Étude technico-économique de la stabilisation à la chaux des sols argileux en voirie forestière

Légère, Glen (2001). Étude technico-économique de la stabilisation à la chaux des sols argileux en voirie forestière. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les applications de produits stabilisants sur sols peu portants sont monnaie courante dans les ouvrages de génie civil, et en particulier en voirie. Cependant, peu de compagnies forestières canadiennes ont recours à des travaux semblables sur les routes forestières construites sur des sols argileux.

Les chemins forestiers ont toujours été construits à un coût très faible avec des standards minimums. Cette façon de faire impose néanmoins l'arrêt du transport du bois durant les périodes de pluie intense et de dégel. Cette contrainte va à l'encontre de la volonté des usines de transformation de réduire les inventaires de bois, d'augmenter la fraîcheur des bois les approvisionnant et par le fait même d'en améliorer la qualité. Il est donc nécessaire de leur fournir des solutions efficaces pour construire et maintenir leur réseau routier carrossable en tout temps, en particulier sur les sols peu portants.

Ce mémoire dresse une revue bibliographique exhaustive des techniques et des produits stabilisants utilisés à l'échelle mondiale. Il présente une étude de cas qui repose sur cette revue bibliographique ainsi que des essais en laboratoire et sur le terrain, sur des sols argileux stabilisés selon divers dosages de chaux. Un modèle de conception de chaussée non-revêtue, basé sur les résultats de stabilisation obtenus dans ces analyses, est également présenté afin de guider les compagnies forestières vers un choix éclairé sur la technique à utiliser. Pour conclure, une analyse de rentabilité économique est établie.

En se basant sur les résultats de la revue biliographique, la chaux a été choisie comme étant le produit le plus approprié pour le sol à l'étude. En effet, des essais menés en laboratoire ont permis d'obtenir un «California Bearing Ratio» (CBR) de 56 avec 3% de chaux, soit 5 fois plus que la valeur initiale de l'argile non-traitée. En chantier, les meilleurs résultats ont également été obtenus à une teneur en chaux de 3%, soit un CBR de 16 comparativement à 10 pour une section non-traitée. Des tests statistiques confirment qu'il existe une différence significative entre ces deux moyennes. Par contre, bien que ce CBR soit 60% plus élevé que celui mesuré sur la section non-traitée, les valeurs étaient statistiquement très variables. La variabilité des résultats est expliquée par l'hétérogénéité du traitement principalement attribuée à un mauvais malaxage du sol en place. D'autres éléments pouvant également avoir influencé l'efficacité du traitement sont: l'épandage de la chaux, la teneur en eau de l'argile et l'homogénéité de l'argile.

Une analyse économique a permis d'obtenir une distance optimum à partir d'un banc d'emprunt pour laquelle les coûts de construction incluant une stabilisation à la chaux sont égaux à ceux d'une méthode de construction traditionnelle. En effet, cette distance est de 8.5 km, pour un coût de construction de 25 700$/km pour une fondation stabilisée ayant un CBR de 15. Au-delà de cette distance, il est donc plus économique de stabiliser le sol.

Les travaux réalisés par l'auteur dans le cadre de ce mémoire ont été effectués dans le cadre d'un projet de recherche au sein du département de transport et de voirie de l'Institut canadien de recherches en génie forestier (FERIC). Les essais de laboratoire ont été réalisés à l'École de technologie supérieure (ÉTS) et les travaux de terrain ont été réalisés à Iroquois-Falls (Ontario) par Abitibi-Consolidated, à la demande et sous la supervision de l'auteur.

Résumé traduit

The construction of forestry roads on soft subgrades (such as clayey soils) has been a problem for many years in certain parts of northeastem Canada. Because of the unavailability of aggregates for use in road construction, most forestry companies working in these regions must haul their wood in winter, when the roads are frozen. To supply their mills with fresh fiber throughout the year, these companies are seeking new methods for improving their network of summer roads. Although an exhaustive literature research identified many products capable of stabilizing soft subgrades and base-course layers, lime was selected for use in the present study. Lime has been used successfully to stabilize clays for many years in civil engineering projects around the world.

Lime acts as a hydraulic binding agent, and both binds clay particles together and absorbs water. After a period of maturation, this reaction increases the soil's shear strength, increases its bearing capacity, reduces its susceptibility to swelling and shrinking, reduces its moisture content, and improves its workability and compaction properties.

CBR (California Bearing Ratio) tests were performed in the laboratory on samples of each of the following mixtures: 0, 3, 6, and 9% quicklime (by weight) after 1 and 8 days of maturation. The lab tests presented in this thesis found that a CBR of 56 could be reached after 8 days by adding only 3% lime to the soil. More than 150 CBR readings were taken in the field before the treatment, and again after 1 and 96 days. ln situ results confirmed the good potential shawn by the lab tests, with an average CBR of 16 achieved after 96 days using the same 3% lime application ( compared with a CBR of 10 for an untreated section). Although the field results showed a 60% increase in the CBR value, the results were inconsistent and varied greatly.

The low CBR values achieved in the field and the inconsistency of the results resulted mainly from improper mixing of the soil and lime. The distribution of lime prior to mixing, the degree of soil compaction and the optimum moisture content also contributed to the inconsistent results.

Although unsatisfactory results were achieved in the field, the tests were nonetheless consistent with the laboratory results: the best results were achieved with 3% lime. Based on the assumption that a CBR of 15 could be achieved with proper application and mixing of the lime, an economic analysis indicated that clay stabilization costs are comparable to those with traditional construction methods at a distance of 8.5 km from a borrow pit. The total stabilization cost at this distance, including an overlay of gravel, would be $25 700/km; at greater distances, clay stabilization becomes a cheaper option.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire de 21 crédits présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie de la construction". Bibliogr.: p. [80]-85.
Mots-clés libres:	Argileux, Chaussee, Chaux, Economique, Essai, Etude, Forestier, Laboratoire, Non-Revetu, Rentabilite, Sol, Stabilisation, Technico-Economique, Technique, Terrain, Voierie
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Assaf, Gabriel J.
Codirecteur:	Codirecteur Provencher, Yves
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	17 mai 2011 20:07
Dernière modification:	09 avr. 2015 00:18
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/846

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