Matériaux non traditionnels pour sous-fondations – Compte rendu de recherche CR 9/78

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Des schistes rouges de charbonnages, des graves naturelles et des laitiers granulés ont été examinés en vue d'évaluer les possibilités  de leur emploi dans des sous-fondations de chaussées pour y remplacer le sable utilisé habituellement. Selon les circonstances, une sous-fondation peut assumer plusieurs fonctions: une fonction technologique, la protection contre la contamination, la protection contre le gel, le drainage et la répartition des contraintes. Par conséquent, l'aptitude d'un matériau à l'emploi dans cette couche dépend des conditions d'environnement.

Comme ces matériaux contiennent parfois beaucoup de pierres, les méthodes de mesure de la perméabilité à l'état saturé et des courbes de succion ont été adaptées à cette particularité. Un perméamètre de 50 cm de diamètre intérieur et de 50 cm de hauteur permet de mesurer avec une précision suffisante la perméabilité de matériaux contenant des pierres de 6 cm. La courbe de succion est difficile à déterminer sur le matériau complet, mais elle peut être calculée avec une bonne approximation à partir des tensions d'eau mesurées sur des éprouvettes préparées, avec différentes teneurs en eau, avec la fraction du matériau ne dépassant pas 12mm. La sensibilité au gel a été déterminée par des essais de gel. Pour apprécier la durabilité des matériaux, leur fragilité, leur stabilité à l'eau et leur teneur en substances solubles ont été examinées. Outre les propriétés pertinentes précitées, les caractéristiques géotechniques des différents matériaux ont également été déterminées. Voici un résumé succinct des principaux résultats de ces investigations.

1. Schiste rouge

Le schiste rouge est un matériau hétérogène et friable, qui peut subir une fragmentation importante au cours du compactage. De plus, les grains peuvent se déliter partiellement dans l'eau. Enfin, certains schistes contiennent des quantités importantes de sulfates solubles, qui présentent un risque d’attaque des bétons et des maçonneries dans lesquels du ciment Portland a été mis en œuvre. Pour déterminer la stabilité à l'eau, un essai simple d'ébullition suivi de tamisage s'est révélé plus efficace que l'observation de l'évolution de l'équivalent de sable avec la durée de l'ébullition.

Les schistes rouges examinés peuvent atteindre des indices CBR satisfaisants. Ces indices augmentent avec le degré de fragmentation par compactage, mais ils diminuent considérablement en présence de teneurs en eau élevées.

Une fragmentation poussée rend le schiste rouge peu perméable, et accentue sa sensibilité au gel à l'état saturé.

2. Graves naturelles

Les graves naturelles du Limbourg, composées surtout de pierres relativement dures, présentent des compositions granulométriques très disparates. Certaines graves contiennent trop de sable, d'autres trop peu. La plupart des graves examinées sont trop pauvres en éléments fins pour échapper au danger de contamination par un limon, par exemple.

Des indices CBR satisfaisants peuvent être atteints par les graves examinées. Cependant, ces indices peuvent subir une importante réduction lorsque le degré de saturation devient élevé.

Le coefficient de perméabilité est très variable d’une grave à l'autre. Certaines graves sont suffisamment perméables pour être utilisées en couche drainante, mais ce n'est pas du tout le cas de certaines autres.

Toutes les graves examinées sont sensibles au gel à l'état saturé.

3. Laitiers granulés

La distribution granulométrique de ces produits ressemble à celle de sables grossiers. Seulement, les granules de laitier sont très friables et leur porosité interne est importante. Le compactage des laitiers granulés peut produire une fragmentation considérable, se traduisant par la formation de particules fines en quantité suffisante pour empêcher la contamination par un limon belge typique, par exemple. La fraction passant au tamis de 420 microns est non plastique, tant avant qu'après le compactage.

Les laitiers granulés peuvent contenir de faibles quantités de substances solubles, surtout de sulfate de calcium. Ceci implique un risque d'attaque de béton ou de maçonnerie dans lesquels du ciment Portland a été mis en œuvre, mais en l'occurrence, ce risque est assez limité en raison de la faible solubilité du sulfate de calcium.

Les compacités atteintes lors de l'essai Proctor Modifié sont de l'ordre de 56 % volumique et elles sont peu variables avec la teneur en eau au compactage. Au fur et à mesure que la fragmentation progresse, la compacité réalisable augmente et peut dépasser le maximum de l'essai Proctor Modifié. Des indices CBR suffisants pour une couche de sous-fondation peuvent ainsi être atteints, et ces indices sont peu sensibles à la teneur en eau.

Même après une fragmentation prononcée, les laitiers granulés sont insensibles au gel. Cependant, la perméabilité peut diminuer dans le temps, au point que le matériau ne se prêterait plus à une fonction de drainage rapide.

Il résulte de cette investigation que ni les schistes rouges, ni les graves naturelles, ni les laitiers granulés ne sont des matériaux idéaux pour des sous-fondations. Chacun d'eux présente l'un ou l'autre défaut qui limite les possibilités d'emploi à ce niveau. Néanmoins, leur utilisation est possible, et peut être avantageuse, dans certaines conditions qui sont décrites dans les recommandations rédigées par le Groupe de Travail « Couches Drainantes »  du Centre de Recherches Routières.

Prix
- version électronique téléchargeable gratuitement après inscription
- version papier: 10,00 € (excl. 6 % TVA)

Commande 
réf.: CR09/78
e-mail: publication [at] brrc [dot] be

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