ANNEXES : Annexe 1 p.13 Annexe 2 p.14 Annexe 3 p.15

Transcription

1 1

2 A- GENERALITES p.3 B- CAS D UN SOL COMPRESSIBLE UTILISATION D UN REMBLAI ALLEGE p.3 I- DETERMINATION DU VOLUME D ALLEGEMENT NECESSAIRE p.3 I-1 En réfection p.3 I-2 Cas d un ouvrage neuf p.4 II- GEOMETRIE DU MASSIF DE REMBLAI ALLEGE p.4 II-1 Remblai au-dessus d un sol existant p.4 II-2 Remblai enterré dans le sol p.5 III- MISE EN PLACE DES BLOCS p.5 IV- DIMENSIONNEMENT ET MISE EN PLACE DE LA COUVERTURE SUR LE REMBLAI ALLEGE EN BLOCS NIDAPLAST RA p.6 IV-1 Cas d une route à forte circulation p.7 IV-1-1 Couverture des blocs par du remblai p.7 IV-1-2 Couverture des blocs par une dalle béton p.7 IV-2 Cas des chaussées à faible trafic p.8 IV-2-1 Couverture des blocs par du remblai p.8 IV-2-2 Couverture des blocs par une dalle béton p.9 IV-3 Cas des aires de stationnement p.9 IV-4 Cas des massifs paysagers p.9 IV-5 Mise en place du remblai sur les blocs p.9 V- COUVERTURE LATERALE DU MASSIF EN NIDAPLAST RA p.10 C- SUBSTITUTION D UN SOL PONDEREUX SUR UNE STRUCTURE p.10 I- EFFORT VERTICAL p.10 II- EFFORT HORIZONTAL p.11 III- MISE EN ŒUVRE DU MASSIF ALLEGE p.12 ANNEXES : Annexe 1 p.13 Annexe 2 p.14 Annexe 3 p.15 2

3 A - GENERALITES Un sol naturel possède des caractéristiques physiques de texture, de structure, de poids et de porosité qui peuvent le rendre inapte à telle ou telle application. C est notamment le cas de sa compressibilité et de son poids. Un sol très compressible va se déformer et tasser dans le temps s il est soumis à une charge importante Un sol pondéreux, entraine des efforts importants sur les structures sur lesquelles il s appuie. L'utilisation d un remblai allégé permet de palier à ses deux phénomènes en diminuant les contraintes appliquées : Appliqué sur un sol compressible, il permet : - d annuler les tassements dans les cas d une réfection d ouvrage. - d accélérer artificiellement la consolidation du sol dans le cas d un ouvrage neuf. Utilisé en substitution partielle d un sol pondéreux, il permet : - de supprimer des efforts verticaux et latéraux exercés sur les structures et fondations d ouvrages d arts ou de bâtiments. B CAS D UN SOL COMPRESSIBLE UTILISATION D UN REMBLAI ALLEGE I - DETERMINATION DU VOLUME D ALLEGEMENT NECESSAIRE Une étude de mécanique des sols sur les déformations prévisibles du sol que l on souhaite alléger permet de déterminer la charge maximale admissible que peut supporter le sol. Une fois la charge maximale admissible déterminée pour le sol étudié, la masse de nidaplast RA est déterminée en retranchant à cette charge maximale admissible la charge du remblai superficiel et celle du corps de chaussée. Connaissant la masse volumique du nidaplast RA (40 à 45 kg/m3), on détermine le volume du remblai allégé à mettre en place. A titre d exemple, la courbe de compressibilité du sol étudié permet d évaluer l allègement nécessaire. I-1 En réfection Dans le cas d un remblai qui continue de tasser après plusieurs années, on allège ce dernier en substituant par du nidaplast RA la surcharge de terre qui entraîne le tassement indésirable. Sur le schéma (A) en annexe 1, la charge du remblai existant «1» entraîne un tassement «I» qui continue dans le temps selon «I» si la charge est maintenue. L allègement par du nidaplast RA, de masse volumique 40 à 45 kg/m3 au lieu de 1800 kg/m3 pour de la terre, a une charge finale de remblai «2», supprime les tassements ultérieurs car la valeur de tassement obtenue «II» correspond au tassement d équilibre final «II» obtenu avec la seule charge «2 (2)». 3

4 I-2 Cas d un ouvrage neuf On accélère artificiellement la consolidation du sol par un poinçonnement de celui-ci réalisé par une surcharge mise en place provisoirement. On obtient ainsi en quelques mois le tassement définitif. Sur le schéma (A) en annexe 1, la précharge initiale «1» entraîne un tassement «I» qui correspond au tassement d équilibre «II» de la charge finale «2» du remblai allégé. Les charges déterminées précédemment sont ensuite transformées en volume de nidaplast RA à substituer à la terre de masse volumique connue. Pour des raisons technico-économiques, l épaisseur de nidaplast RA mise en œuvre est généralement en moyenne de 1,5 à 2 m. Des épaisseurs moindres sont évidemment possibles, des épaisseurs supérieures également, en s assurant d une part, de la stabilité d ensemble du massif créé, d autre part, de son propre tassement. Contre une culée de pont, des épaisseurs de 4m ou plus ont déjà été mises en œuvre. II - GEOMETRIE DU MASSIF DE REMBLAI ALLEGE Le remblai allégé peut être soit positionné au-dessus d un sol existant ou au contraire enterré dans un sol que l on souhaite alléger. II-1 Remblai au-dessus d un sol existant La géométrie du remblai est en général celle d une pyramide, comme indiqué sur le schéma. Si l une des parois est verticale, il est adossé à un élément résistant par exemple béton comme dans le cas d une culée de pont. - Hauteur inférieure à 6 mètres En général on se limitera à un rapport largeur / hauteur de remblai supérieur à 2 pour être sûr de la stabilité d ensemble du remblai. Une étude particulière de stabilité d ensemble du remblai doit être réalisée si ce rapport est inférieur à 2 mais toujours supérieure à Hauteur supérieure à 6 mètres Des hauteurs supérieures à 6 mètres de remblai allégé sont relativement peu courantes. Si c est le cas, il faut séparer le remblai à exécuter par un massif intermédiaire de remblai traditionnel de 0.3m d épaisseur. La stabilité d ensemble du remblai doit être vérifiée comme indiqué dans le précédent. 4

5 II-2 Remblai enterré dans le sol Dans ce cas, la stabilité d ensemble du remblai ne se pose plus. Il faut par contre s assurer que la poussée latérale appliquée sur les blocs les plus profonds ne soit pas trop forte. Il y a deux façons pour satisfaire cette exigence : Soit la mise en place d une protection en dure. Soit le positionnement des blocs en pyramide inversée comme présentée sur le schéma. C est en général cette deuxième solution qui est retenue car elle permet une transition progressive entre la partie allégée et celle qui ne l est pas. Cette transition progressive diminue les risques de tassements différentiels. III - MISE EN PLACE DES BLOCS NIDAPLAST RA Le Guide Technique «Utilisation de Structures Alvéolaires Ultra Légères en remblai routier» d Octobre 1992 L.C.P.C, présente dans le détail les prescriptions de mise en œuvre des blocs nidaplast RA lors de la réalisation d un remblai allégé routier. Les différentes phases de la mise en œuvre sont les suivantes : 1- Exécuter les terrassements conformément aux règles et à la règlementation en vigueur relative à la sécurité du personnel. Reprendre, par compactage, la décompression du sol et son éventuel foisonnement. 2- Régler avec précision le fond de forme, et sa planéité pour l assise du premier lit de blocs (avec ou sans interposition d un lit de pose en concassé (par exemple 5/15) d épaisseur minimum 0,10 m suivant la nature des matériaux de fondation). 3- Disposer sur la surface ainsi réglée une nappe de géotextile anticontaminant aux caractéristiques minimum suivantes : - résistance en traction (NF EN ISO 10319): 20 kn / m - poinçonnement (CBR) statique (NF EN ISO 12236): 3,5 kn - perforation dynamique (NF EN ISO 918): < 20 mm Pour des sols support hétérogènes ou de très mauvaise qualité, l utilisation d un géotextile à haut module est préconisée pour éviter les déformations différentielles 4- Prévoir une sur-largeur du remblai en blocs nidaplast RA pour s affranchir des problèmes de tassement entre le corps et les talus du remblai. 5- Croiser les joints des blocs nidaplast RA, tant dans le plan horizontal que dans les plans verticaux, longitudinaux et transversaux. 5

6 6- Prévoir une nappe de géotextile pour envelopper l ensemble de la structure, afin : - d assurer la tenue d ensemble des blocs nidaplast RA lors de la mise en place de la couche de matériaux sus-jacente, - d éviter le passage d éléments fins entre blocs non parfaitement jointifs, - de limiter les risques de poinçonnement du matériau léger, soit par des éléments anguleux de remblai, soit par des engins de compactage. Cette nappe géotextile a les mêmes caractéristiques que celle mentionnée au point 3. Il peut s agir de cette dernière qui est remontée sur les bords et en surface. 7- Afin d assurer un ancrage satisfaisant de la nappe de géotextile et la butée des faces libres des blocs, il convient de commencer le remblaiement et le compactage par les zones latérales et de terminer par la partie centrale (couche de roulement). 8- Eviter des poussées latérales trop importantes sur le nidaplast RA par une géométrie appropriée du massif (en triangle) ou par une protection adaptée. 9- L épaisseur des matériaux sus-jacents est dimensionnée en fonction des contraintes transmises au niveau du nidaplast RA : - soit pendant la mise en œuvre - l épaisseur minimale est de 30cm (Rcv < 400 kpa pour le RA 500 et à 500 kpa pour le RA 600). - soit pendant la vie de l ouvrage - l épaisseur maximale ne dépasse pas les paliers de 2,50 m pour le RA500 (Rcv < 40 kpa) à 3,5m pour le RA600 (Rcv < 60kPa). IV - DIMENSIONNEMENT ET MISE EN PLACE DE LA COUVERTURE SUR LE REMBLAI ALLEGE EN BLOCS NIDAPLAST RA Le principe de dimensionnement d une chaussée ou de tout type de couverture sur un massif de remblai en blocs ou panneaux nidaplast RA dépend des paramètres suivants : l usage de la couverture et sa nature, qui peut être routier ou paysager avec selon le cas, soit un remblai routier, soit une dalle béton, soit de la terre végétale. Les règles de dimensionnement sont très différentes s il s agit de routes et d aires de stockage d un côté, ou de massifs paysagers de l autre, le type de sollicitations qui peut être statique ou dynamique, réparti ou poinçonnant, et qui obéit à des règles de dimensionnement très différentes, l épaisseur disponible entre le sommet des blocs nidaplast RA et la surface de la couverture est un paramètre important qui conduit à privilégier telle ou telle technique. 6

7 Une spécificité d un massif nidaplast RA par rapport à un massif de type grave est de posséder une très bonne tenue en compression mais un module de compression nettement plus faible que celui d une grave compactée. Ceci signifie que sous l effet de sollicitations il résiste bien mais se déforme plus qu une grave. Cette propriété a surtout des conséquences pour le dimensionnement des routes à forte circulation dont le mode de rupture est la fatigue par flexion lors du passage des camions et le poinçonnement de leurs roues. IV-1 Cas d une route à forte circulation IV-1-1 Couverture des blocs par du remblai Le dimensionnement d une route est fonction du trafic routier sur la chaussée à réaliser. Sous l effet des sollicitations dues au passage des véhicules, et principalement des camions, la chaussée se déforme légèrement. Ces déformations alternées et régulières fatiguent la chaussée et la font se dégrader. Pour y remédier, celle-ci doit avoir une certaine épaisseur pour, d une part la rigidifier, et d autre part diminuer les contraintes de poinçonnement appliquées sur les blocs nidaplast. Les essais faits lors de l élaboration du guide du LCPC «utilisation de Structures Alvéolaires Ultra Légères en remblai routier» par le C.E.R. de Rouen ont permis de qualifier vis-à-vis de leur déformabilité des types de plateforme en fonction de l épaisseur de grave mise en œuvre sur des blocs nidaplast RA. Les annexes 2 à 5 présentent les résultats des essais réalisés : 25 cm de grave type D2 (0/20 mm concassée) conduit à une plateforme PF1 55 cm de grave type D2 (0/20 mm concassée) conduit à une plateforme PF2 En se servant de ces types de plateforme, il est ensuite possible de réaliser la constitution de chaussées selon les documents SETRA L.C.P.C. relatifs aux dimensionnements des chaussées en France. A titre d exemple, à partir d une plateforme PF2, c est à dire 55 cm de remblai en grave D2, il est possible de mettre les structures types, à base de liants hydrocarbures, suivantes : MATERIAU / TRAFIC TO T1 T2 T3 Epaisseur en cm BB GB GB GNT > 55 > 55 > 55 > 55 IV-1-2 Couverture des blocs par une dalle béton Dans le cas où l allègement souhaité est très important et que la hauteur disponible est insuffisante, il peut être nécessaire de diminuer l épaisseur de remblai à mettre au-dessus des blocs nidaplast RA. On réalise dans ce cas une dalle béton faisant office de dalle de répartition qui évite les déformations dynamiques de poinçonnement dues aux passages des camions. La chaussée peut être dimensionnée directement sur cette dalle. 7

8 Selon l altimétrie souhaitée, la dalle peut être mise en place directement sur les blocs nidaplast RA, après interposition d un film polyane ou celle d une couche de grave. A titre d information, les règles de dimensionnement d une chaussée béton, décrite dans le document CIM Béton T50 «voirie et aménagement urbains en béton» conduisent aux dimensionnements suivants : En règle générale, il faut que le sol support soit au minimum de portance P2 (ou pf1). S il est de portance inférieure, il est possible de l améliorer, comme indiqué ci-dessous. A partir d une portance P1 (Ev2 <20 Mpa), 20 cm de GT ou 30 cm de GNT Pour une portance P2 ou PF1 (Ev2<50) une dalle de 15 cm minimum peut convenir pour un trafic T6 Pour un trafic T7 (< 2pl /j ou < 40 v/j), une dalle 14 cm minimum peut convenir. Le Béton ciment doit être minimum de classe 5, C35/45 (selon normes NF EN NFP ) et le dosage en ciment de 300/330 pour une couche de roulement et 180/220 pour une couche de fondation. Il est également possible d armer la dalle notamment pour éviter les risques de fissuration. Il est également possible de réaliser une dalle de béton armé d au minimum 10 cm comme indiqué dans les règles LCPC de mise en œuvre des remblais routiers à base de polystyrène expansé. IV-2 Cas des chaussées à faible trafic IV-2-1 Couverture des blocs par du remblai Le dimensionnement des chaussées à faible trafic est légèrement différent de celui des routes à forte circulation. Il s appuie sur l expérience, la nature des sollicitations et souvent l utilisation de matériaux locaux. Un dimensionnement peut être réalisé à partir de l'abaque liant la performance de la plate-forme à l'épaisseur du matériau granulaire de remblaiement et du "Manuel de conception des chaussées à faible trafic" avec les hypothèses suivantes : Les tableaux ci-dessous présentent, issus du "Manuel de conception des chaussées à faible trafic", Quelques exemples de structures types à base de graves non-traitées : Nature du trafic T4 T5 Matériau Couche de roulement Enduit superficiel BB Couche de base GNT Couche de fondation GNT Couche de forme > 25 > 25 > 25 GNT BB : béton bitumeux - GNT : Grave non-traitée 0/31.5 Les épaisseurs sont estimées en cm 8

9 Quelques exemples de structures types à base de graves traitées aux liants hydrocarbonés : Nature du trafic T4 T5 Matériau Couche de roulement 4 4 BB Couche de base et fondation GB Couche de forme > 25 > 25 GNT BB : béton bitumeux - GB : Grave bitume - GNT : Grave non-traitée Les épaisseurs sont estimées en cm IV-2-2 Couverture des blocs par une dalle béton Le dimensionnement est basé sur le même principe que décrit au I-2. IV-3 Cas des aires de stationnement Un pré-dimensionnement peut être réalisé à partir de l'abaque liant la performance de la plate-forme à l'épaisseur du matériau granulaire de remblaiement et du "Manuel de conception des chaussées à faible trafic" avec les hypothèses suivantes : équivalent trafic : T5 Trafic cumulé N inférieur à 10 4 Avec ces hypothèses, des structures à base de grave non traitée (GNT) à mettre en œuvre sont : Nature du trafic T5 et N < 104 Matériau Couche de roulement 4 5 BB Couche de base et fondation 15 GNT Couche de forme > 25 GNT BB : béton bitumeux - GNT : Grave non-traitée 0/31.5 Les épaisseurs sont estimées en cm IV-4 Cas des massifs paysagers A côté de la route, les massifs paysagers qui recouvrent les blocs de nidaplast RA peuvent être remblayés directement avec de la terre sur le géotextile qui enveloppe le nidaplast RA. Le type et l épaisseur mise en œuvre doivent être adaptés à l usage prévu et d au minimum 0.3 m pour pouvoir y circuler avec des engins d entretien légers. IV-5 Mise en place du remblai sur les blocs nidaplast RA La mise en place du remblai et son compactage doivent se faire de façon à ce que les pressions induites sur les blocs nidaplast RA500 ne dépassent pas 400 kpa et 500 kpa pour le nidaplast RA600, On détermine ainsi, en fonction du matériel de compactage envisagé, l épaisseur minimale de la première couche de remblai. Le nombre de passes à effectuer avec chacun des matériels est ensuite déterminé à partir des règles pratiques de compactage des assises de chaussées (guide Sétra de juillet 2000, Réalisation des remblais et des couches de forme) 9

10 V - COUVERTURE LATERALE DU MASSIF EN NIDAPLAST RA Les blocs nidaplast RA ne doivent jamais rester apparents, ils doivent être protégés des UV et des autres agressions extérieures. Plusieurs types de protection sont possibles : Pour un massif enterré la protection par le remblai adjacent est suffisante, Pour un massif surélevé en forme de pyramide un talus en matériau d au moins 0.5m mise sur les gradins formés par les blocs est la solution la plus courante, Chaussée Couche de forme Matériau de remblai Blocs nidaplast RA Lit de pose. Pour un massif surélevé a paroi plane verticale, plusieurs types de parements sont possibles comme le béton, le métal, la pierre C - SUBSTITUTION D UN SOL PONDEREUX SUR UNE STRUCTURE Un sol a une masse volumique généralement comprise entre 1500 et 2000 kg/m3. Souvent utilisé pour combler un vide, rattraper des niveaux ou créer des volumes, il applique des efforts importants sur le support sur lequel il est appliqué. Les contraintes sont verticales et horizontales. - Verticalement : σv = ϒ h - Horizontalement σh = Ka ϒ h Avec : - ϒ masse volumique du sol - h la hauteur de sol - Ka le coefficient de poussée active = tan² (π /4 Φ /2) où Φ est l angle de frottement interne du sol considéré. Il s agit de l angle de talus maximum que le sol peut supporter sans soutènement. I - EFFORT VERTICAL - Détermination de la contrainte appliquée et de l allègement Si l épaisseur à combler est H, substituer une hauteur H de sol par du remblai allégé de masse volumique g conduit à une réduction de la contrainte de : σv = ϒ h - ϒ h Exemple : Dans le cas d une couche prévue d 1 m² de terre de masse volumique 1 800kg/m3 et d épaisseur de 1m, la substitution de 0.52m de terre en partie basse par un bloc de nidaplast RA de 0.52m conduit à un allègement de : 1800* *0.52 = 916 kg/m² 10

11 II EFFORT HORIZONTAL - Détermination de la contrainte appliquée et de l allègement Le schéma ci-dessous présente les efforts appliqués par un remblai sur une paroi verticale : La force résultante P appliquée sur un mur de largeur b est alors P =1/2 Ka γ h² b. Elle est appliquée au 1/3 de la hauteur. Si l on remplace une partie du remblai directement contiguë au mur (dans la zone de rupture) par le Nidaplast RA matériau plus léger et rigide, on diminue très fortement voire, on supprime cette poussée. Exemple : La poussée horizontale sur un mur vertical de 2m de haut et 1m de large par un sol de masse volumique kg/m3 et de coefficient Ka de 0.3 est : P = 0.5 x 0.3 x 1800 x 2 x 2 x1 = kg/ml Le remplacement de 1.5 m de terre en partie basse par 1.5 m de remblai nidaplast RA conduit à une poussée en partie haute du mur de P = 0.5 x 0.3 x 1800 x 0.5 x 0.5 x 1 = 67.5 kg/ml La diminution de poussée de kg permet de diminuer et d optimiser de façon importante la résistance du mur. 11

12 III MISE EN ŒUVRE DU MASSIF ALLEGE Les blocs et la couverture supérieure sont mis en œuvre comme dans le B. Dans le cas de pose sur une surface horizontale, prévoir l interposition d un drainage horizontal pour l évacuation des eaux de pluies. NB : Les prescriptions indiquées peuvent servir de guide à l'utilisation du produit mais ne doivent pas être considérées comme des garanties de bonne mise en œuvre. De plus, l'utilisation des produits échappe à nos possibilités de contrôle et, relève donc exclusivement du domaine de la responsabilité l'utilisateur. 12

13 Annexe 1 Charge Charge initiale (surcharge 1 1 Charge finale (allégée) 2 2 temps I II II I Tassement Sous l action d une charge (1), le sol se tasse jusqu à une asymptote (I) qui correspond à sa consolidation. Cela peut durer plusieurs années. Sous l action d une charge allégée, le tassement est moindre (2 ) et la consolidation plus rapide (II ). Si on allège un sol qui a déjà tassé (2), on peut atteindre immédiatement la consolidation (II). 13

14 Annexe 2 H20P La figure ci-dessus présente les épaisseurs de grave D2 nécessaires pour obtenir les qualités de plate forme PF 1 et PF 2 (ref. Mémento des spécifications françaises Chaussées Février 84) H20P portance 1 La figure ci-dessus présente les épaisseurs de grave D2 nécessaires pour obtenir les portances 0, 1, 2 et 3 prises en compte dans le dimensionnement des chaussées neuves à faible trafic (ref. Manuel de conception des chaussées neuves à faible trafic - SETRA L.C.P.C. Juillet) 14

15 Annexe 3 H20P Autres structures routières PF2 PF2 H20P C6 C5 C4 Epaisseur de grave en cm (remblai) 15

16 16