FR3017398A1 - Procede de stabilisation d'un remblai technique. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de stabilisation d'un remblai technique, notamment de la couche de forme de ce remblai. Ce procédé est remarquable en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à : - sélectionner des sédiments fluviaux dont 90 % des particules présentent une granulométrie inférieure ou égale à 250 µm et qui comprennent un mélange de calcaire et d'argile à raison d'au moins 40% en poids du total desdits sédiments fluviaux, l'argile représentant au moins 20% en poids desdits sédiments fluviaux, - les chauffer de façon à les amener à une température comprise entre 600°C et 850°C, pendant une durée comprise entre 1 heure et 6 heures, - les refroidir pour les amener à une température inférieure à 100°C, en une durée inférieure ou égale à 1 heure, et obtenir ainsi un additif de stabilisation, - et mélanger ledit additif à un sol fin, de sorte qu'en présence d'humidité, on obtienne la stabilisation dudit remblai technique.
Description
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention se situe dans le domaine du génie civil et plus spécifiquement des remblais techniques.
La présente invention concerne plus précisément un procédé de stabilisation d'un remblai technique, notamment de la couche de forme de ce remblai. ETAT DE L'ART Dans le domaine du génie civil, on est amené à réaliser différentes infrastructures routières et assimilées, à savoir des routes, des voies piétonnes, des chemins, des pistes cyclables, des parkings et des remblais paysagers (en bordure des routes). Ces différentes infrastructures sont formées sur des remblais, dits "techniques", et plus particulièrement pour les routes, sur des remblais dits "routiers". On notera que l'on réalise également des remblais techniques lorsque l'on construit des digues portuaires ou des digues de protection du littoral ou de protection contre les inondations. En se reportant à la figure 1 jointe, on peut voir une vue en coupe 20 transversale schématique d'une route. Celle-ci comprend classiquement depuis le bas vers le haut, le terrain naturel A (dont seule la partie supérieure du terrassement est représentée), une couche de forme B, une couche de fondation C, une couche de base D et une couche de roulement E. 25 D'une manière générale, une route doit résister à diverses sollicitations, notamment celles dues au trafic et doit assurer la diffusion des efforts induits par ce même trafic dans le terrain naturel A. Ses dimensions et le nombre et l'épaisseur de ses couches dépendent principalement de deux données fondamentales que sont le trafic et la capacité portante du sol. 30 C'est principalement la couche de forme B qui doit assurer une certaine portance permettant la transmission des efforts dans le terrain naturel A.
Dans le cas des voies piétonnes, des chemins et des pistes cyclables, cette garantie de portance est d'un niveau moindre mais reste malgré tout un paramètre important. De ce fait, les préconisations concernant la portance de leur couche de forme sont assez proches de celles des routes.
La réalisation de l'ensemble de ces remblais techniques et des couches qui les constituent entraine la consommation d'un grand volume de matériaux. De ce fait, dans le cadre d'une économie de matériaux, les plus nobles sont réservés aux couches supérieures C et D et les moins nobles à la couche de forme B. Ainsi, il est possible d'utiliser des sols dits "fins" dans la couche de forme. Ces sols fins sont définis dans le Guide des Terrassements Routiers, réalisation de remblais et des couches de formes, fascicules I et II, GTR SETRA-LCPC 2ème édition Juillet 2000, comme faisant partie des classes A ou des classes B, et nécessitant un traitement pour être utilisés. Ces sols fins peuvent par exemple être des sédiments de barrage. L'utilisation de certains sols fins pour la construction de couches de forme pose toutefois un problème de qualité mécanique des ouvrages obtenus. Pour remédier à cela, les sols fins sont stabilisés par mélange avec des liants, tels que de la chaux, du ciment ou des liants hydrauliques routiers.
Or, la fabrication du ciment et de la chaux nécessite d'exploiter des gisements de calcaire et d'argile. Dans un contexte d'appauvrissement en matières premières, la fabrication en France et en Europe de ce type de produit devient délicate. On doit ajouter à cela les difficultés réglementaires pour obtenir l'ouverture de nouvelles carrières.
De plus, leur production est à la fois fortement consommatrice d'énergie et d'un coût relativement élevé. A titre d'exemple, la fabrication du ciment et celle de la chaux nécessitent la mise en oeuvre de procédés de cuisson de la matière première, respectivement à des températures de l'ordre de 1450°C et de 1000°C environ.
Afin d'économiser du ciment ou de la chaux, il est connu de les remplacer en partie par des matériaux alternatifs pouzzolaniques qui sont principalement issus de pouzzolanes naturelles ou de déchets, tels que des cendres volantes de charbon ou des laitiers de la sidérurgie. Le document EP 1 441 020 illustre cette solution.
Par "matériau pouzzolanique", on désigne un matériau qui a l'aptitude de durcir lorsqu'il est mélangé à de la chaux ou du ciment, en présence d'eau. Or, les cendres volantes de charbon et les laitiers de la sidérurgie 5 risquent de manquer en France du fait de la réduction du parc des chaudières utilisant du charbon comme combustible et de la réduction du parc de la sidérurgie. PRESENTATION DE L'INVENTION 10 L'invention a donc pour but de résoudre les inconvénients précités de l'état de la technique. Elle a notamment pour but de fournir un procédé de stabilisation d'un remblai technique, notamment de la couche de forme de ce remblai, qui 15 permette de diminuer la quantité de chaux ou de ciment employée, voire même de s'en passer et également de ne pas utiliser des cendres volantes de charbon ou des laitiers de la sidérurgie. L'invention a également pour but de diminuer les coûts par rapport aux procédés connus de l'état de la technique qui utilisent du ciment ou de la 20 chaux. A cet effet, l'invention concerne un procédé de stabilisation d'un remblai technique, notamment de la couche de forme de celui-ci. Conformément à l'invention, ce procédé comprend les étapes suivantes consistant à : 25 - sélectionner des sédiments fluviaux dont 90 % des particules présentent une granulométrie inférieure ou égale à 250 [Inn et qui comprennent un mélange de calcaire et d'argile à raison d'au moins 40 % en poids du total desdits sédiments fluviaux, l'argile représentant au moins 20 % en poids desdits sédiments fluviaux, 30 - chauffer lesdits sédiments de façon à les amener à une température comprise entre 600°C et 850°C, pendant une durée comprise entre 1 heure et 6 heures, - refroidir ces sédiments pour les amener à une température inférieure à 100°C, en une durée inférieure ou égale à 1 heure, et 35 obtenir ainsi un additif de stabilisation, - et mélanger ledit additif de stabilisation à un sol fin, de sorte qu'en présence d'humidité, on obtienne la stabilisation dudit remblai technique. Grâce à ces caractéristiques de l'invention, il est ainsi possible de 5 valoriser des sédiments fluviaux, par exemple des sédiments de barrage, en les utilisant comme matière première secondaire. En outre, ces sédiments fluviaux existent en volumes importants et les sédiments de barrage s'accumulent fatalement dans les retenues des ouvrages hydrauliques où ils sont plus aisés à collecter. 10 De plus, les sédiments présentent l'avantage de ne pas être tributaires des aléas technico-économiques de la fabrication de l'acier (laitier de la sidérurgie) ou de la production de l'électricité (cendres volantes). Enfin, les températures de 600°C à 850°C utilisées dans ce procédé sont bien plus faibles que celles utilisées pour la fabrication du ciment, 15 employé dans l'état de la technique comme additif pour la réalisation de remblais. Il en résulte une économie d'énergie et de coûts de fabrication. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison : l'additif de stabilisation est mélangé avec le sol fin, à raison de 2% 20 à 15% en poids d'additif et de 85% à 98% en poids de sol fin ; l'additif de stabilisation est mélangé avec le sol fin et avec un réactif additionnel, à raison de 2% à 15% en poids d'un mélange d'additif de stabilisation et de réactif additionnel et de 85% à 98% en poids de sol fin ; 25 le réactif additionnel est de la chaux ; le réactif additionnel est du ciment ; lors du chauffage des sédiments, la montée en température est effectuée à raison de 5° C/nnn à 15° C/nnn ; les sédiments sont mis sous forme pulvérulente sèche ou de 30 granules serai-humides ou de tronçons de pâte pressée, extrudée, puis chauffés ; après l'étape de refroidissement et avant d'être mélangé au sol fin, l'additif de stabilisation est broyé de façon à ce qu'il présente des particules inférieures ou égales à 250 [Inn ; après l'étape de refroidissement et avant d'être mélangé au sol fin, l'additif de stabilisation est broyé de façon à ce qu'il présente des particules inférieures ou égales à 100 [Inn ; et le chauffage des sédiments est réalisé dans des fours rotatifs.
PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 10 de la description qui va maintenant en être faite, en référence au dessin annexé (figure 1) qui représente une vue en coupe transversale schématique d'une route. DESCRIPTION DETAILLEE 15 Le procédé de stabilisation d'un remblai technique, conforme à l'invention, comprend une première étape qui consiste à sélectionner les sédiments fluviaux qui vont permettre la fabrication d'un additif de stabilisation. Par "sédiments fluviaux", on entend les sédiments susceptibles 20 d'être récoltés dans le lit des fleuves ou des rivières, par exemple par dragage, ainsi que les sédiments qui vont s'accumuler au pied des barrages. Suivant les bassins versants où se situent les ouvrages hydrauliques (barrages) et ceux où sont prélevés les sédiments, on peut extraire des sédiments de natures minéralogiques différentes. On sélectionnera donc les sédiments qui, 25 d'une part, comprennent au moins 20 % en poids d'argile et au moins 40 % en poids de cet argile et de calcaire mélangés et, d'autre part, présentent une granulométrie inférieure ou égale à 250 [Inn pour 90 % des particules les constituant. Dans la suite de la description et des revendications, le terme 30 - argile » désigne - l'argile au sens minéralogique », c'est-à-dire appartenant à la famille des phyllosilicates et non l'argile au sens granulométrique. On notera qu'en tête de retenue d'un barrage, on trouve généralement des sédiments fins dont la granulométrie correspond à celle précitée. 35 La vérification de la granulométrie est effectuée par tamisage ou par granulomètre laser.
Le fait de sélectionner des sédiments fins, dont la granulométrie est inférieure à 250 [Inn, permet d'avoir des matériaux, notamment l'argile et le calcaire, très réactifs lors de l'étape ultérieure de cuisson. En outre, du fait que ces sédiments soient extrêmement fins, il n'est pas nécessaire de les broyer pour leur utilisation, ce qui génère une économie d'énergie et de coût. Le fait d'avoir au moins 40 % en poids du mélange argile et calcaire et au moins 20% en poids d'argile permet d'avoir une quantité minimale d'argile qui, en présence de chaux, permet de développer une cohésion suffisante du remblai technique.
Afin de vérifier les pourcentages précités, des échantillons de sédiments fluviaux sont prélevés et sont analysés par diffraction aux rayons X. Une deuxième étape du procédé consiste à chauffer les sédiments sélectionnés, à une température comprise entre 600°C et 850°C, pendant une durée comprise de préférence entre 1 heure et 6 heures. Ceci signifie que la 15 température précitée est maintenue pendant cette durée. Les sédiments sont de préférence montés en température à raison de 5°C par minute à 15°C par minute. Le chauffage des sédiments a pour effet de déstabiliser l'argile et de le transformer en matériau pouzzolanique et de transformer le calcaire en 20 chaux vive. La température de chauffage et la vitesse de montée en température sont optimisées sur la base de résultats issus d'analyses effectuées sur des échantillons des sédiments retenus, ces analyses étant, d'une part, une analyse thernnodifférentielle (ATD) et, d'autre part, une analyse 25 therpogravimétrique (ATG) qui permettent de vérifier la nature du matériau obtenu par le chauffage. On notera qu'en-dessous de 600°C, l'argile n'est pas transformée en matériau pouzzolanique, et au-dessus de 850°C, les cristaux qui ont été désorganisés par le chauffage risquent de se réorganiser, de sorte que l'on 30 n'obtient plus un matériau pouzzolanique. De façon avantageuse, le chauffage des sédiments sélectionnés à une température de l'ordre de 600°C à 850°C permet également de calciner la partie des matières organiques contenue dans les sédiments d'origine. Or cette matière organique, en l'absence d'un tel traitement thermique serait 35 préjudiciable à la réalisation d'un remblai technique, puisqu'elle provoquerait dans celui-ci un gonflement ou une baisse de ses qualités mécaniques.
En outre, si des polluants métalliques sont présents dans les sédiments sélectionnés, la cuisson permet de stabiliser ceux-ci sous forme de phase minérale et également de détruire certains polluants organiques. Le chauffage s'effectue de préférence dans des fours rotatifs, à 5 l'intérieur desquels ils sont montés en température. Ces fours présentent l'avantage de permettre une production en continu. Ces sédiments peuvent être introduits dans le four, soit sous forme pulvérulente sèche, soit sous forme de granulés serai-humides de préférence d'environ 1 cm de diamètre, soit sous forme de boudins extrudés préalablement 10 formés à partir du sédiment pulvérulent. Une troisième étape du procédé consiste ensuite à refroidir rapidement les sédiments précédemment chauffés, de façon à les amener à une température inférieure à 100°C, de préférence en une heure au maximum. Ce refroidissement rapide permet notamment de conserver les propriétés 15 pouzzolaniques de l'argile. A l'issue des étapes de chauffage et de refroidissement, l'additif de stabilisation obtenu a éventuellement pu former des amalgames. Si nécessaire, une quatrième étape facultative peut être ajoutée au procédé. Elle consiste à broyer les sédiments séchés obtenus, de façon à obtenir des particules 20 dont la granulométrie est inférieure ou égale à 250 [Inn, de préférence inférieure ou égale à 100 [Inn. Ceci permet d'obtenir un additif de stabilisation encore plus réactif. L'additif de stabilisation est donc un produit prêt à l'emploi, qui comprend un matériau pouzzolanique et de la chaux et qui durcit en présence 25 d'humidité. Avant utilisation, cet additif de stabilisation doit donc être conservé au sec. De façon avantageuse, l'additif de stabilisation obtenu est soumis à des essais concernant la qualité de sa pouzzolanicité, c'est-à-dire sa capacité à 30 durcir lorsqu'il est mélangé à de l'eau. Cette vérification peut s'effectuer par la mesure d'un indice d'activité ou par un essai Chapelle, essais qui doivent être équivalents aux résultats obtenus pour un métakaolin de la norme NF P 18 513. Selon une cinquième étape du procédé conforme à l'invention, l'additif de stabilisation obtenu est mélangé à un sol fin, de façon à réaliser un 35 remblai technique et notamment une couche de forme de ce remblai.
Pour ce faire, l'additif de stabilisation est avantageusement mélangé avec le sol fin à raison de 2 % à 15 % en poids d'additif et de 85 % à 98 % en poids de sol fin. Par "sol fin", on désigne un sol répondant à la définition du guide des terrassements routiers précités comme étant de classe A, c'est-à-dire ayant un tamisat à 80 pm supérieur à 35% et dont les particules ont un diamètre maximum (Dmax) inférieur à 50mm, par exemple des sédiments fluviaux qui, eux, n'ont pas subi te traitement de chauffage précité. Ce mélange peut être effectué par une opération de malaxage, dans une centrale routière.
Selon une autre variante de réalisation, l'additif de stabilisation est épandu directement sur le sol et malaxé sur site à l'aide d'un engin connu sous le nom de « ROTAVATOR » (marque déposée). Enfin, il est nécessaire d'incorporer de l'eau dans le mélange comprenant le sol fin et l'additif de stabilisation.
Selon une variante optionnelle de réalisation de l'invention, il est parfois requis d'ajouter à l'additif de stabilisation, un réactif additionnel, tel que de la chaux ou du ciment, avant de le mélanger au sol fin. Dans ce cas, le mélange additif de stabilisation et réactif représente toujours 2 à 15 % en poids, les 85 % à 98 % en poids restants étant constitués du sol fin.
L'ajout de chaux, en tant que réactif additionnel, peut être fait par exemple si la teneur en chaux de l'additif de stabilisation n'est pas assez élevée. Toutefois, cet ajout sera moindre qu'en l'absence totale de l'additif de stabilisation conforme à l'invention, ce qui permet de réduire les coûts. Quelle que soit la variante de réalisation retenue (avec ou sans 25 réactif additionnel), on considère que les pourcentages précités permettent d'obtenir une bonne tenue mécanique du mélange, après que celui-ci ait été mis en présence d'humidité puisque, après 28 jours de durcissement, la résistance est supérieure à 1 MPa. Selon une autre variante de réalisation, on notera que l'additif de 30 stabilisation obtenu peut également être utilisé dans la fabrication de ciment. Pour fabriquer du ciment, il est nécessaire d'utiliser un clinker broyé auquel il est souvent ajouté des cendres volantes de charbon et de laitier sidérurgique, ce clinker étant produit à l'aide de procédés de chauffage gourmands en énergie, puisqu'ils nécessitent d'atteindre des températures de 1450°C. L'additif de 35 stabilisation conforme à l'invention peut ainsi être utilisé dans la fabrication du ciment pour remplacer une partie de la poudre de clinker.
Enfin, cet additif de stabilisation peut également être utilisé pour la fabrication du béton, en substitution d'une partie de la poudre de ciment.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Procédé de stabilisation d'un remblai technique, notamment de la couche de forme de ce remblai, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à : - sélectionner des sédiments fluviaux dont 90 % des particules présentent une granulométrie inférieure ou égale à 250 [Inn et qui comprennent un mélange de calcaire et d'argile à raison d'au moins 40% en poids du total desdits sédiments fluviaux, l'argile représentant au moins 20% en poids desdits sédiments fluviaux, - chauffer lesdits sédiments de façon à les amener à une température comprise entre 600°C et 850°C, pendant une durée comprise entre 1 heure et 6 heures, - refroidir ces sédiments pour les amener à une température inférieure à 100°C, en une durée inférieure ou égale à 1 heure, et obtenir ainsi un additif de stabilisation, - et mélanger ledit additif de stabilisation à un sol fin, de sorte qu'en présence d'humidité, on obtienne la stabilisation dudit remblai technique.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'additif de stabilisation est mélangé avec le sol fin, à raison de 2% à 15% en poids 20 d'additif et de 85% à 98% en poids de sol fin.
- 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'additif de stabilisation est mélangé avec le sol fin et avec un réactif additionnel, à raison de 2% à 15% en poids d'un mélange d'additif de stabilisation et de réactif additionnel et de 85% à 98% en poids de sol fin. 25
- 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le réactif additionnel est de la chaux.
- 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le réactif additionnel est du ciment.
- 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce que lors du chauffage des sédiments, la montée en température est effectuée à raison de 5° C/nrin à 15° C/nrin.
- 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sédiments sont mis sous forme pulvérulente sèche ou de granules serai-humides ou de tronçons de pâte pressée, extrudée, puis chauffés.
- 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, 5 caractérisé en ce qu'après l'étape de refroidissement et avant d'être mélangé au sol fin, l'additif de stabilisation est broyé de façon à ce qu'il présente des particules inférieures ou égales à 250 [Inn.
- 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'après l'étape de refroidissement et avant d'être mélangé au sol fin, l'additif de 10 stabilisation est broyé de façon à ce qu'il présente des particules inférieures ou égales à 100 [Inn.
- 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le chauffage des sédiments est réalisé dans des fours rotatifs. 15
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