Contenu de la session:

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1 Préparation et critères d acceptation des plateformes et des sols supports Bitume Québec Session 2011 Gestion de la qualité en chaussées souples Novembre 2011

2 Préparation et critères d acceptation des plateformes et sols supports Contenu de la session: Définition et therminologie; Rôle du sol support et comportement mécanique; Principe de dimensionnement des chaussées flexibles; Notion de plateformes; Préparation de plateformes: Couche de forme Traitement de sol Critères d acceptation.

3 Définition et therminologie Administration française

4 Définition et therminologie Administration française Administration québécoise PLATE-FORME (PF) Administration québécoise ARASE (AR) Ligne d infrastructure Comparatif de la dénomination

5 Rôle du sol support et comportement mécanique Modèle de chargement

6 Rôle du sol support et comportement mécanique

7 Rôle du sol support et comportement mécanique Nature du sol et Capacité portante

8 Rôle du sol support et comportement mécanique

9 Principe de dimensionnement d une structure de chaussée flexible Approche Mécanistique DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES FLEXIBLES Les chaussées bitumineuses sont vérifiées par calcul, vis-à-vis de: La rupture par fatigue à la base des couches bitumineuses L orniérage des couches non liées et du support

10 Principe de dimensionnement d une structure de chaussée flexible Approche Empirique

11 Principe de dimensionnement d une structure de chaussée flexible

12 Démarche de détermination de la classe de PF Environnement hydrique 1- Classification du sol : nature, état hydrique 2- Cas de PST Ressources en matériaux Matériel Météorologie Circulation de chantier Vérification gel-dégel Etude économique Conditions de drainage, mesures de portance 3- Classe de portance d Arase ARi 4 - Couche de forme Classe de plate-forme PFj

13 Classement de la PST

14 Démarche de détermination de la classe de PF PFj (1 à 4) Hcm C d F Couche de Forme PST Ari (1 à 4) 1 m. Partie Supérieure du Terrassement Classe de plateforme Classe PF1 PF2 PF3 PF4 Portance EV2 (GTR) > 20 MPa > 50 MPa > 120 MPa > 200 MPa Déflexion pour CdF traitée en mm (GTS) 1,2 (chaux) 0,8 (ciment) 0,8 (chaux) 0,6 (ciment) 0,5 (ciment) Déterminée à partir du couple PST- Couche de forme 14

15 Démarche de détermination de la classe de PF Détermination du Module Vérification de la portance par essai de plaques ou déflectomètre par charge tombante, LWD

16 Démarche de détermination de la classe de PF Détermination du Module Vérification de la portance par essai de Dynaplaque

17 Démarche de détermination de la classe de PF Déflectomêtre à masse tombante LWD

18 Module sol et chaussée résiduelle Procédure EV1 au 1er cycle de chargement EV2 = 90/W2 au 2eme cycle de chargement Domaine : de 10 à 200 MPa

19 Définition - Couche de forme Définition : Structure permettant d adapter les caractéristiques aléatoires et dispersées des matériaux de remblai ou en place, aux caractéristiques mécaniques, géométriques, hydrauliques et thermiques prises comme hypothèse dans la conception de la chaussée. Nature : Inexistante (corps de chaussée directement sur l arase infrastructure)) Limitée à une couche de matériaux. Complexe - Exemple : géotextile, matériaux grossiers, couche de réglage, enduit.

20 Couche de forme : fonction A court terme (phase de réalisation du chantier) traficabilité tout temps permettre le compactage de la couche de fondation nivellement protection de AR éventuellement supporter trafic chantier A long terme homogénéisation de la portance du support maintien dans le temps d une portance minimale amélioration de la portance de la plate-forme pour optimiser le coût forme/chaussée protection thermique des supports gélifs contribution au drainage de la chaussée

21 Couche de forme : fonction Abaque de détermination de l épaisseur de couche de forme en fonction de la capacité de l arase capacité de l arase (infrastructure).

22 Matériaux de couche de forme Critères à satisfaire Insensibilité à l eau Dimension des plus gros éléments Résistance à la circulation de chantiers Insensibilité au gel Rappel sur la portance à court et long terme EV2 = portance à court terme si matériaux insensibles à l eau EV2 -> PF si matériaux sensibles à l eau : méfiance

23 Quelques critères pour la réalisation Pour l exécution de la Couche de Forme pour matériaux non traités - EV2 sur AR > 15 à 20 mpa pour matériaux traités - EV2 sur AR > 35 mpa Pour l exécution des couches de chaussées tolérances de nivellement sur la PF +/- 3 cm tolérances de déformabilité : EV2 > 50 MPa ou déflexions < 2 mm tolérances de traficabilité : CBR immédiat > 35

24 Types de couche de forme Mat. graveleux non traités 30 à 80 cm Sols fins traités 30 à 40 cm traitement» place» centrale Géotextile anti-contaminant 0.10 à 0.15 m de matériaux graveleux non traités Sables et Graves traités 25 à 40 cm traitement» place» centrale

25 Différents mode de détermination de la portance - relations diverses P et PF Examen visuel (essieu 13T) Indice portant CBR Module de réaction WESTERGARD K (dan/cm3) Déflexion d en 1/100mm Module de déformation à la plaque EV2 en MPa LT Module équivalent E en MPa Types de sols Sols P0 Circulation impossible CBR < 3 K < 3 EV2 < 15 P1 Ornière - déformable 3<CBR < 6 3<K < 5 15<EV2 < 30 P2 ou PF1 P3 ou PF2 P4 ou PF3 PF4 Pas d ornière derrière l essieu de 13T déformable 6<CBR < 10 5<K < 6 < <EV2 < 50 > 20 Peu déformable 10<CBR < 20 6<K < 7 < 150 ou < 80 (ST) Très peu déformable 20<CBR < 50 7<K < 15 < 100 ou < 50 (ST) Pas déformable CBR > 50 K> 15 < 60 ou < 20 (ST) 50<EV2 < <EV2 < 250 > 50 si EV2>80 > 120 EV2 > 250 > 250 Argiles fines saturées, sols avec MO Limons plastiques, argileux et argilo-plastiques, alluvions grossières très sensibles à l eau Sables alluvionnaires argileux ou fins limoneux, graves argileuses ou limoneuses, sols marneux avec<35%fines Sables alluvionnaires propres avec<5% fines, graves argileuses ou limoneuses avec<12% fines Matériaux insensibles à l eau. Sables et graves propres, matériaux rocheux sains, chaussée ancienne Graves propres et compactées e>30cm ou chaussées roches anciennes, A1 A2 A3 B5 B6 C1 A1 A2 A3 A4 B1 B2 B4 B5 B6 C1 C2 D1 A1 A2 A3 A4 B1 B2 B4 B5 B6 C1 C2 D1 A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 B5 B6 C1 C2 D1 D2 D3 D4 B1 B3 D1 D2 D3 D4

26 JAMAIS DE REMBLAI SANS COMPACTAGE COMPACTAGE MAIS 3 ENERGIES DE COMPACTAGE DIFFERENTES POUR S ADAPTER A L ETAT HYDRIQUE DU MATERIAU MATERIAU Humide Moyen Sec COMPACTAGE Faible Moyen Intense X X X Si trop compacté Matelassage Si pas assez compacté Tassement à venir Pour 1 classe de compacteur donné Comment faire varier l énergie de compactage? En jouant sur le Nb de passes Nb de passes Energie compactage En jouant sur la vitesse Vitesse compacteur Energie compactage En jouant sur l épaisseur Epaiseur Energie compactage 1 passe = 1 aller OU retour au même endroit

27 Définition Traitement en place Le traitement en place d un sol a pour but d en modifier profondément les caractéristiques physiques (nature, état hydrique) et mécaniques (cohésion, résistance module). Il consiste en l incorporation IN SITU d agents de traitement Il consiste en l incorporation IN SITU d agents de traitement (chaux, liants hydrauliques ou pouzzolaniques) généralement sous forme pulvérulente, qui sont ensuite malaxés intimement avec le sol en place.

28 Définition Traitement en place Il convient de distinguer : Le traitement qui a pour but essentiel de rendre traficable momentanément un sol sensible à l eau et détrempé, pour permettre la poursuite des travaux (chaux seule). Le traitement d un sol dont le but est de construire des platesformes et assises de chaussées économiques et techniquement performantes : liant hydraulique seul ou mixte chaux/liant hydraulique, Roc sol

29 LES SOLS : paramètres d identification Paramètres caractérisant la nature des sols La granularité : Valeur du Dmax : possibilité de réaliser le mélange Tamisat à 80 µm : finesse du matériaux oriente le choix du traitement Coefficient d uniformité Cu = D60/D10 : donne une indication sur les valeur des dosages Plus Cu est faible (plus la granularité est homométrique), plus la masse volumique apparente sera faible et donc plus la quantité de produit de traitement à prévoir pour atteindre le niveau de performance visé devra être importante.

30 LES SOLS : paramètres d identification Paramètres caractérisant la nature des sols L argilosité : détermine le type d application, le choix du produit de traitement, les conditions de réalisation Indice de plasticité (Ip) Valeur au bleu de méthylène (VBS)

31 Les Produits de traitement - chaux Les chaux aériennes (vive, éteinte, lait) NF EN Obtenues par calcination du calcaire Calcaire pur Calcaire argileux Calcaire dolomitique Sous produit chimie Chaux aérienne calcique (CL) (argiles < 5%) Chaux hydraulique naturelle (NHL) (10% < argiles < 20%) Chaux magnésienne (DL) Chaux de carbure (acétylène)

32 Action de la chaux ACTIONS IMMEDIATES Modification de l état hydrique La chaux vive : abaissement de la teneur en eau du sol par : Hydratation de la chaux Vaporisation (chaleur dégagée) Apport de matière sèche Abaissement de 1 % de teneur en eau par % de chaux vive. La chaux éteinte : un abaissement de la teneur en eau par : Apport de matière sèche Abaissement de 0.3 % de teneur en eau par % de chaux éteinte. Le lait de chaux produit une augmentation de la teneur en eau.

33 ACTIONS IMMEDIATES Modification des caractéristiques de la fraction argileuse : FLOCULATION qui se traduit par : Action de la chaux Élévation importante de la limite de plasticité du sol sans modification de la limite de liquidité

34 Action de la chaux ACTIONS A LONG TERME Action pouzzolanique : Action entre la chaux et les minéraux argileux si VBs > 0.5 g (Si, Alumine, Oxydes de fer). Réaction très lente dépendant de : Température du milieu Quantité et nature de la fraction argileuse du sol : plus la quantité est élevée et plus les minéraux sont altérés, plus les réactions sont importantes Etat hydrique du sol : présence d eau nécessaire (avant traitement milieu de la plage «humide»)

35 Les Produits de traitement - liants hydrauliques Liants hydrauliques : produits qui, en présence d'eau, s'hydratent en donnant naissance à des espèces cristallines insolubles et résistantes qui agglomèrent les éléments granulaires du sol = prise hydraulique => cohésion permanente du sol dont l'importance dépend : de la nature du matériau du type et de la quantité de liant de la compacité atteinte de la température du milieu et de l'age du mélange Mélanges de : Matériaux hydrauliques (ex : clinker Portland ) Matériaux pouzzolaniques faisant prise en présence d eau et ph > 12 (laitiers, cendres volantes silico-al..) Si besoin des activants principalement pour élever le ph Des éventuels ajouts : cinétique

36 Action des liants hydrauliques ACTIONS IMMEDIATES Modification de l état hydrique : abaissement de la teneur en eau du sol par : Apport de matière sèche Hydratation du liant Abaissement théorique de 0.3 à 0.5 % de teneur en eau par % de liant (+ évaporation) Modification des caractéristiques de la fraction argileuse : pour les LHR à forte teneur en chaux : moins intense et moins rapide qu'avec la chaux.

37 Action des liants hydrauliques ACTIONS A MOYEN ET LONG TERME Prise hydraulique : A. Grains mouillés et dispersés (pas de contact) gâchage B. Démarrage de la prise : apparition rapide de produits de néoformation en périphérie des grains. Vitesse d'hydratation diminue phase dormante, correspond au délai de maniabilité (de 2h à 24h voire 48h) C. Reprise de l'hydratation. Développement de la cristallisation début de prise : premières liaison entre les différents grains puis solidification. De quelques jours (CPA-CEM I) à quelques semaines. D. Quand prise terminée, phase de durcissement (accroissement des résistances mécaniques). De quelques semaines à plusieurs mois. La cinétique des réactions est plus rapide qu avec la chaux. La prise s interrompt pour des t < 5 C.

38 Action des liants hydrauliques ACTIONS A MOYEN ET LONG TERME Influence de la nature des matériaux et mise en oeuvre : Plus le sol est argileux moins les résistances sont élevées. Pour des matériaux A2 ou A3 privilégier un traitement mixte. Matières organiques, phosphates, nitrates, sulfates, sulfures réduisent voire annulent la prise ou la détruisent par gonflement ettringitique. Plus la compacité est importante, plus la résistance est importante. La transposition des résultats de laboratoire au chantier nécessite une bonne qualité de mise en œuvre. Quelques % supplémentaires sur la compacité => quelques dizaines de % d augmentation des résistances. => Matériaux les plus intéressants : granularité continue et étalée (édifices granulaires plus denses) humides.

39 Matériel d épandage

40 Traitement pour la réutilisation des sols trop humides Application de Chaux vive

41 Matériels de malaxage - pulvérisateurs MALAXEURS A OUTILS ANIMES Pulvérisateurs de sols à tambour (arbre) horizontal Sur des sols granulaires, l homogénéité obtenue avec ces engins est identique à celle obtenue en centrale Épaisseur et régularité : les plus performants sont les plus puissant avec chambre entre trains de roulement. Profondeur maximale atteinte à la première passe. Paramètres favorisant la finesse de la mouture : Sens de rotation du rotor inverse à l avancement Rapport élevé entre la vitesse du rotor et l avancement Nombre d outil par unité de longueur et état d entretien Barre de retenue à l arrière de la chambre (retenant les matériaux)

42 Finesse de la mouture : Matériels de malaxage - pulvérisateurs

43 Assurance de la qualité Critères d acceptation Classe de PF et déformabilité admissible au moment de la mise en œuvre de la couche de fondation. Déflexion maxi sous l'essieu de 130 kn (mm) Classe de PF visée Traitement à la chaux seule Traitement avec LH (associé ou non à la chaux) PF PF PF4 0.5

44 Fonctions et efficacité des différents types de protection superficielle Type de protection Enduit de scellement (ES) Enduit monocouche (EM) Enduit bicouche (EB) Enduit prégravillonné (EP) Protection contre l'évaporation Protection contre l'infiltration Rôles Accrochage de la couche supérieure Assise hydraulique GB ou BB Protection mécanique Réduction des émissions de poussières = = - = = + = = - + = = = très efficace + efficace = moyennement efficace - peu efficace -- inefficace EP

45 Observations et Commentaires La Qualité de la partie supérieure de terrassement, est un élément fortement négligé en général:.conditions hydriques;.hétérogénéité des sols;.évaluation de la portance;.sollicitations par trafic chantier;.déformations localisées;

46 Observations et Commentaires Les Conceptions de chaussée considère des durée de vie de plus en plus longues et les cycles de vie global d une chaussées sont souvent de l ordre 40 à 60 ans voir plus. De ce fait:.les déformations en profondeur du sol support et couches granulaires (ornières à grand rayon) sont de moins en moins tolérable;.l homogénéité et la qualité de portance diminue directement les déformations (sollicitations) à l intérieur des couches liées (durée de vie prolongée);.la performance générale d une structure doit permettre des scénarios d entretiens (10 à 50 ans) simplifiés et économique;

47 Observations et Commentaires La préparation des plateformes (sol-support, sol-support traité et couche de forme), doit être élaborée et considérée comme une étape critique à la réalisation d une structure de chaussée:.développement d une méthodologie de caractérisationclassement en fonction du niveaux de trafic;.guides de réalisation;.méthodologie d évaluation et de réception (mesures de la capacité portante de façon systématique);.développement d une expertise en traitement de sols;.une maîtrise accrue de cette phase critique peut permettre des économies appréciables à long terme.