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,STABILISATION DE TERRES ET SOLS.
L'invention concerne un procédé de stabilisation de terres et de sols rendus compacts, applicable entre autres à la construction de rou- tes de terre.
Le bitume coûte trop cher pour être utilisé dans des régions où le trafic est peu fréquent et où les routes sont longues. Par consé- quent, de nombreuses régions ont des routes qui consistent-simplement en terre contenant suffisamment d'argile pour donner de la cohésiono L'humidi- té contenue dans le sol doit également être comprise entre certaines limites, qui varient quelque peu avec les caractères du sol, pour rendre le sol cohé- rente Dans les climats humides, il y a une difficulté sérieuse à empêcher le sol d'absorber une quantité d'eau considérablement supérieure à la quan- tité d'eau optimum et de devenir trop boueux pour l'usage. La présence de gravier dans le sol lui donne de la dureté et une résistance aux charges ;
le sable fin facilite l'incorporation du gravier et le limon agit comme ma- tière de remplissage, tandis que l'argile assure la liaison cohérente du tout. Les routes de ce genre sont connues sous le nom de routes de terre à liant ¯aqueuxo
Il est connu que lorsqu'on incorpore du chlorure de calcium à la surface supérieure d'une route de terre, il retarde l'évaporation de l'hu- midité du sol pendant les périodes de faible humidité, et provoque l'absorp- tion¯de vapeur d'eau de l'air pendant des périodes de grande humiditéo L'ab- sence d'humidité des surfaces de routes de terre peut provoquer la formation de poussière..
En outre, la présence de CaCl2, en facilitant le maintien d'une teneur en humidité favorable, maintient la couverture suffisamment étan- che pour que, lorsqu'il pleut la pluie ne puisse pénétrer à travers la sur-
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face pour produire un ramollissemento Cependant, des applications périodi- ques de chlorure de calcium constituent une nécessité essentielle de l'entre- tien de ce genre de surface, parce que le chlorure de calcium est, par la suite, lavé de la surface du sol par la pluieo En outre, le traitement au chlorure de calcium convient mieux en climat sec qu'en climat humide, à moins que le sol ne soit convenablement en pente, le traitement est insuffisant pour maintenir la résistance du sol en cas de fortes pluies, et il se forme facilement des ornières dans la route.
Un procédé de classement des terres et sols est basé sur leur indice de plasticité, qu'on définit comme étant la différence entre leur li- mite liquide et leur limite plastique. La limite liquide est la teneur en humidité (exprimée en pourcentage du poids de la terre séchée au four) pour laquelle la terre commence tout juste à fluer lorsqu'on la secoue dix fois.
La limite plastique est de même la teneur en humidité à laquelle la terre peut être roulée en fils de 3 mm de diamètre sans que les fils tombent en morceaux (voir les procédés de l'American Society of Testing Materials n D 423-39 & D 424-39 respectivement. La limite plastique définit la te- neur en humidité à laquelle se produit un changement relativement brusque des propriétés mécaniques de la terre. A des teneurs en humidité inférieu- res à la limite plastique, la terre peut être considérée comme un corps so- lide capable de résister au cisaillement, tandis qu'à des teneurs en humi- dité plus élevées, elle devient plastique et flue sous l'action de charges.
Des argiles lourdes ont un indice de plasticité dépassant 20, des argiles limoneuses 10-20, des mélanges de sable et d'argile 0-10, du sable et des sols non-cohérents O.
On a trouvé que certaines matières colorantes de polyméthine, spécialement le dianil chlorhydrate de l'aldéhyde hydroxyglutaconique, ont une forte action d'imperméabilisation du sol et permettent ainsi à un sol contenant la quantité optimum d'eau, de demeurer dans cet étant pendant de nombreux mais. En particulier, pendant des périodes de fortes pluies, des routes de terre traitées par ces composés de polyméthine conservent leur stabilité, leur cohésion et leur résistance aux lourdes charges.
On a également trouvé qu'on peut utiliser ces matières coloran- tes de polyméthine en plus du chlorure de calcium, de manière à pouvoir ti- rer parti des propriétés précieuses de chacun des deux stabilisateurs en même tempso Ainsi, par temps humide, le composé de polyméthine protège la surface de la route en l'empêchant d'absorber une trop grande quantité d'eau et de creuser d' ornières, et par temps sec, le chlorure de calcium entre en action et empêche la perte d'humidité et la formation de poussières. En outre, l'action protectrice des composés de polyméthine empêche l'élimina- tion du CaCl2 par la pluie et réduit l'entretien nécessaire.
Suivant la présente invention, on stabilise une terre ou un sol rendus compacts en y incorporant, avant de les rendre compacts, une ou plu- sieurs matières colorantes de polyméthine ayant pour formule générale : (ArNH.CH=CH.CH=C(OH).CH=NHAr)+X- dans laquelle X est l'anion d'un acide fort et Ar est un radical aromati- que exempt de groupes sulfoniques. L'invention comprend également le mélan- ge à la terre ou au sol de 0,05 à 1% en poids de cette matière colorante de polyméthine, et si on le désire, de 0,1-1% de chlorure de calcium solide.
Des acides forts appropriés ont une constante de dissociation dépassant 10-4. Les acides préférés sont l'acide chlorhydrique, l'acide phos- phorique et l'acide sulfurique; des exemples d'autres acides pouvant être utilisés sont l'acide bromhydrique et l'acide para-toluène sulfonique. Les radicaux aromatiques les plus efficaces sont le phényle,l'ortho-tolyle et le para-tolyle. Des exemples d'autres radicaux appropriés sont le méta-tolyl,
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l'alpha-naphtyl, le bêta-naphtyl, l'ortho- et le para-chlorphényle, le para- hydroxyphényl, le para-bromphényle et le méta-acétophényle.
Ces matières co- lorantes de polyméthine sont des sels de dianil substitués d'aldéhyde hydro- xyglutaconique, avec des acides minéraux et d'autres acides forts, et on peut les préparer par condensation de furfural avec des amines aromatiques en présence d'acides forts. Les amines préférées sont l'aniline, l'ortho- et la para-toluidine, mais on peut également utiliser d'autres amines telles que la bêta-naphtylamine.
On peut préparer ces composants de polyméthine par condensation de 2 moles d'une amine aromatique primaire avec une mole de furfural en pré- sence d'un acide fort dans de l'alcool comme solvant, ainsi que le-décrit J. Stehouse, Annalien, voie 156 (1870) p. 200. La réaction est complète en 60 minutes, et on sépare le produit par filtration. Le produit s'obtient soit sous forme de poudre farineuse rouge-violet, ou sous forme de cristaux bleus très fins ayant un aspect métallique. Il est légèrement soluble dans l'alcool (environ 2 grammes par litre), n'est pas soluble de façon apprécia- ble dans l'eau mais donne une solution légèrement acide et est insoluble dans la plupart des solvants organiques.
Quand on le chauffe, il se carbo- nise sans fondreo
Un avantage pratique substantiel de l'emploi de ces agents 'imper- méabilisants de polyméthine, réside en ce que ce sont des poudres sèches qu'on peut facilement incorporer de fagon homogène dans le sol par des pro- cédés mécaniqueso Un procédé consiste à cueillir les 10-15 centimètres de la couche supérieure du sol, à les mélanger à l'agent d'imperméabilisation' dans un mélangeur, à étendre en place le sol stabilisé, puis à le rendre com- pacte Un procédé analogue consiste à appliquer mécaniquement l'agent imper- méabilisant au sol au moyen d'une machine qui retourne et mélange le sol, et qui, en même temps, ajoute l'agent imperméabilisant., dépose à nouveau le sol ainsi traité et le rend compacto Cependant,
il suffit souvent d'étendre uniquement l'agent imperméabilisant sur le sol et de le ratisser ou de le herser avant de rendre compacte la couche supérieure du sol.
La quantité d'agent imperméabilisant dépend principalement de la nature du solo Il n'est pas possible de déterminer avec certitude la quantité optimum pour une classe quelconque de sol, en partie à cause de la difficulté de classement des sols. Cependant, on peut trouver facilement la quantité nécessaire à chaque sol en mélangeant une petite quantité d'agent imperméabilisant à un échantillon de terre du sol et mesurant la résistance du mélange à la variation de la teneur en humidité par un essai d'absorp- tion d'eau capillaire. On peut effectuer cet essai en rendant le mélange compact dans des conditions standards (telles que décrites dans l'exemple 1) en lui donnant une forme appropriée., et en le plaçant de manière que sa base plonge dans l'eau pendant 1-4 semaines.
On mesure alors l'absorption d'eau, et on conclut qu'une quantité .suffisante d'agent imperméabilisant a été ajoutée si la teneur en humidité de l'échantillon ne s'élève pas au- dessus de la limite plastique.
Dans le cas d'un certain sol d'argile sablonneuse ayant une li- mite plastique de 14%, la teneur en humidité optimum pour rendre le'sol compact, était de 10%. L'addition de 0,1% du stabilisateur de polyméthine à la terre rendue compacte avec sa teneur en humidité de 10%, empêche l'ab- sorption d'eau au-delà de la limite plastique, et le bloc de terre conserve sa cohésion quand on le plonge dans l'eau. Sans stabilisateur, un bloc de terre semblable absorbe encore 12% d'humidité, et sa teneur en humidité mon- te à 22%, ce qui dépasse la limite plastique et le bloc se désagrègeo
Dans le cas d'un sol de terre noire à'coton de Nigérie ayant une limite plastique de 28%, la teneur optimum en humidité pour rendre le sol compact est de 16%.
Quand on place un bloc de cette terre rendue com- pacte avec sa teneur en humidité de 16%, dans de l'eau, il absorbe rapide-
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ment encore 20% d'eau et se désagrège. En le traitant avec 1% du stabili- sateur de polyméthine, on réduit cette absorption et l'humidité ne monte pas au-delà de 28%, avec le résultat que le bloc conserve sa cohésion.
En général, les quantités approximatives d'agent imperméabilisant nécessaires, en % en poids de la terre séchée au four, sont les suivantes :
Sol d'argile lourde 0,3-1% (p.ex. terre à coton noire de Nigérie)-
Sol d'argile limoneuse 0,1-0,7% (poexo limon rouge de Rhodésie du Sud)
Sol d'argile sablonneuse 0,05-0,3% (poexo argile sablonneuse du Cheshire,
Angleterre).
L'application de l'invention aux routes'de terre est la princi- pale, mais il y a d'autres applications intéressantes. Il est usuel dans de nombreux pays tropicaux, par exemple dans l'Est africain, de fabriquer des briques séchées au soleil par moulage de terre humide-et, quand elles sont partiellement durcies, de les laisser sécher au soleil jusqu'à ce qu'elles atteignent le maximum de dureté. Ces briques, pour avoir la résis- tance nécessaire, ne doivent pas être exposées à une trop grande quantité de pluie, parce qu'elles deviennent boueuses et perdent leur résistance.
Il est démontré que l'application des matières colorantes de polyméthine conformément à la présente invention, permet de stabiliser ces briques de terre séchées au soleil de manière qu'elles ne se détériorent pas par temps humide. Il est également usuel dans des pays tropicaux, spécialement aux Indes, de construire des toitures en terre au moyen de terre gâchée à l'eau, rendue compacte sur place et séchée au soleil. Par l'incorporation d'une petite quantité de colorant de polyméthine conformément à la présente in- vention dans ces toitures de terre, la durée de la toiture est considéra- blement augmentéeo
Une autre application importante de cette invention concerne la construction de routes dans des régions argileuses.
De nombreuses routes sont construites en plaçant une couche de bitume ou d'asphalte sur le sol dans des régions où il n'existe pas de pierres ou autres matières solides pour former l'assise de la couche de bitume. Ces routes, dans les régions où le sous-sol est argileux, se crevassent quand on les soumet à des char- ges par temps humide, parce que l'argile humide se ramollit et¯gonfle et dé- forme ainsi la couche de bitume. D'autre part, par beau temps, l'argile se contracte et la couche de bitume n'est pas supportée de façon adéquate.
La stabilisation de ces sous-couches d'argile par les composés de polymé- thine de l'invention, réduit à un minimum les variations de la teneur en eau de l'argile et favorise ainsi fortement la stabilité de ces routes.
La stabilisation des terres ou sols par la présente invention est illustrée par les exemples suivants, dans lesquels l'absorption capil- laire d'eau par des cylindres de terre est mesurée. Toutes les parties sont en poids.
EXEMPLE 1.
La terre utilisée est un sol artificiel composé de 30 parties de kaolin et 170 parties de quartz purifié broyé, mélangées à 20 parties d'eau pour aider la mise sous forme compacte. On mélange cette terre à 1 partie de matière colorante de polyméthine obtenue par condensation de fur- furaldéhyde avec de l'aplhanaphtylamine et de l'acide chlorhydrique. On tasse alors la terre dans un moule cylindrique de 25 mm (1 pouce) de long et 25 mm (1 pouce) de diamètre jusqu'à ce que le cylindre rendu compact
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contienne 10% d'air en volume. On enlevé le cylindre du moule et on le re- couvre de cire de paraffine, et le conserve pendant 3 jours.
On enlève alors la cire à un bout et on pratique des fentes à l'autre bout pour permettre le dégagement de l'airo On pèse le cylindre et on le plonge avec son bout ou- vert dirigé vers le bas dans de l'eau jusque une profondeur de 2,5 mm (1/10 pouce). Après 7 jours, on trouve que le poids d'eau absorbé n'est que de,,0,5 gr. A titre de comparaison, en l'absence de toute matière colorante de polyméthine, la même terre absorbe en 7 jours 2,5 gro d'eau dans cet essai.
La limite plastique de ce sol est de 19%o
EXEMPLE 2.
On prépare la terre utilisée au moyen de 30 parties de poudre d'alumine et 170 parties de quartz broyé. On l'essaie comme dans l'exemple
1, et en l'absence de toute addition, on trouve que la quantité d'eau absor- bée en 7 jours, est de 2,1 gr., la limite plastique du sol étant de 16%. Eh ajoutant 1 partie de la substance obtenue par condensation de furfuraldéhyde avec la p-toluidine et' l'acide chlorhydrique, l'absorption d'eau en 7 jours n'est que de 0,6 gr.
EXEMPLE 30 @
On utilise la même terre que dans l'exemple 1, et on utilise deux échantillons identiques. On mélange au premier 0,05% de dianil chlorhydrate d'aldéhyde hydroxyglutaconique [C6H5NH=CH=CH.CH=C(OH).CH.NH C6H5] CI. et au second, 0,5% de la même matière. Si l'on rend ces échantillons compacts et les soumet à l'essai décrit dans l'exemple 1, le premier échantillon ab- sorbe seulement 0,5 gro d'eau et le second en absorbe 0,3 gro
EXEMPLE 4.
On utilise la même terre que dans l'exemple 1. On la mélange à 0,1% de dianil chlorhydrate d'aldéhyde hydroxyglutaconique, (C6H5NH=CH=CH.
CH=C(OH).CH.NHC6H5)+Cl-,et 0,5% de chlorure de calcium en poudre et on en fait l'essai comme dans l'exemple 1. Elle n'absorbe que 0,4 gr d'eau. Un autre échantillon du même mélange, séché, absorbe rapidement la vapeur d'eau de P atmosphère
EXEMPLE 5.
La terre utilisée est un genre de sol latéritique qui consiste en limon rouge de Ghipinga, en Rhodésie du Sud. On en fait l'essai comme dans l'exemple 1, et en l'absence de toute addition, l'absorption d'eau en
7 jours est de 2,7 gr.,la limite plastique étant de 195. En ajoutant 0,05% en poids de la substance obtenue par condensation de furfuraldéhyde avec la p-chloraniline et l'acide chlorhydrique, l'absorption d'eau en 7 jours n'est que de 0,8 gro
Les exemples qui précèdent illustrent l'invention en tant que procédé pour imperméabiliser les terres et sols et, ainsi, les stabilisero
On peut également l'appliquer à la construction de routes et à la fabrica- tion de briques, comme le montrent les exemples suivantso
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EXEMPLE 6.
On utilise une argile sablonneuse de Holford Cheshire, comme-matériau de construction d'un revêtement de routeo Ce sol a une limite de plasticité de 17% et un indice de plasticité de 4. On extrait le sol de son gisement naturel à l'état sec (teneur en humidité de 4-5%) et on le broie mécaniquement en une terre fine. On mélange alors celle-ci avec 0,25% en poids
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de dianil chlorhydrate d'aldéhyde hydroxyglutaconique, on l'humidifie par de l'eau pour obtenir une teneur en eau de 10% et on la met en place sur un sous=sol constitué simplement du sol sablonneux naturel de la région rendu légèrement compact. On applique une couche suffisante de terre traitée pour former un tapis de 225 mm (9 pouces) d'épaisseur après l'avoir rendue compact au moyen de dames à main et de rouleaux.
On construit un autre tronçon de route en n'utilisant que O.,l% de dianil chlorhydrate d'aldéhyde hydroxygluta- conique et un autre tronçon devant servir de témoin,, sans stabilisateur du tout.
Après exposition de 4 mois aux intempéries et au trafic, pendant lesquels il était tombé plus de 325 mm (13 pouces) de pluie, les deux exem- ples de sols de routes traités demeurent durs et compacts tandis que le tron- çon témoin ne contenant aucun stabilisateur s'est ramolli en une boue formant des ornières sous l'effet du trafic, et devenant une fondrière glissanteo
EXEMPLE 7.
On sèche dans un four à air et on pulvérise un échantillon d'ar- gile de Holford, Cheshire ayant une limite plastique de 15% et un indice de plasticité de 10. On le mélange alors à l'état sec avec 0.25% de dianil chlorhydrate d'aldéhyde hydroxyglutaconique et 11% d'eau et on le tasse dans des moules de 225 x 225 x 450 mm (9 x 9 x 18 pouces). On retire les briques obtenues des moules et on les sèche dans un four à air à 50 Go On démontre ensuite la grande résistance de ces briques aux climats humides de la façon suivante. Exposées à un courant d'eau d'une conduite avec un dé- bit de 12 litres par minute., les briques restent dures et sèches.
Des bri- ques semblables, fabriquées de la même manière, mais sans stabilisateur,se désintègrent rapidement sous l'action d'un courant d'eau et sont réduites par lavage à moins de la moitié de leurs dimensions primitives après 2 heu- res.
REVENDICATIONS. la= Sol ou terre, caractérisé en ce qu'il contient entre 0,05 et 1% en poids d'une ou plusieurs matières colorantes de polyméthine ayant la formule générale :
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(ÀrIIHaGE=CXOCX=C(0H)OCE=NEàr)X dans laquelle X- représente l'anion d'un acide fort et Ar un radical aromatique exempt de groupes sulfoniques.
2.- Sol ou terre, caractérisé en ce qu'il contient de 0.05 à 1%
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en poids de (CH-NH.CH=CH.CH=C(OH).CH.NHCH-)C1"'.
3.- Sol ou terre suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il contient, en plus., entre 0,1 et 1% en poids de chlorure de calcium solide.
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