ratatm Cco CO4M—JoC:Deaw co Ctcp

Gouvernement du Quebec MiRistere

des Transports Laboratolre central

Determination du coefficient dtecoulement du granulat fin

ETUDE SUR LIEVALUATION DE LIANGULARITE PAR LIELIMINATION DES DIFFERENTS PARAMETRES

Rapport presente a

Monsieur Gerard Moreau, c.i.

par

ratatm Cco CO4M—JoC:Deaw co Ctcp

fACe= Mnp

Gadtan Lefebvre

Sainte-Foy _le 11 mars 1990

Cu

CENTRE

13 JUIN -2003

TRANSPORTS ^Qiit:LZ

Complexe scientifique, 2700, rue Einstein, Sainte-Foy, QC G1P 3W8 Tel.:, (418) 643-3178 -f-csipy• _qi cRQ / 1-414r-nnipi ir /Fay) / 41 Fkl R4q-'11R1

2

INTRODUCTION

Le coefficient d'ecoulement du granulat fin, etabli a partir du temps d'ecoulement, sert a l'evaluation de l'angularite. Le temps d'ecoulement est influence par la densite, l'etat de surface, la forme, la grosseur, et l'angularite des particules.

tan ^iue

Puisqu# l'angularite joue un role important, en autre dans la stabilite'mdcanique, l'adherence des pneumatiques et la maniabilite d'un melange, il est, important •de developper un essai qui puisse en donner une evaluation precise. Pour cela, ii faut d'abord tenter d'isoler les differents parametres qui influencent le temps d'ecoulement.

I. Densite

Jusqu'a maintehant, seule la densite des particules est reel- lement prise, en consideration, si bien que le coefficient d'ecoulement, tel qu'il est presentement, nous perMet peut- etre d'apprecier davantage 1„'etat de surface, la forme ou la grosseur qUe l'angularite,meme des particules.

2. L'etat de surface

Selon un document frangais portant sur les essais de granu- latsl , l'etat de surface ne peut se mesurer directement. Les sedimentologues distinguent simplement & la loupe les surfaces mates des surfaces luisantes. On estime cependant que l'etat de surface, appeld aussi rugosite joue le meme role en gene- ral, que l'angularite, mais a une echelle differente. L'etat de surface etant en quelque sorte un,complement a l'angulari- te, ii devient donc inutile de les dissocier.

3. La forme des particules

Dans l'etat actuel, nous ne sommes pas en mesure d'evaluer les consequences de la forme des particules fines sur le, temps d'ecoulement. Toutefois selon le document frangais 1, on pretenden que l'influence de la forme des particules sur le temps d'ecoulement serait minime.

D'autre part, on estime, en theorie, que ses proprietes quan- litatives par rapport & l'influence qu'elle a sur le temps d'ecoulement aurait une certaine correlation avec l'angulari- te.

Claude TOURENQ et Andre DENIS. Les essais de granulats, Rapport de recherche LPC No 114, Paris, Laboratoire des Ponts et Chaussees, 1982

1

4 _

Selon un rapport de stage sur l'essai d'ecoulement2 on pre- tend qu'une augmentation du diametre de l'orifice du cone

permettrait de mesurer davantage l'angularite que l'allonge- ment des particules. Malheureusement, une etude ulterieure3, a demontre qu'il n'etait pas possible d'augmenter l'ouverture (1,9 cone sans modifier l'ensemble de l'essai.

Par consequent, il n'eSt pas possible,jusqu'ici, de dissocier l'angularite, de l'etat de surface, et de la forme des par- ticules. Cependant, on peut admettre, par hypothese, que ces trois parametres offrent une certaine correlation clans leur temps d'ecoulement par raPport a leurs proprietes quanlita- tives.

A ce sujet, void i un extrai d'un document portant sur les essais de granulat, a propos' de l'essai d'ecoulement des sables 1 ; "ce type d'essai, moyennant quelques precautions sur la granula'rite et dans une moindre mesure sur la forme qui joue assez peu, conduit donc a determiner un coefficient d'ecoulement qui englobe deux caracteristiques. Mais comme en fait l'etat de surface est aussi benefique que l'angularite en ce qui.concerne le frottement interne et he contact pneuma- tique-chaussee, cettemethode est interessante car tres facile a mettre en Oeuvre."

2 Daher- BOLBOL, L'essai d'anqularite des sables, Rapport de stage, Sainte-Foy, MinisteFe des,Transports, 1988.

3 Gadtan LEFEBVRE, Le coefficient d'ecoulement du passant 5 mm, Rapport d'etude Sainte-Foy, Ministere des Trans- ports

5

On y ajoute aussi: "Ii est toujours possible de travailler sur une grnularite donnee et d'eliminer les elements de mauvaise forme, mais l'on ne peut dissocier l'etat de surface de l'angularite."

4. La grosseur des particules 4.1 Historique

La grosseur des particules ou Si vous preferez la granu-

• larite a ete, jusqu'a maintenant plus ou moms prise en consideration dans l'essai d'ecoulement du granulat fin.

Jusqui& recemment, pour isoler ce parametre, on comparait le temps d'ecoulement d'un materiau avec celui des billes de verre de meme granulometrie. Mais pour differentes raisons, on a dU retirer cette methode. Par la suite, on a insere & la formule de calcul, une valeur represen- tant le temp, d'ecoulement moyen des billes de verre.

Cette valeur, etant constante, ne permet pas de co-rriger le coefficient d'ecoulement en fonction de la granulome- trle.

•

De plus, jusqu'a maintenant, rien n'a permis de determi- ner, Si le rapport de la stabilite versus le temps d'e- coulement est influence de la meme fagon que ce soit avec la granularite ou l'angularite.

Ii devient donc necessaire de determiner' dans quelle mesure la grosseur des particules peut affecter le temps

•

4.2 Billes de verre

Un rapport de stage sur 1 essai d'ecoulement' (Voir note 2), demontre que la composition granulometrique d'un mélange de billes de verre, affecte considerablement le temps d'coulement (figures 1a, 1b). Les resultats demon- trent que le temps d'ecoulement le plus rapide s'effectue lorsque le melange est consitue de proportions sensible- ment &gales de billes de verre sur chaque tamis. Le temps d'ecoulement augmente considerable si,l'on accroit la proportion de grosses particules mais augmente de fagon moins appreciable si c'est la proportion de petites particules qui est augmentee.

4.3 Criblure

Une analyse similaire, effectuee cette fois avec un materiau angulaire (criblure) demontre, elle aussi, que le temps d'ecoulement peut,-etre influence par la granula- rite (figure 2a-2b). Pour obtenir le temps d'ecoulement le plus court, le mélange doit ici, comporter davantage de particules fines que de grosses particules.

4.4 Fuseau granulometrique

Puisque dans la fabrication d'un mélange bitumineux, la composition _granulometrique doit correspondre a des exigences etablies (fuseaugranulometrique), la prochaine partie de cette etude sera de determiner si, a l'inte- rieur de ces exigences, le temps d'ecoulement peut-efie affecte par une variation granulometrique.

4.4.1 Methodologie

Pour ce faire, les exigences de deux (2) Skip- Mix, le SM-16 et le SM-25, qui font presente- ment l'objet d'un- projet de norme, ont ete employees (Tableau 1).

Les essais ont ete executes par le meme opera- ,

teur, dans les memes conditions en utilisant le meme appareillage.

Trois (3) materiaux differents ont ete utili- sés; les billes de verre, representant un materiau peu-angulaire, un sable naturel (AG- 746-87), representant un materiau ahgulaire et une pierre concassee (criblure) representant un materiau fres angulaire.

,SM 16.

.Al'intdrieur des exigences dt{SM-16, ii existe pour le passant 2 mm, des milliers de pos- sibilites de courbes granulometriques. Parm4 celles-ci, sept (7) courbes, offrant des carac- teristiques differentes, ont ete retenues pour

analyse. Elles portent des symboles represen- tant Ieurs formes; "C", •"D", ,"S", "2",

"EM"(escalier-marche),) "EC"(escalier-con- tremarche), et "M" (mediane) (figure 3a 3b, 3c, 3d). Leurs granulometries calculdes pour le passant 2 mm, retenu6 80 Am, sont indiquees au tableau 2 et leurs courbes sont tracees aux figures 41, 4b, 4c. Les resultats du •temps d'ecoulement sont indiques au tableau 4.

4.4.3 SM -25

Puisqua dans le cas du SM-25 on ne note aucune exigence pour le tamis 630 gm, seulement cing (5) granulometries offrant des caracteristiques differentes ant ete retenues "C", "D", "S",

"2" et la mediane "M". (Figures 5a, 5b, 5c).

Leurs granulometriques calculees pour le 80 gm, 2 mm, sont indiquees au tableau 3. Les diffe- rentes courbes pour le 80 pm-2mm sont tracees aux figures 6a et 6b et le temps d'ecoulement obtenu est inscrit au tableau 4.

4.4.4 Limites superieures et inferieures

Les limites superieures et inferieures etant les exigences maximales et minimales pour chaque tamis, il est faux de pretendre que des courbes granulometriques reliant ces exigences, nous donnent les caracteristiques extremes du fuseau qu'elles representent. D'ailleurs le, calcul de ces deux courbes, pour le 80 gm-2mm, s'apparente beaucoup a la mediane. L'analyse de ces courbes serait dOnc superflue.

4.4.5 Interpretation des resultats

L'analyse des resultats des temps d'ecoulement obtenus (tableau 4 et figures 7 et 8), nous revele certaines particularites (propres a chacun des materiaux.

Tout d'abord,) dans le cas du SM-16, il est interessant de constater que pour un materiau peu angulaire (billes de verre), le temps d'ecoulement le plus long se situe a la granu- lometrie "S" et le plus court se situe a la granulometrie "2", tandis que pour un materiau angulaire ou tres angulaire, les temps d'ecou- lement le plus long et le plus court se situent respectivement aux granulometries "D" et "C".

Quant au SM-25, le temps crecoulement le plus court chez un materiau ped angulaire se situe a la courbe "2" tandis que chez un materiau angulaire ou tres angulaire, il se situp a la courbe "C". Cependant, le temps d'ecoulement le plus long se'situe a la courbe upn pour les trois materiauk.

De plus, dans le cas des deux fuseaux, on remarque que la mediane chez un materiau an- gulaire et tres angulaire, offre un temps d'ecoulement relativement rapide si on la situe par rapport aux temps le plus lent et le plus rapide. Par contre chez un materiau peu an- gulaire, la mediane offre un temps inter- mediaire qui se situe a mi-chemin entre le plus rapide et le plus lent.

D'autre part, l'analyse du tableau 4 nous revele qu'il aurait ete pernicieux Wetablir un indice d'angularite en comparant le temps d'ecoulement d'un materiau a celui de billes de verre • de m'eme granulometrie, puisque le rapport des temps d'ecoulement d'un materiau

10

sur celui des billes de verre differe selon la forme granulomdtrique.

En derniere analyse, il est important de con- stater qud meme a l'intdrieur des exigences d'un SM-16 ou d'un SM-25, ii y a possibilite d'avoir un dcart de plus de quatre (4) secondes dans le temps dedcoulement selon la granulomd- trie. Cet dcart apparait beaucoup trop elevd pour permettre d'dvaluer l'angularitd.

11

CONCLUSION

Afin d'être en mesure d'evaluer l'angularite d'un granulat fin a partir du temps d'ecoulement, ii faut tenir compte de certains parametres qui peuvent affecter l'ecoulement.

Outre la densite, dont on tient déjà compte dans le calcul du coefficient, l'etat de surface et la forme des particules sont difficilement dissociables de l'angularite. Par contre, la grosseur des particules, meme (si elle est conforme a un fuseau granulometri- , que donne, affecte considerablement le temps d'ecoulement.

Par consequent, ii apparait necessaire d'utiliser une granulo- metrie unique, ou du moms un fuseau tres etroit pour l'execution de tous les essais d'ecoulement. Cela permettrait d'evaluer un materiau en fonction de ses qualites angulaires (dtat de surface, forme, angularite) plutot qu'en fonction de la granularite de ses part icules.

Nous demandons donc au comite de normalisation d'evaluer la possibilite d'employer une granulometrie unique pour l'essai de determination du coefficient d'ecoulement du granulat fin.

Gadtan Lefebvre, tech.

Section - Essais

GL/mg

Sainte-Foy, le 11 avril. 1990;

12

TABLEAUX

TABLEAU # 1

EXIGENCES : SM-16 ET SM-25

SM -16

TAMIS % FASSANT

SM-25

' TAMIS % PASSANT

16.0 mm 100 25.0 mm ,i100

12.5 mm 90-100 20.0 mm 95-100

10.0 mill 70-85 10.0 mm 60-70

5.0 mm 42-48 5.0 mm 50-55

2.5 mm 42-48 2.5 mm 50-55

1.25 mm 42-48 1.25 mm 50-B5

630 um 31-39 315 um

315 um 20-30 160 um 9719

160 um 10-20 80 um 77.13

80 um 6-11

TABLEAU #2

MELANGE: SM-16

FORMES DE COURBES ANALYSEES

FORME TAMIS % PASSANT FORME TAMIS % PASSANT

Clt 2.00 mm

1.25 mm 100

630 um 93

315 um 67

160 um 40

80 um 0

2:00 mm 100.

' 1.25 mm 88

630 um 56

315 um 25

160 um - 0

‘ 80 um _ 0

H 211 1.25 mm 100

630 um 91 -

315 um 45

160 um 0

80 um , 0

1.25 mm 100

630 um 60

315 um 47

160 um 34

80 um 0

"EM" 1.25 mm 100

630 um 56

315 um 53

,160 um 0

80 um 0

1.25 mm 100

630 um 92

315 um 40

160 um - 40

80 um 0

LEGENDE:

"EM":ESCALIER-MARCHE

ESCALIER-CONTRE-MARCHE

"M":MEDIANE 72.25 - mm

630 um 315 um 160 um

80 um

100 73 46 17 0

TABLEAU wa

MELANGE: SM-25

FORMES DE COURBES ANALYSEES

FORME - TAMIS % PASSANT FORME TAMIS % PASSANT

11c11 2.00 mm

1.25 mm 100

DII 2.00 mm

1.25 mm 100 90

630 um 630 um

315 um 58 315 um 22

160 um 28 160 um 0

80 um 0 80 um 0

ItS II 1.25 mm 100 11 2 it 1.25 mm 100

630 um 630 um

315 um 56 315 um 31

160 um 0 160 um 25

um!'

80 um

1.25 mm

0

100 -

80 um - 0

(mediane) 630 um

315 um 40

160 um 10

80 um 0

TABLEAU # 4 TEMPS DIECOULEMENT

(secondes)

MELANGES:SM-16 ET SM 25

SM -16.

TYPE DE COURBE BILLES1)E VERRE 21.29

22.06

ECHANTILLON # AG-746-87

25.98 30.38

,- CRIBLURE 31.15 35.43

."S" 22.39 ^• 27.49 32.87

11211 20.34 27.02 32.09

"EM" 22.06 28.33 33.39

? 20.45 26.16 ^• 31.72

tIMII 21.12 27.01 32.03

SM-25

TYPE DE COURBE BILLES DE VERRES ECHANTILLON • AG-746-87

CRIBLURE

21.00 26.31 31.82

22.36 30.83 35.62

"S" 22.22 27.46 32.83

"2" 20.44 27.73 32.24

21.51 27.97 33.09

13

FIGURES

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couRea camaxotiiTR.PaUr

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EtiLLES DE VERRE

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TEMPS D'ECOULEMENT/GRANULOMETRIE

BILLES DE VEPRE

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Cc = 0 (30)2 D 10 x D 60

D 10 = mm

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COURBE GRANULOMETRIOUE

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MELANGE SM-25

TYPES PE COURBES

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