Méthodes d’amélioration des sols

Méthodes d’amélioration des sols

Les techniques d’amélioration des sols consistent à modifier les caractéristiques d’un sol par une action physique (vibrations par exemple) ou par l’inclusion dans le sol ou le mélange au sol d’un matériau plus résistent, dans le but de :
o Augmenter la capacité portance et/ou la résistance au cisaillement.
o Diminuer les tassements, tant absolus que différentiels, le cas échéant les accélère,
o Diminuer ou éliminer le risque de liquéfaction en cas de tremblement de terre ou de vibrations importantes.

Méthodes mécaniques 

Compactage dynamique

C’est un procédé qui consiste à pilonner le sol en surface avec une dame en chute libre. L’énergie transmise par chaque impact pénètre dans le sol et produit une déstructuration. Au bout de quelques jours ou semaines, une restructuration s’opère qui aboutit à des caractéristiques de portance améliorées.
Le procédé s’applique aux sols sablo- graveleux, et aux matériaux argilo-limoneux saturés à condition qu’il y’ait présence d’air occlus. Son emploi peut être intéressant pour consolider des couches sous l’eau. (AMOURA et MAAMERI, 2013).

Compactage de surface 

Le compactage est un procédé de densification des sols en place (Lawton,2004). Il consiste à réduire le volume des vides par densification des particules en appliquant momentanément des charges (roulement ou vibration). Il peut être exécuté sur des sols excavés ou des remblais placés en des couches minces. Chen(1988), suggère pour les sols très expansifs, un compactage à faible densité. (Alonso et delage, 1975).
Le compactage de surface est utilisé généralement pour une profondeur maximale d’environ 3m pour une profondeur supérieures on utilise le compactage 5 dynamique, et le vibro-compactage. La nature du terrain détermine le type de compacteur à utiliser. Les études expérimentales définissent un compactage approprié des sols de remblais qui ne tasseront pas ou tasseront très peu. Il y’a donc un optimum de compactage à réaliser, c’est l’optimum que les essais au laboratoire se proposent de déterminer. (Khebizi, 2011).

Vibro-compactage

Le procédé de vibro-compactage, développé à la fin des années trente, permet de compacter localement ou dans la masse, les sols grenus sans cohésion (sables, graviers, cailloux) en place ou mis en remblai au-dessus ou en dessous de la nappe et ceci jusqu’à des profondeurs maximum de plus de 50 m. C’est une technique d’amélioration des sols pulvérulents de type sablo-graveleux permettant de densifier sous l’effet de la vibration. Ces vibrations, émises par l’outil, se propagent de grains et provoquent un réarrangement optimal du volume initial occupé. La réduction de la porosité du matériau permet aussi d’augmenter sa capacité portante de manière significative. (AMOURA et MAAMERI , 2013).
Ce procédé de vibro-compactage est appelé aussi la vibro-flotation, s’applique essentiellement aux sols granulaires non cohérents, tels que sables et graviers. Les vibrations engendrent un phénomène temporaire de liquéfaction du sol environnant le vibreur. Dans cet état, les forces inter granulaires sont quasiment annulées, et les grains sont réarrangés dans une configuration plus présentant de meilleures caractéristiques mécaniques. Cette technique est couramment mise en oeuvre à très grande échelle pour le compactage de terrepleins en sable gagnés sur la mer par remblaiement hydraulique.

Méthode de substitution

Cette technique a pour objectif la diminution globale du soulèvement, à la fois par suppression du sol gonflants, par la mise en place du remblai qui peut amortir une partie du soulèvement ultérieur et aussi par une amélioration de l’homogénéité des teneurs en eau, donc du soulèvement, pour l’ensemble de la construction. (Farid KAOUA et al, 2010).

Pré humidification

On crée ainsi un gonflement avant construction et si une forte teneur en eau est maintenue. Le volume restera sensiblement constant par la suite. Deux techniques sont utilisées (BOJANA DOLINAR, 2006, AZZOUZ, 2006) :
o Simple arrosage par jet.
o Création de bassins au-dessus du sol gonflant, et c’est beaucoup plus utilisé.
Cette méthode est basée sur les hypothèses suivantes (Mellal, 2009) :
 Le sol permet un gonflement par humidification précédant la construction ;
 Le mouvement de gonflement soit stabilisé lors de la construction réalisant ainsi un état de non soulèvement .Il faut donc compter sur la permanence de la teneur en eau artificiellement crée.

Méthodes hydromécaniques

Amélioration des sols par drainage

Cette technique est utilisée pour collecter l’eau ensuite la drainer ailleurs dans les cas d’ouvrage en tassement (remblais routiers …..). Le drainage ne comporte généralement pas de pompage mécanique, car on utilise uniquement l’écoulement gravitaire. Son domaine d’application est surtout celui des terrains peu à très peu perméables.
Les systèmes de drainage sont fabriqués de filtres d’agrégats poreux pour collecter l’eau et ensuite la drainer ailleurs. Les drains doivent être capables de drainer toute l’eau qui s’y infiltre sans provoquer une accumulation excessive de la charge.

Les drains doivent être aussi conçus pour prévenir la migration des fines des sols adjacents et par la suite colmater les vides. (Wiem KHEBIZI, 2011), (GHRICI et HARICHANE, 2009) dit que le drain vertical vise à diminuer le temps requis pour la consolidation de sols mous en accélérant à l’aide d’une surcharge, l’expulsion de l’eau qu’ils contiennent. Il est constitué d’une plaquette ondulée 6mm d’épaisseur, est enrobée d’une membrane géotextile synthétique, choisie en fonction des propriétés de filtration recherchées et de sa capacité à réaliser à l’abrasion lors de son installation.
Le drain est inséré dans le sol à l’aide d’un mandrin creux fixé à une flèche verticale rattachée à une rétro caveuse ou à une grue sur chenilles. Une force statique est utilisé pour enfoncer le mandrin et ancrer le drain à la profondeur désirée. En présence de couches de matériaux raides, un vibrateur est ajouté au mandrin, ou des avant –trous sont pratiqués pour passer à travers des couches très raides.

Introduction

Dans le cadre de l’aménagement du parc industriel de la localité D’OULED BENDAMOU MAGHNIA, wilaya de Tlemcen l’entreprise SEROR a été saisie par la direction des travaux publics pour entamer et établir l’étude et la réalisation d’un pont.

Notre étude a été effectuée sur Trois sols qui sont issus de sites de Tlemcen (nord-ouest d’Algérie), les trois sols sont des argiles proviennent de la région de OULED BENDAMOU MAGHNIA.

Pour cela dans ce chapitre nous présentons le projet dans lequel s’inscrit notre étude, ainsi que les caractéristiques géologiques, géographique et techniques.

Présentation du projet

L’ouvrage est situé à la localité D’OULED BENDAMOU MAGHNIA près du parc industriel de la Daïra de MAGHNIA wilaya de Tlemcen, type pont à poutres en béton précontraint de deux travées de 33.40 ml, les poutres sont au nombre de sept (07) par travée espacées de 1.5 m et surmontées par une dalle en béton armé de 25cm d’épaisseur, une pile centrale d’environ 20 de hauteur et deux culées avec un volume de remblai dépassent les 35 000 M 3 pour l’ensemble du projet afin d’assurer la transaction entre les différents points dure représentent l’ouvrage faisant l’objet d’une caractérisation spécifique pour la pérennité de l’ouvrage. (YOUSSARI et NMICHE, 2017) .

Ce dernier a pour objet le franchissement de l’Oued El Abbes à l’aide de deux travées et raccordement de la zone industrielle à la route nationale RN35. (YOUSSARI et NMICHE, 2017) .

Aperçu géologique de la région

MAGHNIA est située à l’extrême nord-ouest de l’Algérie. L’accessibilité à cette plaine à permit de relier la ville de MEGHNIA au nord à GHAZAOUT et NEDROMA par la RN 46, à l’est à Tlemcen par la RN 07 sur une distance de 75 Km et à Oran par la RN 35 à l’Ouest et sur une distance de 27 Km. Elle se relie à Oujda par la RN 07.

Cette zone est caractérisée par une richesse en substances utiles non métalliques, d’origine sédimentaire (calcaires, dolomies) à savoir :
• Les dépôts du Jurassique supérieur et moyen, qui sont les plus anciens et affleurent à l’Est du côté des monts de Tlemcen. Ils sont constitués de micaschistes et de schistes satinés.
• Les dépôts du crétacé se rencontrent au Nord, et sont couverts partiellement de dépôts quaternaires.
• Les dépôts du Tertiaire sont représentés par les basaltes et tufs associés .Ils se trouvent le long de la plaine du l’Oued Tafna. C’est là où se trouvent les gisements de bentonite de la région.
• Les dépôts du Quaternaire : Sur ces dépôts, il n’y a pas d’études détaillées. Les conclusions sont basées sur des critères lithologiques en se basant sur les observations de terrain. On distingue un complexe quaternaire représenté par des dépôts lacustre-alluviaux, où dominent des couches argileuses avec des graviers. Ces roches occupent la partie centrale de la plaine et se prolongent vers l’Est, où se trouve le gisement de bentonite (KOULOUGHELI, 2007) et (BELABBACI, 2014).

Climat de la région

La région dite a un climat méditerranéen, repose sur l’opposition entre un hiver océanique où la Wilaya est ouverte aux dépressions maritimes et un été désertique qui provoque la remontée et le stationnement d’une chaleur persistante durant toute la saison. La pluviométrie est d’une manière générale soumise à une double irrégularité inter saisonnière et interannuelle.
En se basant sur les quantités de précipitations pour les dix dernières années : L’année la plus pluvieuse est celle de 2003 avec 498,2 mm; l’année la moins pluvieuse est celle de 1998 avec un total de 204,9 mm.

Données géotechnique de site D’OULED BENDAMOU

La structure des strates du terrain de la zone du pont, selon les données géotechniques fournie par le laboratoire des travaux public de l’ouest LTPO, est comme suite :
Ce rapport dégage quelques conclusions qui permettant de donner le mode, l’ancrage et le taux de portance des fondations sur la base des résultats des investigations géotechniques in situ.

Conclusion

On se base sur ce qui est en dessus type et importance du projet d’une part et sur l’évidence dite que pour bien terminer un projet, il faut bien le débuter Il a été convenu que le remblai doit être exécuter uniquement par les matériaux locaux souhaitable brute ou améliorer dans le cas extrême situés dans les limites foncières du projet pour des raison non seulement économique mais environnementales aussi sans oublier le coté technique et la maitrise du procéder dans le besoin par l’entreprise de réalisation des terrassement STARR Tlemcen. A cet effet, une identification complète des échantillons prélevés a différentes profondeurs a été effectuer à savoir l’analyse granulométrique (NF P 94-056) et (NF P 94-057), limites d’Atterberg (NF P 94-068), valeurs de bleu de méthylène (NF P 94-068), essais Proctor (NF P 94-093), etc. relèvent que l’utilisation adéquate de ces matériaux (NF 11-300) nécessite un traitement conformément aux recommandations du guide technique des terrassement routier. Dans ce sens le chapitre suivant répond à cette inquiétude.

Identification des sols 

Analyse granulométrique 

Principe de l’essai 

o L’essai consiste à fractionner au moyen d’une série de tamis un matériau en plusieurs classes granulaires de tailles décroissantes.
o Les masses des différents refus et tamisât sont rapportées à la masse initiale du matériau. Les pourcentages ainsi obtenus sont exploités sous forme graphique.

Objectif 

L’analyse granulométrique consiste à déterminer la distribution dimensionnelle des grains constituant un granulat dont les dimensions sont comprises entre 0,08 et 40m.

Résultats 

o Peser le refus du tamis ayant la plus grande maille : soit R1 la masse de ce refus.
o Poursuivre la même opération avec tous les tamis de la colonne pour obtenir les masses des différents refus cumulés …
o Les masses des différents refus cumulés Ri sont rapportées à la masse totale de l’échantillon m1.
o Les pourcentages de refus cumulés ainsi obtenus, sont inscrits sur la feuille d’essai. Le pourcentage des tamisats cumulés sera déduit.
Pour le traçage de graphe granulométrique :
o Il suffit de porter les divers pourcentages des tamisats cumulés sur une feuille semi- logarithmique (Tableau) :
o en abscisse : les dimensions des mailles, échelle logarithmique
o en ordonnée : les pourcentages sur une échelle arithmétique.
o La courbe doit être tracée de manière continue. (Figure)

Les limites d’Atterberg

Introduction

Les limites d’Atterberg sont des essais qui permettent de définir des indicateurs qualifiant la plasticité d’un sol, et plus précisément de prévoir le comportement des sols pendant les opérations de terrassement, en particulier sous l’action des variations de teneur en eau. Notons que cet essai se fait uniquement sur les éléments fins du sol et il consiste à faire varier la teneur en eau de l’élément en observant sa consistance, ce qui permet de faire une classification du sol.

But de l’essai 

Le but de ces tests est de déterminer les limites de consistance qui sont exprimées en termes de teneur en eau marquant les limites entre état solide, plastique, et liquide. Il est important de noter que ces tests ne s’appliquent que pour les sols fins, définis comme ayant des grains de diamètres inférieurs à 0.06 [mm].

Résultats 

Détermination de la limite de liquidité 

On utilise la coupole de Casagrande, qui consiste en un appareillage composé d’un bol et d’un arbre à came permettant de transformer le mouvement de rotation en translation, on arrive donc à élever le bol d’une certaine hauteur et de le laisser retomber sur un plan rigide. Pour réaliser ce premier test, il faut :
 Humidifier l’échantillon de sol fin
 L’homogénéiser
 Etaler l’échantillon dans le bol, de manière à avoir une épaisseur à peu près constante, de 1 [cm], avec une surface horizontale
 Appliquer une rainure au milieu, séparant l’échantillon en deux parties distinctes et égales, de manière à voir le fond du bol
 Tourner la manivelle en comptant la norme de fois que le bol s’est élevé puis rabattu jusqu’à ce que la fente se referme.
 Récupérer l’échantillon, le peser, et calculer sa teneur en eau.

Essais proctor

L’essai Proctor est un essai de compactage exécuté en laboratoire qui a pour but de déterminer l’influence de la teneur en eau (W, exprimée en %) d’un matériau sur sa compactibilité (exprimée par la masse volumique sèche en g/cm3 ou en kg/m3) l’essai est effectué selon la norme (NF P 94-093). Concernant notre travail, on a utilisé le compactage pour mesuré la succion des trois matériaux ainsi pour déterminer l’indice CBR des déférentes teneures en eau et densités sèches. Le compactage de l’échantillon de sol est réalisé dans un moule modifié, avec une dame normalisée et modifié, et selon la norme (NF P 94-093). La teneur en eau et le poids spécifique sec après compactage du sol sont mesurés. Le moule choisi pour l’opération de compactage est de type CBR.

Manipulation

o une quantité calculée pour obtenir une densité sèche précise est humidifié à des teneur en eau différente (5% ; 10% ; 15%) et divisé en trois part égaux
o Introduire alors la quantité de matériau pour que la hauteur de la première couche après compactage soit au tiers de la hauteur de moule
o Compacté cette couche avec la dame correspondante en appliquant une énergie de compactage afin que toute la quantité calculé soit dans le moule et répéter l’opération pour trois masse volumique (1,55 t/m3, 1,65 t/m3, 1,75 t/m3)
o peser l’ensemble du moule avec le matériau, Pour chaque éprouvette compactée, on a calculé :
 la teneur en eau
 la densité sèche de matériau .

Essai IPI (Indice CBR Immédiat) 

L’essai permet de mesurer la portance d’un matériau compacté. Il consiste à comparer la résistance au poinçonnement d’un matériau à tester à celle d’un matériau de référence californien (grave naturelle). L’essai est réalisé en enfonçant à vitesse constante un poinçon cylindrique dans l’axe de l’éprouvette à la cadence normalisée de 1,27 mm/min sur des éprouvettes de sol compactées à l’énergie Proctor dans des moules CBR. On mesure en continu la force appliquée en fonction de l’enfoncement du poinçon (généralement jusqu’à 10 mm). Après l’essai, on détermine l’effort de pénétration à appliquer au sol pour observer des enfoncements de 2,5 et 5 mm (respectivement P2, 5 et P5). L’indice IPI (exprimé en %) est défini comme étant la plus grande des deux valeurs suivantes:
IPI25 = (100*F25)/13,35
IPI50 = (100*F50)/19,93
IPI = max (IPI25 ; IPI50)
Où:
F25 : Force [kN] à 2,5 mm d’enfoncement
F50 : Force [kN] à 5 mm d’enfoncement
13,35 : Force [kN] à 2,5 mm d’enfoncement pour le matériau type
19,93 : Force [kN] à 5 mm d’enfoncement pour le matériau type .

Le poinçonnement est réalisé sur toutes les éprouvettes de l’essai Proctor, on peut ainsi établir un graphique CBR/teneur en eau au compactage (B.Narimene, N.Asma, 2017) .

Conclusion

Les essais de stabilisation par chaux / lait de chaux réalisés sur les argiles de Tlemcen nous permettent de faire les conclusions suivantes :

L’ajout de lait de chaux modifie les caractéristiques physico-chimiques des argiles traitées, et réduit leur capacité d’adsorption. Le traitement réduit l’indice de plasticité, la valeur de bleu. La densité sèche maximale diminue en fonction de l’augmentation du lait de chaux jusqu’à 8% ; au-delà de ce pourcentage, la densité augmente .

Le traitement à la chaux/lait de chaux des sols argileux améliore d’une manière significative ses propriétés géotechniques et permet d’avoir des qualités meilleures, en effet :
 Réduire le volume des vides entre les particules solides (augmenter la compacité);
 Colmater les vides que l’on peut supprimer;
 Créer des liens et améliorer les liaisons existantes entre particules (résistance mécanique).

Ces trois objectifs permettent d’améliorer la résistance mécanique, et de diminuer la sensibilité à l’eau.

Enfin, on peut indiquer que le traitement par la chaux/lait de chaux reste une solution idéale pour stabiliser ces types de sols pour des raisons économique, écologique et technique.

Conclusion générale

La plupart des sols requièrent souvent une certaine stabilisation afin d’augmenter leur stabilité mécanique et d’améliorer leur performance. En plus, l’évolution actuelle du contexte socioéconomique dans le domaine des ouvrages en terre sont marquée par la nécessité de réutiliser au maximum les matériaux situés dans l’emprise des projets, même ceux dont les caractéristiques de mise en oeuvre, notamment mécaniques, sont très faibles.

Bien que plusieurs chercheurs aient démontrés qu’il est possible de traiter efficacement les sols avec de la chaux, du Lait de chaux et/ou combinés aux différents ajouts minéraux.

En premier lieu, une méthodologie a été suivie pour la collecte, la sélection et la caractérisation des sols fins et ceci pour une éventuelle amélioration par addition d’ajouts cimentaires (chaux ou lait de chaux).

En second lieu, un protocole expérimental a été établi et basé sur des normes internationales pour effectuer des essais géotechniques au laboratoire. Parmi ces essais on cite les limites d’Atterberg, le compactage, et le cisaillement.

A partir des résultats obtenus durant cette étude on peut conclure que quand la chaux /le lait de chaux sont ajoutées au sol un changement appréciable dans le comportement de plasticité a été observé (une réduction considérable de l’indice de plasticité).

Par ailleurs, la chaux/le lait de chaux fait diminuer la densité sèche maximale et fait augmenter la teneur en eau optimale.

On peut tenter d’améliorer un sol en place, entre autre, pour les raisons suivantes :
1) Augmenter sa résistance en place, pour augmenter sa capacité portante;
2) Améliorer la stabilité d’un talus existant ;
3) Assurer la stabilité temporaire des travaux d’excavation sans recours aux systèmes d’étançonnement conventionnels ;
4) Arrêter le mouvement d’une pente instable pour permettre des travaux de confortement permanent ;
5) Augmenter la résistance latérale des sols offerte aux pieux installés;
6) Diminuer la compressibilité des sols en place ;
7) Diminuer la perméabilité des sols ;
8) Permettre le percement d’un tunnel dans un terrain difficile ;
9) Accélérer la consolidation d’un dépôt d’argile ;
10) Contrôler les infiltrations d’eau autour d’un ouvrage ;
11) Réduire les risques de liquéfactions des dépôts granulaires lâches ;
12) Diminuer le potentiel de déformation volumique des sols ;
13) Homogénéiser les sols pour réduire le risque de tassement différentiel ;
14) Réduire la gélivité ;
15) Effectuer des travaux de reprise en sous-oeuvre ;
16) Stabiliser un remblai nouvellement mis en place.
Néanmoins nous considérons que les objectifs de cette recherche sont atteints.

Recommandations futures

Dans une perspective de recherche, plusieurs domaines méritent au moins d’être approfondis tels que :
• Etude de la durabilité du traitement dans des conditions environnementales variées et sévères.
• Etude et évaluation de l’efficacité du traitement en présence de différents composés organiques en termes de gain de résistance.

Table des matières

Remerciement
Dédicaces
Résumé
Abstract
ملخص
Table des matières
Liste des figures
Liste des tableaux
Introduction générale
Chapitre n°1 : Synthèse Bibliographique
1 : Introduction
2 : Méthodes d’amélioration des sols
2.1 : Méthodes mécaniques
2.1.1 Compactage dynamique
2.1.2 Compactage de surface
2.1.3 Vibro-compactage
2.1.4 Méthode de substitution
2.1.5 Pré humidification
2.2 : Méthodes hydromécaniques
2.2.1 Amélioration des sols par drainage
2.2.2 Amélioration des sols par pré chargement ou pré compression
2.3 : Méthodes thermiques
2.3.1 Amélioration temporaire par congélation
2.3.2 Amélioration par déshydratation
2.4 : Autres Méthodes d’amélioration des sols
2.4.1 Amélioration des sols par renforcement des terres
A. Technique de la terre ancrée
B. Technique de la terre renforcée
2.4.2 Amélioration des sols par inclusion
A. Colonnes à module contrôlé
B. Colonnes ballastées
C. Inclusion rigide
2.4.3 Amélioration des sols par injection
2.4.4 : Amélioration des sols par rabattement
3 : Amélioration des sols par des ajouts minéraux
3.1 : Amélioration des sols par ajout du ciment
3.2 : Amélioration des sols par ajout de la chaux
3.3 : Amélioration des sols par ajout de lait de chaux
3.4 : Amélioration des sols par ajout de la cendre volante
3.5 : Amélioration des sols par ajout des polymères
3.6 : Principe de la procédure
3.7 : Avantages de de la procédure
4 : Aperçu sur des argiles
4.1 Définitions des argiles
4.2 Les minéraux argileux
A : Héritage et altération
B : Transformation des minéraux argileux par dégradation et aggradation
C : Contexte de formation des sols argileux
4.3 Structure des argiles
5 : Conclusion
Chapitre n°2 : Description de projet et données globales
1 : Introduction
2 : Présentation du projet
3 : Aperçu géologique de la région
4 : Climat de la région
5 : Données géotechnique de site D’OULED BENDAMOU
6 : Conclusion
Chapitre n°3 : Traitement des sols
1 : Introduction
2 : Identification des sols
2.1 : Analyse granulométrique
2.1.1 Principe de l’essai
2.1.2 Objectif
2.1.3 Résultats
3.2 : Les limites d’Atterberg
2.2.1 Introduction
2.2.2 But de l’essai
2.2.3 Résultats
A. Détermination de la limite de liquidité
B. Détermination de la limite de plasticité
C. Indice de plasticité Ip
3.3 : Essai au bleu de méthylène
2.3.1 Objectif et principe de l’essai
2.3.2 Mode opératoire
2.3.3 Interprétation
2.3.4 Résultats
3.4 Essais proctor
2.4.1 Manipulation
2.5 : Essai IPI (Indice CBR Immédiat)
3 : Effet des améliorants sur les caractéristiques des sols
3.1 : Préparation des échantillons
3.2 : Effet de la chaux
3.3 : Effet de lait de chaux
3.4 : Effet de la chaux sur l’essai de compactage
3.5 : Effet de la chaux/lait de chaux sur la portance
4 : Conclusion
Conclusion générale
Références bibliographique

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