S'abonner à un flux RSS
 

Wikigeotech:Le foisonnement

De Wikhydro

Sommaire

Définition du foisonnement

Dans le domaine des travaux publics et plus particulièrement des terrassements, on entend par foisonnement l'augmentation du volume d'un sol ou d'une roche après son extraction. Il s'exprime en pourcentage du volume de matériau en place[1]. La connaissance de ce phénomène est primordiale pour dimensionner les échelons de transports et pour évaluer les cubatures de remblais pouvant être réalisés à partir d'un déblai. Il est donc important de connaître les densités des matériaux ou le rapport des densités pour les trois états suivants :

  • le matériau en place au déblai, avec V0 le volume en place ;
  • le matériau "foisonné" (transporté), avec Vf le volume foisonné ;
  • le matériau compacté au remblai, avec Vc le volume compacté.


Les matériaux naturels occupent un volume en place qu'ils ont acquis au cours de leur histoire géologique (sédimentation, mise en place, métamorphisme, diagenèse ...). L'action d'extraire en phase de terrassement, déstructure ce volume et crée une macro-porosité associée à une "blocométrie" après extraction du matériau qui dépend essentiellement de la nature du matériau (s'il s'agit d'un sol ou d'une roche) et de son état hydrique.

Le foisonnement peut être particulièrement faible pour les sables et les sables fins pour lesquels il est de l'ordre de +10 à +15 %[2].
Par contre, dans le rocher il peut atteindre +80 à +90 % voire même +100 %. Dans certains massifs argileux, on observe parfois des foisonnements presque aussi importants lorsque ces matériaux sont découpés en lamelle ou copeaux qui s'enroulent véritablement dans les bennes des décapeuses.

illustration du phénomène de foisonnement et contre-foisonnement lors du terrassement[1]
tableau simplifié de différents coefficients de foisonnement et contre-foisonnement les plus utilisés[1]

Le foisonnement s'exprime par un coefficient de foisonnement Ff qui est le rapport des volumes foisonnés aux volumes en place :

LaTeX:  Ff = Vf / V0

Ce coefficient est toujours supérieur à 1 et intéresse en premier lieu le terrassier. Ff peut varier pour un même sol selon sa teneur en eau naturelle. Une argile compactée extraite à la teneur en eau optimum aura un coefficient de chargement de 1,25 alors qu'extraite en période de sécheresse, elle se débitera en mottes lui donnant un fort pourcentage de vide et un Ff voisin de 1,35.

Définition du contre-foisonnement

Lors des travaux de terrassement, le concepteur s'intéresse aux volumes compactés. La différence entre les volumes en place (volumes de déblais) et les volumes compactés (volumes de remblai) permet entre autre d'évaluer si le mouvement des terres est excédentaire, déficitaire ou équilibré en matériaux. La connaissance du volume des matériaux après leur mise en œuvre dans un ouvrage en terre est donc primordiale pour définir le besoin ou non en matériau d'emprunt (c'est-à-dire extérieur au projet).

La réalisation des remblais implique le réemploi des matériaux extraits en déblai et leur mise en œuvre soignée pour éviter toute évolution de la géométrie de l'ouvrage ainsi réalisé, par tassement, déformation, rupture ... Seule l'opération de compactage permet d'acquérir une nouvelle stabilité pour les matériaux utilisés. Les matériaux foisonnés acquièrent après un compactage un nouveau volume (le volume compacté Vc) qui est différent du volume foisonné (Vf) et peut encore être différent du volume initial (V0).
En effet, le compactage ne permet pratiquement pas de revenir à l'état initial et on caractérise ces différences de volumes à l'aide du coefficient de contre-foisonnement Fc qui permet d'exprimer le rapport entre le volume mis en oeuvre (compacté) et le volume initial au déblai :
LaTeX:  Fc = Vc / V0

Ce coefficient peut être inférieur ou supérieur à 1 suivant la compacité du matériau obtenue après son compactage. C'est un coefficient important à connaître pour les maîtres d’œuvre dans la mesure où il permet d'évaluer l'équilibre des volumes déblais-remblais. La méconnaissance de ce phénomène peut expliquer les écarts qui peuvent être constatés sur chantier entre une évaluation des cubatures réalisées sur logiciel, sans correction, et la réalité implacable du terrain.

Exemple d'utilisation des coefficients de contre-foisonnement

Le tableau des coefficients ci-dessus montre que les terrains les plus sensibles au foisonnement sont les terrains rocheux.
À partir d'une situation initiale équilibrée en volumes (Volumes des déblais = Volumes des remblais), dans le cas de roches, l'équilibre des terres se retrouve excédentaire de l'ordre de 20%. En effet, un m3 de déblai rocheux génère 1,20 m3 de remblai.
Détail du calcul :
soit V0 le volume en place en déblai d'une roche, V0 = 1 m3
Le volume à déplacer par transport, Vf, le volume foisonné, sera de :

Vf = V0 x Ff = 1 m3 x 1,40 = 1,40 m3
Le volume du matériau compacté Vc, c'est-à-dire celui qu'il occupera en remblai après sa mise en œuvre, sera de :

Vc = V0 x Fc = 1 m3 x 1,20 = 1,20 m3

A l'inverse dans des limons, l'équilibre des terres peut se trouver en léger déficit de l'ordre de 10 %. Un m3 de déblai limoneux génère 0,90 m3 de remblai.


Les concepteurs évaluent les cubatures afin d'équilibrer le mouvement des terres. Les plus grandes erreurs de cubatures sont dues à une sous-estimation du contre-foisonnement ou à son oubli pur et simple. Le travail d'évaluation des cubatures doit être mené déblai par déblai et pour chaque formation géotechnique.
Dans le cas des matériaux avec un fort contre-foisonnement (Fc >1), il devient nécessaire d'étudier des solutions d'utilisation pour ces volumes en plus. Ces solutions peuvent consister :

  • à une évacuation en centre de stockage de déchet inerte ;
  • à un travail d'intégration paysagère ou de création de modelés paysagers[3] ;
  • à créer des dépôts ;
  • à valoriser (avec ou sans élaboration) les matériaux dans des ouvrages : merlons phoniques, remblais contigus, remblais de tranchées, accotements, voies forestières, comblement de cavités ...).

Dans le cas des matériaux à contre-foisonnement <1, il y a par contre nécessité d'étudier des solutions d'apport :

  • par valorisation des déblais peu ou non valorisables en l'état (solutions de traitement ou d'élaboration) ;
  • par l'achat de matériaux d'apports ;
  • valorisation de matériaux alternatifs (contrôlés).

Une solution globale peut aussi conduire à revoir complètement la ligne rouge du projet (modification générale des volumes de déblais et remblai).

Références

  1. 1,0, 1,1 et 1,2 J. Betoux. 1979. Les terrassements. 1ère partie. Supplément au n°552 d'avril 1979. Revue générale des routes et aérodromes. 20 pages.
  2. Sétra. Terrassements généraux routiers. Chapitre 4.
  3. Sétra. 2008. Insertion d'une infrastructure routière. Conciler Terrassement et enjeux paysagers. Note d'information Economie, Environnement Conception n°84. Ed. Sétra. 17 pages.
Outils personnels