Séminaire International - ATR-Tunisie

Les bonnes pratiques pour les terrassements et les routes rurales

Séminaire International de l’AIPCR

Présentation : Amélioration des caractéristiques géotechniques des limons et des marnes par traitement à la chaux en vue de leur utilisation en remblais de la nouvelle LIGNE LGV EST (Paris – Strasbourg) Mr. ZAGHOUANI Kamel , Tunisie

Tunis, Tunisie, 14 - 16 Novembre 2018 à l’hôtel Golden Tulip El Mechtel Tunis

Les bonnes pratiques pour les terrassements et les routes rurales, Tunisie 14-16 nov. 2018

Sommaire

1. INTRODUCTION

2. PRINCIPE D’ACTION DU TRAITEMENT

3. CONTENU DE L’ÉTUDE

4. RÉSULTATS OBTENUS

5. CONCLUSION


INTRODUCTION

Présentation de la technique du traitement du sol

Le traitement des sols avec un liant est une technique qui consiste à incorporer,

au sein du sol, cet élément d’apport et de les mélanger jusqu’à obtention d’un

matériau homogène en lui donnant de nouvelles propriétés. Il s’agit d’un

traitement qui utilise les affinités chimiques du sol et du liant.

Le traitement des sols par un liant hydraulique est une technique qui vise à

rendre un sol, dont les caractéristiques ne seraient pas adéquates :

‐ Apte à supporter une chaussée, une plateforme ou tout simplement le

passage d’engins de travaux ;

‐ Résistant aux aléas climatiques auxquels il peut être soumis.

L’idée de base, éminemment économique, du traitement de sol est de considérer

le sol lui-même comme un matériau.


INTRODUCTION

Avantages de la technique du traitement du sol

Avantages

Economiques

Durée plus courte des travaux par rapport à une solution avec décaissement

Réduction des déblais issus du décaissement, la

mise en décharge, l’apport de

granulats et le coût de leur

transport

Ecologiques et environnementaux

Réduction de la pollution et économie

d’énergie et par la réduction des matériaux à

transporter et à mettre en décharge

Limitation de l’exploitation de

granulats, ressources

naturelles non renouvelable


INTRODUCTION

Présentation du contexte de l’étude

Le projet d’étude concerne le tronçon B de la nouvelle ligne du LGV Est (Paris –

Strasbourg), tronçon localisé entre Château Thierry et Reims (Vallées de l'Aisne

et de la Marne).

Dans ce projet, le groupement de Maîtrise d'œuvre a pris comme option le

traitement à la Chaux des matériaux fins excédentaires en vue de leurs

réutilisations en remblais. Il s'agit de limons alluviaux et des marnes de Pantin et

d'Argenteuil reconnues dans le bassin Parisien comme étant des matériaux

fortement sensibles à l'eau.

Ce procédé de traitement a permis de palier au déficit en matériau nécessaire à

l'édification des différents remblais dont le volume total était de 3.9 millions de

m3 contre 7 millions m3 de déblais ; sur ces 7 millions seuls 70% étaient

réutilisables dans leur état naturel et notamment dans des conditions climatiques

spécifiques à cette région.


INTRODUCTION

Présentation du contexte de l’étude

On avait donc un déficit de matériaux réutilisables d’où la nécessité d’un recours

à l’emprunt et un très grand volume de mise en dépôt. De plus, on courrait le

risque, en cas d’été pluvieux peu propice aux terrassements, d’avoir un déficit

aggravé de ce bilan.

L’augmentation des pentes des remblais permettait aussi d’améliorer l’équilibre

du mouvement des terres et le raidissement à 3(H)/2(V) des pentes de ces

remblais pouvait être obtenu par l’amélioration des caractéristiques mécaniques ;

ce raidissement des pentes est d’ailleurs pris en compte dans le bilan affiché ci

avant.


PRINCIPE D’ACTIONS DU TRAITEMENT

Effet d’incorporation de la chaux induit : A court terme

- Phénomène de floculation : l'agglomération des particules argileuses fines en éléments

plus grossier et plus friable

- Diminution de l'indice de plasticité Ip

- Augmentation de l'indice de portance immédiat (IPI)

- Aplatissement des courbes Proctor avec diminution de la densité maximale et

augmentation de teneur en eau optimale

Effet d’incorporation de la chaux induit : A long terme

- Réaction « Pouzzolanique » : la formation d'aluminates et de la silicate de calcium

hydratés, qui, en se cristallisant, agissent comme un liant entre les grains

- Amélioration des performances mécaniques ce qui favorise la stabilisation des

ouvrages

Une action dite de « Syntaxie » se produit également avec les craies et les calcaires

tendres saturés. Cette action produit une augmentation des résistances des granulats par

obturation des pores de grains, des précipitations sous forme de calcite, et des carbonates

présents en solution saturée.


CONTENU DE L’ETUDE

L'étude menée porte sur l'analyse de l'amélioration des caractéristiques

mécaniques suite au traitement à la chaux.

Cette étude de laboratoire a été réalisée par le CEBTP, organisme chargé de la

mission de contrôle extérieur du tronçon B, sur demande du groupement de

maîtrise d'œuvre ISL.

L'étude a été menée sur deux matériaux particuliers :

- Limons de surface

- Marnes de Pantin et d'Argenteuil (MP/MA)

Après classification GTR de ces matériaux à l'état naturel, la campagne d'essai

consiste à réaliser sur des éprouvettes compactées à 95% de l'OPN, les essais

suivants :

- Essais de compression uniaxial

- Essais triaxiaux CU + U


CONTENU DE L’ETUDE

Pour les matériaux traités, les échantillons ont été conservés pendant un délai de

cure de 60 jours.

Deux types de cure ont seulement été testés; elles se décrivent comme suit:

- Première série : conservation à l'air à 100% d'humidité pendant une durée de

30 jours + 30 jours d'immersion

- Deuxième série : conservation à l'air à 100% d'humidité pendant tout le

délai de cure


RESULTATS OBTENUS

Matériaux à l’état naturel

o Identification des matériaux

Nature matériau Wn (%) Granulométrie

VBS GTR < 50mm < 2mm < 80µm

Limons argileux 20.1 100 99.8 95.7 4.8 B5/A2

Marnes (Pantin / Argenteuil) 27.8 100 99.7 95.1 4.5 A2

o Références OPN

REFERENCES PROCTOR NORMAL

Ech

2 (R

c)

Ech

1 (t

riax)

Ech

2 (t

riax)

Ech

1 (R

c)

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

0 5 10 15 20 25 30

Teneur en eau

Den

sité

sèc

he

(t/m

3)

0

5

10

15

20

25

30

IPI

Limon argileux Marnes (MP/MA)Nature matériau d (t/m3) wopn (%)

Limons 1.83 15

Marnes (MP/MA) 1.63 21.5

Nature matériau wn (%) IPI

Limons 21.1 2

Marnes (MP/MA) 27.8 2


RESULTATS OBTENUS


o Résistance en compression simple

Trois essais de compression simple ont été réalisés sur 3 éprouvettes compactées

à teneur en eau naturelle jusqu'à 95% de l'OPN (essais réalisés immédiatement

après la fin du compactage).

Limons Marnes (MP/MA)

Rc1 (MPa) 0.27 0.20

Rc2 (MPa) 0.21 0.20

Rc3 (MPa) 0.49 0.23

Rcmoyen (MPa) 0.32 0.21


RESULTATS OBTENUS


o Essais triaxiaux CU+U

Trois essais triaxiaux CU+U ont été réalisés

sur trois échantillons compactés à la teneur en

eau OPN jusqu'à 95% OPN.

Nature matériau C' (kPa) '

Limons 30 15

Marnes (MP/MA) 25 16

Ces caractéristiques montrent l’effet du

compactage avec, pour les contraintes de

confinement relativement faibles utilisées pour

les essais triaxiaux, la mise en évidence d’une

cohésion non négligeable et la mesure d’un

angle de frottement diminué par rapport à un

état normalement consolidé.

RESULTATS ESSAIS TRIAXIAUX CU+U

0

20

40

60

80

100

120

140

0 100 200 300 400

p' (kPa)

t =

q/2

(kP

a)

Limon Marnes


RESULTATS OBTENUS

Matériaux traités

o Evaluation de la compacité

Seules la courbe de compactage

Proctor des Marnes (Pantin et

Argenteuil) est fournie.

Conformément aux résultats de la

littérature, on constate une

évolution de la courbe Proctor

vers la droite (augmentation de la

teneur en eau optimale) avec

réduction de la densité maximale.

ESSAI PROCTOR NORMAL

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

0 5 10 15 20 25 30 35

Teneur en eau

Den

sit

é s

èch

e (

t/m

3)

Marnes (MP/MA) (naturel) Marnes (MP/MA) (traité)

La même tendance est apparue

pour le limon traité à la CaO (d=

1.68t/m3 et wopn= 19%).


RESULTATS OBTENUS

Matériaux traités

o Résistance en compression simple

Seuls les résultats de compression simple sur des éprouvettes de Marnes (MP/MA) traités (

à 2% de chaux) sont fournies.

Marnes (MP/MA) traités à la CaO

Cure 30j air+30j eau 60j air à 100% d'humidité

Rc1 (MPa) 0.35 0.62

Rc2 (MPa) 0.38 0.48

Rc3 (MPa) 0.25 0.67


Les résistances en compression des limons argileux traités obtenues sont récapitulées ci-

dessous:

Limons argileux traités à la CaO

Cure 30j 2air+30j eau 60j air à 100% d'humidité



RESULTATS OBTENUS

Comparaison et commentaire

o Comparaison des caractéristiques de cisaillement entre matériaux naturels et

matériaux traités

0

50

100

150

200

250

C' (kPa)et

Phi (°)Variation de C' et Phi suite au traitement à 2% de chaux

C'(kPa)

Le traitement des sols fins limoneux ou marneux

permet une nette amélioration des caractéristiques de

cisaillement par accroissement substantiel de la

cohésion.

Concernant les angles de frottement, l’effet sur les

limons est extrême et spectaculaire alors que les

marnes gardent un angle de frottement relativement

faible.

1ère série 30j air+30j eau : Pour les limons : C’= 120 kPa – ' = 56° Pour les marnes (MP/MA) : C’=170 kPa – ' = 22°

2ème série 60j air (humidité 100%) :

Pour les limons : C’= 250 kPa – ' = 45° Pour les marnes (MP/MA) : C’= 240kPa – ' = 12°


RESULTATS OBTENUS

Comparaison et commentaire

Comparaison des résistances en compression simple (Rc) des matériaux naturels et

des matériaux traités

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

Rc (MPa)

Variation de Rc avec traitement à 2% de chaux 1- (cure 30js eau + 30js air) 2- (cure 60js air)

+384%

+181%

+57%

+516%

Les sols limoneux semblent être plus

sensibles au traitement. En effet,

l'accroissement des résistances en

compression simple des sols

limoneux traités apparaît beaucoup

plus importante que celle dans les

sols marneux.

Ce constat est peut être lié au fait que

les limons se prêtent mieux à

l’homogénéisation et au mélange; les

marnes restant plus difficiles à

mélanger intimement avec la chaux

du fait de la cohésion plus grande des

grains obtenus par broyage.


CONCLUSION

L'étude des matériaux traités à la chaux montre que l'effet du traitement des sols fins

(limoneux et marneux) se traduit par une augmentation importante de la résistance

mesurée en laboratoire.

Qualitativement, les essais montrent :

‐ Un accroissement des cohésions du matériau traité;

‐ Un accroissement également de l'angle de frottement (ça concerne essentiellement

les matériaux limoneux);

‐ Une forte augmentation des résistances en compression simple.

En matière de stabilité de talus, ce n’est pas tant la résistance à la compression simple qui

intervient mais les caractéristiques de cohésion et d’angle de frottement dans les

conditions de vie (hygrométrie, tassements, etc…) du remblais.


CONCLUSION

En faite, il n’est pas adapté d’intégrer directement dans les calculs de stabilité les valeurs

des couples (C,f) mesurés sur les échantillons traités en laboratoire, en particulier parce

que des phénomènes de fissurations ou d’altération peuvent diminuer la résistance des

massifs.

La question de la pérennité dans le temps de ces nouvelles caractéristiques améliorées

après traitement est aussi un domaine d’étude important et qu’il convient d’analyser au

cas par cas. Le manque de retour d’expérience conduisant à rester prudent, même si les

études de traitement à la chaux des sols argileux montre bien l’augmentation régulière des

résistances des terrains traités sous l’effet des réactions Pouzzolanique.

En plus de cette interrogation, il apparaît également intéressant d’examiner

comparativement à l’action de la chaux seule le comportement à long terme avec un

traitement mixte : chaux – ciment; celui-ci n’étant pas plus avantageux en terme de

résistance long terme et en terme de comportement mécanique en grande masse.

En vous remerciant pour votre aimable attention

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