant ainsi à la pollution environnementale.
Cette étude examine l’influence des caractéristiques géomécaniques du sol d’Igana stabilisé par des fibres de palmier. Pour ce faire, nous avons réalisé des essais physiques et mécaniques. Les essais physiques ont révélé que ce sol appartient à la catégorie A-7-5 (classification HRB) : un sol argileux, de type limon très plastique (classification Casagrande), non organique, non inactif, avec un fort potentiel de gonflement et un indice de plasticité élevé.
Les essais mécaniques ont montré que l’ajout de 0,30% de fibres augmente la résistance en compression à 7jours, atteignant 0,025 MPa. En effet, l’essai de flexion a démontré qu’une teneur de 0,30% en fibres renforce la résistance du matériau, atteignant 0,025 MPa. L’essai CBR a révélé que la valeur maximale de CBR de l’argile crue à 95% est 1,63.
De plus, l’essai de cisaillement a indiqué que l’angle de frottement et la cohésion existent quelle que soit la teneur en fibres, avec une cohésion maximale observée à 0,15% de fibres de palmier. Enfin la simulation au logiciel plaxis montre que la disposition des fibres suivant le plan aléatoire est celle qui donne une meilleure résistance de cisaillement de 249,35 Kpa.
Mots clés : Sols argileux ; compression ; cisaillement ; cohésion ; plaxis 2D.
ABSTRACT
Clayey soils are predisposed to the shrink-swell phenomenon due to the presence of swelling minerals. Stabilizing these soils is a commonly used technique to reduce this risk, particularly for shallow foundations of light constructions. In Benin, palm branches are often discarded in nature, contributing to environmental pollution.
This study examines the influence of the geo-mechanical characteristics of the soil in Igana stabilized with palm fibers. To achieve this, we conducted physical and mechanical tests. The physical tests revealed that this soil belongs to the A-7-5 category (HRB classification): a clayey soil, of the highly plastic silt type (Casagrande classification), non-organic, non-inactive, with high swelling potential and a high plasticity index.
The mechanical tests showed that adding 0.30% of fibers increases the compressive strength at 7 days, reaching 0.025 MPa. Indeed, the flexural test demonstrated that a fiber content of 0.30% enhances the material’s strength, reaching 0.025 MPa. The CBR test revealed that the maximum CBR value for raw clay at 95% is 1.63.
Furthermore, the shear test indicated that the angle of friction and cohesion exist regardless of the fiber content, with maximum cohesion observed at 0.15% palm fibers. Finally, simulation with Plaxis software shows that the arrangement of the fibers according to the random plane is one that gives a better shear resistance 249,35 KPa.
Keys Words: Clay soil; compression; shear; cisaillement; plaxis 2D.
INTRODUCTION GENERALE
1-CONTEXTE
Les problèmes occasionnés par le gonflement des sols argileux sont à l’origine d’énormes dégâts dans les ouvrages de génie civil, ce phénomène constitue une situation très complexe et particulièrement menaçante par les différents projets de construction dans les régions de climats semi-aride dont le Benin. (Koffi AGBELELE et al 2016)
Ainsi chaque année, on constate des dommages causés aux structures construites sur des sols argileux gonflants. . L’ampleur des dommages liés à ce type de sol dépend étroitement des variations de teneur en eau dans le sol en dessous des fondations et de de la rigidité de celles-ci. (Serge Lambert, Arthur Pengelly 2022). Pour les argiles expansives naturelles elles changent de volume lorsqu’elles sont soumises à une variation de la teneur en eau (Al- akhras 2008). Les études antérieures se sont concentrées sur la compréhension du comportement des argiles expansives de la façon dont les paramètres affectent le gonflement, ainsi que des dommages et des problèmes qui pourraient survenir en raison d’un changement de volume.
Selon (N Balanteur, S Tacherifet, 1997), jusqu’à maintenant, il y a eu peu d’études dans le domaine de la mécanique des sols concernant le comportement des argiles soumises à des contraintes élevées. Ce domaine a surtout concerné les roches et les matériaux pulvérulents. Pour les argiles, la recherche a été centrée sur le domaine des pressions courantes pour la majorité des ouvrages de génie civil qui, en général, ne dépassent pas 1 MPa.
L’option de stockage des déchets radioactifs dans des ouvrages creusés dans des formations argileuses profondes a nécessité la réalisation d’essais, afin de connaître le comportement de ces matériaux dans les conditions de leur utilisation, caractérisées, entre autres, par de fortes pressions de compactage, le contact avec une source de chaleur et un changement d’état hydrique.
Parmi les travaux expérimentaux réalisés pour décrire le comportement des argiles fortement compactées, il convient de citer les essais triaxiaux drainés de Rousset (1988) sur une argile plastique (Boom) et une argile raide (Couy), les essais œdométriques cycliques et triaxiaux monotones et cycliques de Baldi et al. (1990) sur l’argile de Boom, les essais œdométriques et triaxiaux de Börgesson et al.
(1993) sur une bentonite MX80, ainsi que les essais triaxiaux non drainés, et drainés à pression moyenne constante et à différentes températures, de Lingnau et al. (1993) sur des échantillons remaniés, fabriqués à partir d’un mélange de sable et de bentonite.
Pour (Serge Lamber, Arthur Pengelly, 2022), les mouvements du sol apparaissent typiquement durant une période pluvieuse qui fait suite à une période de sècheresse ou, à l’inverse, durant une période sèche qui fait suite à une saison pluvieuse. La végétation à proximité immédiate des ouvrages est également
un paramètre connu qui contribue à augmenter les amplitudes de variation hydrique dans le sol sous les ouvrages, notamment durant les périodes de sècheresse. Un manque de drainage, ou un drainage inadéquat, est un autre facteur qui contribue à ces mouvements, en particulier durant les saisons de pluie. Cependant bien que le recours aux fibres végétales n’est pas nouveau, d’après M.Supran Salit les égyptiens auraient utilisé des composites de fibres naturelles, il y a environ 3000 ans (Salit M.S, 2014).
L’orientation actuelle de l’exploitation et l’utilisation des matériaux naturels disponibles et durables est vivement encouragée dans divers secteurs industriels. Plusieurs raisons expliquent cette incitation puisque ces éco-matériaux présentent des avantages, telles que leurs disponibilités à faible coûts d’une part, ses performances mécaniques et thermiques et son faible poids d’autre part
Les dernières études, ont montré que l’incorporation des fibres naturelles réduit la taille des fissures de retrait, améliore sa durabilité et sa résistance à la traction (Ziegler S, 1998), et que l’ajout des fibres naturelles diminue même la conductivité thermique des matériaux composites (Khedari J, 2003).
En outre, l’utilisation de fibres végétales dans la stabilisation des sols peut réduire la quantité de déchets et d’émissions de CO2 de 42% par rapport à l’utilisation de matériaux traditionnels de stabilisations tels que le ciment (Widyatmanti et al, 2020).
La fibre de palmier l’un des matériaux favorables utilisés dans la stabilisation du (B. TAALLAH & al) et dans le projets d’ingénierie géotechnique au cours des dernières années en raison de sa nature de durabilité, de l’absence de dommages à l’environnement, de la biodégradabilité, de la disponibilité et de la rentabilité dans le contexte de l’appel généralisé du monde entier pour le retour à la nature et la protection de la terre notre propriété.
Les déchets de la palme constitués de fibres ne sont exploités que d’une manière artisanale pour des applications traditionnelles. On les retrouve par exemple dans l’artisanat (avec la fabrication de chapeaux, paniers et tapis…etc.) mais également dans la construction (charpentes de maison). (Hamza Nacer, 2020)
Pobè et ses environs sont souvent riches en ressources naturelles, y compris les palmiers représentant Afin exploiter pleinement le potentiel des fibres de palmiers dans le domaine de la construction, des études approfondies sur leurs propriétés sont nécessaires. Ces recherches visent à identifier les méthodes optimales de production et de traitement des fibres, particulièrement adaptées aux applications de construction modernes.
Les recherches menées antérieurement prouvent que l’intégration de fibres végétales renforce les propriétés physiques et mécaniques des sols argileux. Pourtant, ces découvertes sont généralement issues de l’utilisation de liants hydrauliques ou minéraux combinés aux fibres végétales. Ainsi, l’utilisation de certains liants ne correspond pas aux pratiques courantes dans certaines régions des pays en
développement alors une interrogation en ressort : serait-il possible d’avoir des résultats similaires en utilisant uniquement de l’argile gonflant et des fibres de palmier ? En plus, pourrait-on envisager l’amélioration de ces sols avec des fibres de palmier comme suffisante pour les utiliser dans la conception d’infrastructure à Pobè ? Dans ce contexte, une étude sur l’influence des caractéristiques géomécaniques des sols argileux stabilisés par les fibres de palmier se révèle nécessaire. C’est ainsi que se pose le sujet d’étude : » utilisation des fibres de palmiers pour améliorer la résistance des infrastructures dans les zones à sols gonflants à Pobe ».
3-OBJECTIF GENERAL
L’objectif général de cette étude est d’assurer la durabilité des infrastructures dans les zones à sols gonflants à POBE en explorant l’utilisation des fibres de palmiers
4-OBJECTIFS SPECIFIQUES
Les objectifs spécifiques visés par le thème sont :
- Déterminer les caractéristiques physiques et mécaniques du sol argileux.
- Déterminer les propriétés mécaniques de l’argile et fibres de palmier.
- Simuler le comportement du matériau composite à la boite de cisaillement.
Ce rapport est scindé en trois chapitres :
- Le chapitre I présente la revue bibliographique avec une synthèse des principaux résultats obtenus sur des travaux de stabilisation des sols argileux et des travaux menés sur l’utilisation des fibres pour améliorer les caractéristiques d’un sol.
- Le chapitre II intitulé : matériaux, matériels et méthodologie présente le milieu d’étude Igana dans la commune de Pobè et les essais réalisés aux laboratoires du SNERTP et LAMS ;
- Le chapitre III intitulé : résultat, analyse et interprétations aborde les analyses et interprétation des résultats obtenus.