Terrassements routiers

Avant de commencer

Ce cours suit le guide des terrassements des remblais et des couches de forme GTR 2024, rédigé par l'IDRRIM et publié par le Cerema en deux fascicules : le premier expose les principes, le second rassemble les tableaux qu'on applique — classification des matériaux, conditions d'utilisation en remblai et en couche de forme, modalités de compactage. Il remplace le guide technique de 1992, révisé en 2000, que tout le monde appelle « le GTR » GTR 1992 et que citent encore une multitude de rapports géotechniques, de cahiers des charges et de marchés hors de France.

La démarche, elle, n'a pas changé : on identifie un matériau par quelques essais simples, on le classe, on lit dans les tableaux s'il peut aller en remblai ou en couche de forme et dans quelles conditions selon la météo du jour, on le compacte avec un atelier réglé par la méthode Q/S, et l'on contrôle. Ce qui a changé, c'est surtout la classification, alignée sur la norme européenne NF EN 16907-2 : nouvelles lettres, nouveaux tamis, nouveaux seuils.

Les références entre crochets renvoient aux textes : [F1 § 2.2] pour le fascicule 1 du GTR 2024 (principes généraux), [F2 annexe 1] pour son fascicule 2 (annexes techniques), [GTR 92] pour l'édition de 1992-2000, [GTS] pour le guide technique du traitement des sols à la chaux et aux liants hydrauliques (2000), et les normes par leur numéro. Les tableaux du GTR utilisés par les calculateurs ont été transcrits des deux fascicules et contrôlés ; quelques incohérences imprimées dans le guide sont signalées là où elles servent.

1 · Les terrassements et le guide GTR

Déblais, remblais, profil en travers

Une route suit un profil en long que la topographie ne respecte jamais : il faut couper le terrain là où il est trop haut — le déblai — et le rehausser là où il est trop bas — le remblai. Sur un même profil en travers, les deux coexistent souvent : c'est un profil mixte. Un tracé économe équilibre ses déblais et ses remblais : les matériaux extraits d'un côté servent de l'autre, ce qui suppose de savoir, avant le chantier, lesquels sont réutilisables, où et comment. C'est la question à laquelle répond le GTR.

De la PST à la plateforme

Quatre mots reviennent à chaque page [F1 § 4.1.1] :

• la partie supérieure des terrassements (PST) : le mètre supérieur environ des terrains en place (en déblai) ou des matériaux rapportés (en remblai) ;
• l'arase de terrassement (AR) : la surface de la PST, que les engins de terrassement laissent derrière eux ;
• la couche de forme : une structure d'adaptation, parfois absente, parfois faite de plusieurs couches, entre l'arase et la chaussée ;
• la plateforme support de chaussée (PF) : la surface de la couche de forme — ou de l'arase s'il n'y a pas de couche de forme — sur laquelle on construit la chaussée.

L'arase et la plateforme se classent par leur portance à long terme : AR0 à AR3 pour l'arase, PF1, PF2, PF2qs, PF3 et PF4 pour la plateforme. Ces classes, que l'on mesure à l'essai de plaque (EV2), relient le terrassier au projeteur de chaussée : le dimensionnement de la chaussée part de la classe de plateforme (chapitre 10).

Les zones d'un remblai

La série de normes européennes NF EN 16907 « Terrassements », dont le GTR est l'application française, découpe un remblai en zones aux fonctions distinctes [NF EN 16907-1 ; F1 § 1.6]. Dans la plupart des remblais routiers, ces zones se confondent et le remblai est dit homogène ; elles se distinguent dès que le remblai est haut, qu'il est construit sur un sol mou, ou qu'il doit protéger un noyau sensible à l'eau.

Deux objectifs de compactage : q4 et q3

Compacter, c'est réduire les vides que l'extraction a créés — le foisonnement — pour augmenter la masse volumique sèche du matériau et sa résistance au cisaillement. Le GTR fixe deux objectifs, exprimés par rapport à la masse volumique sèche de l'optimum Proctor normal ρ_dOPN (chapitre 3), en moyenne sur la couche et au minimum en fond de couche — les huit centimètres inférieurs, les plus difficiles à atteindre [F1 § 1.6] :

L'objectif q4 garantit, pour la grande majorité des remblais de moins de 15 m, l'absence de fluage et de tassement sous le poids propre ; la couche de forme, qui porte directement la chaussée, demande davantage. Le GTR ne demande pas de mesurer ces masses volumiques partout : il donne, pour chaque matériau et chaque compacteur, le réglage qui les assure (chapitre 7).

La démarche du GTR

Le GTR organise le terrassement autour de trois outils [F1 § 1.4] : une classification qui range ensemble les matériaux au comportement assez proche pour qu'on les mette en œuvre de la même façon ; pour chaque classe et chaque état, des conditions d'utilisation selon l'emploi (remblai ou couche de forme) et la situation météorologique ; et des règles de compactage qui disent comment régler l'atelier. Le contrôle suit : il vérifie que les règles ont été tenues.

Ce choix a un nom dans les normes européennes : la spécification de la méthode [NF EN 16907-1 et -5]. On impose la façon de faire — le matériau, l'épaisseur des couches, le compacteur, sa vitesse, son nombre de passes — et l'on contrôle qu'elle est respectée, notamment par le rapport Q/S du volume compacté à la surface balayée. L'autre démarche, la spécification du produit fini, fixe des performances à atteindre (densité, module) et laisse l'entreprise libre des moyens ; elle exige des contrôles bien plus nombreux. Le GTR combine les deux : méthode pour les remblais, méthode et contrôle de portance pour les plateformes.

Du GTR 1992 au GTR 2024

L'édition 2024 conserve l'esprit et la structure du guide de 1992 — classification, tableaux d'utilisation, tables de compactage — mais l'aligne sur la norme européenne NF EN 16907-2 et intègre trente ans de notes et de retours d'expérience [F1 § 1.1, § 2.5.1].

2 · Identifier un sol : granularité et argilosité

Nature, état, comportement

Le GTR caractérise un sol par trois familles de paramètres [F1 § 2.2.1] :

• des paramètres de nature — la granularité et l'argilosité — qui ne varient pas, ou peu, au cours du chantier ;
• des paramètres d'état, en pratique l'état hydrique, qui dépend de la météo et du moment (chapitre 3) ;
• des paramètres de comportement mécanique — la résistance des grains au trafic — qui ne servent qu'à juger l'emploi en couche de forme (chapitre 4).

La norme européenne NF EN 16907-2 ne retient que la nature ; l'état hydrique et le comportement sont des apports français, conservés par le GTR 2024. Tous ces paramètres se mesurent sur la fraction 0/63 mm, la seule que les essais de laboratoire courants savent traiter. La notion de sensibilité à l'eau qui revient sans cesse est prise dans un sens étroit : la chute de portance d'un sol pour une petite hausse de sa teneur en eau.

La granularité : quatre paramètres et leurs seuils

L'analyse granulométrique (NF EN ISO 17892-4) mesure la répartition des grains par taille : par tamisage pour les grains de plus de 63 µm, par sédimentométrie pour les plus fins. Le GTR en tire quatre paramètres [F1 § 2.2.1 A.1] :

Un sol à granulométrie étalée se compacte mieux qu'un sol uniforme : les petits grains comblent les vides des gros. Quand les fines dépassent 10 %, D₁₀ n'est connu que par sédimentométrie ; à défaut, le GTR tranche par D₆₀ : au-dessus de 400 µm, la courbe est réputée étalée, en dessous elle est réputée uniforme [F1 § 2.2.1 e].

Sous 63 µm, les grains sont trop fins pour un tamis. On les laisse décanter dans une éprouvette d'eau : un grain sphérique y tombe à vitesse constante, d'autant plus vite qu'il est gros (loi de Stokes). Au temps t, à la profondeur H_r, il ne reste en suspension que les grains plus fins que

D = √( 18 η H_r / ((ρ_s − ρ_w) g t) )

et la masse volumique de la suspension, que lit un densimètre, dit quelle proportion du sol ils représentent. Quelques heures suffisent pour descendre à 2 µm, la limite conventionnelle de l'argile.

L'argilosité : indice de plasticité et valeur de bleu

Deux paramètres mesurent la quantité et l'activité de l'argile [F1 § 2.2.1 A.2].

L'indice de plasticité IP = w_L − w_P (NF EN ISO 17892-12) est la largeur de l'intervalle de teneur en eau où le sol est plastique : entre la limite de liquidité w_L, où il coule, et la limite de plasticité w_P, où il s'émiette. Il se mesure sur la fraction 0/400 µm, et son interprétation devient délicate quand cette fraction est faible ou quand IP descend sous 7. Seuils : 12 (sols faiblement argileux), 22 (moyennement argileux), 40 (argileux), 55 (très argileux).

La valeur de bleu de méthylène VBS (NF EN 17542-3) est la masse de bleu, en grammes, que peuvent adsorber les surfaces des particules de 100 g de sol : elle est directement liée à la surface spécifique, donc à la quantité et à l'activité de l'argile. Elle se mesure sur la fraction 0/5 mm et s'applique à tous les sols ; c'est une spécificité française, que la norme européenne n'admet qu'en second. Seuils : 0,1 (aucune activité mesurable des fines : avec au plus 10 % de fines, le sol est insensible à l'eau), 0,2 (la sensibilité à l'eau apparaît), 1,5 (sables limoneux / sables argileux), 2,5, 6 et 8 (limons peu plastiques, limons, argiles, argiles très plastiques).

L'équivalent de sable

L'équivalent de sable (NF EN 933-8) mesure la propreté de la fraction 0/2 mm : après agitation dans une solution lavante, l'argile reste en suspension et forme un floculat au-dessus du sable. ES = 100 h₂/h₁, rapport des hauteurs du sable et du floculat. Ce n'est pas un paramètre de classement du GTR, mais un contrôle rapide, sur chantier, des sables et des graves destinés aux couches de forme ou aux granulats.

Les matières organiques

Au-delà de 2 % de matières organiques, un sol sort de la classification des sols géotechniques [F1 § 2.4.1]. La teneur se mesure par perte au feu à 550 °C (NF EN 17685-1) — en se méfiant des matériaux qui perdent aussi de l'eau de constitution à cette température : gypse, bétons concassés, certaines argiles.

Un sol O1 ou O2 se classe ensuite comme un sol ordinaire, d'où un double symbole : O1F2, O2I1… La matière organique perturbe aussi la prise des liants hydrauliques : un sol organique se traite mal.

3 · L'état hydrique, le Proctor et la portance

Cinq états hydriques

Un même limon peut être un excellent matériau de remblai en août et une boue inutilisable en février : ce qui a changé, c'est sa teneur en eau. Pour les sols sensibles à l'eau, le GTR ajoute donc à la nature un paramètre d'état, l'état hydrique, en cinq classes [F1 § 2.2.1 C] :

L'essai Proctor : la teneur en eau qui compacte le mieux

L'essai Proctor (NF EN 13286-2) compacte le sol dans un moule, couche par couche, à l'aide d'une dame qui tombe d'une hauteur fixée, pour plusieurs teneurs en eau. Pour chacune, on mesure la masse volumique sèche ρ_d. La courbe ρ_d(w) a la forme d'une cloche : trop sec, le sol frotte et résiste au compactage ; trop humide, l'eau occupe les vides que le compactage voudrait fermer. Le sommet est l'optimum Proctor : w_OPN et ρ_dOPN. Aucun point ne peut passer au-dessus de la courbe de saturation, où il n'y a plus d'air à chasser :

ρ_d = ρ_s / (1 + w ρ_s / (S_r ρ_w))

L'énergie du Proctor normal représente celle des compacteurs de terrassement ; le Proctor modifié, quatre fois et demie plus énergique, celle des chaussées. Avec plus d'énergie, l'optimum est plus dense et plus sec. Les objectifs q4 et q3 se rapportent au Proctor normal.

Trois paramètres pour situer l'état hydrique

Le GTR caractérise l'état hydrique par l'un ou l'autre de trois paramètres, chacun fiable dans une partie de la gamme [F1 § 2.2.1 C] :

• le rapport w_n/w_OPN de la teneur en eau naturelle à celle de l'optimum : le plus sûr pour les états s et ts, puisque la difficulté de compactage en dépend directement, moins net pour h et th ;
• l'indice de consistance I_c = (w_L − w_n)/IP : il décrit bien les cinq états, mais seulement pour les sols fins moyennement à très argileux, presque entièrement inférieurs à 400 µm ;
• l'indice portant immédiat IPI : le paramètre à privilégier pour les états h et th, parce qu'il traduit concrètement la difficulté des engins à circuler ; il perd son sens pour les états secs.

Les seuils dépendent de la classe : un limon peu plastique bascule de l'état moyen à l'état humide pour quelques points de teneur en eau, une argile beaucoup plus lentement. Le tableau ci-dessous reprend ceux de l'annexe 1 du fascicule 2, avec, en regard, ceux du GTR 1992.

L'indice portant immédiat et le CBR

Le poinçonnement (NF EN 13286-47) enfonce un piston de 19,3 cm² à 1,27 mm/min dans une éprouvette compactée à l'énergie Proctor normal. On compare la force mesurée à 2,5 mm et à 5 mm d'enfoncement à celle d'un matériau de référence — 13,35 kN et 20 kN — et l'on retient le plus grand des deux rapports, en %. Sans surcharge ni immersion, juste après le compactage et à la teneur en eau du sol, c'est l'indice portant immédiat IPI ; après quatre jours d'immersion sous surcharge, c'est le CBR immergé (CBR_i), qui dit ce qui reste de la portance quand le sol est mouillé.

IPI ou CBR = max( F_2,5/13,35 ; F₅/20 ) × 100

Le GTR se sert de l'IPI pour les états humides, et du CBR_i pour reconnaître un sable ou une grave insensible à l'eau : au-delà de 20, le matériau garde assez de portance une fois mouillé [F1 § 2.2.1 C].

4 · Les matériaux rocheux

Prévoir ce que devient une roche une fois extraite

Un déblai rocheux, une fois abattu, chargé, régalé et compacté, devient un matériau granulaire qui peut se comporter comme un sol — parfois comme un sol fin très sensible à l'eau. La classification des matériaux rocheux cherche donc à prévoir, à partir de la roche en place, ce que sera le matériau après extraction [F1 § 2.3]. Le géotechnicien procède en deux temps :

1. il identifie la nature pétrographique de la roche, par la documentation et le raisonnement géologique : craie, calcaire, marne, grès, granite… ;
2. il précise le comportement du matériau au cours du terrassement et dans l'ouvrage, par des essais : se fragmente-t-il sous les engins, produit-il des fines, se dégrade-t-il à l'eau, contient-il des éléments solubles ?

Quatre questions guident ce second temps : l'aptitude du matériau à se fragmenter au cours de l'extraction et de la mise en œuvre — et à produire assez de fines pour se comporter comme un sol sensible à l'eau ; son évolution possible après la construction, sous les contraintes, l'eau et le gel ; la teneur en eau des roches très fragmentables (craies, marnes), dont l'eau passera aux fines produites ; la teneur en éléments solubles des roches salines.

Huit familles, une classe de résistance

Le GTR 2024 reprend les familles de la NF EN 16907-2. Le classement commence par la nature géologique, mais le symbole commence par la classe de résistance, de R1 (extrêmement dure) à R5 (fragmentable) : « R3 Li » est un calcaire dur, « R4 Cld1 » une roche argileuse peu fragmentable mais très dégradable. Seules les craies gardent un symbole propre, CH1 à CH4.

Deux précisions. Un matériau rocheux dur dont la plus grande dimension après extraction ne dépasse pas 250 mm se classe comme un sol grossier (S, G ou VC) [F1 § 2.3.3]. Et les schistes houillers non calcinés (noirs) forment un groupe à part, celui des matériaux naturels particuliers AN.

Les roches dures : Los Angeles et micro-Deval

Pour les roches dures — granites, gneiss, calcaires et grès durs — deux essais de granulats mesurent la résistance des grains, ce qui compte surtout pour un emploi en couche de forme où les grains subissent le trafic de chantier [F1 § 2.3.2] :

• le Los Angeles (NF EN 1097-2) mesure la résistance aux chocs : 5 000 g de gravillons 10/14 mm tournent 500 tours dans un tambour avec onze boulets d'acier ; LA est le pourcentage de la masse qui passe ensuite au tamis de 1,6 mm ;
• le micro-Deval en présence d'eau (NF EN 1097-1) mesure la résistance à l'usure par frottement : 500 g de gravillons 10/14 mm, 5 000 g de billes et 2,5 L d'eau tournent 12 000 tours ; MDE est le pourcentage de la masse qui passe au tamis de 1,6 mm.

Plus le coefficient est faible, plus la roche est résistante. Le seuil de 45 sépare les graves dont les grains résistent au trafic (comportement G…1) de celles qui se fragmentent (G…2) ; pour les sables, c'est la friabilité des sables FS (NF P18-576) qui joue ce rôle, avec un seuil de 60 [F2 annexe 1].

Les roches évolutives : fragmentabilité et dégradabilité

Les roches tendres — marnes, argilites, schistes, certains grès et calcaires — posent une autre question : vont-elles se réduire en fines sous les engins, ou plus tard dans le remblai ? Pour elles, LA et MDE manquent de sensibilité. Deux essais comparent le D₁₀ d'un échantillon 10/20 mm avant et après une sollicitation conventionnelle [F1 § 2.3.2] :

• le coefficient de fragmentabilité IFR (NF EN 17542-2), après un pilonnage à la dame Proctor normal : il dit ce que deviendra la roche sous l'extraction, le régalage et le compactage. Au-delà de 7, la roche est fragmentable (classe R5) ;
• le coefficient de dégradabilité IDGa (NF EN 17542-1), après des cycles d'imbibition et de séchage : il dit si la roche continuera à se déliter dans le remblai, sous l'effet de l'eau. Jusqu'à 5, peu dégradable ; de 5 à 20, moyennement ; au-delà de 20, très dégradable.

Une roche argileuse peu fragmentable mais très dégradable — une marne compacte qui se délite en quelques semaines de pluie — est le cas le plus traître : elle se met en œuvre comme un enrochement et se transforme ensuite en sol fin dans l'ouvrage, avec des tassements et des glissements à la clé.

Les craies : la densité, puis l'eau

La craie est un empilement de particules de calcite de 1 à 10 µm. Plus cet empilement est poreux — plus sa masse volumique sèche ρ_d est faible —, plus il est fragile : au terrassement, la craie produit des fines en proportion de sa fragilité. Si elle est saturée, l'eau de ses pores passe aux fines, qui prennent la consistance d'une pâte : les engins ne circulent plus et des pressions interstitielles apparaissent dans l'ouvrage. Sèche, au contraire, la craie est rigide, très portante, mais difficile à compacter [F1 § 2.3.4].

D'où un classement en deux temps : la masse volumique sèche fixe la fragilité (CH1 très dense au-delà de 1,95 Mg/m³, CH2 dense, CH3 de densité moyenne, CH4 peu dense sous 1,55 Mg/m³) ; pour les craies CH3 et CH4, la teneur en eau naturelle fixe l'état, avec des seuils propres à chacune. Une craie peu dense est presque toujours proche de la saturation : à ρ_d = 1,55 Mg/m³, ses pores pleins d'eau correspondent déjà à w ≈ 27 %.

Calcaires, roches siliceuses, roches salines

Les calcaires (Li) ne sont généralement pas évolutifs et se mettent bien en remblai ; leur friabilité peut toutefois, en couche de forme, produire par attrition des fines qui rendent le matériau sensible à l'eau sous la circulation des engins. Ils se classent par le micro-Deval et la masse volumique sèche : R3 Li si MDE ≤ 45, R4 Li si MDE > 45 et ρ_d > 1,8 Mg/m³, R5 Li (fragmentable) si ρ_d ≤ 1,8 Mg/m³. Les roches siliceuses (Sa, Co) et les roches magmatiques et métamorphiques (Vo, Me) se classent par LA et MDE, puis, quand elles sont tendres ou altérées, par IFR et IDGa. Les roches salines (SR) se classent par leur teneur en éléments solubles : leur dissolution par les circulations d'eau peut créer des vides dans le remblai.

5 · Classer les matériaux : GTR 2024 et GTR 1992

Une classification faite pour les terrassements

Les classifications universelles des sols — celle des Laboratoires des ponts et chaussées, l'USCS — servent mal les terrassiers : elles ignorent l'état hydrique des sols sensibles à l'eau, le caractère évolutif de certaines roches, la taille des plus gros éléments. Le GTR propose donc une classification spécifique, fondée sur des paramètres qui ont un sens pour la mise en remblai et en couche de forme [F1 § 2.1]. Celle du GTR 2024 est conforme à la norme européenne NF EN 16907-2 tout en gardant l'esprit de la RTR de 1976 et du GTR de 1992 ; elle change en revanche les lettres des classes et plusieurs seuils, ce qui demande un peu d'attention à qui a appris l'ancienne.

La démarche, en quatre niveaux

1. Le D_max : au-delà de 63 mm, le sol est un sol à gros éléments VC. Si ces gros éléments forment un squelette (matériau anguleux dont la fraction 0/63 mm ne dépasse pas 60 à 80 %), le sol est VC1 ; si la fraction 0/63 mm gouverne le comportement (éléments roulés, ou anguleux peu charpentés), il est VC2. Dans les deux cas, la fraction 0/63 mm se classe ensuite comme un sol ordinaire, d'où un double symbole : VC2F1, VC1G3…
2. La teneur en fines (tamisat à 63 µm, sur la fraction 0/63 mm) : plus de 35 %, sol fin F ; de 15 à 35 %, sol intermédiaire I ; 15 % au plus, sol sableux S ou graveleux G, selon que la fraction 0,063/2 mm l'emporte ou non sur la fraction 2/63 mm.
3. La sous-classe de nature : pour F et I, l'argilosité — la VBS pour les sols peu plastiques, l'IP dès qu'il dépasse 12 ; pour S et G, la propreté (fines ≤ 5 % ou de 5 à 15 %) et l'étalement (C_u ≥ 6 ou non).
4. Le comportement, puis l'état : pour S et G, un chiffre dit si les grains résistent (1) ou non (2) au trafic — friabilité FS ≤ 60 pour les sables, LA et MDE ≤ 45 pour les graves. Vient enfin l'état hydrique (th, h, m, s, ts), ou le suffixe ins si le matériau est insensible à l'eau.

Pour les sols fins peu plastiques, la VBS est préférée à l'IP, trop imprécis dans ce domaine ; dès que l'IP dépasse 12, c'est lui le critère le mieux adapté [F1 § 2.2.2, tableau 2]. Les deux paramètres peuvent désigner deux sous-classes voisines : on retient alors le critère privilégié et l'on garde l'autre en mémoire, c'est un signal sur la représentativité des essais.

Lire un symbole

Les sables et graves insensibles à l'eau

Un sable ou une grave dont les fines sont rares et peu actives garde sa portance quand il se mouille : il n'a pas d'état hydrique, il porte le suffixe ins [F2 annexe 1]. C'est l'héritier de la classe D du GTR 1992.

Sols organiques et matériaux particuliers

La perte au feu à 550 °C (NF EN 17685-1) mesure la teneur en matières organiques. Jusqu'à 2 %, le sol se classe normalement. Au-delà, il prend un préfixe : O1 de 2 à 6 %, O2 de 6 à 20 %, puis on classe sa partie minérale (O1F2, O2I1…) ; au-delà de 20 %, O3, ce sont des tourbes, exclues des remblais [F1 § 2.4.1]. Les matières organiques se décomposent et font tasser le remblai ; leur acidité perturbe aussi la prise des liants. Trois autres groupes complètent la classification : les matériaux naturels particuliers AN (schistes houillers noirs), les sous-produits industriels AM (laitiers, mâchefers, cendres…) et les matériaux recyclés AR (bétons et matériaux de démolition, enrobés, ballast), dont l'emploi se raccroche, après élaboration, à la classe de sol correspondant à leur granularité.

Du GTR 1992 au GTR 2024

La classification de 1992, celle de la norme NF P11-300, reste citée dans des milliers de rapports et de marchés. Les deux se ressemblent, mais aucune correspondance n'est exacte : les tamis de référence et plusieurs seuils ont changé.

Les états hydriques gardent les mêmes noms ; leurs seuils sont identiques pour A1 et F1 mais diffèrent légèrement pour les autres sous-classes (voir le chapitre 3).

6 · Les conditions d'utilisation en remblai

Des exigences techniques prêtes pour le marché

Une fois le matériau classé, le GTR dit à quelles conditions il peut entrer dans un remblai. Ces conditions sont rédigées comme des exigences techniques que l'on peut reprendre directement dans le cahier des charges ; elles visent le juste niveau de qualité, avec les matériels et les coûts courants [F1 § 3.1]. D'autres solutions peuvent donner satisfaction dans un autre contexte économique — délais, niveau de service — mais elles sortent alors du cadre du guide. Une règle traverse tous les tableaux : les sols sensibles à l'eau dans un état très humide (th) ou très sec (ts) ne sont pas réutilisables normalement, sauf étude spécifique.

Lire un tableau d'utilisation

L'annexe 2 du fascicule 2 consacre une ligne de tableau à chaque cas — classe, sous-classe et état du matériau, l'état étant celui constaté à l'extraction. Pour chaque cas, le tableau envisage les quatre situations météorologiques qui peuvent se présenter pendant l'extraction et la mise en remblai [F1 § 3.2] :

Ces symboles ne correspondent à aucun seuil de pluie ou de température : la pluie agit avec le vent, la chaleur et le sol lui-même. C'est le géotechnicien du chantier qui apprécie la situation du moment. Pour chaque situation, le tableau donne une ou plusieurs solutions, sans ordre de préférence, ou dit « NON » : pas de mise en remblai avec des garanties de qualité suffisantes. Chaque solution porte un code à sept chiffres, un par rubrique, qui permet de comparer d'un coup d'œil deux solutions ou deux matériaux.

Sept rubriques

• E, l'extraction. En couches de 0,1 à 0,3 m (décapeuse, motor-scraper), elle fragmente bien, trie les niveaux et expose le sol à l'air — ce qui aère un sol humide, mais dessèche un sol sec. L'extraction frontale, à la pelle sur un front de plus de 1 à 2 m, fait l'inverse et permet de réserver le meilleur niveau à la circulation [F1 § 3.3].
• G, la granularité. Éliminer les blocs de plus de 800 mm (la limite des plus gros compacteurs), ceux de plus de 250 mm si l'on doit malaxer un liant, ou fragmenter davantage les roches évolutives pour obtenir une courbe étalée qui n'évoluera plus.
• W, la teneur en eau. Aérer ou essorer en dépôt pour sécher ; arroser pour maintenir l'état par temps évaporant ; humidifier dans la masse pour changer d'état — une opération qui demande beaucoup d'eau et un vrai malaxage.
• T, le traitement. À la chaux, ou avec un autre réactif ; en remblai, il vise surtout à rendre la mise en œuvre possible, avec un malaxage sommaire à la charrue. Le dosage se règle sur l'état constaté le jour même.
• R, le régalage. Couches minces de 20 à 30 cm, moyennes de 30 à 50 cm ; sans prescription, l'épaisseur est celle que permet le compacteur (chapitre 7).
• C, le compactage. Intense, moyen ou faible : faible pour les sols humides, qu'un compactage énergique mettrait en surpression interstitielle ; intense pour les sols secs.
• H, la hauteur. Remblai de faible hauteur jusqu'à 5 m, de hauteur moyenne jusqu'à 10 m. Les solutions qui parient sur une amélioration due à la météo ne valent pas pour les grands remblais ; au-delà de 15 m, la conception relève d'une étude propre.

Les conditions d'un matériau, situation par situation

Le tableau 12 du fascicule 1 donne l'exemple des sols F2h — un limon moyennement plastique humide. Sous la pluie faible, c'est NON. Par temps neutre, deux solutions : le traiter à la chaux et le compacter moyennement (0002020), ou l'employer en l'état avec un compactage faible, dans un remblai de 5 m au plus (0000031). Par temps évaporant, on peut aussi l'extraire en couches et l'aérer, le régaler en couches minces et le compacter moyennement, pour un remblai de 10 m au plus (1010122). Le calculateur ci-dessous retrouve ces conditions pour chacun des cas des tableaux du guide.

7 · Le compactage : objectifs et méthode Q/S

Deux objectifs de densification

Compacter, c'est serrer le sol pour qu'il ne tasse plus sous son poids et sous le trafic, qu'il laisse moins passer l'eau et qu'il porte mieux. Le GTR fixe deux objectifs, exprimés en pourcentage de la masse volumique sèche de l'optimum Proctor normal [F1 § 1.6] :

Ces valeurs sont des repères : le guide les a visées pour établir ses tableaux de compactage, mais elles ne se prescrivent pas. La référence Proctor n'a pas de sens pour bien des matériaux, et l'on ne peut pas contrôler tout un chantier, fond de couche compris, par des mesures de masse volumique : ce qui se prescrit, ce sont les modalités des tableaux — Q/S, épaisseur, vitesse [F1 § 5.1].

Le fond de couche — les 8 cm inférieurs — compte autant que la moyenne : la densité décroît avec la profondeur sous le compacteur, et c'est là que le défaut apparaît d'abord. Ces objectifs valent pour les remblais courants de moins de 15 m ; au-delà, ou pour un remblai contigu à un ouvrage, une couche d'étanchéité, une assise de fondation, il faut des prescriptions propres. Attention aussi au sol sec : un compactage intense atteint q4, mais n'empêche pas un limon compacté sec de tasser plus tard s'il se mouille [F1 § 2.2.1 C].

La méthode Q/S

Contrôler la densité en tout point d'un remblai est impossible. Le GTR maîtrise donc le compactage par les moyens : à chaque couple matériau–compacteur, il associe une quantité d'énergie, exprimée par le rapport Q/S du volume de sol compacté Q pendant un temps donné à la surface S balayée par le compacteur pendant ce temps [F2 annexe 4]. Q/S est une épaisseur (en m) : c'est l'épaisseur de sol que « traite » chaque passage. Pour une couche d'épaisseur e, le nombre d'applications de charge vaut :

N = e / (Q/S), arrondi à l'entier supérieur

Un monocylindre ou un compacteur à pneus applique la charge une fois par passe (N = n) ; un tandem deux fois, d'où N/n = 2. Les tableaux de l'annexe 4 donnent, pour chaque groupe de matériaux, chaque énergie (code C des tableaux d'utilisation : 1 intense, 2 moyenne, 3 faible) et chaque classe de compacteur : Q/S, l'épaisseur maximale e, la vitesse V et N. Le débit par mètre de largeur et le débit pratique d'un compacteur s'en déduisent :

Q/L = 1 000 × (Q/S) × V  (m³/h·m)   ·   Q_prat = k × (Q/L) × L × (N/n)

Le rendement k, de 0,5 à 0,75 selon les chantiers, est la part du temps de présence pendant laquelle le compacteur travaille vraiment, avec les bons réglages. Pour les vibrants V3 à V5, le tableau donne deux colonnes : la vitesse maximale avec une couche de 0,30 m, ou une couche épaisse à vitesse lente ; entre les deux, le produit V × e reste constant. Il est interdit de panacher les colonnes — la couche la plus épaisse à la vitesse la plus élevée.

Les classes de compacteurs

Le GTR range les compacteurs en familles et en classes d'efficacité croissante, selon la norme NF P98-736 [F1 § 5.3, tableaux 24 et 25] ; le numéro de classe croît avec l'efficacité. Seuls comptent ici les engins de plus de 1,30 m de large, avec les plaques vibrantes les plus efficaces. Un même engin peut changer de classe selon son lestage ou son amplitude, que l'on vérifie sur coussins pneumatiques (NF P98-761) : c'est la configuration réelle du chantier qui compte.

Quand le paramètre (M1/L)·√A0 dépasse le haut de sa classe mais que l'amplitude n'atteint pas le minimum de la classe suivante, c'est l'amplitude qui limite : un rouleau lourd à faible amplitude reste dans une classe modeste.

Compacteurs mixtes et ateliers

Un compacteur mixte (un cylindre vibrant et un train de pneus) ou un tandem dont les deux cylindres diffèrent se traite comme la somme de deux compacteurs : Q/S est la somme des deux, e et V les plus faibles des deux, N/n = 1 [F2 annexe 4]. Quand plusieurs compacteurs se partagent une couche, on vérifie a posteriori que leurs contributions suffisent : chaque compacteur i a balayé une surface S_i dans la journée, pour un volume compacté Q, et il faut

Σ (Q/S)_{tableau, i} / (Q/S_i) ≥ 1

Les compacteurs d'aujourd'hui

Les tableaux du guide ont été établis pour des compacteurs à vibration circulaire : un balourd tourne dans le cylindre, et la résultante des efforts de contact s'incline d'environ 60° sur le sol. Deux autres technologies se sont répandues depuis les années quatre-vingt-dix [F1 § 5.5]. La vibration oscillante fait osciller le cylindre autour de son axe : les efforts, presque horizontaux, transmettent peu de vibrations aux abords, mais l'efficacité se limite aux matériaux faciles et aux couches minces, et cette amplitude ne sert pas au classement NF P98-736. La vibration dirigée oriente l'effort, de la verticale à l'horizontale ; on la classe sur la composante verticale de son amplitude, ce qui reste réducteur.

Ces engins, comme ceux à énergie variable qui ajustent seuls leur vibration à la raideur du sol, ne relèvent pas directement des tableaux : une planche d'essai fixe leurs modalités, sur un matériau homogène dont la référence Proctor est connue, en mesurant la densité moyenne et celle du fond de couche. Elle peut montrer que l'engin équivaut à une classe V1 à V5 — un compacteur qui, en sept passes sur un sol F2 à l'état m, compacte 0,41 m à la qualité q4 se range avec les V4 —, ou justifier des modalités optimisées que le maître d'œuvre autorise pour ce matériau. Les systèmes embarqués complètent le contrôle : la géolocalisation suit le nombre de passes, la vitesse et la surface balayée, et le contrôle continu du compactage (CCC, CEN/TS 17006) mesure une raideur relative du sol, à interpréter avec prudence, car elle dépend aussi de la nature, de l'état hydrique et du support de la couche.

8 · Contrôler le compactage et la portance

Contrôler les moyens, vérifier les résultats

Un remblai se contrôle de deux façons complémentaires. Le contrôle des moyens vérifie en continu que le chantier applique ce que prescrivent les tableaux : la classe du compacteur, sa vitesse, l'épaisseur des couches, et surtout le Q/S réalisé. Le contrôle des résultats mesure ponctuellement ce que le sol est devenu : sa masse volumique sèche en place, sa résistance à la pénétration, sa portance. Le premier est exhaustif mais indirect ; le second est direct mais ne voit que quelques points. Les deux se calent sur une planche d'essai au démarrage du chantier, qui relie les moyens mis en œuvre aux résultats obtenus sur le matériau réel.

Le Q/S réalisé

À la fin de chaque poste, le volume mis en œuvre Q (relevé par le nombre de camions ou par topographie) est divisé par la surface S balayée par le compacteur, c'est-à-dire la distance qu'il a parcourue en travail multipliée par sa largeur. En énergie intense ou moyenne (codes 1 et 2), le Q/S du tableau est un maximum : le Q/S réalisé doit lui être inférieur ou égal, et rien n'empêche qu'il le soit largement. En énergie faible (code 3), réservée aux sols humides, il doit au contraire en rester proche, à ± 20 % environ sur l'heure de travail : plus d'énergie matelasserait le sol et ferait chuter sa portance [F1 § 5.4.2]. Un enregistreur embarqué (distance, vitesse, vibration) rend ce contrôle continu ; avec plusieurs compacteurs, on vérifie la somme des contributions du chapitre 7.

La masse volumique en place

Le gammadensimètre (NF P94-061-1) mesure la masse volumique humide du sol en place : une source radioactive, descendue au bout d'une tige dans un avant-trou, émet des photons gamma que le sol absorbe d'autant plus qu'il est dense ; un détecteur, dans le boîtier posé en surface, compte ceux qui le traversent. La teneur en eau se mesure par prélèvement (ou par une sonde à neutrons) et donne la masse volumique sèche :

ρ_d = ρ_h / (1 + w)

En transmission directe, la mesure donne la masse volumique moyenne entre la surface et la profondeur de la source. Deux mesures, aux profondeurs z₁ et z₂, donnent par différence celle de la tranche comprise entre elles :

ρ_z1–z2 = (z₂ ρ̄₂ − z₁ ρ̄₁) / (z₂ − z₁)

C'est ainsi que l'on obtient la densité du fond de couche, entre e − 8 cm et e, à côté de la densité moyenne de la couche entière ; les deux se comparent aux objectifs q4 ou q3 du chapitre 7. Les mesures se font hors des traces de roues des engins, sur une couche dont le matériau a été identifié : c'est la ρ_dOPN de ce matériau-là qui sert de référence.

Le pénétromètre dynamique

Le pénétromètre dynamique léger à énergie variable (type Panda, NF P94-105) enfonce une pointe conique en la frappant au marteau ; un capteur mesure l'énergie de chaque coup et l'enfoncement qui en résulte. La résistance de pointe q_d se calcule coup par coup, et son profil sur toute l'épaisseur des couches dit où le compactage est insuffisant — très souvent en fond de couche. Le profil se compare à deux droites établies pour le matériau et l'objectif : la droite de référence, qui correspond à l'objectif de densification, et la droite limite, en deçà de laquelle le compactage est refusé. L'essai est rapide et précis en profondeur, mais il demande un étalonnage par matériau.

La portance : essai de plaque et dynaplaque

L'essai de plaque (NF P94-117-1) charge une plaque rigide de 600 mm de diamètre par un vérin qui prend appui sur un camion lesté. Un premier cycle monte à 0,25 MPa, un second à 0,20 MPa ; les enfoncements z₁ et z₂ (en mm) donnent les modules [NF P94-117-1] :

EV = 1,5 q a / z  ⇒  EV₁ = 112,5 / z₁  ·  EV₂ = 90 / z₂  (MPa)

EV₂, le module du second chargement, caractérise la portance ; le rapport k = EV₂/EV₁ renseigne sur le compactage : un premier chargement qui serre encore beaucoup le sol (k élevé, au-delà de 2 environ) trahit un compactage insuffisant.

Les appareils à chargement dynamique vont plus vite : une masse tombe sur une plaque par l'intermédiaire d'amortisseurs, et la réponse du sol donne un module dynamique. Le GTR cite la dynaplaque (NF P94-117-2), qui fournit un module équivalent à EV₂. Le banc et le calculateur prennent l'exemple d'une plaque dynamique légère : masse de 10 kg, plaque de 300 mm, E_vd = 22,5/s. Chaque appareil a sa propre relation avec EV₂, qu'une planche d'étalonnage établit pour le matériau du chantier.

Les seuils de portance du chantier

Le GTR fixe des portances minimales pour pouvoir construire la couche suivante [F1 § 4.1.3] :

• sur l'arase des terrassements, un module EV₂ (ou un module équivalent à la dynaplaque) d'au moins 35 MPa pour exécuter une couche de forme traitée ; 15 à 20 MPa suffisent pour une couche de forme granulaire ;
• sur la plateforme support de chaussée, au moment de construire la chaussée : un module supérieur à 50 MPa, ou une déflexion inférieure à 2 mm sous l'essieu de 13 t (déflectographe Lacroix, poutre Benkelman), et un nivellement dans une tolérance fixée par le marché (± 3 cm à titre indicatif).

Ces seuils sont des exigences de court terme, pour la construction. La portance de long terme, celle qui sert au dimensionnement de la chaussée, se raisonne en classes d'arase AR et de plateforme PF (chapitre 10).

9 · La stabilité des talus

Hors du GTR, mais au cœur du projet

Le GTR le dit lui-même : il ne répond qu'aux questions d'emploi des matériaux, et n'est pas un guide complet de conception. Les pentes de talus, le zonage des remblais, le drainage, la stabilité des talus en matériaux évolutifs ou sensibles à l'eau relèvent d'autres documents [F1 § 1.5] — le guide Sétra de conception et de réalisation des terrassements, la norme NF P94-500 et l'Eurocode 7 pour les études. Ce chapitre donne les ordres de grandeur et les raisonnements qui permettent d'en discuter : pourquoi un talus tient, ce qui le fait glisser, et ce que changent l'eau et la pente.

La pente d'un talus s'écrit par son fruit : « 3/2 » signifie 3 de base pour 2 de hauteur, soit une pente de 33,7° — la pente usuelle d'un talus de remblai en sol courant. Les sols fins argileux, les matériaux évolutifs et les remblais de grande hauteur demandent des pentes plus douces, des risbermes ou des encagements en matériaux plus frottants [F1 § 1.6]. Des essais spécifiques (triaxiaux, œdométriques, perméabilité) sont souvent indispensables pour les argiles plastiques, surconsolidées ou indurées : ils montrent que les pentes courantes peuvent ne pas tenir dès qu'il y a risque de saturation [F1 § 1.7].

Le talus infini : frottement, pente et eau

Pour un sol sans cohésion, un glissement superficiel parallèle à la pente se juge par le rapport de la résistance au frottement à la force motrice. À sec, le coefficient de sécurité ne dépend que des angles :

F = tan φ' / tan β

Avec un écoulement d'eau parallèle à la pente — une nappe perchée dans un talus après de fortes pluies —, la pression de l'eau réduit la contrainte effective et le coefficient tombe à peu près de moitié :

F = (γ' / γ_sat) × tan φ' / tan β ≈ ½ tan φ' / tan β

Les glissements circulaires : la méthode de Bishop

Dans un sol cohérent, le glissement le plus dangereux est profond et courbe. La méthode des tranches découpe la masse qui glisse le long d'un cercle et compare, tranche par tranche, la résistance mobilisable (cohésion c', frottement sur la contrainte effective) au moment moteur du poids. La méthode de Bishop simplifiée tient compte des efforts entre tranches par un facteur m_α :

F = Σ [c' b + (W − u b) tan φ'] / m_α / Σ W sin α  ·  m_α = cos α (1 + tan α tan φ' / F)

F apparaît des deux côtés : on itère. Puis on cherche, parmi de nombreux cercles, celui qui donne le plus petit F : c'est le cercle critique. La pression interstitielle s'exprime ici simplement par le rapport r_u = u / (γ h) : 0 pour un talus sec, 0,2 à 0,3 pour un remblai argileux mal drainé, jusqu'à 0,5 juste après la construction d'un remblai en sol fin humide compacté.

10 · La PST, l'arase et la plateforme

Court terme, long terme

Le GTR raisonne à deux échéances [F1 § 4.3.1]. Le court terme, c'est le chantier : l'état hydrique du jour, souvent favorable l'été et défavorable l'hiver, la circulation des engins, le réglage. Le long terme, c'est la vie de la chaussée : la portance minimale que l'on peut escompter dans les conditions défavorables — pluies, infiltrations, remontées de nappe —, compte tenu des dispositions de drainage retenues. Les classes de portance de l'arase (AR) et de la plateforme (PF) sont des valeurs de long terme : elles servent à dimensionner la chaussée, et leur choix relève de la conception, pas des conditions du chantier.

Sept cas de PST

Selon la nature des matériaux du mètre supérieur et leur environnement hydrique, le tableau 17 du fascicule 1 distingue sept cas [F1 § 4.3.3] :

Deux mots changent tout : amélioration et stabilisation. Un traitement d'amélioration agit à court terme — il abaisse la teneur en eau, permet la circulation et le compactage ; pour le tableau des PST, le sol amélioré reste un sol non traité. Une stabilisation donne au sol une résistance durable, à l'eau et au gel, vérifiée par une étude et un contrôle ; elle seule permet la PST4 [F1 § 4.3.1].

Les classes de portance de l'arase et de la plateforme

Au chantier, la portance de l'arase mesurée à court terme doit être au moins égale au module de long terme de la classe retenue. Pour les PST1 à PST3, sensibles à l'eau, on la contrôle peu avant de recouvrir l'arase ; pour la PST4, on peut l'anticiper, mais il vaut mieux recontrôler après un hiver ou un trafic de chantier intense ; pour les PST5 et PST6, la mesure de court terme vaut à long terme. La plateforme se contrôle à l'avancement de la couche de forme : pour vérifier que la classe visée est atteinte, et pour repérer les anomalies à temps [F1 § 4.3.1].

11 · La couche de forme

Une couche aux deux visages

La couche de forme est la transition entre les terrassements et la chaussée. Elle répond à des objectifs de court terme — permettre la circulation des engins qui apportent les matériaux de chaussée, assurer le nivellement de la plateforme, protéger l'arase des intempéries en attendant la chaussée — et de long terme : homogénéiser la portance du support, maintenir une portance minimale malgré les variations d'état hydrique des sols, l'améliorer pour économiser sur la chaussée, protéger du gel les sols gélifs, contribuer au drainage [F1 § 4.1]. Sur un petit chantier, on peut ne viser que le court terme ; la couche de forme, plus mince, ne compte alors pas dans le dimensionnement de la chaussée.

Les critères à satisfaire

Un matériau de couche de forme doit répondre à cinq critères, quelle que soit sa nature — naturelle, recyclée ou sous-produit industriel [F1 § 4.2.1] :

• insensibilité à l'eau, à l'état naturel ou après traitement, ou après élimination de la fraction fine : c'est elle qui garantit la circulation quasi tout temps et la portance durable. Pour un matériau naturel qui ne satisfait pas les critères, une étude spécifique (granulométrie, VBS, CBR_i, Proctor et IPI, planche avec plaque avant et après arrosage) peut démontrer l'insensibilité, si VBS < 0,2 et fines < 12 % ;
• dimension des plus gros éléments : sans traitement, L_max ≤ 250 mm et au plus la moitié de l'épaisseur de la couche élémentaire compactée, pour éviter la ségrégation et tenir le nivellement à ± 3 cm ; traité, D_max 63 mm pour un malaxage en centrale, 100 mm en place ;
• résistance au trafic de chantier : un matériau non traité ne doit pas produire de fines en surface sous le compactage et la circulation — d'où les essais LA, MDE et FS du chapitre 4 — ni s'enliser sous les efforts des pneus, travers des graves roulées homométriques ;
• insensibilité au gel, s'il y a lieu (chapitre 13) ;
• performances mécaniques des matériaux traités, établies par une étude de traitement. La chaux seule n'est admise en couche de forme que pour les sols F3.

Les matériaux traités : classe mécanique

Pour un matériau traité aux liants hydrauliques, la classe mécanique se lit sur un abaque qui croise, à 90 jours, le module d'Young E et la résistance en traction directe R_t, mesurés sur des éprouvettes moulées à la compacité prévue en fond de couche ; un essai de fendage donne R_t = 0,8 R_TB. Le mode de traitement compte : en place, le mélange est moins homogène qu'en centrale, et la classe descend d'un rang [F1 § 4.2.1, figure 12 et tableau 14].

Les conditions d'utilisation en couche de forme

Comme pour les remblais, l'annexe 3 du fascicule 2 donne, pour chaque classe — avec son chiffre de comportement et le suffixe « ins » —, les solutions admises selon la météo, avec un code à quatre chiffres [F1 tableau 15] : G l'action sur la granularité (éliminer la fraction 0/d sensible à l'eau, éliminer les gros éléments, fragmenter), W l'arrosage, T le traitement (liant hydraulique, avec ou sans chaux, chaux seule, correcteur granulométrique), S la protection superficielle (enduit de cure, gravillonné, clouté, ou couche de fin réglage).

L'épaisseur de la couche de forme

L'épaisseur se fixe par deux critères : la portance à long terme de la plateforme et la protection au gel de la chaussée [F1 § 4.3.2]. La classe de la plateforme se lit dans les tableaux du guide, à partir du couple PST/arase et du matériau de couche de forme [F1 § 4.3.4, tableaux 18 et 19] : PF1 (20 MPa), PF2 (50), PF2qs (80), PF3 (120) et PF4 (200 MPa) ; le calcul de la chaussée prend pour module la borne basse de la classe. Une couche plus mince que l'épaisseur préconisée ne compte pas : la plateforme garde alors la classe de son arase. Avec l'épaisseur préconisée, on obtient au moins une PF2 ; la PF1, rare, est réservée aux voiries légères (pistes cyclables, voies vertes).

Pour une couche de forme non traitée, le guide donne deux jeux d'épaisseurs [F1 § 4.3.5.1]. Quand les matériaux ne sont pas connus, les règles sécuritaires (tableau 20) garantissent une PF2 ou une PF2qs, pas une PF3 : certains matériaux granulaires n'y parviennent pas sans traitement. Quand ils sont connus, par des retours d'expérience validés ou une planche d'essai, les règles d'optimisation (tableau 21) admettent des épaisseurs plus faibles et ouvrent la PF3. Ces valeurs valent pour le trafic courant de chantier : un trafic plus lourd les majore de 10 à 20 cm ; sur une PST1, un géotextile de séparation sous la couche les réduit de 10 cm. Sur une PST4, 5 ou 6 dont les matériaux ont les qualités d'une couche de forme, une couche de réglage de 10 à 15 cm suffit.

Une couche de forme traitée, à la chaux seule pour les sols F3 (tableau 22) ou aux liants hydrauliques selon sa classe mécanique (tableau 23), demande 35 MPa à court terme sur l'arase et se réalise au moins sur une PST3 : sur une PST2, une remontée de nappe l'endommagerait [F1 § 4.3.5.2]. La classe mécanique 3, la meilleure des trois, mène à la PF3 dès 30 cm sur une arase AR1 ; à partir de 40 cm environ, la couche se réalise en général en deux fois, pour obtenir la compacité visée en fond de couche.

Le principe se comprend avec un modèle à deux couches : une couche raide d'épaisseur h et de module E₁, posée sur l'arase de module E₂, donne en surface un module apparent E_s qui croît avec h. La méthode d'Odemark remplace la couche par une épaisseur équivalente de sol support, h_e = 0,9 h (E₁/E₂)^1/3.

12 · Le traitement des sols à la chaux et aux liants

Améliorer ou stabiliser

Traiter un sol, c'est le malaxer en place ou en centrale avec un produit qui modifie son état ou ses propriétés. Le GTR distingue deux objectifs [F1 § 4.3.1] :

• l'amélioration agit à court terme : elle abaisse la teneur en eau, réduit la plasticité, rend le sol traficable et compactable. C'est le traitement des remblais en sol humide, celui de la rubrique T des tableaux d'utilisation ;
• la stabilisation donne au sol, à moyen ou long terme, une résistance durable, notamment à l'eau et au gel, mesurable comme celle d'un matériau solide. C'est le traitement des couches de forme et de la PST4 ; il entre dans le dimensionnement.

Les règles d'exécution détaillées sont celles du guide technique « Traitement des sols à la chaux et/ou aux liants hydrauliques » (GTS) et de la NF EN 16907-4.

Les produits et leurs effets

L'aptitude au traitement

Certaines espèces minérales — pyrite, sulfates, smectites, serpentine — ou les matières organiques peuvent faire gonfler un sol traité ou perturber la prise. Avant de compter sur un traitement, on vérifie donc l'aptitude du sol (NF P94-100) : des éprouvettes du mélange sont conservées puis immergées, et l'on mesure leur gonflement volumique G_v et leur résistance en traction indirecte R_tb [F1 § 1.7.3.2]. Si l'aptitude est confirmée, une étude de formulation fixe le produit et le dosage. Pour un remblai, quand le contexte géologique fait craindre ces éléments perturbateurs, le GTS s'en tient au gonflement : l'aptitude est acquise si G_v ne dépasse pas 10 % [GTS, partie B] ; une couche de forme, plus sollicitée, demande aussi une résistance.

La chaux vive et la teneur en eau

Pour 100 g de sol sec et C g de chaux vive, l'hydratation CaO + H₂O → Ca(OH)₂ consomme 18/56 = 0,32 g d'eau par gramme de chaux et ajoute 1,32 g de solide ; la chaleur dégagée, environ 1,16 MJ/kg, vaporise une partie de l'eau ; enfin, la chaux ajoute de la matière sèche. Ces trois effets pèsent à peu près autant l'un que l'autre, d'où la règle de chantier : 1 % de chaux vive abaisse la teneur en eau d'environ un point [GTS, partie A], davantage par temps sec et venté, quand le malaxage aère le sol.

w' = (w − 0,32 C − 0,51 η C) / (100 + 1,32 C) × 100

Doser, épandre, malaxer

Le dosage s'exprime en pourcentage de la masse de sol sec. Sur le chantier, il se traduit en masse de produit par mètre carré, pour une couche d'épaisseur e compactée à ρ_d :

q (kg/m²) = (dosage / 100) × ρ_d (kg/m³) × e (m)

L'épandeur, à dosage pondéral asservi à sa vitesse, répand cette quantité ; on la contrôle en pesant ce qui tombe sur une bâche de surface connue. Le malaxeur (pulvérisateur à rotor) mélange ensuite sur toute l'épaisseur, jusqu'à une mouture fine ; en remblai, une charrue suffit souvent. Puis viennent le réglage, le compactage dans le délai de maniabilité du liant, et la protection superficielle (enduit de cure). On ne traite ni sous la pluie, ni par temps de gel, ni par vent fort pour la chaux pulvérulente. Le bilan pluie–évaporation de la région aide à choisir la période des travaux [F1 § 1.7.3.3].

13 · Le gel et la sensibilité au gel

Deux façons de souffrir du gel

Le gel abîme les terrassements de deux manières [F1 § 4.2.1] :

• la gélifraction : l'eau gèle dans les pores des granulats saturés, ou dans les liaisons créées par la prise d'un liant, et fragmente le matériau. Pour les granulats, on la juge par l'essai de gel-dégel (NF EN 1367-1) ou par l'absorption d'eau ; pour les matériaux traités, par un essai de gélifraction : la perte de résistance en traction à 28 jours après les cycles de gel ne doit pas dépasser 50 % ;
• la cryosuccion : sous l'effet du gradient de température, l'eau libre est aspirée vers le front de gel, où se forment des lentilles de glace. Le support gonfle pendant le gel ; au dégel, les sols fins sensibles à l'eau perdent presque toute leur portance. Il faut pour cela une forte teneur en eau et une alimentation en eau, que le diagnostic doit aussi apprécier.

L'essai de gonflement au gel

L'essai de gonflement au gel (NF P98-234-2) soumet une éprouvette de matériau 0/20 mm à un gel par le haut, sa base plongeant dans l'eau à température positive. On mesure le gonflement h au fur et à mesure que l'indice de gel I (somme des degrés-heures sous zéro appliqués) augmente : h croît comme √I, et la pente p de la droite h(√I), en mm/(°C·h)^½, classe le matériau [F2 annexe 3].

Sans essai : les règles par défaut

En l'absence d'essai, l'annexe 3 du fascicule 2 attribue une classe selon la nature et le traitement [F2 annexe 3]. Un matériau non traité insensible à l'eau est non gélif si ses granulats résistent à la gélifraction (LA ≤ 45 et MDE ≤ 45, ou catégorie F4 au gel-dégel, ou absorption WA₂₄ ≤ 2 %), peu gélif sinon. Les sols F3, F4 non traités sont réputés peu gélifs ; les sols F1, F2, I, S et G sensibles à l'eau, très gélifs ; les craies et les roches argileuses dégradables, très gélives. Un matériau traité à la chaux seule est non gélif si sa résistance en compression atteint 2,5 MPa à l'âge du premier gel possible ; traité au liant hydraulique, si sa résistance en compression diamétrale atteint 0,25 MPa. L'essai de gonflement prévaut toujours.

Protéger la chaussée

C'est au niveau de la couche de forme que la protection au gel s'obtient au moindre coût [F1 § 4.1.2] : une épaisseur suffisante de matériaux non gélifs au-dessus d'un sol support gélif empêche le front de gel de l'atteindre, ou limite la quantité de gel qui l'atteint. La vérification se fait selon la NF P98-086, en comparant l'indice de gel de l'hiver de référence du lieu à l'indice que la structure peut admettre ; elle peut conduire à épaissir la couche de forme au-delà de ce qu'exige la portance [F1 § 4.3.2]. La formule de Stefan donne un ordre de grandeur de la profondeur atteinte par le gel :

z = √(2 λ I / L)  ·  L = w ρ_d × 334 kJ/kg

14 · Cubatures et mouvement des terres

Du tracé aux volumes

Le projet routier se décrit par un profil en long (la cote de l'axe le long du tracé) et des profils en travers perpendiculaires, tous les 20 à 50 m. Sur chaque profil, la plateforme et ses talus coupent le terrain naturel : ce qui dépasse au-dessus du projet est du déblai, ce qui manque en dessous du remblai. Les surfaces de chaque profil, reportées le long du tracé, donnent les volumes ; leur balance, le mouvement des terres : quels déblais vont dans quels remblais, sur quelle distance, et ce qui part en dépôt ou vient d'un emprunt. Le GTR intervient en amont : c'est la classification des déblais et leurs conditions d'utilisation qui disent quelle part est réutilisable, et où [F1 § 1.4].

Les volumes entre profils

Entre deux profils distants de d, on admet que la surface varie linéairement : c'est la méthode de la moyenne des aires, V = d (S₁ + S₂)/2, appliquée séparément au déblai et au remblai. Quand un profil intermédiaire est connu, la formule des trois niveaux est plus précise : V = d (S₁ + 4 S_m + S₂)/6.

Foisonnement et compactage

Un mètre cube extrait ne fait pas un mètre cube de remblai. Excavé, le sol foisonne : 1 m³ en place devient C_f m³ dans la benne, de 1,1 à 1,3 pour un sol meuble et jusqu'à 1,5 ou 1,6 pour une roche abattue à l'explosif. Compacté en remblai, il se resserre : il occupe C_t m³, rapport de sa masse volumique sèche en place à celle du remblai compacté — souvent un peu moins de 1 pour un sol meuble, plus de 1 pour une roche. Le volume transporté se compte foisonné ; le volume de remblai se compte compacté.

L'épure de Lalanne

Le long du tracé, on cumule les volumes : chaque tronçon ajoute son déblai réutilisable, converti en volume de remblai compacté, et retranche son remblai. La courbe obtenue — l'épure de Lalanne, ou courbe des mouvements des terres — monte dans les déblais et descend dans les remblais ; ses sommets sont aux passages déblai–remblai. Son ordonnée finale est le solde : excédent à mettre en dépôt, ou déficit à emprunter.

Une ligne de répartition horizontale coupe la courbe en boucles : entre deux points de coupe, déblais et remblais s'équilibrent. Dans chaque boucle, le volume transporté est l'écart maximal entre la courbe et la ligne, et le moment de transport (m³·m) l'aire entre elles ; leur quotient est la distance moyenne de transport. Déplacer la ligne change la répartition entre transports longitudinaux, dépôts et emprunts : on la place pour minimiser le coût total.

15 · Les engins et leurs rendements

Un engin pour chaque opération

Les conditions d'utilisation du GTR se traduisent en choix d'engins. Extraire en couches de 0,1 à 0,3 m (rubrique E1), c'est le travail de la décapeuse (motor-scraper) ou du bouteur ; extraire frontalement sur un front de 1 à 2 m (E2), celui de la pelle hydraulique, qui choisit aussi le meilleur niveau du déblai [F1 § 3.3].

Les engins n'avancent que si le sol les porte : c'est la traficabilité. Un sol fin humide (h) porte mal, un sol très humide (th) ne porte plus — c'est précisément ce que mesure l'IPI (chapitre 3). Les pistes de chantier, entretenues et drainées, conditionnent les vitesses des tombereaux, donc le débit de tout l'atelier.

La pelle et son cycle

Une pelle charge à chaque cycle un godet de q m³ foisonnés, rempli à kr près ; elle fait 3 600/t_c cycles par heure, dont une fraction E de temps vraiment productif (environ 50 minutes par heure). Son rendement, compté en m³ en place, est :

Q = 3 600 · q · kr · E / (t_c · C_f)

L'atelier pelle + tombereaux

Le cycle d'un tombereau additionne son chargement (n godets de la pelle), le trajet en charge, le déchargement et les manœuvres, le retour à vide. Tant qu'il y a trop peu de tombereaux, la pelle les attend : le débit croît avec leur nombre. Au-delà d'un nombre de saturation — le cycle du tombereau divisé par la durée de son chargement —, ce sont les tombereaux qui attendent la pelle : en ajouter ne sert plus à rien.

Le bouteur, sur les courtes distances

Le bouteur pousse une lame de V_l m³ foisonnés, puis revient à vide, plus vite. Son cycle croît avec la distance, et son rendement s'effondre au-delà de quelques dizaines de mètres : au-delà, la décapeuse ou les tombereaux prennent le relais.