TP 3 : Essai de Résistance à l Usure (Micro-Deval) (Selon la norme NF P )

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Dr. Benessalah I. Licence 3 : Travaux publics 38

TP 3 : Essai de Résistance à l’Usure (Micro-Deval) (Selon la norme NF P 18-572)

1 Objectifs de TP

a) Connaitre l’appareil micro-Deval;

b) Déterminer la résistance à la usure du gravier suivant le coefficient MD ; c) Classifier le type des graviers selon le coefficient MD.

2 Principe de l’essai

L’essai consiste à mesurer la quantité d’éléments inférieurs à 1.6 mm produits dans la machine Deval par les frottements réciproques et les chocs modérés des granulats.

3 Équipements nécessaires

 La machine micro-Deval (Fig. 3.1) comporte :

a- Un à quatre cylindres creux, fermés à une extrémité, ayant un diamètre intérieur de 200 mm 1 mm et une longueur utile de 154 mm 1 mm pour les gravillons compris entre 4 et 14 mm et de 400 mm2 mm pour les 25-50 mm.

Chaque cylindre permet d’effectuer un essai ;

b- La charge abrasive est constituée par des billes sphériques de 10 mm0.5 mm de diamètre en acier inox ;

Fig. 3.1. Appareil micro-Deval

Fig. 3.2. Cuve d’essai micro- Deval et charge abrasive

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c- Un moteur (environ 1 kW) doit assurer aux cylindres une vitesse de rotation régulière de 100 tr/min 5 tr/min ;

d- Un dispositif doit permettre d’arrêter automatiquement le moteur à la fin de l’essai ;

 Une balance précise au gramme, de portée au moins égale à 10 kg.

 Les tamis (Tamis de 1.6 mm et les tamis pour déterminer les classes granulaires).

4 Mode opératoire

 La granularité du matériau soumis à l’essai est choisie parmi les six classes granulaires (4- 6.3 mm ; 6.3-10 mm ; 10-14 mm ; 10-25 mm ; 16-31.5 mm et 25-50 mm) de la granularité du matériau, tel qu’il sera mis en œuvre. Pour les essais effectués sur les gravillons entre 4 et 14 mm une charge abrasive est utilisée ;

 La masse de l’échantillon pour essai sera 500 g2 g pour les gravillons de 4-14 mm et de 10 kg20 g pour les granulats de 25-50 mm ;

 Mise en place de l’échantillon dans la machine ainsi que la charge abrasive (Tableau 3.1) qui est fixée suivant le tableau pour les gravillons de 4-14 mm et de 10 kg de matériau pour les granulats compris entre 25 et 50 mm (sans la charge abrasive) ;

Tableau 3.1. Charge abrasive en fonction de la classe granulaire choisie Classe granulaire (mm) Charge abrasive (g)

4 - 6.3 6.3 - 10

10 - 14

2000₅ 4000₅ 5000₅

 Ajouter une quantité de 2.5 L d’eau pour les gravillons compris entre 4 et 14 mm et de 2.0 L d’eau pour les gravillons compris entre 25 et 50 mm ;

 Mettre les cylindres en rotation à une vitesse de 100 tr/min 5 tr/min pendant : -2 h ou 12000 tr pour les gravillons compris entre 4 et 14 mm ;

-2 h 20 min ou 14000 rotations pour les gravillons compris entre 25 et 50 mm.

 Recueillir le granulat ainsi que la charge abrasive (pour les gravillons compris entre 4 et 14 mm) dans un bac en ayant soin d’éviter les pertes d’éléments ;

 Tamiser le matériau contenu dans le bac sur le tamis de 1.6 mm ;

 Laver l’ensemble sous un jet d’eau (retirer la charge abrasive à l’aide d’un aimant par exemple pour les gravillons compris entre 4 et 14 mm) ;

 Sécher le refus à 1.6 mm à l’étuve à 105 °C, jusqu’à masse constante ;

 Peser ce refus, soit « m1 » le résultat de la pesée.

5 Calcul du coefficient micro-Deval

La résistance à l’usure du granulat est appelée, par définition, coefficient micro-Deval "MD"

qui s’exprime par le rapport de la masse des éléments inférieurs à 1.6 mm produits au cours de l’essai "m", à la masse du matériau soumis à l’essai "M" multiplié par 100.

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MD =

M m

.100

Remarque : La masse de la fraction du matériau passant après l’essai au tamis de 1.6 mm

« m »:

 m (g) = 500- m₁ pour les gravillons compris entre 4 et 14 mm ;

 m (g) = 10000- m₁ pour les gravillons compris entre 25 et 50 mm.

6 Interprétation des résultats

Les valeurs de coefficient Micro-Deval indiquent la nature du gravier et permettre d’apprécier leur qualité pour composer un béton comme présente le tableau suivant (Tableau 3.2).

Tableau 3.2 : type des graviers selon le coefficient MD

Valeurs de coefficient Micro Deval en présence de l’eau Appréciation

< 10 Très bon à bon

De 10 à 20 Bon à moyen

De 20 à 35 Moyen à faible

> 35 Médiocre

7 Travail demandé

 Calculer le coefficient Micro-Deval « MD » du gravier ;

 Commenter les résultats obtenus.

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TP 3 : Compte rendu exemplaire

Essai Micro Deval (Selon la norme NF P 18-572)

1 But de l’essai

L’essai Micro-Deval (MDE) permet de déterminer la résistance à l’usure d’un échantillon de granulat.

Quatre échantillons identiques, de fraction 10/14 mm, sont soumis à un cycle d’usure, en présence d’eau, par contact avec des billes d’acier à l’intérieur d’un cylindre en rotation.

Le coefficient Micro-Deval obtenu est le pourcentage de l’échantillon initial passant au tamis de 1.6 mm après usure. Plus le pourcentage d’usure est bas, plus l’échantillon est résistant à l’usure.

45% est la limite entre les sols durs et les sols friables.

2 Appareillage utilisés

a)- La machine Micro Deval comporte (Fig. 3.3):

- Un à quatre cylindres creux en acier inox ayant un diamètre intérieur de 200 ± 1mm et une longueur utiles de 154 ± 1mm pour les gravillons compris entre 4 et 14 mm et de 400 ± 2 mm pour les 25 – 50 mm.

Les cylindres d’essai ont une épaisseur supérieure ou égale à 3 mm. Ils sont posés sur deux arbres horizontaux soudés sur un châssis métallique tubulaire. Chaque cylindre est fermé à une extrémité par un couvert plat d’environ 8 mm d’épaisseur. L’étanchéité est assurée par un joint placé sur le couvercle. Chaque cylindre contient un échantillon.

La rotation des cylindres est obtenue grâce à deux arbres, recouverts en téflon, sur lesquels le ou les cylindres appuient. La rotation arrive à travers un rapport de courroie. Le nombre de rotations est comptabilisé à l’aide d’un compteur placé sur le panneau de commande.

- La charge est constituée par des boulets sphériques en acier inox de 10 ± 0.5 mm de diamètre environ. Les diamètres doivent être contrôlés régulièrement ; il ne faut plus utiliser celles qui passent à travers une passoire de 9.5 mm ou entre deux barres parallèles de 9.5 mm.

- un moteur, d’environ 1kW, assurant au tambour de la machine une vitesse de rotation régulière de 100 ± 5 mm tr/min.

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- un bac destiné à recueillir les matériaux après essai,

- un compte tours de type rotatif, arrêtant automatiquement le moteur au nombre de tours voulu.

- un jeu de tamis de 1.6 - 4 – 6.3 – 8 - 10 – 14 – 25 – 40 - 50mm. Leur diamètre ne devra pas être inférieur à 200 mm,

- une balance précise au gramme, de portée au moins égale à 10 kg, - une étuve à 105 °c,

- des bacs et des truelles,

L’appareil Micro Deval Les boulets à mélanger avec l’échantillon

Etuve Balance de précision 1/100 g Tamis de 1.6 mm Fig. 3.3. Matériaux utilisés

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3 Préparation de l’échantillon

- Effectuer l’essai sur un granulat, ayant une granularité conforme à l’une des quatre classes granulaires types 4-6.3 ; 6.3-10 ; 10-14 ; 25-50. Les 25-50 mm doivent contenir 60% de 25-40 mm. Laver l’échantillon et le sécher à l’étuve à 105 °c jusqu’à poids constant (5 heures au minimum).

- Il n’est pas possible d’étendre ce processus d’usure aux sables, les classes granulaires inférieures à 4 mm n’évoluent plus par usure, dans cet essai, mais par fragmentation.

- Tamiser l’échantillon à sec sur chacun des deux tamis de la classe granulaire choisie, en commençant par le tamis le plus grand.

La prise d’essai sera de 500 ± 2 g pour les 4-14 mm et de 10kg ± 20 g pour les 25-50 mm.

4 Mode opératoire

L’essai se déroule en suivons les étapes suivantes :

- Essai sur les gravillons compris entre 4 et 14 mm. Mise en place de l’échantillon dans la machine ainsi que la charge de boulets relatifs (Tableau 3.3) à la classe granulaire choisie (voir tableau ci-dessous).

Tableau 3.3. Classe granulaires, poids d’échantillons et boulets équivalent

- Pour l’essai humide (en présence d’eau), ajouter 2.5 l d’eau.

- Replacer le couvercle et serrer les boulons de fixation. S’assurer que les cylindres sont étanches pendant leur rotation.

- Mise en route de l’essai en faisant effectuer à la machine 12 000 rotations à une vitesse régulière de (100 ± 5) tr/min pour toutes les classes, soit deux heures.

- Enlever le granulat après l’essai. Recueillir le granulat dans un bac placé sous l’appareil, en ayant soin d’amener l’ouverture juste au-dessus de ce bac, afin d’éviter les pertes de granulat.

- Tamiser le matériau contenu dans le bac sur le tamis de 1.6mm ; le matériau étant pris en plusieurs fois afin de faciliter l’opération.

- Laver le refus à 1,6 mm dans un bac, bien remuer à l’aide d’une truelle. Puis verser dans le bac perforé, égoutter et sécher à l’étuve jusqu’à poids constant.

- Peser ce refus une fois séché, soit m’ le résultat de la pesée (Fig. 3.4).

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Peser 2000 gr de boulets Peser 500 gr des agrégats sous essai

Le mélange échantillon/boulets Forme des agrégats après 2 h d’essai (tamisat et refus sur le tamis de 1.6 mm) Fig. 3.4. Mode opératoire

5 Calcule du MDE

Calculer alors le coefficient MDE pour chaque cylindre de cette façon :

M

MDE100.m

^D’où

5 500 m MDE 

Avec m ; masse du refus à 1.6 mm

.

La valeur du MDE à utiliser, arrondi à l'entier le plus proche, est la moyenne des deux essais.

Donc on a ; M 500gr gr m14.4

% 88 . 500 2

4 . .14

100 

 MDE

(8)

6 Conclusion et commentaire

Le tableau suivant (Tableau 3.4) est le tableau de classification de type de granulat selon le coefficient Micro Deval MDE ;

Tableau 3.4. : Type des graviers selon le coefficient MDE

Valeurs de coefficient Micro Deval en présence de l’eau (%) Appréciation

< 10 Très bon à bon

De 10 à 20 Bon à moyen

De 20 à 35 Moyen à faible

> 35 Médiocre

Selon de tableau ci-dessus, on remarque que :

% 10

% 3 

MDE Donc notre gravier est très bon à bon.

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TP 4 : Essai de fragmentabilité (Selon la norme NF P 94-066)

1 Introduction

Bien qu’après son extraction, un déblai rocheux soit transformé en un matériau susceptible d’être considéré, au moins partiellement, comme un sol meuble, il faut au préalable être en mesure de prévoir, à partir de la roche en place, le comportement du matériau après abattage.

Ce besoin a conduit à établir un classement des matériaux rocheux sur la base de leur nature géologique, de résultats d’essais (fragmentabilité, dégradabilité (TP prochain), masse volumique... pratiqués sur des prélèvements représentatifs) et de l’expérience que l’on possède de leur comportement au cours des différentes phases du terrassement.

2 Définition

Le coefficient de fragmentabilité (FR) est déterminé à partir d’un essai de fragmentation. Il s’exprime par le rapport des D10 d’un échantillon de granularité initiale donnée, mesurés avant et après lui avoir fait subir un pilonnage conventionnel avec la dame Proctor normal. Sa détermination est en particulier nécessaire pour préciser le classement des roches argileuses (marnes, argilites, schistes sédimentaires,...) et des roches siliceuses, magmatiques et métamorphiques altérées ou peu résistantes.

3 Principe de l’essai

L'essai consiste à déterminer la réduction du D10 d'un échantillon de granularité d/D donnée soumis à un pilonnage conventionnel.

Avec : d/D, matériau constitue de grains qui sont en totalité retenus par le tamis de maille d et passent en totalité au travers du tamis de maille D.

Cette réduction s'exprime par le rapport :

) _

(

) _

(

10 10

pilonnage Après

D

pilonnage Avant

FR D

Avec : FR : Coefficient de fragmentabilité d'un matériau rocheux (en pourcentage) ; D10 : Dimension des grains en-dessous de laquelle se situe 10 % de la masse d'un matériau granulaire (en millimètres).

Ce rapport est précisément le coefficient de fragmentabilité du matériau.

4

(10)

4 Appareillage et matériel d'essai

Utiliser le matériel spécifique a l'essai Proctor (norme NF P 94-093) suivant : — Lo moule CBR,

— La dame Proctor Normal, — Le massif de réaction.

Une colonne de tamis de mailles : 1, 2, 5. 10. 16, 20. 40, 50 ou 63, 80 mm.

Une balance : portée 3 000 g, précision ± 1 g.

5 Préparation des échantillons

Prélever un échantillon représentatif de la nature et de l'état hydrique du matériau rocheux considéré par prélèvement soit carotté ; soit à la pelle hydraulique ; soit sur affleurements ; soit directement sur le site en cours d'extraction puis préparer la fraction d/D qui sera soumise à l’essai.

Cette fraction d/D est obtenue en fragmentant, si nécessaire, l'échantillon à l'aide d'un marteau, puis en procédant a son tamisage au travers des tamis suivants :

10 et 20 mm pour les matériaux issus des roches argileuses du type marnes, argilites, pelites...

40 et 80 mm pour les matériaux issus des roches argileuses du type schistes sédimentaires et des roches magmatiques et métamorphiques altérées.

Les refus aux tamis de 20 et 80 mm peuvent être réintégrés dans la prise d'essai après fragmentation au marteau et repassage aux travers des tamis respectifs 10/20 mm ou 40/80 mm.

La prise d'essai doit être de 2 kg (à un élément près). Elle doit être conserves à l’abri de l’évaporation si l’essai de fragmentabilité n'est pas exécuté immédiatement après la préparation de la fraction d/D.

6 Exécution de l’essai

Pour tracer la courbe granulométrique initiale avec trois points, tamiser la fraction 10/20 mm ou 40/80 mm préalablement préparée respectivement au travers des tamis de 16 mm et 50 ou 63 mm, peser et noter les refus à ces tamis.

Reconstituer et rehomogénéiser la fraction d/D après ce tamisage et l’introduire dans le moule CBR. Les éléments sont arrangés manuellement en imprimant quelques secousses au moule par de légers coups de maillet sur les parois. La surface supérieure de l’échantillon doit être aussi régulière que possible.

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L'ensemble moule et prise d'essai est ensuite place sur le massif de réaction utilisé pour l'exécution des essais Proctor (voir norme NF P 94.093) et on applique à la surface de l'échantillon 100 coups de dame Proctor Normal distribués conformément au mode de compactage décrit pour le compactage d'une couche dans l'essai Proctor.

Après pilonnage, procéder au démoulage et à la désagrégation manuelle des éléments éventuellement agglutinés, puis tamiser l’échantillon au travers des tamis suivants :

1, 2. 5, 10 mm lorsque la fraction soumise à l'essai est une fraction 10/20 mm ; 5, 10, 20, 40 mm lorsque la fraction soumise à l’essai est une fraction 40/80 mm ; Procéder enfin à la pesée des refus sur chacun des tamis.

Si la désagrégation manuelle s'avère délicate du fait de la formation d'un « cake » emprisonnant les granules dans une matrice plus ou moins argileuse et plastique, l'essai n’est pas poursuivi et ce comportement est mentionné comme indique sur le modèle de feuille d'essai figure 4.1.

7 Calculs et expression des résultats

A partir des résultats des pesées des refus aux différents tamis définis précédemment, établir les courbes granulométriques de la fraction soumise à l’essai respectivement avant et après pilonnage (norme NF P 94-056).

Déterminer sur ces courbes les valeurs respectives du D10 du matériau respectivement avant et après pilonnage.

Calculer le coefficient de fragmentabilité FR selon l'expression :

) _

(

) _

(

10 10

D

pilonnage Avant

FR D

Etablir le procès-verbal de l’essai conformément au modèle de la feuille d’essai, Fig. 4.1.

(12)

Fig. 4.1. Feuille d’un essai de fragmentabilité (NF P 94-066)

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TP 4 : Compte rendu exemplaire

Essai de fragmentabilité (Selon la norme NF P 94-066)

1 Description

L’essai de fragmentabilité vise à déterminer la capacité des matériaux rocheux peu résistants à être affectés par le trafic de chantier et à être compatibles avec un réemploi en remblai.

Deux fractions peuvent être testées : la fraction 10/20 (pour les marnes, argilites…) et la fraction 40/80 (pour les schistes, roches magmatiques…). Une quantité de 2 kg de matériaux est nécessaire pour l’essai, dont le principe général est présenté à la Fig. 4.2.

La courbe granulométrique de la fraction testée est mesurée sur trois points. Ensuite, l’échantillon est introduit dans un moule CBR et soumis à 100 coups de dame Proctor Normal.

Après pilonnage, un nouveau tamisage est effectué (avec 4 tamis au minimum).

Sur les courbes granulométriques mesurées, on détermine les valeurs avant et après essai du paramètre 𝐷10, la dimension des grains en dessous de laquelle se situe 10% de la masse du matériau. Le coefficient de fragmentabilité 𝐹𝑅 se détermine alors selon l’expression :

) _

(

) _

(

10 10

D

pilonnage Avant

FR D

2 Principe

L’essai consiste à déterminer la réduction de la dimension des grains en-dessous de laquelle se situe 10% de la masse d’un matériau constitué de grains retenus en totalité entre deux tamis de mailles de taille donnée soumis à un pilonnage conventionnel.

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Fig. 4.2. Fragmentabilité (Source : SETRA/GTR)

3 Appareillage utilisés

- Le moule CBR

- La dame Proctor normal - Le massif de réaction

- Balance électronique précise à 1/1000.

- Pinceaux.

- Une colonne de tamis de mailles : 1, 2, 5, 10, 16, 20, 40 et 80 mm (Fig. 4.3).

Moule CBR et dame Proctor Balance électrique Série de tamis Fig. 4.3. Matériaux utilisés

4 Mode opératoire

- Le tamisage est effectué après la fragmentation de l’échantillon.

- Les tailles de tamis dépendront du type de matériau.

- A partir de cela, on procède à la reconstitution et à la réhomogénisation en l’introduisant dans le moule CBR pour le compactage.

- Et enfin on effectue un tamisage après le démoulage et la désagrégation de l’échantillon (Fig. 4.4).

(15)

Prélever un échantillon de fraction 8/20 Tamisat de l’échantillon avant pilonnage Et le fragmenter à l’aide d’un marteau utilisons trois tamis

Rehomogénéiser l’échantillon et l’introduire Mesure des refus sur chaque tamis au moule CBR, appliquant 100 coups

Fig. 4.4. Mode opératoire

5 Résultats

Les courbes granulométriques des deux échantillons sont représentées à la Fig. 4.5, avant et après le pilonnage par la dame Proctor. Les valeurs à 10% ; 𝐷10, calculées pour les deux échantillons, sont détaillées dans les ci-dessous.

Avant pilonnage :

gr m

_échantillo_n

 2000

Les tamis (mm) Refus (gr) Tamisat cumulés (gr) Tamisat cumulés (%)

20 0 2000 100

16 505.588 1494.412 74.72

8 1494.411 0.001 0.000005

fond 0 / /

(16)

Après pilonnage :

gr m

_échantillo_n

 2000

20 0 2000 100

16 304.031 1695.969 84.79

8 1148.692 547.277 27.36

4 235.382 311.895 15.59

2 89.527 222.368 11.12

1 59.666 162.702 8.13

fond 162.694 0.008 0.000004

Fig. 4.5. Courbes granulométriques des échantillons testés avant et après pilonnage

6 Calcule du FR

Calculons alors le coefficient FR de cette façon :

) _

(

) _

(

10 10

D

pilonnage Avant

FR D

Avec : D10 (Avant pilonnage) = 8.9 mm Et : D10 (Avant pilonnage) = 1.6 mm

D’où : 5.56%

6 . 1

9 . 8 

 FR

0 20 40 60 80 100

0.1 1 10 100

Tamisat cumulé (%)

Tamis (mm) Avant pilonnage

Après pilonnage

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7 Conclusion et commentaire

Cette valeur de FR est largement inférieure à la valeur seuil de 7 proposée par la norme NF P 11-300 (qu’on a déjà vu en chapitre 0) pour une application en remblai. Le matériau peut donc être considéré comme non fragmentable. On peut classer également l’échantillon dans la classe R3 ! (mais pour trouver le chiffre à coté du 3 il est nécessaire de faire un essai de dégradabilité qui le sujet de notre prochain TP).

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TP 5 : Essai de dégradabilité (Selon la norme NF P 94-067)

1 Introduction

Parmi les paramètres d’identification les plus significatifs des problèmes posés par l’emploi des matériaux dans la construction des remblais et des couches de forme, le coefficient de dégradabilité (DG) est un représentant actif du comportement de certains matériaux rocheux se traduisant par une évolution continue de leurs caractéristiques géotechniques (granularité, argilosité, plasticité,...) par rapport à celles observées immédiatement après leur extraction.

Cette évolution est imputable à l'action combinée des agents climatiques ou hydrogéologiques (gel, cycles imbibition-séchage) et des contraintes mécaniques subies. Elle conduit dans le cas des matériaux rocheux considérés comme dégradables a une réduction plus ou moins importante et ininterrompue des caractéristiques mécaniques et géométriques des ouvrages dans lesquels ils sont utilisés.

2 Définition

Le coefficient de dégradabilité (DG) s’exprime par le rapport des D10 d’un échantillon de granularité initiale donnée, mesurés avant et après l’avoir soumis à des cycles de séchage – immersion conventionnelle. Son interprétation vise essentiellement les possibilités d’emploi en remblai des matériaux issus de roches argileuses (marnes, schistes sédimentaires...).

3 Principe de l'essai

L'essai consiste à déterminer la réduction du D10 d'un échantillon de granularité d/D donnée (Matériau constitue de grains qui sont en totalité retenus par le tamis de maille d et passent en totalité au travers du tamis de maille D) soumis à quatre cycles imbibition-séchage conventionnels. Cette réduction s'exprime par :

) /

_ _

4 _ _

_ (

) /

_ _

1 _ _

_ (

10 10

séchage imbibition

cycle eme

après matériau

Du D

cycle er

avant matériau

Du DG D

Avec : DG, Coefficient de dégradabilité d'un matériau rocheux (en pourcentage) ; D10

Dimension des grains en dessous de laquelle se situe 10 % de la masse d'un matériau granulaire (en millimètres).

Ce rapport est précisément le coefficient de dégradabilité du matériau.

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4 Appareillage et matériel d'essai

- Colonne de tamis de mailles : 1, 2, 5, 10, 16, 20, 40, 50 ou 63, 80 mm.

- Etuve thermostatée réglable à 105 °C ± 2 °C. Bac métallique plat de dimensions minimales (H x I x L): 0.1 m x 0.3 m x 0.5 m.

- Bac plat de dimensions minimales (H x I x L) : 0.25 m x 0.5 m x 0.75 m. Balance de portée 3000 g, et de précision ± 1 g.

5 Préparation des échantillons

Prélever un échantillon représentatif de la nature du matériau rocheux considéré par prélèvement soit carotté ; soit à la pelle hydraulique ; soit sur affleurements ; soit directement sur le site en cours d'extraction puis préparer la fraction d/D qui sera soumise à l'essai. Cette fraction d/D est obtenue en fragmentant si nécessaire l'échantillon avec un marteau, puis en procédant a son tamisage au travers des tamis suivants :

10 et 20 mm pour les matériaux issus des roches argileuses du type marnes, argilites, pelites... ;

40 et 80 mm pour les matériaux issus des roches argileuses du type schistes sédimentaires.

Les refus aux tamis de 20 et 80 mm correspondant respectivement aux dimensions D des deux fractions granulaires soumises à l’essai peuvent être réintégrés dans la prise d'essai après fragmentation au marteau et repassage aux travers des tamis respectifs 10/20 mm ou 40/80 mm.

La prise d'essai doit être de 2 kg (A un élément près).

6 Exécution de l’essai

Pour tracer la courbe granulométrique initiale avec trois points, tamiser la fraction 10/20 mm ou 40/80 mm préalablement préparée respectivement au travers des tamis de 16 mm et 50 ou 63 mm, peser et noter les refuse à ces tamis.

Reconstituer et rehomogénéiser la fraction d/D après ce tamisage et la repartir dans le bac métallique. Celui-ci est alors place alternativement quatre fois successives en immersion dans le grand bac, puis dans l'étuve réglée à 105 °C.

Le 1^er cycle débute par une mise en immersion et le 4e cycle se termine par un séchage. La durée d'un cycle est de :

• 8 h ± 1 h d'immersion,

• 16 h ± 1 h de séchage.

(20)

Apres cheque phase d'immersion et avant introduction de l’échantillon dans l'étuve, procéder au siphonage de l'eau restant dans le bac métallique jusqu'à ce qu'il y ait risque d'entrainement de particules solides dans l'écoulement.

A la fin du 4^ème cycle, procéder au tamisage à sec de l’échantillon au travers des colonnes de tamis suivantes :

1, 2, 5, 10 mm lorsque la fraction soumise à l’essai est une fraction 10/20 mm ; 5, 10, 20, 40 mm lorsque la fraction soumise à l’essai est une fraction 40/80 mm.

Procéder enfin à la pesée des refus sur chacun des tamis.

7 Calculs et expression des résultats

A partir des résultats des pesées des refus aux différents tamis définis précédemment, établir les courbes granulométriques de la fraction soumise à l’essai respectivement avant et après exposition aux quatre cycles d'imbibition-séchage (NF P 94-056). Déterminer sur ces courbes les valeurs respectives du D10 du matériau respectivement avant et après exposition aux cycles d'imbibition-séchage. Calculer le coefficient de dégradabilité DG d'après l'expression :

) /

_ _

4 _ _

_ (

) /

_ _

1 _ _

_ (

10 10

cycle eme

Du D

cycle er

avant matériau

Du DG D

Etablir le procès-verbal de l'essai conformément au modelé de feuille d'essai, Fig. 5.1.

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Fig 5.1. Feuille d’un essai de dégradabilité (NF P 94-056)

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TP N° 5 : Compte rendu exemplaire

Essai de dégradabilité (Selon la norme NF P 94-067)

1 Description

L’essai de dégradabilité vise à évaluer la sensibilité du matériau rocheux aux sollicitations hydriques, et donc le risque d’évolution à long terme sous l’action combinée de l’eau et des sollicitations mécaniques.

L’échantillon testé est identique à celui préparé pour l’essai de fragmentabilité (qu’on a vu sur le TP précédent), avec une fraction 10/20 ou 40/80 et une masse totale de 2 kg.

La granulométrie de l’échantillon est déterminée sur 3 points. L’essai consiste à soumettre l’échantillon à quatre cycles alternant 8h d’imbibition et 16h de séchage en étuve à 105°.

Après l’essai, la granulométrie est à nouveau déterminée à l’aide de quatre tamis au minimum (Fig. 5.2).

Sur les courbes granulométriques mesurées, on détermine les valeurs avant et après essai du 𝐷10, la dimension des grains en dessous de laquelle se situe 10% de la masse du matériau. Le coefficient de dégradabilité 𝐷𝐺 se détermine alors selon l’expression :

) /

_ _

4 _ _

_ (

) /

_ _

1 _ _

_ (

10 10

cycle eme

Du D

cycle er

avant matériau

Du DG D

2 Principe

L’essai consiste à déterminer la réduction de la dimension des grains en-dessous de laquelle se situe 10% de la masse d’un matériau constitué de grains retenus en totalité entre deux tamis de mailles de taille donnée soumis à quatre cycles imbibition-séchage conventionnels.

(23)

Fig. 5.2. Dégradabilité (Source : SETRA)

3 Appareillage utilisés

- Colonne de tamis de mailles : 1, 2, 5, 10, 16 mm - Etuve thermostatée réglable à 105°C ± 2°C

- Bac métallique plat de dimensions minimales {H x I x L} : 0.1 m x 0.3 m x 0.5 m.

- Bac plat de dimensions minimales {H x I x L} : 0.25 m x 0.5 m x 0.75 m.

- Balance portée 3000g, précision ± 1g (Fig. 5.3).

Bac métallique Balance électrique

Etuve à 105°C Série de tamis

Fig. 5.3. Matériaux utilisés

(24)

4 Mode opératoire

- le tamisage est effectué après la fragmentation de l’échantillon. Les tailles de tamis dépendront du type de matériau.

- A partir de cela, on procède à la reconstitution et à la réhomogénisation de la fraction en la répartissant dans un bac métallique que l’on place alternativement quatre fois successivement en immersion dans un grand bac, puis dans l’étuve a 105°C. Le 1er cycle débute par une mise en immersion et le 4ème cycle se termine par un séchage.

- Après le 4ème cycle, on procède au tamisage.

Deux valeurs seuils sont retenues dans la classification française des roches NF P11-300 (Voir chapitre 0) pour le coefficient de dégradabilité. Les matériaux pour lesquels 𝐷𝐺 < 5 sont considérés comme peu dégradables, ceux pour lesquels 𝐷𝐺 > 20 sont considérés comme très dégradables, tandis que les matériaux présentant une valeur intermédiaire de 𝐷𝐺 sont moyennement dégradables.

5 Résultats

Les résultats de l’essai de dégradabilité sont présentés dans les Tableaux ci-dessous et à la Fig.

5.4.

Avant 1 er cycle Imbibition/Séchage :

gr m

_échantillo_n

 2000

20 0 2000 100

16 325.465 1674.535 83.72

8 1674.507 0.028 0.000014

fond 0 / /

Après pilonnage :

gr m

_échantillo_n

 2000

20 0 2000 100

16 311.751 1688.249 84.41

8 1669.967 18.282 0.91

4 12.551 5.731 0.28

2 0.333 5.398 0.26

1 0.388 5.01 0.25

fond 4.998 0.012 0.0006

(25)

Fig. 5.4. Courbes granulométriques des échantillons testés avant 1^er cycle et après 4^ème cycle imbibition/séchage

6 Calcule du DG

Calculons alors le coefficient DG de cette façon :

) /

' _ _

4 _ _

_ (

) /

' _ _

1 _ _

_ (

10 10

d cycle eme

Du D

d cycle er

avant matériau

Du DG D

Avec : D10 (Avant 1^er cycle imbibition/séchage) = 8.96 mm Et : D10 (Après 4^ème cycle imbibition/séchage) = 8.87 mm

D’où : 1.01%

87 . 8

96 .

8 

DG

7 Conclusion et commentaire

La valeur du coefficient de dégradabilité est quasiment égale à 1, ce qui signifie que le matériau testé n’est pas dégradables sous l’action de sollicitations hydriques.

Le matériau testé présente de bon résultats aux essais de dégradabilité et fragmentabilité, ce qui n’est pas surprenant puisque ces essais sont initialement prévus pour une utilisation en remblais (et non en sous-fondation) et sont donc moins stricts que les essais Los Angeles et Micro-Deval. On retiendra néanmoins que l’échantillon testé présente des résultats similaire, et ce malgré leur performance très différente aux essais classiques de durabilité. On peut classer également l’échantillon dans la classe R34 selon la norme NF P 11-300 (voir chapitre 6).

0 20 40 60 80 100

0.1 1 10 100

Tamisat cumulé (%)

Tamis (mm) Avant 1er cycle

imbibition/séchage Après 4ème cycle imbibition/séchage

(26)

CONDITIONS D'UTILISATION DES MATERIAUX EN REMBLAI (SETRA/LCPC) R34 (états th, h et m)

Sol Observations

générales

Situation météorologique

Conditions d'utilisation en remblai

R34th Marnes rocheuses ou roches argileuses, évolutives, dont la mise en remblai comporte un risque qu'il convient d'apprécier avant chaque chantier.

Les conditions d'utilisation proposées doivent être accompagnées d'une réflexion approfondie sur les méthodes d'extraction les plus appropriées en particulier en vue de la fragmentation, et sur la conception globale des remblais (couches drainantes, stabilisation des talus,

"imperméabilisation"...).

Ces matériaux présentent d'autant moins de risque d'évolution qu'ils sont mieux fractionnés (viser un matériau de granularité continue ou riche en fines), bien compactés et humides à la mise en œuvre.

Une étude spécifique préalable de ces roches est souvent nécessaire pour définir la conception du remblai, la granularité à obtenir et les moyens nécessaires correspondants, et le mode de compactage.

Matériaux normalement inutilisables en l'état

R34h + _faible^pluie Situation ne permettant pas la mise en remblai avec des

garanties de qualité suffisantes

= ni pluie, ni évaporation

importante

Solution 1 : traitement T : traitement à la chaux seule C : compactage moyen Solution 2 : fragmentation

G : fragmentation complémentaire après extraction R : couches moyennes

C : compactage moyen

H : remblai de hauteur faible (5 m)

- évaporation importante

Solution 1 : extraction en couches, fragmentation et aération E : extraction en couches

G : fragmentation complémentaire après extraction W : aération

R : couches minces C : compactage moyen

H : remblai de hauteur moyenne (10 m) Solution 2 : traitement

T : traitement à la chaux seule C : compactage moyen

R34m ++ Pluie forte

Ou moyenne situation ne permettant pas la mise en remblai avec des garanties de qualité suffisantes

+ Pluie faible G : fragmentation complémentaire après extraction R : couches moyennes

C : compactage moyen

H : remblai de hauteur moyenne (10 m)

= ni évaporation ^{ni pluie,} importante

C : compactage intense

- évaporation

importante Solution 1 : arrosage et fragmentation

G : fragmentation complémentaire après extraction W : arrosage pour maintien de l'état

R : couches minces C : compactage intense

H : hauteur des remblais moyenne Solution 2 : fragmentation

R34s ++ Pluie moyenne

Ou forte Situation ne permettant pas la mise en remblai avec des garanties de qualité suffisantes

+ _faible^pluie E : extraction en couches

G : fragmentation complémentaire après extraction R : couches minces

= ni évaporation ^{ni pluie,} importante

Solution 1 : humidification et fragmentation G : fragmentation complémentaire après extraction W : humidification pour changer d'état

H : remblai de hauteur moyenne (10 m) Solution 2 : arrosage et fragmentation

G : fragmentation complémentaire après extraction W : arrosage pour maintien de l'état

- évaporation importante

Situation ne permettant pas la mise en remblai avec des garanties de qualité suffisantes

R34ts Matériaux inutilisables dans l'état

(27)

TP 6 : Classification des matériaux utilisables dans les couches de forme d'infrastructures routières

(Selon la norme NF P 11-300 et GTR 2000)

1 Introduction

Le présent cours définit également une classification des matériaux utilisables dans la construction des remblais et des couches de forme d'infrastructures routières ; cette classification s'appuie sur des critères représentatifs des problèmes posés par la construction et le comportement de ces deux natures d'ouvrages. La classification définie ici constitue la base de la démarche suivie depuis la conception jusqu'à la réalisation de tout projet de remblai ou de couche de forme d'infrastructures routières

On va déjà vu dans la premier cours une classification des sols, plus particulièrement les classe A, B, C et D.

Dans cette partie, on va plus détailler la classification des matériaux rocheux (Classe R) et les sous-produits industriels (Classe F).

2 Classification des matériaux rocheux — Classe R selon (GTR2000)

Bien qu'après son extraction un déblai rocheux soit transformé en un matériau susceptible d'être considéré, au moins partiellement, comme un sol, la roche en place ne peut être classée en tant que sol qu'à titre prévisionnel sur la base de sa nature géologique, de résultats d'essais (tels que fragmentabilité, dégradabilité, masse volumique) et de l'expérience que l'on possède de son comportement au cours des différentes phases du terrassement.

Pour caractériser un massif rocheux en vue de son emploi en remblai ou en couche de forme, on procède successivement en deux étapes :

1) identification de la nature pétrographique de la roche ;

2) détermination des paramètres d'état et des caractéristiques mécaniques du matériau.

2.1. Classification des matériaux rocheux d'après la nature pétrographique de la roche Deux classes principales de matériaux rocheux sont distinguées à partir des grandes familles de roches habituellement considérées : les matériaux rocheux issus des roches sédimentaires,

(28)

d'une part, et les matériaux rocheux issus des roches magmatiques et métamorphiques, d'autre part.

Dans le cas des roches sédimentaires, la classification est subdivisée suivant les principales natures de roches rencontrées dans cette catégorie : roches carbonatées (craies, calcaires), roches argileuses, roches siliceuses, roches salines.

Dans le cas des matériaux provenant de roches magmatiques et métamorphiques, aucune subdivision complémentaire n'est nécessaire, ces matériaux pouvant être considérés comme ayant des comportements voisins pour une utilisation limitée à la réalisation de remblais et de couches de forme.

2.2 Classification des matériaux rocheux d'après leur état et leurs caractéristiques mécaniques

Comme cela a été indiqué, la connaissance de la seule nature pétrographique de la roche dont est issu un matériau rocheux, n'est généralement pas suffisant pour prévoir tous les problèmes que peut poser son utilisation en remblai ou en couche de forme. Outre la question du choix de la méthode d'extraction, qui n'est pas traitée ici, les aspects à considérer sont :

— l'aptitude du matériau à se fragmenter sous les sollicitations appliquées au cours des différentes phases de la mise en œuvre, et plus précisément la possibilité de produire une proportion d'éléments fins suffisante pour lui communiquer un comportement de sol sensible à l'eau ;

— la potentialité d'une évolution postérieurement à la mise en œuvre sous l'action des contraintes mécaniques seules ou conjuguées avec celles de l'eau et du gel ;

— la teneur en eau dans le cas de matériaux très fragmentables tels que certaines craies, marnes, schistes sédimentaires, etc. qui peuvent renfermer dans leur structure une importante quantité d'eau qui se communiquera inévitablement aux éléments fins produits au cours du terrassement ;

— la teneur en éléments solubles dans le cas de roches salines.

Il est donc nécessaire de caractériser les matériaux rocheux vis-à-vis de chacun de ces aspects à partir de différents paramètres dont les suivants sont considérés actuellement comme les plus représentatifs.

Paramètres d'état et de comportement mécaniques retenus dans la classification des matériaux rocheux :

— Le coefficient Los Angeles (LA) (norme P 18-573).

— Le coefficient micro-Deval en présence d'eau (MDE) (P 18-572).

(29)

Ces deux paramètres caractérisent plus particulièrement les roches relativement dures : granites, gneiss, calcaires durs..., leur interprétation vise essentiellement les possibilités d'emploi de ces matériaux en couches de forme voire en couches de chaussées, comme cela a déjà été considéré dans le cas des sols (voir le Chapitre 0).

La masse volumique (pd) d'un échantillon de roche déshydraté (norme P 94-064). Ce paramètre qui présente l'avantage d'être aisément mesurable est en corrélation étroite avec la fragmentabilité des matériaux tels que les craies et les calcaires tendres. Son interprétation vise essentiellement à distinguer l'emploi de ces matériaux en remblai.

Le coefficient de fragmentabilité (FR) (norme P 94-066). Ce coefficient est déterminé à partir d'un essai de fragmentation réalisé dans un moule CBR. Il s'exprime par le rapport des D10 d'un échantillon de granularité initiale donnée mesurés avant et après lui avoir fait subir un pilonnage conventionnel avec la dame Proctor Normal. L'interprétation de ce paramètre vise les possibilités d'emploi en remblai et éventuellement en couche de forme des matériaux rocheux relativement friables pour lesquels les paramètres précédents manquent de signification (roches siliceuses et argileuses principalement).

Le coefficient de dégradabilité (DG) (norme P 94-067). Ce coefficient s'exprime par le rapport des D10 d'un échantillon de granularité initiale donnée mesurés avant et après l'avoir soumis à ces cycles de séchage-immersion conventionnels. Son interprétation vise essentiellement les possibilités d'emploi en remblai des matériaux issus de roches argileuses (marnes, schistes sédimentaires...).

La teneur en eau naturelle (Wn) (norme NF P 94-050). L'influence de ce paramètre n'est prise en compte dans la classification que pour certaines craies et roches argileuses comme cela a déjà été indiqué.

La teneur en éléments solubles (% NaCI, gypse...). L'interprétation de ce paramètre est limitée au cas des roches salines. Valeurs-seuils retenues pour les paramètres d'état et de comportement des matériaux rocheux : elles figurent dans le tableau général paragraphe 2.3.

2.3 Tableau général de la classification des matériaux rocheux (tableau 5 de la norme NF P 11-300)

(30)

(31)

(32)

(33)

3 Classification des sols organiques, sous-produits industriels — Classe F

Cette catégorie concerne des matériaux particuliers dont l'emploi en remblai et en couche de forme peut dans certains cas se révéler intéressant du point de vue technique et économique sous réserve d'être acceptable vis-à-vis de l'environnement. Toutefois, les critères au travers desquels il convient d'examiner chaque famille de matériaux entrant dans cette catégorie pour en déduire ses possibilités d'emploi sont à la fois très divers et spécifiques à la famille de matériaux considérée.

Certains d'entre eux ne sont d'ailleurs pas encore complètement définis faute d'expérience et d'études suffisantes. La classification proposée a été établie à partir du recensement des principales familles de matériaux de cette catégorie, susceptibles d'être concernées en France par une utilisation en remblai ou en couche de forme. Neuf familles sont ainsi dénombrées (sous-classes F1 à F9) chacune d'elles étant caractérisée par le ou les paramètres desquels dépendent les possibilités d'emploi. Les valeurs seuils proposées de ces paramètres permettent d'établir des distinctions à l'intérieur d'une même famille. Le tableau 6 ci-après présente cette classification en se limitant toutefois à une définition générale des matériaux entrant dans chacune des neuf familles ainsi qu'à celle du ou des paramètres considérés comme significatifs vis-à-vis de leurs possibilités d'emploi.

(34)

(35)

4 Tableau synoptique de classification des matériaux selon leur nature

(tableau 7)

(36)

Références bibliographiques

 LCPC-SETRA. « Guide des terrassements routiers : Réalisation des remblais et des couches de forme ». Guide technique, France, 2000.

 LCPC-SETRA. « Traitement des sols à la chaux et / ou aux liants hydrauliques ». Guide technique, France, 2000.

 J. Costet, G.Sanglerat. « Cours pratique de mécanique des sols ». Dunod, 1981.

 S. Amar, J.-P. Magnan. « Essais de mécanique des sols en laboratoire et en place : Aide-mémoire

». Rapport des LPC, France, 1980.

 F. Schlosser. « Eléments de mécanique des sols ». Presses des Ponts, France, 1988.

 P 18-101:1990 Granulats — Vocabulaire — Définitions et classifications.

 P 18-572:1990 Granulats — Essai d'usure micro-Deval.

 P 18-573:1990 Granulats — Essai Los Angeles.

 P 18-574:1990 Granulats — Essai de fragmentation dynamique.

 P 18-576:1990 Granulats — Mesure du coefficient de friabilité des sables.

 NF P 94-050:1991 Sols : reconnaissance et essais — Détermination de la teneur en eau pondérale des sols — Méthode par étuvage.

 P 94-051 Sols : reconnaissance et essais — Détermination des limites d´Atterberg — Limite de liquidité à la coupelle — Limite de plasticité au rouleau.

 NF P 94-055:1991 Sols : reconnaissance et essais — Détermination de la teneur pondérale en matières organiques d´un sol — Méthode chimique.

(37)

 P 94-056 Sols : reconnaissance et essais — Détermination de la granulométrie des sols par tamisage.

 P 94-057:1992 Sols : reconnaissance et essais — Détermination de la granulométrie des sols fins par sédimentation.

 P 94-064 Sols : reconnaissance et essais — Masse volumique d´un élément de roche déshydraté — Méthode par immersion dans l´eau.

 P 94-066 Sols : reconnaissance et essais — Coefficient de fragmentabilité des matériaux rocheux.

 P 94-067 Sols : reconnaissance et essais — Coefficient de dégradabilité des matériaux rocheux.

 P 94-068 Sols: reconnaissance et essais —Valeur au bleu de méthylène d'un sol — Méthode à la tâche.

 P 94-078 Sols : reconnaissance et essais — Indice CBR après immersion — Indice CBR immédiat — Indice portant immédiat — Mesure sur échantillon compacté dans le moule CBR.

 P 94-093 Sols : reconnaissance et essais — Détermination des caractéristiques de compactage d´un sol par l´essai Proctor normal et Proctor modifié.