Le compactage des sols est un processus important dans la construction d’infrastructures telles que les routes, les ponts et les bâtiments. Le but du compactage est d’augmenter la densité et la résistance du sol en réduisant les vides, afin de réduire les tassements et d’améliorer la portance du sol. Dans cet article, nous allons examiner la théorie du compactage des sols, les essais de compactage en laboratoire, le matériel et les procédés spéciaux de compactage in-situ, ainsi que les prescriptions et le contrôle du compactage.
Théorie de compactage
Le sol en place est souvent très compressible, très perméable et de faible consistance. Si le choix d’un autre site pour l’ouvrage est impossible, la stabilisation du sol peut être nécessaire. La méthode la plus courante est le compactage, qui peut être effectué à l’aide d’un équipement de compactage tel qu’un rouleau compresseur.
La densité sèche maximale est l’objectif du compactage. Elle est atteinte en contrôlant la teneur en eau du sol pendant le compactage. Si la teneur en eau est trop élevée, le sol sera mou et aura des vides qui ne peuvent pas être éliminés. Si la teneur en eau est trop faible, le sol sera dur et les particules ne pourront pas se déplacer pour remplir les vides.
Essais de compactage en laboratoire
Les essais de compactage en laboratoire sont effectués pour déterminer les caractéristiques de compactage des sols, y compris la densité maximale sèche et l’humidité optimale. Les deux essais de compactage les plus courants sont les essais Proctor et CBR.
L’essai Proctor mesure la densité sèche maximale et l’humidité optimale d’un échantillon de sol. L’échantillon est compacté à différentes énergies et niveaux d’humidité, puis la densité sèche et l’humidité sont mesurées.
L’essai CBR est effectué en chargeant un échantillon de sol compacté à une certaine densité avec un piston normalisé. La charge est progressivement augmentée et la déformation du sol est mesurée en fonction de la charge appliquée. Le rapport entre la charge nécessaire pour produire une certaine déformation et la charge nécessaire pour produire la même déformation dans un matériau de référence (pierre concassée ou béton) est appelé le CBR.
Matériel et procédés spéciaux de compactage in-situ
Procédés courants de compactage :
- Vibration : Pour les sols pulvérulents et granulaires, le compactage efficace se fait par vibration en utilisant : plaque vibrante manuelle, rouleau vibrant autopropulsé, rouleau à pneus et grosse masse en chute libre.
- Pilons à air comprimé : Pour le compactage des couches de faibles épaisseurs : dames à explosion (grenouille) pour les terrains cohérents ou non de faible surface. Pilons de 2 à 3 tonnes montés sur grue roulante, est utilisé pour tous les terrains mais ne sont intéressants que pour les faibles surfaces.
- Rouleaux lisses : sont utilisés pour les terrains cohérents non argileux.
- Rouleaux à pneus : pour le compactage des terrains non cohérents.
- Rouleaux à pieds de mouton : pour les terrains cohérents. En particulier il est indispensable pour les terrains argileux.
- Engins vibrant (rouleaux, sabots,…) : pour les sols à gros grains (sables et graviers).
Procédés spéciaux de compactage :
Dans le cas de couches à grandes épaisseurs, on utilise des procédés de compactage dynamique tels que :
- Compactage par explosifs : Explosifs ponctuels : pour les sols pulvérulents le compactage se fait par création d’une onde de choc de compression. Explosifs linéaires : pour les sols cohérents le compactage se fait par mise en place de pieux sableux.
- Compactage par vibroflottation : Le procédé consiste à la génération de contraintes et déformations alternées d’où réarrangement des grains. Tubes en vibration : se pratique pour les matériaux très perméables. Colonnes ballastées : les colonnes sont formées de matériaux pulvérulents compactés. Elles sont pratiquées dans les sols cohérents.
- Consolidation dynamique: Elle est valable pour tout type de sol. Il s’agit de transmettre des chocs de forte énergie à la surface du sol à traiter (chute libre d’une masse de 10 à 30 tonnes exceptionnellement 140 tonnes d’une hauteur de 15 à 30 m). La profondeur d’influence est définie par Léonard et coll. (1980) grâce à l’expression : D = ½ √(w.h) [m] Où w est la masse tombante exprimée en tonne métrique, h est la hauteur de chute en mètre.
Prescriptions et contrôle du compactage
Malgré l’extrême diversité des engins de compactage, il est possible de dégager un certain nombre de facteurs intervenant principalement sur l’efficacité d’un engin sur un sol donné.
Nous trouverons bien sûr des facteurs propres au terrain compacté (nature, teneur en eau,…) mais aussi des facteurs caractérisant l’engin et la séquence de compactage (nombre de passes, vitesse, pression de contact, fréquence et intensité de vibration…)