PGCU - Génie civil et urbain

Terrassements Durables - Ouvrages en sols traités – TERDOUEST

Maîtriser la technique du traitement pour un réemploi optimum des sols en terrassement

Les enjeux dans les travaux à venir, tant en France qu’à l’international, sont de proposer aux maîtres d’ouvrages des techniques de traitement des sols maîtrisées afin de réduire les déchets et diminuer les coûts des terrassements. Le projet TerDOUEST a permis d’aborder de nouveaux aspects et de revisiter les principes connus dans les guides en vigueur au moment du projet.

Comprendre les phénomènes d’amélioration des matériaux par traitement

Malgré une pratique de chantier maîtrisée depuis de nombreuses années, le traitement des sols par la chaux ou les liants hydrauliques porte en soi un caractère aléatoire lié à une méconnaissance des mécanismes de déclenchement de la prise hydraulique et au fait qu’à dosage identique les matériaux naturels traités peuvent atteindre des performances mécaniques très variables, quelque fois pas de performances, ou pire, être à l’origine de pathologies de type gonflements. Ce caractère aléatoire est générateur de risques pour un maître d’ouvrage, risque qui se caractérise par des surcoûts et/ou des retards dans la livraison des ouvrages. <br />Le projet TerDOUEST avait pour vocation la compréhension des mécanismes d’amélioration d’un sol de faibles caractéristiques, grâce à l’incorporation de chaux ou de liants hydrauliques. Les enjeux sont de pouvoir réduire la part d’aléatoire dans les mécanismes en identifiant par exemple : le rôle des minéraux dans le sol, l’influence des modes de préparation, les mécanismes du déclenchement de la prise… Le projet a également abordé la question de la durabilité (rôle des infiltrations d’eau sur les performances d’un matériau traité) ainsi que les critères d’acceptation environnementale. Les résultats obtenus permettent de réduire ou tout au moins d’évaluer la part de risque.

Il était important d’apporter de la connaissance dans les mécanismes d’amélioration des propriétés des sols après incorporation de chaux ou de liant (Module A). Pour cela, il fallait pousser les investigations traditionnelles jusqu’à la connaissance de l’infiniment petit au niveau des particules de sols traités, grâce à la mise en œuvre de techniques d’Imagerie par Résonnance Magnétique Nucléaire. Quatre types de sols ont été étudiés en laboratoire dont deux prélevés sur la commune de Héricourt (en Haute-Saône, 70).
Les matériaux traités ont été sollicités en laboratoire pour tester l’évolution de la prise dans le temps lorsque le matériau subit un passage répété d’eau simulant des infiltrations d’eau de pluie, ou des remontées de nappe (Module B). Cette approche de laboratoire a été complétée par des auscultations d’ouvrage ancien qui ont permis de documenter le comportement de matériaux traités dans des conditions de chantier standard.
L’approche de laboratoire a été complétée par une approche en vrai grandeur (Module C). Le groupement a construit un remblai en vraie grandeur avec des limons et des argiles très plastiques pour créer un observatoire sur le comportement des sols traités. Le remblai a été équipé de nombreux capteurs afin de suivre en direct l’évolution de la teneur en eau, de la température, du ruissellement ….
Les approches scientifiques ont été complétées par une analyse de l’impact environnemental d’une solution de traitement des sols en comparaison d’une solution granulaire plus traditionnelle (Module D). Cette analyse s’est appuyée sur la définition d’indicateurs pertinents et sur le dépouillement de données issues du chantier de la RN.7 Chaingy-La Pacaudière comprenant le nombre d’engins, la consommation en fioul, les temps de travail, les consommations en chaux etc…. Ce travail a été complété par la mise au point d’une méthode d’analyse du risque géotechnique.

Le projet TerDOUEST a permis de comprendre les mécanismes qui gouvernent le déclenchement puis la stabilisation d’une prise hydraulique recherchée dès que l’on traite un sol à la chaux ou aux liants hydrauliques. La contribution des phases minérales composant ce sol a été mise en évidence ce qui a permis de caler un modèle chimique reproduisant l’apparition des phases cimentaires et la contribution des phases minérales dans le matériau traité. Des travaux complémentaires issus de ces recherches sont actuellement en cours pour comprendre le rôle spécifiquement joué par le Calcium dans les échanges ioniques. Les facteurs qui gouvernent la durabilité de l’ouvrage ont été identifiés grâce aux travaux en laboratoire et aux auscultations d’ouvrages anciens. Les infiltrations d'eau de pluie ou les fluctuations du niveau de la nappe phréatique sont susceptibles de faire diminuer les performances si les dosages ne sont pas suffisants et si les méthodes de terrassement ne sont pas suffisamment performantes. Ces effets peuvent être atténués par une meilleure maîtrise des travaux de traitement (dosage en liant correctement évalué, gisement homogène, paramètres d’exécution plus performants en mouture et en compactage…). L’analyse des effets du gel n’ayant pas été réalisée dans le cadre de ce projet, 3 partenaires se sont engagés en parallèle à mener cette étude grâce à la mise en place d’une thèse CIFRE (Navier, Lhoist, SPTF).
La validation de l’emploi des matériaux traités en place pourra s’appuyer sur le remblai de référence, constituant un observatoire de suivi des performances en place sur la déviation d’Héricourt (RD.438) en Haute-Saône.
Les maîtres d’œuvre et d’ouvrage disposeront également à l’issu des travaux de TerDOUEST de documents permettant de valider l’utilisation ou non de la technique de traitement des sols grâce à l’utilisation d’indicateurs d’impact environnementaux et d’outils d’analyses des risques géotechniques.

Le traitement des sols en terrassement permet de réduire la création de déchets ainsi que le prélèvement des ressources granulaires non renouvelables. Mais si les paramètres permettant de maîtriser la technique sont aujourd’hui identifiés, permettant ainsi de mieux répondre aux attentes des maîtres d'ouvrage, il reste à établir des outils plus précis évaluant les performances atteintes en fonction de l’agressivité des milieux, en se basant sur une approche performantielle et structurelle des ouvrages en terre. La notion de fatigue des sols traités abordée dans le projet TerDOUEST sur le plan hydraulique sera étendue à la fatigue mécanique sous sollicitations cycliques. Ce travail prend tout son sens dans un contexte ou le climat change et modifie les conditions pour lesquelles les ouvrages en terre ont été conçus. Ces questions sont importantes à notre époque où l’on recherche une plus grande durée de vie pour les ouvrages et un minimum d’entretien.

Les connaissances acquises grâce au projet TerDOUEST ont été présentées lors d’un colloque international les 18 et 19 juin 2013 sur le thème « Traitement des sols pour un terrassement Durable » avec le soutien de l’IDRRIM. Elles feront l'objet d'un docume

Le projet TerDOUEST a pour objectif d’augmenter notablement la réutilisation des matériaux du site dans les projets de terrassement en permettant d’étendre le traitement à des sols jugés aujourd'hui inaptes (très argileux, gonflants...) et d’élargir le champ d’utilisation des matériaux traités (zones inondables, soutènements, assises de chaussées…). Ce projet comprend un important travail de description et de hiérarchisation des processus physico-chimiques (échanges cationiques, prises hydrauliques…) et de compréhension des liens entre ces liaisons, les conditions de « préparation » d’un sol (densité, mouture…) et les propriétés géotechniques du mélange final. Cette approche est menée à différentes échelles, depuis les liaisons atomiques à l’ouvrage - ce projet comprenant la réalisation d’un ouvrage expérimental. L’appréciation de la durabilité des effets du traitement, en laboratoire ou à partir d’ouvrages anciens, est un autre pan majeur du projet. Enfin, TerDOUEST compte apporter les éléments pour établir des indicateurs environnementaux dans la conception et le suivi des projets de terrassements et les méthodes pour quantifier les risques internes des projets.

Coordinateur du projet

INSTITUT FRANÇAIS DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DES TRANSPORTS, DE L AMENAGEMENT ET DES RESEAUX ( IFSTTAR) (INSTITUT Français DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DES TRANSPORTS, DE L AMENAGEMENT ET DES RESEAUX ( IFSTTAR))

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE POITOU-CHARENTES
CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE BRETAGNE ET PAYS- DE-LA-LOIRE
ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DES MINES DE NANCY
ASSOCIATION POUR LA RECHERCHE ET LE DEVELOPPEMENT DES METHODES ET PROCESSUS INDUSTRIELS (ARMINES)
ECOLE NATIONALE DES PONTS ET CHAUSSEES (ENPC)
CENTRE D'ETUDES TECHNIQUES DE L'EQUIPEMENT NORMANDIE - CENTRE (CETE NC)
INSTITUT Français DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DES TRANSPORTS, DE L AMENAGEMENT ET DES RESEAUX ( IFSTTAR)

Aide de l'ANR 1 066 769 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

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