contrôle de compactage des remblais par des essais de plaques

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1 contrôle de compactage des remblas par des essas de plaques sur un chanter de constructon de la route express châlon - montceau-les-mnes par A. DUCLOUX Ingéneur Dvsonnare des T.P.E. Chef du Laboratore Régonal à"autun et Y. BERTHO Ingéneur T.P.E. au Laboratore Régonal d'autun I N T R O D U C T I O N La Route Express est une voe nouvelle relant Châlon à Montchann. De Montchann, une premère antenne permet d'attendre Le Creusot et une seconde antenne aboutt à Montceau-les- Mnes. C'est une route à 3 voes de crculaton de 3 mètres chacune, et tous les crosements se font à nveaux dfférents. La seconde secton (Bos-Bretoux-Montchann) traverse une régon très accdentée et a nécessté la mse en œuvre d'un cube mportant de matéraux : 1 mllon de mètres cubes de remblas (fg. 1). Fg. 1 - Route Express - Ste accdenté RECONNAISSANCE DES TERRAINS Dans cette deuxème secton, longue de 11,800 km, une étude géologque a montré l'exstence de 3 zones : 1 ) Zone de g ra nu lre : L'altératon de la granulte est très prononcée. L'épasseur d'arène grantque est mportante et, en surface, l'altératon a donné des argles ou des arènes très argleuses. 2) Zone de gness : Le gness est mons altéré que précédemment, et on trouve le rocher à une profondeur plus fable en général. 3) Zone de grès et de marnes : Cette zone est peu étendue et consttue la transton entre le gness et les séres sédmentares gréseuses pus marneuses. 7-1 Bul. Lason Labo. P. et Ch. n«12 - Mars-Avrl réf. 283

2 Les sols rencontrés sur cette secton peuvent se classer en 5 catégores géotechnques (appellaton H.R.B.). 1 ) Marnes dont l'étude en vue de l'utlsaton en rembla a été menée à la fos par le Laboratore Central et par le Laboratore Régonal d'autun. 2) Argle : c'est l'objet fnal de l'altératon des arènes grantques. Il s'agt de sol-type A6 ou A7-6, avec ndce de plastcté de 20 à 30. 3) Arène grantque argleuse : Il s'agt de sol-type A6, comportant 85 % d'éléments nféreurs à 2 mm. L'ndce de plastcté vare de 10 à 20, et le facteur de portance de 6 à 13. 4) Arène grantque : Ce sont des sols-type A2-4 ou A2-6, comportant 50 à 70 % d'éléments nféreurs à 2 mm ; avec un ndce de plastcté varant de 1 à 10 et un facteur de portance supéreur à 20. 5) Le rocher grantque : Le rocher grantque est de qualté très varable. Une étude ssmque a perms de dstnguer 3 plages de célértés : les célértés comprses entre et ms, ndquant une roche altérée, fssurée et «rppable» ( 1 ). les célértés comprses entre et ms, ndquant un rocher pour lequel l est dffcle de savor s'l sera rppable ou non. Cette possblté dépend de l'altératon de la roche, de sa fssuraton, de la présence de rognons, des négaltés du rocher, etc. les célértés supéreures à ms, correspondant à des terrans non rppables sans l'ade d'explosfs. Les terrassements ntéressaent prncpalement des terrans allant de l'arène grantque type A2-4 ou A2-6 au rocher compact. CONTROLE DU COMPACTAGE DES REMBLAIS : Dès le début du chanter, M. Dubos, Ingéneur d'arrondssement à Châlon, a demandé au Laboratore Régonal d'autun de contrôler le compactage des remblas. Pour les zones très localsées des remblas d'argle, de marnes et d'arène grantque très argleuse, ce contrôle pouvat être envsagé par des mesures de denstés en place comparées aux denstés obtenues au Laboratore par les essas Proctor Normal (P.N.). Les mesures au denstomètre à membrane sont ponctuelles et n'ntéressent guère que les 15 cm supéreurs du rembla. Lorsque les cadences de terrassement devennent mportantes ( mètres cubes par jour dans les marnes en pérode sèche), ce mode de contrôle devent nsuffsant. Dans les zones où le matérau ms en œuvre a été rppé, on trouve très vte des proportons d'éléments supéreurs à 20 mm de l'ordre de 30 à 40 % avec des blocs de dmensons mportantes ( 100 à 200 mm). Un contrôle de compactage par des mesures de densté en place devenat donc llusore. Nous avons alors adopté, avec l'ade du Laboratore Central (M. Gressn, Assstant à la secton des sols) une méthode de contrôle de compactage par mesure d'un module de déformaton. Le module de déformaton, exprmé en kgcm, 2 d'un massf de sol est le module pseudo-élastque obtenu à partr d'un essa de chargement, en supposant vérfées toutes les hypothèses des équatons fondamentales de Boussnesq. Sur le consel du Laboratore Central, nous avons adopté la méthode allemande et nous nous sommes référés aux normes allemandes en la matère. L'essa de plaque, réalsé selon la méthode allemande, permet de calculer deux modules statques de déformaton du sol à partr d'une courbe presson-déformaton. Cette courbe est obtenue en chargeant et déchargeant par palers successfs une plaque crculare rgde de 60 cm de damètre (fg. 2, 3, 4). Les essas réalsés en Allemagne ont fat apparaître la relaton qu le le module de déformaton à la densté sèche des sols, lorsque ces sols sont compactés à leur teneur en eau optmum P.N., ou à une teneur en eau très vosne (2 % d'écart maxmum). Le sol étant donc à (1) Nous publerons sur ces questons, dans le prochan «Bulletn», une étude du Laboratore Régonal de Sant- Breuc : «Le déblaement des sols rocheux». 7-2

3 palers de 500 gcm jusqu'à gcm 2 2 En utlsant ces palers, nous avons des déformatons mportantes (4 à 5 mm) sous la charge maxmum pour un rembla correctement compacté. De plus, ces déformatons n'étaent pas mesurables à l'ade du déflectomètre optque J.Y.C. utlsé (fg. 5). Or la méthode allemande précse que le chargement est effectué par paler de telle sorte que la déflexon totale après le derner paler de charge sot vosne de 2 mm. Fg. 2 - Préparaton de la surface à la règle Fg. 4 - Apparellage utlsé la teneur en eau optmum, le compactage peut être contrôlé en détermnant un module de déformaton. MODE OPERATOIRE : Le Laboratore Central a défn une méthode provsore pour l'exécuton des essas de plaques, méthode qu s'nspre de la méthode allemande. Nous avons suv ce Mode Opératore sauf en ce qu concerne la presson applquée par paler. En effet, le Laboratore Central recommandat une presson de mse en place de 300 gcm 2 (presson de la plaque sur le sol), pus des Fg. 3 - Mse en place d'une couche mnce de sable fn Fnalement, nous avons adopté les pressons suvantes : mse en place 1 e r paler 2 e paler 3 e paler 4 e paler 5 e paler 200 gcm 2 (presson 300 gcm YT gcm, 2 l a onn 900 gcm Plaque sur le gcm 2 sol) gcm 2 A partr de ce moment, les déflexons, sous la charge maxmum (1 500 gcm ), ont varé 2 de 1,5 mm à 3,5 mm suvant les caractérstques du rembla sous-jacent.

4 NORMES ALLEMANDES : D'une façon générale, on consdère que s le rapport dépasse une certane valeur, le EV compactage du sol est nsuffsant pusque la parte plastque de la déformaton est très grande. La valeur maxmum du rapport est 2,2 pour les graves et les sables, 2 pour les sols cohérents. Fg. 5 - La mesure avec le déflectomètre JYC La couche de forme est consttuée de matéraux 0100 choss parm les déblas rocheux et compactés à 100 % du P.N. au leu de 95 % du P.N. pour les remblas courants. Dans ces condtons, nous avons pu reprendre les pressons données par le Laboratore Central : mse en place : 300 gcm 2 5 palers de : 500 gcm 2 tout en obtenant des déformatons maxmum vosnes de 2 mm. S les essas de plaques se développent pour le contrôle du compactage, l serat nécessare, à notre avs, sot d'adopter ntégralement la méthode allemande (déformaton vosne de 2 mm sous la charge maxmum), sot de fxer les palers de charge en foncton du matérau utlsé (sable, grave, arène grantque, etc.), ou en foncton des étages de constructon (rembla, couche de forme, couche de fondaton, etc.). Ce pont partculer du mode opératore est très mportant car, aucun sol n'étant parfatement élastque, la valeur des palers de charge a une certane nfluence sur la forme de la courbe presson-déformaton à partr de laquelle sont calculés les modules. Le module EV est calculé à partr de la courbe obtenue pour le 1" cycle de chargement, et le module EV2 à partr du 2 e cycle de chargement. Dans la mesure où ces modules sont comparés à des valeurs données, susceptbles de représenter un compactage correct, on vot que cette remarque est très mportante. Fg. 6 - Matéraux extrats par mnage Les normes allemandes prescrvent un module EV2 mnmum, et en dédusent un module EV mnmum, compte tenu de la valeur du rapport EV2, a ne vas dépasser. EV1 Il n'y a donc pas, par la sute, à tenr compte EVde la valeur du rapport ; pour que le compactage sot correct, l sufft que EV et EV2 soent supéreurs aux valeurs prescrtes. Les valeurs mposées en Allemagne pour le module EV2 et pour le module EV (compte EV, tenu de la valeur de - à ne pas dépasser) sont les suvantes (norme Z.T.V.E. - S.T.B. 59). 7-4

5 Corps de rembla ou couche de forme Sols cohérents Densté sèche (par rapport au P.N.) Ev2 mnmum Ev mnmum 92 % % 97 % % Sols non cohérents 95 % Cu < % Sols non cohérents Cu > 7 95 % 100 % 103 % NORMES ADOPTEES PAR LE LABORATOIRE D'AUTUN POUR LE CHANTIER DE LA ROUTE EXPRESS Pour les remblas en marne, en argle et en arène grantque fne possédant une certane plastcté (morter ayant un IP de 8 à 15), nous avons adopté les normes allemandes pour sols cohérents, compactés à 95 % du P.N. sot : Ev^ mn. 250 Evx mn. = 125 Toutefos, ces valeurs ne sont valables que s le sol est ms en œuvre à une teneur en eau très proche de la teneur en eau optmum - Proctor Normal. En ce qu concerne les produts de mnage, la présence de blocs de dmensons mportantes (supéreurs à 150 mm) rendat llusore toute mesure de module, le damètre de la plaque devant être de l'ordre de cnq fos la plus grande dmenson de l'élément le plus gros pour que la mesure sot valable (fg. 6 et 7). L'arène grantque extrate au rpper comprenat de 20 à 60 % d'éléments supéreurs à 20 mm, avec des éléments de 80, 100, 150 mm. La courbe granulométrque de ce matérau état assez étalée, et dans tous les cas, le coeffcent d'unformté (1) état supéreur à 7 (fg. 8). (1) On désgne par coeffcent d'unformté le rapport D«o Cu = Q-, Do et Dr* représentant respectvement les damètres des éléments correspondant à 10 et 60 % du tamsât cumulé. Fg. 7 - Déblas de mnage

6 Compte tenu du squelette mportant de ce matérau, l ne pouvat être queston d'adopter les normes allemandes pour sols cohérents, compactés à 95 % du P.N. Il parassat également hors de queston de retenr les normes allemandes pour sols non cohérents avec Cu > 7, compactés à 95 % du P.N., étant donnée la plastcté du morter. Nous avons donc fnalement retenu des valeurs ntermédares - Ev2 mn. = Evt = ben adaptées semble-t-l, à une arène grantque ayant 30 % d'éléments supéreurs à 20 mm, matérau rencontré fréquemment au début du chanter. Les varatons de granularté de l'arène grantque ont gêné consdérablement le chox des normes et l'nterprétaton des valeurs de modules trouvées. Pour faclter cette nterprétaton, sous chaque emplacement d'essa de plaques, l a été fat un prélèvement permettant d'obtenr la teneur en eau des éléments < à 20 mm et d'évaluer à l'œl le pourcentage de ces éléments. RESULTATS OBTENUS Les résultats ont été regroupés par type de matéraux, c'est-à-dre : 1 ) marne, 2) arène grantque argleuse, % d'éléments > à 20 mm ; nféreur ou égal à 5 %, 3) arène grantque ayant un % d'éléments > à 20 mm, comprs entre 5 et 30 %, 4) arène grantque ayant un % d'éléments > à 20 mm, supéreur à 30 %. Les caractérstques de ces matéraux sont données (fg. 9). 1 ) Marne Peu d'essas ont été effectués (39). La sécheresse de l'été 1964 a fat basser consdérablement la teneur en eau de ces marnes dont la mse en œuvre a été asée. 0,5 (mm) module AFN0 f5ôrà8 RÂrrfF m m m m m Damètre equvalent 1 P. 250 axe W.L. 37 W.P. 23 I.P. H H e Fg. 9 Courbes granulométrques et caractérstques des matéraux utlsés en rembla 7-6

7 H. Les mesures de densté en place qu ont été fates ont montré un compactage en général correct par rapport à l'optmum P.N. Les modules mesurés à partr des essas de plaques sont très dspersés, mas dans la total lté des cas, supéreurs aux valeurs prescrtes pour un compactage à 95 % du P.N. et à une teneur en eau vosne de l'optmum (± 2%). Or, la teneur en eau n'a jamas été vosne de l'optmum. Les valeurs de modules, obtenues dans ces condtons, ne peuvent donc être comparées aux valeurs prescrtes en vue d'une apprécaton du compactage (fg. 10 et 11). Cette varaton très rapde des valeurs des modules avec les teneurs en eau en place a ncté le Laboratore Central des Ponts et Chaussées, dans l'état actuel des connassances en la matère, à recommander, pour les sols fns, l'exécuton des mesures de denstés en place, quand cela est possble, de préférence aux essas de plaques. Hstogramme general de Ev Fg Marnes Hstogramme general de Ev, tu Fg Marnes - Graphque de modules. eau <à 16V. 16V.«=*'>ea ". eau > 2 D7. x ' eau nc m. u«207. op tmum 18*. snnu. X EV Nombre de résultats 2) Arène grantque argleuse essas ont été effectués sur ce matérau. Les teneurs en eau sont, dans la quas totalté des cas, vosnes de l'optmum P.N. Les valeurs de modules trouvées sont relatvement groupées et le rapport est vosn de 2 (1,8 à Evj 2,5) par rapport aux valeurs mesurées des modules {fg. 12, 13, 14). La dsperson des ponts le long de la drote Ev2 = 2 Ev, rend compte de l'hétérogénété de l'arène (plus ou mons sableuse, plus ou mons argleuse selon les cas) et également des dfférentes ntenstés de compactage sans qu'l sot possble de dstnguer l'nfluence de l'un ou l'autre des facteurs ) Arène grantque ayant un % d'éléments > à 20 mm, comprs entre 5 et 30 % - Dmenson max. 150 mm 214 essas ont été effectués. Deux plages de teneurs en eau ont été retenues : EV, de 7 à 1 1 % (optmum 9 %), en-dessous de 7 %. 7-7

8 » V. e au < à 7 V. TUs'U eau sr, optm m 9*t 1 V. eau> 11V. x V. eau nconnu ' Hstogramme de Ev2 pour les ponts où la teneur en eau se stue *t 2V. de l'optmum Hstogramme general des Ev A w mm j n ^ f '' 7 v > m m a 1 f * "7* A " B T4\ Ev2 Ev, M à pmm-% y 1 =H Fg. 12 et 13 - Arène grantque ayant mons de 5 % d'éléments > 20 mm - Graphque des modules Nombre de résultats I I I I I M IT" Ev, Nombre 1e re I U; la» Fg Arène grantque ayant mons de 5 % d'éléments > 20 mm Hstogramme d«ev, pour les ponts ou le V. en eau est a* 2 V.deP ptmum ~ Hst ogramme ge.era de Ev5 De façon assez nette, les mesures fates sur un matérau ayant une teneur en eau vosne de l'optmum se regroupent de part et d'autre de la drote Ev2 = 2 Ev, alors que les ponts représentant des mesures fates sur un matérau ayant une teneur en eau nféreure à 7 %, se regroupent plutôt au-dessus de cette lgne. (fg. 15, 16, 17). Cec confrme ben que les modules mesurés sur un matérau ms en œuvre à une teneur en eau fable, en tout cas nettement nféreure à l'optmum P.N., sont nettement plus élevés ans 4. Ev2 que le rapport. Ev 7-8

9 la 1 _»u<«77. _ 7V.*»*u 117. optmum97. A 7- MU * n-. _ X *' NU n Ev, * Hstogramme general de Ev, T8 Hstogramme de Ev, pour les ponts ou le en eau est a 2 * de l'optmum ) l â a >. r* 1 X 1 ' 1 X,1 x * X X X * X * Â 1 " a 4 x.jf»x n»:, l - "» x M 1. ' y " j! a M *>» r " * * A A Nombre de résultas Fg Arène grantque ayant un % d'éléments > 20 mm comprs entre 5 et 30 % Fg Arène grantque ayant un % d'éléments > 20 mm comprs entre 5 et 30 %, m l 1 l , 1 Fg Arène grantque ayant un % d'éléments > 20 mm comprs entre 5 et 30 % Graphque des modules 4) Arène grantque ayant plus de 30 % d'éléments > à 20 mm - Dmenson max. 150 mm 141 mesures ont été effectuées sur ce matérau. L'hétérogénété du matérau, tradute par un pourcentage d'éléments supéreurs à 20 mm varant de 30 à 70 %, avec des blocs de dmenson maxmum 150 mm, se retrouve dans la dsperson graphque des ponts représentatfs des mesures (fg. 18 et 19). Hstogramme de Ev2pour les ponts ou le. en eau est a* 2V. de l'optmum. Hstogramme general de Ev La teneur en eau des éléments < à 20 mm, est en général nféreure à 7 %. Cec ce comprend assez ben, pusqu'l s'agt de matéraux rppés ou extrats à l'explosf, donc beaucoup plus remanés et exposés à un séchage naturel favorsé par le beau temps. J Ll M Nombre de résultats Ml. I L

10 Fg Hétérogénété des matéraux CONCLUSIONS Sur le chanter de la Route Express l a été tenu compte, dans la mesure du possble, des résultats du Laboratore pour amélorer ou

11 reprendre le compactage de zones défectueuses, notamment sur les bords de remblas pour lesquels les modules mesurés étaent systématquement nsuffsants au début, et qu, par la sute, ont été meux compactés. Chaque sor, les résultats de la journée étaent transms à l'entreprse et à l'assstant technque des Ponts et Chaussées chargé de la survellance des travaux. Chaque semane, un compte rendu hebdomadare fasat le pont sur le compactage effectué dans la semane. Fg Grd Rooller Auss est-l nécessare, avant le démarrage du chanter, d'avor un profl en long géotechnque précs, et de procéder à des études de sols types poussées qu permettront de chosr les normes à retenr. Fg Rouleau de 45 t Le premer écuel rencontré pour le contrôle du compactage dans un grand chanter de terrassement sera toujours, sauf cas exceptonnel, l'hétérogénété, à des degrés dvers, des matéraux ms en remblas. Il y a alors un rsque à évter : c'est de multpler des normes en dfférencant les matéraux trop fnement, alors que d'autres facteurs (la teneur en eau par exemple) ntervennent de façon prépondérante sur le chanter (fg. 20, 21). Les normes allemandes sont satsfasantes en ce sens, mas les termes «sol cohérent», «sol non cohérent» nécesstent une défnton plus précse qu permette, sans héstaton, de classer un sol dans une catégore ou dans une autre. Encore faut-l connaître assez ben les sols qu seront rencontrés en cours de terrassement. Au début du chanter, l est ntéressant, comme nous l'avons fat, de réalser une pste d'essa et d'étuder les varatons de la densté sèche (mesurée au denstomètre ou au nucléodensmètre Rocoplan) et des modules en foncton de l'ntensté du compactage. Ben que cela sot souhatable pour l'enrchssement de notre expérence, l est en effet dffcle ensute, sur le chanter, de procéder smultanément à ces mesures. Il est mportant, ben sûr, d'opérer, d'une part avec un matérau auss représentatf que possble du matérau qu sera le plus utlsé pour les remblas, et d'autre part avec l'ateler de compactage qu sera réellement utlsé par l'entreprse sur le chanter. Sur la Route Express, l'engn de compactage utlsé le plus souvent a été le rouleau Albaret type Cl, d'un pods total de 45 tonnes, mun de 4 pneus 1800x24 gonflés à 6,3 kg, ayant une surface de contact par pneu de cm-, la largeur de la bande compactée étant de 2,50 m. (fg. 22) Sur les déblas rocheux les mons fractonnés, l'entreprse a utlsé le compacteur l'hster type Grd Rooller, d'un pods total en charge de 15 tonnes, consttué de 2 tambours de damètre 1,70 m et donnant une bande compactée de 0,81 m de largeur par tambour, (fg. 23) 7-11

12 La pste d'essa peut avor un autre avantage. Nous avons vu que les normes sont étables pour un matérau ms en œuvre, à la teneur en eau optmum. Or, les graphques établs sur l'ensemble des résultats montrent que l'on est très lon d'avor, dans tous les cas, sur le chanter, cette teneur en eau. Il serat ntéressant, sur la pste d'essa, d'essayer d'apprécer la varaton des valeurs de modules obtenues en foncton de la teneur en eau. Une autre concluson mportante de ce chanter est la nécessté d'arrver à établr un mode opératore très strct qu permette, par la sute, de comparer les résultats obtenus sur dfférents chanters. Le pont le plus mportant, dans ce sens, concerne la valeur des palers de charge, et par sute, la charge maxmum applcable. Il est mportant de chosr de façon défntve entre les deux solutons qu consstent, l'une à adapter les palers de charge à la déflexon maxmum à obtenr (normes allemandes) et l'autre à fxer ces palers, «a pror», selon les étapes de constructon de la voe nouvelle (rembla, forme, fondaton). S la deuxème soluton est adoptée pour les remblas, l faudra utlser un matérel de mesure des déflexons apte à sasr des déflexons plus mportantes que 3 mm (nveau Wld N III par exemple au leu du déflectomètre J.Y.C.). Cec nous amène à parler du matérel et de l'équpe de mesures. A la sute du chanter de la Route Express, l nous est apparu ndspensable d'avor recours à un matérel en excellent état (camon, vérn, dynamomètre, déflectomètre), ben entretenu sur le chanter et rapdement remplaçable en cas d'avares. Le Laboratore Central des Ponts et Chaussées recherche actuellement l'améloraton du matérel utlsé pour les essas de plaques. Cette étude est mportante car elle permettra d'augmenter le nombre de mesures par jour, en facltant le traval de l'équpe de mesure. Fare des essas de plaques pour contrôler le compactage des remblas est ntéressant, encore faut-l que le nombre des essas effectués sot en rapport avec le nombre de mètres cubes ms en œuvre. Notre équpe de mesure a effectué en moyenne 6 essas par jour ; la cadence de terrassement au début du chanter a été de m 3 par jour, en moyenne, pour attendre par la sute et même m 3 par jour : Il apparut donc rapdement que le nombre de mesures état très nsuffsant, auss avons-nous demandé à l'entreprse, qu dsposat d'un Laboratore de chanter, la plupart du temps dans l'mpossblté d'ntervenr au denstomètre à membrane, de procéder également à des essas de plaques. Le Laboratore d'autun a fourn les plaques, le vérn, le déflectomètre, l'entreprse fournssant le camon et le personnel. Cec nous a perms de doubler le nombre d'essas, mas une mesure pour m reste encore nsuffsante pour apprécer correctement un compac 3 tage (un essa de plaques ntéresse un volume d'un m envron). 3 Pour de très grands chanters, type autoroute, 11 faudrat donc amélorer au maxmum le rendement des équpes, prévor des postes de traval correspondant à ceux de l'entreprse, et avor sur le chanter un techncen du Laboratore qu coordonne l'acton des équpes, les drge et at la possblté d'ntervenr rapdement auprès du maître d'œuvre pour fare reprendre mmédatement le compactage de telle zone, jugé nsuffsant. Le denstomètre à membrane permet actuellement de suvre le compactage des sols fns en attendant la mse au pont d'une méthode plus rapde et meux adaptée aux cadences des chanters autorouters. Le contrôle par les essas de plaques ntéresse mantenant une autre catégore de matéraux (0100 ou 0150). Il n'en reste pas mons que nous ne pouvons, actuellement, qu'apprécer à l'œl le compactage de matéraux comportant un pourcentage mportant de blocs de dmensons supéreures, comme c'est le cas pour des matéraux extrats à l'explosf et nsuffsamment fractonnés. Malgré tout, la mse sur ped d'équpes de contrôle de compactage par les essas de plaques consttue un progrès mportant dans la survellance des chanters de terrassement. Rédgé en novembre