CHAPITRE II : MATERIELS ET METHODES EXPERIMENTALES
2.2 Les essais réalisés sur les matériaux
Les essais d’identification (granulométrie, sédimentométrie, limites d’ATTERBERG, bleu de méthylène VBS, teneur en matière organique.) sont réalisés au Laboratoire d’Essais et de Recherche en Génie Civil (LERGC).
2.2.1 Teneur en eau naturelle NFP 94-050
Définition
La teneur en eau est un paramètre d’état qui permet d’approcher certaines caractéristiques mécaniques et d’apprécier la consistance d’un sol fin. C’est le
rapport de la masse de l’eau contenue dans ce matériau sur la masse du matériau sec.
Matériels
Nous avons utilisé pour cet essai :
Une balance ;
Une cuvette ;
Une étuve ventilée.
Méthodes
On procède comme suit :
mettre une masse de matériau dans une cuvette tarée propre et sèche ;
peser et introduire dans une étuve à 105°C, soit m = 500g cette masse ;
deux (02) pesées séparées par un intervalle de temps t sont effectuées après chacun des passages à l’étuve. Conventionnellement l’évaporation de l’eau est considérée comme achevée si la masse ms = 484,6g de la prise d’essai n’a pas varié de plus de 2/1000 entre ces deux pesées.
Expressions des résultats
La teneur en eau est déterminée par la formule : W =
; et s’exprime en pourcentage Avec : mw = m – ms
Où :
mw : la masse de l’eau ; ms : la masse sèche ;
m : la masse de la prise d’essai avant passage à l’étuve.
2.2.2 Analyse granulométrique par tamisage NFP 94 – 056
Définition
L’analyse granulométrique par tamisage est un essai qui permet de connaitre la granulométrie d’un matériau tout en le faisant passer par une série de tamis normalisés. Elle a pour but de déterminer les proportions pondérales des grains de différentes tailles dans un échantillon.
Matériels
La mise en œuvre de l’analyse granulométrique nécessite les matériels suivants :
une série de tamis normalisés
une étuve
une balance de portée maximale 5000g et de précision 0,1g
des dispositifs de lavage, brosse, et pinceaux.
Méthodes
L’échantillon apporté a pour numéro de référence G-201600xy, d’une masse de 2000g et 2mm de diamètre maximal. On soumet une masse mh = 250g de l’échantillon à l’essai après calcul. Cette masse mh de l’échantillon est mise à l’étuve à 105 ±10°C jusqu’à poids constant. Ensuite sortir du four, il a été pesé à l’aide de la balance et une masse ms = 239,0g a été obtenue. La masse sèche de 239g est placée dans un récipient et on y ajoute une quantité d’eau pour la recouvrir pendant 24h afin de faciliter la séparation des mottes. Ensuite on passe au lavage sur le tamis 0,080mm et le refus est mis à l’étuve jusqu’à poids constant et pesé. Soit ms1 = 99,8 g la masse obtenue. Cette masse de matériau est versée dans une colonne de tamis constituée d’un certain nombre de tamis disposés de haut en bas, dans un ordre de dimension de mailles décroissante, avec un fond et un couvercle.
Les refus sur chaque tamis sont pesés. La somme des refus cumulés mesurés sur les différents tamis et du tamisât sur le fond est égale au poids de l’échantillon introduit en tête de colonne. D’ où le matériau est sans perte.
Expression des résultats
Les résultats sont fournis sous forme de graphique éventuellement accompagnés du tableau des résultats. Le tableau des résultats contient en fonction de la série de tamis utilisés : la masse des refus cumulés et le pourcentage massique de refus sur chaque tamis ainsi que le pourcentage de passant sur ces tamis.
2.2.3 Analyse granulométrique par sédimentométrie NFP 94 – 057
Définitions
Pour cet essai nous avons utilisés :
Une balance de portée maximale 5000g et de précision 0,1g
Un tamis de 80 μm
Un bac
Une étuve
Un agitateur mécanique et manuel
Des éprouvettes d’essais
Un densimètre, thermomètre, et chronomètre
Méthodes
Réalisation de l’essai :
Le tamisât au tamis de 80 m, de l’échantillon de sol, préparé, est recueilli avec son eau de lavage dans un bac. Le tout est mis à décanter.
Une fois redevenue claire, l’eau du bac est siphonnée sans entrainer d’éléments fins. Le bac et son contenu sont ensuite placés à l’étuve.
Sur le tamisât séché, désagrégé avec le pilon dans le mortier puis homogénéisé, prélever une prise d’essai de 80 g ±10 g. Introduire la prise d’essai dans le récipient utilisé avec l’agitateur mécanique, ajouter 500 cm3 d’un mélange d’eau distillée ou déminéralisée additionnée d’un défloculant pour imbiber puis disperser l’échantillon et garder à la température ambiante. Ce mélange est constitué à partir de 440 cm3 d’eau distillée ou déminéralisée et de 60cm3 d’une solution à 5%
d’hexamétaphosphate de sodium (𝑁𝑎6 (𝑃𝑂3)6, 10𝐻2𝑂) préparée et gardée à l’abri de la lumière depuis moins d’un mois.
Laisser imbiber pendant au moins 15 h à la température ambiante
La prise d’essai est dispersée dans la solution d’eau et de défloculant au moyen de l’agitateur mécanique qui doit fonctionner pendant 3 mn minimum à 10000 tr/min.
Pour l’exécution de l’essai
Verser la suspension dispersée dans une éprouvette d’essai immédiatement après la fin de l’agitation mécanique.
Rincer le récipient ainsi que l’arbre et les palettes de l’agitateur avec de l’eau distillée ou déminéralisée. Le liquide de rinçage est recueilli dans l’éprouvette afin d’éviter de perdre une partie de l’échantillon de sol lors du transfert.
Compléter par de l’eau distillée ou déminéralisée à la température ambiante jusqu’à 2000 cm3.
Verser 2000 cm3 de la même eau distillée ou déminéralisée dans une seconde éprouvette témoin et y plonger le thermomètre et le densimètre parfaitement propres.
Agiter vigoureusement verticalement la suspension au moyen de l’agitateur manuel pour obtenir une concentration uniforme sur toute la hauteur de l’éprouvette.
Retirer l’agitateur manuel et déclencher au même moment le chronomètre : par convection il s’agit du début de l’essai.
Plonger le densimètre avec précaution dans la suspension immédiatement après le déclenchement du chronomètre. température de l’eau se trouvant dans l’éprouvette témoin 0,1°C près.
Faire les lectures du densimètre au sommet du ménisque.
Procéder aux trois premières lectures à 0,5 – 1 et 2 mn, sans retirer le densimètre de la solution.
A partir de la troisième lecture, retirer le densimètre de la solution après chaque mesure, le nettoyer puis le plonger dans l’éprouvette d’eau distillée ou déminéralisée.
A partir de la quatrième lecture (faite au temps t=5 min), plonger le densimètre avec précaution dans la solution au minimum 30 s avant la mesure.
Expression des résultats
La détermination des résultats se fait à l’aide des formules suivantes : ( )
Avec :
P : le pourcentage (par rapport à la masse de la prise d’essai à l’état sec) des particules de diamètre inférieur ou égal à D ;
VS : le volume de la suspension ;
m : la masse de sol sec prélevée sur le tamisât à 80μm
ρS : la masse volumique des particules solides ou poids spécifique ; ρt : la masse volumique de la suspension au temps t.
( ) Rc : la lecture corrigée du densimètre à l’instant t ;
R : la lecture du densimètre (sommet de ménisque) à l’instant t ; Ct : le facteur de correction de la température ;
Cm : le facteur de correction du ménisque ; Cd : le facteur de correction du défloculant.
(
𝐻 )
⁄
Avec :
D : le diamètre équivalent des particules ;
η : la viscosité dynamique de la solution a l’instant t ; : La masse volumique des particules solides
: La masse volumique de l’eau distillée à la température d’essai T.
Par convention,
= 999 Kg/m3 lorsque 12°C≤T≤18°C ; = 998 Kg/m3 lorsque 18°C≤T≤24°C ; = 997 Kg/m3 lorsque 24°C≤T≤30°C ; g : l’accélération de la pesanteur ;
Ht : la profondeur effective du centre de poussé du densimètre à l’instant t ; t : le temps écoulé depuis le début de l’essai.
: la viscosité dynamique en poiseuille ;
égale à 0.00022 ; : égale 0.03368 ;
T : la température d’essai ;
𝐻 𝐻
H : la distance séparant le milieu du bulbe du densimètre de la graduation 1,0000 ;
h1:la distance séparant la graduation 1,0000 de la graduation 1,0100 ;
H0, h1, H1 : les caractéristiques géométriques du densimètre obtenues lors de l’étalonnage de l’appareillage.
𝐻 Vd : est le volume du densimètre ;
A : est l’aire de la section droite de l’éprouvette d’essai ;
Hc : le déplacement du niveau de la solution lié à l’introduction du densimètre dans l’éprouvette d’essai.
2.2.4 Teneur en matière organique XP P 94 - 047:
Matériels
Un gaz pour la calcination ;
Le thermomètre gradué en degré Celsius de 0°C à 100°C ;
Des récipients;
Agitateur en verre.
Méthodes
L’essai se déroule comme suit :
On préleve une masse m1 de l’échantillon tamisé au tamis 2mm sur lequel on verse une solution d’eau oxygénée (H202) de 100ml. L’ensemble est remué à l’aide d’un agitateur en verre puis il est porté à l’ébullition à une température de 100°C jusqu’à calcination. Enfin on laisse l’échantillon ainsi chauffé se refroidir et on pèse. Soit m2 cette masse.
Ce processus a été fait dans deux récipients différents.
Expression des résultats
La teneur en matières organiques est calculée à partir des pesées effectuées et son expression est :
( )
m1 : la masse de la prise d’essai et du creuset ; m2 : la masse après calcination
m0 : la masse du creuset
2.2.5 Les limites d’Atterberg NF P 94 – 051
Matériels
Matériels spécifiques
Un appareil de CASAGRANDE : qui est constitué d’une coupelle normalisée, montée sur un support métallique avec manivelle, le tout étant fixé sur un socle en bois bakélite. L’ensemble permet de faire tomber la coupelle d’une hauteur de 10 mm sur le bloc de bois dur.
Un outil à rainurer
Matériels courants
Une plaque de verres ou marbres
Un récipient d’eau + mousse
Deux spatules dont un à bout large pour le malaxage et l’autre à bout mince pour le prélèvement
Six tares dont quatre pour la limite de liquidité et deux pour la limite de plasticité
Une étuve
Une balance électronique
Un tamis de 0,40mm
Une pissette
Une cale de 10mm pour le réglage de la hauteur de chute de la coupelle
Un bac de dimension minimale 30×20×8.
Méthodes
Préparation de l’échantillon Diamètre maximal Dmax = 2mm
Dmax > 0,4mm ce qui implique m ≥ 200 Dmax
Apres l’échantillonnage, nous avons pris une masse m de matériau qui est mise à imbiber dans un récipient d’eau à la température ambiante pendant 24h.
Une fois imbibé, le matériau est tamisé par voie humide au tamis de 0.400mm.
L’eau de lavage et le tamisât sont recueillis dans un bac. Après une durée de décantation d’au moins 12h, l’eau claire du bac est siphonnée sans entrainer de particules solides. L’eau excédentaire est mise à l’étuve à une température de 50°C jusqu’à poids constant. On retire le matériau de l’étuve et on procède à la détermination des limites de liquidité et de plasticité.
Détermination de la limite de liquidité WL
Le sol, préparé ayant une teneur en eau fixée (malaxer l’échantillon en y ajoutant de l’eau), est étalé dans la coupelle puis entaillé avec une spatule normalisée. Le sillon est réalisé en un seul trait en passant par le centre de la coupelle. Ensuite, actionner la manivelle de l’appareil à raison de 2 coups par seconde. Compter le nombre de coups pour lequel les lèvres de l’entaille se rapprochent sur une longueur de 1 cm (le nombre de coups doit être supérieur ou égal à 15). Prélever une petite partie de l’échantillon dans une tare et la mettre à l’étuve. L’opération est renouvelée trois autres fois pour différentes teneurs en eau de façon à ce que le nombre de coups à chaque essai soit supérieur au précédent de 6 coups. Peser les échantillons secs après 24 heures pour déterminer les teneurs en eau. On réalise le tracé de la courbe dans un repère orthonormé portant en abscisse le nombre de coups et en ordonnée les valeurs de la teneur en eau. A partir de la courbe tracée, on détermine la limite de liquidité qui représente l’ordonnée correspondant à la valeur 25 coups de l’axe des abscisses.
Détermination de la limite de plasticité WP
Elle est déterminée sur la même fraction de matériau ayant servi à la détermination de la limite de liquidité. Souvent humide, cette fraction est
desséchée par malaxage et roulement sur du verre, jusqu’à ce que la masse devienne suffisamment plastique pour former une boule.
Cette dernière est roulée sur le verre pour lui donner une forme cylindrique qui se fragmente pour un diamètre d’environ 3mm.
La limite de plasticité est la moyenne des teneurs en eau de deux fragments issus de l’opération.
Expression des résultats Limite de liquidité
La limite de liquidité WL est la teneur en eau du matériau qui correspond conventionnellement à une fermeture sur 1cm des lèvres de la rainure après 25 chocs.
Elle est calculée à partir de l’équation de la droite moyenne ajustée sur les couples de valeurs expérimentales (logN,w).
Cette droite moyenne ne peut être déterminée sans un minimum de quatre points. La relation n’est acceptable que si l’écart de teneur en eau entre la valeur mesurée et la valeur calculée pour le même nombre de coups n’excède pas 3%. S’il n’en est pas ainsi, refaire une mesure.
La limite de liquidité est obtenue pour une valeur N égale à 25 et est exprimée en pourcentage et arrondie au nombre entier le plus proche : l’intervalle d’arrondissage est de 1.
Limite de plasticité
La limite de plasticité WP est la teneur en eau conventionnelle d’un rouleau de sol qui se fissure au moment où son diamètre atteint 3,0 mm 0,5 mm.
Wp est la moyenne arithmétique des teneurs en eau obtenues à partir de deux essais. La valeur de la limite est exprimée en pourcentage et l’intervalle d’arrondi est de 1.
L’indice de plasticité
IP est la différence entre les valeurs de limites de liquidité et de plasticité : IP = WL - WP
Figure 9 : Limite d’ATTERBERG
L’indice de plasticité est en relation avec la quantité d’argile que comporte le sol. Les sol argileux ont un indice de plasticité élevé et assurent la cohésion du sol.
2.2.6 Essai au bleu de méthylène NF P94-068
Matériels
Un dispositif de dosage permettant d’injecter par pas de 10cm3, 5cm3, 2cm3 de volume de solution de bleu et de connaitre la quantité totale injecté ± 1cm3 ;
Un récipient cylindrique d’une capacité minimale de 3000cm3 et diamètre intérieur (155±10) mm ;
Papier- filtre blanc ;
Baguette de verre et une balance précise de 0,2% de la masse de la prise d’essai ;
Agitateur à ailettes, capables de vitesse de rotation couvrant la plage de 400 tr/min à 700tr/min ;
Un chronomètre, thermomètre ;
Une étuve ventilée pour la détermination de la teneur en eau.
Méthodes
500 ml d’eau déminéralisée ou distillée sont ajoutés à l’échantillon dans un récipient de 3 litres. La solution est agitée à l’aide de l’agitateur à ailettes à une vitesse de 700 tr/min pendant au minimum 5min, puis de manière permanente à 400 tr/min. 5 ml de solution de bleu de méthylène sont ensuite ajoutés à l’aide de la burette et au bout de 1 minute, le test de la tâche est effectué sur papier filtre de la manière suivante :
Prélever à l’aide de la baguette de verre une goutte de suspension que l’on dépose sur le papier filtre ;
Observer la tache formée qui se compose d’un dépôt central de matériau, coloré d’un bleu sombre, entouré d’une zone humide incolore ;
La goute prélevée doit être telle que le diamètre du dépôt soit compris entre 8 et 12 mm
Le test est dit positif si, dans la zone humide, apparaît autour du dépôt central l’auréole bleu clair persistante. Dans ce cas laisser s’opérer l’adsorption du bleu, qui n’est pas instantanée en effectuant des tests de minute en minute sans ajout de solution. Il est dit négatif si l’auréole bleu clair disparaît à la cinquième minute, procéder à de nouvelles injections de solution de bleu de 2 ml. Chaque addition est suivie de tests effectués de minute en minute.
L’opération est renouvelée jusqu’à ce que le test demeure positif pendant cinq minutes consécutives, le dosage est terminé.
Expression des résultats
Dmax < 5mm, l’expression de la valeur de bleu est
Elle s’exprime en grammes de bleu pour 100g de matériau sec.
Où :
B : la masse de bleu introduite en gramme ; m0 : la masse de la prise d’essai en gramme.
2.3 Confection des blocs