Classification mécanique du matériau en couche de forme en sols fins

Le traitement des sols de la fraction 0/50 mm (matériaux des classes B, D1, D2,) est

faisable (GTR, 2000). Il est généralement possible avec des liants hydrauliques (ciment et chaux) selon les conditions d’exécution et un dosage adaptés. Précisément, l’épaisseur de la couche de forme dépend du type et de la nature de la partie supérieure des terrassements (PST) et de la portance à long terme au niveau de l’arase des terrassements (AR), des caractéristiques mécaniques du matériau traité, du mode de traitement en centrale ou en place.

Pour les performances mécaniques à long terme, l’abaque de la Figure 2.12 permet de classer le matériau suivant différentes zones selon les valeurs à 90 jours du module d’Young et de la résistance en traction directe mesurés sur des éprouvettes moulées à la compacité prévisible en fond de couche. Le Tableau 2.8 est relatif au mode de traitement de 1 à 5 pour tenir compte de différences dans l’homogénéité du matériau traité. Le Tableau 2.9 propose des valeurs d’épaisseur pour les différentes classes mécaniques du matériau traité aux liants hydrauliques.

A court terme

Réalisation de la chaussée

A long terme Chaussée en service

Assurer la traficabilité, quasi tout-temps, des engins

approvisionnant les matériaux de la couche de fondation.

Permettre le compactage efficace de la couche de fondation.

Satisfaire les exigences de nivellement de la plate-forme support de chaussée.

Assurer la protection de l’arase vis-à-vis des agents climatiques dans l’attente de la réalisation de la chaussée.

Homogénéiser la portance du support pour concevoir des chaussées d’épaisseur constante.

Maintenir dans le temps, en dépit des fluctuations de l’état hydrique des sols supports sensibles à l’eau, une portance minimale.

Amélioration de la portance de la plate-forme pour optimiser le coût et protection des sols supports gélifs.

Contribution au drainage de la chaussée.

Sol mou

Figure 2.12 Classification des matériaux traités aux liants hydrauliques à 360 jours (NF EN 14227-3, 2004)

Tableau 2.8 Détermination de la classe mécanique des sables et graves traitées aux liants hydrauliques selon le mode de traitement (GTR, 2000)

Traitement en centrale Traitement en place Classe mécanique du matériau S 1 - 1 S 2 zone 1 2 S 3 zone 2 3 S4 zone 3 4 S 5 zone 4 5

Le tableau donne les valeurs de Rt et E utilisées pour tracer les courbes délimitant les catégories S5, S4, S3, S2 et S1.

S5 S4 S3 S2 S1 0,1 1 10 100 1000 10000 100000 Ré s is ta nce e n tr a c tion dir e c te ( M P a )

Module d'élasticité (MPa)

Tableau 2.9 Conditions de surclassement de portance des plates-formes avec couche de forme en matériaux grenus traités aux liants hydrauliques (GTR, 2000)

Classe mécanique du matériau de couche de forme

Epaisseur de la couche de forme

Cas d’une arase de classe AR1 Cas d’une arase de classe AR2

Classe 3 - 30 cm 40 cm 25 cm 30 cm Classe 4 30 cm 35 cm 45 cm 30 cm 35 cm Classe 5 35 cm 50 cm 55 cm 35 cm 45 cm Classe de la plate-forme obtenue PF2 PF3 PF4 PF3 PF4

La technique de solidification/stabilisation

2.4.2

La technique de solidification/stabilisation est bien répandue dans le domaine du traitement des boues industrielles et de stations d'épuration. Son utilisation pour les sols et sédiments contaminés est depuis longtemps appliquée et toujours en voie de développement, (Boutouil, 1998).

La solidification et la stabilisation (S/S), notées technique de S/S à base de ciment font partie des techniques employées pour neutraliser les déchets dangereux en vue de leur mise en décharge ou pour assainir et réhabiliter des lieux contaminés. Elles sont très répandues pour le réaménagement de friches industrielles, car les déchets traités peuvent souvent être laissés sur place pour améliorer le sol en vue d’une construction ultérieure. Le traitement suppose l’addition de ciment aux sols ou aux déchets. Il agit sur les propriétés physiques de ces derniers et, bien souvent, modifie les propriétés chimiques des contaminants, (ACC, 2006).

Les deux propositions ou définitions relatives à cette technique ont été suggérées par Pojasek et al., (1979) dans Tseng (1988) :

 Solidification : "Processus par lequel les déchets contenant des métaux lourds sont fixés ou piégés dans un solide : la matrice de ciment par exemple"  Stabilisation : "Processus qui lie chimiquement et physiquement le déchet

avec l’agent de solidification".

Procédés et exemples d’application du procédé de

2.4.3

S/S

La solidification/stabilisation trouve son utilisation autant dans le domaine des sols que dans celui des sédiments contaminés ou non. D'après les recherches bibliographiques menées (Boutouil, 1998), on note une variété de procédés qui dépendent essentiellement des caractéristiques géotechniques et chimiques du produit à traiter et de l'utilisation finale du matériau traité. L'objectif global est d'obtenir de meilleures caractéristiques physico - mécaniques, un taux d'immobilisation des

contaminants élevé, avec des dosages en ciment et additifs faibles tout en s'efforçant de limiter les coûts de traitement.

Par ailleurs, l'ensemble des techniques de solidification/stabilisation présente un certain nombre d'étapes communes à respecter, (Levacher et Boutouil, 2000), à savoir :

 Analyse et évaluation du produit à traiter: caractérisation physico-chimique et mécanique des sédiments.

 Prétraitement éventuel : baisse de la teneur en eau.

 Addition de liants et d’agents solidifiants puis mélange: in-situ ou ex-situ.

 Compactage éventuel.

 Contrôle de qualité du matériau final.  Dépôt ou utilisation du matériau final.

Les liants

2.4.4

L’emploi de sols fins “déchets” comme les sédiments dragués, les fines de carrière peut s’envisager en sous couche routière. Il faudra gérer les différentes proportions d’argiles et de limons qu’ils contiennent car ils gonflent, deviennent plastiques en présence d’eau, se rétractent avec la sécheresse, foisonnent sous l’effet du gel. Ils n’ont donc aucune stabilité face aux variations climatiques (CIM Béton, 2004).

Un liant est un produit qui agglomère des particules solides sous forme de poudre. Les liants hydrauliques s’appliquent au procédé de solidification/stabilisation sur le domaine de génie civil.

2.4.4.1 Le ciment

Le ciment est un liant très utilisé dans le domaine de la construction et routier. C’est un liant hydraulique. Les ciments représentent une production de 20 millions de tonnes en France en 2003. Environ 887 000 tonnes de ciment sont utilisées dans la route, ils font l’objet de fabrications industrielles et de contrôles garantissant la conformité aux normes.

Les deux Tableaux 2.10 et 2.11 présentent la classification des ciments en fonction de leur résistance normale et différentes résistances à la compression par rapport de la classe de ciment.

Tableau 2.10 Désignation des différents types de ciment en fonction de leur composition dans la norme NF P 15-301, (1994)

Tableau 2.11 Spécification et valeurs garanties en fonction de la classe

Pour les procédés de S/S, le ciment Portland est le plus utilisé. Le mécanisme du ciment ajouté avec l’eau dans le sédiment ou le sol fin est décrit par la suite.

Quand la poudre de ciment Portland est en contact avec l’eau, l’aluminate tricalcique

(C3A) réagit en premier, se dissout et se recristallise. Vient ensuite la réaction

d’hydrolyse, de l’alite-Silicate tricalcique (C3S) qui forme autour des grains une

recristallisation de (C3A) sont rapides. Cette activité est si grande qu’il faut la retarder car elle conduirait à des prises trop rapides et rendrait le liant inutilisable sur le chantier.

Quelques réactions chimiques importantes :

2(3Cao.SiO2) + 6H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2 2.4

2(2Cao.SiO2) + 3H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + 2Ca(OH)2 2.5

3CaO.Al2O3 + 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O 2.6

4CaO.Al2O3.Fe2O3 + mH2O = 3CaO.Al2O3.6H2O + Fe2O3.nH2O + Ca(OH)2 2.7

3CaO.Al2O3 + 3(CaSO4.2H2O) + 26H2O = 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O 2.8