F.3.2.2 Sous-fondations obtenues par traitement du sol en place

1

CCT Qualiroutes – FormationsAutomne 2011

http://qc.spw.wallonie.be

Traitement de sols de remblais, fond de coffre et sous-fondations (E.3.4, F.2.3, F.3.2.2)

Colette Grégoire, CRR

http://qc.spw.wallonie.be/




Objectifs du traitement de sol

• Le traitement de sol avec un liant adéquat permet de revaloriser le sol en place pour des applications en terrassement, fond de coffre, remblayage de

tranchées ou sous-fondations

• Avantages techniques, économiques et environnementaux– Valorisation du sol en place (sol difficile ou trop humide) et

terres déblais– Préservation des matériaux naturels– Circulation des engins de chantiers facilitée - Accélération des

travaux– Réduction des coûts/nuisances liés au transport (évacuation et

apport des matériaux)

• Type de traitement : Amélioration ≠ Stabilisation

• Traitement de sol requiert une étude préliminaire en laboratoire, le respect de bonnes règles de mise en oeuvre et les contrôles appropriés





Types de traitement

• Amélioration: – Opération quasi instantanée qui consiste à améliorer les

propriétés géotechniques du sol: augmentation de la portance, de la résistance à la pénétration, amélioration de l’aptitude du sol au compactage

– Nature du sol inchangée – Pas de garantie de durabilité vis-à-vis de l’eau ou du gel

➙ Amélioration de sols pour fond de coffre, remblais, remblayage de tranchées, etc.

• Stabilisation: – Opération qui consiste à augmenter très sensiblement les

caractéristiques mécaniques du sol, lui conférant un état définitif de stabilité à l’eau et au gel

– Durcissement graduel du mélange dans les semaines et mois après compactage

➙ Stabilisation de sols pour sous-fondations routières, fondations de dalles industrielles, etc.





Etapes du traitement

• Prélèvements d’échantillons représentatifs (Niveau nappe phréatique ? Teneur en eau in situ ?) – min. 200 kg par type de sol à traiter

• Détermination de l’homogénéité / hétérogénéité des matériaux

• Analyse des échantillons• Etude de formulation en laboratoire• Exécution soignée et contrôles requis




http://qc.spw.wallonie.be5

Traitement de certains sols de remblais (E. 3.4)

Identification des échantillons représentatifs• Teneur en eau in situ• Granulométrie simplifiée (Dmax, passant à 2 mm et

passant à 0,063 mm)• Valeur de bleu de méthylène• Teneur en matières organiques • Courbe Proctor normal• IPI (pour chaque point de la courbe Proctor)

Identification du sol à traiter est essentielle pour définir le liant, le dosage optimal en fonction du type de traitement






Liants:

• Chaux (sols fins trop humides – argileux ou limoneux)• Ciment (sols peu ou pas argileux)• Chaux + ciment• LHR (sols peu ou moyennement argileux - prétraitement

à la chaux éventuel)• Fines de scories (in situ ou en centrale)





Traitement de certains sols de remblais (E 3.4)

Principe du traitement à la chaux (Chaux NBN EN 459 CL90-Q)

1. Par floculation des particules argileuses

Avant traitement (grumeaux non stables) Après traitement (grumeaux stables)

• Agglomération des particules argileuses en grumeaux stables - formation de ponts Ca(OH)2 ou CaOH+ entre les feuillets d’argiles

• Floculation (formation de grumeaux stables) est à l’origine de l’amélioration quasi instantanée des caractéristiques géotechniques du sol






Chaux NBN EN 459 CL90-Q

2. Par assèchement:• Hydratation: CaO+ H2O Ca(OH)2

+ chaleur

• Evaporation: élévation de la température du mélange par la chaleur dégagée lors de la réaction d’hydratation

• Augmentation de la matière sèche

• Malaxage: aération du mélange

• Réaction: -w 0,7 % par 1% CaO

• Exposition (soleil et vent): -w 0 à 2,5 % (selon circonstances)





Traitement de certains sols de remblais (E. 3.4)Processus d’amélioration

Essai Proctor normal

I.P.I.

1,600

1,700

1,800

1,900

I.P.I. (%)

10

0

1,500

d3(g/cm )

12 14 16 18 20 22 24 26

Teneur en eau au compactage (%)10 12 14 16 18 20 22 24 26

10

20

30

40

50

3 % de chaux2 % de chaux1 % de chauxsans chaux

3 % de chaux2 % de chaux1 % de chauxsans chaux

Amélioration quasi instantanée des caractéristiques géotechniques du sol: Compactage à l’état solide

Modification de la courbe Proctor (plus aplatie, rd moindre, wOPN plus élevée) Amélioration des caractéristiques du compactage

Déplacement des courbes IPI ou CBR vers les teneurs en eau plus élevées. Augmentation significative des IPI ou CBR Augmentation de la portance





Traitement de certains sols de remblais (E 3.4)

• Etude de formulation: pour un sol donné, étude des performances mécaniques dans le temps pour différents dosages en agent de traitement, dans la plage des teneurs en eau in situ (à réaliser au stade projet)

• Pour différents dosages en liant (au minimum les essais suivants):– IPI ≥ 15 %– CBR4j immersion /IPI ≥ 1 (ne doit pas être vérifié si IPI > 40 %)





Traitement de certains sols de remblais (E 3.4) Etude de formulation (Guide pratique 3-CRR)

• Remblais et fond de coffre - Etude de formulation complète (volume > 5000 m3)• Sol naturel: Courbe Proctor normal et IPI des mêmes éprouvettes (min. 5

points)• 3 dosages différents et 4 teneurs en eau• Incorporation de la chaux ou LH• Malaxage

• Pour la chaux ou LHR: – Conservation sacs hermétiques – Après 2h, compactage à énergie Proctor Normal

• Pour le ciment: – Directement après malaxage, compactage à énergie Proctor Normal

• Mesure IPI sur chacune des éprouvettes (3 dosages et 4 w)• Mesure de CBR4j immersion/IPI à wn pour chaque dosageRemarque: in situ, un délai entre malaxage et compactage (chaux, LHR) peut être favorable





Traitement de certains sols de remblais (E 3.4) Etude de formulation (Guide 3-CRR)

Catégorie de sol Valeur d’IPI à atteindre (remblais)

Valeur d’IPI à atteindre (fond

de coffre)Limons et argiles

peu plastiques (MB≤25)

10 12

Limons et argiles(25<MB≤60)

7 10

Argiles très plastiques (MB>60)

5 8

Sables 15 15Graves 20 20

CBR4j immersion/IPI ≥ 1

Objectif de portance (IPI) à atteindre selon le type de sol:





Traitement de certains sols de remblais (E. 3.4)Détermination des dosages sur base d’une étude de formulation





• Vérifier l’humidité du sol (à ajuster si nécessaire) • Respecter le dosage de liant (écart < 10 à 20 % selon liant)

• Sur toute la surface à traiter, par bandes parallèles adjacentes avec un recouvrement de 10 cm (réduire au max. production poussière)

• Contrôle ponctuel par pesage d’une bâche de 0.5 m2 ou d’une platine de surface connue ou contrôle quotidien du poids total répandu sur une surface donnée

Exécution: épandage





Exécution: épandage

En cas de pluie soudaine:

• Chaux ou LHR: Arrêt de épandage-premier malaxage et lissage surface. A la reprise, on termine le malaxage + épandage complémentaire éventuel.

• Ciment: Interruption épandage-on termine le malaxage le plus vite possible et compactage final.





Exécution des travaux• Malaxage (in situ)

– Recouvrement des bandes longitudinales sur min. 10 cm

– La profondeur de malaxage varie entre 20 et 55 cm – fixé par les doc. de marché (moyenne et à défaut 30 cm)

– Obtention d’un mélange homogène en structure et couleur sur toute épaisseur

• Compactage et nivellement du sol traité– Compactage à la densité visée– Fin du compactage pendant le délai de

maniabilité du mélange (délai pour la chaux, LHR, : max. 4h, ciment: max. 2 heures)

– Réglage directement après le compactage par rabotage

• Contrôle par un essai à la plaque (dans les 72h)





Exécution des travaux

Protection des couches traitées (chaux, LH)

• Si pour des raisons d’organisation de chantier ou de conditions climatologiques, il n’est pas possible de poursuivre immédiatement les travaux des couches complémentaires de la structure routière, la surface traitée doit être protégée contre les effets d’humidification et d’assèchement

• Si dans les 7 jours la couche suivante n’est pas placée : protection par une émulsion de bitume (0,7 l/m²) suivie éventuellement d’un sablage (3 kg/m²).





Exécution des travaux

Points importants pour l’exécution

• Parvenir à un matériau homogène en granulométrie et teneur en eau

• Respecter le dosage défini lors de l’étude de formulation

• Respecter les épaisseurs de mise en oeuvre et la compacité

• Interfaces de qualité permettant le collage des couches entre elles

• Réaliser le chantier dans des conditions climatiques normales (interrompre le traitement en cas de fortes pluies, ne pas traiter sous une température inférieure à 4°C).





Fond de coffre





Traitement du fond de coffre au moyen d’un additif (F.2.3)

Amélioration (sauf si le fond de coffre est considéré comme sous-fondation)

Le liant utilisé:• Ciment• Chaux• LHR• Fines de scories

Etude de formulation (plusieurs dosages et teneurs en eau in situ)

• Courbe Proctor• CBR• IPI et CBR4j immersion





Traitement du fond de coffre au moyen d’un additif (F.2.3)

Prescriptions• CBR ≥ 20 %• Portance à terme CBR4j immersion /IPI ≥ 1 (ne doit pas être

vérifié si IPI > 40 %)





Traitement du fond de coffre au moyen d’un additif (F.2.3) Etude de formulation (Guide 3-CRR)

Catégorie de sol Valeur d’IPI à atteindre (remblais)

Valeur d’IPI à atteindre (fond

de coffre)Limons et argiles

peu plastiques (MB≤25)

10 12

Limons et argiles(25<MB≤60)

7 10

Argiles très plastiques (MB>60)

5 8

Sables 15 15Graves 20 20

CBR4j immersion/IPI ≥ 1

Objectif de portance (IPI) à atteindre selon le type de sol:





Traitement du fond de coffre au moyen d’un additif (F.2.3)Exécution

Chaux• Délai entre le malaxage et le compactage varie entre 2 et 4

heures• Protection:

– Application au plus tard en fin de journée d’une émulsion de bitume (0,7 l/m²) suivie éventuellement d’un sablage (3 kg/m²).

Ciment ou LHR• Délai entre le malaxage et le compactage est de max. 2 heures

pour le ciment et conforme aux prescriptions du fournisseur de LHR

• Protection – Arrosage modéré de la surface immédiatement après le dernier

passage des engins de compactage– Epandage au plus tard en fin de journée d’une émulsion de

bitume (0,7 l/m²) suivie éventuellement d’un sablage (3 kg/m²)





Traitement au moyen des fines de scories(Amélioration de remblais ou fond de coffre)

Fines de scories

• Amélioration des sols fins humides (limoneux ou argileux) - pas applicables aux sols sableux (insensibles à l’eau)

• Favorisent la mise en oeuvre des couches et permettent un compactage correct

• Effets: correction granulométrique du mélange, réduction de la teneur en eau et floculation des particules argileuses

• Principe des études de laboratoire similaire aux autres liants





Sous-fondation





F.3.2.2 Sous-fondations obtenues par traitement du sol en place

• Objectifs: assurer la traficabilité, obtenir compacité visée, portance élevée et une durabilité de celle-ci sous l’influence de l’eau et du gel

• Type de traitement : STABILISATION (résistance à l’eau et au gel !)

• Liant : ciment, chaux, LHR, (traitement mixte chaux + LH)





F.3.2.2 Sous-fondations obtenues par traitement du sol en placeStabilisation

• Ciment ou LHR (sans chaux vive en constituant principal)– Sols peu ou pas argileux– Prise hydraulique - Durcissement du mélange – Stabilité à l’eau et au gel– Augmentation de la portance– Vitesse de prise dépend des constituants du LH et leur finesse -

teneur en eau – température – matières organiques– Les LHR ont un délai de maniabilité plus long que le ciment

• Chaux– Sols moyennement à fortement argileux (Ip > 20)– Réaction pouzzolanique - Durcissement plus lent que le ciment– Augmentation de la portance, du CBR et de la résistance à la

compression– A terme, caractéristiques durables du mélange sol-chaux





F.3.2.2 Sous-fondations obtenues par traitement du sol en placeStabilisation

• Traitement mixte– Chaux flocule les argiles et assèche le sol ➙ facilite l’incorporation du LH ➙ amélioration de la circulation des engins, réduction de la plasticité

du sol, maîtrise de l’humidité du sol– Liant hydraulique confère une rigidification rapide– Sols peu à moyennement argileux

• Remarque: double traitement remplacé par un seul produit (LHR avec chaux vive en constituant principal)

– Facilité de logistique et stockage– Réduction des opérations d’épandage et malaxage– Plus rapide– Etude préalable requise !






Résistance à la compression simple

Rc = F/Ac avec: F = force maximale à la rupture (N) Ac = section transversale de l'éprouvette (mm²)

Compression simple






Résistance à la traction indirecte

Traction indirecte

Rit = 2F /πHDAvec:F = force maximale à la rupture (N)H = longueur de l’éprouvette (mm)D = diamètre de l’éprouvette (mm)






• Etude de formulation (complète !) comprend les essais suivants:– Courbe Proctor – CBR (pour les teneurs en eau in situ)– IPI et CBR 4j immersion (pour les teneurs en eau in situ)– Rc à 3, 7, 28 et 60 jours– Rit à 28, 60 et 90 jours

• Prescriptions:– CBR ≥ 20 %– Résistance à l’immersion: Rc(28 + 32i) / Rc60 > 0,8 (MB ≤ 6) Rc(28 + 32i) / Rc60 > 0,6 (MB > 6)– Résistance au gel : Rc60 > 2,5 MPa (chaux seule) Rit60 > 0,25 MPa (LH)






Exécution:• Circulation interdite durant 7 jours après la mise en œuvre• Réaliser le traitement dans des conditions climatiques normales

(interrompre en cas de fortes pluies et ne pas traiter sous 4°C)• En cas de gel: le recompactage des couches décompactées, traitées au

LH, est interdit! • En cas de pluie soudaine durant l’exécution:

– Chaux (idem remblais): Arrêt de épandage-premier malaxage et lissage surface. A la reprise, on termine le malaxage + épandage complémentaire éventuel.

– LH (idem remblais): Interruption épandage-on termine le malaxage le plus vite possible et compactage final.

• Protection de la couche traitée (idem fond de coffre)!






Contrôles en cours d’exécution• Propreté de la couche de pose• Epaisseur des couches mises en oeuvre• Homogénéité des matériaux épandus• Niveaux de surface• Protection contre la dessication pour les mélanges

contenant des LH (au plus tard en fin de journée)• Régularité de surface• Portance (essai à la plaque)






– Contrôle de portance par un essai à la plaque pour la sous-fondation stabilisée:

M1 > 35 MPa

– Si M1 < 35 MPa, il est interdit de recompacter la couche stabilisée au ciment ou au LHR:

• Suivre l’évolution à court terme, • Adapter la structure, • Enlever la couche stabilisée





Conclusions

• Le traitement de sol avec un liant adéquat permet de revaloriser le sol en place pour des applications en terrassement, fond de coffre, remblayage de tranchées ou sous-fondations

• Avantages techniques, économiques et environnementaux

• Amélioration ≠ Stabilisation

• Traitement de sol requiert une étude préliminaire en laboratoire, le respect de bonnes règles de mise en oeuvre et les contrôles appropriés



Documents

F.3.2.2 Sous-fondations obtenues par traitement du sol en place