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République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
ةــــعماـــج
يحي نب قيدصلا دمحم
-لجيج
-Université Mohammed Seddik Benyahia -Jijel
Mémoire de fin d’études
En vue de l’obtention du diplôme : Master Académique en Géologie
Option :
Géologie de l’Ingénieur et Géotechnique
Thème
Membres de Jury
Présenté par :
Président :HAMADOU Noureddine
HELAILI Moussa
Examinateur: KEBEB Hamza LALALI Mehdi
Encadrant : BAGHDAD Abdelmalek
Année Universitaire 2019-2020
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نوكلا و ضرلأا مولع :
Faculté des Sciences de la Nature et de la VieDépartement :des Sciences de la Terre et de l’Univers
Amélioration des sols par colonnes ballastées
Etude de cas
donné la force, le courage et la volonté pour accomplir ce travail.
Nous remercions nos très CHERE PARENTS pour leurs soutiens et leurs
patiences.
J’adresse mes vifs remerciements à mon encadreur Dr. ABDELMALEK
BAGHDAD pour m’avoir suivi le long de ce travail et tous les efforts qu’elle a
fait pour son accomplissement.
Nous remercions profondément les membres des jurys, qui nous ont fait
L’honneur de juger ce travail.
Un grand merci aux enseignants du Département de Géologie
Nous remercions tous ceux qui nous ont aidés de près ou de loin afin de Réaliser
Dédicace
Je dédie ce projet :
A ma chère Mère
Celle qui m'a inséré le goût de la vie et le sens de la responsabilité
A mon cher Père
Celui qui est la source de mon inspiration et de mon courage
Ceux qui m’ont donné la vie, symbole de beauté, de fierté, de sagesse et de
patience.
A toutes mes sœurs
Pour leur soutien moral tout le long de mes études
A toute ma famille
A mon cher binôme MEHDI
Pour son entente et son sympathie
A mes meilleurs amis CHARAF, YACINE, YAHHIA, HOUSSAM, CHADAD
A mes amis WALID, SALLAHDINNE, BORHAN, AMIN ,okba
Pour Leur soutiens et aides durant les moments difficiles A toute
les amis d'étude promo de Géotechnique
A toutes mes autres ami(e)s
A tous ceux que j'aime et ceux qui m'aiment
Dédicace
Je dédie ce projet
A
ma chère Mère
Celle qui m'a inséré le goût de la vie et le sens
de la responsabilité
A
mon cher Père
Celui qui est la source de mon inspiration et de mon courage
Ceux qui m’ont donné la vie, symbole de beauté, de fierté, de
sagesse et de patience.
A toutes mes sœurs
A mon frère
YOUCEF
Pour leur soutien moral tout le long de mes études
A toute ma famille
A mon cher binôme Moussa
Pour son entente et son sympathie
A mes meilleurs amis ISMAIL, YAHIA, CHARAF, CHADAD
A mes amis YACINE, WALID, OKBA, KHELAD, HOUSSAM
Pour leur soutiens et aides durant les moments difficiles
A toute les amis d'étude promo de Géotechnique A toutes mes autres ami(e)s
A tous ceux que j'aime et ceux qui m'aiment.
Le présent travail traite d’une étude bibliographique sur le renforcement des sols par colonnes ballastées en présentant en premier lieu l’ensemble des procédés de mise en œuvre et domaine d’application de cette méthode et en deuxième étape une présentation des mécanismes de comportement ainsi que le dimensionnement d’une colonne et d’un réseau de colonnes (les modes de rupture). Afin de mettre en évidence les informations nécessaires pour appréhender le fonctionnement des colonnes ballastées dans un massif de sol, un cas pratique a été présenté. Les données géotechniques ont bien montré que le sol n’a pas les propriétés mécaniques suffisantes pour supporter les charges transmises par la superstructure. En adoptant le renforcement du sol par colonnes ballastées, les différentes méthodes analytiques (Priebe, Homogénéisation) ont permis d’avoir un coefficient de réduction de l’ordre de (2.6). Les calculs numériques ont donné un tassement du sol renfoncé de l’ordre de 26 cm d’en il en résulte une réduction de 2.23. Additivement à la réduction du tassement, les colonnes ballastées de par leur forte raideur contribuent effectivement à l’augmentation de la contrainte admissible du sol.
Mots-clés : colonnes ballastées, renforcement, dimensionnement, tassement, contrainte
admissible.
صخلم لوانتي اذه لمعلا ةسارد ةيفارغويلبب نع ةيوقت ةبرتلا ةطساوب ةدمعلأا ةيرجحلا نم للاخ ميدقت ىلوا ةلحرمك عيمج يلمع تا ذيفنتلا لاجمو قيبطت هذه ةقيرطلا ةوطخكو ةيناث ضرع تايلآ كولسلا ةقيرطو ميجحت دومعلا ةكبشو ةدمعلأا ( عاضوأ لشفلا .) نم لجأ طيلست ءوضلا ىلع تامولعملا ةمزلالا مهفل لمع ةدمعلأا ةيرجحلا يف ةلتك ،ةبرتلا مت ميدقت ةلاح ةيلمع . ترهظأ تانايبلا ةينقتويجلا حوضوب نأ رتلا ةب سيل اهل صئاصخ ةيكيناكيم ةيفاك لمحتل لامحلأا ةلوقنملا نم ةينبلا ةيقوفلا . نم للاخ دامتعا ةيوقت ةبرتلا ةطساوب ةدمعلأا ،ةيرجحلا تلعج قرطلا ةيليلحتلا ةفلتخملا Priebe, Homogénéisation) ( ، م ن نكمملا لوصحلا ىلع لماعم لازتخا هردق ( 2.6 .) تطعأ تاباسحلا ةيددعلا وست ةي ةبرتلل ةيوقملا رادقم 26 مس امم ىدأ ىلإ ليلقت ــب 2.23 . ةفاضلإاب ىلإ ليلقت ،رارقتسلاا مهاست ةدمعلأا ،ةيرجحلا ببسب اهتبلاص ،ةيلاعلا لكشب لاعف يف ةدايز داهجإ ةبرتلا حومسملا هب . تاملكلا ةيحاتفملا : ةدمعأ ،ةيرجح ،حيلست ،داعبأ ،ةيوست داهجإ لوبقم . Abstract
This work deals with a bibliographical study on soil reinforcement by stone columns, by first presenting all the implementation processes and field of application of this method and in the second step a presentation of the behavior mechanisms as well as the sizing of a column and a network of columns (the failure modes). In order to highlight the information necessary to understand the operation of stone columns in a soil mass, a practical case was presented. Geotechnical data has clearly shown that the soil does not have sufficient mechanical properties to withstand the loads transmitted by the superstructure. By adopting soil reinforcement by stone columns, the various analytical methods (Priebe, Homogenization) have made it possible to have a reduction coefficient of the order of (2.6). Numerical calculations gave a recess soil settlement of the order of 26 cm resulting in a reduction of 2.23. In addition to reducing settlement, stone columns due to their high stiffness effectively contribute to increasing the allowable stress of the soil.
Sommaire
Remerciements I
Dédicace II
Résumé III
Liste des figures IV
Liste des tableaux V
Liste des notations VI
Introduction générale 1
Chapitre I : Généralité sur les colonnes ballastées
I. 1. Définition 2
I.2. Objectif de traitement 2
I.3. Domaines d’applications 2
I.3.1. Type d’ouvrage 2
I.3.2. Type de sol 3
I.4. Mode opératoire 4
I.5. Mise en œuvre 5
I.5.1. Colonnes exécutées par voie humide 5
I.5.2. Colonnes exécutées par voie sèche 6
I.6. Techniques d’améliorations des sols 7
I.7. Technique de renforcement par colonnes ballastées 8
I.8. Choix des matériaux 9
I.8.1. Matériaux constitutifs des colonnes 9
I.8.2. Matériaux du matelas de répartition 9
I.9. Les avantages 10
I.10. Conclusion 10
Chapitre II : Les colonnes ballastées dimensionnement et réception
II. Dimensionnement 11
II.1. Préalable : éléments d’information nécessaires au calcul 11
II.4. Contraintes maximales admissibles dans les colonnes 12
II.4.1. Rupture par expansion latérale 13
II.4.2. Rupture par cisaillement généralisé 14
II.4.3. Rupture par poinçonnement du sol 14
II.5. Contraintes de calcul à l’ELS 15
II.6. Méthodes de dimensionnement des colonnes ballastées 16
II.6.1. Méthode de Priebe (1976-1995) 16
II.6.2. Méthodes d'homogénéisation 16
II.6.3. Approche numérique aux éléments finis 17
II.7. Taux de consolidation 17
II.8. Colonnes ballastées et liquéfaction 17
II.9. Contrôles et réception 18
II.9.1. Contrôles en cours d’exécution 18
II.9.1.1. Essais d’étalonnage 18
II.9.1.2. Essais d’information 18
II.9.2. Essais de réception 18
II.9.2.1. Contrôle du diamètre 18
II.9.2.2. Contrôle de continuité 18
II.9.2.3. Contrôle de compacité 18
II.10. Conclusion 18
Chapitre III : Essais d’identification des sols à renforcés
III.1. Introduction 19
III.2. Les essais d’identification 19
III.3. les essais aux laboratoires 19
III.3.1. La teneur en eau du sol 19
III.3.1.1. Définition 19
III.3.1.2. But de l’essai 19
III.3.1.3. Principe de détermination de la teneur en eau 19
III.3.2. Equivalent de sable 21
III.3.2.1. Introduction 21
III.3.2.2. Principe de l’essai 21
III.3.2.3. Matériel utilisé 21
III.3.2.4. Mode opératoire 21
III.3.2.5. Expression des résultats 22
III.3.3. Analyse granulométrique 23
III.3.3.1. But de l’essai 23
III.3.3.2. Principe de l’essai 23
III.3.3.3. Equipement nécessaire 23
III.3.3.4. Matériels utilisés 23
III.3.3.5. Appareillage 24
III.3.3.6. Mode opératoire 24
III.3.4. Masse volumique 25
III.3.4.1. Masse volumique Absolue… 25
III.3.4.2. Appareillage utilisé 25
III.3.4.3. La masse volumique apparente 25
III.3.4.4. Matériels utilisés 25
III.3.4.5. Mode opératoire 26
III.3.5. Essai de cisaillement direct 27
III.3.5.1. Principe de l’essai… 27
III.3.5.2. Les différents types d’essais 27
III.3.5.3. Appareillage 28
III.3.5.4. Mode opératoire 29
III.3.6. L’essai triaxial 30
III.3.6.1. Définition 30
III.3.6.2. Principe de l’essai triaxial 30
III.3.6.3. Description de l’essai 30
III.4.1. l’essai préssiométrique 32
III.4.1.1. But de l’essai 32
III.4.1.2. principe de l’essai 33
III.4.1.3. Appareillage de pressiomètre 33
III.4.1.4. Exploitation des résultats de l’essai 34
III.4.2. L’essai de pénétration dynamique 34
III.4.2.1. Introduction 34
III.4.2.2.Objectif de l’essai 34
III.4.2.3. Principe de l’essai 35
III.4.2.4. Réalisation d’un essai Pénétromètre dynamique in situ 35
III.4.2.5. Résultat 36
III.5. Matériaux d’apport 36
III.6. Résistance à la compression 36
III.6.1. Principe de l'essai 36
III.6.2. Dispositif de l'essai 36
III.7. Essai Los Angeles 37
III.7.1. Principe 37
III.7.2. Appareillage 38
III.7.3. Procédure 38
III.7.4. Résultats de l’essai (LA) 39
III.8. Conclusion 39
Chapitre IV : Cas d’étude
IV.1. Synthèse et interprétation des données géologiques et géotechniques 40
IV.1.1. Situation et Présentation du projet 40
IV.1.2. Cadre géologique et géotechnique 40
IV.1.3. Synthèse géotechnique 41
IV.1.3.1. Reconnaissance des sols 41
IV.1.4. Détermination des Paramètres mécaniques 41
IV.1.4.3. Sondages pressiométriques 43
IV.1.4.4. Pénétromètre statique (CPT) 43
IV.2. Etude géotechnique et dimensionnement des fondations… 44
IV.2.1. Descente de charge 44
IV.2.2. Evaluation de la capacité portante du sol 45
IV.2.3. Calcul de la contrainte admissible 45
IV.2.3.1. À partir des essais au laboratoire 45
IV.2.3.2. À partir des essais in-situ 45
IV.2.3.2.1. À partir des essais pressiométriques 45
IV.2.3.2.2. À partir des essais pénétrométriques statique (CPT) 46
IV.2.4. Calcul des tassements 46
IV.2.4.1. Calcul du tassement en utilisant la méthode œdométrique 46
IV.2.4.2. Détermination à partir d’essais Pressiométriques 46
IV.2.4.3. Détermination à partir d’essais pénétrométriques statique 46
IV.3. Dimentionnement des colonnes ballastées 47
IV.3.1. Application de la méthode Priebe (analytique) 47
IV.3.2. Détermination de la contrainte appliquée sur les colonnes ballastées 48
IV.3.3. Méthode d’homogénéisation simplifiée 48
IV.3.4. Mécanisme de rupture des colonnes ballastées 49
IV.4. Caractérisation des matériaux et essais de contrôle chantier 50
IV.4.1. Introduction 50
IV.4.2. Essai granulométrique 50
IV.4.3. Essai Micro Deval (NF EN 1097-1) 51
IV.4.4. Essai Los Angeles (NF EN 1097-2) 51
IV.4.5. Analyse et discussion des résultats 51
IV.5. Contrôle des colonnes ballastées 51
IV.5.1. Contrôles en cours d’exécution : enregistrement de paramètres 51
IV.5.2. Pénétromètre dynamique 51
IV.6.1. Introduction 53
IV.6.2. Démarche 53
IV.6.3. Evaluation des tassements par le logiciel PLAXIS 2D fondation 53
IV.6.3.1. Présentation de modèle 53
IV.6.4. Eude comparative 57
Conclusion générale 59
Références bibliographiques
Figure I.1. Champ d’application des colonnes ballastées 4 Figure I.2. Schéma représentant l’application des colonnes ballastées 5
Figure I.3. Schéma de réalisation des colonnes ballastées par voie humide 6 Figure I.4. Etapes de réalisation d’une colonne ballastée par voie humide 6
Figure I.5. Schéma de réalisation des colonnes ballastées par voie humide voie
sèche
7 Figure I.6. Schéma de réalisation des colonnes ballastées par voie sèche 7 Figure I.7. Disposition et domaine d’influence de la colonne ballastée 8 Figure I.8. Schéma donnant les couches qui forment le matelas de répartition 10
Figure II.1. Modes de rupture des colonnes ballastées isolées dans un sol homogène
12
Figure II.2. Analogie colonne ballastées/éprouvette triaxiale 13
Figure II.3. Surface de rupture par cisaillement généralisé 14
Figure II.4. Caractérisation de la surface de rupture par poinçonnement 15
Figure III.1. détermination de la teneur en eau 20
Figure III.2. Photos présentant le mode opératoire de L’essai d’Equivalent de sable
22
Figure III.3. Equipement nécessaire pour une analyse granulométrique 24
Figure III.4. Matériel utilisée 26
Figure III.5. La méthode de la masse volumique apparente 26
Figure III.6. Principe de l’essai de cisaillement 27
Figure III.7. Boite de Cisaillement 28
Figure III.8. L’appareil de cisaillement 29
Figure III.9. L’appareil de l’essai triaxial 31
Figure III.10. mode d’opératoire de l’essai triaxial 32
Figure III.11. Composants d’un pressiomètre 34
Figure III.12. Appareil Pénétromètre dynamique 35
Figure III.13
.
Dispositif de rupture en compression 37Figure III.14. machine los angeles 38
Figure IV.1. Vue aérienne du projet réalisée. 40
Figure IV.2. Évolution des contraintes en fonction des charges appliquée à L’ELS 45
Figure IV.5. Maillage en 2D du système radier-sol 54
Figure IV.6. Tassement du sol sans renforcement 55
Figure IV.7. Maillage en 2D du système radier-sol renforcé par colonnes ballastées 55
Figure IV.8. Tassement de sol renforcé par colonnes ballastées 56
Figure IV.9. Déplacement horizontal de sol renforcé par colonnes ballastées 56
Figure IV.10. Tassement de sol renforcé par colonnes ballastées 57
Figure IV.11. Graphe représentative des tassements des différentes méthodes en
Tableau I.1. Limites d’application des colonnes ballastées 3
Tableau. II.1. Caractéristiques usuelles des colonnes 12
Tableau III.1. Vitesses des essais de cisaillement 28
Tableau III.2. Résultats de l’essai pénétromètre dynamique 36
Tableau III 3. La charge de boulets relative à chaque classe granulaire 39
Tableau IV.1. Caractéristiques physiques des couches de sol 41
Tableau IV.2. Paramètres de cisaillement rectiligne à la boite 41
Tableau IV.3. Paramètre de compressibilité œdométrique 42
Tableau IV.4. Résultats des essais pressiométriques 43
Tableau IV.5. Descente de charge par niveau de bâtiment 44
Tableau IV.6. Récapitulatif du calcul de tassement œdométrique 46
Tableau IV.7. Tassement pour des fondations type radier (CPT) 47
Tableau IV.8. Tassement final (𝑆𝑓) sur une profondeur de 38 m par la méthode D’homogénéisation
48
Tableau IV.9. Analyse granulométrique de gravillon 15/25 50
Tableau IV.10. Résultats de l’essai de chargement d’une colonne ballastée 52 Tableau IV.11. Caractéristiques mécaniques de sous couches du sol étudié 54
Liste des notations
k : Coefficient multiplicateur. E : Poids d’eau dans le matériau. Ps : Poids du matériau sec. Ph : Poids du matériau humide. u : pression interstitielle.
Rf: Résistance à la compression. Fc : Charge de rupture.
qadm : contrainte admissible.
qadm, ELU : contrainte admissible de calcul à l’état limite ultime. E : Poids d’eau dans le matériau.
Ps : Poids du matériau sec. Ph : Poids du matériau humide.
u : pression interstitielle. SC : Sol sous consolidé. γh: Densité humide. γd : Densité sèche. SR : Degré de saturation (%). W : Teneur en eau (%). WL : Limite de liquidité. ΙP : Indice de plasticité.
Es : Le module d’élasticité de sol. Eoed : Module oedométrique.
Ec : Le module d’élasticité de matériaux constatif de la colonne. Cu : Cohésion apparente.
Introduction
De nombreuses techniques de renforcement de sol ont été développées par les ingénieurs géotechniciens au cours du 20ème siècle. Elles permettent, l’amélioration des caractéristiques géotechniques, ainsi que les propriétés mécaniques des terrains, et sont jugées efficaces. Parmi les techniques d’amélioration de sol on citera, les colonnes ballastées qui sera l’objet principal de notre travail.
Cette technique, consiste à incorporer par compactage un matériau granulaire, dans un terrain présentant de faibles caractéristiques géotechniques, elle améliore les caractéristiques mécaniques des sols par augmentation de leurs capacités portantes et la réduction de leurs tassements sous les charges appliquées. Ces dernières peuvent aussi jouer le rôle d’un drain et réduire les risques de liquéfaction dans les zones sismiques.
Les colonnes ballastées sont considérées parmi les techniques les plus élaborées, de part leur rapidité d’exécution et leur prix compétitif par rapport aux autres méthodes existantes tel que les pieux par exemple. (Bououd et Chibane, 2012). Les méthodes de justification les plus utilisées pour le dimensionnement des colonnes ballastées sont :
La méthode de Priebe (1976,1995).
La méthode d’homogénéisation simplifiée.
Méthodes numériques basées sur la discrétisation en éléments finies. Pour mener à bien cette étude, le travail sera structuré en quatre chapitres.
Le premier chapitre, sera sous forme d’une généralité sur les colonnes ballastées, consacré à la détermination du procédé de renforcement par colonne ballastée, ces différents modes de mise en œuvre et son domaine d’application.
Le deuxième chapitre concernait les mécanismes de comportement ainsi que le dimensionnement d’une colonne et d’un réseau de colonnes (les modes de rupture). Ce chapitre permettra de mettre en évidence les informations nécessaires pour appréhender le fonctionnement des colonnes ballastées dans un massif de sol.
Le troisième chapitre traite des essais d’identification des sols à renforcés et des matériaux de renforcement, et une présentation des différentes phases de contrôle et de suivi des essais de contrôle et de réception.
Le dernier chapitre est une présentation d’un cas pratique avec une vision détaillée dans premier temps sur la résistance et le tassement du sol vierge avec le choix du type de fondation à adopter et justifier par conséquent le passage au renforcement par colonnes ballastées avec étude de dimensionnement des colonnes ballastées. Dans un second temps, nous nous pencherons sur l’étude analytique et numérique du projet de fondation.
Enfin, nous terminerons ce rapport par une conclusion générale et des perspectives proposées sur le développement de cette technique d’amélioration des sols.
CHAPITRE I
GENERALITE SUR LES COLONNES
BALLASTEES
I.1. Définition
La technique des Colonnes Ballastées consiste, à l’aide d’une aiguille vibrante, à incorporer dans le terrain des matériaux granulaires compactés de manière à constituer des inclusions souples, présentant des caractéristiques mécaniques élevées et un fort caractère drainant.
Sous les ouvrages à surcharge répartie (remblais, radiers, dallages…) les Colonnes Ballastées sont disposées suivant un maillage régulier et sont coiffées d’un matelas de répartition des contraintes. Elles permettent ainsi d’homogénéiser et de diminuer l’amplitude globale des tassements sous l’ouvrage.
Les Colonnes Ballastées peuvent également être disposées en groupes sous les charges isolées (semelles de fondations) ou en files (semelles filantes, murs de soutènement…). Elles permettent dans ce cas d’accroître la capacité portante du terrain tout en contrôlant les tassements des ouvrages. Le procédé est adapté pour traiter les sols présentant des caractéristiques mécaniques faibles à très faibles (sables limoneux, argiles, limons, remblais hétérogènes...), mais il doit être exclu dans les sols présentant un caractère évolutif (matériaux organiques, tourbes…) dans lesquels l’étreinte latérale autour des colonnes n’est pas garantie à long terme. (Zagaar et Zierag, 2013).
I.2. Objectif de traitement
L’amélioration de sol par colonnes ballastées consiste à mettre en œuvre un « maillage » de colonnes constituées de matériaux granulaire ou graveleux, amenant une densification des couches compressibles et les rendant aptes à reprendre des charges issues de fondations. (Si hadj mohand, 2013).
Le traitement d’un sol par colonnes ballastées conjugue les actions suivantes : - Augmenter la capacité portante du sol.
- Diminuer les tassements totaux et différentiels.
- Diminuer le temps de consolidation par création d’éléments drainant.
- Diminuer les risques induits par les phénomènes de liquéfaction lors des séismes.
I.3. Domaines d’applications I.3.1. Type d’ouvrage
Les recommandations du Comité Français de Mécanique des Sols (CFMS, 2011) stipulent que l’utilisation la plus fréquente des traitements par colonnes ballastées concerne des ouvrages où existent des dallages ou radiers recevant des charges surfaciques et susceptibles d’accepter des tassements :
Halls et Silos de stockage
Bâtiments industriels et commerciaux
Ouvrages hydrauliques étanches (réservoirs de toute nature, station d’épuration).
Les colonnes ballastées peuvent aussi servir pour l’amélioration du sol support sous les remblais d’accès de surélévation (barrage et digues en terres, routes, chemin de fer) ou pour
Elles sont moins utilisées sous les fondations superficielles de bâtiments logistiques et peu utilisées sous les bâtiments d’habitation. Elles sont utilisées aussi sous les ouvrages maritimes (renforcement de fonds marins). (Remadna, 2019).
Tableau I.1. Limites d’application des colonnes ballastées : Charges appliquées et tolérances
imposées. (Baziza et Kara. 2010). Type d’ouvrage Hauteur/épaisseur (m) Contrainte appliquée (kPa) Descente de charge (kN/m) Tassements absolus (cm) Tassements différentiels (cm) Remblais 2 – 12 40 – 250 – 2 – 20 2 – 5 Dallages 0.12 - 0.20 10 – 50 – < 2 < 1 Radiers 0.30 - 0.60 50 – 80 – 3 – 5 1 Semelles isolées – – 150 - 1500 1 – 2 0.5 Semelles filantes – – 100 - 300 1 – 2 0.5
Remarque : Le (tableau I.1) donne les plages de variation des charges apportées aux
fondations des projets fondés sur sols améliorés par colonnes ballastées et les tolérances des tassements absolus et différentiels imposées.
Il s’agit de données recueillies auprès des entreprises spécialisées ou issues de littérature.
I.3.2. Type de sol
La réalisation des colonnes ballastées impose que le sol environnant offre une étreinte latérale suffisante pour assurer le confinement du ballast. Les colonnes ballastées sont utilisées principalement dans les sols fins (argile, limon et sable fin à forte proportion des fines) qui possèdent une certaine cohésion (Cu > 20 kPa, Selon CFMS, 2011) et dans les remblais anthropiques inertes.
Figure I.1. Champ d’application des colonnes ballastées. (brochure-Keller-France technique-
vibrocompactage-colonnes- ballastées).
La stabilité de la colonne est assurée par le confinement latéral du sol, qui doit présenter une étreinte latérale suffisante pour éviter l’expansion latérale du ballast. Pour cela, l’utilisation des colonnes ballastée est déconseillée dans les sols organiques, les sols qui contiennent une forte proportion de matériaux organiques (tourbe, argile et vase organique) et les matériaux de décharges en raison de leur comportement évolutif dans le temps et de leurs déformations par fluage qui ne peuvent pas assurer une étreinte latérale pérenne pour confiner le ballast. (Remadna, 2019).
I.4. Mode opératoire
La réalisation des colonnes ballastées se fait soit : Par voie sèche : On utilise le lançage à l’air. Par voie humide : On utilise le lançage à l’eau.
Le choix de l’outil, de ses caractéristiques et de la méthode de réalisation dépend étroitement :
de la nature et de l’état de saturation du sol.
du but recherché.
des caractéristiques des matériaux d’apport.
Les matériaux d’apport doivent être de qualité et de granulométries contrôlées et les plus homogènes possibles (gaves naturelles, roulées ou concassées). La traversée des couches compactes ou d’obstacles peut être facilitée par un forage préalable avec ou sans extraction de terrain.
Tout volume excavé est rempli et compacté par le matériau d’apport. (Zagaar et Zierag, 2013).
Figure I.2. Schéma représentant l’application des colonnes ballastées. (Zagaar et
Zierag, 2013).
I.5. Mise en œuvre
I.5.1. Colonnes exécutées par voie humide
La mise en œuvre des colonnes ballastées par voie humide (Figure I.3 et I.4), dite aussi par vibrosubstitution consiste à :
fin de réaliser la colonne ballastée, le vibreur avec les tubes prolongateurs est placé au-dessus du point projeté.
Après démarrage du moteur, le vibreur est descendu lentement.
Dès le début de l’opération, le sol est saturé en eau et les vibrations de l’outil génèrent un phénomène local temporaire de liquéfaction du sol.
Le vibreur, avec les tubes de rallonge, descend alors rapidement dans le sol sous l’effet de son propre poids.
Lorsque la profondeur de traitement requise est atteinte, le lançage à eau est réduit de telle façon que l’espace annulaire autour du vibreur et ses extensions reste ouvert grâce à la pression hydrostatique.
Les matériaux d’apport sont alors introduits dans le trou pendant que l’alimentation permanente en eau assure que les matériaux atteignent bien la base du vibreur et que les particules fines du sol en place soient bien évacuées hors du trou.
En remontant et redescendant le vibreur de façon contrôlée par passes successives jusqu’à la surface, le matériau d’apport est expansé et compacté dans le sol en place pour former la colonne ballastée. (Si hadj mohand , 2013).
Figure.I.3. Schéma de réalisation des colonnes ballastées par voie humide. (Si
Hadj mohand ,2013).
Figure I.4. Etapes de réalisation d’une colonne ballastée par voie humide. (Zagaar
et Zierag, 2013).
I. 5. 2. Colonnes exécutées par voie sèche
La réalisation des colonnes ballastées par voie sèche (Figure I.5et I.6), dite encore par vibro-refoulement consiste à :
Auto foncer le vibreur directement dans le sol par renflement jusqu’à la profondeur désignée.
Remonter progressivement le vibreur tout en laissant descendre par gravité et par pression d’air, le ballast approvisionner par chargeur dans une benne coulissant le long du mât. Compacter le ballast par passes successives de l’ordre de 0,5 m jusqu’à finition de la
Figure I.5. Schéma de réalisation des colonnes ballastées par voie sèche. (Mekerbi
et Benabderrahmane, 2009).
Figure I.6. Colonnes ballastées réalisées par voie sèche. (Zagaar et Zierag, 2013). I.6. Techniques d’améliorations des sols
Il y a plusieurs façons d’effectuer l’amélioration d’un sol dans le but de réduire son potentiel de liquéfaction. Une façon bien connue et très utilisée est le compactage qui consiste en l’application d’énergie pour améliorer les propriétés mécaniques d’un sol naturel ou d’un remblai nécessaire à la réalisation d’un projet. Il est possible d’atteindre les objectifs par compactage de surface ou profond. Le compactage profond est toute technique permettant de densifier le sol à des profondeurs supérieures aux techniques conventionnelles avec des rouleaux de compactage standard (pied de mouton, tambours lisses, pneus multiples, etc.), soit habituellement < 1 m.
Les techniques dites de compactage profond sont considérées comme les méthodes les plus économiques pour la densification des sols liquéfiables. Il s’agit des techniques de compactage par injection, de compactage dynamique, de compactage par dynamite, de vibrocompactage et de vibrosubstitution.
Chacune de ces techniques à un champ d’application spécifique et n’est pas adéquate pour tous les types de sols ou dans toutes les situations.
Il existe aussi plusieurs techniques d’amélioration des sols telle que les techniques d’injection (par jet hydraulique, solution chimique, de ciment ou de matériel fin), de consolidation par drains verticaux ou de mélange de sols avec du ciment.
La vibrosubstitution est une méthode hybride permettant d’incorporer la densification du sol par l’action des vibrations (vibrocompactage) et de la construction d’une colonne de ballast comme inclusion souple agissant comme renforcement et comme élément drainant. La création de colonnes ballastées dans le sol peut s’effectuer de plusieurs façons, soit par vibration ou par pilonnage. La création d’un maillage de colonnes ballastées agit comme renforcement souple dans le sol et augmente la capacité portante du sol. (Karray et Boussida, 2014).
I.7. Technique de renforcement par colonnes ballastées
Lorsque la portance d’un sol est insuffisante pour supporter les charges prévues, il existe plusieurs techniques qui permettent de réduire les tassements des sols fortement compressibles (argiles molles), d’accélérer la consolidation primaire, d’augmenter la capacité portante des sols de fondation et diminuer les risques de liquéfaction dans les zones sismiques. Parmi ces techniques : la construction d’un réseau de colonnes ballastées qui sont disposées selon un réseau ou « maillage » régulier, souvent triangulaire, carré ou hexagonal (Figure I.7). Le diamètre des colonnes ballastées (environ 0,60 à 1,20 m) et leurs espacements sont faibles comparativement aux dimensions des structures qu’elles vont aider à supporter.
La profondeur de la colonne est limitée à 20 m. Ce procédé est utilisé pour les structures de grandes surfaces chargées comme les remblais, les réservoirs de stockage et les fondations sur radiers. (Zagaar. Zierag.2013).
I.7. Choix des matériaux
I.7.1. Matériaux constitutifs des colonnes
Le matériau constitutif de la colonne est drainant. Selon la norme NF P 11-212 (DTU 13.2 « fondations profondes pour le bâtiment »), les dispositions constructives suivantes doivent être respectées.
1. La granulométrie du matériau d’apport doit vérifier les trois conditions : d > 0,1 mm, d > 10 mm, d > 100 mm.
2. Le fuseau granulométrique doit être choisi selon la fonction essentielle que l’on veut conférer à la colonne ballastée.
3. Le rôle porteur est accru par un fort pourcentage de cailloux. Le matériau d’apport peut être roulé ou concassé en fonction des disponibilités locales.
4. La roche constituant les éléments du matériau d’apport doit avoir des caractéristiques mécaniques élevées (Rc > 25 MPa) et ne pas être délitable ni sujette à l’attrition.
Les règles du DTU 13.2 ne distinguent pas les matériaux d’apport en fonction du mode d’exécution des colonnes (par voie humide ou par voie sèche). Par contre les « Recommandations pour le contrôle de la conception et de l’exécution des colonnes ballastées » du COPREC (2004) tolèrent des diamètres d30 et d100 de cailloux d’apport plus importants pour la voie humide : d30 > 40 mm et d100 > 160 mm. (Zagaar et Zierag, 2013).
I.8.2. Matériaux du matelas de répartition
Il est nécessaire de disposer un matelas de répartition (figure I.8) entre l’élément de fondation et le sol traité ; ce matelas a pour rôle d’assurer la répartition complémentaire des charges.
Le DTU 13.2 stipule qu’un groupe de colonnes ballastées est toujours coiffé par une couche de répartition. Il s’agit d’une couche épaisse de matériau graveleux et c’est souvent la plate-forme de travail elle-même qui joue le rôle de couche de répartition.
L’épaisseur du matelas de répartition dépend de plusieurs facteurs, tels que la nature et l’intensité des charges, le type de fondations (cas des dallages armés ou non), le module de déformation du matériau du matelas et du sol encaissant et les caractéristiques des colonnes ballastées (diamètre, maillage).
Il stipule enfin que l’épaisseur du matelas doit être d’au moins 0.4 m sous les charges réparties avec des entraxes entre colonnes d’au plus 3 m et que le matelas n’est pas nécessaire sous les éléments de fondation rigide (semelles isolées, semelles filantes, radiers).
Dans le cas des dallages, la partie supérieure du matelas de répartition a au moins les caractéristiques d’une couche de forme. Elle doit avoir une épaisseur minimale de 25 cm de matériau autre que la classe F (norme NF P 11-300) et doit avoir un module d’élasticité supérieur à 50 MPa. Elle est réalisée avant les colonnes ballastées. La couche de répartition peut être mise en place totalement ou partiellement avant exécution des colonnes ballastées : elle sert alors de plateforme de travail.
totale des colonnes ballastées, afin d’assurer un nivellement et des caractéristiques conformes aux éléments du projet. (Baziza. Kara, 2010)
Figure I.8. Schéma donnant les couches qui forment le matelas de répartition. (Baziza et
Kara, 2010).
I.9. Les avantage :
Cette technique permet l’accroissement de la capacité portante des sols fins par substitution de colonnes de sol et augmentation de la compacité.
Elle permet la dissipation rapide des pressions interstitielles. Le tassement s’effectue donc plus rapidement.
Ce procédé limite les tassements différentiels par homogénéisation (le ballast diminue la différence de composition du sol d’un point à un autre de l’ouvrage. Il restera toujours des tassements, mais qui seront moins différentiels).
Il permet la stabilisation du sol pour limiter, par exemple les glissements de terrain.
L’exécution des colonnes peut aussi bien se faire sous qu’au-dessus de la nappe phréatique.
Le chantier qui en résulte est propre (pas de mouvement de terres ou de béton).
L’utilisation de la plateforme est immédiate (pas de recépage ni de temps d’attente de durcissement du béton comme pour les pieux). (Zaima et Boubezari, 2018).
I.10. Conclusion
Dans une première partie, de déterminer les conditions d’utilisation des colonnes ballastées dans les différents types de sols (naturels ou anthropiques).
Celle-ci conclut que la mise en place des colonnes ballastées peut être effectuée dans la majorité des sols sauf dans les sols organiques. Par ailleurs, le matériau employé pour le ballast est, dans la plupart des cas, du gravier roulé ou concassé, de la roche concassée, le plus souvent du calcaire, dont la granulométrie dépend du mode d’alimentation de celui-ci.
CHAPITRE II
LES COLONNES BALLASTEES
II. Dimensionnement
II.1. Préalable : éléments d’information nécessaires au calcul
Le comportement d’un renforcement de sol par colonnes ballastées ne peut s’analyser sans une bonne connaissance. (Foughali , 2019) :
De la nature et des caractéristiques du sol traité et sous-jacent : coupes de sondages, résultats des essais mécaniques en laboratoire ou en place.
De la nature, des caractéristiques et des méthodes d’exécution de la fondation proprement dite.
Des sollicitations de service ou exceptionnelles.
De la nature et du comportement de la structure à fonder.
II.2. Critères de dimensionnement
Le dimensionnement des colonnes ballastées est indissociable des caractéristiques du sol à traiter et du procédé de mise en œuvre.
Les justifications à apporter dans la note de calculs se rapporteront dans le cas général aux deux critères suivants :
Charge admissible globale sur le sol amélioré après traitement et justification des différents types de fondations vis-à-vis de la rupture.
Tassement absolu des divers éléments de structure au sein d’un même ouvrage. Justification des tassements différentiels au sein de la structure ou entre structure et dallage. En fonction des tolérances admissibles propres à chaque ouvrage et des règlements en vigueur.
Lorsque d’autres actions sont recherchées la justification de ces effets doit être alors produite :
Dans le cas de la liquéfaction des sols, il convient de démontrer que les colonnes ont réduit ce risque.
Si l’effet drainant est recherché pour accélérer la consolidation, un calcul du temps de consolidation est établi.
Dans le cas de la stabilisation de talus, le calcul porte sur la sécurité obtenue vis-à-vis des glissements circulaires (Foughali, 2019).
II.3. Hypothèses
Les contraintes d'exploitation de l'ouvrage (charges maximales et déformations admissibles) doivent être définies dans les documents particuliers du marché. Les hypothèses concernant le sol sont les caractéristiques géotechniques mentionnées dans l'étude de sol : stratigraphie, nature des sols, hydrologie, caractéristiques rhéologiques et mécaniques (module d'Young, coefficient de Poisson, étreinte latérale, coefficient de compressibilité Co. indice des vides…) de toutes les couches de sol.
Les hypothèses concernant les colonnes ballastées, notamment quant à leur module de déformation, leur diamètre et leur longueur, dépendent étroitement du matériel de mise en
Les valeurs usuelles des paramètres autres que géométriques, et entrant dans les calculs sont les suivantes :
Tableau.II.1. Caractéristiques usuelles des colonnes (Foughali. 2019).
Module d’Young : moyenne sur le volume de la colonne Ecol = 60 MPa
Angle interne inter granulaire
matériau roulé Ø’c = 38 degrés
matériau concassé Ø’c = 40 degrés
Coefficient de Poisson Vcol = 1/3
Poids volumique du matériau en place, saturé ɣcol = 21 kN/m3
II.4. Contraintes maximales admissibles dans les colonnes
La capacité portante ultime d’une colonne ballastée dépend de sa configuration géométrique, la rupture peut se faire d’après Datye (1982) suivant trois modèles (Figure.II.1) :
Figure II.1. Modes de rupture des colonnes ballastées isolées dans un sol homogène.
(Sébastien, 2007).
Les colonnes reposant sur un horizon compact doivent être dimensionnées suivant leur longueur vis-à-vis d’une rupture par expansion latérale ou par cisaillement généralisé du sol en place.
Les colonnes dites flottantes, ne reposant pas sur un horizon compact, doivent vérifier la condition de non poinçonnement.
II.4.1. Rupture par expansion latérale
Un faible pourcentage de la contrainte appliquée en tête se retrouve à la base de la colonne. En effet au fur et à mesure que la colonne ballastée s’expanse latéralement et que son sommet se tasse, le matériau granulaire est poussé dans le sol mou et transmet une partie des contraintes au sol ambiant sous forme de contrainte de cisaillement.
La théorie de la rupture par expansion latérale est donnée par (Greenwood, 1970), elle consiste en l’assimilation de la colonne ballastée à une éprouvette composée du même matériau granulaire subissant une compression axiale qc sous une contrainte de confinement p égale à la résistance latérale maximale que le sol ambiant est capable d’offrir à la profondeur où les caractéristiques mécaniques sont minimales. Au vue de la perméabilité du ballast on suppose que la colonne est en état de rupture triaxiale drainée.
D’après les hypothèses, qc, Kp et p, sont respectivement la contrainte verticale agissant à la rupture, le coefficient de butée du ballast et la contrainte effective maximale mobilisée par le sol autour de la colonne. Ø angle de frottement du ballast. (Zidelmal, 2011).
Figure II.2. Analogie colonne ballastées/éprouvette triaxiale (Zidelmal, 2011).
P : correspond à la pression d’une sonde pressiomètrique. Pression maximale mobilisable par le sol.
Pour déterminer qc il faut pouvoir calculer p. Greenwood et Kirsh (1983) propose : p= (σh0 +u0) +kcu
Avec :
σh0: Contrainte effective horizontale maximale existant dans le sol avant la réalisation de la colonne.
II.4.2. Rupture par cisaillement généralisé
Il concerne le plus souvent des colonnes ballastées de petite taille, des colonnes Ballastées reposant sur une couche à la résistance mécanique élevée, ou y étant faiblement ancrée ou si la couche de surface à une faible rigidité.
Brauns a envisagé le cas de la rupture axisymétrique d’un volume de matériau composite « ballast-sol » délimité par une surface tronconique dont la génératrice fait un angle avec l’horizontal, centré sur l’axe de la colonne et développe sur une profondeur h. (Zidelmal. 2011).
Figure II.3. Surface de rupture par cisaillement généralisé. (Sébastien, 2007).
Cu: cohésion non drainée du sol.
q : surcharge appliquée à la surface du sol.
δ: angle que fait la génératrice du cône avec l’horizontale.
II.4.3. Rupture par poinçonnement du sol
Ce mode de rupture concerne les colonnes ballastées flottantes de faible hauteur. (Figure
Figure II.4. Caractérisation de la surface de rupture par poinçonnement. (Zidelmal, 2011).
La théorie de ce mode de rupture proposée par Hughes et al (1975) et Brauns (1980), considère que la colonne travaille comme un pieu rigide avec développement d’un effort de pointe et un frottement latéral positif. La contrainte qc(z) régnant à la profondeur z à l’intérieur de la colonne :
II.5. Contraintes de calcul à l’ELS
La contrainte admissible de calcul à l’état limite ultime qadm(ELU), correspond à l’application d’un coefficient de sécurité de 1,5 sur la contrainte verticale de rupture qc.
qadm, ELU =
Avec qc =min (qc de rupture par expansion latérale, de rupture par poinçonnement).
La contrainte de calcul à l’ELS sur une section théorique de colonne ballastée doit être inférieure à 2 fois l’étreinte latérale du sol encaissant sans toutefois être supérieure à 0,8 MPa Par analogie avec l’essai triaxial, la contrainte verticale de rupture de la colonne est :
La contrainte admissible à l’ELS est calculée à partir de qc avec un coefficient de sécurité supérieur à 2.
qadm =
La valeur de l’étreinte latérale (p) résulte du rapport géotechnique. Elle est déterminée à partir d’essais de laboratoire ou à partir d’essais in situ tels que le pressiomètre, le pénétromètre statique ou le scissomètre. Dans le cas du pressiomètre, on peut assimiler l’étreinte latérale p à la valeur de la pression limite. (Zidelmal. 2011).
II.6. Méthodes de dimensionnement des colonnes ballastées
Les méthodes de dimensionnement des colonnes ballastées ont été développées en tenant compte d’une colonne isolée ou d’un réseau infini de colonnes, du type de fondations, du comportement mécanique des matériaux ainsi que de l’objectif visé (augmentation de la capacité portante du sol, de sa résistance au cisaillement, de la stabilité globale ou réduction du tassement). (Zidelmal, 2011).
II.6.1. Méthode de Priebe (1976-1995)
Cette méthode introduit la notion d’amélioration globale des caractéristiques mécaniques du milieu traité et des corrections inhérentes à la compressibilité relative (sol-colonne) et à l’effet de la profondeur.
Priebe c’est basé sur le principe de la cellule unitaire avec l’assimilation des déformations élastiques du sol entourant la colonne à celle d’un tube épais, de mêmes caractéristiques drainées E et n que le terrain compressible.
Les principales hypothèses de la méthode sont (Zidelmal, 2011) :
Les tassements en surface sont égaux(S sol =S colonne) à la fin de la consolidation primaire.
Le matériau constitutif de la colonne se trouve en état d’équilibre actif contenu, les déformations de la colonne suivent celle du sol.
Le matériau de la colonne est incompressible, les déformations de la colonne se font à volume constant.
Le terrain compressible situé dans la couronne cylindrique autour de la colonne a un comportement élastique linéaire, caractérisé par un module d’élasticité E et un coefficient de poisson n constant sur toute la profondeur.
Il y’a conservation des sections planes par conséquent, les cisaillements le long du fût de la colonne ballastée sont négligeables voire nuls.
Dans tous les cas, les déformations du sol et le ballast sont dues à des incréments de contraintes causés par l’application d’une surcharge q en surface, c'est-à-dire que l’on considère comme égaux les poids volumiques de ces deux matériaux, et que la géométrie initiale est celle existant après la réalisation de la colonne.
Chaque milieu est caractérisé, d’une manière générale, par les paramètres mécaniques suivant; Es, Vs, Cs, ᵩS, E c, V c, ᵩc.
II.6.2. Méthodes d'homogénéisation
Les méthodes d'homogénéisation présentent l'avantage de simplifier le milieu « composite sol + colonnes » afin d'obtenir un modèle simple où le milieu traité est réduit à un milieu homogène équivalent.
La technique d'homogénéisation simplifiée a été utilisée d'abord par PRIEBE en 1978 pour les calculs de stabilité des ouvrages en terre sur sols mous traités par colonnes ballastées.
II.6.3. Approche numérique aux éléments finis
La méthode des éléments finis consiste à discrétiser le modèle géométrique « fini » (sol + colonnes) en sous-ensembles de référence à partir de conditions aux limites en déplacement et en contraintes pour construire une matrice de rigidité globale.
On calcule ensuite, pour une loi de comportement donnée et pour chaque cas de chargement étudié, les déplacements, les déformations et les contraintes en tout point du modèle défini.
Cette méthode a l’avantage d’appréhender tous les paramètres du modèle retenu (déplacements, déformations, contraintes, iso-valeurs des paramètres et zones de plastification préalable). Néanmoins, elle nécessite une attention particulière quant à la modélisation des colonnes et des conditions aux limites : Les résultats dépendent fortement du modèle rhéologique et de ses paramètres géomécaniques (en particulier, module d’Young, coefficient de Poisson, Cc, Cs, ...). Dont on rappelle qu’ils doivent être validés par le géotechnicien. (Foughali. 2019).
II.7. Taux de consolidation
Le réseau de drains créé par la mise en place des colonnes permet d’augmenter la vitesse de consolidation des sols par la dissipation de l’excès de pression interstitielle, dans le cas où l’eau est effectivement pompée dans les colonnes et est ainsi extraite du sol ou s’il existe un exutoire gravitaire en surface. L’écoulement de l’eau dans le sol vers les colonnes est considéré comme un cheminement radial. (Sébastien, 2007).
II.8. Colonnes ballastées et liquéfaction
La liquéfaction se produit sous sollicitations sismiques et se traduit par la perte de résistance d’un matériau sableux lâche saturé en eau, elle est liée à une augmentation de la pression interstitielle engendrée par les déformations cycliques.
Il convient de noter, que depuis son apparition le sujet de construction de colonnes ballastées contre le risque de liquéfaction a fait l’objet de plusieurs études.
Engelhardt et Golding (1975), ont considéré la technique de renforcement par colonnes ballastées, comme une solution de fondation adéquate dans les zones de sismicité élevé, et ont réalisé des essais de grandeurs réelles pour démontrer entre autre que l’utilisation des colonnes ballastées, assure la densification des sables existant en profondeur contre le facteur de liquéfaction.
Shenthan et al (2004), ont développé une méthodologie analytique pour évaluer l’efficacité de la technique des colonnes ballastées dans la prévention contre la liquéfaction des sables et silts non plastiques saturés, les paramètres de conception et les propriétés des sols qui affectent l’efficacité de cette technique, et les choix de la méthode de construction appropriés ont été également identifiés.
Al-Homoud et Degen (2006), ont indiqué l’utilisation des colonnes ballastées dans le
silteux, et ont utilisé les méthodes de Seed et Idriss (1971) et Priebe (1998) pour étudier la sécurité en basant sur l’essai CPT. (Zidelmal ,2011).
II.9. Contrôles et réception
II.9.1. Contrôles en cours d’exécution II.9.1.1. Essais d’étalonnage
Ils doivent être effectués avant le démarrage de la réalisation des colonnes ballastées. Les essais consistent à réaliser des colonnes à proximité des points de sondages de reconnaissance pour vérifier les profondeurs projetées et les volumes à incorporer afin de réadapter le matériel nécessaire à la bonne exécution des colonnes. (Baziza et Kara, 2010).
II.9.1.2. Essais d’information
Les essais d’information consistent comme les essais d’étalonnage, à tester une colonne sur 50 avec un minimum de 3 colonnes par ouvrage. Et réaliser des colonnes ballastées à proximité des points de sondages de reconnaissance, afin de vérifier la compatibilité des données sur les sols. Ces essais peuvent être présentés sous la forme d’un enregistrement informatique où tous les paramètres sont enregistrés. (Baziza et Kara, 2010).
II.9.2. Essais de réception
Les essais de réception comprennent le contrôle du diamètre, la continuité, la compacité et la capacité portante de la colonne par chargement. (Baziza et Kara, 2010).
II.9.2.1. Contrôle du diamètre
Il s’effectue par dégarnissage souvent en tête de la colonne sur une profondeur de 1m sous la plateforme.
II.9.2.2. Contrôle de continuité
Le contrôle s’effectue par un forage approprié au sein de la colonne. Le pénétromètre statique est adapté à cette vérification ainsi que le pénétromètre dynamique qui peut éventuellement être utilisé.
II.9.2.3. Contrôle de compacité
Il est aussi réalisé à l’aide d’un pénétromètre statique (mesure continue) ou d’un pressiomètre (mesure discontinue).
Ce contrôle doit descendre 1 m sous la base de la colonne et les résistances minimales en tout point de l’axe de la colonne doit être respectivement.
II.10. Conclusion
D’après l’étude effectuée, on trouve que le domaine de dimensionnement des colonnes ballastées est très vaste, et plusieurs chercheurs consacrant leurs études dans le but de le
CHAPITRE III
ESSAIS D’IDENTIFICATION DES SOLS A
RENFORCER
III.1. Introduction
Ce chapitre a pour but de présenter dans son ensemble la démarche expérimentale ainsi que les moyens mis en œuvre et les protocoles développés pour atteindre les objectifs, à savoir évaluer les propriétés physico-mécaniques des sols renforcés en fonction des différents paramètres d’identification géotechniques du sol rencontré (classification, granulométrie, teneur en eau et poids volumiques .…etc.). (Zaima et Boubezari, 2018).
III.2. Les essais d’identification
Identifier un sol en géotechnique consiste classiquement à exécuter la série d’essais suivants :
Teneur en eau.
Granulométrie, avec ou sans analyse des fines par sédimentation. Equivalant de sable.
Masses volumiques.
Essais de cisaillements directs. Essai triaxial.
Les essais d’identification permettent en principe de classer les sols rencontrés au cours d’une campagne de reconnaissance géotechnique en famille pour lesquelles les propriétés mécaniques sont voisines. Ils permettent également d’avoir une première estimation de l’ordre de grandeur des propriétés mécanique en se reportant aux résultant publique pour des familles de sols semblables à ceux étudies. (Atlan, 1978).
III.3. les essais aux laboratoires III.3.1. La teneur en eau du sol III.3.1.1. Définition
La teneur en eau est un paramètre d’état qui permet d’approcher certaines caractéristiques mécaniques et déprécier la consistance d’un sol fin. (Ouslati et Mender, 2019). Il permet la détermination au laboratoire des différentes densités afin de caractériser un sol pour prévoir son comportement. (Ouslati et Mender, 2019).
III.3.1.2. But de l’essai
Le but de cet essai est la détermination au laboratoire les différentes densités afin de caractériser un sol pour prévoir son comportement.
III.3.1.3. Principe de détermination de la teneur en eau
L’objectif de cet essai est la détermination de la teneur en eau d’un sol au laboratoire, pour prévoir son comportement. Elle est déterminée lorsque les conditions de prélèvement sur site, de transport et de conservation de l’échantillon n’ont entrainé aucune modification de celle-ci.
III.3.1.4. Appareillage utilisé
Une balance électronique de précision.
Une étuve électrique.
Des tares.
Figure III.1. détermenation de la teneur en eau. (Ouslati et Mender. 2019). III.3.1.5. Mode opératoire
On prend trois tares et on les pèse vide. On pèse les échantillons avec les tares. On note le poids humide.
On met l’échantillon à l’étuve, après étuvage, on note le poids sec de l’échantillon La différence entre le poids humide et le poids sec donne le poids de l’eau.
La teneur en eau d'un matériau est le rapport du poids d'eau contenu dans ce matériau au poids du même matériau sec. On peut aussi définir la teneur en eau comme le poids d'eau W
contenu par unité de poids de matériau sec. (Ouslati et Mender. 2019).
𝑾 = 𝐄
𝐏𝐬=
𝑷𝒉 − 𝑷𝒔 𝑷𝒔 Avec :
E : Poids d’eau dans le matériau. Ps : Poids du matériau sec. Ph : Poids du matériau humide. Si W est exprimé en % :
𝑾% = 𝟏𝟎𝟎.𝑷𝒉 − 𝑷𝒔
III.3.2. Equivalent de sable III.3.2.1. Introduction
L’équivalent de sable (désigné par le symbole ES) est un indicateur, utilisé en géotechnique, caractérisant la propreté d’un sable ou d’une grave. Il indique la teneur en éléments fins, d’origine essentiellement argileuse, végétale ou organique à la surface des grains. Ce terme désigne également l’essai qui permet de déterminer cet indicateur. On parle d’essai d’équivalent de sable piston ou, plus simplement, d’essai d’équivalent de sable. (Zaima et Boubezari, 2018).
III.3.2.2. Principe de l’essai
Cet essai permet de mettre en évidence des traces d’argile, de limon ou de matières très
fines, contenues dans un sol, surtout lorsque l’indice de plasticité n’est pas mesurable. C’est un essai pratique très utile à effectuer dans le cas des sols peu plastiques (sol sableux). En effet les éléments très fins contenus dans les granulats ont une influence très sensible sur la bonne tenue des remblais, pour la construction des chaussées, ou pour les bétons. Cet essai a pour but de déterminer un coefficient d’équivalent de sable qui nous renseigne sur la propreté de celui par une procédure normalisée. (Zaima et Boubezari, 2018).
III.3.2.3. Matériel utilisé
Le matériel nécessaire pour réaliser cet essai comprend : Un flacon transparent en plastique d’environ 5l. Entonnoir.
Balance. Récipient.
Un agitateur électrique. Règle de 500 mm
Piston taré à masse coulissante de 1kg. Un tube laveur en cuivre muni d’un robinet. Chronomètre.
Tamis de 5mm. Solution lavante.
Éprouvettes cylindriques transparentes en matière plastique avec deux traits repères et leurs bouchons.
III.3.2. 4. Mode opératoire
Remplir l’éprouvette jusqu’au premier trait (10 cm) avec la solution lavante.
Verser la quantité de sable sec pesé (120g), à l’aide de l’entonnoir, dans l’éprouvette placé verticalement.
Taper à plusieurs reprises la base de l’éprouvette fortement sur la paume de la main pour déloger les bulles d’air et favoriser un bon mouillage de l’échantillon puis le laisser
Boucher l’éprouvette à l’aide du bouchon de caoutchouc.
Agiter l’éprouvette horizontalement, (90 fois aller-retour en 30s).
Placer l’éprouvette verticalement, ôter le bouchon et le rincer au-dessus de l’éprouvette avec la solution lavant, réglée à faible débit.
En descendant le tube laveur dans l’éprouvette, rincer les parois, puis enfoncer le tube jusqu’au fond pour laver le sable et faire remonter les particules argileuses, l’éprouvette étant toujours dans la position verticale ; pour cela, imprimer un mouvement doux de piquage et rouler le tube laveur entre le pouce et l’index tout en faisant tourner lentement l’éprouvette avec l’autre main.
Laisser reposer 20 mn.
Mesurer la hauteur de sable propre seulement (h2) et la hauteur du sable propre y compris le floculat (éléments fins) (h1).
Mesurer la hauteur du sable plus précisément avec le piston taré (h’2).
Figure III.2. Photos présentant le mode opératoire de l’essai d’Equivalent de sable
(Mansouri et Fatimetu, 2017).
III.3.2.5. Expression des résultats
L’équivalent de sable est par définition le rapport entre la hauteur de dépôt solide h2 et la hauteur totale de floculat h1 en (%).
ES= (h2 /h1) ×100
L’équivalant de sable visuel est : ESV= (h2/ h1) x100%. L’équivalant de sable au piston est : ESP= (h2’/ h1) x100%.
III.3.3. Analyse granulométrique III.3.3.1. But de l’essai
L’analyse granulométrique permet de déterminer la grosseur et les pourcentages pondéraux respectifs des différentes familles de grains constituant l’échantillon. Elle s’applique à tous les granulats de dimension nominale inférieure ou égale à 63 mm, à l’exclusion des fillers.
A notre qu’il faut éviter la confusion entre la granulométrie qui s’intéresse à la détermination de la dimension des grains et la granularité qui concerne la distribution dimensionnelle des graines d’un granulat. (Beldjazai et djeroud. 2017).
III.3.3.2. Principe de l’essai
L’essai consiste à classer les différents grains constituant l’échantillon en utilisant une série de tamis, emboitées les uns sur les autres, dont les dimensions des ouvertures sont décroissantes du haut vers le bas. Le matériau étudié est placé en partie supérieur des tamis et le classement des grains s’obtient par vibration de la colonne de tamis, on appelle :
• Refus sur un tamis : la quantité de matériau qui est retenue sur le tamis • Tamisât (ou passant) : la quantité de matériau qui passe à travers le tamis.
III.3.3.3. Equipement nécessaire
Ce sont des tamis (Fig. III.3) qui sont constitués d’un maillage métallique définissant des trous carrés de dimensions normalisées. Pour un travail aisé et aux résultats reproductibles, il est conseillé d’utiliser une machine à tamiser électrique qui imprime un mouvement vibratoire à la colonne de tamis.
La dimension nominale des tamis est donnée par l’ouverture de la maille, c’est-à-dire par la grandeur de l’ouverture carrée. Ces dimensions sont telles qu’elles se suivent dans une progression géométrique de raison √10, depuis le tamis 0.08 mm jusqu’au tamis 80 mm Pour des ouvertures inférieures à 0.08 mm, l’analyse granulométrique n’est pas adaptée et l’on procède par sédimentométrie. (Ouihen ,2016).
III.3.3.4. Matériels utilisés
Pour réaliser l’essai, les équipements suivants sont indispensables : - Des tamis de différents diamètres (6,3 mm―0,063 mm).
- Un échantillon de 340,4 g (sable humide) et 326,2 g (sable sec). - Une balance.
- Une étuve thermostatique. - Un vibro-tamis électrique.
Figure III.3. Equipement nécessaire pour une analyse granulométrique (El Ouihen, 2016). III.3.3.5. Appareillage Série de tamis. Pinceau. Récipient. Balance.
Des cylindres des sédimentations. (Ouslati et Mender. 2019).
III.3.3.6. Mode opératoire
Détermination de la masse sèche de l’échantillon (de 1h à 4h étuvage à 105°C).
Deviser en une ou plusieurs fois, la totalité du matériau à analyser sur une colonne de tamis d’ouverture croissant de bas en haut et procéder au lavage.
Séparer par brassage manuel combiné à un arrosage, élément retenu sur le tamis d’ouverture de maille plus grande, lorsque le refus sur le tamis est propre le tamis et retirer, l’opération se poursuit pour les tamis inférieurs.
Lorsque malgré le brassage et le brossage, des particules fines adhèrent aux grains, un trempage est nécessaire.
Verser le contenu de chaque tamis dans un récipient.
Placer les récipients dans l’étuve, a ce que deux pesées successives ne varient pas de plus de 2/1000.
Peser le récipient contenant le refus sur le tamis d’ouverture la plus grande. Peser le refus cumulé successifs R. (Ouslati et Mender. 2019).
