Traitement des sols

Traitement à la chaux

La chaux a été utilisée depuis longtemps comme stabilisateur des sols sensibles à l'eau (remblai, couches de formes...etc.). De plus, la chaux est employée dans de nombreux domaines tels que le bâtiment, la sidérurgie, la dépollution. Le premier guide de base a été établis par le SETRA et le LCPC en 1972 : «Recommandation pour le traitement des sols fins à la chaux». Le second a été élaboré en 1992 nommé G.T.R.92[1] (Guide des terrassements routiers, Réalisation des remblais et des couches de formes). Le dernier qui les complète issu en 2000 portant le titre «Traitement des sols à la chaux et aux liants hydrauliques». Ces guides peuvent fournir des informations importantes sur le choix du type de traitement à utiliser ( Le Borgne 2010[2]).

La chaux est généralement une poudre fine obtenue par la calcination de carbonate de calcium (CaCO3), à une température supérieure à 900°C, qui donne lieu à la naissance d'un oxyde de calcium (CaO) ou la chaux vive munie d'un dégagement du gaz carbonique (CO2) (Eq. II.1).

CaCO3 (calcination à 900°C) → CaO (chaux vive) + (dégagement de CO2) ............. (II.1)

Au contact de l'eau, la chaux vive obtenue par calcination, peut se transformer en chaux éteinte (Ca(OH)2) accompagné par un fort dégagement de chaleur, (Eq. II.2).

CaO + H2O → Ca (OH)2 + 12 kJ/mol ........... (II.2)

La chaux vive CaO peut, après hydratation par l'humidité ambiante (Ca(OH)2), se carbonater sous l'action du CO2 atmosphérique, (Eq. II.3).

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O ................. (II.3)

Les caractéristiques des chaux aériennes vis-à-vis du traitement des sols dépendent de la forme sous laquelle elles sont utilisées, diverses formes de chaux étant utilisées dans le traitement des sols. Les formes les plus communes sont la chaux vive et la chaux éteinte. La réactivité définie par la norme (NF P 98-102). Elle exprime la rapidité d'action d'une chaux lors de son emploi et est essentiellement fonction de la surface de contact entre la chaux et le corps avec lequel elle réagit. Elle dépend donc de la surface spécifique et de la finesse de la chaux.

Le principe de l'action de chaux avec les minéraux argileux en présence d'eau, peuvent être résumés en deux phases principales à savoir:

Action à court terme :

Elle peut se résumer en cinq étapes successives (Fig.II.1) ( Locat et al.1990[3]; Bell 1996[4]; Cabane 2004[5]; Le Borgne 2010[2]):

  • l'ajout de la chaux provoque l'évaporation de l'eau avec l'ionisation de la Chaux éteinte qui libère des ions Ca2+ et OH- ;

Fig. II.1 ― Action de la chaux à court terme (modification par floculation), ( Cabane 2004[5]).

  • la forte concentration en ion Ca2+ et OH- entraîne un échange cationique entre les ions absorbés et les cations apportés qui modifie la CEC et augmente le pH du sol à plus de 12.5 (Fig. II.2) ( Al-Mukhtar et al. 2010[6]) ;

  • réduction de la taille de la double couche des particules argileuses et diminution des forces de répulsion entre elles ;

  • floculation (par l'ajout de chaux) et agrégation (par malaxage) des particules argileuses ;

  • modification des propriétés géotechniques, formation des grumeaux de taille millimétrique et diminution de la sensibilité à l'eau.

Fig. II.2 ― Effet de la chaux sur le pH d'une argile (bentonite très plastique riche en kaolinite et en montmorillonite), ( Al-Mukhtar et al. 2010[6]).

Action à moyen et à long terme :

L'amélioration des caractéristiques mécaniques ainsi que la diminution ou la suppression du gonflement est liée à la formation des nouveaux produits cimentaires par l'action de chaux à long terme qui peut se faire comme suit:

  • la forte concentration en ion Ca2+ et OH- augmente le pH du sol (pH ≥ 12.5) ;

  • un fort pH, entraîne la dissolution de la silice et de l'alumine des particules argileuses et rentrent en réaction avec le calcium apporté par la chaux d'où viennent les réactions pouzzolaniques ( Gadouri et al. 2016[7], 2017[8]) ;

  1. Guide G.T.R. (1992)

    Guide G.T.R. (1992) : https://fr.scribd.com/doc/136991376/Guide-Des-Terrassements-Routier-GTR#

  2. Le Borgne (2010)

    Le Borgne, T. (2010). Effects of potential deleterious chemical compounds on soil stabilisation. Doctoral dissertation, Ph.D thesis, Nancy-Université, France, http://hdl. hadle.net/10068/842439.

  3. Locat et al. (1990)

    Locat, J., Berube, M.A., Choquette, M. (1990). Laboratory investigations on the lime stabilization of sensitive clays: shear strength development. Canadian Geotechnical Journal, Vol. 27, No. 3, pp. 294–304, doi: 10.1139/t90-040.

  4. Bell (1996)

    Bell, F.G. (1996). Lime stabilization of clay minerals and soil. Engineering Geology, Vol. 42, No. 4, pp. 223–237, doi: 10.1016/0013-7952(96)00028-2.

  5. Cabane (2004)

    Cabane, N. (2004). Sols traités à la chaux et aux liants hydrauliques: Contribution à l'identification et à l'analyse des éléments perturbateurs de la stabilisation. Thèse de Doctorat, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint Etienne, Université Jean Monnet.

  6. Al-Mukhtar et al. (2010)

    Al-Mukhtar, M., Lasledj, A. and Alcover, J.F. (2010). Behaviour and mineralogy changes in lime-treated expansive soil at 20 °C. Applied Clay Science, Vol. 50, No. 2, pp. 191–198, doi:10.1016/j.clay.2010.07.023.

  7. Gadouri et al. (2016)

    Gadouri H, Harichane K, Ghrici M (2016). Effects of Na2SO4 on the geotechnical properties of clayey soils stabilised with mineral additives. Int J Geotech Eng 11(5):500–512. doi:10.1080/19386362.2016.1238562.

  8. Gadouri et al. 2017

    Gadouri H, Harichane K, Ghrici M (2017). Effect of calcium sulphate on the geotechnical properties of stabilized clayey soils. Period Polytech Civil Eng 61(2):256–271. doi: 10.3311/PPci.9359.

  9. Harichane and Ghrici (2009)

    Harichane, K., and M. Ghrici. (2009). Effect of Combination of Lime and Natural Pozzolana on the Plasticity of Soft Clayey Soils, 2nd International Conference on New Developments in Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, May 30, Nicosia: Near East University.

  10. Harichane et al. (2012)

    Harichane, K., M. Ghrici, and S. Kenai. (2012). Effect of the Combination of Lime and Natural Pozzolana on the Compaction and Strength of Soft Clayey Soils: A Preliminary Study, Environmental Earth Sciences 66 (8):2197–2205.

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