Caractérisation géo-mécanique des sols bruts et traités pour une meilleure utilisation en construction routière : cas des emprunts de Saaba et de Kamboinsé au Burkina Faso

Roads in subtropical Africa are often subjected to premature deterioration. This is due to several factors, the most important being the poor characterization of the pavement materials. Most of these roads are built using locally available materials for economic benefits. In Burkina Faso, the most commonly used material is lateritic soil. However, as this soil is the product of alteration of a bedrock in a tropical climate, its behaviour depends on several factors, making it difficult to characterize. Most of the specifications for the use of these materials in road structures are essentially based on identification parameters. A much more detailed evaluation is necessary, considering the mechanical characteristics of these soils in order to improve their durability. The objective of this thesis is to characterize stabilized or unstabilized lateritic soils from Burkina Faso, more precisely collected from the Saaba and Kamboinsé areas in the vicinity of Ouagadougou, for a better use in road construction. Two types of treatment were proposed, improvement by addition of cement and by addition of crushed aggregates. For the case of stabilisation using cement, the mixtures were obtained by adding 1 to 3% cement to the dry mass of the lateritic material. For the case of litho-stabilization using crushed aggregates, the mixtures were obtained by adding 20 to 35% of crushed granite aggregates to the dry mass of lateritic material. The physico-mechanical and mineralogical characteristics of these treated and untreated soils were studied with respect to the depth of extraction. The results allowed to discuss the influence that certain physical parameters can have on the mechanical characteristics of these soils, on the one hand, and the possibility of using them in the raw state in the base layer of pavement structures referring to (CEBTP, 1984) and previous scientific studies, on the other hand. After improvement with cement, the effect is more significant on soils from Saaba than on those from Kamboinsé due to their higher content of clay mineral. After addition of 2% cement, most of these materials can be used as pavement base layer, as the mechanical parameter increased. The litho-stabilisation shows that the CBR increases (70% to 297%) which allows the use of the studied soils only in sub-base layer. However, the compressive strength increased by 5% to 620%, exceeding the maximum required value of 1.5 MPa proposed by (Messou, 1980) for use in sub-base layer. The results of the triaxial test showed that the deviatoric stresses increase (249 to 332%) for cement content of 3% compared to raw soil. In addition, the shear parameters c and φ and the secant moduli E30 and E50 also increase for the same cement ratio. The application of cyclic loads (low cycle number) increases the stiffness of the materials, and its effect is more significant on raw materials compared to cement stabilized materials. The results of the direct shear tests show that the addition of cement increases the parameters c and φ of the materials. This has the effect of attenuating the permanent deformations. The consideration of shear parameters would be of great interest in the design criteria of road structures.Les routes en Afrique subtropicale subissent souvent des dégradations prématurées. Ceci est lié à plusieurs facteurs dont le plus important est la mauvaise caractérisation des matériaux constitutifs du corps de chaussée. La plupart de ces structures sont construites avec des matériaux disponibles localement pour des raisons économiques. Au Burkina Faso, le matériau le plus utilisé est le sol latéritique. Cependant, ce sol étant le produit d’une altération d’une roche mère sous climat tropical, son comportement dépend donc de plusieurs facteurs, le rendant ainsi difficile à caractériser. La plupart des spécifications pour l’utilisation de ces matériaux en structures routières se base essentiellement sur des paramètres d’identification. Une évaluation beaucoup plus fine, en prenant en compte les caractéristiques mécaniques de ces sols afin d’améliorer leur durabilité s’avère nécessaire. L’objectif de cette thèse est de caractériser des sols latéritiques traités ou non du Burkina Faso plus précisément des emprunts de Saaba et de Kamboinsé, dans les alentours de Ouagadougou, pour une meilleure utilisation en construction routière. Deux types de traitement ont été proposés, l’amélioration par ajout de ciment et par ajout de granulats concassés. Pour la stabilisation au ciment, les mélanges ont été obtenus par ajout de 1 à 3 % par rapport à la masse sèche du matériau latéritique. Pour la litho-stabilisation au granulats concassés, les mélanges ont été obtenus par ajout de 20 à 35% de granulats de concassés de granites. Les caractéristiques physico-mécaniques et minéralogiques de ces sols traités ou non ont été étudiées en fonction de la profondeur de prélèvement. Les résultats ont permis de discuter de l’influence que peuvent avoir certains paramètres physiques sur les caractéristiques mécaniques de ces sols d’une part et sur la possibilité de les utiliser ou non à l’état brut dans les structures de chaussés en se basant sur le (CEBTP, 1984) et des études scientifiques antérieures d’autre part. Après amélioration au ciment, on note un effet plus significatif sur les sols de Saaba que sur ceux de Kamboinsé car contenant plus d’argiles minérales. Après ajout de 2% de ciment, la plupart de ces matériaux sont utilisables en couche de base de chaussée. La litho-stabilisation montrent que l’augmentation observée pour le CBR (70% à 297%) ne permet l’utilisation des sols étudiés qu’en couche de fondation. Mais la résistance à la compression a augmenté de l’ordre de 5% à 620%, dépassant même la valeur maximale de 1,5 MPa proposée par (Messou, 1980) pour une utilisation en couche de fondation. Les résultats issus de l’essai triaxial ont montré que les contraintes déviatoriques augmentent (249% à 332) pour un taux de ciment de 3% par rapport à un sol brut. En plus, les paramètres de cisaillement c et φ et les modules sécants E30 et E50 augmentent également pour le même taux de ciment. L’application de charges cycliques (faible nombre de cycle) augmente la rigidité des matériaux et son effet est plus significatif sur les matériaux bruts comparés aux matériaux améliorés au ciment. Les résultats des essais de cisaillement direct montrent que l’ajout de ciment augmente les paramètres c et φ des matériaux. Ce qui a comme effet, une atténuation des déformations permanentes. La considération des paramètres de cisaillement serait très intéressante dans les critères de dimensionnement de chaussé routières