FR3143621A1

FR3143621A1 - Procédé de préparation d’une structure étanche à base de sol stabilisé

Info

Publication number: FR3143621A1
Application number: FR2213854A
Authority: FR
Inventors: Nouffou TAPSOBA; Nicolas Richard; Ivan Serclerat; Tifenn GIACOMETTI
Original assignee: Holcim Technology Ltd
Current assignee: Holcim Technology Ltd
Priority date: 2022-12-19
Filing date: 2022-12-19
Publication date: 2024-06-21
Anticipated expiration: 2042-12-19
Also published as: FR3143621B1; EP4638639A1; WO2024133227A1

Abstract

La présente invention concerne un procédé de stabilisation et d’imperméabilisation de sol par la préparation d’une structure étanche à base de sol stabilisé, dans lequel la structure consiste en une ou plusieurs couches d’un sol stabilisé.

Description

Procédé de préparation d’une structure étanche à base de sol stabilisé

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

ETAT DE LA TECHNIQUE

Dans le domaine de la construction, un sol stable et rigide est nécessaire dans certaines applications, telles que le pavage, la construction, les structures de circulation, les remblais, l’arases ou les parties supérieures de terrassement, les plateformes, de couche de forme, d’assise de chaussée ou encore de pistes de chantier, d’ouvrage hydraulique tels que canaux, barrages, bassins de rétention, bassins à résidus. Pour ce faire, il convient alors de stabiliser le sol se trouvant au niveau de la zone de construction. Cette stabilisation peut être réalisée en combinant du ciment avec le sol. Les combinaisons de ciment et de sol sont appelées, entre autres, ciment de sol, base traitée au ciment, sol stabilisé au ciment et sol traité au ciment. La création d’un sol stabilisé au ciment implique l’ajout de quantités spécifiques de ciment par unité de sol. Le sol est ensuite malaxé, humidifié si nécessaire puis re-malaxé, nivelé et compacté pour répondre aux exigences spécifiées dans les plans et dessins du chantier. Au cours du temps, les sols ainsi traités au ciment durcissent et gagnent en résistance et en rigidité.

Lorsque l’on désire assurer l’étanchéité de la structure à base de ce sol stabilisé, une couche supplémentaire étanche est ajoutée. Cette couche de surface est généralement préparée en utilisant de la bentonite, argile naturelle de type smectite à haut pouvoir de gonflement qui permet d’obtenir une parfaite et pérenne étanchéité des sols.

Ainsi, une structure étanche à base de sol stabilisé comprend :
- une couche qui fournit la résistance mécanique recherchée, généralement un mélange de sol, typiquement de terre, et d'un liant minéral ;
- une couche d'étanchéité qui peut être constituée :
- d’un mélange de sol, typiquement de terre et de bentonite, d’épaisseur généralement d'environ 30 cm ; ou
- d’une couche imperméable bitumineuse ; ou
- d’une membrane d’étanchéité ; ou
- un mélange de l’ensemble de ces solutions.

Aucune exigence en termes d'imperméabilité n’est attendue de la couche de sol stabilisé. Aucune exigence en termes de résistance mécanique n’est attendue de la couche d'étanchéité

Une telle approche est complexe en raison du fait que deux couches sont nécessaires pour le dispositif complet d'étanchéité. Par ailleurs, le mélange de sol et de bentonite est souvent collant, difficile à manipuler et à compacter Il est en outre très sensible aux aléas météorologiques (type pluies modérées et ou intenses) ce qui rend le site potentiellement inaccessible durant plusieurs jours pour les engins de chantier. Enfin, les solutions de membrane ou de bitume nécessitent de mettre en œuvre, séquentiellement, deux ateliers distincts : un pour le traitement du sol, puis un autre pour la solution d’étanchéité

La présente invention cherche à surmonter ces inconvénients en fournissant un sol stabilisé ayant à la fois des propriétés d’imperméabilisation et des performances mécaniques. Ces performances sont avantageusement obtenues à court, moyen et long terme. L’invention fournit une méthode simple de stabilisation du sol, dans laquelle un sol stabilisé peut être utilisé en tant que seul constituant d’un dispositif d’étanchéité. L’invention fournit une solution d’imperméabilisation structurelle.

En fonction de l’application pour laquelle la structure étanche à base de sol stabilisé est destinée, elle pourra être en contact avec l’air extérieur, de l’eau ou encore une couche supérieure pouvant ou non être une couche de surface. A titre d’exemple, ces applications peuvent être le pavage, la construction, les structures de circulation, les remblais, l’arases ou les parties supérieures de terrassement, les plateformes, de couche de forme, d’assise de chaussée ou encore de pistes de chantier, d’ouvrage hydraulique tels que canaux, barrages, bassins de rétention, bassins à résidus.

La présente invention présente les avantages suivants :
- facilité et simplicité de mise en œuvre ;
- économie de matières premières / sols ;
- réduction du coût de la construction du fait d’une opération de traitement en moins ;
- réduction du nombre de couches de la structure finale.

L’invention a pour objet un procédé de préparation d’une structure étanche, ayant une résistance mécanique, à base de sol stabilisé, dans lequel la structure consiste en une ou plusieurs couches, avantageusement une couche, d’un sol stabilisé, comprenant les étapes suivantes :
(i) mélanger, en poids par rapport au poids total du sol stabilisé :
- de 70% à 99% de sol à stabiliser ;
- de 1% à 30% en poids d’une composition stabilisante ;
la composition stabilisante comprenant :
- un liant hydraulique routier tel que défini dans la norme NF EN 13282-1:2014 ou NF EN 13282-2 :2014;
- un additif hydrofuge sélectionné dans le groupe constitué par un silane, un polysiloxane, un sel d’acide gras, et leurs mélanges ;
- optionnellement un ou plusieurs additif(s) sélectionné dans le groupe constitué par la bentonite, un défloculant des argiles, un agent réducteur d’eau, et leurs mélanges ;
(ii) compacter le sol stabilisé issu de l’étape (i).

Avantageusement, la couche de sol stabilisé obtenue a une résistance à la compression à 28 jours, déterminée selon la norme NF EN 13286-41:2003, supérieure à 0,3 MPa.

Avantageusement, la couche de sol stabilisé obtenue a une perméabilité, déterminée selon la norme NF EN ISO 17892-11 :2019, inférieure à 2.10^-9m.s^- ¹.

Avantageusement, la composition comprend à titre de liant hydraulique routier un liant comprenant au moins 10% en poids de chaux, par rapport au poids total du liant.

Avantageusement, la composition comprend à titre de liant hydraulique routier un liant comprenant au moins 30% en poids de clinker Portland, par rapport au poids total du liant.

Le sol à stabiliser peut être sélectionné dans le groupe constitué par un sol de classe A1, A2, A3, A4, B1, B2, B3, B4, B5, B6, C1Ai, C1Bi, C2Ai, C2Bi, D1, D2, D3 et un de leurs mélanges selon la classification des sols GTR norme NF – P11-300 1992.

Avantageusement, lors de l’étape (i), le mélange de 1% à 20% en poids, de préférence de 2% à 10% en poids, par rapport au poids total du sol sec stabilisé, de la composition stabilisante avec le sol à stabiliser.

Avantageusement, le sol stabilisé obtenu comprend, outre les composants du sol de départ, en poids par rapport au poids total du sol sec stabilisé
- de 0,5% à 8% de liant hydraulique routier,
- de 0,005% à 1 % de l’additif hydrofuge,
- de 0% à 1%, de préférence de 0% à 0,8% d’additif défloculant des argiles,
- de 0 à 10%, de préférence de 1% à 4% de bentonite,
- de 0 à 5%, de préférence de 0,1% à 4% d’un agent réducteur d’eau.

Avantageusement, préalablement à l’étape (i) le sol est humidifié pour atteindre une teneur en eau allant de 2% à 40% en poids par rapport au poids sec du sol à stabiliser.

Avantageusement, l’étape (ii) de compactage permet d’atteindre une densification de plus de 90% de la densité sèche maximale déterminée selon NF EN 13286-2 :2010.

Avantageusement, chaque couche de sol stabilisé a une épaisseur inférieure à 45 cm, de préférence allant de 20 cm à 40 cm.

Avantageusement, la structure est une couche de revêtement ou un remblai.

L’invention a également pour objet l’utilisation d’une composition comprenant :
- un liant hydraulique routier tel que défini dans la norme NF EN 13282-1 :2014 ou NF EN 13282-2 :2014 ,
- un additif hydrofuge sélectionné dans le groupe constitué par un silane, un polysiloxane, un sel d’acide gras, et leurs mélanges ;
- optionnellement un ou plusieurs additif(s) sélectionné dans le groupe constitué par la bentonite, un défloculant des argiles, un agent réducteur d’eau et leurs mélanges ;
pour la préparation d’un sol stabilisé ayant à la fois des propriétés d’imperméabilisation et des performances mécaniques.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION

Les différents modes de réalisation présentés dans l’ensemble de la description peuvent être utilisés seuls ou en combinaison les uns avec les autres, sans limitation de combinaison.

La présente invention concerne un procédé de préparation d’une structure étanche à base de sol stabilisé, dans lequel la structure consiste en une ou plusieurs couches, avantageusement une couche, d’un sol stabilisé, comprenant les étapes suivantes :
(i) mélanger, en poids par rapport au poids total du sol sec stabilisé :
- de 70% à 99% de sol à stabiliser ;
- de 1% à 30% en poids d’une composition stabilisante ;
la composition stabilisante comprenant :
- un liant hydraulique routier (LHR) tel que défini dans la norme NF EN 13282-1:2014 ou NF EN 13282-2:2014 ;
- un additif hydrofuge sélectionné dans le groupe constitué par un silane, un polysiloxane, un sel d’acide gras, et leurs mélanges ;
- optionnellement un ou plusieurs additif(s) sélectionné dans le groupe constitué par la bentonite, un défloculant des argiles, un agent réducteur d’eau et leurs mélanges ;
(ii) compacter le sol stabilisé issu de l’étape (i).

Les termes « sol à stabiliser » désigne le sol destiné à être utilisé pour préparer la structure étanche par sa mise en contact avec le LHR, l’additif hydrofuge et éventuellement un ou plusieurs additifs optionnels.

Les termes « sol stabilisé » désigne le sol constituant la structure étanche qui a été mis en contact avec le LHR, l’additif hydrofuge et éventuellement d’un ou plusieurs additifs optionnels. Le sol stabilisé selon l’invention a une résistance à la compression et une étanchéité améliorées par rapport au sol à stabiliser. A titre illustratif, la couche de sol stabilisé obtenue a une résistance à la compression à 28 jours, déterminée selon la norme NF EN 13286-41:2003, supérieure à 0,3 MPa et une perméabilité, déterminée selon la norme NF EN ISO 17892-11:2019, inférieure à 2.10^-9m.s^-1.

Par l'expression "couche de sol stabilisé", il faut entendre une couche comportant le mélange et/ou le produit de réaction in situ des différents constituants utilisés, certains de ces constituants pouvant réagir et/ou étant destinés à réagir entre eux, au moins partiellement, lors des différentes étapes de préparation de la couche. De par les propriétés mécaniques et d'étanchéités améliorées de la couche de sol stabilisé, la couche supérieure d’étanchéité utilisée dans les méthodes conventionnelles n'est plus nécessaire.

La couche de sol stabilisé selon la présente invention a avantageusement une résistance à la compression à 28 jours supérieure à 0,5 MPa, de préférence supérieure à 1,0 MPa, de préférence supérieure à 1,2 MPa, de préférence supérieure à 1,4 MPa, de préférence supérieure à 1,6 MPa, de manière préférée supérieure à 1,8 MPa et préférentiellement supérieure à 2,0 MPa. La résistance à la compression de la couche est mesurée selon la norme NF EN 13286-41:2003.

La couche de sol stabilisé selon la présente invention a typiquement une perméabilité inférieure à 2.10^-9m.s^-1, de préférence inférieure à 1.10^-9m.s-1, de préférence inférieure à 5.10^-10m.s^-1et de manière préférée inférieure à 1,0.10^-10m.s-1. La perméabilité de la couche est mesurée selon la norme NF EN ISO 17892-11:2019.

Sol à stabiliser

Le sol à stabiliser peut être tout type de sol. Le sol à stabiliser est généralement composé d’un mélange de matériaux naturels, artificiels, des déchets et des matériaux recyclés. Avantageusement, le sol à stabiliser est sélectionné dans le groupe constitué par un sol de classe A1, A2, A3, A4, B1, B2, B3, B4, B5, B6, C1Ai, C1Bi, C2Ai, C2Bi, D1, D2, D3 et un de leurs mélanges selon la classification des sols GTR norme NF – P11-300 1992.

Le procédé peut comprendre une étape d’humidification du sol à stabiliser. En effet, le sol a généralement une teneur en humidité optimale, évaluée à l’aide del’essai Proctor normal selon la norme NF EN 13286-2:2010. La teneur en eau de mise en œuvre peut être différente de la teneur en eau optimale, de l’ordre de -2% à +4% par rapport à teneur en eau à l’optimum et ceci en fonction du type de sol et du liant de traitement exprimé par rapport au poids sec du matériau considéré (sol seul ou sol+ciment).

Ainsi, avantageusement, préalablement à l’étape (i) le sol est humidifié pour atteindre une teneur en eau allant de 2% à 40% en poids par rapport au poids sec du sol à stabiliser.

De préférence, lors de l’étape (i), on mélange de 80% à 99% en poids, de préférence de 85% à 98% en poids, de manière préférée de 90% à 96% en poids, par rapport au poids total du sol sec stabilisé, de sol à stabiliser avec de la composition stabilisante.

Ainsi, dans la couche à base de sol stabilisé, le sol sec représente de 70% à 99% en poids par rapport au poids de la couche étanche, de préférence de 80% à 99%, de préférence de 85% à 98%, et de manière préférée de 90% à 96% en poids par rapport au poids total de la couche étanche.

Composition stabilisante

Dans l’invention, on utilise une combinaison d’un liant hydraulique routier et d’au moins un additif hydrofuge. On appelle cette combinaison « la composition stabilisante ». Il convient toutefois de noter que le liant et le ou les additifs peuvent être ajoutés séparément. Ainsi, les composants de la composition stabilisante ne sont pas nécessairement pré-mélangés avec leur mélange avec le sol à stabiliser.

Avantageusement, la composition stabilisante, de préférence dans les proportions adaptées aux proportions ci-dessus, peut se présenter sous la forme de kit de préparation avec ou sans prémélange de liant, d’additif hydrofuge et éventuellement d’un ou plusieurs additifs optionnels.

De préférence, lors de l’étape (i), on mélange de 1% à 20% en poids, de préférence de 2% à 15% en poids, de manière préférée de 4% à 10% en poids, par rapport au poids total du sol sec stabilisé, de la composition stabilisante avec le sol à stabiliser.

Liant hydraulique routier (encore appelé liant ou LHR)

Un LHR est défini soit dans la norme NF EN 13282-1:2014, soit dans la norme et NF EN 13282-2:2015.

Un LHR comprend des constituants principaux dont la proportion excède 10% en poids et qui sont choisis parmi :

a) les constituants décrits dans la norme ciment NF EN 197-1:2012 ou la norme NF EN 197-5:2021;
b) la chaux.

Un liant selon l’invention est également tout liant obtenu par mélange de clinker Portland avec l'un quelconque des composants décrits dans la norme sur les liants hydrauliques routiers (NF EN 13282-1 et NF EN 13282-2).

De manière optionnelle, le liant comprend au moins 10% en poids de chaux, par rapport au poids total du liant. Plus avantageusement, le liant comprend de 10% à 40% en poids de chaux, par rapport au poids total du liant.

La chaux peut être de l'oxyde de calcium, de l'hydroxyde de calcium, de l'oxyde de magnésium, de l'hydroxyde de magnésium ou des mélanges de ceux-ci.

Avantageusement, le liant comprend au moins 30% en poids de clinker Portland, par rapport au poids total du liant. Plus avantageusement, le liant comprend de 30% à 90% en poids de clinker Portland, plus avantageusement de 40% à 70% en poids par rapport au poids total du liant.

Le liant peut également comprendre du laitier de haut fourneau, avantageusement en une teneur allant de 10% en poids à 50% en poids, et préférentiellement de 10% en poids à 30% en poids.

Le liant peut également comprendre des cendres volantes, en particulier des cendres volantes siliceuses, avantageusement en une teneur allant de 5% en poids à 40% en poids, préférentiellement de 10% en poids à 25% en poids.

Le liant peut comprendre des constituants secondaires, ne dépassant pas chacun 10% en poids, tel que définis dans la norme NF EN 13282-1:2014.

Tel qu’indiqué dans les normes, à ces constituants principaux et secondaires, on peut ajouter du sulfate de calcium.

On appelle également « ciment » les constituants principaux décrits dans la norme ciment NF EN 197-1:2012 présents dans le liant.

De préférence, la teneur en liant dans le sol stabilisé, c’est-à-dire à l’issue de l’étape (i), va de 1 % à 29,95% en poids, de préférence de 1 % à 20 % en poids et plus préférentiellement de 2 % à 10 % en poids par rapport au poids de sol sec stabilisé.

Additif hydrofuge

L’additif hydrofuge est sélectionné dans le groupe constitué par un silane, un polysiloxane, un sel d’acide gras, et leurs mélanges.

Les polysiloxanes peuvent être des dérivés polysiloxanes représentés par la formule générale (I) suivante (R₂SiO)_ndans laquelle n est un entier compris entre 1 et 70 ; R, identique ou différent, est sélectionné dans le groupe constitué par les groupes : C1-C20 alkyle, C1-C20 alcoxy, C1-C20 hydroxyalkyle, C1-C20 aminoalkyle, C1-C20 haloalkyle, C7-C20 aralkyle, C6-C20 aryle groupes ou un dérivé de ces groupes. De préférence, R est choisi dans le groupe constitué par les groupes alkyle en C1-C12, alcoxy en C1-C12, hydroxyalkyle en C1-C12, aminoalkyle en C1-C12, haloalkyle en C1-C12, aralkyle en C7-C14 et aryle en C6-C12. Dans l'invention, le nombre de carbones est noté CXX à CYY ou CXX-CYY. Par exemple, un alkyle en C1-C20 ou en C1 à C20 signifie un alkyle ayant un nombre de carbone compris entre 1 et 20.

Le composé de type silane peut être un dérivé d'alcoxysilane représenté par la formule générale (II) suivante : R¹ _nSi(OR²)_4-ndans laquelle n est égal à 1, 2 ou 3 ; R¹, identique ou différent, est un groupe alkyle en C1-C20, alcoxy en C1-C20, alcényle en C2-C20, aryle en C6-C20, aralkyle en C7-C20 ou un dérivé de ces groupes, et les substituants R¹dans une molécule peuvent être tous identiques ou différents ; R²est un groupe alkyle en C1-C20, de préférence un groupe alkyle en C1-C6 . De préférence, R¹est choisi dans le groupe constitué par les groupes alkyle en C1-C12, alcoxy en C1-C12, hydroxyalkyle en C1-C12, aminoalkyle en C1-C12, haloalkyle en C1-C12, aralkyle en C7-C14 et aryle en C6-C12.

Le composé de type silane peut également être tout composé portant une ou plusieurs fonctions silane de formule générale (III) *- R¹ _nSi(OR²)_4-ndans laquelle * représente le point de liaison au composé et n, R¹et R²sont tels que définis précédemment pour la formule générale (II). A titre d’exemple, on peut citer les tris(alcoxysilane)isocyanurate, tel que le tris(3-(triméthoxysilyl)propoyl)isocyanurate.

Le silane et le polysiloxane peuvent être choisis dans le groupe constitué par l'isobutylméthoxysilane, le polydiméthylsiloxane, le polydiméthylsiloxane à fonction amino, l'aminoéthylaminopropyltriméthoxysilane, octyltriéthoxysilane, iso-octyltriéthoxysilane, octyltriméthoxysilane, iso-octyltriméthoxysilane, silicone de potassium, silicone de sodium, méthylsiliconate de potassium, les tris(alcoxysilane)isocyanurate, tel que le tris(3-(triméthoxysilyl)propoyl)isocyanurate et leurs mélanges. De préférence, le silane et le siloxane peuvent être choisis dans le groupe constitué par le polydiméthylsiloxane, l'octyltriéthoxysilane, l'iso-octyltriéthoxysilane, l'octyltriméthoxysilane, l'iso-octyltriméthoxysilane, le méthylsiliconate de potassium, les tris(alcoxysilane)isocyanurate, tel que le tris(3-(triméthoxysilyl)propoyl)isocyanurate et leurs mélanges.

Le sel d'acide gras peut être un composé répondant à la formule R³COOH dans laquelle R³est un alkyle linéaire ou ramifié comprenant un nombre de carbone allant de C15 à C48, de préférence de C18 à C45, de préférence de C20 à C40, et plus préférablement de C24 à C36. De préférence, R³est un alkyle linéaire. Avantageusement, l'acide gras est un sel de zinc, de sodium, de calcium, de magnésium, de manganèse, de cuivre ou un mélange de ceux-ci. Dans un mode de réalisation préféré, le sel d'acide gras est sélectionné dans le groupe constitué par un sel de stéarate, de préférence sélectionné dans le groupe constitué par le stéarate de sodium, le stéarate de calcium et un mélange de ceux-ci.

De préférence, l'additif hydrofuge est sélectionné dans le groupe constitué par le stéarate de calcium, le polydiméthylsiloxane, l'octyltriéthoxysilane, l'iso-octyltriéthoxysilane, l'octyltriméthoxysilane, l'iso-octyltriméthoxysilane, le méthylsiliconate de potassium, les tris(alcoxysilane)isocyanurate, tel que le tris(3-(triméthoxysilyl)propoyl)isocyanurate et leurs mélanges.

De préférence, lors de l’étape (i), la teneur en additif hydrofuge ajouté va de 0,05% à 10% en poids, de préférence de 0,1% à 6% en poids et plus préférentiellement de 0,2% à 5% en poids par rapport au poids de ciment.

Avantageusement, l'additif hydrofuge est un silane, qui est ajouté en une teneur allant de 0,1% à 5% en poids par rapport au poids de ciment.

Avantageusement, l'additif hydrofuge est un polysiloxane, qui ajouté en une teneur allant de 0,1% à 5% en poids par rapport au poids de ciment.

Avantageusement, l'additif hydrofuge est un sel d'acide gras, qui ajouté en une teneur allant de 0,1% à 7% en poids par rapport au poids de ciment.

L'additif hydrofuge peut être ajouté à l'état sec ou à l'état liquide. Pour l'additif hydrofuge à l'état liquide, la teneur est exprimée en % en poids du contenu solide dans le mélange liquide par rapport au poids total du ciment. De préférence, l'additif hydrofuge est à l'état liquide avec une teneur en additif solide comprise entre 10 et 70 % en poids, de préférence entre 30 et 60 % en poids.

Additifs optionnels

La composition stabilisante peut également comprendre un ou plusieurs additif(s) sélectionné(s) dans le groupe constitué par la bentonite, un défloculant des argiles, un agent réducteur d’eau, et leurs mélanges.

De préférence, la teneur en bentonite va de 0% à 10% en poids, de préférence de 1% à 4% en poids et de manière préférée de 2% à 4% en poids, par rapport au poids total de sol sec stabilisé.

L’additif défloculant des argiles peut être sélectionné dans le groupe constitué par les phosphates de sodium ou de potassium, les silicates de sodium ou de potassium, et leurs mélanges. De préférence, l’additif défloculant est le sodium hexametaphosphate. De préférence, la teneur en additif défloculant va de 0% à 1% en poids, de préférence de 0,01% à 1% en poids et de manière préférée de 0,01% à 0,8% en poids, par rapport au poids total du sol sec stabilisé.

L’agent réducteur d’eau peut être sélectionné dans le groupe constitué par un plastifiant, un superplastifiant et un de leurs mélanges.

Le terme “superplastifiant” tel qu’utilisé dans la présente description et les revendications qui l’accompagnent est à comprendre comme incluant à la fois les réducteurs d’eau et les superplastifiants tels que décrits dans le livre intitulé « Concrete Admixtures Handbook, Properties Science and Technology », V.S. Ramachandran, Noyes Publications, 1984.

Les réducteurs d’eau incluent, par exemple les lignosulfonates, les acides hydroxycarboxyliques, les glucides et d’autres composés organiques spécialisés, par exemple le glycérol, l’alcool polyvinylique, l’alumino-méthyl-siliconate de sodium, l’acide sulfanilique et la caséine.

Les superplastifiants appartiennent à une nouvelle classe de réducteurs d’eau, chimiquement différents des réducteurs d’eau normaux et capables de réduire les quantités d’eau d’environ 30 %. Les superplastifiants ont été globalement classés en quatre groupes : les condensats sulfonés de naphtalène formaldéhyde (SNF) (généralement un sel de sodium) ; les condensats sulfonés de mélamine formaldéhyde (SMF) ; les lignosulfonates modifiés (MLS) ; et les autres. Des superplastifiants plus récents incluent des composés polycarboxyliques comme les polycarboxylates, par exemple les polyacrylates. Un superplastifiant est de préférence un superplastifiant nouvelle génération, par exemple un copolymère contenant un polyéthylène glycol comme chaîne greffée et des fonctions carboxyliques dans la chaîne principale comme un éther polycarboxylique. Les polycarboxylates-polysulfonates de sodium et les polyacrylates de sodium peuvent aussi être utilisés. Des dérivés d’acide phosphonique peuvent aussi être utilisés.

De préférence, l’agent réducteur d'eau est un polymère de polynaphtalène sulfonate, un polycarboxylate, un polymélamine sulfonate ou un de leurs mélanges.

De préférence, la teneur en agent réducteur d'eau va de 0% à 5% en poids, de préférence de 0,1% à 4% en poids, de manière préférée de 0,2% à 3% en poids, par rapport au poids total de sol sec stabilisé.

Avantageusement, le sol stabilisé obtenu comprend, outre les composants du sol de départ, en poids par rapport au poids total du sol sec stabilisé
- de 0,5% à 8% de liant hydraulique routier,
- de 0,005% à 1 % de l’additif hydrofuge,
- de 0% à 1%, de préférence de 0% à 0.8% d’additif défloculant des argiles,
- de 0% à 10%, de préférence de 1% à 4% de bentonite,
- de 0% à 5%, de préférence de 0,1% à 4% d’un agent réducteur d’eau.

Caractéristiques de procédé chantier

La structure étanche est préparée par un procédé comprenant les étapes suivantes :
(i) mélanger le sol à stabiliser et la composition stabilisante, qui sont tels que précédemment décrits ; puis
(ii) compacter le sol stabilisé issu de l’étape (i).

Tel que déjà indiqué, lors de l’étape (i) on peut ajouter une composition comprenant le liant et le(s) additif(s) pré-mélangés ou chaque constituant de la composition stabilisante peut être ajouté de manière séparée, simultanément ou étalé dans le temps. Pour le liant, on pourrait envisager d’ajouter de manière séparée le ciment et la chaux.

L’étape de mélange peut être réalisée par toutes méthodes connues de l’homme du métier permettant l’obtention d’une monocouche homogène. Avantageusement, lors de l’étape (i) le mélange est réalisé à l’aide d’un malaxeur type pulvimixeur.

Lors de l’étape (ii), le compactage est avantageusement un compactage mécanique.

Le compactage peut être réalisé pour réduire l’épaisseur de la monocouche d’au moins 10%, de préférence d’au moins 15%, de préférence d’au moins 20% et de manière préférée de 20 à 25%.

L’étape (ii) de compactage permet avantageusement d’atteindre une densification de plus de 90% de la densité sèche maximale déterminée selon la NF P 94-093:2014 ou NF EN 13286-2:2010.

De l’eau peut être ajoutée lors de l’étape (i), afin d’atteindre les paramètres optimaux de compactage du sol et également de permettre l’hydratation du ciment. Avantageusement, préalablement à l’étape (i) le sol est humidifié pour atteindre une teneur en eau allant de -2% à +4% par rapport à la teneur en eau optimale du sol à stabiliser.

Le procédé peut comprendre les étapes suivantes :
(i-2) Ajout de l'eau pour atteindre une teneur en eau cible (en plusieurs étapes si nécessaire)
(i-1) Épandage du liant et de(s) additif(s), puis
(i) mélange préférentiellement à l’aide d’un malaxeur du type pulvimixer,
(ii) compactage mécanique.

L’étape (ii) de compactage mécanique permet avantageusement d’atteindre la densification : 97% de la MDD (Maximum Dry Density).

L’étape (ii) est avantageusement réalisée en procédant aux étapes suivantes :
(a) pré-réglage de la surface avec une niveleuse par exemple puis
(b) compactage mécanique, à l’aide de divers types de compacteurs (pied de mouton, compacteur pneumatique et compacteur à rouleau) ;
(c) un dernier réglage de la surface est généralement nécessaire afin d’atteindre la côte finale et un état de surface satisfaisant.

Ce procédé est avantageusement mis en œuvre sur un sol à stabiliser prêt, c’est-à-dire un sol dans lequel les gros éléments ont été enlevés et qui a avantageusement été scarifié.

Ce procédé est particulièrement adapté lorsque la structure étanche est une couche de forme.

La couche de sol stabilisé obtenue suite à l’étape (ii) a une épaisseur inférieure à 45 cm, de préférence allant de 20 cm à 40 cm.

La structure étanche est avantageusement constituée d’une ou deux couches de sol stabilisé. Lorsque la structure étanche comprend plus d’une couche de sol stabilisé, alors, suite à l’étape (ii), les étapes (i) et (ii) sont répétées.

La structure étanche peut ensuite être en contact avec l’air extérieur, de l’eau ou encore une couche supérieure pouvant ou non être une couche de surface. A titre d’exemple en fonction de ces applications, une telle structure pourra être destinée au pavage, à la construction, aux structures de circulation, aux remblais, aux arases ou aux parties supérieures de terrassement, aux plateformes, aux couches de forme, aux assises de chaussée ou encore de pistes de chantier, aux ouvrages hydrauliques tels que canaux, barrages, bassins de rétention, bassins à résidus.

L'invention concerne également l’utilisation d’un sol stabilisé selon l’invention pour une structure de construction, de préférence la construction de routes, de bâtiments, d’ouvrages hydrauliques tels que canaux, barrages, bassins de rétention, bassins à résidus.

Avantageusement, le procédé ne comprend pas d’étape d’ajout une couche d’étanchéité de quelque nature que ce soit. En effet, la structure combine des propriétés d’imperméabilité et structurelles.

Ainsi, selon l’invention, on utilise une composition comprenant :
- un liant hydraulique routier tel que défini précédemment ;
- un additif hydrofuge tel que défini précédemment ;
- optionnellement un ou plusieurs additif(s) tel(s) que défini(s) précédemment ;
pour la préparation d’un sol stabilisé ayant à la fois des propriétés d’imperméabilisation et des performances mécaniques.

Le sol stabilisé peut ainsi être utilisé en tant que seul constituant d’un dispositif d’étanchéité d’une structure.

Avantageusement, le dispositif d’étanchéité consiste en au moins une couche de sol stabilisé.

MÉTHODES DE MESURE Evaluation de la résistance mécanique :

La résistance à la compression à 28 jours est déterminée selon la norme NF EN 13286-41 de Juillet 2003.

Évaluation de la perméabilité :

L'évaluation est réalisée selon la norme NF EN ISO 17892-11. Deux éprouvettes issues du même mélange sont testées. La perméabilité est calculée selon la norme précédente et exprimée en vitesse d'écoulement en m.s-1.

La perméabilité à l'eau est mesurée à l’aide d’œdomètre. La norme suivie pour les essais en laboratoire est : NF EN ISO 17892-11:2019.

EXEMPLES

Les exemples suivants, non-restrictifs, illustrent des exemples de réalisation de l’invention.

Matériaux

Le sol à stabiliser est un sol limoneux classé A2 selon la classification des sols GTR norme NF – P11-300 1992.

Le liant hydraulique routier (LHR) a la formulation suivante :
- 100 parties en poids de constituants principaux et secondaires du liant hydraulique routier (LHR) au sens de la norme NF EN 13282-1:2014 comprenant en poids par rapport au poids total des constituants principaux et secondaires :
- 39% de clinker Portland (K)
- 15% de laitier de haut-fourneau (S)
- 21% de chaux (oxyde de calcaire) (CL)
- 15% de cendres volantes siliceuses (V ou Va)
- 10% en poids de constituants secondaires au sens de la norme NF EN 13282-1:2014
- 2 parties en poids de sulfate de calcium ;

Outre ce LHR, on ajoute au sol à stabiliser :
- additif hydrofuge choisi parmi le calcium stéarate et le silane (Silquest® A-Link 597 fourni par Momentive) selon les quantités données dans le Tableau 1 ci-après ;
- du sodium hexametaphosphate selon les quantités données dans le Tableau 1 ci-après.

Les formulations comparatives sont réalisées avec de la bentonite seule ou en mélange avec de la chaux hydratée (Ca(OH)₂) dans les proportions données dans le Tableau 1 ci-après.

Méthodes d'essai en laboratoire

Étapes successives du protocole d'essai :
1. Dans un malaxeur à couteaux, mélanger le sol à stabiliser.
2. Humidification du sol à stabiliser par ajout d’eau dans le malaxeur pour atteindre une teneur en eau de 19% en poids par rapport au poids sec du sol. Mélanger 2 minutes.
3. Le cas échéant, ajout dans le malaxeur des additifs. Mélanger 3 minutes.
4. compactage pour atteindre une densification de 97% de la densité sèche maximale déterminée selon NF EN 13286-2:2010 ou NF P 94-093:2014.

Pour ces essais, des éprouvettes sont préparées pour l’évaluation des résistances mécaniques et pour les essais de perméabilité.

Ainsi, pour les essais de perméabilité, le sol traité est compacté à l'aide d'un moule spécial dans un petit anneau inoxydable (70 mm de diamètre et 20 mm d’épaisseur) à l'aide d'un dispositif de presse en mode de compression statique. Après le compactage, l'anneau inoxydable avec le sol traité est arasé sur les deux faces à l’aide d’une règle métallique. Puis, l'échantillon est pesé et placé dans un sac plastique hermétique pendant 24 heures dans une enceinte climatique régulée à 20°C et 95% d’humidité relative.

Pour l’évaluation des résistances mécaniques, le même protocole est suivi mais un moule standardisé est utilisé (la norme NF EN 13286-53). La taille des échantillons est de 50 mm de diamètre et de 100 mm de hauteur. Puis, l'échantillon est pesé et placé dans un sac plastique hermétique pendant 28 jours dans une enceinte climatique régulée à 20°C et 95% d’humidité relative.

Résultats

Différentes éprouvettes sont préparées avec les formulations présentées dans le tableau ci-dessous.

FR : éprouvette de référence comprenant uniquement le sol à stabiliser

FT : éprouvette témoin comprenant le sol à stabiliser et le LHR

FC1 : éprouvette comparative comprenant le sol à stabiliser et de la bentonite

FC2 : éprouvette comparative comprenant le sol à stabiliser, de la bentonite et de la chaux

FI1 à FI4 : éprouvettes selon l’invention

Formulation (% poids du sol stabilisé)	FR	FT	FC1	FC2	FI1	FI2	FI3	FI4
Sol à stabiliser	100	96,15	96,15	95,24	96,15	96,15	96,15	96,15
LHR	-	3,85	-	-	3,73	3,62	3,81	3,81
Bentonite	-		3,85	3,81	-	-	-	-
Chaux hydratée	-		-	0,95	-	-	-	-
Calcium stéarate	-		-	-	0,12	0,24	-	-
Silane	-		-	-	-	-	0,04	-
Sodium Hexametaphosphate	-		-	-	-	-	-	0,04
Perméabilité (m.s-1)	1,7.10^-9	2,9.10^-9	3,9.10^-10	1,6.10^-8	2,2.10^-10	9,4.10^-10	5.10^-11	1,5.10^-9
Résistance à la compression à 28 jours (MPa)	0,06	1,65	0,15	0,32	2,18	2,12	2,12	1,72

On constate que seule l’utilisation combinée du LHR avec un additif hydrofuge permet d’améliorer significativement la perméabilité et la résistance à la compression du sol à stabiliser. L’ajout directement de bentonite, seul ou en mélange avec de la chaux, dans le sol à stabiliser n’est pas suffisant.

Claims

Procédé de préparation d’une structure étanche, ayant une résistance mécanique, à base de sol stabilisé, dans lequel la structure consiste en une ou plusieurs couches, avantageusement une couche, d’un sol stabilisé, comprenant les étapes suivantes :
(i) mélanger, en poids par rapport au poids total du sol stabilisé :
- de 70% à 99% de sol à stabiliser ;
- de 1% à 30% en poids d’une composition stabilisante ;
la composition stabilisante comprenant :
- un liant hydraulique routier tel que défini dans la norme NF EN 13282-1:2014 ou NF EN 13282-2 :2014 ;
- un additif hydrofuge sélectionné dans le groupe constitué par un silane, un polysiloxane, un sel d’acide gras, et leurs mélanges ;
- optionnellement un ou plusieurs additif(s) sélectionné dans le groupe constitué par la bentonite, un défloculant des argiles, un agent réducteur d’eau, et leurs mélanges ;
(ii) compacter le sol stabilisé issu de l’étape (i).
Procédé selon la revendication 1, dans lequel la couche de sol stabilisé obtenue a une résistance à la compression à 28 jours, déterminée selon la norme NF EN 13286-41:2003, supérieure à 0,3 MPa et une perméabilité, déterminée selon la norme NF EN ISO 17892-11 :2019, inférieure à 2.10^-9m.s^-1.
Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la composition comprend à titre de liant hydraulique routier un liant comprenant au moins 10% en poids de chaux, par rapport au poids total du liant.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la composition comprend à titre de liant hydraulique routier un liant comprenant au moins 30% en poids de clinker Portland, par rapport au poids total du liant.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le sol à stabiliser est sélectionné dans le groupe constitué par un sol de classe A1, A2, A3, A4, B1, B2, B3, B4, B5, B6, C1Ai, C1Bi, C2Ai, C2Bi, D1, D2, D3 et un de leurs mélanges selon la classification des sols GTR norme NF – P11-300 1992.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, lors de l’étape (i), le mélange de 1% à 20% en poids, de préférence de 2% à 10% en poids, par rapport au poids total du sol sec stabilisé, de la composition stabilisante avec le sol à stabiliser.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le sol stabilisé obtenu comprend, outre les composants du sol de départ, en poids par rapport au poids total du sol sec stabilisé
- de 0,5% à 8% de liant hydraulique routier,
- de 0,005% à 1 % de l’additif hydrofuge,
- de 0% à 1%, de préférence de 0% à 0,8% d’additif défloculant des argiles,
- de 0 à 10%, de préférence de 1% à 4% de bentonite,
- de 0 à 5%, de préférence de 0,1% à 4% d’un agent réducteur d’eau.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel préalablement à l’étape (i) le sol est humidifié pour atteindre une teneur en eau allant de 2% à 40% en poids par rapport au poids sec du sol à stabiliser.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape (ii) de compactage permet d’atteindre une densification de plus de 90% de la densité sèche maximale déterminée selon NF EN 13286-2 :2010.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque couche de sol stabilisé a une épaisseur inférieure à 45 cm, de préférence allant de 20 cm à 40 cm.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la structure est une couche de revêtement ou un remblai.
Utilisation d’une composition comprenant :
- un liant hydraulique routier tel que défini dans la norme NF EN 13282-1 :2014 ou NF EN 13282-2 :2014 ,
- un additif hydrofuge sélectionné dans le groupe constitué par un silane, un polysiloxane, un sel d’acide gras, et leurs mélanges ;
- optionnellement un ou plusieurs additif(s) sélectionné dans le groupe constitué par la bentonite, un défloculant des argiles, un agent réducteur d’eau et leurs mélanges ;
pour la préparation d’un sol stabilisé ayant à la fois des propriétés d’imperméabilisation et des performances mécaniques.