Optimisation du réemploi des sols par traitement de sols.pdf · mécanique des sols. Club des Concepteurs Routiers - Pezenas 22/10/2008 20 2 - traitement des sols pour réutilisation

Club des Concepteurs Club des Concepteurs Routiers - PezenasRoutiers - Pezenas22 octobre 200822 octobre 2008

service Géologie –TerrassementsPierre Azemard – Sylvie Nicaise

Optimisation du réemploi Optimisation du réemploi des sols par traitementdes sols par traitement

Club des Concepteurs Routiers - Pezenas 22/10/2008 2

Optimisation du réemploi des solsOptimisation 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)


Limites d’utilisation des sols en Limites d’utilisation des sols en remblai et couches de formesremblai 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


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, …)


Les liants de traitement des solsLes liants de traitement des sols

Les chaux aériennes calciques Norme 98-101

Surtout utilisées pour le traitement des sols humides

Les liants hydrauliques Norme 15-108

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.


Les liants de traitement des solsLes 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


Progressivité des études

Complément des études précédentes en fonction des enjeux et des réponses attendues

Etudes spécifiquesChantier expérimental(malaxage, compactage, poussières, etc…)Performances in situ

Fournir les éléments techniques, économiquesEnvironnementaux pour valider les options du projet

3

Projet d’exécutionÉtude géotech détaillée- remblai : formulations complémentaires- CDF : étude complète

Préciser les éléments obtenus à l’issue de l’étude de niveau 1 pour l’établissement de la solution de base

2

Avant projetreconnaissance géotechniqueFormulation sommaire et nature des produitsEssai d’aptitude (CDF)

Confirmer la faisabilité éléments de prédimensionnement

1

Étude préliminaireCollecte de documentationAnalyse économique et technique du projet

Faisabilité du projet0

Stade du projet concerné

Indications sur le contenu de l’étude

Objectifs de l’étudeNiveau d’étude


1 - traitement des sols pour 1 - traitement des sols pour réutilisation en remblairéutilisation 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


Mécanismes d’action la Mécanismes d’action la Chaux aérienneChaux 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 solRéduction 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)


Action sur la résistance et le compactageAction sur la résistance et le compactage

Exemple de sol A2

Traité à 2% de chaux

Ip

Ip

Modification du comportement de la

fraction argileuse


Mécanismes d’action des produits de Mécanismes d’action des produits de traitement sur les solstraitement sur les sols

Chaux aérienneChaux aérienne Actions à long termeAction 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


Traitement des sols Traitement des sols Caractérisation spécifique des solsCaractérisation 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


Performances à rechercherPerformances à rechercher

15à30

20à40

5à10

7à

15

10à

20

Valeurs de l’IPI à obtenir sur le matériau traité

1215358Valeur de l’IPI en deçà desquelles un traitement peut être envisagé

B5C1B5C2B5

B4C1B4C2B4

A3C1A3C2A3

A2, B6C1A2, C2A2C1B6,C2B6

A1C1A1C2A1

Classes de matériaux(GTR)

Atteindre une portance suffisante dans un délai assez court

pour assurer la traficabilité et permettre la mise en œuvre.

=> Augmente la fenêtre météo / Wn


EtudeEtude de formulationOptimiser 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

7

0

5

10

15

20

25

30

35

0 3 6 9

Dosage en liant (%)

Ind

ice

po

rtan

t im

méd

iat

(IP

I)

W=13%

W=15%

W=18%

Dosages en liant nécessaires pour l'obtention d'un indice portant immédiat (IPI) de 7, 10 ou 15

en fonction des teneurs en eau

0

1

2

3

4

5

6

7

13 14 15 16 17 18

Teneur en eau (%)

Dos

ages

en

liant

(%)

IPI=15

IPI=10

IPI=7

dosage

13%

15%

18%


Autres applications du traitement des sols Autres applications du traitement des sols performances à rechercherperformances 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)↘



Remblaiement en zones d’accès difficileRc 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



Partie basse des hauts remblais en matériaux

sensibles à l’eau ou / et évolutifsRc 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


Base de remblaisBase 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 après préchargement



Raidissement des pentes de talus

Rc à 2 jours + Rc à 28 jours

suite à étude spécifique de mécanique des sols


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


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.


traitement des sols en couche de formetraitement des sols en couche de formeévaluation de l’aptitude au traitement norme NF P 94 100

Etude de Niveau 1

Paramètre non considéré

< 5 %

5 % < Gv < 10 %

> 10 %

Adapté

Douteux

Inadapté

Traitement à la chaux seule

Rtb > 0,2 MPa

0,1 < Rtb < 0,2

Rtb < 0,1 MPa

< 5 %

5 % < Gv < 10 %

> 10 %

Adapté

Douteux

Inadapté

Traitement avec un liant hydraulique, éventuellement associé à la chaux

Résistance en compression diamétrale Rtb

Paramètre considéréGonflement volumique (Gv %)

Aptitude du solType de traitement


traitement des sols en couche de formetraitement 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 )


traitement des sols en couche de formetraitement des sols en couche de forme

Caractérisation du gisementCaractérisation 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


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

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