Les sols ferralitiques

Ces sols sont caractérisés par une richesse en hydroxydes de fer, d’alumine et parfois de titane et où les argiles néoformées sont des kaolinites.
La ferralitisation se caractérise par une élimination totale des bases, mais partielle de la silice.
Trois types sont distingués :
• Les sols ferralitiques sensu qui comportent une partie profonde et une partie superficielle.
o La partie profonde correspond à la ferralitisation. Les bases et la silice en grande partie sont évacuées. On y rencontre de la kaolinite néoformée et éventuellement de la gibbsite s’il existe un excédent d’alumine.
o La partie superficielle est soumise à l’influence plus ou moins profonde de la matière organique, qui est également un mull peu épais susceptible de libérer des acides fulviques mobiles. Si l’influence de cette matière est limitée ou nulle, le milieu reste aéré, la structure étant composée de micro-agrégats « hématite- kaolinite »très stables, de couleur rouge. Si au contraire, l’action de la matière organique est plus mobilisé et transformé en goethite ocre, intervient : les kaolinites finessont ainsi déstabilisées et entrainées à une grande profondeur.
• Les sols ferralitiques à cuirasses et nodules : la kaolinite peut se former sur matériaux riches en silice, si elle contient suffisamment d’aluminium. Les ferrallites se forment sur des roches très basiques pauvres en silice, très bien drainées. Elles représentent la phase extrême de l’altération (allitisation de Perdro). La teneur en kaolinite est faible par rapport à celle des oxydes libres (gibbsite, hématite, goethite). L’allitisation est une forme d’altération où on assiste à une élimination totale des bases et de silice.

la terre rouge ferrugineuse

Les produits d’altération sont les plus souvent colorés par l’oxyde de fer : jaune à une certaine profondeur due à la présence de goethite, peut être de la limonite qui est un mélange de différentes variétés minéralogiques, rouge en surface due à l’hématite. Il y a probablement un peu de magnétite et éventuellement des traces de magnétite, dans les zones à pression partielle d’oxygène plus basse.
Certains auteurs réservent le terme de latérite uniquement aux matériaux d’altération contenant de la gibbsite, des oxydesde fer (Lacroix.A, 1923) ; d’autres réfutent la présence de gibbsite comme obligatoire (Lelong.P, 1970). D’autres encore désignent sous ce terme des produits ayant un comportement géomécanique spécifique (Chirat.G, 1955).
Pour notre part, nous utiliserons désormais la dénomination de terre rouge pour la suite car il existe de nombreux termes pour désigner ces latérites.

Profils des latérites

Une coupe classique dans les « lavaka » (excavation à parois verticales) montre les successions suivantes de bas en haut :
• Une couche I inférieure caractérisée par une structure dans laquelle on peut reconnaitre les constituants minéralogiques et la structure de la roche mère. Elle est généralement plus claire, friable ou de teinte bigarrée. La base de cette couche I est dure et passe progressivement sur quelques centimètres à la roche mère. Les minéraux sont en voie d’altération et la dimension desgrains est encore reconnaissable.
• Une couche II supérieure rouge brique, compacte, sans lien apparent avec celle de la roche-mère. C’est une couche très altérée pouvant accéder 3 mètres. La structure de la roche mère n’est plus reconnaissable et on ne discerne plus que les grains de quartz enchâssés dans une matrice argileuse de teintes variées : ocres, brunâtres à presque noirâtres, rougeâtres.

Quelques données de base de la mécanique des terres rouges 

Contraintes – Cercle de MOHR

Lorsqu’ une force F est appliquée à la surface d’une éprouvette, elle exerce une pression P= F/ S appelée contrainte normale (δn) si elle est perpendiculaire à cette surface. Dès qu’elle fait un angle avec la normale à cette surface, on l’appelle contrainte orientée. Ses composantes sont : la contrainte normale (δn) d’une part et la contrainte tangentielle (τ) parallèle à la direction du mouvement d’ autre part.

Notion de loi RHEOLOGIQUE

Elasticité et plasticité

La relation entre contrainte et déformation qui exprime la déformabilité d’un matériau est connue sous le nom de loi de comportement ou Loi Rhéologique.
Les lois idéales de comportement sont :
• L’élasticité qui s’applique à un corps retrouvant sa forme initiale après sollicitation ;
• La plasticité qui est définie comme l’aptitude d’un corps à subir les déformations permanentes.
Dans le cas d’une sollicitation monoaxiale, on appelle seuil de plasticité la contrainte pour laquelle apparaissent les premières irréversibles (Antoinne.P et Fabre.D, 1980). Dans le cas de plasticité parfaite, le corps peut se déformer indéfiniment sous une contrainte quelconque.

Lois réelles

Le comportement réel d’un matériau permet de distinguer sur une courbe contrainte- déformation :
• La phase de serrage qui suppose un réarrangement de la structure,
• La phase élastique durant laquelle la déformation est réversible,
• La phase plastique (de pré-rupture) précédant la rupture,
• La phase de rupture qui exprime une modification irréversible de la structure du matériau.
Cette phase peut être divisée en deux parties : celle du pic de la courbe qui donne la résistance ultime et celle du palier de la courbe qui correspond à la résistance résiduelle.
La résistance ultime correspond à la résistance extrême du matériau sous une sollicitation avant la rupture. La résistance maximale est celle qui correspond au pic de la courbe contrainte- déformation.

La rupture

On distingue deux types de rupture :

Rupture fragile

C’est une rupture brutale du matériau qui est caractérisée par une séparation de l’échantillon en deux ou plusieurs morceaux. Des discontinuités cinématiques se sont développées dans l’échantillon jusqu’à séparation complète.

Rupture ductile

Dans ce cas-ci, on assiste à une déformation irréversible importante. On dit que le matériau s’écoule. C’est pourquoi on l’appelle aussi rupture par écoulement. Il peut y avoir apparition de petites fissures dans la masse. Ce sont des discontinuités cinématiques qui se sont développées dans l’échantillon jusqu’à séparation complète.
La discontinuité cinématique se présente sous forme d’une surface séparant deux points initialement voisins et qui se trouvent éloignés l’un de l’autre au cours de la déformation. On parle encore de surface de discontinuité ou de fissure.

Les déformations

On distingue :
• La déformation qui tente de produire des situations complexes comme le diapirisme, les plis, la convection ;
• La déformation élastique, plastique qui intéresse et concerne la réponse du matériau en compression c’est-à-dire son comportement rhéologique. Dans ce dernier cas, on cherche à exprimer sa valeur par la relation ci-après.

Les terres rouges dans la construction routière

Les latérites en tant que matériaux de construction routière.

Utilisation des latérites dans le domaine routier

Latérite stabilisé à la chaux

La stabilisation des latérites à la chaux permet de valoriser les sols argileux latéritiques.
Le mélange sol- chaux peut alors être utilisé soit directement en couche de roulement soit seulement comme corps de chaussées selon l’intensité du trafic routier.

Latérite stabilisée au TOPSIL

Le TOPSIL est un stabilisant sud- africain dont l’efficacité est en phase d’expérimentation dans plusieurs régions de l’ile, notamment sur le tronçon de route latéritique reliant Vohiparara-Irondro.

Propriétés physiques des terres rouges dans la construction routière

Pour pouvoir constituer les diverses couches d’une chaussée, il faut que les matériaux aient les caractéristiques répondant à une certaine exigence minimale de qualité :

Nature des matériaux pour couche de fondation

Les matériaux pour couche de fondation doivent avoir :
• Un CBR supérieur ou égal à 30
•Une dimension maximale inférieure ou égale à 60mm et les classes granulométriques doivent correspondre aux valeurs suivantes.

Caractérisation des matières premières

Tous les essais de laboratoire ont été effectués sur les échantillons intacts. Les carottes de terrains prélevés (diamètre 50 mm et 36 mm) ont été taillées aux élancements voulus. Au total nous avons traité 440 échantillons carottés.

Localisation des sites de prélèvement et de relevés

Les échantillons intacts ont été prélevés dans les secteurs suivants : Ankatso I, Andohanimahazo, Antsahanierana.
La profondeur de prélèvement est de 0,50m à 1,00m. Soit :
• 240 carottes de 36mm de diamètre,
• 200 carottes de 50mm de diamètre,
La prise d’échantillons a été effectuée parbattage de tubes carottiers à parois lisses et minces. L’extraction des carottes a été assurée au moyen d’une petite presse manuelle confectionnée par nos soins. Pour s’affranchir de certaines difficultés (effets de parois, adhérence intense de la terre rouge aux parois du tube carottier), il a fallu mouiller au préalable le terrain jusqu’à une teneur en eau voisine de 24% et lubrifier les parois internes et externes des tubes carottiers à l’aide d’un mélange de pétrole lampant à 10% d’huile.
Ainsi, nous avons pu recueillir des carottes aux parois très lisses qui sont immédiatement enveloppés dans des emballages en plastique.

Préparation des éprouvettes

1 er cas :La carotte du terrain enveloppée de son emballage plastique est déballée, puis coupée en observant l’élancement voulu à l’aide d’une lame d’acier. L’éprouvette ainsi obtenue est exposée à l’air pour subir un séchage lent en prenant soin de la faire changer de position très fréquemment. Ceci permet une homogénéisation de la teneur en eau de l’éprouvette avant l’essai proprement dit. 2 ème cas: Afin d’obtenir des teneurs en eau importante et un mouillage homogène, l’éprouvette est replacée dans un cylindre en fer de même gabarit que l’échantillon et arrosée petit à petit en prenant soin de laisser constamment un centimètre au-dessus de l’éprouvette. Pour contrôler (à vue) que les éléments fins du matériau ne sont pas entraînés par cette méthode d’imbibition, nous avons recueilli et observé l’eau qui filtre à l’extrémité inférieure du tube : elle présente toujours une teinte claire.

Essai d’isotropie préalable

Nous avons spécialement prélevé trois carottes sur le site d’Andohanimahazo selon trois directions perpendiculaires afin de vérifier l’isotropie du matériau étudié en compression simple. Malheureusement après avoir carotté les deux premiers échantillons dans le sens horizontal, le terrain s’est fissuré et il a fallu éliminer cette partie fissurée avant de procéder au carottage de la troisième dans le sens vertical. Cette différence de niveau dans la prise d’échantillons se reflète malheureusement sur le tableau 7.

Propriétés chimiques et minéralogiques des terres rouges

Méthodes d’analyses chimiques et minéralogiques

Préparation des terres rouges avant l’analyse chimique

Une quantité de l’échantillon de terre rouge est immergée dans l’acide chlorhydrique concentré 10M pendant plusieurs jours jusqu´á la disposition de la couleur rouge. Le premier traitement a pour but d’extraire tous les oxydes libres ou amorphes sauf celui de la silice. La partie insoluble restante est séchée puis soumise à diverses études chimiques.
Le traitement des échantillons et l’analyse chimique ont été effectués au laboratoire du Service de Mines à Antananarivo.

Analyse ou mise en solution

Elle se fait par fusion alcaline avec lecarbonate double de sodium et de potassium. Ce carbonate est choisi en raison de son point de fusion qui est plus bas que celui de K2CO3.

Dosage de différentes formes de silice

Pour doser les différentes formes de silice,on utilise la fusion alcaline qui permet de doser la totalité de la silice, mais ne permet pas la distinction entre le quartz (silice libre) et la silice combinée. Pour doser le quartz, il faut recourir à l’attaque triacide qui permet de séparer la silice sous forme de quartz et la silice combinée (BONNEVIE, 1969). Pour isoler la silice colloïdale, on utilise la méthode de CAILLERE (1956).

Dosage du fer

Le fer a été dosé par manganimétrie.

Dosage des autres éléments

Le titane a été dosé par calorimétrie à l’eau oxygénée à l’aide d’un calorimètre JOVAN à 420mµ.
Le calcium et le magnésium ont été dosés par la méthode classique : oxalate manganimétrie pour Ca et précipitation du phosphate ammoniaco-magnésium pour le Mg.

Les essais Brésiliens

Les essais ont été effectués sur les éprouvettes de 50mm uniquement. L’élancement recommandé est égal à 2, car dans ce cas l’influence sur la résistance en traction est pratiquement nulle. Cependant nous avons effectué les essais sur des éprouvettes aux élancements différents : 1 ; 1,5 et 2. L’éprouvette, placée horizontalement sur le plateau subit un séchage à l’air pur est écrasé à l’aide d’une presse à main possédant deux vitesses : l’une rapide, l’autre lente. L’effort d’écrasement est mesuré à l’aide d’un anneau dynamométrique de 2%KN ; le déplacement des plateaux est reporté sur papier millimétré afin de déduire la déformation axiale de l’éprouvette.

Généralités

L’essai brésilien est un essai de compression diamétrale qui consiste à soumettre l’éprouvette à des efforts suivant deux génératrices opposées. Denis.A (1985) désigne encore l’essai brésilien sous le nom de « essai de traction par fendage » dans son projet de « Méthode d’essai – roches et granulats ». Cet essai selon Peltier.R (1954), permet de mesurer la résistance vraie à la traction sur une éprouvette. Dans cet essai, le champ de contrainte est hétérogène car les efforts des plateaux de la presse sur l’éprouvette sont supposés décroissants en dehors des deux génératrices de contact. Cette résistance a pour expression : Rb = F / (π.R.h), F étant l’effort enregistré. Cette résistance à la traction n’est pas influencée par l’état de surface de l’éprouvette (microfissure superficielle due au retrait …). Les essais que nous avons effectués sur les échantillons de terre rouge ont confirmé ces résultats de l’étude théorique effectuée par Peltier.R (1954).

Table des matières

Remerciements
Liste des tableaux
Liste des figures
Liste des photos
Introduction
Première partie : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
Chapitre I : Généralités sur les routes en terre
Chapitre II : Généralités sur les latérites
Chapitre III : Quelques données de base de la mécanique des terres rouges
Chapitre IV : Les terres rouges dans la construction routière
Deuxième partie : ETUDES EXPERIMENTALES
Chapitre V : Caractérisation des matières premières
Chapitre VI : Les essais Brésiliens
Chapitre VII : Les essais de compression simple
Chapitre VIII : Essai d’interprétation mécanique de certaines fissures de discontinuité des routes en terre rouge
Conclusion générale
Références bibliographiques
Annexes