Tests techniques pour valider une utilisation des sols urbains en techniques routières

Les classes décrites dans le GTR pour les matériaux étudiés permettent d’orienter la réutilisation des sols urbains testés soit en remblai soit en couche de forme. Ces classes vont être déterminées dans la première partie du chapitre 3. Au vu des résultats (Figure 56), plusieurs solutions sont proposées par le guide,

 soit une réutilisation en état,

 soit une réutilisation après amélioration par un traitement aux liants hydrauliques et/ou un compactage.

Ces solutions doivent être validées par des études de formulation pour justifier des bonnes performances mécaniques de la formule utilisée (matériau ou liant hydraulique).

Les études de formulation de niveau 1 (Figure 23) se définissent en 3 étapes, que ce soit pour une utilisation en couche de forme ou en remblai. En premier, une identification des composants du

102 série de tests mécaniques (résistance à la compression simple, diamétrale…).

Figure 56: Valorisation en techniques routières des matériaux étudiés suivant le GTR. 2.5.1 Formulation des matériaux

La classe GTR du matériau : L’identification géotechnique a montré que le sol de Boulogne est un C1A1 et celui d’Ivry un C1B5.

L’eau du mélange : L’eau du mélange doit remplir les critères de la norme NF P98-100. Cette dernière stipule que l’eau du traitement doit être de type 1 ou 2. Le type d’eau est évaluée par deux analyses : la détermination de la teneur en matières en suspension suivant la norme NF EN 872 et la teneur en matières dissoutes suivant la norme NF T 90-029. Nous utilisons, dans notre cas, l’eau du robinet destinée à la consommation humaine, qui est classée suivant la norme NF P98-100 comme type 1.

Le ciment : Un ciment est caractérisé par une composition chimique spécifiée par la norme NF EN 197-1, allant de 65 à 94% de clinker ainsi que d’autres produits secondaires. Le ciment utilisé pour notre étude est un CEMII/ B (LL-W) 42.5 R CE. Il présente les spécificités suivantes :

 CEM II : ciment portland composé ;

 B : ciment composé de 65 à 79% de clinker et le clinker est composé entre 60 à 65% de C3S (Silicate de Calcium Hydraté).;

 LL-W : ciment composé de calcaire avec un COT (carbone organique total) < 20% en masse et des cendres volantes calciques ;

 42,5 : résistance courante en compression obtenue après 28 jours (en MPa) ;

 R : résistance à court terme élevée ;

 CE : le ciment possède un certificat de conformité (marquage CE).

Finalement, la formulation choisie pour les matériaux étudiés correspond à :

 Sols (Boulogne et Ivry) + 1 % de chaux pour une utilisation en remblais,

 Sols (Boulogne et Ivry) + 5 % de ciment normalisé CEM II 42.5 R pour une utilisation en couche de forme.

2.5.2 Essai de compactage Proctor

L’essai Proctor permet de déterminer, pour un matériau pulvérulent, sa masse volumique sèche maximale associée à sa teneur en eau spécifique et optimale pour une énergie de compactage donnée. Ces caractéristiques sont obtenues au moyen de la courbe Proctor qui relie la densité sèche du sol compacté et sa teneur en eau de compactage. Pour réaliser l’étude de formulation, nous avons travaillé sur une seule énergie qui est l’énergie Proctor Normale.

Méthodologie

La première étape du test consiste à humifier le matériau à l’aide d’un malaxeur à couteaux comme montré sur la Figure 57 (1). Des prélèvements par quartage sur table d’un sac de matériau homogénéisé (20kg) sont utilisés pour obtenir les différents points de la courbe Proctor (environ 5 kg par point). Nous avons utilisé des couteaux usés afin de limiter le concassage des grosses particules pendant le malaxage du sol. À la fin de cette étape, le matériau humidifié à plusieurs teneurs en eau est gardé dans des sacs hermétiques pendant une durée de 24h afin que le sol s’imbibe et que la teneur en eau s’homogénéise.

Si un traitement au ciment est requis, le sol déjà humidifié (on laisse 24h pour que le matériau s’imbibe d’eau) est traité par ajout de la quantité de ciment anhydre puis malaxé puis compacté directement. Pour un traitement à la chaux, un temps d’attente d’une heure est nécessaire avant de compacter le matériau.

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Figure 57: Les étapes d'un essai de compactage Proctor

Le compactage du sol traité ou non est appliqué dans un moule CBR en utilisant la dame Proctor Normal. Cette dame a un poids et une taille bien définis et on laisse tomber la dame sur le sol en différentes positions de manière à imposer de manière la plus uniforme possible le même nombre de coups par couche de sol compacté (le moule est rempli en 3 couches d’une masse équivalente à 1/3 du matériau préparé).

Enfin, à la fin du compactage, une mesure de l’Indice Portant Immédiat (IPI) est réalisée sur chaque éprouvette ; elle consiste à mesurer la force appliquée pour un enfoncement de 2,5 mm et 5 mm. Le protocole d’essai pour la mesure de l’IPI est décrit par la suite. Puis, l’éprouvette est démoulée et mise à l’étuve pour la mesure de la teneur en eau. La densité sèche de l’éprouvette est calculée en parallèle en utilisant le volume du moule CBR imposé par la norme (d = 152 ± 0,5 ; h = 152 ± 0,5). Les différentes étapes de l’essai Proctor et IPI sont résumées sur la Figure 57.

2.5.3 Essai d’aptitude au traitement

Nous avons dans un premier temps mesuré la teneur en eau du matériau (sol homogénéisé dans les sacs plastiques de stockage de l’ordre de 20kg), afin d’avoir un maximum de précision quant à sa

teneur en eau de moulage. La quantité de sol et d’eau ont été calculées de manière à avoir des éprouvettes à 96,5% de la densité Proctor Normal et à 100% de la teneur en eau optimale.

Le sol a été humidifié à la teneur en eau calculée à l’aide d’un malaxeur à couteaux, puis il a été laissé au repos pendant 24h. Une fois ce délai passé, le mélange est une fois de plus malaxé avec une quantité représentant 5% (de la masse sèche du matériau) en CEM II dans le cas d’un traitement au ciment et avec 1% de chaux dans le cas d’un traitement à la chaux.

Le moulage des éprouvettes se fait par compactage double statique à l’aide d’une presse et d’un moule en acier de hauteur (h) =10 cm et de diamètre (ф) = 10 cm. La procédure est représentée sur la Figure 58.

Figure 58: Schéma de la procédure de compactage (Lemaire, 2012)

Trois éprouvettes (Figure 59) sont destinées à la mesure de résistance en compression diamétrale (traitement au ciment). Une fois démoulées après fabrication, 3 diamètres, 2 hauteurs et la masse sont mesurées sur chacune des éprouvettes qui sont ensuite protégées par un étui en PVC et du ruban adhésif.

Figure 59: Éprouvettes destinées à la mesure de la résistance à la compression diamétrale

Trois autres éprouvettes (Figure 63) sont destinées à la mesure du gonflement volumique (traitement au ciment, traitement à la chaux). Comme précédemment, elles sont mesurées afin de déterminer leur volume initial V0. L’outil de mesure utilisé était un pied à coulisse avec une

106 précision de quelques micromètres. Ensuite, les éprouvettes ont été couvertes par un géotextile maintenu par un élastique.

Figure 60: Éprouvettes destinées à la mesure du gonflement volumique (GV)

Le lancement de l’essai d’aptitude au traitement consiste à :