Étude des caractéristiques géomécaniques des sols d’Igana

Les caractéristiques géomécaniques des sols d’Igana, stabilisés par des fibres de palmier, montrent une amélioration significative de la résistance en compression et en cisaillement. Cette étude repose sur des essais physiques et mécaniques rigoureux, soulignant l’efficacité de cette méthode de stabilisation.

Matériels

La liste des différents essais réalisés, le matériel utilisé, la norme et le laboratoire d’exécution des travaux sont listé dans le tableau ci-après :

Détermination des essais physiques des sols

Le Centre National d’Essai et de Recherche en Travaux Publics (SNERTP) au Bénin, a servi de cadre pour la réalisation des essais d’identification physique et mécanique des matériaux prélevés. Les essais ont été réalisés suivant la norme française et concernent entre autres :

L’essai d’analyse granulométrique par tamisage (NF P94-051)

L’analyse granulométrique par tamisage est un essai d’identification qui nous a permis de connaitre la granulométrie de nos matériaux, en les faisant passer par une série de tamis normalisés. Ainsi nous obtenons les proportions pondérales des grains de différentes tailles dans l’échantillon.

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A

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B

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C

A-Tamis B-Balance C-Agitateur

Image 16 : -A : Tamis normalisé ; -B : Balance de précisions ; C : Agitateur de tamis

Source : KOI YEBOU DODO Whylson Johannes ; 2024

L’essai d’analyse granulométrique par sédimentométrie (NF EN ISO 17892-4)

La sédimentométrie est un essai qui a complété l’analyse granulométrique par tamisage des sols. Elle a été réalisée sur des particules de diamètre inférieur à 0,080 mm. Les grains de diamètre différent sédimentent dans un milieu liquide au repos à vitesses différentes.

Le matériel utilisé est composé d’un éprouvette témoin contenant que de l’eau distillée, un agitateur mécanique et un thermomètre électronique.

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Image 17 : Etuve

Source : KOI YEBOU DODO Whylson Johannes ; 2024

Limites d’Atterberg (NF P94-051)

Les limites d’Atterberg (limite de liquidité et limite de plasticité) définissent des teneurs en eau pondérales correspondant à des états particuliers d’un sol. Elles ont permis de définir l’étendue du domaine plastique de notre sol. (L’indice de plasticité WP). Le matériel nécessaire à la préparation du sol est distinct du matériel utilisé pour la détermination des limites.

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Figure 11 : Etat d’un matériau argileux en fonction de sa teneur en eau

La consistance d’un sol constitué de particules ou de grains fins peut varier dans de larges limites avec la quantité d’eau qu’il referme. Les limites d’Atterberg sont des constantes physiques conventionnelles qui marquent les seuils entre :

Le matériel utilisé pour la préparation est composé de :

• Appareil de Casagrande
• Balance de 5kg (précision 1g)
• Etuve ventilé
• Planche à roulets
• Capsules en verre
• Spatules
• Mortier et pilon en porcelaine

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Image 18 : Matériels pour la réalisation de la limite d’atterberg

Source : KOI YEBOU DODO Whylson ; 2024

Détermination des caractéristiques des essais mécaniques

Cisaillement direct (NFP 94-074-1)

L’essai de cisaillement direct a permis de révéler les paramètres de résistance au cisaillement de l’argile prélevée et des différents mélanges réalisés à savoir : la cohésion C et l’angle de frottement φ. La cohésion étant la force d’attraction entre les grains et l’angle de frottement φ qui est la somme des frottements existant entre les grains du sol. La méthodologie suivie pour réaliser cet essai est celle recommandée par la norme française (NFP 94-074-1)

Pour cet assai, on a utilisé les matériels suivants :

• Bâti
• La boîte de cisaillement (deux demi-boites, un blocage des deux demi-boîtes, un châssis étanche en tant que support de la demi-boîte inférieure, plaque drainante, piston rigide muni à sa base une plaque drainante)
• Le dispositif d’application de l’effort normal sur l’éprouvette
• Le dispositif produisant le déplacement relatif horizontal entre les deux demi boîtes
• Le système de mesurage des efforts des déplacements et du temps
• Trousse coupante

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Image 19 : Appareil de cisaillement

Source : KOI YEBOU DODO Whylson Johannes, 2024

Essai œdométrique (XP P4 P94-090-0001)

Les essais de consolidation et de compressibilité ont permis d’apprécier la déformation verticale des sols. Le but étant de mesurer le tassement au cours du temps d’une éprouvette cylindrique (intacte) type galette placée dans une enceinte sans déformation latérale possible au fur et à mesure de l’application de différentes charges verticales constantes.

L’éprouvette est saturée d’eau au préalable au premier chargement et étant drainée en haut et en bas, elle est maintenue saturée pendant l’essai.

La réalisation de l’essai a nécessité un matériel spécifique à savoir :

• Un bâti œdométrique et la cellule œdométrique.
• Une balance électronique.
• Une enceinte thermique ou une étuve de dessiccation à température réglable de 50 °Cà 105 °C,
• Les outils nécessaires au découpage et à la préparation des éprouvettes ;
• Un chronomètre donnant la seconde ;
• Un dessiccateur.

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Image 20 : Appareil Œdométrique

Source : KOI YEBOU DODO Whylson Johannes, 2024

Essai Proctor normalisé

Cet essai, réalisé sur l’argile crue et les différents mélanges, nous a permis de déterminer la teneur en eau nécessaire pour obtenir la densité sèche maximale Le protocole de l’essai Proctor suivi est celui de la norme NF P 94-093 (détermination des références de compactage d’un matériau). Les valeurs obtenues par l’essai sont notées pour la teneur en eau optimale, et pour la masse volumique sèche optimale.

Une autre référence peut être déterminée pour une énergie supérieure (notamment pour des couches de chaussées granulaires), il s’agit de l’optimum Proctor modifié (OPM).

Pour réaliser cet essai, nous avons utilisé :

• Machine de compactage pour l’essai Proctor Normal
• Moules Proctor et moules CBR avec plaque de base, hausse de compactage.
• Malaxeur électrique
• Dame Proctor Normal
• Règles à araser
• Bacs éprouvette
• Spatules
• Etuve à 105°C
• Balance
• Boites de Pétri

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Image 21 : Préparation, moulage et démoulage de l’argile sans fibre

Source : KOI YEBOU DODO Whylson Johannes, 2024

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Image 23 : Mélange de l’argile et de la fibre de palmier avec les différentes teneurs (0,15%, 0,30%, 0,45%)

Source : KOI YEBOU DODO Whylson Johannes ; 2024

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Image 22 : Proctor de l’argile + les fibres avec les différentes teneurs de fibre

Source : KOI YEBOU DODO Whylson Johannes ; 2024

Essai C.B.R. (California Bearing Ratio)

L’essai CBR a permis de mesurer l’aptitude des matériaux à supporter les charges. Pour cela, nous avons mesuré les forces à appliquer sur un poinçon cylindrique pour le faire pénétrer à vitesse constante dans une éprouvette de matériau. Les valeurs particulières des deux forces (F1 et F2) ayant provoqué deux enfoncements (2,5 mm et 5 mm) conventionnels sont respectivement rapportés aux valeurs des forces observées sur un matériau de référence pour les mêmes enfoncements.

L’indice CBR recherché est défini conventionnellement comme étant la plus grande valeur, exprimée en pourcentage des deux rapports ainsi calculés. Les calculs s’effectuent de la manière suivante

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𝐶𝐵𝑅 = max (𝐼 𝐶𝐵𝑅2,5; 𝐼 𝐶𝐵𝑅5)

Le matériel pour cet essai utilisé est composé de :

• Une presse mécanique de 30 KN ou une presse hydraulique de 60 KN
• Un moule cylindrique (de hauteur 152 mm et de diamètre 152 mm) et accessoires.

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Image 24 : Poinçonnement CBR après immersion dans l’eau

Source : KOI YEBOU DODO Whylson Johannes, 2024

L’essai de flexion à trois points (NBN EN 1015-11)

L’intérêt premier de l’incorporation de fibres dans le sol est d’améliorer de son comportement en flexion : augmentation de sa résistance (Binici et al. 2005; Bouhicha et al. 2005; Ghavami et al. 1999) et/ou amélioration de sa ductilité et de sa ténacité (Hejazi et al. 2012).

Pour déterminer ce comportement, il est possible de procéder à des essais de flexion 3 points ou 4 points. Dans notre cas, nous avons opté pour la flexion à trois points suivant la norme NBN EN 1015-11. La résistance sera mesurée sur des éprouvettes de dimensions 16 cm x 4cm x 4 cm. Les essais sont réalisés en utilisant une machine d’essai dont les caractéristiques sont les suivantes : capacité : 50 kN-160 bars.

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A-Briquette 4 x 16 x 4cm³ B-Flexion

Image 25 : -A : Briquette ; -B : Essai de flexion

Source : KOI YEBOU DODO Whylson Johannes, 2024

Expression des résultats

La résistance à la traction par flexion des échantillons a été évaluée par des essais de flexion 3 points effectués sur des éprouvettes prismatiques 4x4x 16 cm³ avec une vitesse de chargement de 50 N/s.

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Figure 12 : Dimension du moule prismatique 4x4x16 cm3

La formule de calcul de la contrainte de flexion est donnée comme suit :

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Avec :

𝑅𝑓 : Résistance à la flexion, en newtons par millimètre carré ( ² = MPa); a : est le côté de la section carrée du prisme (a=40 mm), en millimètres ; P : est la charge appliquée au milieu du prisme à la rupture, en newtons (N).

Essai de compression (NBN EN 1015-11)

Elle a été réalisé avec les moules prismatiques (4 x 4 x 16)

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Image 26 : Essai de compression sur briquette

Source : KOI YEBOU DODO Whylson Johannes, 2024

AMELIORATION DES SOLS ARGILEUX GONFLANTS PAR L’UTILISATION DE FIBRES DE PALMIER : ETUDE DE CAS DES SOLS D’IGANA DE LA COMMUNE DE POBE

Image 27 : image et représentation schématique du moule prismatique (4 x 16 x 4 cm3)

Source : KOI YEBOU DODO Whylson Johannes, 2024

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KOI YEBOU DODO WHYLSON JOHANNES 65