Mastère Génie Civil Européen

ÉCOLE NATIONALE DES PONTS ET CHAUSSÉES Année 2009-2010 Mastère Génie Civil Européen Géotechnique 1-8 avril 2010 Compactage des remblais ÉTUDE DES REMBLAIS ET DÉBLAIS DU TRACÉ D UN PROJET DE DÉVIATION Un projet de déviation traverse une vallée dont la géométrie a conduit au choix d un remblai entouré de deux déblais (Figure 1). Le volume total des déblais est de 80.000 m 3 et celui du remblai de 65.000 m 3. Nous ne nous occupons pas de l ouvrage de franchissement de la rivière. Figure 1. Coupe schématique de la vallée L étude géologique a identifié la présence de quatre formations géologiques : - des limons de surface, - une couche de sable argileux, - une couche d argile plastique, - des colluvions (dépôts de pente), qui contiennent localement de petites nappes. Les sondages ont permis de réaliser des essais d identification de ces différentes familles de sols. Les résultats sont donnés ci-dessous. Pour les limons de surface, les essais ont fourni les valeurs suivantes : Teneur massique en particules fines : C 80µm = 90 % Valeur de bleu : V B = 1,9 g/100g Indice de plasticité : I P = 10 Teneur en eau à l optimum Proctor normal : w OPN = 13 % Masse volumique sèche à l OPN : ρ d OPN = 1,87 t/m 3 Teneurs en eau naturelles : 15 15,2 15,5 15,7 15,9 18 18,2 Pour l argile plastique, les essais ont fourni les valeurs suivantes : Teneur massique en particules fines : C 80µm = 98 % Valeur de bleu : V B = 8,8 g/100g Indice de plasticité : I P = 37 Teneur en eau à l optimum Proctor normal : w OPN = 25 % Masse volumique sèche à l OPN : ρ d OPN = 1,53 t/m 3 Teneurs en eau naturelles : 23,9 30,2 30,9 33 33,2-34 Le sable argileux et les colluvions ont fait l objet d essais dont les résultats sont présentés dans les tableaux 1 et 2. 1/10

Tableau 1. Essais d identification du sable argileux a. Courbe granulométrique d (mm) 0,002 0,006 0,01 0,02 0,08 0,1 0,2 0,6 1 2 6 10 20 60 % < d 5,4 16 22 32 50 53 61 71 75 80 87 90 95 100 b. Courbe de compactage de l essai Proctor normal w (%) 12,5 15 16,7 18 19,4 ρ d (t/m 3 ) 1,71 1,77 1,80 1,77 1,74 c. Courbes de tassement de l essai CBR (IPI). Le piston a une surface S = 19,35 cm 2. w = 12,5 % Enfoncement (mm) 1,25 2 2,5 5 7,5 10 Force (kn) 2,05 2,78 3,14 4,53 5,57 6,45 w = 15 % Enfoncement (mm) 1,25 2 2,5 5 7,5 10 Force (kn) 1,69 2,24 2,54 3,57 4,16 4,59 w = 16,7 % Enfoncement (mm) 1,25 2 2,5 5 7,5 10 Force (kn) 1,03 1,37 1,54 2,09 2,40 2,60 w = 18 % Enfoncement (mm) 1,25 2 2,5 5 7,5 10 Force (kn) 0,6 0,83 0,94 1,33 1,59 1,77 w = 19,4 % Enfoncement (mm) 1,25 2 2,5 5 7,5 10 Force (kn) 0,33 0,47 0,53 0,79 0,94 1,08 d. Autres essais Limites de consistance Limite de plasticité w P = 22 Limite de liquidité w L = 46 Valeur de bleu V B = 3,45 g/100g V BS = 2,96 g/100g Teneurs en eau naturelles (%) : 16 17-17,2 18,3 19 19,2 20 20,2 Tableau 2. Essais d identification des colluvions a. Courbe granulométrique d (mm) 0,002 0,006 0,01 0,02 0,08 0,1 0,2 0,6 1 2 6 10 20 60 % < d 9 27 37 53 78 82 89 95 96 97 99 100 100 100 b. Courbe de compactage de l essai Proctor normal w (%) 13,8 14,6 16,6 18 19 ρ d (t/m 3 ) 1,75 1,77 1,79 1,77 1,73 c. Courbes de tassement de l essai CBR (IPI). Le piston a une surface S = 19,35 cm 2. w = 12,5 % Enfoncement (mm) 1,25 2 2,5 5 7,5 10 Force (kn) 2,19 2,78 3,09 4,16 4,82 5,31 w = 15 % Enfoncement (mm) 1,25 2 2,5 5 7,5 10 Force (kn) 2,04 2,59 2,88 3,92 4,62 5,20 w = 16,7 % Enfoncement (mm) 1,25 2 2,5 5 7,5 10 Force (kn) 1,28 1,75 1,98 2,68 3,01 3,20 w = 18 % Enfoncement (mm) 1,25 2 2,5 5 7,5 10 Force (kn) 1,01 1,28 1,42 1,87 2,14 2,32 w = 19,4 % Enfoncement (mm) 1,25 2 2,5 5 7,5 10 Force (kn) 0,44 0,60 0,67 0,94 1,10 1,17 d. Autres essais Limites de consistance Limite de plasticité w P = 20 Limite de liquidité w L = 40 Valeur de bleu V B = 4,40 g/100g V BS = 4,33 g/100g Teneurs en eau naturelles (%) : 15,7 18,3-18,7 19,6 21,5 21,5 21,8 22 2/10

1. Tracer sur le diagramme joint les courbes granulométriques du sable argileux et des colluvions. 2. Déterminer la dénomination des quatre familles de sols dans la classification des terrassements routiers (GTR). 3. Déterminer, dans les conditions de l essai Proctor normal, la teneur en eau optimale et la masse volumique sèche optimale du sable argileux et des colluvions. Vous utiliserez les diagrammes joints. 4. Quels sont parmi les quatre familles de sols du site celles qui sont réutilisables en remblai et dans quelles conditions? 3/10

Diagrammes de travail 1. Courbe granulométrique 100 80 Tamisat (%) 60 40 20 0 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 Dimension des particules (mm) 2. Essai Proctor 4/10

ANNEXE Éléments sur la compactibilité des sols (d après le GTR 2000). Introduction La classification française pour les terrassements a été élaborée pour diviser les matériaux naturels en sous-classes qui ont les mêmes comportements à l extraction et au compactage et des comportements comparables à long terme. Les remblais et couches de forme doivent avoir des propriétés spécifiées dans les projets et que l on mesure par des essais. Des études expérimentales très complètes ont permis de définir les conditions de passage des différents matériaux initiaux possibles à un remblai ou une couche de forme de comportement spécifié : - possibilité ou non de réemploi, - nécessité de modifier ou non la teneur en eau, - nécessité d un traitement à la chaux, - épaisseur des couches, - type de compacteur et intensité du compactage (énergie et nombre de passes), en fonction des conditions climatiques lors de l exécution du chantier. Le système de classification des sols pour les terrassements est défini par la norme NF P 11-300. Classification des sols pour les terrassements La classification distingue trois familles de matériaux : - les sols (classes A, B, C et D), - les roches (classe R), - les matériaux organiques et les produits industriels (classe F). Trois critères de classification sont utilisés : - la nature des sols (courbe granulométrique, propriétés des particules fines), - la résistance (essais Los Angeles, Micro-Deval Humide, fragmentabilité, dégradabilité, ), - l état hydrique (indice portant immédiat I PI, indice de consistance I c, rapport de la teneur en eau naturelle à la teneur en eau optimale proctor w n /w OMC ). Les sols sont classés d après leur granularité : - A = sols fins (teneur en fines C 80µm > 35%, pas de particules plus grandes que 50 mm : D max < 50mm) Cette classe est subdivisée en quatre sous-classes A 1 -A 2 -A 3 -A 4 sur la base des valeurs de bleu V BS ou de l indice de plasticité I P ; - B = sols sableux et graveleux avec fines : D max < 50 mm, avec une teneur en fines comprise entre 12% et 35% ou bien avec une teneur en fines C 80µm inférieure à 12% mais avec une valeur de bleu V BS > 0,1 g/100g. Cette classe est subdivisée en six sous-classes B 1 -B 2 -B 3 -B 4 -B 5 -B 6 sur la base de la teneur en particules supérieures à 2 mm et de l indice de plasticité I P, de la valeur de bleu V BS ou de l équivalent de sable E s ; - C = sols comportant des fines et de gros éléments (D max > 50mm). Cette classe est subdivisée en deux sous-classes C 1 et C 2. en fonction de critères sur la granularité et la forme des particules ; - D = sols insensibles à l eau : sols grenus ayant une teneur en fines faible (C 80µm < 12%), un indice de plasticité I P ou une valeur de bleu faible (V BS < 0,1 g/100g) et un D max < 50 mm. Cette classe est subdivisée en deux sous-classes D 1 -D 2 sur la base du pourcentage de particules plus grandes que 2 mm (ou de C 2mm ). Les limites des classes sont représentées sur la figure 1. Les sols reçoivent des noms de la forme : - pour les sols sans particules plus grandes que 50mm : A 2, B 5, D 1, ; - pour les sols contenant des particules plus grandes que 50 mm : C 1 A3, C 2 B 2, 5/10

< 80 µm 100% 12 25 40 I P A 1 A 2 A 3 A 4 35 % B 5 B 6 12 % 100 % D 1 B 1 B 2 70 % < 2 mm D 2 B 3 B 4 0,1 0,2 1,5 2,5 6 8 Figure 1. Définition des classes A, B et D de la classification des sols pour les terrassements V BS Exemples de classement : A 2 : sol fin (plus de 35% de particules fines, C 80µm > 35%), d indice de plasticité compris entre 12 et 25. C 1 -B 5 : sol comportant des particules plus grandes que 50 mm mais représentant moins de 20-40% de l échantillon prélevé et/ou comportant de grandes particules arrondies. La fraction inférieure à 50 mm est un sable ou un gravier d indice de plasticité inférieur à 12. C 2 -D 2 : sol dont la fraction plus grande que 50 mm représente au moins 20-40% de l échantillon total, avec des particules anguleuses. La fraction inférieure à 50 mm est une grave propre. B 6 : sol dont la fraction fine est comprise entre 12 et 35% et dont la plus grosse particule a une dimension D max inférieure à 40 mm. Le choix entre B 5 et B 6 se fait d après la valeur de bleu (au seuil de 1,5 g/100g). Caractérisation de l état hydrique du sol L état hydrique du sol est un paramètre de classification important pour l emploi des sols dans les remblais. L évaluation de la teneur en eau du sol (lorsqu il est sensible à l eau) est fondée sur la valeur de son indice portant immédiat I PI ou sur sa teneur en eau naturelle w n rapportée à la teneur en eau optimale déduite d un essai Proctor standard w OPN sur la fraction inférieure à 20 mm (C 20mm ) ou bien encore sur la valeur de l indice de consistance du sol I c. Cinq états hydriques sont définis : très sec (ts), sec (s), normal (m), humide (h), très humide (th). L état normal (m) est le meilleur pour la mise en place du sol en remblai. Il permet en particulier un compactage adéquat du sol. Les états humide (h) et très humide (th) rendent la circulation et le compactage des sols difficiles (un sol à l état très humide n est normalement pas circulable par un atelier de terrassement courant). Les états sec (s) et très sec (ts) rendent le sol difficile à compacter pour former des massifs de remblai stable (on considère qu il est impossible de compacter correctement un sol très sec par les méthodes usuelles). 6/10

Les seuils utilisés pour distinguer ces états hydriques pour les différentes sous-classes de sols sont données rassemblés dans le tableau suivant : Seuils d état hydrique Type de sol Essais de référence ts s m h th A 1 I PI 25 8 3 w n /w OPN 0,7 0,9 1,1 1,25 A 2 I PI 15 5 2 w n /w OPN 0,7 0,9 1,1 1,3 I c 1,4 1,2 1,05 0,9 A 3 I PI 10 3 1 w n /w OPN 0,7 0,9 1,2 1,4 I c 1,3 1,15 1 0,8 A 4 Étude spéciale nécessaire B 1 Pas de sensibilité à la teneur en eau B 2 I PI 8 4 w n /w OPN 0,5 0,9 1,1 1,25 B 3 Pas de sensibilité à la teneur en eau B 4 I PI 15 7 w n /w OPN 0,6 0,9 1,1 1,25 B 5 I PI 30 12 5 w n /w OPN 0,6 0,9 1,1 1,25 B 6 I PI 25 10 4 w n /w OPN 0,7 0,9 1,1 1,3 I c 1,3 1,2 1 0,8 Les seuils recommandés sont donnés en gras et italique. Classification des sols d après leur état hydrique En pratique, les propriétés des sols utilisées pour la classification se correspondent comme indiqué dans le tableau suivant. 2,5 < V bs 6 12 < I P 25 A 2 IPI 2 or I c 0,9 or w n 1,3 w OPN 2 < IPI 5 or 0,9 < I c 1,05 or 1,1 w OPN w n < 1,3 w OPN 5 < IPI 15 or 1,05 < I c 1,2 or 0,9 w OPN w n < 1,1 w OPN 1,2 < I c 1,4 or 0,7 w OPN w n < 0,9 w OPN 1,2 < I c 1,4 or 0,7 w OPN w n < 0,9 w OPN A 2 th A 2 h A 2 m A 2 s A 2 ts 7/10

Conditions d utilisation des sols en remblai Les règles présentées par le GTR 1992 s appuient sur deux catégories de paramètres, qui caractérisent : - les conditions imposées : o classement du sol (d après sa nature et son état hydrique), o conditions climatiques (pluies, évaporation) ; - les conditions d utilisation du sol en remblai, qui peuvent être choisies : o mode d extraction (frontal ou par couches), o modification de la courbe granulométrique (élimination d une fraction, fragmentation), o correction de la teneur en eau (maintenir ou modifier la teneur en eau naturelle), o traitement (la chaux), o épaisseur des couches (pour faciliter la fragmentation ou les échanges d eau), o énergie de compactage (faible, moyenne ou forte), o épaisseur maximale des remblais (<5m, <10m). Pour chaque classe de sol des recommandations sont données pour le compactage en fonction des conditions climatiques. Par exemple, pour la sous-classe A1, les recommandations suivantes sont données. Classe Climat Uilisation Conditions Compactage Couches A 1 th tous non humide non normal oui traitement modéré A 1 h sec oui remblai < 5m faible sec oui correction de teneur en eau h < 10m modéré fines sec oui traitement modéré très humide non A 1 m humide oui Protection, h < 10m modéré normal oui modéré sec oui arrosage modéré sec oui h < 10m intense très humide non A 1 s humide oui correction de teneur en eau h < 10m modéré fines normal oui h < 10m intense sec oui arrosage, h < 5m intense A 1 ts 8/10

Prescriptions de compactage Types de compactage Classement des compacteurs On distingue les types de compacteurs suivants : Compacteurs à pneus : trois classes d après la charge par roue C R : P 1, P 2, P 3 Compacteurs vibrants à cylindre lisse : cinq classes d après la charge statique totale par unité de longueur de la génératrice vibrante M 1 /L, multipliée par l amplitude théorique à vide A 0 : V 1, V 2, V 3, V 4, V 5 ; Compacteurs vibrants à pieds dameurs : quatre classes d après le même critère : VP 1, VP 2, VP 3, VP 4, VP 5 ; Compacteurs statiques à pieds dameurs : deux classes d après la charge statique totale par unité de largeur du cylindre M 1 /L : SP 1, SP 2 ; Plaques vibrantes : quatre classes d après la pression statique sous la semelle (masse totale divisée par la surface) : PQ 1, PQ 2, PQ 3, PQ 4, dont seules les deux dernières sont prises en compte pour le compactage des remblais (les autres servent au compactage des tranchées). 9/10

[Extrait du GTR 1992, 2 ème édition 2000] 10/10