Le matériau sol-chaux comme une matériau résistant à l'érosion pour les ouvrages hydrauliques : état de l'art et projet de R&D français DigueElite

International audienceThe treatment of silty and clayey soils with lime (calcium oxide or hydroxide) is a technique widely used for soils improvement and stabilization for construction of roads, highways, railways, platforms. However, the principles of lime treatment for hydraulic earthen structures remains barely applied or even forgotten (European case). If existing testimonials (levees, dams, mainly in US and Australia) are evidences that show effectiveness and durability of lime-treated structures, there was a necessity to evaluate a series of unknown characteristics and relevant properties of lime-treated soils for an application in hydraulic context, through laboratory studies and full-scale experiments

Utilisation du sol-chaux dans les ouvrages hydrauliques

International audienceLime treatment of silty and clayey soils is a well-know and widely applied technique in transport infrastructure works (roads, highways, airfields, railways...). But the use of lime treated soils in a hydraulic context is less developed. However, some examples were reported and detailed testimonials of applications of this technique, realized from the 1970s, can be found, mostly in the United States, South of Africa, Asia and Australia. During the last decade, the benefits of lime treatment were evidenced for the enhancement of mechanical properties and stability of earthen structures, for the resistance to internal and external erosion of treated materials, and for the possibility to maintain low permeability. An experimental earthfill dike was built, in the frame of the French research program "DigueELITE" and successfully tested against surface erosion and real scale overflow. Thanks to this experience and also to the large amount of results collected since 2005, it becomes possible to provide recommendations for the use of lime treated soils in the design of earthfill dikes and small earth dams resistant to mechanical and hydraulic stresses. After a brief description of the most outstanding hydraulic structures using lime-treated components, the paper gives an overview of the performance of soil-lime mixes, as highlighted in recent years, and discusses the resulting benefits for the design and construction of dikes and small dams

Utilisation du sol-chaux dans les ouvrages hydrauliques

International audienceLime treatment of silty and clayey soils is a well-know and widely applied technique in transport infrastructure works (roads, highways, airfields, railways...). But the use of lime treated soils in a hydraulic context is less developed. However, some examples were reported and detailed testimonials of applications of this technique, realized from the 1970s, can be found, mostly in the United States, South of Africa, Asia and Australia. During the last decade, the benefits of lime treatment were evidenced for the enhancement of mechanical properties and stability of earthen structures, for the resistance to internal and external erosion of treated materials, and for the possibility to maintain low permeability. An experimental earthfill dike was built, in the frame of the French research program "DigueELITE" and successfully tested against surface erosion and real scale overflow. Thanks to this experience and also to the large amount of results collected since 2005, it becomes possible to provide recommendations for the use of lime treated soils in the design of earthfill dikes and small earth dams resistant to mechanical and hydraulic stresses. After a brief description of the most outstanding hydraulic structures using lime-treated components, the paper gives an overview of the performance of soil-lime mixes, as highlighted in recent years, and discusses the resulting benefits for the design and construction of dikes and small dams

Utilisation des sols traités à la chaux dans les ouvrages hydrauliques - Document d’information

Le traitement des sols à la chaux est une technique éprouvée qui s’est particulièrement développée pendant ces cinquante dernières années. Ainsi, un savoir-faire s’est construit, en France, particulièrement, qui a largement profité aux projets d’infrastructures et d’aménagements, des plus grands aux plus petits. Assez curieusement, les exemples d’application dans le domaine des ouvrages hydrauliques sont plutôt méconnus. Cela s’explique en partie par la prudence des acteurs de ce domaine face aux enjeux qui sont les leurs, mais aussi par leur manque d’information sur les apports et les progrès de la technique. Un important travail d’études, d’investigations et de réalisations en vraie grandeur, entrepris pendant ces dix dernières années, a permis de mettre en évidence tout le profit que le domaine des ouvrages hydrauliques pouvait tirer du traitement à la chaux., En 2013, le programme de recherche DigueELITE*, piloté par ISL et regroupant Irstea, EDF, Lhoist et Arcor Technologies, a reçu le soutien du FUI (Fond Unique Interministériel) pour réaliser une avancée sur cette question dans le domaine des ouvrages hydrauliques en terre, et en particulier des digues de protection contre les inondations. Les premiers résultats seront disponibles à partir de 2017. Sans attendre cette échéance, il est apparu nécessaire aux membres du groupement d’émettre un document synthétique, principalement à usage des donneurs d’ordres et concepteurs d’ouvrages hydrauliques, pour les informer sur la technique et les principales dispositions à respecter pour le bon déroulement des opérations. L’objectif de ce document est de favoriser le transfert de connaissances entre deux domaines de compétence, celui du traitement des sols à la chaux d’une part, et celui des ouvrages hydrauliques d’autre part. Il ne constitue pas un guide de recommandations et ne se substitue pas aux documents de référence de chacun de ces domaines, mais il y fait référence en renvoyant à eux lorsque nécessaire. Le document vise ainsi à apporter au lecteur les éléments d’information d’ores et déjà disponibles sur la technique et à répondre aux interrogations, au stade préliminaire pour des applications simples, dans l’attente d’une publication plus complète s’appuyant notamment sur les résultats de DigueELITE. Ce document a été présenté à l’occasion de la réunion annuelle de la CIGB (Commission Internationale des Grands Barrages) à Bali en juin 2014, en tant que première contribution du groupe miroir français du CFBR (Comité Français des Barrages et Réservoirs) au bulletin que le groupe de travail sur les barrages en Remblai Cimenté (Cemented Materials for Dams - CMD) est chargé de rédiger sur le sujet

LE TRAITEMENT DES SOLS À LA CHAUX : UNE TECHNIQUE INNOVANTE POUR LA CONSTRUCTION DES OUVRAGES HYDRAULIQUES EN TERRE

Vingt-cinquième congrès des Grands Barrages, Stavanger, NOR, 13-/06/2015 - 20/06/2015International audienceThe technique of soil treatment with lime for the construction of infrastructure has made considerable advances over the past fifty years, and has become widespread in many countries on all continents. This success is due to the many advantages it offers: materials valorisation (with all the attendant environmental benefits), time and cost of construction reduction, etc. However, the hydraulic works community was cautious regarding a technique early in its development. The rustic character of past treatment technologies, the approximate quality control, a ignorance for long-term performance does not meet the requirements that characterize this application field. Fifty years later, advances in terms of technology, methodology, implementation, knowledge of soil-lime interactions and long-term behaviour, justify the interest in in soil treatment with lime. In addition, recent studies in both laboratory and full-scale, showed properties quite interesting about the permeability, resistance to erosion and stability. There are also references to hydraulic structures service that demonstrate the reliability of the technique. Therefore it seems useful and advisable to develop positions on soil treatment with lime technique, applied to hydraulic structures, and inspired by the achievements in other application areas (roads, railways, airports, etc.), keeping in mind the specific requirements of earthen hydraulic structures. Prospects for applications are multiple, in the field of low to medium height structures, located in sites without availability of quality materials, and where the valorisation of local natural soils makes sense, both on technical and economic point of view. Economically, for information, the price of a m• of soil treated with 2% lime in the European context, including extraction, processing, transportation and implementation varies between 15 and 25 euros excluding tax based on volume concerned. This assessment does not include the savings from reduced operating times. In addition, lime, like cement, produced locally or imported, is present in almost all countries, because the product is essential to economic activity (construction, industry, environment, agriculture, etc.). Technically, the perspectives for use are the improvement of the behaviour of the structures versus stresses (mechanical stability, dispersivity, internal and external erosion, etc.). One can foresee: - reuse of heavy clays for levee or dam foundation, thanks to the absence of differential settlement, creep and the stability; - homogeneous embankments in lime-treated soils for warm and dry countries, thanks to the reduction of shrinkage cracks, the improved workability and control of materials preparation and placement ; - construction of future or current levees, in order to make them overflow-resistant.La technique du traitement des sols à la chaux pour la réalisation des infrastructures a fait des progrès considérables ces cinquante dernières années et s'est largement répandue dans de nombreux pays sur tous les continents. Ce succès s'explique par les nombreux avantages qu'elle présente : valorisation des matériaux (avec tous les avantages environnementaux qui en découlent), réduction des délais et des coûts de construction, etc. Toutefois, le milieu des ouvrages hydrauliques s'est montré prudent vis-à-vis de la technique au début de son développement. La rusticité de la technologie de mise en oeuvre de l'époque, la maîtrise approximative de la qualité, une certaine méconnaissance des performances à long terme ne répondaient pas aux exigences qui caractérisent ce domaine. Cinquante ans après, les progrès réalisés, sur le plan de la technologie, de la méthodologie de mise en oeuvre, de la connaissance des interactions sol-chaux et du comportement à long terme, justifient que l'on s'intéresse au traitement des sols à la chaux. En outre, des études récentes, aussi bien en laboratoire qu'en vraie grandeur, ont mis en évidence des propriétés tout à fait intéressantes concernant notamment la perméabilité, la résistance à l ‘érosion et la stabilité. Il existe aussi des références d'ouvrages hydrauliques en service qui témoignent de la fiabilité de la technique. C'est pourquoi il semble utile et opportun de faire évoluer les positions relatives à la technique du traitement des sols à la chaux appliquée aux ouvrages hydrauliques en s'inspirant des acquis dans les autres domaines d'application (routes, voies ferrées, aéroports, etc.), sans perdre de vue les exigences propres au domaine de l'hydraulique. Les perspectives d'application sont multiples dans le domaine des ouvrages de hauteur faible à moyenne situés dans des sites dépourvus de matériaux de bonne qualité où la valorisation de sols naturels locaux prend tout son sens, à la fois technique et économique. Sur le plan économique, à titre indicatif, le prix d'un m3 de sol traité à 2 % de chaux vive dans le contexte européen comprenant extraction, traitement, transport et mise en oeuvre varie entre 15 et 25 euros hors taxe selon le volume concerné. Cette évaluation n'intègre pas l'économie réalisée grâce à la réduction des délais d'exécution. En outre, la chaux, comme le ciment, produite sur place ou importée, est présente dans la quasi-totalité des pays, car le produit est indispensable à l'activité économique (construction, industrie, environnement, agriculture, etc.). Sur le plan technique, il y aura lieu d'évoquer l'amélioration de la tenue des ouvrages aux sollicitations diverses (stabilité mécanique, dispersion, érosion interne et externe, etc.). On peut citer pêle-mêle : - le réutilisation des argiles très plastiques en fondation de digue ou de barrage, grâce à l'absence de tassements différentiels, de fluage et à l'amélioration de leur stabilité ; - les remblais homogènes en zones arides, grâce à la réduction du retrait-gonflement, l'amélioration de la maniabilité et le contrôle de la mise en oeuvre ; - la construction de digues futures ou le renforcement de digues existantes, de façon à les rendre résistantes au déversement

Justification de la stabilité des digues et barrages en sols traités

National audienceThe treatment of soils with binders (lime and cement) is common practice in the field of road and railway earthworks. So far the use of treated soils for dams and dikes is unusual. The CFBR working group on dams (and dikes) in hard backfill and treated soils (mirror group of Icold Technical Committee P - Committee on cemented embankment dams) has been working for several years on the development of these techniques applied to dams and dikes, considering the mechanical improvements made by the treatment at the design stage. For this purpose, one of the objectives of the WG is to define design and justification criteria for these new types of structures. To this end, research work has been undertaken to better understand the mechanical behaviour of the treated materials used on a large scale. From a database of laboratory and in-situ test results for lime treated loess, two numerical modelling approaches of gradually increasing complexity were conducted in parallel in order to define the stability conditions depending on cure time, particularly at the young age, of a typical 30 m height dam built with this type of material. Using PLAXIS and FLAC numerical modelling software, the mechanical behaviour of the structure was simulated by considering: - layered construction effects; - the variations of mechanical and rheological properties with the cure time; - various types of elasto-plastic behaviour (Mohr-Coulomb, Modified Cam-Clay, Plastic Soil Hardening model and Hardening Soil Model); - the generation and dissipation of pore pressures. This article presents the studies carried out as well as the technical locks encountered. The results obtained by the modelling methods, and their limits, are exposed and compared. As a conclusion, the communication summarizes the progress of the knowledge following the work described before, as well as the general lessons learned from this unprecedented modelling work.Le traitement des sols par des liants (chaux et ciment) est une technique très répandue dans le domaine des terrassements routiers et ferroviaires. La mise en oeuvre de traitement des sols pour les barrages et les digues est, encore à ce jour, assez marginale. Le groupe de travail du CFBR sur les barrages (et digues) en remblai dur et sols traités (groupe miroir du comité technique P de la CIGB - Comité des barrages en remblai cimenté) travaille depuis plusieurs années sur la mise au point de ces techniques pour les barrages et les digues, en considérant les améliorations mécaniques apportées par le traitement dès le stade de la conception. Dans ce but, l'un des objectifs du GT est d'établir des critères de conception et de justification pour ces ouvrages d'un nouveau type. A cette fin, un travail de recherche a été entrepris afin de mieux comprendre le comportement mécanique des matériaux traités mis en oeuvre en grande masse. A partir d'une base de résultats d'essais en laboratoire et in-situ pour des limons loessiques traités à la chaux, deux approches par modélisation numérique de complexité graduellement croissante ont été menées en parallèle afin de définir les conditions de stabilité à plusieurs échéances de cure, et notamment au jeune âge, d'un barrage type de 30 m de hauteur construit avec ce type de matériau. Au moyen des logiciels de modélisation numérique PLAXIS et FLAC, le comportement mécanique de l'ouvrage a été simulé en considérant notamment : - les effets de construction par couches ; - les variations de propriétés mécaniques et rhéologiques avec le temps de cure ; - diverses lois de comportement élasto-plastiques (Mohr-Coulomb, Cam-Clay Modifié, Plastic Soil Hardening Model et Hardening Soil Model) ; - l'influence de la génération et de la dissipation des pressions interstitielles. L'article présente les études réalisées ainsi que les verrous techniques rencontrés. Il expose et compare les résultats obtenus par les méthodes de modélisation considérées et leurs limites. En conclusion, l'article synthétise les avancées de l'état de l'art permises par le travail exposé, ainsi que les enseignements généraux de ce travail de modélisation à ce jour inédit

Traitement des sols a la chaux : une solution pour les ouvrages hydrauliques en terres hydrauliques résistants à l'érosion

International audienceThe treatment of silty and clayey soils with lime (calcium oxide or hydroxide) is a technique widely used for soils improvement and stabilization, and applied in the context of roads, highways, railways, platforms construction. However the principles of lime treatment for hydraulic earthen structures remain barely applied or even forgotten (European case). If existing testimonials (levees, dams, mainly in US and Australia) are evidences that show effectiveness and durability of lime-treated structures, there was a necessity to evaluate a series of unknown characteristics and relevant properties of lime-treated soils for an application in hydraulic context, through laboratory studies and full-scale experiments. This paper relates results of several research programs, and focuses on a multi-scale approach for assessment of lime-treated soils properties, relevant for hydraulic earthen structures : laboratory testing and full-scale lime-treated embankments. The conferred soil properties can lead to innovative earthfill dams and dikes designs by addressing some of the typical designer's problems, such as stability, watertightness, internal erosion, surface protection and flood control. This is a part of the objectives of a next ICOLD Bulletin CSD "Cemented Soil for Dams", which is due to be published in 2020

Impact de la performance des sols traités à la chaux sur la conception des digues en remblai

3rd European Conference on Flood Risk Management FLOODrisk 2016, Lyon, FRA, 17-/10/2016 - 21/10/2016International audienceNowadays soil treatment with lime in civil engineering is widespread in many countries on all continents, within several construction fields. The interest of the hydraulic works community regarding this technique is currently growing. It has been indeed shown during the last decade that appropriate treatment technologies provide lime treated soils with high level properties such as excellent homogeneity, low permeability, internal and external erosion resistance and mechanical stability. Those have been shown in laboratory and for some properties with full scale experiments. The so conferred soil properties can lead to innovative earthfill dams and dikes designs by addressing some of the typical designer's problems, such as stability, watertightness, internal erosion, surface protection and flood control. However, lime treated soil external erosion resistance is still to be quantified in the field for proper designing and dimensioning of lime treated soil external erosion protection or spillways. With this purpose, an experimental earthfill dike has been built along the river Vidourle (France) in July 2015, in the frame of the French "DigueELITE". This 50 m long and 3,5 m high dike is made of lime treated silt and is provided with sensors (suction, water content and temperature) and piezometer in order to be monitored. It will also be tested against surface erosion. The final objective of this R&D program is to provide guidelines for designing innovativeoverflow resistant earthfill dikes. This article describes the performance reached by lime treated soils and associated design requirements and application; the experimental dike construction and lessons learned; the monitoring program; the dike design perspectives opened by soil treatment

Amélioration de la résistance des barrages et des digues et de la résistance à l'érosion par traitement à la chaux

International audienceLime treatment is a well-known technique of earthworks, for earthworks execution, soil improvement and stabilization. Its applications are mainly roads, railways, airports and platforms construction. In addition, some positive past experiences of lime treatment were related to solve erosion problems of dispersive and non-cohesive soil in hydraulic structures. The interest of the dams and dikes community regarding this technique is currently growing. During the last decade, the benefits of lime treatment according appropriate treatment technologies were shown at the laboratory and on site. This communication deals with the performance reached by lime treated soils and associated design requirements and application. It reviews the most significant recent results in terms of improved mechanical strength, resistance to internal erosion and resistance to surface erosion. It is still unusual to evaluate the resistance of a dam or dike to overflowing. We present the results of the overflowing test campaign carried out in 2018 on three earth structures, which compares the surface erosion resistance of treated and untreated soil. The last part of the paper deals with the dikes and dams design perspectives opened by soil treatment. These results are analysed in the light of the reassessment of the consequences of climate change on hydrology, and the assessment of floods, leading to unplanned overflows during the design phas

Justification de la stabilité des digues et barrages en sols traités

National audienceThe treatment of soils with binders (lime and cement) is common practice in the field of road and railway earthworks. So far the use of treated soils for dams and dikes is unusual. The CFBR working group on dams (and dikes) in hard backfill and treated soils (mirror group of Icold Technical Committee P - Committee on cemented embankment dams) has been working for several years on the development of these techniques applied to dams and dikes, considering the mechanical improvements made by the treatment at the design stage. For this purpose, one of the objectives of the WG is to define design and justification criteria for these new types of structures. To this end, research work has been undertaken to better understand the mechanical behaviour of the treated materials used on a large scale. From a database of laboratory and in-situ test results for lime treated loess, two numerical modelling approaches of gradually increasing complexity were conducted in parallel in order to define the stability conditions depending on cure time, particularly at the young age, of a typical 30 m height dam built with this type of material. Using PLAXIS and FLAC numerical modelling software, the mechanical behaviour of the structure was simulated by considering: - layered construction effects; - the variations of mechanical and rheological properties with the cure time; - various types of elasto-plastic behaviour (Mohr-Coulomb, Modified Cam-Clay, Plastic Soil Hardening model and Hardening Soil Model); - the generation and dissipation of pore pressures. This article presents the studies carried out as well as the technical locks encountered. The results obtained by the modelling methods, and their limits, are exposed and compared. As a conclusion, the communication summarizes the progress of the knowledge following the work described before, as well as the general lessons learned from this unprecedented modelling work.Le traitement des sols par des liants (chaux et ciment) est une technique très répandue dans le domaine des terrassements routiers et ferroviaires. La mise en oeuvre de traitement des sols pour les barrages et les digues est, encore à ce jour, assez marginale. Le groupe de travail du CFBR sur les barrages (et digues) en remblai dur et sols traités (groupe miroir du comité technique P de la CIGB - Comité des barrages en remblai cimenté) travaille depuis plusieurs années sur la mise au point de ces techniques pour les barrages et les digues, en considérant les améliorations mécaniques apportées par le traitement dès le stade de la conception. Dans ce but, l'un des objectifs du GT est d'établir des critères de conception et de justification pour ces ouvrages d'un nouveau type. A cette fin, un travail de recherche a été entrepris afin de mieux comprendre le comportement mécanique des matériaux traités mis en oeuvre en grande masse. A partir d'une base de résultats d'essais en laboratoire et in-situ pour des limons loessiques traités à la chaux, deux approches par modélisation numérique de complexité graduellement croissante ont été menées en parallèle afin de définir les conditions de stabilité à plusieurs échéances de cure, et notamment au jeune âge, d'un barrage type de 30 m de hauteur construit avec ce type de matériau. Au moyen des logiciels de modélisation numérique PLAXIS et FLAC, le comportement mécanique de l'ouvrage a été simulé en considérant notamment : - les effets de construction par couches ; - les variations de propriétés mécaniques et rhéologiques avec le temps de cure ; - diverses lois de comportement élasto-plastiques (Mohr-Coulomb, Cam-Clay Modifié, Plastic Soil Hardening Model et Hardening Soil Model) ; - l'influence de la génération et de la dissipation des pressions interstitielles. L'article présente les études réalisées ainsi que les verrous techniques rencontrés. Il expose et compare les résultats obtenus par les méthodes de modélisation considérées et leurs limites. En conclusion, l'article synthétise les avancées de l'état de l'art permises par le travail exposé, ainsi que les enseignements généraux de ce travail de modélisation à ce jour inédit