LU100742B1 - Renforcement de sol avec des fibres discretes - Google Patents

Abstract

La présente invention propose une compositionpour un renforcement de sol, qui comprend un sol, au moins un liant et du polyamide 66 ou du polyamide 6. Une telle composition procure une résistance portante élevée, une résistance élevée à la flexion et une bonne compatibilité des fibres dans le mélange

Description

RENFORCEMENT DE SOL AVEC DES FIBRES DISCRETES Domaine technique de l'invention

La présente invention concerne des compositions de sol renforcé, qui comprennent des microfibres de polyamide 66 ou de polyamide 6 et au moins une matière faisant office de liant.

Fondement de l'invention

Les propriétés géotechniques des sols sont améliorées par des techniques d'amélioration du sol. Ces techniques varient sur base des procédés d'application et des types de sols qui sont en mesure d'être améliorés. D'une manière générale, l'objet recherché par les procédés d'amélioration des sols consiste ä améliorer la résistance des sols au cisaillement et â augmenter la capacité portante de fondations creuses, è réduire Ie retrait et Ie gonflement des sols, â diminuer Ie tassement des structures et â augmenter Ie facteur de sécurité pour des glissements de talus éventuels dans Ie cadre de remblais et de barrages en terre.

Diverses matières ont été mélangées avec Ie sol afin d'améliorer les propriétés de celui-ci. Du sol et des roches ont été mélangés pour obtenir une plate-forme plus stable dotée de meilleures performances dans la construction des premières voies de circulation. Par exemple, dans Ie but de réduire Ie potentiel de gonflement et la plasticité des sols argileux et limono-argileux, on a utilise de l'hydroxyde de calcium. Du ciment Portland a été incorporé dans plusieurs types de sols afin d'obtenir une matière de base améliorée pour des voies de circulation.

Des matières géosynthétiques ont été utilisées pour de nombreux objets comme par exemple une amélioration de la capacité portante, Ie fait de procurer une resistance contre la déformation latérale, la maïtrise de l'érosion, etc.

Comme expliqué dans Ie document US 3 934 421, un revêtement constitué par des filaments thermoplastiques continus qui sont liés les uns aux autres â leurs intersections augmentent la capacité portante en direction verticale ainsi que la résistance â la déformation latérale.

Dans Ie document US 4 002 034, on procure un revêtement composite multicouche ancré dans Ie sol afin d'empêcher toute érosion.

Dans Ie document US 4 329 392, on révèle un revêtement stratifié conpu pour empêcher un réarrrangement des particules du sol. Le revêtement se compose de filaments polymères synthétiques qui ont été soumis è une filature en fusion, comprenant des macrofibres formant une toile, une couche filtrante de fibres plus fines liée è cette dernière, et une couche intermédiaire d'autres fibres entre les deux. L'objet est de maïtriser l'érosion en dessous du niveau de l'eau.

Une autre configuration d'une matière géotextile est expliquée dans le document US 4 472 086. La matière est utilisée è titre de renforcement pour la construction de routes et sur des pentes et des berges afin de juguler l'érosion.

Bien que des filaments polymères soient utilisés dans une large mesure dans des tissus, des revêtements, des géogrilles, etc., â titre d'agents pour le renforcement des sols, l'utilisation de fibres distribuées de manière aléatoire dans un sol est limitée.

Le comportement de résistance â la tension que manifeste un sol joue un róle significativement important dans diverses applications géotechniques, telles que des pentes, des digues, des remblais et des barrières hydrauliques, dans lesquelles des fissures dues è la traction sont susceptibles de se produire, mais comparée â la résistance â la compression ou è la résistance au cisaillement, la resistance â la traction que manifeste un sol est fondamentalement insignifiante dans la pratique de l'ingénierie géotechnique, étant donné sa valeur relativement faible.

De même, la matière utilisée pour Ie renforcement des sols doit être suffisamment durable pour répondre è la durée de service nominale. Dans Ie cas d'un renforcement du sol avec des matières géosynthétiques telles que des géogrilles, l’application sur site doit être réalisée avec precaution afin de minimiser les dégradations que pourraient subir les installations, ce qui aurait un effet négatif sur la résistance nominale ä long terme des matières géosynthétiques.

Comme on l'explique dans Ie document WO 9914288 A1, un certain nombre de fibres peuvent s'avérer efficaces pour améliorer les propriétés de résistance d'un sol-ciment, telles que des fibres de verre, étant entendu que des fibres de verre qui ne résistent pas aux alcalis ont un effet défavorable sur la durabilité.

Un autre problème qui peut se poser avec des fibres distribuées de manière aléatoire concerne l'agglomération des fibres.

Des fibres synthétiques sont utilisées depuis plus de 40 ans pour renforcer des matières cimentaires, telles que Ie béton, mais des travaux de recherche réalisés sur des sols renforcés avec des fibres discrètes sont plutót rares. Un nombre limité d'exemples de renforcements de sols en utilisant des fibres ont été décrits dans la littérature brevet. II est bien connu dans la technique antérieure que des fibres telles que des fibres de polypropylène, des fibres de polyester, des fibres de verre sont utilisées dans des sols afin d'améliorer la résistance au cisaillement par poin^onnement, Tangle total de friction interne, la cohésion totale moyenne et Ie module tangent initial moyen. Toutefois, une homogénéité inadéquate des fibres en mélange avec du sol sur base des propriétés d'adhésion physique et chimique insuffisantes des matières fibreuses largement utilisées telles que Ie polypropylène, Ie polyacrylonitrile, les fibres de verre, etc., a pour conséquence une capacité portante qui manque d'homogénéité pour un sol renforcé.

Objets de ('invention

Si Ton compare aux procédés conventionnels, les avantages lïés â un renforcement â base de fibres discrètes, qui représente une technique mise au point relativement récemment pour améliorer le comportement mécanique du sol, sont les suivants : les fibres discretes sont ajoutées directement et mélangées de manière aléatoire avec le sol en un seul processus, d'une manière similaire â du sol mélangé avec du ciment, de I'hydroxyde de calcium ou d'autres additifs ; des plans potentiels de faiblesse ou de fragilité qui peuvent se développer dans une direction parallèle au renforcement d'orientation conventionnelle sont limités par les fibres distribuées de manière aléatoire ; les fibres augmentent la dureté du sol et procurent un renforcement en trois dimensions qui permet d'augmenter la capacité portante dans toutes les dimensions, particulièrement requise pour la stabilité d'une pente, pour des renforcements contre les tremblements de terre, ainsi que pour les renforcements de sols fragiles ; I'inclusion de fibres représente une solution durable qui modifie uniquement les propriétés physiques du sol et qui n'a pas d'effet néfaste sur I'environnement. Pour toutes ces raisons, on constate un intérêt croissant en ce qui concerne les comportements mécaniques des sols renforcés avec des fibres. L'objet principal de la présente invention est de procurer un matériau de renforcement homogène, compatible pour des sols dans le but d'améliorer son comportement de déformation sous charge par I'interaction avec les particules du sol, ce qui donne lieu â une augmentation de la capacité portante du sol dans toutes les dimensions.

Un autre objet de la présente invention consiste â améliorer la dureté du sol et ä procurer un renforcement en trois dimensions.

Un autre objet de la présente invention consiste â empêcher des défaillances au niveau des talus ainsi que des problèmes de tassement du sol.

Un autre objet de la présente invention consiste è procurer une efficacité énergétique, des coüts de maintien peu élevé et une augmentation de la durabilité en permettant l'utilisation du sol dans la majeure partie des couches dans des géosculptures qui constituera l'état de la technique des géosculptures.

Brève description de l'invention

La présente invention propose une composition pour procurer un sol renforcé qui possède une capacité portante élevée en proposant l'utilisation d'une quantrté spécifiée de fibres de polyamide 66 ou de polyamide 6 et d’au moins une matière faisant office de liant, de manière conjointe dans Ie mélange.

Brève explication des figures

La brève explication des figures qui sont annexées au présent document est uniquement destinée è fournir une meilleure compréhension de l'invention et, comme telle, n'a pas pour objet de définir Ie cadre de protection ou Ie contexte dans lequel ledit cadre doit être interprété en l'absence de la description.

La figure 1 représente sous la forme d'un graphique ia courbe de la déformation par rapport â la contrainte pour des échantillons avec et sans fibres.

La figure 2 représente sous la forme d’un graphique la courbe de la déformation axiale par rapport â la contrainte par compression pour des échantillons avec et sans fibres.

La figure 3 représente l'effet du polyamide 66 sur une fracture d'un échantillon de sol stabilisé avec du ciment.

Description détaillée de l'invention

La présente invention propose une composition de sol renforcé englobant des fibres distribuées de manière aléatoire qui confèrent au sol une isotropie de résistance. Un renforcement du sol avec des fibres augmente la sécurité concernant la stabilité de Ia structure, tout en améliorant la résistance résiduelle et la dureté du sol renforcé. Étant donné que les fibres sont en mesure d'améliorer l'angle de friction moyen, des pentes plus raides pour des talus sont possibles. En outre, étant donné que l'on diminue la quantité de remblai, les coüts liés au transport peuvent être réduits et on obtient une bonne efficacité énergétique. Un sol renforcé avec des fibres procurant de meilleures propriétés mécaniques permet de réduire Ie changement de volume ou Ie tassement dans des remblais de grande hauteur. Des valeurs supérieures de cohésion et d'angle de friction interne ou de résistance au cisaillement permettent d’améliorer la résistance è long terme de sols de remblais derrière des parois, ce qui permet de conserver des structures générant des pressions inférieures de la terre et de réduire Ie risque des mouvements latéraux.

La présente invention procure un renforcement ou une stabilisation du sol en proposant une composition d'un mélange de sol renforcé qui fournit une capacité portante élevée, une meilleure dureté et une résistance adéquate â la flexion.

Les types de sols englobent, maïs sans y être lim'ité : du sable silteux et du sable argileux. Pour la classification des sols, des tests nécessaires sont réalisés afin de déterminer la granulométrie, la limite de liquidité et la limite de plasticité.

Un type de sol est constitué par 1 % de gravier, 68 % de sable, 29 % de limon et 2 % d'argile. La limite de liquidité s'élève â 33 %, la limite de plasticité s'élève â 18 % et l'indice de plasticité s'élève a 15 %. La densité â sec, γ, varie de 19,10 kN/m3 è γ = 19,60 kN/m3. L'autre type de sol est constitué par 4 % de gravier, 83 % de sable, 12 % de limon et 1 % d'argile. La limite de liquidité s'élève â 0 %, la limite de plasticité s'élève â 0 %, ce type de sol étant constitué par des grains fins non plastiques. La densité â sec, γ, varie de 20,30 kN/m3 â γ = 20,65 kN/m3.

Des liants de sols typiques connus dans la technique sont obtenus â partir d'une variété de matières, â savoir : du ciment Portland, de l'hydroxyde de calcium, de la chaux vive, de la chaux hydratée, du gypse, du laitier de haut-fourneau broyé, des cendres volantes de type "C", des cendres volantes de type "F", des cendres volantes de type "F" - de la chaux, des cendres volantes -du gypse - de la chaux, du ciment - des cendres volantes, et du laitier - des cendres volantes.

Le liant, qui fait office de stabilisateur chimique, est ajouté au sol et est mélangé intimement avec ce dernier, les liants préférés selon la présente invention étant le ciment et le ciment pouzzolanique, mais sans y être limité.

Afin d'obtenir une compaction maximale, on inclut de l'eau dans le mélange liant - fibres - sol. La quantité d'eau â incorporer dépend du type de sol. Des tests simples tels que le test Proctor (modifié) sont mis en oeuvre pour déterminer la quantité d'eau a ajouter afin d'obtenir la densité optimale de la matière sèche suite â la compaction pour n'importe quel type de sol particulier. La teneur optimale en eau, wopt, se situe dans la plage de 12 â 12,5 % pour le premier type de sol et cette valeur se situe dans la plage de 9 â 9,5 % pour le second type.

Des tests préliminaires è l'oeii nu sont mis en oeuvre afin de déterminer les fibres les plus appropriés qui ne donnent pas lieu â un quelconque problème d'agglomération pour les deux types de sol.

Dans une forme de realisation préférée de l'invention, les fibres sont des fibres de polyamide 6 ou de polyamide 66, de manière plus préférée des fibres de polyamide 66. La matière fibreuse est sélectionnée en fonction de sa flexibilité, de son élasticité, de sa durabilité, de sa ductilité et de sa compatibilité dans son mélange avec Ie sol.

En prenant en compte ces premiers résultats â l'oeil nu, on prépare des mélanges pour évaluer l'effet des fibres possédant différents rapports d'aspect en se basant sur des résultats de tests mécaniques.

Dans la forme de réalisation préférée de la présente invention, pour une application de renforcement de sol pour les deux types de sol que Ton a décrit ci-dessus, la matière fibreuse la plus appropriée faisant l'objet de la présente invention est Ie polyamide 66 ou Ie polyamide 6 en fonction de ses caractéristiques mentionnées ci-dessus et des résultats â l'oeil nu, étant donné sa capacité excellente d'absorption de l'eau, qui permet d'obtenir des liaisons plus fortes dans les particules du sol. En conséquence, on obtient un mélange de sol homogène, tandis que Γοη augmente la sécurité concernant la stabilité de la structure, tout en améliorant en même temps la resistance résiduelle et la dureté.

Le mélange de sol renforcé conformément â la présente invention comprend des microfibres de polyamide 66 ou de polyamide 6 en une quantité de 0,1 è 1 % en poids et au moins une matière faisant office de liant en une quantité de 2 â 9 % en poids dans ledit mélange de sol renforcé.

De préférence, on obtient un mélange de sol renforcé en mélangeant une quantité du sol qui doit être stabilisé avec de 2 â 9 % (en poids/poids) d'au moins un liant, et une quantité de sol stabilisé avec de 0,1 â 1 % (en poids/poids) de fibres de polyamide 66 ou de polyamide 6, afin d'obtenir un mélange essentiellement homogène conformément è la présente invention.

Les microfibres selon la présente invention sont ajoutées au sol stabilisé contenant un liant. De préférence, Ie diamètre des filaments des microfibres varie au maximum a concurrence de 30 pm afin d'obtenir une aire de contact superficiel supérieure entre les fibres et les particules du sol. Lorsque Ie diamètre des filaments est supérieur â cette valeur, l'aire de contact superficiel entre les fibres et les particules du sol diminue. La longueur des fibres peut se situer dans la plage d'environ 6 è 30 mm pour les microfibres.

Les fibres sont mélangées intimement è la main, jusqu'è ce que l'on obtienne une distribution homogène ä travers toute la masse du sol stabilisée avec un liant.

On sélectionne des fibres possédant une longueur appropriée en se basant sur des résultats de tests préliminaires en laboratoire. La longueur doit être déterminée d'une manière telle que l'on confère â la matière une resistance adéquate è la traction. Toutefois, les fibres ne doivent pas être trap longues, étant donné qu'une longueur excessive pourrait déclencher un problème d'agglomération au cours du processus de mélange â l'échelle du laboratoire ou sur Ie terrain. Â titre d'exemple de la présente invention, on obtient une microfibre de polyamide 66 qui possède une longueur de 24 mm, une section transversale de forme ronde et une configuration de forme cylindrique. Au cours de la production, on applique un ensimage de filature spécifique sur des microfibres de 24 mm (Kratos®), ce qui permet d'obtenir une distribution homogène des fibres au sein du sol stabilisé avec du ciment, au cours de l'application.

Pour vérifier les effets d'un renforcement avec des fibres sur les propriétés mécaniques d'un sol stabilisé avec un liant, on prépare un certain nombre d'échantillons de forme cylindrique et de forme prismatique en faisant varier les quantités de fibres pour des tests de resistance â la compression unidimensionnelle et de resistance â la traction en flexion. On compare les résultats è ce que l'on obtient avec Ie même sol stabilisé avec un liant exempt de fibres, considéré comme étant un échantillon témoin.

Comme on peut Ie voir en figure 1, Ie sol stabilisé avec du ciment gagne en ductilité avec une meilleure dureté et des valeurs améliorées de resistance résiduelle lorsqu'on ajoute des fibres de polyamide au mélange conformément â la présente invention.

En résumé, les résultats des tests de résistance è la compression unidimensionnelle montrent qu'une incorporation de fibres permet d'améliorer la ductilité du sol conformément â la présente invention, comme on peut Ie voir en figure 2.

Dans la présente invention, on propose un renforcement â base de fibres discrètes dans Ie but d'améliorer Ie comportement de résistance â la traction, manifesté par Ie sol, tout en procurant un mélange homogène de sol renforcé sur base de la bonne absorption de l'eau du polyamide 66 ou du polyamide 6. Afin d'évaluer l'effet des fibres sur la dureté et sur la résistance résiduelle du sol stabilisé avec un liant, on adopte un appareil de mesure de la résistance â la traction en flexion, que Ton utilise normalement pour du béton, pour les tests réalisés avec Ie sol en question. En utilisant eet appareil, on procédé â une série de tests de résistance â la traction en flexion sur un sol stabilisé avec un liant, renforcé avec des fibres afin de déterminer les caractéristiques de résistance â la traction en flexion.

Claims (3)

1. REVENDICATIONS AMENDEES

   1. Mélange de sol renforcé caractérisé en ce que, ledit mélange de sol renforcé comprend des microfibres de polyamide 66 ou de polyamide 6 en une quantité de 0,1 â 1 % en poids et au moins une matière faisant office de liant â base de ciment ou de ciment pouzzolanique en une quantité de 2 è 9 % en poids dans ledit mélange de sol renforcé et ledit sol est constitué d'un mélange de 1 % de gravier, 68 % de sable, 29 % de limon et 2 % d'argile ou d'un mélange de 4 % de gravier, 83 % de sable, 12 % de limon et 1 % d'argile, en poids.
2. 2. Mélange de sol renforcé selon la revendication 1, dans lequel lesdites microfibres de polyamide 66 ou de polyamide 6 possèdent une longueur se situant dans la plage de 6 â 30 mm.
3. 3. Mélange de sol renforcé selon la revendication 1, dans lequel lesdites microfibres de polyamide 66 ou de polyamide 6 possèdent un diamètre maximal de 30 pm.