Optimisation du réemploi des sols par traitement service Géologie Terrassements Pierre Azemard Sylvie Nicaise

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1 Club des Concepteurs Routiers - Pezenas 22 octobre 2008 Optimisation du réemploi des sols par traitement service Géologie Terrassements Pierre Azemard Sylvie Nicaise

2 Optimisation du réemploi des sols OBJECTIFS Limiter emprunts et dépôts (équilibre des terres) Augmenter les performances mécaniques des sols Optimiser les structures de chaussées Optimiser les coûts ( fournitures extérieures) Club des Concepteurs Routiers - Pezen 2

3 Limites d utilisation des sols en remblai et couches de formes Le GTR limite l utilisation des sols dans certains cas notamment Sols sensibles à l eau trop humides Sols humides en remblais de grande hauteur Sols sensibles en PST Sols fins en CDF Club des Concepteurs Routiers - Pezen 3

4 Mouvement des terres L entreprise doit ajuster l utilisation des matériaux en fonction de leur état réel pendant le chantier ( dépend de la météo), en veillant à respecter à la fois: les limites d utilisations (GTR) l optimisation des ressources globales du chantier Écrire les contraintes imposées par réservation d une ressource (déblai, emprunt ) pour un usage spécifique (CDF, Remblais techniques, ) Club des Concepteurs Routiers - Pezen 4

5 Les liants de traitement des sols Les chaux aériennes calciques Norme Surtout utilisées pour le traitement des sols humides Les liants hydrauliques Norme Produits destinés au traitement des granulats et des sols pour la réalisation d assises de chaussées, de couches de forme et de terrassements. Produits fabriqués en usine et distribués prêts à l emploi sous forme de poudre minérale. Club des Concepteurs Routiers - Pezen 5

6 Les liants de traitement des sols Principaux constituants : - clinker Portland (K) - laitier granulé de haut-fourneau (S) - pouzzolanes naturelles (Z) - cendres volantes (V) - schistes calcinés (T) - calcaire (L) - chaux Club des Concepteurs Routiers - Pezen 6

7 Progressivité des études Niveau d étude Objectifs de l étude Indications sur le contenu de l étude Stade du projet concerné 0 Faisabilité du projet Collecte de documentation Analyse économique et technique du projet Étude préliminaire Confirmer la faisabilité reconnaissance géotechnique 1 éléments de prédimensionnement Formulation sommaire et nature des produits Avant projet Essai d aptitude (CDF) 2 Préciser les éléments obtenus à l issue de l étude de niveau 1 pour l établissement de la solution de base Étude géotech détaillée - remblai : formulations complémentaires - CDF : étude complète Projet d exécution 3 Fournir les éléments techniques, économiques Environnementaux pour valider les options du projet Etudes spécifiques Chantier expérimental (malaxage, compactage, poussières, etc ) Performances in situ Complément des études précédentes en fonction des enjeux et des réponses attendues Club des Concepteurs Routiers - Pezen 7

8 1 - traitement des sols pour réutilisation en remblai L utilisation en remblai de sols sensibles à l eau pose des problèmes Techniques - traficabilité des engins - Risques d instabilité ( pression interstitielle) - Portance faible Économiques - Baisse des rendements et augmentation des coûts - Allongement des délais d exécution - Nécessité de purges ponctuelles Club des Concepteurs Routiers - Pezen 8

9 Mécanismes d action la Chaux aérienne Actions immédiates - Modifications de l état hydrique par : Hydratation de la chaux Vaporisation d une partie de l eau Apport de matière sèche - Modification de la fraction argileuse du sol Réduction de l indice de plasticité (IP) Augmentation de la résistance au cisaillement (élévation de IPI) Modification des caractéristiques de compactage (courbe Proctor + plate et masse volumique élevée) Club des Concepteurs Routiers - Pezen 9

10 Action sur la résistance et le compactage Exemple de sol A2 Traité à 2% de chaux Modification du comportement de la fraction argileuse Ip Ip Club des Concepteurs Routiers - Pezen 10

11 Mécanismes d action des produits de traitement sur les sols Chaux aérienne Actions à long terme Action pouzzolanique (cristallisation lente) La cinétique de la prise dépend : - De la température du milieu - De la quantité et de la nature de la fraction argileuse - De l état hydrique du sol (eau libre en quantité suffisante) - Du degré d intimité du mélange - De la présence ou non de certains composants chimiques Club des Concepteurs Routiers - Pezen 11

12 Traitement des sols Caractérisation spécifique des sols Teneur en constituants chimiques Les matières organiques consommation de produit de traitement Les phosphates et les nitrates : retardateurs de prise Les chlorures : accélérateurs de prise et risque de gonflement Les sulfates et les sulfures : formation d éttringite avec risque fort de gonflement pouvant conduire à la destruction de la prise Club des Concepteurs Routiers - Pezen 12

13 Performances à rechercher Atteindre une portance suffisante dans un délai assez court pour assurer la traficabilité et permettre la mise en œuvre. => Augmente la fenêtre météo / Wn Classes de matériaux (GTR) A1 C1A1 C2A1 A2, B6 C1A2, C2A2 C1B6,C2B6 A3 C1A3 C2A3 B4 C1B4 C2B4 B5 C1B5 C2B5 Valeur de l IPI en deçà desquelles un traitement peut être envisagé Valeurs de l IPI à obtenir sur le matériau traité à à à à à Club des Concepteurs Routiers - Pezen 13

14 Etude de formulation Optimiser le dosage en liant. Ex : sol A2 Wn 13 à 18 % Evolution de l'indice portant immédiat (IPI) en fonction du dosage pour différentes teneurs en eau du sol Dosages en liant nécessaires pour l'obtention d'un indice portant immédiat (IPI) de 7, 10 ou 15 en fonction des teneurs en eau % W=13% W=15% 6 IPI= Indice portant immédiat (I % W=18% 18% dosage Dosages en liant (%) IPI=10 IPI= Dosage en liant (%) Teneur en eau (%) Club des Concepteurs Routiers - Pezen 14

15 Autres applications du traitement des sols performances à rechercher Amélioration de la PST IPI + ICBR après 4 jours d immersion Valeur «remblai» + 20 % En profil rasant assure une de portance ( meilleures conditions de compactage de la CDF) En arase humide AR1 permet une reclassement AR2 ( des épaisseurs de CDF) Club des Concepteurs Routiers - Pezen 15

16 Autres applications du traitement des sols performances à rechercher Remblaiement en zones d accès difficile Rc à 28 jours (14 j de cure +14 j d immersion) 0,5 à 1 Mpa Assure la pérennité de ces parties d ouvrages très sensibles car difficiles à compacter avec des engins ( des risques de tassements) Diminution des besoins en matériaux de haute qualité mécanique Club des Concepteurs Routiers - Pezen 16

17 Autres applications du traitement des sols performances à rechercher Partie basse des hauts remblais en matériaux sensibles à l eau ou / et évolutifs Rc à 28 jours (valeurs après 14 j de cure +14 j d immersion) fonction de la hauteur du remblai Diminution des besoins en matériaux de haute qualité mécanique Club des Concepteurs Routiers - Pezen 17

18 Base de remblais Introduction d une couche rigide à la base du remblai Risque de rupture si sol support trop déformable (sol compressibles) Fissuration d autant plus importante que la couche est peu épaisse Fissures pouvant se comporter en piège à eau et favoriser l évolution Blocs rigide avec tassements différentiels sur un même PT => Limiter aux zones faiblement compressibles ou Club des Concepteurs Routiers - Pezen 18 après préchargement

19 Autres applications du traitement des sols performances à rechercher Raidissement des pentes de talus Rc à 2 jours + Rc à 28 jours suite à étude spécifique de mécanique des sols Club des Concepteurs Routiers - Pezen 19

20 2 - traitement des sols pour réutilisation en CDF Techniques permettant l utilisation de sols inutilisables en l état matériaux sensibles à l eau matériaux évolutifs Performances obtenus supérieures aux matériaux granulaires => Optimisation des structures de chaussées Club des Concepteurs Routiers - Pezen 20

21 traitement des sols pour réutilisation en CDF Techniques de mise en oeuvre Beaucoup plus délicate à maîtriser / matériaux granulaires non traités. Modalités + nombreuses, + complexes et + contraignantes, aussi bien en phase «études» que «travaux». Si des défauts apparaissent, actions correctives nécessaires presque toujours lourdes, => Ce qui justifie la mise en place d'un système d'assurance de la qualité également plus exigeant. Club des Concepteurs Routiers - Pezen 21

22 traitement des sols en couche de forme évaluation de l aptitude au traitement norme NF P Etude de Niveau 1 Type de traitement Aptitude du sol Paramètre considéré Gonflement volumique (Gv %) Résistance en compression diamétrale Rtb Traitement avec un liant hydraulique, éventuellement associé à la chaux Adapté Douteux < 5 % 5 % < Gv < 10 % Rtb > 0,2 MPa 0,1 < Rtb < 0,2 Inadapté > 10 % Rtb < 0,1 MPa Adapté < 5 % Traitement à la chaux seule Douteux 5 % < Gv < 10 % Paramètre non considéré Inadapté > 10 % Club des Concepteurs Routiers - Pezen 22

23 traitement des sols en couche de forme Étude des performances mécaniques (niveau 2) Traitement aux liants hydrauliques éventuellement associés à la chaux - Le comportement est à évaluer vis à vis de : L âge autorisant la circulation sur la couche traitée (Rc à 7 j et Rc à 28 j) La résistance à l immersion au jeune âge (Rc après 28 j de cure normale suivis de 32 j d immersion dans de l eau à 20 C (Rci) Rc à 60 j de cure normale (Rc60) La résistance au gel (Rt à la date d apparition du gel) Les performances escomptables à long terme (Rt et module élastique E mesurés à 28 j, 90 j et si nécessaire à 180 j et 360 j si liant à prise lente ) Club des Concepteurs Routiers - Pezen 23

24 traitement des sols en couche de forme Caractérisation du gisement - Zonage de chaque formations sur un profil géotechnique - Constituer un échantillon représentatif de chaque zone ou de plusieurs zones sur lesquels l étude pourra être réalisée - Essais d identification géotechnique (nombre en fonction du volume de la formation considérée) - Analyse des constituants chimiques pouvant influencer les effets du traitement Club des Concepteurs Routiers - Pezen 24

25 traitement des sols en couche de forme Ces niveaux d études ne présenteront d intérêt que pour des chantiers importants pour lesquels : Les moyens d exécution seront performants Il y aura un système d assurance qualité très précis Un suivi de chantier rigoureux La qualité de l étude de gisement est un des points clef de la fiabilité des conclusions Club des Concepteurs Routiers - Pezen 25

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