les remblais en cendres volantes derrière culées d'ouvrages d'art

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1 les remblais en cendres volantes derrière culées d'ouvrages d'art par E. PRANDI Ingénieur des Ponts et Chaussées chargé de l'arrondissement de l'ouest et du Laboratoire Régional d'autun Il est difficile d'éviter tout tassement différentiel au droit des culées des ouvrages d'art. Diverses solutions ont été essayées : aucune n'est vraiment efficace et économique. Ce compte rendu décrit la solution adoptée pour les ouvrages d'art de la N. 74 entre Montceau-les-Mines et Montchanin ; le raccordement des terrassements généraux et de l'ouvrage d'art est réalisé par deux «coins» en cendres volantes. Chaque «coin» a une dizaine de mètres de long au niveau de la plate-forme et 4 à 5 m de haut au droit de la culée. La faible densité optimale et les hautes caractéristiques physiques des cendres doivent procurer les avantages d'un bon remblai léger et d'une dalle de transition bien assise. L'étude de laboratoire a défini les densité et teneur en eau optimale, ainsi que les moyens de compactage. Devant certaines difficultés, le moyen de compactage (vibro-dameur) a été arrêté à la suite d'essais sur un petit chantier expérimental. Une autre série d'essais a fourni les caractéristiques physiques (C, <p) et la courbe de consolidation. Enfin, il a fallu apporter un certain soin à la mise en œuvre pour respecter la teneur en eau des cendres (arrosage, bâchage, etc.). ETUDE DE LABORATOIRE a) - Caractéristiques des cendres volantes Les cendres proviennent de la centrale de LU CY des Houillères du Bassin minier de Montceaules-Mines. Elles passent toutes à 0,5 mm, le tamisât à 0,1 mm est de 95,6 %. b) - Essais de compactage AU LABORATOIRE L'essai Proctor Modifié a été réalisé sur moule Proctor et sur moule C.B.R. La densité sèche maximale est supérieure avec le petit moule (effet de paroi) : 1,56 contre 1,52 avec le moule C.B.R. La teneur en eau optimale est voisine de 15 %. 3-1 Bul. Liaison Labo. P. et C n» 8 - Juil.-août Art. 234

2 Un essai de mise en place par vibration avec une aiguille vibrante ( 0 = 25 mm et fréquence = 15000) a conduit à une densité sèche optimale de 1,47 avec une teneur en eau de 20 %. Ces valeurs caractérisent une intensité de compactage inférieure à l'énergie du Proctor Modifié. L'essai par vibration a montré que l'éprouvette exudait de l'eau lorsque la teneur en eau dépassait 20 % ; au-dessous de ce pourcentage il n'était pas possible d'effectuer cette mise en place. Il en résulte dons les 24 heures qui suivent la mise en place un tassement qui peut atteindre 2 à 3 mm. Il faut donc éviter des teneurs en eau supérieures à 20 % pour éliminer les tassements par consolidation. SUR CHANTIER L'utilisation d'aiguille vibrante conduit à des conditions incompatibles : pour obtenir une densité optimale, il faut une teneur en eau d'au moins 20 %, ce qui peut entraîner des tassements ultérieurs. Nous avons repris les essais sur un petit chantier expérimental avec une plaque vibrante : vibro-dameur type VS 6. Le début de l'essai a été gêné par une faible teneur en eau des cendres : 7 %. Le lendemain, le contact avec le sol humide (schiste) avait fait remonter la teneur en eau à 16 % dans les 10 cm inférieurs. Un essai au capillarimètre du laboratoire des Ponts et Chaussées a permis de confirmer cette sensibilité à l'ascension capillair e : h = 330 cm kh - 5,6 cm /H 2 Lorsque la teneur en eau est insuffisante, le compactage au vibro-dameur est difficile : mauvaise direction de la dame et couche superficielle pulvérulente. Nous avons complété l'humidification des cendres par arrosage et effectué le compactage le lendemain matin. Les mesures de teneur en eau montrent que la diffusion se fait sans difficulté : leurs valeurs restent comprises entre 13,9 % et 15,1 %, sauf au contact immédiat du sol en place où elles sont de 17,2 et 17,8 %. Cette constatation confirme la sensibilité aux remontées capillaires. Finalement, nous avons obtenu avec le vibro-dameur une courbe de compactage voisine de la courbe Proctor Modifié. Il est donc possible d'obtenir sur le chantier une densité sèche de 1,50 avec une teneur en eau de 15 %, (fig. 1.). 1.6 o '01 in 1.5 o Densires obtenues en place au vibro-dameur Prochor modifie (gros moule) ir O / / / \ / Teneur en eau de compactage Fig. 1 - Courbe de densités obtenues au vibro-dameur en fonction de la teneur en eau des cendres. 3-2

3 Le chantier expérimental a également montré que l'arrosage des cendres volantes, la veille du compactage, permet la correction de la teneur en eau. c) - Essais de cisaillement Les essais ont été réalisés sur éprouvettes compactées au Proctor Normal et au Proctor Modifié avec des teneurs en eau respectives de 22 % et 15 %. Les boîtes étaient carrées (6 x 6) ou rondes (0 = 6 cm). On constate que l'angle ç. varie de 29 à 39. Les cohésions sont supérieures dans les essais en boîte carrée. Pour l'énergie de compactage du Proctor Modifié, elle varie de 0,70 kg/cm dans 2 l'essai non saturé «carré» à 0,33 kg/cm dans 2 l'essai saturé «circulaire». d) - Essais œdométriques Ils ont été réalisés sur éprouvettes Proctor Normal et Proctor Modifié. La pression de consolidation est comprise entre 1,4 kg/cm 2 (Proctor Normal) et 1,6 kg/cm 2 (Proctor Modifié). Le coefficient de compressibilité est faible, de l'ordre de Les coefficients de consolidation varient de pour une charge de 1 kg/ cm à 2,5 2 ; 1 0" pour des charges de 4 10 kg/cm. 2 Il est à noter que le remblai exerce une pression de 0,9 kg/cm 2 sur la couche inférieure la plus sollicitée : avec les charges roulantes, la pression maxima est inférieure à la pression de consolidation. MISE EN ŒUVRE Les terrassements généraux sont arrêtés suivant un profil en escalier dont la pente moyenne est de 2/1. Le pied de talus est à 2 ou 3 mètres de la culée. On commence par répandre une couche de grave 0/60 de rivière sur 0,40 m d'épaisseur, {fig. 2). Cette couche bien drainée à l'aval évite '^PiiltiiSi» I Fig. 2 - Mise en place du gravier 0/60 le long du cadre, avant mise en œuvre des cendres. 3-3

4 toute remontée capillaire dans les couches inférieures de cendres volantes. Le drain est retourné verticalement contre la culée et les murs en aile. Les cendres sont protégées latéralement par des banquettes en remblai ordinaire qui sont ensuite engazonnées. Les cendres, en provenance de la centrale de Lucy à des teneurs en eau oscillant de 6 à 8 %, sont répandues par couche de 0,25 m. Elles sont humidifiées avec une lance d'arrosage jusqu'à une teneur en eau voisine de 15 %. Le compactage de la couche est réalisé le lendemain matin lorsque l'eau s'est bien diffusée dans la masse, avec le vibro-dameur VS 6 de 600 kg. Le compactage soigné demande une matinée. Le cycle recommence l'après-midi avec une nouvelle couche. Pour rester maître de la teneur en eau, le chantier est recouvert pendant la nuit d'un film plastique de polyane Al de 200 microns d'épaisseur (fig. 3). Le film est livré en rouleaux de 50 m de longueur en 5,50 m de largeur et a été utilisé pour la protection du remblai des 2 culées sans dommage. D'autres réemplois possibles abaisseront encore le prix de revient déjà faible. La mise en œuvre, effectuée en régie, a été compliquée par la mise en place d'appareils de contrôle de tassement, suivant le modèle établi par le Laboratoire d'autun. Au total, il a fallu heures d'ouvriers pour 625 m 3 de cendres et 130 m 3 de 0/60 mis en place. Le contrôle des teneurs en eau par carottage dans le remblai a montré de faibles variations, entre 16 et 20 %. Les plus fortes teneurs en eau se trouvent au fond de remblai (fig. 4). Fig. 3 - Dame vibrante et film plastique Polyane. 3-4

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6 MONTAGE ET MISE EN PLACE DES APPAREILS POUR MESURE DU TASSEMENT DES REMBLAIS EN CENDRES VOLANTES a) - Mise en place des appareils Les plaques ont été placées sur le remblai supportant les cendres volantes pour apprécier les tassements de ce support en fonction de son épaisseur, le tassement éventuel des cendres volantes ayant été estimé par ailleurs par des essais de laboratoire. Les plaques ont été disposées conformément au croquis joint, (fig. 5). b) - Procédure de Montage (fig. 6) Pendant la mise en œuvre des cendres volantes, le montage des plaques s'est effectué comme suit : 1) Mise en place de la plaque (1) horizontalement. 2) Bouchage manchon (2) (bouchon pas à gauche [10]). Remblaiement et compactage 3) Forage après l'opération précédente. Fig. 5 - Appareillage pour mesure de tassement des remblais. Emplacement des 8 appareils Coupe longitudinale aa. 3-6

7 4) Enlever bouchon ( 10). Visser et bloquer tube polyvinile 24 x 32 (4) et tube 33 x 42 (5) (bouchon pas à droite [11]). Remblaiement et compactage couche suivante 5) Enlever bouchon (11), visser et bloquer tube suivant (après forage) sans débloquer le 1" tube (pas à gauche). Même opération pour le montage de la série de tube. 6) Lorsque tous les tubes sont montés, introduire la tige (8) munie de ses rondelles de centrage (9). La visser et la bloquer. 7) Dévisser la série de tubes (suppression liaison tubes - plaque) en tournant l'extrémité supérieure du tubage I dans le Tube chauffage 9 33x42 filetage à droite Bouchage de chaque tube avant compactage d'une couche supérieure de remblai Coupe schématique du remblai en cendres volantes ( Appareillage mis en place) Schema de montage avant mise en service Fig. 6 - Appareillage utilisé pour mesure de tassement. 3-7

8 sens des aiguilles d'une montre. Essayer de soulever légèrement le tubage. L'obturer définitivement jusqu'à la période de mesures. N.B. Prendre soin pour la pose de chaque tube de ne pas introduire de cendres volantes à l'intérieur du tube, susceptibles de gêner la fixation de la tige (8) ; enduire de graisse tous les filetages ; l'extrémité de la tige (8) peut être protégée au niveau du remblai par une boucle à clé, (fig. 7). RESULTATS Les tassements du remblai supportant les cendres volantes ont été suivis au niveau à partir d'une station située en dehors de l'ouvrage ; la précision du nivellement est supérieur au mm. L'ouvrage a été terminé en mars Les remblais supportant les cendres volantes ont été mis en place en avril 1963 (côté Montceau) et mai 1963 (côté Bois-Bretoux). Les cendres volantes ont été mises en œuvre en mai 1963 (côté Montceau) et juin 1963 (côté Bois-Bretoux). Des nivellements ont été effectués à raison de deux tous les mois, jusqu'au mois de janvier 1964, et d'un par mois depuis cette dite. Aucun tassement mesurable n'a été décelé sur les 8 appareils, un an après la mise en œuvre. Nous comptons utiliser dans les mois à venir les appareils de mesure du tassement des remblais, du Laboratoire de Saint-Quentin, et mesurer à la fois le tassement du remblai supportant les cendres volantes et le tassement de celles-ci, apprécié jusqu'ici par les seuls essais de Laboratoire. Fig. 7 - Mise en place du dispositif de contrôle du tassement, protection par bouche à clé. Dans l'article de M. PRANDI est décrit un appareil de mesure de tassement utilisé par le Laboratoire Régional d'autun. Sur le même sujet il a été publié dans le N 6 du Bulletin de Liaison, une Information du Laboratoire Régional de Saint-Quentin sur un dispositif utilisant le principe des vases communiquants. Dans ce même bulletin, le lecteur trouvera dans la partie «Informations», la description d'un nouvel appareil de mesure de tassement présenté par le Laboratoire Régional d'angers. 3-8