1. Domaines de l’amélioration des sols · DOMAINES DE L’AMÉLIORATION DES SOLS 2 2.AMÉLIORATION PAR COMPACTAGE 2 2.1 Le compactage statique horizontal par injection solide 2

B7 / chapitre 11 (version du 07/05/03) Cnam –Paris –Géotechnique C. Plumelle 1

Chapitre 11. Amélioration des sols sans inclusions

1. DOMAINES DE L’AMÉLIORATION DES SOLS 2

2.AMÉLIORATION PAR COMPACTAGE 2

2.1 Le compactage statique horizontal par injection solide 2

2.2 Le compactage dynamique 4

2.3 La vibroflottation 5

3. AMÉLIORATION PAR CONSOLIDATION 7

3.1 Reconnaissance des sols 7

3.2. Etudes de stabilité 8

3.3. Etudes de tassement 8

3.4. Méthodes de construction 8

3.5. Instrumentation 11


1. Domaines de l’amélioration des sols

Les traitements de sol qui consistent à améliorer le sol sans apports d’inclusions ont pour objectifde diminuer l’indice des vides pour augmenter les caractéristiques mécaniques et diminuer lesdéplacements sous les surcharges apportées par les ouvrages. On étudiera le compactage quis’applique plutôt aux sols grenus et la consolidation aux sols fins.

2.Amélioration par compactage

Les principales techniques sont le compactage statique, le compactage dynamique et lavibroflottation.

2.1 Le compactage statique horizontal par injection solide Le compactage statique horizontal par injection solide consiste à introduire à l’aide d’une pompe àhaute pression un mortier très visqueux afin d’améliorer en profondeur un sol lâche.(Fig.1)

Fig.1 Principe du compactage statique horizontal par injection solide

L’amélioration est la somme de 2 termes, la densification entre les points de traitement, variableselon la nature du sol et l’effet de renforcement, qui souvent n’est pas pris en compte, parinclusions d’un matériau de meilleures caractéristiques mécaniques que le sol en place.2.1.1Principe d’exécutionA partir de tubes forés dans le terrain (environ 0,10m de diamètre) on introduit un mortier sec sousune pression élevée tout en relevant le tube. On obtient généralement un chapelet de « boules » demortier d’un diamètre moyen compris entre 0 ,60 et 1m (Fig.2).

Fig.2 Photo d’une boule de mortier injectée dans un massif de sable fin lâche(chantier CEBTP/photo C.P)


2.1.2Sols compactablesIl est nécessaire que les sols soient assez lâches, on peut donner les limites suivantes, par rapport àl’essai pressiométrique et l’essai au pénétromètre statique, pour que le procédé soit efficace :

EssaiNature du sol

Pression limitepressiométrique Pl

MPa

Modulepressiométrique EM

MPa

Résistance de pointe mesuréeau pénétromètre statique

MPaSable <1,2 <12 <12Limon <0,6 <6 <4Sol argileux <0,3 <3 <1

2.1.3 Domaines d’application

Les principaux domaines visés sont. ♦ Les reprises en sous-œuvre : semelles, pieux.♦ Les réductions des tassements.♦ Les réductions du potentiel de liquéfaction.

La figure 3 montre le traitement de consolidation sous les fondations existantes du théâtre de Nicequi consistait à augmenter les caractéristiques mécaniques de limons médiocres, d’épaisseurvariable pour limiter les tassements absolus et différentiels.

Fig.3 Chantier du théâtre de Nice (doc. Bachy)


2.2 Le compactage dynamiqueLe compactage dynamique permet de densifier le sol sous les impacts d’un masse de 15 à 150tonnes tombant de 20 à 40m (Fig.4). La profondeur traitée dépend de la puissance du matériel, pourdu matériel traditionnel elle de l’ordre de 6m. Il est réalisé en plusieurs phases successives jusqu’àl’obtention de la densité et de l’amélioration des caractéristiques mécaniques des sols fixées.

Fig.4 Pilonneuse de 1600tm(doc. Ménard Sol Traitement – Aéroport de Kansaï, Japon)

Ce procédé est utilisé, de préférence dans les sols sablo-graveleux, pour fonder des bâtiments(Fig.5) ou des ouvrages ou pour stabiliser des remblais ou des sols lâches.

Fig.5 Exemple de chantier de compactage dynamique(doc. Ménard Sol traitement)


La substitution dynamique est une variante du compactage dynamique qui consiste à exécuter desplots ballastés qui vont pénétrer dans le sol par pilonnage, à l’aide d’une masse de 15 à 30 tonnes,en chute libre de 10 à 30 mètres. Elle peut s’utiliser dans des sols sablo-graveleux et dans des solsargilo-limoneux. C’est une technique qui, à la fois, améliore le sol et le renforce sur une profondeurde 2 à 3m. Un exemple de substitution dynamique est donné par l’amélioration de terrains trèsmédiocres qui après traitement ont servi de fondations à la voie ferrée de transport du lanceur de lafusée Ariane5 à Kourou (Fig.6)

Fig.6 Voie ferrée du lanceur d’Ariane5(doc. Ménard Sol traitement)

2.3 La vibroflottationCette technique s’applique aux sols grenus (Fig.7) dans un état lâche à assez peu compact, au-dessus et au-dessous de la nappe. La vibroflottation consiste à générer, à l’aide d’un vibreur (Fig.8),des vibrations horizontales dans les sols grenus afin de les cisailler et de provoquer une liquéfactionet un tassement immédiat.

Fig.7 Fuseau granulométrique d’utilisation de la vibroflottation


Fig.8 Chantier de vibroflottation(doc.Solétanche-Bachy)

Le principe d’exécution comporte les étapes suivantes (Fig.9) :♦ Le vibreur, avec l’aide de l’eau de lançage est foncé jusqu’à la profondeur voulue ;♦ La zone de compactage est un cylindre de sol, d’un diamètre pouvant atteindre plusieurs mètres( 2

à 4) ;♦ Le cône provoqué par la vibration par la vibration est rempli par un matériau d’apport de sable ou

de gravier ;♦ La finition consiste à régler la plate – forme

Fig.9 Principe d’exécution de la vibroflottation(doc. Keller)


3. Amélioration par consolidation

La consolidation concerne les sols fins. Sous une surcharge, l’indice des vides va diminuer,

entraînant un tassement et un déplacement des sols limoneux et surtout argileux.

C’est un domaine d’application important pour les tracés linéaires, les pistes d'aérodromes, les

zones industrielles, les réservoirs (fuel, GPL )

Les problèmes liés à la construction des ouvrages sont la stabilité à la construction

et l’estimation des tassements et leur durée, mais aussi ceux liés à l’interaction avec

l’environnement géotechnique. Ce sont principalement :

♦ les jonctions entre le remblai et les ouvrages d'art (routes, voies ferrées), ♦ les nouveaux remblais par rapport aux anciens ; ♦ les interactions avec les pieux existants : frottement négatif et déplacements latéraux♦ l’effet barrage vis à vis des écoulements hydrauliques :

3.1 Reconnaissance des solsOn rappelle seulement les points principaux qui ont été développés dans différents chapitres descours B6 et B7.

3.1.1 Reconnaissance générale (Fig.10). Etude et épaisseur de la zone jusqu’au bed-rock ou au moins une profondeur pour laquelle

les tassements deviennent négligeables . Sondages suivant l’axe longitudinal et l’axe transversal. Adaptation du matériel au sol (vase, argile molle) CPS. Fluctuation de la nappe

Fig.10 Profil en long géotechnique de la vallée de l’Aubance(A87.doc. Scetauroute)


3.1.2 Essais d'identificationγ, w, wl, wp, VBS et MOIc = (wl - w)/( wl - wp)Souvent w ≅ wl et Ic → 0

3.1.3 Caractéristiques de cisaillementCu : triaxial UU (ϕu = 0)

Scissomètre de chantier Profil en fonction de la profondeur

λCu : triaxial CU, dans le domaine normalement consolidé3.1.4 Caractéristiques du tassement

σ'p : oedomètre : NC ou SCe0 : // //Cc : et Cs // //Cv sous différentes contraintesCα : sous consolidation de longue durée (1 semaine)Cr : oedomètre radial pour les drains

3.1.5 HydrogéologiePose de piézomètresEssai de pompage : Kh

3.2. Etudes de stabilité3.2.1 Poinçonnement

Par rapport au bed-rock avec Cu ou Cu après consolidation3.2.2 Circulaire ou complexe

Par rapport à Cu ou Cu après consolidation! Cu diminue quand Ip augmente

3.3. Etudes de tassement3.3.1 Tassement instantané (Bidimensionnel)

Quand les conditions oedométriques ne sont pas remplies3.3.2 Tassement primaire de consolidation

Terzaghi, à corriger quand on n'est plus dans les conditions oedométriques3.3.3 Tassement secondaire

Fluage, pour la tourbe en particulier

3.4. Méthodes de constructionObjectifs :♦ Stabilité remblai et sol de fondation pendant la construction♦ 2) Bonne estimation du tassement final Hi = H projet + tassement♦ 3) Respect des délaisde livraison de la plate-forme : prédiction d’un pourcentage déterminée

du tassement final.3.4.1 Remblai drainant ou géotextile à la baseRemblai drainant débordant et d’épaisseur suffisante pour tenir compte du tassement final. Dans lecas de drains verticaux plate-forme d’accès pour le matériel de pose de drains.3.4.2 Construction par étapesDurant la construction on retiendra un coefficient de sécurité global de 1.3.La hauteur initiale Hi du remblai tient compte du tassement final S.Hi = Hp + S


S’il est impossible de construire le remblai en une étape (F < 1.3) on procède en plusieurs étapesséparées par la durée nécessaire pour acquérir une amélioration suffisante de la cohésion Cu Le remblai n’apportant pas une charge uniforme on pourra en première approximation prendre

∆Cu = 1/2 δ H1 U% λ Cu

Si la durée totale des différentes étapes excède le délai fixé pour la réception de la plate-forme onpourra 1) placer une surcharge supplémentaire temporaire mais qui augmente encore la contrainte sur lesol de fondation2) consolider sous vide (Fig.11), la consolidation sous vide remplace une surcharge de remblai parla création d’une dépression sous une membrane étanche

Fig.11 Consolidation sous vide

(doc.méthode Menard Vacuum)


3) mettre en place un réseau de drains verticaux (Fig.12). On assurera dans tous les cas un drainagecorrect à la base du remblai.

Fig.12 Chantier d’exécution de drains

(doc. GTS)

Comme pourcentage de consolidation on prendra généralement U % = 90 %. La courbeTυ = f (U) indique qu’au delà de 90% les tassements s’opèrent extrêmement lentement.

Les drains verticaux traverseront l’ensemble de la couche d’argile molle (Fig.13),généralement ils seront en géosynthétique. La maille sera déterminée par l’abaque de BRU, parexemple. Ils sont efficaces pour évacuer l’eau en surpression (consolidation primaire), par contre ilssont inefficaces ou très peu pour la consolidation secondaire (fluage) et donc pour le fluage destourbes.

Fig.13 Schéma du maillage des drains


L’ augmentation de la stabilité et les renforcements seront traités par ailleurs- banquettes latérales- renforcement du remblai par nappes de géotextile- substitution de tout ou partie de la couche d’argile molle- remblai allégé : Polystyrène, Alvéoles- colonnes ballastées- renforcement par inclusion rigides : pieux + dalles.

3.5. Instrumentation . Tassomètres de profondeur. Inclinomètres. Cellules de pression interstitielles.

Documents

1. Domaines de l’amélioration des sols · DOMAINES DE L’AMÉLIORATION DES SOLS 2 2.AMÉLIORATION PAR COMPACTAGE 2 2.1 Le compactage statique horizontal par injection solide 2