Les paramètres de compactage

Les paramètres influents lors du compactage sont :

- La méthode de compactage : Les variations de comportement hydraulique et mécanique d’un même sol compacté selon différentes méthodes sont dues au fait que ces méthodes induisent des déformations de cisaillement d’amplitudes très différentes ; par ailleurs, selon leur composition, les sols seront plus ou moins sensibles à la méthode de compactage utilisée (CAMAPUM DE CARVALHO et al., 1987).

Au niveau du laboratoire, deux types de compactage sont souvent utilisés : compactage dynamique (la méthode PROCTOR, ou CBR), et compactage statique (par différents systèmes mécaniques).

MESBAH et al. (1999) ont effectué une série d’essai sur des sols fins argileux en utilisant différents types de compactage pour comparer l’efficacité de chaque méthode. Sur Figure II - 6, ils ont trouvé que :

 L’énergie dissipée lors de l’essai PROCTOR en dehors de l’échantillon (dans les vibrations du bâti, par frottement sur les parois du moule) est de 250 kJ/m³ (différence d’énergies des point O et B sur la figure, qui ont la même densité sèche), soit 45% de l’énergie totale qui n’est pas utilisée pour le compactage ;

 Pour les mêmes énergies appliquées (550 kJ/m³), la densité sèche par le compactage statique est de 0.07 g/cm³ supérieure à celle du PROCTOR Normal.

Chapitre II : Etude du compactage 47

Figure II - 6 : Influence de méthode de compactage (MESBAH et al., 1999)

- L’énergie de compactage : SERRATRICE (1995) a réalisé des essais PROCTOR (PROCTOR Modifié,PM ; PROCTOR Normal,PN ; et PROCTOR Réduit, PR) sur d’une argile avec des énergies de compactage différentes. Les courbes PROCTOR correspondantes sont présentées sur la Figure II - 7.

Les résultats montrent clairement que, pour le même type de sol, l’augmentation de l’énergie de compactage engendre un accroissement de la densité sèche maximale du sol et parallèlement une diminution de la teneur en eau optimale.

Figure II - 7 : Courbe PROCTOR d’une argile avec différentes énergies de compactage (d’après SERRATRICE, 1995)

- La teneur en eau : Pour une courbe PROCTOR (Figure II - 8), la densité sèche (ou la masse volumique sèche) augmente avec la teneur en eau, puis elle diminue après la teneur en eau maximale. DELAGE et CUI (2000) ont indiqué que :

 Lorsque la teneur en eau est faible, le sol est rigide et difficile à comprimer. Ainsi, on obtient une faible densité et une haute teneur en air ;

Chapitre II : Etude du compactage 48  Lorsque la teneur en eau augmente, l'eau agit comme un lubrifiant, provoquant un

ramoullissement du sol qui devient plus déformable, ce qui aboutit à des densités plus élevées et des quantités plus faibles d'air contenu ;

 Lorsque la teneur en eau est encore augmentée, une étape est atteinte lorsque l'eau et l'air en combinaison ont tendance à maintenir les particules du sol séparées, et à empêcher toute diminution appréciable de la teneur en air. Les vides totals, cependant, continuent à augmenter avec la teneur en eau et donc la densité sèche du sol diminue.

Figure II - 8 : Courbe PROCTOR du Limon de Jossigny (DELAGE et CUI, 2000)

- La granulométrie : WILLIAMS et al.(1949) ont étudié systématiquement le compactage du sol. La Figure II - 9 montre que la forme de la courbe PROCTOR est régie par la granulométrie du sol. Plus précisément, un sol moins bien gradué donne une courbe plate, tandis qu'un sol bien gradué donne une courbe avec un pic marqué.

Figure II - 9 : Courbe PROCTOR avec différentes granulométries (WILLIAMS et al.,1949)

- Le type de sol : WILLIAMS et al. (1949) et HAMILTON (1966) ont trouvé que le type de sol influence de façon importante la courbe de compactage : la densité sèche diminue avec l’augmentation de la limite de liquidité, mais la teneur en eau optimale augmente avec la limite de liquidité. 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 0 5 10 15 20 25 D e n s it é s è c h e ( g /c m 3) Teneur en eau (%) Saturation Sable grossier Sable fine

Chapitre II : Etude du compactage 49

RIVARD et GOODWIN (1978) ont présenté les relations entre la densité sèche optimum ou la teneur en eau maximum et la limite de liquidité, pour 400 sols argileux différents compactés par la méthode PROCTOR Normal. Les résultats assez complets montrent l’influence du type de sol sur la courbe de compactage (Figure II - 10).

Figure II - 10 : L’influence de type de sol sur le compactage (RIVARD et GOODWIN, 1978)

- La composition physico-chimique : selon ABDULLAH et al. (1997), les différentes espèces de cations échangeables présents dans le complexe influencent considérablement l'interaction entre les particules du sol. Le type d'interaction est déterminé par les forces de répulsion dues à la double couche diffuse et des forces d'attraction de Van der Waals, ce qui conduit à différents types de particules ou d’associations de particules. Par conséquent, la relation entre la densité sèche et la teneur en eau dépend des cations échangeables (Figure II - 11).

Figure II - 11 : Courbe PROCTOR pour l’Argile Azraq Green avec différents cations (d’après ABDULLAH et al., 1997)

Chapitre II : Etude du compactage 50 II.2.1.3 La mesure de la succion dans les sols compactés

- Mesure par le papier-filtre : La méthode du papier-filtre est une méthode de mesure de succion simple et pratique, utilisable dans n’importe quel laboratoire disposant d’un système de pesée précis au 1/10 000e de gramme (DELAGE et CUI, 2000).

La Figure II - 12 montre deux méthodes pour mesurer la succion matricielle et la succion totale :

 succion matricielle : le contact direct entre le papier filtre et le sol permet à l’eau en phase liquide et au soluté échanger librement ;

 succion totale : la séparation entre le papier filtre et le sol limite l’échange entre l’eau et le soluté, il n’y a que de l’eau en phase de vapeur qui peut circuler.

Figure II - 12 : La mesure de succion pour les sols compactés (d’après BULUT, 2001)

Une fois que l’équilibre entre le papier filtre et le sol est établi, le papier filtre est ensuite extrait et on mesure sa teneur en eau immédiatement afin d’éviter l’évaporation. La connaissance de la teneur en eau du papier filtre et de la courbe de rétention d’eau (la courbe d’étalonnage, Figure II - 13) de ce papier filtre permet de calculer la succion du papier filtre et donc la succion du sol.

Chapitre II : Etude du compactage 51

Comme la méthode du papier filtre dépend de l’exactitude de la courbe d’étalonnage, la technique d’étalonnage a été analysée par plusieurs chercheurs. La Figure II - 14 présente différentes courbes d’étalonnage du papier Whatman No. 42, on voit qu’il existe des différences apparentes entre ces courbes d’étalonnage.

Figure II - 14 : Un résumé sur les courbes d’étalonnage du papier filtre Wateman No. 42 réalisé par différents auteurs et la comparaison (d’après BICALHO et al. ; 2007)

- Mesure psychrométrique : Dans les techniques psychrométriques, on mesure l’humidité relative à proximité de l’eau interstitielle du sol non saturé, et on en déduit la succion par la loi de Kelvin. L’humidité relative est déterminée par la mesure de la température du point de rosée de l’atmosphère considérée, qui est d’autant plus faible que l’air est sec. Des succions de plusieurs dizaines de mégapascals peuvent être ainsi mesurées en utilisant cette méthode (DELAGE et CUI, 2000).

VERBRUGGE et al. (1974) ont introduit la théorie de cette méthode en détail. - Mesure tensiométrique : on présente en détail cette méthode dans l’Annexe I.