Essais de compactage

Le compactage d’un sol consiste à appliquer suffisamment d’énergie au sol pour en réduire l’indice des vides et par conséquent en accroitre la compacité. Ainsi, la masse volumique sèche (ρd) d’un sol compacté est supérieure à celle d’un sol non compacté. C’est d’ailleurs cette dernière caractéristique qui permet de vérifier l’efficacité d’un compactage. Les essais de compactage effectués en laboratoire permettent de déterminer la masse volumique sèche maximale pour une énergie de compactage donnée. Les principaux types d’essais de compactage en laboratoire qui sont pratiqués au Québec sont : l’essai à la table vibrante et l’essai Proctor (Robitaille et Tremblay, 2007). Dans le cadre de ce projet, des essais Proctor ont été réalisés.

Dans ce projet, les essais de compactage Proctor modifié sont réalisés manuellement en suivant la norme ASTM D1557-12 méthode C pour les sols seuls et les mélanges till-boues et méthode A pour les mélanges sable-boues. Le choix de la méthode est tributaire de la granulométrie du matériau. Pour plus d’informations sur les conditions de choix de la méthode, il faut se référer à la norme ASTM D1557-12. Pour les essais de compactage, deux moules cylindriques normalisés ayant, respectivement, pour volume 944 cm³ et 2124 cm³ sont utilisés respectivement pour la méthode A et la méthode C. Pour un matériau donné, l’essai est réalisé sur plusieurs échantillons du même matériau en variant à chaque fois la teneur en eau gravimétrique (w). Pour avoir quatre points sur la courbe Proctor, le matériau est séparé en quatre échantillons, en prenant soin de ne pas produire de ségrégation. De cette façon, chaque échantillon destiné au moule de 944 cm³ doit avoir une masse quasi-sèche d’environ 2,5 kg ; les échantillons destinés au moule de 2124 cm³ doivent peser environ 5,5 kg.

Avant le compactage, on détermine la masse du moule et on fixe le collet. Chaque échantillon du matériau est compacté en suivant la même méthode. Une masse de l’échantillon est placée dans le moule et avec l’aide d’une dame (marteau) normalisée de 4,45 kg de masse avec une hauteur de chute de 457 mm, on compacte (en laissant tomber le marteau en chute libre vertical) l’échantillon en 5 couches à raison de 25 coups par couche pour la méthode A et 56 coups par couches pour la méthode C. Les coups de marteau doivent être uniformément distribués sur toute la surface du sol à des intervalles d’au moins une seconde et demi. Lorsque les cinq couches sont compactées, on

enlève le collet et on arase le sol au niveau du moule à l’aide d’une règle en métal pour faire correspondre le volume de l’échantillon au volume du moule (figure 3-6). Pour finir, on pèse le moule contenant l’échantillon humide et on détermine la teneur en eau de l’échantillon.

Figure 3-6: Étapes de réalisation de l’essai Proctor : a) compactage, b) enlèvement du collet, c) échantillon arasé au niveau du moule, d) pesée de la masse humide de l’échantillon avec le moule Le principe de l’essai consiste à mesurer la masse volumique humide ρh après compactage et la teneur en eau gravimétrique w (après séchage à l’étuve). Pour finir, on détermine la masse volumique sèche ρd en fonction de la teneur en eau w. On détermine les masses volumiques humide et sèche de chaque échantillon à l’aide des équations suivantes :

ρ_h = ^{mh− mm}

Vm (3.9)

ρ_d = ^ρh

1+w (3.10)

où mh est la masse du moule contenant l’échantillon humide, mm la masse du moule vide et Vm le volume du moule.

a) b)

c) d)

Ces points ρd (w) permettent de tracer une courbe dont le sommet correspond à l’optimum Proctor (wopt et ρdopt ρdmax). Cet optimum correspond à la teneur en eau, pour une énergie de compactage donnée, à laquelle la densité de compactage sera la plus élevée. Avec ces points aussi, on a tracé les courbes de densité à des degrés de saturation Sr = 60%, Sr = 80% et Sr = 100%. Pour un mélange donné, il s’agit des masses volumiques sèches que l’on obtiendrait à différentes teneurs en eau pour un degré de saturation (Sr) et une densité relative (Drm) donnés. La variation de la densité sèche en fonction de la teneur en eau, pour chaque échantillon de mélange, à un degré de saturation donné peut être calculée par l’équation suivante où ρw est la densité de l’eau :

ρ_d = ^DR−mρw

(1+ ^wDR−m

Sr ) (3.11)

3.4.1.2 Essais Proctor sur mélanges sols-boues non amendés

Pour les essais Proctor sur les matériaux non amendés, les mélanges sont convenablement préparés comme décrit dans la section 3.3.1 en utilisant le passant au tamis 5 mm pour les mélanges de sable et de boues et le passant au tamis 20 mm pour les mélanges de till et de boues. Ensuite ces mélanges ont été laissés sécher à l’air libre. Une fois séché, le mélange est divisé en quatre ou cinq échantillons auxquels on compactera en variant à chaque fois la teneur en eau ajoutée conformément à la méthode de compactage décrite ci haut.

Au total, quatre essais Proctor ont été effectués sur les sols seuls (β = 0) et 12 sur des MSBs avec des teneurs en boues de 30, 40 et 50%. Le tableau suivant récapitule les essais Proctor faits dans ce projet. Les essais sur le till et le sable seuls ont été réalisés en duplicata.

Tableau 3.3: Liste des essais Proctor effectués

MSBs β (%)

Till-boues Westwood

0, 30 ; 40 ; 50 Till-boues Waite Amulet

Sable-boues Westwood Sable-boues Waite Amulet

3.4.1.3 Essais Proctor sur mélanges sols-boues amendés

Pour le compactage des MSBs amendés, le principe consiste à déterminer la teneur en eau du mélange amendé avec un certain pourcentage de chaux, à le compacter à cette teneur en eau et à déterminer la densité sèche (ou masse volumique sèche) après compactage. La densité sèche obtenue est alors située par rapport à la courbe Proctor du mélange non amendé. Autrement dit, après amendement et compactage, le point (teneur en eau ; densité sèche) sera par la suite comparé à l’optimum Proctor du mélange non amendé. En comparant la masse volumique sèche du mélange amendé (ρdch) avec la masse volumique sèche optimale du mélange non amendé (ρdmax), on établit ce que nous convenons d’appeler le « pourcentage de compactage » (Pc) à l’aide de l’équation suivante :

P_c = ^ρd−ch

ρ_d−max x 100 (3.12)

Nous utilisons ce rapport par analogie au degré de compactage (Dc = ρd-chantier/ρopt) qui est généralement utilisé pour refuser ou accepter un compactage sur un chantier (Robitaille et Tremblay, 2007). Avec l’utilisation de la chaux, ce pourcentage de compactage nous permettra de juger l’efficacité de l’amendement à produire un MSB amendé compactable. Plus le pourcentage de compactage est élevé, plus la compacité du mélange amendé est grande et plus l’amendement est efficace.

Pour ce faire, le mélange humide est d’abord préparé de la même manière que les mélanges non amendés. Ensuite, ce mélange humide est divisé en cinq échantillons. Un pourcentage de chaux est alors ajouté à chaque échantillon de mélange de sol et de boues et le tout est malaxé (figure 3-7).

Des dosages de chaux de 2, 4, 6, 8 et 10% ont été utilisés. Une fois homogène, l’échantillon humide chaulé est laissé à l’air libre pendant 24 heures avant de déterminer sa teneur en eau et de le soumettre au compactage. Le compactage est effectué avec une énergie de compactage égale à celle d’un essai de Proctor modifié.

Seuls les MSBs avec une teneur en boues de 30% ont été amendés et soumis au compactage.

Figure 3-7: Préparation d’un MSB chaulé : a) MSB sans la chaux, b) ajout de la chaux au MSB, c) malaxage du MSB chaulé, d) MSB chaulé après malaxage