CLASSIFICATION DES SOLS EN VUE DU COMPACTAGE

CLASSIFICATION DES SOLS EN VUE DU COMPACTAGE

Réalisation et contrôle de compactage

INTRODUCTION

Les principaux désordres constatés dans les corps de remblai se résument en:
• Formation de fissures longitudinales avec ou sans dénivellation et affaissement du profil en long,
• Glissement de talus, éventuellement superficiel,
• Nature des matériaux en particulier, l’utilisation de matériaux évolutifs,
• Valeurs des teneurs en eau,
• Conditions de réalisation.
• La géométrie des remblais (pentes, dissymétries, etc.),
• L’alternance gel-dégel,
• L’augmentation des charges.
La plus grande partie des sols occasionnant des désordres importants se classe dans les familles suivantes :
• Sols fins : limons et argiles,
• Sables et graves argileux,
• Sols constitués de fines et de gros éléments tels que l’argile à silex ou alluvions grossiers,
• Roches et matériaux évolutifs tels que craies, schistes et marnes.
Les variations hydriques affectent fortement les caractéristiques mécaniques de ces matériaux, d’autant plus qu’ils sont plus évolutifs. L’eau pénètre dans le remblai à travers les couches supérieures, par ruissellement sur les talus ou par remontée capillaire. L’alternance imbibition- dessiccation (par approfondissement des fissures de retrait) et la respiration des remblais (par l’alternance gonflement-retrait) sont des facteurs aggravants de l’influence de l’eau. (C.MIEUSSENS, 1986)
Dans cet ensemble de causes possibles, le champ d’action de l’entreprise est limité aux modalités de mise en œuvre.
L’amélioration des conditions de mise en œuvre pour éviter ces désordres fait intervenir de nombreux facteurs, parmi lesquels :
• Epaisseur de la couche compactée,
• Modulation du compactage,
• Position par rapport à l’optimum Proctor,
• Compactage des talus,
• Optimisation de l’ensemble « couche de remblai, couche de forme, arase de terrassement »,
• Procédure d’épandage et de compactage du matériau,
• Traitement et amélioration du matériau,
• Scarification des matériaux après compactage pour une homogénéisation des interfaces,
• Emploi de géotextiles.

COMPACTAGE DES REMBLAIS DE BARRAGE

En ce qui concerne les caractéristiques des matériaux utilisés, ils doivent posséder une bonne résistance au cisaillement et une faible compressibilité.Lors de la mise en place et du compactage, ils ne doivent pas avoir une tendance à la fragmentation Le remblais est réalisé par couches horizontales successives mises en place et compactées mécaniquement. Leur épaisseur dépend de la nature du matériau et elle est déterminée sur la base d’essais de compactage in situ. Ces essais permettent aussi de fixer le nombre de passage d’un engin de compactage pour obtenir une densité optimale compte tenu d’une teneur en eau appropriée. Il faut pourtant se rappeler que l’homogénéité du point de vue perméabilité n’est pas facilement réalisable pour des remblais compactés, car le mode de construction offre toujours une plus grande perméabilité dans la direction des couches.Des zones de suintement à la surface aval sont souvent la conséquence d’un tel remblai. Pour éviter une érosion interne (effet de renard) et des instabilités ; des zones de drainage sont indispensables. (A. EMMANUEL, 2002)

UTILISATION PRATIQUE DES ESSAIS DE COMPACTAGE

Chaque sol est caract111érisé par ses densités maximale, qui correspondent chacune à une teneur en eau unique et précise, et à un type d’essai (PN ou PM). Les cahiers des charges exigeront le cas échéant, que les sols soient compactés jusqu’à γd donnée, par exemple 95% du PN (remblais), ou 95% du PM, ou 100% du PN (pour les 50 premiers cm de sol). Sur le chantier, le sol a une teneur en eau donnée naturelle, éventuellement non uniforme.
• Si la teneur en eau est supérieure à ωopt (teneur en eau qui correspond à l’optimum Proctor), on peut imaginer d’assécher le terrain, ce qui est pratiquement impraticable (le point A se déplace vers O).
• Si la teneur eau est inférieure à ωopt on peut envisager d’arroser le sol (lepoint B se déplace vers O)
• Dans l’un ou l’autre cas, on peut sans modifier la teneur en eau du sol, augmenter l’énergie de compactage (augmenter le nombre de passes), cette solution est la plus aisée à mettre en pratique(le point B se déplace vers O’).Une fois connue la teneur en eau naturelle du sol, et donc la solution pour atteindre la densité γd imposée, il reste à étalonner le matériel de compactage, c’est à- dire, pour un rouleau compresseur par exemple, déterminer le nombre de passes minimum pour atteindre la densité γdopt sur une épaisseur de 30 cm environ. On construit sur le chantier construit une courbe d’étalonnage au moyen d’un essai en grandeur réelle exécuté sur une portion de la surface du chantier. La courbe d’étalonnage lie le nombre de passes nécessaires pour atteindre le γd voulu, en fonction de la teneur en eau (plus ou moins maîtrisée par arrosage). Cette courbe passe par un minimum. Ce minimum permet de déterminer la teneur en eau qui faut s’efforcer d’obtenir avant compactage. Cette opération, relativement laborieuse permet, pour des chantiers importants, de faire des économies significatives en temps, en main-d’œuvre et en énergie.

LES ESSAIS AU LABORATOIRE

Le principe des essais de compactage a en fait déjà été évoqué plus haut dans ce chapitre; un échantillon de sol, de teneur en eau connue, estcompacté dans un moule, aux dimensionsnormalisées, par l’action de la chute d’une dame.Le poids et la hauteur de chute de cette dernièresont également normalisés. La teneur en eau dusol testé est maîtrisée en étuvant l’échantillon, puispar adjonctions de quantités précises d’eau. Unesérie d’essais est réalisée pour différentes teneursen eau, le résultat de chacun produisant un couple de valeurs (ω,γd), donc un point de la courbe de compactage (courbe A.A.S.C.H.O : American Association of State Highway Officials). Les essais peuvent être réalisés dans deux typesde moules, et selon deux modalités, ce qui faitquatre types d’essais. D’autres types, moins couramment utilisés existent également.
Ces essais ont pour objet de tracer les courbes de compactage. (E. LEFLAIVE et al, 1974)

L’essai Proctor

L’essai Proctor (normal ou modifié) est un essai de compactage dynamique, caractérisant la compactibilité des matériaux.L’essai Proctor a pour but de déterminer la teneur en eau optimale pour un sol de remblai donné et des conditions de compactage fixées, qui conduit au meilleur compactage possible ou encore capacité portante maximale.

Principe de l’essai

L’essai consiste à compacter dans un moule normalisé, à l’aide d’une dame normalisée, selon un processus bien défini, l’échantillon de sol à étudier et à mesurer sa teneur en eau et son poids spécifique sec après compactage.L’essai est répété plusieurs fois de suite sur des échantillons portés à différentes teneurs en eau.On définit ainsi plusieurs points d’une courbe (γd/γw, w), on trace cette courbe qui représente un maximum dont l’abscisse est la teneur en eau optimale et l’ordonnée la densité sèche optimale. (J.LERAU, 2006)
On peut utiliser :
a) Le moule Proctor : 10,2 cm de diamètre et 11,7 cm de hauteur (plus un collier mobile permettant de compacter jusque 13 ou 14 cm). Ce moule est utilisé pour les sols de granulométrie ≤5mm. On compacte environ 3 kg de sol.
b) Le moule C.B.R. (California Bearing Ratio) : 15,2 cm de diamètre et 15,2 cm de hauteur. Convient pour des sols contenant des éléments >5mm. Si le sol contient des éléments >20mm ceux-ci sont remplacés, à poids égal, par des éléments de 5 à 20mm. L’échantillon possède 6 kg de poids dans ce cas.
Dans chacun de ces deux moules, on peut réaliser l’essai de compactage selon deux modalités:
i) L’essai Proctor Normal (PN)
Le sol est compacté au moyen d’une dame de 2,490 kg, tombant d’une hauteur de 30,5 cm (1 pied). L’essai est réalisé en trois couches de plus ou moins 4 cm d’épaisseur qui reçoivent chacune 25 coups pour le moule Proctor et 55 coups pour le moule CBR.
ii) L’essai Proctor Modifié (PM)
Le sol est compacté au moyen d’une dame de 4,540 kg, tombant d’une hauteur de 45,7 cm (1,5 pied). L’essai est réalisé en cinq couches de plus ou moins 2,5 cm d’épaisseur qui reçoivent chacune 25 coups pour le moule Proctor et 55 coups pour le moule CBR.
L’essai PN communique au sol une énergie de compactage relativement modérée, cet essai s’applique donc à l’étude des remblais.
L’essai PM, sollicitant le sol d’avantage, il est adapté aux compactages important comme ceux que subissent les sols.
Citons encore le Proctor à 15 coups (courbes C de la fig. I.2 chapitre 1), le test de compaction miniature (Harvard) pour les sols fins, permettant d’effectuer les mesures sur de très petits échantillons (de l’ordre de 60 cm³), la table vibrante, lescompressions statiques.Pour le compactage des remblais, la valeur minimale de densité sèche à obtenir sur chantier est fixée en général à 95% jusqu’à 98% de densité sèche optimum de Proctor.(CASTAN, 1989).

 LES ESSAIS IN-SITU

 Notion de planche d’essai

Avant la construction du remblai, il est recommandé de réaliser une planche d’essai afin de fixer les conditions de mise en place des matériaux et de choisir les moyens de compactage les plus performants. Des couches et le nombre de passe du compactage sont déterminés lors de ces essais.(H.POUGATSCH et al, 2011)
Suivant l’objectif recherché, ces planches portent des noms variés : planche d’essais lorsqu’il s’agit de déterminer les performances d’un engin, planche de vérification lorsqu’il s’agit seulement de confirmer (ou d’infirmer ) une capacité que l’on croit connaitre, mais dont on n’est pas absolument certain, planche de référence lorsqu’il s’agit de définir la qualité que l’on obtient normalement en appliquant strictement un compactage déterminé pour qu’en cours de réalisation du chantier, on puisse comparer facilement la qualité obtenue à celle souhaitée. (G. ARQUIE et G. MOREL,1988)

Rôle de la planche d’essai

La planche d’essai est destinée à fixer les conditions de mise en œuvre du remblai et à déterminer les meilleures modalités d’exécution. Elle doit être systématiquement prévue avant la construction du remblai. Elle peut être avantageusement utilisée pour la confection d’un batardeau de protection ou d’une piste d’accès. La planche d’essai ne peut être intégrée au remblai que dans le cas où elle ne constituera pas, ensuite, une zone de faiblesse. Elle estobligatoirement exécutée avec le matériel proposé par l’entreprise, notamment pour régaler, niveler, compacter, ce qui permet d’en vérifier l’aptitude. (A.J SCHLEISS et H.POUGATCH, 2011).Dans le cas où la difficulté de mise en place des matériaux nécessite de rechercher notamment le compacteur adéquat (par exemple pour des sols indurés ou des roches tendres), le CCTP précise quels sont les types d’engins que l’entreprise devra tester lors de la planche d’essai.
Enfin, pour certains matériaux friables, il conviendra de comparer les granulométries avant et après compactage et vérifier que les fuseaux granulométriques obtenus restent admissibles.(A.EMMANUEL, 2002)

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
Chapitre I : THEORIE DE COMPACTAGE
I. INTRODUCTION
II. DEFINITION DE COMPACTAGE
III. OBJECTIF DU COMPACTAGE
III.1 Diminution des tassements
III.1.1 Constatation banale des tassements
III.1.2 Suppression des tassements
III.1.3 Suppression des tassements différentiels
III.2 Elévation des caractéristiques mécaniques
III.2.1 Augmentation de la cohésion C et de l’angle de frottement interne
III.2.2 Augmentation du module de déformation
III.3 Diminution de l’attrition
III.3.1 Influence du compactage
III.3.2 Diminution de la perméabilité
IV. CONDITION DE COMPACTAGE
V. THEORIE DE COMPACTAGE
V.1 Les facteurs qui influencent le compactage
V.1.1 Energie de compactage
V.1.2 Résistance à la pénétration des terres saturées
V.1.3 Nature du sol
V.1.4 Teneur en eau
V.1.5 Teneur en eau des matériaux fins
V.2 Propriétés des courbes de compactage
V.3 Teneur En Eau Optimale
V.4 Teneur en eau de mise en place des terre
VI. CLASSIFICATION DES SOLS EN VUE DU COMPACTAGE
VI.1 Groupe I : Enrochements
VI.2 Groupe II : sables et graviers
VI.3 Groupe III: limons, sols siliceux
VI.4 Groupe IV : Argile
VII. SENSIBILITE DES SOLS AU COMPACTAGE
CONCLUSION
Chapitre II : REALISATION ET CONTROLE DE COMPACTAGE
I. INTRODUCTION
II. COMPACTAGE REMBLAIS DE BARRAGE
III. UTILISATION PRATIQUE DES ESSAIS DE COMPACTAGE
IV. LES ESSAIS AU LABORATOIRE
IV.1 L’essai Proctor
IV.1.1 Principe de l’essai
V. LES ESSAIS IN-SITU
V.1 Notion de planche d’essai
V.2 Rôle de la planche d’essai
V.3 Dimensions de la planche d’essai
V.4 Mesures concernant l’efficacité d’un compacteur
VI. LES ENGINS DE COMPACTAGE
VI.1 Généralités
VI.2 Définition Générale
VI.2.1 Classement des engins
VI.2.2 Rouleaux à bandage lisse
VI.2.3 ROULEAUX A PNEUX
VI.2.4 Rouleaux vibrants
VI.2.5 Rouleaux a pieds dameurs
VI.2.6 Rouleaux à segments
VII. MISE EN OEUVRE DES REMBLAIS
VIII. CONTRÔLE DES TRAVAUX DE COMPACTAGE
VIII.1 La philosophie générale du contrôle
VIII.2 Objectifs du contrôl
VIII.3 Le contrôle du compactage
VIII.4 Ampleur du contrôle concernant le compactage
VIII.5 Exécution des contrôles de compactage
VIII.5.1 Identification des matériaux
VIII.5.2 Essais d’identification réalisés au cours des travaux
IX. MESURES APRES COMPACTAGE
IX.1 Densité sèche
IX.1.1 Densitomètres
IX.1.1 Gamma densitomètres à pointe à profondeur fixe
IX.1.2 Gamma densitomètres à pointe à profondeur variable
IX.1.3 Double sonde gamma
IX.1.4 Gamma densitomètres fixes à rétro- diffusion
IX.1.5 Gamma densitomètres mobiles
X. INFLUENCE DE COMPACTAGE ET EVALUATION DES TASSEMENTS
X.1 Analyse du phénomène et méthodes classique d’évaluation
X.1.1 Tassement instantané
X.1.2 Tassement de consolidation primaire W0
X.1.3 Tassement de consolidation secondaire Ws
X.1.4 Tassement résultant de fluage latéral Wf
X.2 Evaluation approchée par essais in situ
X.2.1 Essais de pénétration statique
X.2.2 Essai pressiométrique
CONCLUSION
Chapitre III : INFLUENCE DU COMPACTAGE SUR LES DEFORMATIONS DES BARRAGES
I. INTRODUCTION
II. PRESENTATION DU BARRAGE
III. GEOLOGIE ET GEOTECHNIQUE
III.1 Stratigraphie
III.1.1 Structure géologique
IV. PRESENTATION DU CODE DE CALCUL SERVANT A L’ETUDE
DES DEFORMATIONS DU BARRAGE
IV.1 Fonction du code de calcul
IV.2 Consistance du code de calcul
IV.2.1 Interface graphique du logiciel
IV.3 Définition des éléments
IV.4 Les méthodes de maillage
IV.4.1 Le maillage libre
IV.4.2 Le maillage tracé
IV.5 Propriétés des éléments
IV.6 Système d’unité
V. ETUDE DES DEFORMATIONS DANS LE NOYAU ET LES RECHARGES DU BARRAGE
V.1 Influence du module de déformation
V.2 Influence du poids volumique
VI. RESULTATS DE LA MODELISATION
VI.1 Résultats de la modélisation – influence du module de déformation
VI.1.1 Etude de la déformation du barrage avec E Noyau =10MPa et E recharges =15MPa
VI.1.2 Etude de la déformation du barrage avec E Noyau =15MPa et E recharges =20 MPa
VI.1.3 Etude de la déformation du barrage avec E Noyau =20MPa et Erechrges =25 MPa
VI.1.4 Etude de la déformation du barrage avec E Noyau =30MPa et E recharges =35 MPa
VI.1.5 Etude de la déformation du barrage avec E Noyau =30MPa et E rechrges =35 MPa
VI.2 Résultats de la modélisation – influence du poids volumique
VI.2.1 Etude de la déformation du barrage avec γd Noyau =20.10 KN/m3 et γd recharges =18.30 KN/m3
VI.2.2 Etude de la déformation du barrage avec γd Noyau =19.00 KN/m3 et γd recharges =17.00 KN/m3
VI.2.3 Etude de la déformation du barrage avec γd Noyau =17.00 KN/m3 et γd recharges =16.00 KN/m3
VI. PRESENTATION DES RESULTAS
VI.1 Influence du module de déformation
VI.2 Influence de la densité de mise en place des remblais
VI.3 Calcul des taux de réduction des déplacements
en fonction de la variation du de déformation E
VI.4 Calcul des taux de réduction des déplacements
en fonction de la variation des densités de mise en place γd
VII. INTERPRETATION DES RESULTATS DE LA MODELISATION
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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