Le traitement des sols en place à la chaux

Aperçu historique

Le traitement des sols à la chaux est une pratique très ancienne, comme en témoignent les bétons de terre traditionnels (argile+sable+chaux) et de façon plus spectaculaire, la Grande Muraille de Chine dont le matériau de nombreuses sections est un mélange compacté d’argile et de chaux.

muraille chine

 

Le traitement des sols en place à la chaux

Le traitement des sols par un liant hydraulique vise à rendre un sol, dont les caractéristiques ne seraient pas adéquates, apte à supporter une chaussée, une plateforme (parking, aire commerciale ou industrielle) ou tout simplement le passage d’engins de travaux. Ce traitement vise également à le rendre résistant aux aléas climatiques auxquels il peut être soumis.

L’idée de base, éminemment économique, du traitement de sol est de considérer le sol  lui-même comme un matériau.

Cette technique, développée dans les années 50 pour la réalisation d’assises de chaussées dans des pays tropicaux, s’est acclimatée en France dans les années 60.

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La portance d’un sol

La capacité d’un sol à supporter une charge est définie par sa portance. La portance d’un sol est fonction de la nature de ce sol, de sa teneur en eau et de son compactage. La portance d’un sol et sa teneur en eau optimum sont déterminés, le plus usuellement, par l’essai Proctor pour ce qui concerne la compacité et par l’essai CBR pour ce qui concerne la résistance au poinçonnement. Le traitement à la chaux d’un sol permet une augmentation rapide et importante de sa portance.

 

Les sols : définition et caractérisation

Les sols sont des données naturelles dont la variété est infinie. Malgré les classifications (nomenclature GTR : norme NF P 11 300) qui rassemblent les sols d’identités ou de comportements analogues, chaque sol, du fait de son hétérogénéité, reste au fond un cas particulier.

Les sols sont le résultat des altérations mécaniques, physiques et chimiques des roches. Ils sont également constitués de matières organiques déposés par la biosphère (végétation, vie animale). Ils présentent 3 phases, solide, liquide et gazeuse et un squelette ou mortier de sol dont la granulométrie est très étendue.

L’aptitude d’un sol au traitement est définie par des études préalables qui précisent les caractéristiques à prendre en compte : nature (granularité, argilosité, plasticité, chimie), comportement mécanique (résistance à la fragmentation, résistance à l’usure, friabilité), teneur en eau.

 

Avantage du traitement des sols

Avantages économiques

L’utilisation du sol en place est économique dans la mesure où tout en étant un facteur de rapidité du chantier, elle évite les coûts du déblaiement, de la mise en décharge, du transport.

 

Avantages environnementaux

Le traitement du sol en place, en limitant le transport de matériaux réduit la pollution et la consommation d’énergie liée aux transports. Il évite aussi l’extraction de granulats qui sont des ressources naturelles non renouvelables.

 

La chaux

La chaux est l’un des liants les plus anciennement utilisés. Les Romains l’additonnaient de pouzzolane pour donner un mortier qui, dans des constructions remarquables, dure encore. Les travaux de Louis Vicat, à partir de 1820 permirent de comprendre l’importance de l’argile dans les chaux hydrauliques (qui font prise sous l’eau) et de les fabriquer artificiellement.

Production des chaux vives

Le calcaire aussi pur que possible est extrait, trié, lavé et concassé puis calciné dans des fours dont la température est comprise entre 1050 et 1250°C. La chaux vive en poudre s’obtient par broyage de la chaux vive.

Production des chaux hydrauliques

Ces chaux sont obtenues par la cuisson entre 1050 et 1250°C de calcaires dont la teneur en argile est de 15 à 20%

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Etude préalable

Une étude d’analyse des sols avant traitement est toujours nécessaire afin que celui-ci soit aussi adapté que possible. Cette étude est confiée à des laboratoires spécialisés qui peuvent :

  • caractériser la nature de l’argile par diffraction des rayon X
  • évaluer la teneur en argile par sédimentométrie
  • évaluer différentes teneurs des sols par des analyses chimiques :  teneur en carbone organique, teneur en nitrates, capacité d’échanges ioniques.

Le traitement du sol proprement dit est précédé de planches d’essais qui permettent d’approcher les formulations et les dosages adéquats. Les sols étant très hétérogènes, les chantiers de grandes surfaces doivent multiplier ces types d’essais.

Action de la chaux sur les sols

Les sols fins à teneur élevées en argiles ou limons ne présentent aucune stabilité au regard des conditions météorologiques : ils gonflent en présence d’eau, se rétractent par sécheresse et foisonnent quand il gèle. Leur utilisation routière est donc très incertaine. Le traitement à la chaux est recommandé pour les sols dont la teneur en argile est supérieure à 40%. Le dosage en chaux varie en fonction des sols et des résultats recherchés généralement entre 1 et 3%.

Le comportement de ces sols fins est modifié par l’ajout de chaux.

 

Teneur en eau

La teneur en eau du sol est abaissée du fait de la consommation d’eau liée à l’hydratation de la chaux vive, {CaO + H2O → Ca (OH)2 + 12 kJ.mol-1}, de l’évaporation provoquée par la chaleur d’hydratation de la chaux, par l’apport de matériau sec, enfin par l’aération du sol provoquée par le malaxage.

Pour mémoire, la teneur en eau d’un sol peut baisser de 1 à 2% pour un ajout de 1% de chaux.

 

Amélioration des propriétés géotechniques

 

L’agglomération par floculation des particules argileuses sous l’action de la chaux modifie très rapidement les paramètres géotechniques du sol considéré :

 

  • Diminution de l’indice de plasticité
  • Augmentation de l’indice portant immédiat
  • Diminution de la densité de l’optimum Proctor et augmentation de la
    teneur en eau optimale.

En d’autres termes, le sol passe d’un état plastique à un état solide.

 

Modification à long terme d’un sol par l’ajout de chaux

 

La chaux, qui est une base forte, élève le pH du sol. Ce fort pH favorise l’attaque des constituants du sol (silice et alumine). Ces produits en solution réagissent avec le calcium du sol pour produire  des aluminates et des silicates de calcium hydratés, ainsi que des silicoaluminates de calcium hydratés qui jouent le rôle de liant en cristallisant entre les grains du sol (réaction pouzzolanique). Cette réaction peut se prolonger sur des mois et même des années.

 

Eléments perturbateurs de la prise du liant hydraulique

Certains éléments sont défavorables à une prise normale du liant hydraulique et peuvent même l’empêcher. D’autres éléments provoqueront des gonflements dommageables : minéraux soufrés, micas, matière organique, fertilisants et engrais, teneur excessive en argile… Ces perturbations peuvent être anticipées par des études préalables menées dans les laboratoires compétents.

 

Autre types de traitements

Nous avons ici porté notre attention sur le traitement des sols à la chaux. Ce traitement peut être associé à un traitement au ciment et/ou aux cendres volantes. Le ciment peut lui-même se voir ajouter du laitier de haut fourneau ou des fillers. Il existe également aujourd’hui des liants hydrauliques routiers (LHR) fournis par les cimentiers.

Le  choix et le dosage du liant est fonction de la connaissance de la nature du sol, de son état hydrique, de l’environnement météorologique prévu et de la portance visée.

Enfin, des recherches et des expérimentations sont en cours pour l’introduction de fibres végétales dans les sols avant traitement aux liants hydrauliques, de façon à réduire le risque de fissuration.

 

Bibliographie

Documents

Traitement des sols à la chaux et /ou aux liants hydrauliques – Application à la réalisation des remblais et des couches de formes. : Guide technique. – Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC) ; SETRA, 2000. – 246 p.

Terrassements et assises de chaussées. Traitement des sols aux liants hydrauliques. – Cimbéton, 2009. – 148 p. – (Collection technique Cimbéton; T 70).

Michel Venuat : Le traitement des sols à la chaux et au ciment, 1980. 459 p.

Konan K.L. (2006): Interactions entre des matériaux argileux et un milieu basique riche en calcium. Thèse de doctorat de l’université de limoges. 144 p.

Perret P. (1977): Contribution à l’étude de la stabilisation des sols fins par la chaux: étude globale du phénomène et applications. Thèse de doctorat INSA de Rennes.

 

Normes

NF P11-300 (1992-09-01) Indice de classement : P11-300
Titre : Exécution des terrassements – Classification des matériaux utilisables dans la construction des remblais et des couches de forme d’infrastructures routières

Sols : Reconnaissance et essais Série des normes NF P94-…

Assises de chaussées : Série des normes P 98-1…

 

NF EN 459-1 (2012-03-01) Norme faisant l’objet d’un projet de révision. Indice de classement : P15-104-1
Titre : Chaux de construction – Partie 1 : définitions, spécifications et critères de conformité

NF EN 459-2 (2012-08-01) Indice de classement : P15-104-2
Titre : Chaux de construction – Partie 2 : méthodes d’essai

 

NF EN 197-1 (2012-04-01) Indice de classement : P15-101-1
Titre : Ciment – Partie 1 : composition, spécifications et critères de conformité des ciments courants

NF P15-108 (2000-12-01) Indice de classement : P15-108
Titre : Liants hydrauliques – Liants hydrauliques routiers – Composition, spécifications et critères de conformité

 

NF EN 13282-1 (2014-05-23) Indice de classement : P15-108-1
Titre : Liants hydrauliques routiers – Partie 1 : liants hydrauliques routiers à durcissement rapide – Composition, spécifications et critères de conformité

 

PR NF EN 13282-2 (2014-11-12) Indice de classement : P15-108-2PR
Titre : Liants hydrauliques routiers – Partie 2 : liants hydrauliques routiers à durcissement normal – Composition, spécifications et critères de conformité

 

NF EN 13282-3 (2014-05-23) Norme faisant l’objet d’un projet de révision. Indice de classement : P15-108-3
Titre : Liants hydrauliques routiers – Partie 3 : évaluation de la conformité

 

Mélanges traités et mélanges non traités aux liants hydrauliques
Série des normes NF EN 13286-… Indice de classement : P98-846-…