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Captulo 2 - Sols de fondation et couche de forme

A) Introduo

Le sol de fondation, ventuellement surmont d'une couche de forme en matriaux slectionns ou traits, constitue la plate-forme .sur laquelle repose Ia chausse.

Pour bien remplir son rIe, il est souhaitable que cette plate-forme possde un certain nombre de qualits:

- elIe doit offrir une assise convenable pour le compactage des couches de chausse et doit donc tre suffisamment rigide;

- cette rigidit ne doit pas se dtriorer pendant Ia priode qui spare I'excution des terrassements et Ia ralisation de Ia chausse; elIe doit donc tre peu sensible aux intempries;

- elIe participe, par sa rigidit, au fonctionnement de Ia chausse; une meilleure plate-forme autorise une chausse moins paisse, donc moins coteuse;

- si, compte tenu de I'paisseur de Ia chausse, le front de gel risque de pntrer l'intrieur du sol de fondation, celui-ci ne doit pas tre glif.Pour rpondre ces exigences, on est conduit apporter une attention particulire au choix du sol de fondation et souvent mme prvoir, en partie suprieure des terrassements, une couche particulire, appele couche de forme, dont Ies qualits sont intermdiaires entre celles du sol et celles de Ia chausse.Ce choix se fait sur Ia base des rsultats de I'tude gotechnique dont I'objet est de recenser et de caractriser Ies sols rencontrs sur le trac. Compte tenu de Ia grande diversit et de I'htrognit des sols naturels, on s'efforce de Ies regrouper en familles homognes. Sur Ia base de ces regroupements, on dfinit I'affectation de chaque catgorie de sol dans le cadre de I'excution des terrassements et I'on slectionne notamment ceux que I'on souhaite rserver pour Ia partie suprieure des terrassements et pour Ia couche de forme.

B) CLASSIFICATION DES SOLS

La gotechnique routire s'appuie sur un certain nombre d'essais communs avec Ia mcanique des sols et sur certains essais spcifiques qui permettent d'valuer le comportement et Ies conditions de mise en oeuvre des sols de Ia plate-forme support de chausse.

1) Analyse granulomtrique.Suivant Ia dimension des particules, Ies dnominations suivantes ont t adoptes:d < 2(mArgile argila

2 (m d < 20 (mLimon silte

20 (m d < 200 (mSable fin areia fina

0,2 mm d < 2 mmSable areia

2,0 mm d < 20 mmSable grossier

20 mm d < 50 mmCailloux - Calhaus

d ( 50 mmBlocs - Blocos

L'analyse granulomtrique est ralise par tamisage pour Ies particules de dimension suprieure 80 (m et par sdimentomtrie pour Ies fines de dimension infrieure 80 (m.2) Sensibilit I'eau.Ce sont essentiellement Ies caractristiques physico-chimiques des fines qui dterminent Ia sensibilit I'eau das sols.Les principaux essais utiliss pour Ia caractriser sont Ias sujvants.

2,121 Limites d' Atterberg.Lorsqu'on fait croitre progressivement Ia teneur en eau d'un sol pralablement sch et pulvris, ir passe d'un tat solide ou trs consistant ruptura fragile un tat plastique (grandes dformations sans ruptura) puis I'tat liquide.Les proprits du sol sont caractrises par deux seuils de teneur en eau:

.

- Ia limite de liquidit W L qui marque le passage de I' tat quasi liquide I'tat plastique. Elle est mesure I'aide de Ia coupelle de Casagrande dans laquelle on placa une certaine quantit de sol une teneur en eau dtermine. Une rainure est pratique sur toute I'paisseur du sol. Par das chocs normaliss, on amne Ia rainure se refermar. La limite de liquidit est Ia teneur en eau qui correspond sa fermeture en 25 chocs;

- Ia limite de plasticit w p qui est Ia teneur en eau partir de laquelle le sol commence s'mietter lorsqu'on le roule en fils de taible diamtre (environ 3 mm).

On dfinit alors !'indica de plasticit:

Ip= wL wpCet indica est d'autant plus lev que le matriau est plus plastique, au sens commun du terme comme du point de vue de soo comportement en cours de terrassement.

La classification dcrite ci-aprs distingue Ias seuils suivants:

Ip < 12 : faiblement argileux

12,,;;; Ip < 25 : moyennement argileux'

25 ,,;;; Ip < 40 : argileux

Ip ;;;. 40 . trs argileux

,122 "quivalent de sable.

11 est utilis pour das sols contenant pau d'lments fins et faiblement plastiques. 11 s'eftectue sur Ia traction intrieure 2 ou 5 mm.

On place un volume donn de I'chantillon dans une prouvette gradue dans laquelle on verse un mlange d'eau et de solution floculante destine mettre en suspension et faire gonfler les particules argileuses. Apres agitation normalise. on laisse reposer. puis on mesure Ia hauteur h2 du sabia et Ia hauteur h, du sommet du floculato

On calcule ensuite:

h2

ES=100x

h,

Les valeurs 'obtenues s'chelonnent de O 100.

Pour Ia valeu r 100. le matriau est trs propre. Au-dessous de 20. il est argileux et I'essai perd alors sa signification.

Franais du Copyright est strictement interdite. eur. trait Construction.

_ 2,123 Essai au bleu de mthylene.

\::;1 11 permet de caractriser Ia fraction argileuse d'un sol sableux ou

d'un granulat en mesurant sa capacit absorber du bleu de mthylna.

le principe de I' essai est de dterminer Ia quantit de bleu de mthylne ncessaire pour recouvrir d'urie couche suppose monomolculaire Ias surfaces internes et externas das partculas d'argile. das matires organiques et Ias hydroxydes en dispersion dans I'eau.

las lments non argileux du sol ne participant pratiquement pas ce phnomne d'adsorption. Ia quantit de colorant adsorbe par 100 9 du sol de evaleur au bleu dpend donc troitement de Ia surface spcifique globale de Ia fraction argileuse, trs caractristique de Ia oBture de I'argile puisqu'elle varie de 2.20 m2/g pour Ia kaolinite, 800 m2/g pour Ia montmorillonite.

l'essai s'eftectue sur une suspension du sol dans de I'eau, soumise une agitation permanente, et laquelle on ajoute das quantits croissantes de solution de bleu de mthylne.

On recherche Ia quantit de bleu de mthylne ncessaire pour saturar le sol, cette saturaton est indique par le test de Ia tache. 11 consiste prlever une goutte de suspension que I'on dpose sur un papier filtre. la tache ainsi forme se compose d'une parti e centrale de sol colar entoure d'une zona humide incolore. le dbut de Ia sursaturation est marqu par une coloration de I'aurole.

la valeur au bleu dsigne par V8s est le nombre de grammes de bleu de mthylne ncessaire pour saturar 100 9 de fines infrieures 0,08 mm.

Cet essai est ralis sur Ia fraction 0/2 mm ou 0/5 mm et ramen,

par une rgle de proportionnalit. Ia fraction 0/50 mm.

las seuils significatifs suivants peuvent tre retenus pour Ia valeur

au bleu:

0.2 0.2 E: V8s < 1.5

. 1,5 E: V8s < 2,5

2.5 E: V8s < 6

O E: V8s < 8

V8s;;;' 8

seuil de sensibilit

seis sablo-limoneux

seis limoneux pau plastques

seis limoneux moyennement plastiques seis argileux

seis trs argileux

2,13 Parametres d'tat.

11 s'agit de paramtres qui caractrisent I'tat du sol plac dans soo en.vironnement. De nombreux paramtres d'tat sont utiliss en mcanique das seis. Pour Ia gotechnique routire. deux seulement sont essentiels:

- Ia massa volumique du sol seco quotient de Ia massa das partiGulas solides par le volume total du sol, caractrise par le symbole Pd par Ias normas Ias plus rcentes (Pd a en fait Ia mme significaton et Ia mme valeur que Ia densit seche Ys);

- Ia teneur en eau w, rapport entre Ia massa de I' eau ntersttielle

et Ia massa das partculas solides.

la massa volumique du sol sec intervient dans I'apprciaton du niveau de compactage du sol, Ia teneur en eau dans celle de I'tat hydrique du sol.

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OJET

CONSTAUCTION

AOUTES

DE

ET

param_tre est tout fait fondamental et Ia Aecomman_s terrassements routiers [3]. ou ATA. document de base lCPC (laboratoire Central das Ponts et Chausses) et le ice d'tudes Techniques das Aoutes et Autoroutes). proIdre en compte 5 tats hydriques qui sont utiliss dans le I'aptitude das sols au compactage:

nide (th): tat d'humidit excessiva ne permettant pas en Itilisation du sol;

(h): humidit leve autorisant toutefois Ia rutilisation spectant das conditions particuli_res (aration. traite

m): humidit optimale;

humidit faible mais autorisant encare une mise en

: de certaines conditions d'excution (arrosage. surcom

(ts).

lent suivant I'tat hydrique se base sur Ias param_tres

m de Ia teneur en eau naturelle wn par rapport Ia teneur )timum Proctor normal ( 2.151):

Wn

wopn

m de Ia teneur en eau naturelle par rapport aux limites. par !'indica de consistance lc

wL - wn

1 c =y

p

'ortant Immdiat IPI qui exprime Ia valeur du poinonne

2.152) mesur sans surcharge ni immersion sur une I sol compact I'nergie Proctor normal et sa teneur lia.

emes de classification des sols.

nombreux syst_mes de classification das sols (HAB. c.). IIs ont tous pour objet de regrouper Ias sols renconacs oudans Ias fouilles das ouvrages en catgories mt homog_nes du point de voe das proprits concer)e de probl_me que I'on se pose.

maine routier. Ia classification qui s'est impose en lIa qui a t prsente par Ia Recammandatian paur

ents Rautiers (ATA) dj cite. la premi_re dition de ce publie en 1976 par le laboratoire Central das Ponts

11 a t r vis en 1992. le prncipe de Ia classification is parall_lement dans le projet de norma NF P 11-300.

;ette derni_re version qu'est extrai te Ia figure 8 _) relativa aux matriaux naturais.

11 propose parall_lement une classification das dchets et sous-produits industriais divers utiliss dans Ia

Iht est strictement interdite. tion.

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f

,_

SOLS

SoIS meubles

D

.,SOmm

Sols meubles

D

>SOmm

Matriaux rocheux

";'"

...,.

',......

"_." ""dO' o'.

_ ."

DE

FONDA TlON

Passant

60l1m

+

1000/0

AI

35

BS

12

D1B1

D2 B3

12 25 40 _Ip

B6

Passant 2mm

_

100 'Y.

70

_ B4

00/0

O 0,1 0',2 1',5 1;

o

8 _VBs

Passam 60l1m

+

IOO'Y.

_12

D3

O 0,1

CI ou C2 (")

_VBs

CraiesRI

Roches caicalresCalcaires

R2

RochesRoches argileusesMames, argiites, pites...R3

sdimemaires

Roches siliceusesGrs. poudingues, breches...R4

Roches salinosSei gemme, gypseRS

Roches magmatiquesGranijes. basanes, andsites... gneiss...R6

el mlamorphiquesschisles mtamorphiques et ardoisiers..

SOlO organiques. sous.proau:ts et dechets induslriels

I F

() C,: malriaux rouls et matriaux anguleux peu charpents

(0/50> 60 80%)

C2: matriaux anguleux trs charpents (0/50 .. 60 80%)

Fig. 8. - Nouvelle clasaification franaise RTR.

2,15 Essols spcifiques.

IIs ont pour but de dterminer:

- les conditions dans lesquelles le sol peut tre compact au cours

de Ia phase des terrassementso

- le comportement du sol sous Ia chausse en voe de permettre le

dimensionnement de cette dernire.

(j

2, 1"S"'"Essai Proctor.

li-a pour but de simuler I' volution du sol au cours du compactage et de dterminer, pour une nergie de compactage dtermine, Ia teneur en eau qui permet d'obtenir Ia densit sche maximale.

L'essai consiste compacter, dans un moule standard I'aide d'une da me standard et selon un processos bien determine, un chantillon du sol tudier et dterminer Ia teneur en eau du sol et sa densit sche aprs le compactage."

L'essai est repete plusieurs fois de sute sur des chantillons portes des teneurs en eau croissantes. On determine ainsi plusieurs points de Ia courbe reprsentative des densits sches en fonction des teneurs en eau. On trace alors Ia courbe en interpolant entre les points exprimentaux. Elle presente un maximum dont I'abscisse est Ia teneur en eau de I'optimum Proctor, et I'ordonne Ia densit sche Proctor.

Deux variantes de I'essai Proctor sont couramment pratiques. L'essai Proctor normal rend asseI bien compte des nergies de compactage pratiques pour les remblais.

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Toute reproduction sans autorisation du Centro Fra

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Masse volumique du sol soe Pd (kgJm3)

2,12

2

1,9

1,7

1,5

5910

15

25 30

Teneur en eau w (%)

20

modifi6

nomnaJ

Fig, 9, - Exemple de courbea Proctor normal et modifi,

Dans I'essai Proctor modifi, le eompaetage e_t beaueoup plus pouss et eorrespond aux nergies mises en reuvre pour Ias eouehes de forme et Ias eouehes de ehausse.

Suivant Ia granulomtrie du terrain tudi, I'essai Proetor (aussi bien normal que modifi) s'etfeetue dans un moule de faible seetion (moule Proctor) pour Ias terrains qui ne eontiennent pas d'lments de dimension suprieure 5 mm, dans un moule larga seetion pour Ias terrains dont Ias plus gros lments ont das dimensions eomprises entre 5 et 20 mm. Ce demier moule est le mme que eelui de I'essai CBR (moule CBR).

Dans le tas de matriaux de dimension maximale suprieure 20 mm, on remplaee poids par poids Ia fraetion suprieure 20 mm par du 5/20 mm venant du mme matriau.

Les dimensions das moules sont Ias suivantes:

Diametre (mm)Hauteur (mm)

Moule Proetor101,6117

Moule CBR152127

La da me e Proctor normal pese 2.4 kg et sa hauteur de chute est

Ida 30,5 em.

La dama eProctor modifi pese 4,535 kg et sa hauteur de chute

st de 45,7 em.

Dans I'essai Proctor normal, I'nergie de compactage est applique

u sol en 3 couches de 25 coups de dama dans le moule Proctor ou

len 3 couches de 55 coups de dama dans le moule CBR.

Dans I'essai Proctor modifi, le nombre de coups est le mme,

lais le sol mis en placa est en 5 couches.

La figure 9 donne un exemple de courbe obtenue dans Ias deux

ssols. On a reprsent galement Ia courbe de saturation. On consta

e, et c'est une regia gnrale, que I'optimum Proctor modifi corres

Ipond une massa volumique du sol sec suprieure et une teneur en

au plus faible que celle de "essai Proctor normal.

!_T52 Essai CBR,

L'essai CBR (Californian Bearing Ratio). propos en 1938, est uniersellement utilis pour apprcier Ia rsistance das sols supports de hausse.

L'in(fice portant califomien ou CBR est un nombre sans dimenion exprimant, en pourcentage, le rapport entre Ias pressions produiant un enfoncement donn dans le matriau tudi d'une part, et lans un matriau type d'autre parto Cette notion d'indice portant est

bien entendu purement empirique.

L'essai est ralis sur un chantilton de sol 0/20 mm maximum compact dans un moule CBR (en remplaant ventuellement par du 5/20 mm Ia fraction suprieure 20 mm).

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"'b_. c 150< 25I< 20

11 existe dans Ia nature das gisements alluvionnaires dont Ia eourbe granulomtrique est pau pres satisfaisante, apres ventuellement limination das plus gros lments.

3,15 Conditions d' laboration.

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