Brevet FR2709766A1 — publié le 19950317

"Procédé de traitement de sols fins notamment de sols fins limono-sableux ayant une teneur en eau élevée ainsi que liant permettant la mise en oeuvre de ce procédé" La présente invention concerne un procédé de traitement, dans le but d'en améliorer la portance, de sols fins notamment de sols fins limono-sableux ayant une teneur en eau élevée, lors de la mise en oeuvre d'opérations de terrassement ou pour la réalisation de couches de forme de chaussées. Dans le cadre de la technique routière, la première phase de la construction d'une chaussée correspond classiquement à des travaux de terrassement effectués à l'aide d'engins spéciaux qui consistent à décaper certaines parties en relief et à récupérer des déblais qui servent à combler les trous (remblais) de manière à obtenir une surface relativement plane. Dans le cas particulier de sols fins de classe Al et A2 tels qu'ils sont définis dans la norme AFNOR NF Pll-300, notamment de sols fins limonosableux qui présentent souvent une teneur en eau élevée, de l'ordre de 20 à 25 %, la faible valeur de la portance est source de nombreuses difficultés dont la principale est liée au fait que de tels sols, lors de leur compactage, deviennent le siège de pressions interstitielles qui se concrétisent par des phénomènes de matelassage (coussins de caoutchouc) interdisant toute circulation des engins de chantier nécessaires à la construction ultérieure des couches de chaussée. Il est par suite nécessaire de faire subir à de tels sols un traitement préalable consistant à les recouvrir d'une couche intermédiaire, classiquement appelée couche de forme, dans le but d'en améliorer la portance. Une telle couche de forme peut être fabriquée à partir d'un apport de matériaux locaux ou apportés sur le site, mais, est souvent avantageusement simplement constituée par la partie supérieure du sol préalablement traitée sur une hauteur donnée avec divers matériaux dont la chaux vive. Le rôle de la chaux est de nature à diminuer le taux hydrique des sols fins grâce à une triple action consistant - à abaisser la teneur en eau (c'est-à-dire le quotient du poids d'eau sur celui de la matière sèche) par apport d'un complément de matière sèche, - à consommer de l'eau suite à la réaction d'hydratation chimique bien connue de la chaux vive - CaO + H2O > Ca (OH)2 - à permettre une évaporation de l'eau contenue dans le sol en raison d'une part de l'élévation de température du mélange liée au caractère exothermique de la réaction d'hydratation susmentionnée, d'autre part du malaxage. La diminution de la teneur en eau du sol obtenue suite à l'incorporation de chaux vive et l'amélioration de la portance qui en résulte sont quasi-immédiates, permettant ainsi d'effectuer dans des conditions satisfaisantes des travaux de terrassement dans lesquels le rythme de mise en oeuvre est extrêmement élevé en raison même de la performance des engins utilisés. A côté des avantages susmentionnés, la chaux vive présente malheureusement l'inconvénient d'être un matériau particulièrement coûteux à la fabrication, limitant ainsi sa mise en oeuvre pour l'amélioration de la portance de sols fins à des chantiers d'une certaine importance. L'idée à la base de l'invention a consisté à chercher à remédier à cet inconvénient en combinant la chaux vive à un matériau peu coûteux et disponible en grande quantité de façon à permettre d'obtenir un liant à usage de traitement des sols qui soit compétitif en prix tout en permettant d'obtenir des performances équivalentes. A cet effet, l'invention concerne un procédé de traitement dans le but d'en améliorer la portance de sols fins, notamment de sols fins limono-sableux, ayant une teneur en eau élevée, en particulier lors de la mise en oeuvre d'opérations de terrassement ou pour la réalisation de couches de forme de chaussées, caractérisé en ce que l'on incorpore au sol à traiter un mélange binaire de chaux vive et de cendres volantes sèches. La combinaison de la chaux vive avec des cendres volantes s'avère particulièrement avantageuse du point de vue économique, vu que celles-ci sont disponibles en grande quantité, et constituent en particulier un sous-produit, souvent mis au rebut, de l'exploitation des centrales thermiques au fuel ou au charbon, dont l'activité en tant que centrales d'appoint semble appelée à croître dans les années à venir. En conséquence, le procédé conforme à l'invention est en fait intéressant à la fois du point de vue économique et du point de vue de l'écologie : il permet en effet, d'une part de traiter des sols fins et humides dans des conditions de performance et de prix de revient particulièrement avantageuses, et d'autre part d'utiliser des déchets obtenus en grande quantité qui étaient jusqu'à présent souvent mis au rebut, et donc de lutter contre la pollution de l'environnement. La composition chimique des cendres volantes dépend de leur provenance : à titre d'exemple, cellesci peuvent renfermer du carbonate de potassium, du carbonate et des phosphates de calcium et de magnésium, de la silice, du silicate d'aluminium, ou encore des oxydes de fer et de manganèse. L'expérience a permis de constater que des cendres provenant de centrales thermiques au charbon, telles qu'à titre d'exemple celles provenant de la centrale thermique de Pont sur Sambre dont le constituant principal est du silicate d'aluminium, permettent d'obtenir des performances particulièrement satisfaisantes. Le pourcentage de mélange binaire chaux vive/cendres volantes sèches incorporé au sol à traiter dépend bien entendu des caractéristiques intrinsèques de ce sol et des performances recherchées (terrassement, réalisation de couches de forme de chaussée ...) ; celui-ci est cependant dans le cas général compris entre 1 et 10 % par rapport au poids du sol traité. Le rapport chaux vive/cendres volantes peut lui aussi varier dans une large mesure en fonction des caractéristiques du sol traité et des performances recherchées. Selon une autre caractéristique de l'invention, le liant renferme entre 85 et 20 % de chaux vive et entre 15 et 80 % de cendres volantes. Il est à noter que le domaine d'application du procédé conforme à l'invention n'est pas limité au traitement de sols fins limono-sableux, mais celui-ci peut également s'appliquer au traitement de sols autres tels qu'à titre d'exemple la craie blanche qui requiert généralement des dosages de liant relativement faibles comparés à ceux qu'il est nécessaire d'adopter pour les sols limoneux. Conformément à l'invention, les sols sont généralement traités sur une hauteur de 20 à 100 cm, qui est largement fonction des caractéristiques finales souhaitées. Dans le cas où ce procédé est mis en oeuvre pour la réalisation de couches de forme de chaussée, la combinaison de la chaux vive avec des cendres volantes permet, outre une augmentation immédiate de la portance du sol, d'obtenir à terme, une amélioration des caractéristiques mécaniques de celuici (résistance à la compression, à la traction, au gel .... ) . L'invention se rapporte également à un liant constitué par un mélange binaire de chaux vive et de cendres volantes, permettant la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus. Les avantages du procédé ainsi que du liant conforme à l'invention ont pu être mis en lumière grâce à une étude comparative des performances et en particulier de la portance d'un sol compacté après traitement, d'une part par la chaux vive, et d'autre part par des mélanges binaires chaux vive/cendres volantes conformes à l'invention. Les sols à analyser ont tout d'abord été compactés en mettant en oeuvre l'essai dit "proctor normal" dont le mode opératoire a été mis au point par le Laboratoire Central des Pont et Chaussées. Cet essai est basé sur le fait que, lorsqu'on compacte de façon identique des échantillons d'un même sol à des teneurs en eau différentes, on constate que la masse volumique apparente du sol sec (densité sèche) varie et passe par un maximum qui est obtenu pour une teneur en eau bien déterminée dénommée "teneur en eau optimale" ; il a pour but de déterminer pour un compactage normalisé d'intensité donnée la teneur en eau optimale et la densité sèche maximale. Après compactage sous énergie "proctor normal", la portance des sols traités à analyser à été déterminée par mesure de l'indice portant immédiat IPI conformément aux spécifications du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées. Il est usuellement admis que la circulation des engins (tombereaux, tracteurs ...) requiert un IPI minimum de 8. A ce niveau, la portance reste cependant précaire (empreintes marquées de pneus sur le sol) et il s'avère souvent nécessaire de bénéficier d'un niveau de rigidité avoisinant les 10. La traficabilité et en définitive le rendement des engins deviennent confortables à partir d'une gamme de valeurs d'IPI de 12 à 15. L'expérimentation susmentionnée a été mise en oeuvre en utilisant - un limon sablonneux de type A2 présentant un indice de plasticité de 13 et pour lequel l'essai "proctor normal" a permis de déterminer une teneur en eau optimale égale à 13,7 % et une densité sèche maximale de 1,79, - une chaux vive présentant une réactivité en conformité avec la spécification figurant dans la "recommandation pour le traitement des sols fins à la chaux" d'Août 1992 du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, - des cendres volantes provenant de la centrale thermique de Pont-sur-Sambre. Les différents liants mis en oeuvre au cours de cette expérimentation présentaient la composition suivante en proportion pondérale de matériau sec A - 100 % de chaux vive B - 80 % de chaux vive et 20 % de cendres volantes C - 70 % de chaux vive et 30 % de cendres volantes D - 60 % de chaux vive et 40 % de cendres volantes. Les résultats obtenus qui figurent dans le tableau suivant, correspondent tous à une moyenne obtenue à partir de plusieurs essais % liant Type de Teneur en eau Teneur en eau IPI incorporé liant naturelle effec- après trai tive du sol % tement % 2 A 21,8 19,7 13,3 2 B 22,1 19,5 16,6 2 C 22,1 20,0 9,6 2 0 22,2 19,9 5 3 A 23,9 20,9 5 3 B 23,9 20,9 4 3 C 24,0 21,2 3 3 D 24,0 21,1 3 4 A 26,1 22,2 5 4 B 26,2 22,0 3 2 A 20,0 18,1 21,5 2 B 20,0 18,1 16 2 C 20,0 17,9 14 2 D 20,0 18 13,5 2 A 22,1 20,1 14 2 8 22,2 20,1 13,5 4 A 23,8 19,9 6 4 B 23,9 19,9 3 6 A 24,1 17,9 11 6 8 24,2 18,0 9 Ce tableau montre que si la chaux vive seule conduit toujours au meilleur résultat, notamment pour des sols ayant une teneur en eau relativement basse de l'ordre de 20 à 22 %, les valeurs d'IPI atteintes par les mélanges B, C et D présentent des niveaux acceptables en terrassement. Ces liants peuvent donc constituer une alternative intéressante à la seule chaux vive. REVENDICATIONS 1) Procédé de traitement dans le but d'en améliorer la portance de sols fins, notamment de sols fins limono-sableux ayant une teneur en eau élevée, en particulier lors de la mise en oeuvre d'opérations de terrassement ou pour la réalisation de couches de forme de chaussées, procédé caractérisé en ce que l'on incorpore au sol à traiter un mélange binaire de chaux vive et de cendres volantes sèches. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on incorpore eau sol à traiter un pourcentage environ compris entre 1 et 10 % du mélange binaire de chaux vive et de cendres volantes sèches. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on traite le sol sur une hauteur de 20 à 100 cm. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le liant renferme entre 85 et 20 % de chaux vive et entre 15 et 80 % de cendres volantes. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre des cendres volantes provenant de centrales thermiques, notamment au charbon ou au fuel. 6) Liant permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est constitué par un mélange binaire de chaux vive et de cendres volantes sèches.