2.2. Études
géotechniques
Elles comportent deux volets:
- la qualification des matériaux destinés
à être traités,
- la formulation des mélanges à
réaliser pour une application donnée.
La méthodologie à suivre est propre à
l'application recherchée, mais elle présente cependant des
aspects généraux rappelés ci-après.
2.2.1. L'étude de
qualification des matériaux à traiter
Elle comprend :
- l'identification des matériaux à
partir des paramètres reconnus significatifs vis-à-vis du
traitement,
-leur localisation dans le profil géotechnique,
-l'estimation de leurs quantités.
Elle s'appuie, en premier lieu, sur les résultats de
l'étude de reconnaissance générale, mais, le plus souvent,
cette dernière doit être complétée pour
préciser les réponses aux questions spécifiques au
traitement, à savoir :
-le matériau, est-il apte au traitement envisagé
(granularité, état hydrique, teneurs en éléments
perturbateurs, etc.) ?
-comment définir l'échantillon
représentatif qui sera soumis à l'étude de formulation
(prélèvements localisés ou mélanges de plusieurs
prélèvements) ?
-quels sont, à partir de l'identification du
matériau et de l'application envisagée, le (ou les) produit(s) de
traitement adapté(s) et l'ordre de grandeur des dosages à
prévoir ?
La complexité des études de qualification des
matériaux croît rapidement en fonction de la variabilité du
contexte géologique caractérisant les terrains concernés
et du type d'application visée, mais le succès de la technique
dépend, en grande partie, de la qualité de cette Étude.
C'est pourquoi il est recommandé qu'elle soit réalisée par
un géotechnicien ayant une expérience approfondie des formations
locales.
2.2.2. L'étude de
formulation
L'étude de formulation est une étude qui est
réalisée en laboratoire, à partir d'échantillons
prélevés dans le matériau potentiellement traitable. Elle
permet de définir le produit de traitement, le mieux adapté et le
dosage de chacun des composants à introduire dans le sol, pour obtenir
les performances répondant à l'application souhaitée. Pour
mener une étude de formulation de manière la plus précise
possible, il faut respecter un schéma de principes scrupuleux
constitué de trois étapes, nous ne les détaillerons pas
dans cette étude.
Dans le cas d'un traitement des sols appliqué à
la réalisation de couches de forme, on note les trois critères
que la formulation choisie devra respecter :
-le premier critère est relatif à la
vérification de l'aptitude du sol au traitement. Elle se fait à
partir de « l'essai d'évaluation de l'aptitude d'un sol au
traitement à la chaux et/ou aux liants hydrauliques » défini
par la norme NF P 94-100 (voir tableau 2 issu du « traitement des
matériaux »). On défini comme critère :
Douteux : le choix d'utiliser cette solution de
traitement peut être justifiée par d'autre caractéristiques
du chantier.
Inadapté : la technique de traitement
proposée ne peut être à priori appliquée.
Tableau 9 : Critères retenus pour
l'interprétation de l'essai d'aptitude d'un sol au
traitement
-le deuxième critère est relatif à
l'exécution. On recherche le dosage en chaux. Éventuellement
nécessaire pour conférer au sol considéré une
portance Immédiate suffisante, afin d'assurer sa mise en oeuvre correcte
: (aptitude au compactage et à supporter la circulation des engins de
chantier).
-le troisième critère est relatif à la
tenue de la structure sol-liants. On recherche le dosage optimal en ciment ou
liant hydraulique routier au sol afin d'atteindre les performances
mécaniques exigées pour une couche de forme.
Tableau 10 : dosage moyen en chaux selon la nature
du sol traité
On pourra également remarquer, que ces dosages moyens
sont définis dans des normes. Le choix du produit employé et de
son dosage dépendra également du possible prétraitement
à la chaux. La difficulté résidant dans le fait de
trouver le meilleur compromis ; a savoir choisir Entre le dosage de la
chaux, celui du liant en fonction du produit sélectionné (le
liant étant beaucoup plus coûteux que la chaux) et les
performances escomptées à l'issue du Traitement. Cette
étude envisage toujours deux cas : un traitement à la chaux
seule, et un traitement Mixte à la chaux associée à un
liant hydraulique.
Les auteurs du « Apport de la technique de traitement de
sols argileux et limoneux à la Chaux » et ceux du « traitement
des matériaux » rappellent les points clés pour
vérifier la validité de cette étude :
Cas de traitement à la chaux
seule :
-mesures de sensibilité de l'eau, par essai CBR,
après 4 jours d'immersion. On veut obtenir un indice portant ICBR=20 et
ICBR/IPI =1.
-résistance à la compression Rc=2,5 MPa.
Cas des traitements mixte chaux et
ciment :
-l'âge autorisant la circulation sur la couche
traitée, par les mesures de résistance en compression à 7
et 28 jours.
-la résistance à l'immersion au jeune âge,
par les mesures de sensibilité à l'immersion, estimée par
la chute de résistance en compression à 28 jours.(14j à
l'air puis 14j en immersion).
-la résistance au gel.
-les performances attendues à long termes, par la
mesure du couple Résistance en traction par fendage (Rtb) (dit
résistance par essai Brésilien)/module de déformation
(E).
L'ensemble de ces exigences pour le matériau
traité avec un liant hydraulique est répertorié dans le
tableau 7 du paragraphe suivant.
A. les performances du sol après le
traitement
A. Tableau 11 : Exigences requises pour les
caractéristiques mécaniques d'un sol traité avec un lien
hydraulique dans le cas d'une étude de niveau 1
Ce sont ces quatre critères principaux que l'on
retrouve dans les indications techniques des fiches produits. Cependant
étant donné que le respect de ces critères est une
exigence pour la qualité des traitements réalisés les
différents fabricants de liants doivent y répondent. Le choix du
liant, se fera donc en vérifiant pour quel type de matériaux et
avec quel dosage, ce liant sera adapté pour le traitement
formulé.
-le critère de l'âge autorisant la circulation,
peut jouer sur le type de chantier, notamment ceux où, la circulation
des engins de chantier.
-le critère de l'immersion au jeune âge, est
important pour la stabilité du matériau traité sur le long
terme. Il doit être défini en fonction des conditions
météorologiques locales, de la teneur en eau de matériau,
et du risque d'inondation dans la période de traitement.
-la résistance au gel, est l'un des critères les
plus importants. En effet, son non respect peut anéantir tout le
traitement en une nuit ! L'action du gel, sur le matériau traité
joue au niveau de la prise du liant hydraulique entre les
éléments floculés du matériau. Si la
résistance à la traction de la prise du liant hydraulique n'est
pas assez forte, lors du dégel, le gonflement des molécules d'eau
provoque la cassure des liens crées. Il faut avoir Rt> 0,25 MPa.
-les performances escomptables à long termes sont
définies à partir des valeurs de la résistance à la
traction Rt avec Rt= 0.8 Rtb et du module E de déformation du
matériau traité (normes NF P98-232-2 et 3). Le graphique
ci-dessus extrait du GTS(guide Setra/LCPC) présente les
différentes classes de matériaux en fonction du couple (Rt,E).
L'objectif d'un traitement étant d'atteindre la meilleure classe
mécanique possible, c'est-à-dire la plus proche de la zone 1. Le
traitement idéal aurait un couple (Rt,E) tel que Rt augmente fortement
dès le début du traitement pour atteindre une bonne classe
mécanique et un module E qui augmente doucement, ce qui évite de
redescendre de classe mécanique.
La figure suivante donne la classe mécanique finale du
matériau traité, en fonction de son couple (Rt,E) et de son mode
de fabrication. On peut ainsi remarquer que le traitement en place, est moins
efficace, en termes de performances mécaniques que celui en centrale.
Figure 13 : zones de classement du
matériau en fonction de sa résistance a la traction Rt et de son
module d'élasticité
Tableau 12 : détermination de la classe
mécanique d'un matériau en fonction de ses
caractéristiques et de son mode de fabrication
B. exemple dans le cas d'un limon de classe A2
Cet exemple étudié dans le guide Setra/LCPC et
repris dans le document « techniques de l'ingénieur » montre
bien le rôle d'une étude de formulation et les informations Que
l'on peut déduire des courbes obtenues.
La formulation présentée est celle d'un limon de
classe A2 par un traitement à la chaux. Les graphes sont composés
de trois courbes, représentant les trois cas envisagés pour
différentes Teneur en eau du matériau. En admettant un cas
idéal où le matériau présent soit un limon De
classe A2, il suffit de connaitre sa teneur en eau pour déterminer le
meilleur dosage de chaux à utiliser.
Ainsi en fonction du type de chantier, si le cahier des
charges impose un IPI de 10, alors que La teneur en eau du chantier est de 23%
il faudra effectuer un dosage de chaux de 2,5%. De manière
générale et en toute logique, plus la teneur en eau du sol est
élevée, plus la Quantité de chaux nécessaire au
traitement sera importante.
On peut aussi remarquer que les dosages formulés seront
différents pour un autre type D'utilisation, et particulièrement
s'il s'agit d'une couche de forme. De plus ces valeurs sont théoriques,
il faut donc également prendre en compte le fait que Chaque chantier
possède ses propres contraintes et qu'une nouvelle étude de
formulation plus ou moins élaborée s'avère
nécessaire .
Tableau 13 : Exemples de présentation des
résultats d'une étude de formulation du traitement d'un sol
(limon de classe A2) pour réutilisation en remblai
Figure 14 : Traitement des sols à la
chaux
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