Guide du compactage et de la stabilisation des sols

Définition et principes du compactage des sols

Compactage : processus mécanique qui diminue les vides dans la masse du sol, forçant les particules solides à entrer en contact plus intime les unes avec les autres.
Le compactage est le moyen d'augmenter la résistance et de diminuer la compressibilité du sol. Vous devez spécifier que la densité maximale requise doit être de 95 % de la densité Proctor modifiée et que les couches ne doivent normalement pas dépasser 30 cm.

Facteurs déterminant le degré de compactage

• Effet de l'eau : pour une teneur en humidité et une énergie de compactage données, la densité atteinte augmente à mesure que l'eau agit comme un lubrifiant.
• Énergie de compactage : l'augmentation de l'énergie de compactage pour un même volume de sol augmente le poids volumique sec et diminue son humidité optimale.
• Type de sol : sa valeur est déterminée par des caractéristiques telles que la densité, la texture, la forme des particules et la plasticité.

Propriétés mécaniques et densification

Compressibilité : la propriété qui définit les caractéristiques de contrainte-déformation du sol. L'application d'un effort à une masse de sol conduit à des changements de volume et à des mouvements ; ces mouvements, lorsqu'ils se produisent au niveau de la fondation, causent un tassement.

Densification : le compactage in situ des sols, principalement granulaires, dans le but d'augmenter leur densité.

Consolidation : nom donné au processus de réduction du volume des sols fins cohérents (argiles et limons plastiques), causé par l'action de contraintes (charges) sur la masse. Ce phénomène se produit généralement sur une longue période. La subsidence verticale qui en résulte dans les bâtiments peut provoquer des ruptures si elle est trop importante.

Tassement (Entente) : identique à la consolidation, mais dans les sols granulaires.

CBR (California Bearing Ratio) : correspond au taux de résistance au cisaillement dans des conditions spécifiées de compactage et d'humidité. L'essai CBR implique la détermination de l'humidité, de la densité, des propriétés de gonflement du matériau et de la résistance à la pénétration.

Techniques de stabilisation des sols

L'amélioration des sols (stabilisation)

Il s'agit de la modification des propriétés de la terre pour améliorer son comportement. Elle peut être temporaire ou permanente. Les procédures incluent l'augmentation de la densité, l'ajout de matériel pour un changement chimique ou physique, l'abaissement de la nappe phréatique, ou le remplacement des sols impropres.

Stabilisation chimique et matériaux

Elle vise à augmenter la résistance et la durabilité, à imperméabiliser pour prévenir l'infiltration d'eau et à réduire les risques de changement de volume (contraction ou expansion).

• Stabilisation au ciment Portland : utilisée dans tous les sols, sauf les sols organiques.
• Stabilisation à la chaux : efficace pour les sols argileux. La chaux réduit la limite de liquidité et l'indice de plasticité, tout en augmentant la résistance à la compression et le CBR.
• Stabilisation bitumineuse : utilisée dans les sols granulaires pour former une structure cohérente et étanche. Une utilisation excessive diminue la friction interne, créant des mélanges instables.
• Stabilisation avec le sel : donne de bons résultats dans les sols fins. Le sel améliore la résistance à la compression et réduit l'humidité optimale de compactage.

Stabilisation mécanique et injections

La stabilisation mécanique : comprend le compactage, le drainage et le fardeau de stabilisation. Elle vise à accroître la densité, réduire la teneur en eau et améliorer la gradation.

Injections : l'objectif est de cimenter la macrostructure du sol ou de la roche pour accroître la résistance et remplir les pores afin de réduire la compressibilité et la perméabilité.

Jet grouting : permet de former des colonnes de sol renforcé par injection à haute vitesse d'un matériau liant (mortier) par de petits trous (buses). Convient pour les murs d'étanchéité, les écrans ou les micropieux.

Matériel de compactage et drainage

Types de rouleaux compresseurs

• Rouleau à pieds de mouton (compactage par pétrissage) : convient aux sols cohérents. Il permet une bonne distribution de l'énergie, rompt les morceaux d'argile et assure une bonne adhérence entre les couches.
• Rouleau lisse (pression de compactage) : s'applique aux sables et graviers propres. Il compacte de haut en bas dans des épaisseurs de 10 à 20 cm. Utilisé pour les bases, sous-bases et trottoirs d'asphalte.
• Rouleau pneumatique (pression de compactage) : spécial pour les sols sableux, plastiques fins et limons peu plastiques. Assure une distribution uniforme des contraintes et une bonne adhérence entre couches.
• Rouleaux dynamiques (compactage par vibration) : utilisés dans les sols granulaires (sable et gravier). L'action combinée de la vibration et de la pression réduit la friction interne des particules.

Systèmes de drainage et précontrainte

Drains : ensemble de travaux visant à protéger les talus, pentes et trottoirs de l'action de l'eau. Le drainage se fait par gravité ou pompage.

Drains de sable verticaux : utilisés dans les fondations pour accélérer la consolidation des couches d'argile molle et augmenter la résistance au cisaillement.

Précontrainte : méthode de compactage statique par application de charges sur une surface pour obtenir un sol surconsolidé. Cela réduit les tassements futurs. Inconvénient : délais de construction souvent longs.

Vibroflottation : efficace pour densifier les zones de faible capacité de charge par vibration et saturation. On introduit un vibrateur avec un jet sous pression pour créer une masse de sol compactée.

Études et reconnaissance des sols

L'objectif est de déterminer les données de base du terrain : nappe phréatique, stratification, inclinaison, épaisseur des couches et propriétés chimiques/mécaniques.

Méthodes d'étude et de reconnaissance

• Reconnaissance visuelle : inspection, photographie aérienne, cartes géologiques.
• Balayage : géophysique, puits, forage et échantillonnage.
• Essais sur le terrain : pénétration, palettes, mesure de la pression interstitielle, essais de pompage et de plaque.

Types d'échantillons et techniques

• Échantillons remaniés : la densité et l'humidité naturelle varient. Utilisés pour la classification géologique.
• Échantillons intacts (non remaniés) : représentent précisément les conditions naturelles (densité et structure).
• Fosses (puits) : méthode simple et économique, limitée à 6-7 mètres et impossible sous la nappe phréatique.
• Forages : permettent d'extraire des échantillons à travers toutes les strates et d'identifier la nappe phréatique, malgré un coût élevé.
• Pénétromètre : estime la capacité de charge des strates, mais ne fournit pas d'informations détaillées sur la nature des couches traversées.

Essais in situ spécifiques

Moulinet à palettes : mesure la force de coupe dans les argiles très molles ou fissurées.
Essai de chargement à la plaque : permet de définir les caractéristiques de résistance, la capacité de charge, le module de réaction (coefficient de lest) et le coefficient d'élasticité du sol.