2- Preparation et critere acceptation des plateformes et ...bitumequebec.ca/wp-content/uploads/2015/06/2... · mécanique Nature du sol et Capacité portante. Rôle du sol support

Préparation et critères d’acceptation Préparation et critères d’acceptation des plateformes et des sols supportsdes plateformes et des sols supports

Bitume QuébecBitume QuébecSession 2011… Gestion de la qualité en Session 2011… Gestion de la qualité en

chaussées soupleschaussées souplesNovembre 2011Novembre 2011

Contenu de la session:

•Définition et therminologie;

•Rôle du sol support et comportement mécanique;

•Principe de dimensionnement des

Préparation et critères d’acceptation des plateform esPréparation et critères d’acceptation des plateform eset sols supportset sols supports

•Principe de dimensionnement des chaussées flexibles;

•Notion de plateformes;

•Préparation de plateformes:

•Couche de forme

•Traitement de sol

•Critères d’acceptation.

Administration française

Définition et therminologieDéfinition et therminologie

Administration française

Administration québécoise

Administration québécoise

PLATE-FORME (PF)

Définition et therminologieDéfinition et therminologie

ARASE (AR)

Comparatif de la dénomination

Ligne d’infrastructureLigne d’infrastructure

Rôle du sol support et comportement mécaniqueRôle du sol support et comportement mécanique

Modèle de chargement


Rôle du sol Rôle du sol support et support et comportement comportement mécaniquemécanique

Nature du sol et Capacité portanteCapacité portante


Principe de dimensionnement d’une structure Principe de dimensionnement d’une structure de chaussée flexible de chaussée flexible –– Approche MécanistiqueApproche Mécanistique

DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES FLEXIBLES

Les chaussées bitumineuses sont vérifiées par calcul, vis-à-vis de:

• La rupture par fatigue à la base des couches bitumineuses

• L’orniérage des couches non liées et du support

Principe de dimensionnement d’une structure Principe de dimensionnement d’une structure de chaussée flexible de chaussée flexible –– Approche EmpiriqueApproche Empirique

Principe de dimensionnement d’une structure Principe de dimensionnement d’une structure de chaussée flexiblede chaussée flexible

Démarche de détermination de la classe de PFDémarche de détermination de la classe de PF

1- Classification du sol : nature, état hydrique

Environnement hydrique 2- Cas de PST

Ressources en matériauxMatériel MétéorologieCirculation de chantierVérification gel-dégelEtude économique

3- Classe de portance d’Arase

ARi

Conditions de drainage, mesures de portance

4 - Couche de forme

Classe de plate-forme PFj

Classement de la PSTClassement de la PST

PST

PartieSupérieure du

Ari (1 à 4)

C d FCouche de

Forme

1 m.1 m.

HcmHcm

PFj (1 à 4)

ClasseClasse dede plateformeplateforme


14

Supérieure duTerrassement

1 m.1 m.

Classe PF1 PF2 PF3 PF4

Portance EV2 (GTR) > 20 MPa > 50 MPa > 120 MPa > 200 MPa

Déflexion pour CdF traitée en mm (GTS)

1,2 (chaux)0,8 (ciment)

0,8 (chaux)0,6 (ciment) 0,5 (ciment)

ClasseClasse dede plateformeplateforme

Déterminée à partir du couple PST- Couche de forme


Détermination du Module

Vérification de la portance par essai de plaques ou déflectomètre par charge tombante, LWD


Détermination du Module

Vérification de la portance par essai de Dynaplaque

Déflectomêtre à masse tombante LWD


Module sol et Module sol et chaussée résiduellechaussée résiduelle

EV1 au 1er cycle de chargementEV2 = 90/W2 au 2eme cycle de chargement

Procédure

chargementDomaine : de 10 à 200 MPa

Définition Définition -- Couche de formeCouche de forme

� Définition :� Structure permettant d’adapter les caractéristiques aléatoires et dispersées

des matériaux de remblai ou en place, aux caractéristiques mécaniques, géométriques, hydrauliques et thermiques prises comme hypothèse dans la conception de la chaussée.

� Nature :�� Inexistante (corps de chaussée directement sur l’arase infrastructure))� Limitée à une couche de matériaux.� Complexe - Exemple : géotextile, matériaux grossiers, couche de réglage,

enduit.

Couche de forme : fonctionCouche de forme : fonction

� A court terme (phase de réalisation du chantier)� traficabilité tout temps

� permettre le compactage de la couche de fondation

� nivellement

� A long terme� homogénéisation de la portance

du support� maintien dans le temps d’une

portance minimale� amélioration de la portance de la

� nivellement� protection de AR� éventuellement supporter trafic

chantier

� amélioration de la portance de la plate-forme pour optimiser le coût forme/chaussée

� protection thermique des supports gélifs

� contribution au drainage de la chaussée

Couche de forme : Couche de forme : fonctionfonction

Abaque de détermination de l’épaisseur de couche de forme en fonction de la

capacité de l’arasecapacité de l’arase(infrastructure).

Matériaux de couche de formeMatériaux de couche de forme

� Critères à satisfaire� Insensibilité à l’eau� Dimension des plus gros éléments� Résistance à la circulation de chantiers� Insensibilité au gel� Insensibilité au gel

� Rappel sur la portance à court et long terme� EV2 = portance à court terme� si matériaux insensibles à l’eau EV2 -> PF� si matériaux sensibles à l’eau : méfiance

Quelques critères pour la réalisationQuelques critères pour la réalisation

� Pour l’exécution de la Couche de Forme� pour matériaux non traités - EV2 sur AR > 15 à 20 mPa� pour matériaux traités - EV2 sur AR > 35 mPa

� Pour l’exécution des couches de chaussées� Pour l’exécution des couches de chaussées� tolérances de nivellement sur la PF +/- 3 cm � tolérances de déformabilité : EV2 > 50 MPa ou déflexions < 2

mm� tolérances de traficabilité : CBR immédiat > 35

Types de couche de formeTypes de couche de forme

� Mat. graveleux non traités� 30 à 80 cm

� Sols fins traités� 30 à 40 cm� traitement

Géotextile anti-contaminant

�

0.10 à 0.15 m de matériaux graveleux non traités� traitement

» place» centrale

� Sables et Graves traités� 25 à 40 cm� traitement

» place» centrale

graveleux non traités

Différents mode de détermination de la Différents mode de détermination de la portance portance -- relations diversesrelations diverses

P et PFIndice portant

CBR

Module de réaction

WESTERGARD K (daN/cm3)

Déflexion d en

1/100mm

Module de déformation à la plaque EV2

en MPa

LT – Module équivalent E

en MPaTypes de sols Sols

P0 CBR < 3 K < 3 EV2 < 15Argiles fines saturées, sols

avec MO…A1 A2 A3 B5

B6 C1

P1 3<CBR < 6 3<K < 5 15<EV2 < 30

Limons plastiques, argileux et argilo-plastiques, alluvions grossières… très sensibles à

l ‘eau…

A1 A2 A3 A4 B1 B2 B4 B5 B6 C1 C2 D1

Circulation impossible

Ornière - déformable

Examen visuel (essieu 13T)

P2 ou PF1

déformable 6<CBR < 10 5<K < 6 < 400 30<EV2 < 50 > 20

Sables alluvionnaires argileux ou fins limoneux,

graves argileuses ou limoneuses, sols marneux

avec<35%fines

A1 A2 A3 A4 B1 B2 B4 B5 B6 C1 C2 D1

P3 ou PF2

Peu déformable

10<CBR < 20 6<K < 7< 150 ou < 80 (ST)

50<EV2 < 120

> 50 si EV2>80

Sables alluvionnaires propres avec<5% fines,

graves argileuses ou limoneuses avec<12% fines

A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 B5 B6 C1 C2 D1 D2 D3 D4

P4 ou PF3

Très peu déformable

20<CBR < 50 7<K < 15< 100 ou < 50 (ST)

120<EV2 < 250

> 120

Matériaux insensibles à l’eau. Sables et graves propres, matériaux rocheux sains,

chaussée ancienne

B1 B3 D1 D2 D3 D4

PF4Pas

déformableCBR > 50 K> 15

< 60 ou < 20 (ST)

EV2 > 250 > 250

Graves propres et compactées e>30cm ou chaussées anciennes, roches

Pas d’ornière derrière l’essieu de 13T

COMPACTAGECOMPACTAGE

JAMAIS DE REMBLAI SANS COMPACTAGEMAIS 3 ENERGIES DE COMPACTAGE DIFFERENTES POUR S’AD APTER A L’ETAT HYDRIQUE DU MATERIAU

MATERIAUCOMPACTAGE

Faible Moyen Intense

Humide X

X

Si trop compactéMatelassage

Moyen X

Sec XSi pas assez compactéTassement à venir

Pour 1 classe de

compacteur donné

Comment faire varier l’énergie

de compactage?

� En jouant sur le Nb de passes 1 passe = 1 aller OU retourau mêmeendroitNb de passes Energie compactage

� En jouant sur la vitesseVitesse compacteur Energie compactage

� En jouant sur l’épaisseurEpaiseur Energie compactage

Définition Définition –– Traitement en placeTraitement en place

Le traitement en place d’un sol a pour but d’en modifier profondément les caractéristiques physiques (nature, état hydrique) et mécaniques (cohésion, résistance module).

� Il consiste en l’incorporation IN SITU d’agents de traitement � Il consiste en l’incorporation IN SITU d’agents de traitement (chaux, liants hydrauliques ou pouzzolaniques) généralement sous forme pulvérulente, qui sont ensuite malaxés intimement avec le sol en place.

� Il convient de distinguer :

� Le traitement qui a pour but essentiel de rendre traficable momentanément un sol sensible à l’eau et détrempé, pour permettre la poursuite des travaux (chaux seule).

Définition Définition –– Traitement en placeTraitement en place

� Le traitement d’un sol dont le but est de construire des plates-formes et assises de chaussées économiques et techniquement performantes : liant hydraulique seul ou mixte chaux/liant hydraulique, Roc sol

LES SOLS : paramètres d’identificationLES SOLS : paramètres d’identification

� Paramètres caractérisant la nature des sols� La granularité :

• Valeur du Dmax : possibilité de réaliser le mélange• Tamisat à 80 µm : finesse du matériaux oriente le c hoix du

traitement• Coefficient d’uniformité Cu = D60/D10 : donne une i ndication sur les • Coefficient d’uniformité Cu = D60/D10 : donne une i ndication sur les

valeur des dosages

Plus Cu est faible (plus la granularité est homométrique),

plus la masse volumique apparente sera faible

et donc plus la quantité de produit de traitement à prévoir pour atteindre le niveau de performance visé devra être importante.

LES SOLS : paramètres d’identificationLES SOLS : paramètres d’identification

� Paramètres caractérisant la nature des sols

� L’argilosité : détermine le type d’application, le choix du produit de traitement, les conditions de réalisation

•• Indice de plasticité (Ip)• Valeur au bleu de méthylène (VBS)

Les Produits de traitement Les Produits de traitement -- chauxchaux

�Les chaux aériennes (vive, éteinte, lait) NF EN 459-1

� Obtenues par calcination du calcaire� Calcaire pur �� Chaux aérienne calcique (CL)

(argiles < 5%)� Calcaire argileux �� Chaux hydraulique naturelle (NHL)

(10% < argiles < 20%)� Calcaire dolomitique Chaux magnésienne (DL)� Calcaire dolomitique �� Chaux magnésienne (DL)� Sous produit chimie �� Chaux de carbure (acétylène)

Action de la chaux Action de la chaux

�ACTIONS IMMEDIATES� Modification de l’état hydrique

La chaux vive : abaissement de la teneur en eau du sol par :• Hydratation de la chaux• Vaporisation (chaleur dégagée)• Apport de matière sèche• Apport de matière sèche

Abaissement de 1 % de teneur en eau par % de chaux vive.

La chaux éteinte : un abaissement de la teneur en eau par :• Apport de matière sèche• Abaissement de 0.3 % de teneur en eau par % de chau x éteinte.

Le lait de chaux produit une augmentation de la teneur en eau.


�ACTIONS IMMEDIATES� Modification des caractéristiques de la fraction argileuse :

FLOCULATION qui se traduit par :

Élévation importante de la limite de plasticité du sol sans modification de la limite de liquidité


�ACTIONS A LONG TERME

� Action pouzzolanique : Action entre la chaux et les minéraux argileux si VBs > 0.5 g (Si, Alumine, Oxydes de fer).Réaction très lente dépendant de :Réaction très lente dépendant de :

• Température du milieu• Quantité et nature de la fraction argileuse du sol : plus la quantité est élevée et plus

les minéraux sont altérés, plus les réactions sont importantes• Etat hydrique du sol : présence d’eau nécessaire (avant traitement milieu de la plage

« humide »)

Les Produits de traitement Les Produits de traitement -- liants hydrauliquesliants hydrauliques

�Liants hydrauliques :produits qui, en présence d'eau, s'hydratent en donnant naissance à des espèces cristallines insolubles et résistantes qui agglomèrent les éléments granulaires du sol = prise hydraulique => cohésion permanente du sol dont l'importance dépend :permanente du sol dont l'importance dépend :� de la nature du matériau� du type et de la quantité de liant� de la compacité atteinte� de la température du milieu et de l'age du mélange

Mélanges de :� Matériaux hydrauliques (ex : clinker Portland…)� Matériaux pouzzolaniques faisant prise en présence d’eau et pH > 12 (laitiers,

cendres volantes silico-al..)� Si besoin des activants principalement pour élever le pH� Des éventuels ajouts : cinétique…

Action des liants hydrauliquesAction des liants hydrauliques

�ACTIONS IMMEDIATES

� Modification de l’état hydrique : abaissement de la teneur en eau du sol par :• Apport de matière sèche• Apport de matière sèche• Hydratation du liant• Abaissement théorique de 0.3 à 0.5 % de teneur en e au par % de liant (+

évaporation)

� Modification des caractéristiques de la fraction argileuse : pour les LHR à forte teneur en chaux : moins intens e et moins rapide qu'avec la chaux.


�ACTIONS A MOYEN ET LONG TERME� Prise hydraulique :

A. Grains mouillés et dispersés (pas de contact) � gâchage

B. Démarrage de la prise : apparition rapide de produits de néoformation en périphérie des grains. Vitesse d'hydratation diminue �phase dormante, correspond au délai de maniabilité (de 2h à 24h voire 48h)maniabilité (de 2h à 24h voire 48h)

C. Reprise de l'hydratation. Développement de la cristallisation � début de prise : premières liaison entre les différents grains puis solidification. De quelques jours (CPA-CEM I) à quelques semaines.

D. Quand prise terminée, phase de durcissement (accroissement des résistances mécaniques). De quelques semaines à plusieurs mois.

La cinétique des réactions est plus rapide qu’avec la chaux.La prise s’interrompt pour des t°< 5°C.


�ACTIONS A MOYEN ET LONG TERME

� Influence de la nature des matériaux et mise en oeu vre :

• Plus le sol est argileux moins les résistances sont élevées. Pour des matériaux A2 ou A3 privilégier un traitement mixte.

• Matières organiques, phosphates, nitrates, sulfates, sulfures… réduisent voire annulent la prise ou la détruisent par gonflement ettringitique.

•annulent la prise ou la détruisent par gonflement ettringitique.

• Plus la compacité est importante, plus la résistance est importante.• La transposition des résultats de laboratoire au chantier nécessite une bonne

qualité de mise en œuvre.

Quelques % supplémentaires sur la compacité => quelques dizaines de % d’augmentation des résistances.=> Matériaux les plus intéressants : granularité continue et étalée (édifices granulaires plus denses) humides.

Matériel d’épandageMatériel d’épandage

Traitement pour la réutilisation des sols trop Traitement pour la réutilisation des sols trop humideshumides

Application de Chaux vive

Matériels de malaxage Matériels de malaxage -- pulvérisateurspulvérisateurs

�MALAXEURS A OUTILS ANIMES� Pulvérisateurs de sols à tambour (arbre) horizontal

� Sur des sols granulaires, l’homogénéité obtenue avec ces engins est identique à celle obtenue en centrale

� Épaisseur et régularité : les plus performants sont les plus puissant avec chambre entre trains de roulement. Profondeur maximale atteinte à la chambre entre trains de roulement. Profondeur maximale atteinte à la première passe.

� Paramètres favorisant la finesse de la mouture :• Sens de rotation du rotor inverse à l’avancement• Rapport élevé entre la vitesse du rotor et l’avancement• Nombre d’outil par unité de longueur et état d’entretien• Barre de retenue à l’arrière de la chambre (retenant les matériaux)

Matériels de malaxage Matériels de malaxage -- pulvérisateurspulvérisateurs

� Finesse de la mouture :

Assurance de la qualité Assurance de la qualité –– Critères d’acceptationCritères d’acceptation

� Classe de PF et déformabilité admissible au moment de la mise en œuvre de la couche de fondation.

Classe de PF visée

Déflexion maxi sous l'essieu de 130 kN (mm)

viséeTraitement à la chaux

seule

Traitement avec LH (associé ou non à la

chaux)

PF2 1.2 0.8

PF3 0.8 0.6

PF4 0.5

Fonctions et efficacité des différents types de Fonctions et efficacité des différents types de protection superficielleprotection superficielle

Type de protection

Rôles

Protection contre l'évaporation

Protection contre l'infiltration

Accrochage de la couche supérieure Protection

mécanique

Réduction des émissions de poussièresAssise

hydrauliqueGB ou BB

Enduit de scellement

(ES)= = - = = +

Enduit monocouche= = - + = +

(EM)= = - + = +

Enduit bicouche

(EB)+ + = ++ + ++

Enduit prégravillonné

(EP)+ + = ++ ++ ++

++ très efficace+ efficace= moyennement efficace- peu efficace-- inefficace

EP

Observations et CommentairesObservations et Commentaires

La Qualité de la partie supérieure de terrassement, est un élément fortement négligé en général:

.Conditions hydriques;

.Hétérogénéité des sols;

.Évaluation de la portance;.Évaluation de la portance;

.Sollicitations par trafic chantier;

.Déformations localisées;


Les Conceptions de chaussée considère des durée de vie de plus en plus longues et les cycles de vie global d’une chaussées sont souvent de l’ordre 40 à 60 ans voir plus. De ce fait:

.Les déformations en profondeur du sol support et couches granulaires (ornières à grand rayon) sont de moins en granulaires (ornières à grand rayon) sont de moins en moins tolérable;

.L’homogénéité et la qualité de portance diminue directement les déformations (sollicitations) à l’intérieur des couches liées (durée de vie prolongée);

.La performance générale d’une structure doit permettre des scénarios d’entretiens (10 à 50 ans) simplifiés et économique;


La préparation des plateformes (sol-support, sol-support traité et couche de forme), doit être élaborée et considérée comme une étape critique à la réalisation d’une structure de chaussée:

.Développement d’une méthodologie de caractérisation-classement en fonction du niveaux de trafic;

.Guides de réalisation;.Guides de réalisation;

.Méthodologie d’évaluation et de réception (mesures de la capacité portante de façon systématique);

.Développement d’une expertise en traitement de sols;

.Une maîtrise accrue de cette phase critique peut permettre des économies appréciables à long terme.

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