همجلا ـ يرو ـ جلا ة ـ ئازـ يرـ يدلا ة ـ قم ـ يطار ـ شلا ة ـ يبع ــة
عتلا ةرازو ـيلـ علا م ـلاـ بلا و ي ـحـ لعلا ث ـمـ ي
République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche scientifique
ةــــعماـــج يحي نب قيدصلا دمحم
- لجيج
Université Mohammed Seddik Benyahia -Jijel
-
Mémoire de fin d’études
En vue de l’obtention du diplôme : Master Académique en Géologie
Option : Génie Géologique
Thème
Membres de Jury
Présenté par : Président : Illas Chahra Sahraoui Khadidja Examinateur: Kherrouba Hassiba Rouikha Anissa Encadrant : Benzaid Riad
Année Universitaire 2015-2016
Numéro d’ordre (bibliothèque) :……….…..….
يلك ـ ع ة ـــــ طلا مول ـــ عيب ـ حلا و ة ــــــ ةاي
سق ــــــ م : نوكلا و ضرلأا مولع
Faculté des Sciences de la Nature et de la Vie Département :des Sciences de la Terre et de l’Univers
Etude expérimentale des facteurs qui gouvernent le
compactage des sols
Remerciements
Tout d’abord et avant tout, nous remercions DIEU le tout puissant qui nous a donné la force, la volonté, la
patience et le courage pour accomplir ce travail.
Nous Remercions très vivement Mr. BEN ZAID RAID, notre promoteur de nous avoir proposé un sujet d’actualité lié
à la mécanique des sols tout d’abord et d’avoir accepté de diriger nos travaux relatifs à l’élaboration de notre mémoire de fin d’étude tant sur le plan expérimental au laboratoire de
génie géologique que sur le plan interprétatif des résultats obtenus. Qu’il trouve içi l’esprit de notre parfaite gratitude pour sa bienveillance sur le bon déroulement des travaux de
laboratoire et de la préparation de ce mémoire.
Nous remercions également, les membres de jury qui ont accepté d’examiner et de juger notre travail.
Nous remercions également, tous les enseignants du département de géologie en loccurance M
elleH.Kherrouba enseignante pour son soutien et ses précieux conseils durant
les essais de labo. Comme nous remercions aussi et particulièrement Mr Y. Rouikha pour son assistance permanante , ainsi que tout le personnel du département STU
qui ont placé tout leur savoir faire à notre disposition durant notre présence au labo.
.
Enfin, nous tenons à formuler notre gratitude et notre profonde reconnaissance à l’égard de nos familles qui nous ont
soutenu durant toutes ces longues années d’études.
A tous, un grand Merci.
Dédicace
Louange à Dieu seigneur de tout, sans lui rien de tout ça ne serait possible.
À un super héro que je ne pourrai jamais vivre sans lui , mon cher papa YOUCEF, un papa vraiment formidable, un papa qui est capable de me
faire rire et oublier mes chagrins, qui réussit à me faire apprendre mes leçons, me félicite, me récompense pour mes victoires et m’encourage
toujours d’aller vers l’avant.
À la plus belle maman du monde que j’ai toujours pu compter sur elle dans les pires moments de ma vie et elle m’a jamais abandonné, une maman qui m’a donné tout son soutien, son amour, sa tendresse, sa
présence et sa patience pour guider et illuminer mon chemin.. À mes très chères grandes mères : ACHOURA et BAHIA
À mon grand cher frère ADAM et sa fiancée BAHIA.
À mes chers frères NOUH et RAOUF.
À ma chère sœur ZINEB, son mari CHEMSSEDINE et sa petite princesse LYNA.
À tous les membres de ma deuxième famille que je les trouve toujours à mes cotés et surtout HALIMA, MERIEM, YAMINA,
SELMA, FAIZA FATEN, HIND,WIDAD,KHADIDJA et FAIZA.
À mon collège KHADIJA.
À toutes mes collègues de la promotion 2015/2016 de Master 2 génie géologique.
À tous ceux que j’aime et tous ceux qui m’aiment
ANISSA
Dédicace
Louange à Dieu seigneur de tout, sans lui rien de tout ça ne serait possible.
À mon très cher père Kamel et très cher mère Assia la source de tendresse, patience, inspiration et courage qui ont tout donné sans rien recevoir, Je vous remercie du fond de mon cœur et je prie le dieu de vous protéger et de vous prêter bonne santé,
bonheur et langue vie illuminer mon chemin.
À mes très chers grande père Ahmed et grande mère sakina la source de tendresse, aucune dédicace, aucun mot ne saurait
exprimer ma gratitude,
À mes chers frères Mohammed, Yassin, Badis, Hamza Et sœurs Bahia et son mari Fateh et Zineb, Somia et Donia ceux qui je dois tout l’amour, avec tous mes vœux de
les voir réussir dans leurs vies.
À mon fiancé Adel qui m’a donné le courage et le soutient afin d’atteindre mon but.
À tous les membres de ma grande famille et particulièrement Samia Faiza Mira.
À toutes mes amies Faiza Khadidja Widad Karima et collèges tout la promotion 2016.
À mon collège Anissa
À tous ceux que j’aime et tous ceux qui m’aiment À tous un grand merci.
Khadidja
Résumé
Le compactage des sols est utilisé dans le domaine de la construction des ouvrages en terre est plus particulièrement en géotechnique routière.
Le présent travail consiste à une étude expérimentale des paramètres et facteurs qui gouvernent l’essai de compactage des sols.
Le premier facteur est le type de compactage, c'est-à-dire la nature des moyens employés pour compacter l’échantillon de sol, la nature du sol, mais aussi d’autres facteurs qui peuvent parfois ne pas être négligeables.
Le mémoire que nous présentons résume l’ensemble des travaux que nous venons de réaliser dans le domaine du comportement d’un sol compacté soumis à plusieurs changements tant sur le plan typologique que sur le plan de l’énergie de compactage.
La partie bibliographie montre que la problématique de ce thème est toujours d’actualité eu égard aux volumes des travaux réalisé dans ce domaine.
Nos résultats exposés dans ce mémoire témoignent de l’importance géotechnique que doivent accorder tous les opérateurs et techniciens du domaine à la nature des matériaux excavés ainsi qu’aux différents traitements des sols sur les chantiers.
En fin nous avons mis l’accent sur le volet du développement durable par l’utilisation d’un sous-produit acide afin de minimiser les côtes de réalisation d’un compactage de sol d’un côté et préserver l’environnement de l’autre.
Mots-clés
Compactage, sol, densité, teneur en eau optimale, essai de laboratoire.
Soil compaction is used in the field of construction of earthen structures and more particularly in road geotechnical.
This work involves an experimental study of the parameters and factors that govern soil compaction test.
The first factor is the type of compaction, that is to say the nature of the means used to
compact the soil sample, the soil, but also other factors that can sometimes not be negligible.
The Our brief summarizes all the work that we have achieved regarding the behavior of compacted soil subject to several changes both in typological than the compaction energy plan.
The bibliography section shows that the problem of this theme is still relevant given the volume of work done in this area.
Our results presented in this paper reflect the geotechnical importance that should give all operators and technicians in the field to the nature of excavated materials as well as different treatments of soils on construction sites.
Finally, we have emphasized the aspect of sustainable development through the use of an acid by-product liquid discharges from the tannery of Jijel in order to minimize the costs of producing a soil compaction on one side and preserve the environment of the other.
Keywords : compaction, soil, density, water content, laboratory test.
صخلم يف اصوصخو ةبرتلاب ةقلاع اهل يتلا وأ ةبرتلا نم ةنوكتملا عيراشملا يف ةلمعتسملا قرطلا نم كمدلا وأ صرلا ةيلمع تاقرطلا ناديم .
ةبرتلا صر ةيلمع يف ةمكحتملا لماوعلل ةيربخم ةسارد نع ةرابع ةركذملا هذه يف مدقملا ثحبلا لمع .
هذه ىلوأ
،لماوعلا ةنيع ىلع ةطلسملا صرلا ةقاط و ةدمتعملا لئاسولا ةعيبط للاخ نم صرلا ةقيرط
،ةبرتلا ةعيبط كلذك
اضيأ ةماهلا لماوعلا نم ربتعي ةبرتلا عون و .
ىرخأ لماوع دجوي امك متيس
ثحبلا لمع للاخ نم ليصفتلاب اهيلإ قرطتلا
ةركذملا هذه يف مدقملا .
لبيبلا ءزجلا وي
للاخ نم رهظأ امك ثحبلا اذه يف ةحورطملا ةيلاكشلإا ةيمهأ نيب ثيح ، ادج يرث ناك ثحبلا نم يفارغ
تقولا يف ةيلاكشلاا ةيمهأ ةركذملا نم روحملا اذه يف اهنم ءزج درس مت يتلا و ملاعلا ربع عوضوملا يف ةزجنملا لامعلأا رضاحلا . ورعملا جئاتنلا ض
اذه للاخ نم اهيلع لصحتملا و ة ةبرتلاب ةقلعتملا عيراشملا يف صرلا وأ كمدلا تايلمع ةيمهأ نيبت لمعلا
ىلع لوصحلا لجأ نم ةبرتلا عون كلذك و ةلمعتسملا لئاسولا رابتخإ صخي اميف ةمزلالا ةيانعلا ءاطعإ ةرورض نيبت امك ناديملا اذه يف ةزجنملا عيراشملا تاشرو يف ةبرتلا ةفاثك صخي اميف ةيباجإ جئاتن .
يف ةنيدمل دولجلا عنصمل فرصلا هايم لامعتسإب قلعتي ديدج حارتقإ للاخ نم ةمادتسملا ةيمنتلا بناج ىلع اندكأ ريخلأا ىلع ءاوس ةماه دج ةينقت جئاتن ىطعأ يذلا ئيشلا ، ةبرتلا صر تايلمع يف ةداع ةلمعتسملا ةيقنلا هايملل ضيوعتك لجيج
يف وأ ءاملا داصتقإ ىوتسم يبلا ظفحب قلعت ام
طيحملا و ةئ نم
عناصملا هذه لثم نع ةجتانلا فرصلا هايم
ةيحاتفملا تاملكلا :
صر
،ةبرتلا كمد
،ةبرتلا ةفاثك
،ةبرتلا يف ءاملا ةيمك
،ةبرتلا يربخملا براجتلا ة
.
Sommaire
Introduction générale ………1
Chapitre 1 : Etude bibliographique 1.1. Introduction………..2
1.2. Le sol compacté………3
1.2.1. Caractéristiques des sols compactés...………... ..3
Essai Proctor………...3
Essai d'indice portant immédiat (IPI)……….6
1.2.2. Effet du compactage sur la structure du sol compacté………...7
Effet du compactage sur la microstructure des sols cohésifs……….7
Effet du compactage sur la perméabilité des sols………...8
Effet du compactage sur la répartition des pores………..10
1.3. Sols partiellement saturés………...11
1.4. L’effet d’un produit acide en traitement des sols………...11
Chapitre 2. L’essai de compactage au laboratoire 3.1. Introduction………14
2.2. Principe de l’essai Proctor normal et Proctor modifié (NF P 94-093)………14
2.3. Préparation des éprouvettes……….14
2.4. Mode opératoire………...16
2.4.1. Choix du type de moule………...16
2.4.2. Exécution de l’essai………...16
2.4.3. Présentation des résultats……….19
Chapitre 3. Matériels et méthode de compactage in-situ 1.5. Introduction………...21
1.6. Matériels de compactage in-situ……….21
3.2.1 ouleaux lisses……….……....21
3.2.2 Rouleaux à pneus………...22
3.2.3 Rouleaux à grilles……….22
3.2.4 Rouleaux à pied de mouton………...23
3.2.5 Engins vibrants (rouleaux, sabots etc.)………....23
3.2.6 Compactage à percussion……….24
3.2.7 Compactage à impacts Rapides………24
3.2.8 Plaques vibrantes et dames à air comprimé……….25
1.7. Prescription de compactage………26
1.8. Contrôle de compactage………..28
3.4.1 Méthodes destructives……….29
3.4.2 Méthodes non destructives………..32
1.9. Choix du matériau………...33
Chapitre 4. Matériels et méthode de compactage in-situ 4.1. Matériaux et démarche expérimentale………...35
4.1.1. Provenance et caractéristiques physiques des sols étudiés……….…35
4.1.2. Programme expérimental………36
4.2. Présentation des résultats expérimentaux………..38
4.3. Analyse et discussions………...38
4.3.1. Les facteurs qui gouvernent le compactage des sols……….…38
Type de compactage (l’énergie volumique de compactage)……….38
Nature de sol………..40
Traitement du sol avec un sous-produit acide………44
Conclusion générale………54
Annexes ANNEXE 1 Les formations superficielles………...i
ANNEXE 2 Les résultats de compactage en laboratoire………...…..iv
ANNEXE 3 La classification GTR………..xxx
Notations :
paramètres symboles
Poids volumique du sol γ
Poids volumique de sol sec γd
Poids volumique du sol saturé γsat
Poids volumique d’eau γ w
La teneur en eau W
La teneur en eau optimum W opt
Masse totale du sol M
Quantité d’air dans le sol A
Volume d’air dans le sol Va
Volume spécifique des particules solides Vs Gravité spécifique des particules solides Gs
Densité relative Id
Indice de compactage Ic
Indice Proctor immédiat IPI
Le degré de saturation Sr
La perméabilité K
Le volume de la cavité Pr
Le volume occupé par le matériau extrait Vt
Liste des figures
Liste des figures
Figure 1.1. Courbes Proctor normal et modifié (Alshihabi, 2002). ... 5
Figure 1.2. Indice CBR pour les deux types de compactage, Normal et Modifié. ... 6
Figure 1.3. Effet du compactage sur la structure du sol (Lambe 1958). ... 8
Figure 1.4. Effet du compactage sur la perméabilité des sols (Lambe 1958) ... 9
Figure 1.5. La distribution bimodale des pores pour un mélange de 70% de sable d’Ottawa et de 30% de Kaolin compacté par pétrissage en deux énergies de compactage à gauche de l’optimum (Juang et Holtz 1986). ... 10
Figure 1.6. Effet de la teneur en eau de compactage sur la répartition des pores. ... 10
Figure 1.7. Effet du traitement à 0,0014 % de produit acide contenant du limonène sulfonaté sur la courbe de compactage Proctor normal du limon de Luxeuil. ... 12
Figure 1.8. Effet du traitement à 0,0014 % de produit acide contenant du limonène sulfonaté sur la courbe de compactage Proctor normal du limon de Xeuilley. ... 12
Figure 1.9. Effet du traitement à 0,0014 % de produit acide contenant du limonène sulfonaté sur la courbe de compactage Proctor normal du limon calcique………...13
Figure 2.1. Appareillage Proctor et C.B.R (moules avec accessoires) ... 17
Figure 2.2. Schéma de principe de la répartition des coups de dame sur une couche ... 18
Figure 2.3. Courbe expérimentale schématique d’un essai Proctor ... 19
Figure 2.4. Courbe de compactage pour différents efforts de compactage sur un même sol ... 20
Figure 3.1. Rouleaux tandem ... 21
Figure 3.2. Compacteur pneumatique... 22
Figure 3.3. Rouleaux à grilles3.2.4. Rouleaux à pied de mouton ... 22
Figure 3.4. Rouleaux à pied de mouton ... 23
Figure 3. 5. Compacteur monocylindre vibrant Figure 3.6. Rouleau tandem vibrant ... 24
Figure 3.7. Rouleaux de compactage par percussion ... 24
Figure 3.8. Engin de compactage à impacts rapides ... 25
Figure 3.9. Plaques vibrantes ... 25
Figure 3.10. Les conditions les plus efficaces pour le compactage sur site (Seed, 1964). ... 26
Figure 3.11. Comparaison entre le compactage en laboratoire et le compactage sur le terrain (1) .... 29
Figure 3.12. Vue en coupe de d’un anneau volumétrique ... 30
Figure 3.13. Méthode du déversement d’huile (ou d’eau) ... 30
Figure 3.14. Densimétre à Sable ………...……….……31
Figure 3.15. Densimètre à membrane ... 31
Figure 3.16. Gamma-densimètre (modèle 5001 P) : ... 33
Figure 3.17. Appareil MCA (Moisture Condition Apparatus) ... 34
Figure 4.1. Courbes Proctor du sable fin limoneux pour différents énergies de compactage. ... 39
Figure 4.2. Courbes de compactage pour différents sols ... 41
Figure 4.3. Courbes de compactage pour divers compositions de sol ... 42
Figure 4.4. Variation du poids volumique sec en fonction du refus à 19 mm ... 43
Figure 4.5. L’effet de l’humidification avec un sous-produit acide sur les courbes Proctor ... 44
.
Liste des tableaux
Liste des tableaux
Tableau 1.1. Caractéristiques de l’optimum de compactage pour chaque sol non traité (NT) et traité
(T) à 0,0014 % de produit acide contenant du limonène sulfonaté. ... 13
Tableau 2.1. Dimensions des moules Proctor et CBR... 16
Tableau 2.2. Modalités d’exécution des essais Proctor normal et modifié ... 16
Tableau 2.3. Quantité du sol utilisé pour chaque couche ... 17
Tableau 4.1. Caractéristiques physiques des trois sols utilisés. ... 36
Tableau 4.2. Détail du programme expérimental réalisé dans le cadre de cette étude ... 36
Tableau 4.3. L’effet de l’humidification avec un sous-produit acide sur l’optimum Proctor ... 45
Problématiques Et
Introduction Générale
Introduction générale
1 Introduction générale
Le sol compacté est largement utilisé dans la construction des ouvrages en terre. La réalisation de grands ouvrages, comme les remblais routiers, requiert des volumes importants de matériaux (en moyenne 100000 m 3/km dans le cas d’autoroutes). De ce fait, il est souvent nécessaire, pour réaliser un ouvrage d’une certaine ampleur, d’utiliser des matériaux d’origines différentes.
Les remblais en sols argileux gonflants sont fréquemment le siège de déformations verticales et horizontales, se traduisant par des affaissements plus ou moins localisés et par des fissures souvent longitudinales. Ces déformations, dans les régions arides et semi-arides, sont liées essentiellement au changement climatique : pendant la saison sèche et gonflement pendant la saison humide. Ces désordres sont généralement mineurs, mais ils nécessitent un entretien fréquent. Dans certains cas, ils peuvent prendre une ampleur inacceptable avec un risque pour l’usage. L’évolution de la fissuration peut conduire à la rupture du moins à la formation d’un décrochement sur la voie.
Le présent travail consiste en une étude expérimentale des paramètres et facteurs pertinents qui gouvernent l’essai de compactage des sols. Le premier facteur étant le type de compactage, c’est-à-dire la nature des moyens employés pour compacter l’échantillon de sol exprimés par l’énergie de compactage ; la nature du sol ; la teneur en eau ; mais aussi d’autres facteurs qui peuvent parfois ne pas être négligeables.
En effet, l’ajout d’un sous-produit industriel de traitement avec l’eau apportée pour humidifier le sol permet de réduire la quantité d’eau nécessaire pour atteindre l’optimum de compactage. L’économie d’eau ainsi réalisée peut se révéler déterminante notamment dans les régions où les ressources en eau sont peu disponibles, non renouvelables ou nécessitant un transport sur des distances importantes. Le choix d’un traitement avec un sous-produit non traditionnel acide permet dans ce cas de réduire la consommation d’eau du chantier à performances mécaniques comparables d’une part et de préserver l’environnement d’autre part.
CHAPITRE 1
Etude Bibliographique
M.II G.G 1. Etude bibliographique
2 1.1. Introduction
La prise en compte des problématiques de développement durable tend à modifier les pratiques des entreprises de terrassement. La valorisation de l’ensemble des matériaux naturels extraits dans l’emprise du chantier est devenue une priorité au même titre que la réduction de la consommation d’eau et d’énergie. Les techniques de traitement des sols à la chaux ou aux liants hydrauliques sont couramment utilisées afin d’améliorer les caractéristiques géotechniques des sols et de limiter les emprunts de matériaux extérieurs.
Cependant, certains sols ne sont pas aptes à subir ce type de traitement. Il s’agit notamment des sols contenant des perturbateurs de prise (Le Borgne, 2010) ou nécessitant des apports d’eau importants pour être mis en œuvre. Afin de répondre aux problématiques de développement durable impliquant notamment la valorisation de l’ensemble des matériaux naturels excavés, différents produits non traditionnels pourraient être utilisés. Ces produits sont issus de diverses industries et présentent l’avantage d’être bon marché et d’avoir a priori un impact environnemental limité. Cependant, leurs conditions d’utilisation restent encore mal connues et les études indépendantes sur le sujet sont peu nombreuses. Malgré les intérêts potentiels présentés par les produits non traditionnels, certains auteurs (Katz et al., 2001 ; Rauch et al., 2002 ; Tingle et Santoni, 2003) notent le manque d’études scientifiques détaillées permettant d’évaluer de façon objective les effets de ces produits sur les caractéristiques géotechniques des sols traités. Dans ce contexte, la conduite d’évaluations rigoureuses s’impose.
Des guides d’utilisation des produits non traditionnels pour la réalisation de routes non revêtues ont été établis aux États-Unis (Maher et al., 2005 ; Kestler, 2009). Leur emploi permettrait notamment d’augmenter la densité des sols, de limiter leur érosion tout en réduisant les émissions de poussières liées au trafic. Parmi l’ensemble des produits disponibles, la présente étude s’intéresse aux produits acides contenant du limonène sulfonaté dont l’utilisation est relativement répandue au sein des produits non traditionnels. Ces produits agiraient par dissolution des minéraux argileux conduisant à améliorer le comportement mécanique des sols (Scholen, 1995). Cependant, le mécanisme d’action proposé n’est pas étayé d’observations expérimentales.
Des résultats issus de différents projets de traitement entrepris aux États-Unis entre 1992 et 1995 indiquent un certain nombre de succès lors de la mise en œuvre in situ des traitements
3
(Scholen, 1995). Toutefois, dans certains cas, le traitement s’est soldé par un échec dont la cause est généralement attribuée à des erreurs dans les procédures d’application ou de dosage des produits utilisés. La présence de carbonate de calcium est également supposée influencer les résultats mécaniques obtenus après traitement (Marquart, 1995). D’autres études in situ ont mis en évidence des améliorations de 10 à 130 % de l’indice CBR des sections traitées après huit mois de cure (Visser, 2007). Cependant, les résultats des essais effectués en laboratoire n’ont montré que des modifications mineures des caractéristiques mécaniques étudiées. Par exemple, des modifications de moins de 10% de la résistance à la compression simple d’une grave argilo-sableuse et d’un limon traités avec différents dosages d’un produit acide ont été constatées (Santoni et al., 2002 ; Tingle et Santoni, 2003). De même, les essais de compactage effectués par les mêmes auteurs n’ont pas permis de mettre en évidence de modifications significatives. Toutefois, certaines études ont montré des augmentations ou diminutions d’un à deux points des teneurs en eau à l’optimum de compactage pour différents sols argileux (Rauch et al., 2003 ; Rajendran et Lytton, 1997).
Les résultats des études citées préalablement montrent le potentiel des produits non traditionnels acides en traitement des sols. Cependant, une grande variabilité des résultats est observée. Son origine peut être liée à la fois à la nature des sols et à celle des produits acides utilisés. Ainsi, cette étude cherche principalement à mettre en évidence le rôle de la nature du sol sur les effets du traitement et à proposer des applications pour les sols considérés.
1.2. Le sol compacté
Les sols sont des matériaux naturels provenant de la destruction mécanique et/ou physico- chimique des roches. Ils sont constitués de grains de dimensions très variables, de quelques micromètres à quelques décimètres, pouvant être séparés aisément par simple trituration ou éventuellement sous l’action d’un courant d’eau. Les sols de nature et d’origines géologiques très divers : alluvions, matériaux meubles, sédimentaires, dépôts glaciaires, éboulis, pentes.
On entend par nature du sol les caractéristiques du sol qui ne varient pas ou très peu, lorsqu’on le manipule, que ce soit à l’extraction, au transport, à la mise en remblai ou au compactage. C’est le cas par exemple pour la granulométrie une grave et l’argilosité d’un sol fin. Par contre, les caractéristiques d’état d’un sol sont celles qui peuvent être modifiées par l’environnement dans lequel il se trouve. C’est le cas en particulier pour l’état hydrique.
M.II G.G 1. Etude bibliographique
4
Dans la classification des sols utilisés pour les corps de remblais (GTR, 1992), les paramètres retenus pour caractériser la nature du sol sont : la granulométrie (Dmax, tamisat à 80µm, tamisat à 2µm), l’argilosité (indice de plasticité Ip, valeur de bleu de méthylène). Pour caractériser l’état hydrique du sol, trois paramètres sont retenus dans la classification des sols : le rapport de la teneur en eau naturelle wn à la teneur en eau à l’optimum Proctor normal wOPN, l’indice de consistance Ic et l’indice Proctor immédiat IPI.
Les études de laboratoire pratiquées pour la caractérisation des sols compactés utilisés en remblais comportent généralement : l’essai Proctor et l’essai d’indice portant immédiat.
1.2.1. Caractéristiques des sols compactés
Essai Proctor
On a très longtemps admis que les remblais construits pour les besoins des travaux publics
« tassaient » sous leur propre poids en quelques années et que ce phénomène devait être accepté sans autre explication. Le mérite revient à l’ingénieur américain Proctor d’avoir d’une part cherché à analyser le phénomène et, d’autre part, proposé des méthodes rationnelles pour faire prévaloir.
Les études de Proctor datent de 1929 et ont été entreprises, en Californie, à l’occasion de la construction de barrages en terre. Elles ont été publiées en 1933 (Fondamental Principles of Soil Compaction-Engineering News Record- Août et Septembre 1933). Depuis, de très nombreuses recherches ont eu lieu dans tous les pays afin de perfectionner et d’uniformiser les procédés de laboratoire et de mieux connaître les propriétés des divers sols (Jeuffroy 1978).
Dans ces travaux Proctor a démontré que le compactage est une fonction de quatre variables : a) la masse volumique sèche, b) la teneur en eau, c) l’effort de compactage et d) le type de sol (c.à.d. la distribution des particules solides et la quantité d’argile minérale). Il proposa alors un essai standard pour déterminer les caractéristiques de compactage au laboratoire. Dans cet essai, un échantillon de sol à particules inférieures à 20 mm est compacté en trois couches dans un moule standard avec une certaine énergie fournie par une dame d’un poids de 2,5 kg tombant d’une hauteur constante. Un autre essai appelé Proctor modifié a été par la suite proposé par l’Américain Association of State Highwaya officials (A.A.S.H.O) où l’échantillon de sol à particules inférieur à 37,5 mm est compacté en 5
5
couches dans le même moule mais avec une dame de 4,5 kg. Chaque couche est compactée pour une période de 60 secondes (Chelghoum 2006).
On appelle « courbe Proctor » la courbe reliant la densité sèche d’un matériau à sa teneur en eau pour une énergie de compactage donnée. La courbe obtenue pour une énergie égale à 5 N.cm/cm3 est appelée « courbe Proctor Normal » et constitue la courbe de référence pour représenter le comportement au compactage des matériaux de remblai. La Figure 1.1 donne deux courbes Proctor correspondant à deux énergies différentes :
- La courbe « Proctor Normal » correspondant à l’énergie de 5 N.cm/cm3 ;
- La courbe « Proctor Modifié » correspondant à l’énergie de 25 N.cm/cm3 qui constitue la référence pour évaluer le compactage des matériaux des chaussées.
On constate sur la Figure 1.1 que les deux courbes présentent la même allure : une augmentation de la densité en fonction de la teneur en eau jusqu’à une certaine valeur maximale suivie par une chute. Le pic de ces courbes correspond à la densité maximale de compactage obtenue pour ce matériau et l’énergie de compactage considérée. La teneur en eau correspondant à cette densité maximale est appelée teneur en eau optimale. Sur cette même figure sont représentées les courbes de saturation du matériau à 80 et 100% (Alshihabi, 2002).
La courbe à 100% de saturation constitue l’enveloppe de toutes les courbes d = f (w) quelle que soit l’énergie de compactage utilisée. La courbe à 80% de saturation, approximativement, est le lieu des optima de teneur en eau pour l’ensemble des matériaux compactés à l’énergie Proctor Normal.
.
M.II G.G 1. Etude bibliographique
6
Figure 1.1. Courbes Proctor normal et modifié (Alshihabi, 2002).
En particulier, on constante que, si on compacte le sol à l’énergie Proctor Normal, la valeur de la densité sèche correspondant à 95% de la densité sèche maximum Proctor Normal (qui est une valeur minimale acceptée pour un matériau de remblai) peut être atteinte ou dépassée pour toute teneur en eau située entre deux valeurs : l’une du coté sec et l’autre du coté humide. Si la teneur en eau du matériau est située à l’extérieur de cette plage, il peut être possible d’atteindre cette densité de 95% de la densité sèche maximum Proctor Normal à condition d’augmenter l’énergie de compactage. On constate cependant que, si l’on peut effectivement compenser largement un manque d’eau par un sur-compactage, en revanche un excès d’humidité ne peut plus être traité par cette technique des que la teneur en eau atteint la teneur en eau de saturation correspondant à la densité sèche de 95% de la densité sèche maximale du Proctor Normal.
A partir des "courbe Proctor" à différentes énergies de compactage, il est possible de dire si la teneur en eau naturelle d’un sol permettra de le compacter pour atteindre les 95% de la densité Proctor recherché, mais elles ne suffisent pas pour affirmer que la résistance au cisaillement acquise immédiatement après la mise en œuvre du matériau ne risque pas de diminuer si le sol vient à se retrouver saturé (cas d’une inondation en pied de remblai, par exemple).
Po ids vo lu mi qu e se c (k N/
m3 )
Teneur en eau (w %)
7
Essai d'indice portant immédiat (IPI)
L'établissement des courbes (IPI-teneur en eau) et CBR après immersion en eau permet de répondre à ces dernières questions. La Figure 1.2 présente deux séries de courbes (Alshihabi, 2002). La première est la courbe de variation de l’indice portant immédiat (IPI) en fonction de la teneur en eau : elle traduit l’évolution de la résistance au poinçonnement du sol pour les différentes teneurs en eau considérées pour établir la "courbe Proctor " à l’énergie Proctor Normal. La seconde est la courbe CBR après quatre jours d’immersion en fonction de la teneur en eau. Elle traduit la modification de la résistance au poinçonnement de chacune des éprouvettes ayant servi à la détermination de la courbe (IPI-teneur en eau) après immersion pendant quatre jours.
Figure 1.2. Indice CBR pour les deux types de compactage, Normal et Modifié.
D’après ces courbes nous constatons que la résistance au cisaillement maximale (valeur IPI) s’obtient pour des teneurs en eau et des densités inférieures à la teneur en eau à l’optimum Proctor Normal et à la densité maximale. Mais si le matériau vient à être imbibé, la chute des caractéristiques est d’autant plus sa teneur en eau de mise en œuvre était faible. La teneur en eau et la densité qui conduisent, en cas d’imbibition, au meilleur compromis entre la chute de résistance et la résistance résiduelle, correspondent aux valeurs de la densité sèche maximale et à la teneur en eau optimale relative à l’énergie de compactage considérée. C’est la raison pour laquelle on cherche à se rapprocher de la teneur en eau optimum Proctor Normal.
M.II G.G 1. Etude bibliographique
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Si le matériau est à une teneur en eau sensiblement plus élevée que la teneur en eau optimale, la résistance au cisaillement après immersion ne sera pas sensiblement modifiée mais restera faible. Un remblai construit avec un tel matériau, à condition que sa stabilité globale soit assurée (pente de talus faible, vitesse de dissipation des pressions interstitielles supérieure à la vitesse de construction du remblai), n’évoluera plus même si une ré-imbibition se produit mais il aura dosé des problèmes à l’exécution (mauvaise traficabilité des engins de transport, difficultés pour régler les plates-formes).
En revanche, si la teneur en eau du matériau est largement inférieure à la teneur en eau optimale, le matériau aura une grande résistance pendant la réalisation, ce qui est intéressant pour la traficabilité des engins mais rend difficile le compactage (il sera toujours difficile d’atteindre 95% de la densité sèche maximum Proctor normal). Si le matériau vient à être ré- imbibé (cas d’une inondation), la chute des caractéristiques sous l’effet des contraintes dues aux engins et au poids des terres risque d’être brutale et produire des réarrangements conduisant à des déformations inacceptables.
En résumé, la construction de remblais en sols fins des régions à climat humide et peu contrasté pose souvent des problèmes d’exécution liés à des difficultés de circulation des engins. Mais, une fois construits, ces ouvrages ont une grande chance d’être définitivement stables. A l’inverse, les conditions les plus défavorables sont celles des régions à climat tranché (saison sèche et saison humide), dans lesquels les travaux sont réalisés pendant la saison sèche. Il faut dans ce cas atteindre le seuil des 95% de la densité sèche maximum Proctor Normal et même si ce seuil est atteint, il est encore possible d’observer sur les grands ouvrages des déformations dues à une ré-imbibition du sol et à une chute brutale et importante de la résistance au cisaillement.
1.2.2. Effet du compactage sur la structure du sol compacté
Effet du compactage sur la microstructure des sols cohésifs
Il a été montré que la densité sèche d’un sol compacté est fonction du type de sol, de l’effort de compactage et la teneur en eau. Comme, il est rare d’obtenir des sols à leur teneur en eau optimale, ils sont alors souvent compactés à un optimum sec ou un optimum humide. Pour les sols cohésifs, cela peut avoir un effet significatif sur les propriétés des remblais compactés.
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Les recherches effectuées sur les sols argileux compactés ont montrés que lorsqu’ils sont compactés à un optimum sec, il y a peu d’effort sur leur structure alors que pour les argiles compactées à un optimum humide la structure du sol subit certaines modifications. Bien que la texture des argiles compactées comme celle des argiles naturelles, soit extrêmement complexe, des observations ont montré que sous certaines conditions les particules prennent de nouvelles orientations (Chelghoum 2006).
Lambe (1958) a montré que la structure de l’argile compactée change avec la modification de la teneur en eau de compactage (Figure 1.3). Un système de particules parallèles appelé système dispersé est généré quand on compacte à droite de l’optimum Proctor. Quand on compacte à gauche de l’optimum, un système floculé de particules se produit.
Figure 1.3. Effet du compactage sur la structure du sol (Lambe 1958).
Barden et Sides (1970) ont montré que le compactage à une teneur en eau basse donne des agrégats durs et peu déformables. Ceci donne une densité sèche basse et des macropores (structure ouverte), le comportement d’une telle structure est isotrope. En augmentant la teneur en eau, les agrégats deviennent de moins en moins durs, ce qui fait disparaitre les macropores et par conséquence augmenter la densité (structure ouverte et moitié orientée).
Quand la teneur en eau est très élevée, la densité diminue car l’eau ne remplace pas facilement l’air piégé dans les pores et les particules argileuses s’orientent (structure orientée), le comportement dans ce cas est anisotrope.
Den sité sèch e
Effort de compactage élevé (4,5 kg)
Effort de compactage faible (2,5 kg) Teneur en eau (w %)
M.II G.G 1. Etude bibliographique
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Effet du compactage sur la perméabilité des sols
L’effet sur la texture lorsque le sol est compacté à un optimum sec ou un optimum humide est montré sur la Figure 1.3. Cette orientation dans la texture du sol a une influence majeure sur la perméabilité du sol. Pour un effort de compactage constant, la perméabilité du sol décroit avec l’augmentation de la teneur en eau. Elle atteint une valeur minimale à la teneur en eau optimale. Avec l’accroissement de l’effort de compactage, le coefficient de perméabilité diminue puisque l’indice des vides décroit. La Figure 1.4 montre l’influence du changement de la teneur en eau sur la perméabilité. On remarque que, la perméabilité du sol est plus élevée pour un sol compacté à un optimum sec que pour un sol compacté à un optimum humide (Chelghoum 2006).
Teneur en eau (w %) Per
méa bilit é (cm
3x1 05)
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Figure 1.3. Effet du compactage sur la perméabilité des sols (Lambe 1958)
Effet du compactage sur la répartition des pores
Plusieurs études sur la répartition des pores pour les sols compactés ont été effectuées, (Sridharan et al. 1971 ; Badger et Lohones. 1973 ; Garcia et al. 1979 ; Garcia Bengochea et Lovell 1981 ; Jaung & Holtz. 1986). Le compactage à gauche de l’optimum tend à donner une distribution bimodale des vides : un grand mode pour les pores inter-agrégats et un petit pour les pores intra-agrégats. Le même effet est remarqué en augmentant l’énergie de compactage, mais par contre la distribution des petits pores ne change pas avec l’effort de compactage (Figure 1.5).
Figure 1.5. La distribution bimodale des pores pour un mélange de 70% de sable d’Ottawa et de 30% de Kaolin compacté par pétrissage en deux énergies de compactage à gauche de l’optimum (Juang et Holtz 1986).
De nsi té sèc he
Diamètre apparent des pores en microns Teneur en eau (w %) Den
sité sèc
he (M g/m
3)
M.II G.G 1. Etude bibliographique
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L’augmentation de la teneur en eau de compactage réduit le volume occupé par les grands pores qui se distribuent en plus petits pores qui ne sont pas affectés par la teneur en eau de compactage, comme le montre la Figure 1.6 (Prapaharan et al. 1991).
Figure 1.6. Effet de la teneur en eau de compactage sur la répartition des pores.
1.3. Sols partiellement saturés
Dans les sols compactés et dans les sols naturels des pays arides. On rencontre des problèmes de gonflement ou de fissuration qui sont dus aux infiltrations, à la remontée capillaire et à l’évaporation. Le caractère tri-phasique des milieux saturés (existence d’une phase gazeuse en plus des phases liquide et solide) complique le comportement du matériau par le développement de ménisques eau-air au sein du squelette du sol. Des techniques particulières ont dû être développées pour étudier le comportement de ces sols.
La nouveauté de la discipline et sa complexité ont conduit à l’émergence de différentes écoles, tant du point de vue des méthodes d’analyse que des approches utilisées pour explique le comportement des sols non saturés (Lu et Likos 2004).
Diamètre des pores en microns Por
osit é
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1.4. L’effet d’un produit acide en traitement des sols
Gaëtan et al. (2011) ont évalués les effets d’un produit acide en traitement des sols.Dans ce contexte, trois sols fins ont été traités avec un produit acide contenant du limonène sulfonaté.
Les résultats ont mis en évidence un décalage de la courbe Proctor vers le coté sec. Cette modification conduit à une amélioration immédiate des résistances à la compression simple du sol traité. La modification des caractéristiques de compactage rend ce type de traitement intéressant pour la mise en œuvre des sols secs et permettrait de réaliser des économies d’eau et d’énergie dans les régions arides ou semi arides. Cependant, les effets observés apparaissent comme très dépendants de la nature du sol.
L’ajout du produit de traitement au dosage de référence entraine un déplacement de deux points de l’optimum du limon de Luxeuil vers le côté sec sans augmentation significative de la masse volumique sèche (Figure 1.7). Un comportement différent est observé pour le limon de Xeuilley pour lequel le traitement ne modifie pas l’optimum de compactage (Figure 1.8).
Le limon calcique réagit différemment des deux autres sols et présente une augmentation de 0,05 Mg/m3 de la masse volumique sèche à l’optimum (Figure 1.9). Cette augmentation est accompagnée du gain d’un point de teneur en eau à l’optimum Proctor (Tableau 1.1).
Figure 1.7. Effet du traitement à 0,0014 % de produit acide contenant du limonène sulfonaté sur la courbe de compactage Proctor normal du limon de Luxeuil.
M.II G.G 1. Etude bibliographique
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Figure 1.8. Effet du traitement à 0,0014 % de produit acide contenant du limonène sulfonaté sur la courbe de compactage Proctor normal du limon de Xeuilley.
Figure 1.9. Effet du traitement à 0,0014 % de produit acide contenant du limonène sulfonaté sur la courbe de compactage Proctor normal du limon calcique.
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Tableau 1.1. Caractéristiques de l’optimum de compactage pour chaque sol non traité (NT) et traité (T) à 0,0014 % de produit acide contenant du limonène sulfonaté.
Dans les travaux de Gaëtan et al. (2011), le traitement de trois limons avec un produit non traditionnel contenant du limonène sulfonaté a permis de mettre en évidence des modifications des caractéristiques de compactage des sols. La diminution de deux points de la teneur en eau optimale du limon de Luxeuil rend le traitement intéressant pour la mise en œuvre de ce sol s’il se trouve initialement dans un état sec. En effet, l’ajout du produit de traitement avec l’eau apportée pour humidifier le sol permet de réduire la quantité d’eau nécessaire pour atteindre l’optimum de compactage.
CHAPITRE 2
L’essai de Compactage au laboratoire
14 2. 1. Introduction
Le sol est l’un des matériaux le plus disponible sur site. Son utilisation dans la construction des barrages en terre, des routes, des aéroports et des lignes de chemin de fer est très économique. Toutefois, la mise des remblais au hasard sans aucune intention d’améliorer leur qualité entraine la réalisation des structures instables. Il est donc très important de bien placer le matériau et de le compacter.
Le compactage est l’ensemble des opérations mécaniques qui conduisent à accroitre la densité en place d’un sol. Celle-ci est due essentiellement à la diminution de la quantité d’air dans ses pores. Le changement de volume d’eau n’est pas significatif, c’est ce qui différencie fondamentalement de la consolidation. Le but de compactage est de resserrer la texture du sol, réduire les possibilités de déformation, augmenter sa capacité portante et sa résistance au cisaillement (Chelghoum, 2006).
Le degré de compactage d’un sol se mesure en fonction de sa masse volumique sèche γd
c’est à dire la masse de particules solides par unité de volume du sol. Si la masse volumique de sol est γ et la teneur en eau w alors la densité sèche est donnée par l’équation suivante :
γd = γ / (1+ w) ………. (1)
2.2. Principe de l’essai Proctor normal et Proctor modifié (NF P 94-093)
Le principe de ces essais consiste à humidifier un matériau à plusieurs teneurs en eau et à le compacter, pour chacune des teneurs en eau, selon un procédé et une énergie conventionnels. Pour chacune des valeurs de teneur en eau considérées, on détermine la masse volumique sèche du matériau et on trace la courbe des variations de cette masse volumique en fonction de la teneur en eau.
D’une manière générale cette courbe, appelée courbe Proctor, présente une valeur maximale de la masse volumique du matériau sec qui est obtenue pour une valeur particulière de la teneur en eau. Ce sont ces deux valeurs qui sont appelées caractéristiques optimales de compactage Proctor normal ou modifié suivant l’essai réalisé. Les deux essais sont identiques dans leur principe, seules diffèrent les valeurs des paramètres qui définissent l’énergie de compactage appliquée.
2.3. Préparation des éprouvettes
La totalité du matériau prélevé est, si nécessaire, séchée à l’air ou dans une étuve réglée à 50°C maximum jusqu’à un état hydrique jugé suffisamment sec pour commencer l’essai.
Après séchage, le matériau est tamisé à 20 mm et seul le tamisât est conservé pour l’exécution de l’essai. Le matériau est homogénéisé et divisé par appréciation visuelle en au moins cinq parts égales. Les parts sont humidifiées à une teneur en eau telle que les teneurs en eau de trois parts au moins et quatre au plus soient réparties entre :
Chapitre2. L’essai de compactage au laboratoire
15
0,8 wOPN(ou OPM) et 1,2 wOPN(ou OPM)
Après humidification, chaque part est conservée en boîtes ou sacs hermétiques durant un temps fonction de l’argilosité du matériau pour parfaire la diffusion de l’eau. C’est à partir de chacune de ces parts que seront confectionnées les éprouvettes destinées à la détermination des points de la courbe Proctor. L’humidification de chacune des parts du matériau constitue la phase la plus délicate de l’essai.
La première difficulté est celle du choix des teneurs en eau à attribuer à chaque part étant donné que l’on ne connaît pas la wOPN ou wOPM du matériau. L’opérateur doit donc en estimer une valeur approchée. Pour cela, il a recours à des tests tactiles et visuels et son expérience est déterminante dans la justesse de cette estimation. À défaut d’une expérience suffisante, l’opérateur doit envisager une détermination de la courbe Proctor en plus de cinq points et préparer les quantités de matériaux et le nombre de parts en conséquence.
Une seconde difficulté réside dans les modalités d’incorporation de l’eau au sein du matériau qui dans tous les cas doit se faire lentement, de manière bien répartie à la surface du matériau et dans toute la mesure du possible à l’aide d’un pulvérisateur, en maintenant le malaxage pendant l’introduction de l’eau. En outre, ces modalités dépendent de l’argilosité des matériaux (définie selon la norme NF P 11-300) :
— dans le cas des matériaux sableux et graveleux, le malaxage peut se faire manuellement ou à l’aide de n’importe quel type de malaxeur. L’observation d’une durée de conservation pour homogénéisation de 15 min en boîtes ou sacs hermétiques est suffisante ;
— dans le cas des matériaux limoneux et sablo-limoneux, les modes de malaxage indiqués pour les matériaux sableux et graveleux sont conservés mais le temps de conservation en boîtes ou sacs étanches doit être porté à 2 h ou 3 h ;
— dans le cas des matériaux argileux, il convient d’abord de les réduire en une mouture 0/2 (évaluée de visu). L’exécution manuelle de cette opération est le plus souvent fastidieuse, elle peut être grandement facilitée par l’emploi d’un malaxeur-désagrégateur.
Le matériau réduit est ensuite humidifié à l’aide d’un pulvérisateur, tout en maintenant le malaxage. Celui-ci peut se faire manuellement ou plus avantageusement à l’aide du malaxeur- désagrégateur. Après introduction de l’eau et constatation visuelle d’une stabilisation du comportement du matériau sous l’action du malaxage, il est introduit dans des boîtes ou sacs hermétiques et conservé entre 24 h et 48 h selon l’argilosité.
16 2.4. Mode opératoire
2.4.1. Choix du type de moule
Le choix du type de moule (moule Proctor ou CBR) est imposé par la granularité du matériau et l’utilisation envisagée des résultats de l’essai. Leurs dimensions respectives sont aussi données dans le Tableau 2.1.
Tableau 2.1. Dimensions des moules Proctor et CBR
Moule Proctor Moule C.B.R
Hauteur : 11,70 cm Hauteur : 15,20 cm
Diamètre : 10,16 cm Diamètre : 15,20 cm
Dimension des grains : ≤ 5 mm Dimension des grains : 5 mm ≤ d ≤ 20 mm
2.4.2. Exécution de l’essai
Dans l’essai Proctor normal, un échantillon de sol à particules inférieures à 20 mm est compacté en 3 couches dans un moule standard (Figure 2.1) avec une certaine énergie fournie par une dame d’un poids de 2,5 kg tombant d’une hauteur constante.
L’essai Proctor modifié été par la suite proposé par l’A.A.S.H.O1 pour des échantillons de sol à particules inférieures à 37,5 mm est compacté en 5 couches dans le même moule mais avec une dame de 4,5 kg. Chaque couche est compactée pour une période de 60 secondes.
Le Tableau 2.2 donne les différentes caractéristiques pour les essais Proctor et Proctor modifié, où deux types de moules sont indiqués à savoir le moule Proctor et le moule C.B.R2.
Tableau 2.2. Modalités d’exécution des essais Proctor normal et modifié Essai
Proctor
Masse de la dame (kg)
Hauteur de chute
(cm)
Nombre de coups par couche
Nombre de couches
Energie de compactage
(kj/dm3)
Normal 2,490 30,50 25 (moule
PROCTOR) 56 (moule CBR)
3 3
0,59 0,53
Modifié 4,535 45,70 25 (moule
PROCTOR) 56 (moule CBR)
5 5
2,71 2,41
1 A.A.S.H.O : American Association of State Highways Officials.
2 C.B.R : Californian Bearing Ratio.
Chapitre2. L’essai de compactage au laboratoire
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Figure 2.1. Appareillage Proctor et C.B.R (moules avec accessoires)
Pour les deux méthodes de compactage, l’essai est réalisé sur plusieurs échantillons chacun à une teneur en eau différentes, un nombre de 5 échantillons est recommandé. Mais il est préférable, si cela est possible, d’en obtenir un 6ème échantillon. La quantité de sol à préparer pour réaliser 6 essais sera :
- Dans le cas d’utilisation du moule Proctor : 6 x 2,5 kg = 15 kg de sol, - Dans le cas du moule C.B.R : 6 x 5,5 kg = 33 kg au moins.
La quantité de matériau à utiliser pour chaque couche est approximativement indiquée dans le Tableau 2.3 :
Tableau 2.3. Quantité du sol utilisé pour chaque couche
Moule Essai Proctor normal (3 couches) Essai Proctor modifié (5 couches)
Proctor 650 g 400 g
C.B.R 1700 g 1050 g
Le compactage s’effectue selon le schéma de la Figure 2.2, le nombre de coups par couche est :
- Pour le moule Proctor et par couche : 6 séquences de 4 coups dans chaque quadrant et le 25eme coup au centre.
- Pour le moule C.B.R et par couche : 8 séquences de 7 coups (six approximativement tangents à la périphérie et le 7ème au centre).
18 1
2
3
4
1 2
3 4
5 6 7
Moule C.B.R Moule Proctor
Figure 2.2. Schéma de principe de la répartition des coups de dame sur une couche Remarques utiles au bon déroulement de l’essai :
Avant introduction du matériau dans le moule il y a lieu de : - solidariser : moule, embase et rehausse ;
- lubrifier le cas échéant les parois du moule ;
- placer le disque d’espacement au fond du moule CBR lorsqu’il est utilisé ;
- placer éventuellement un papier-filtre ou un film plastique au fond du moule Proctor ou sur le disque d’espacement du moule CBR pour faciliter le démoulage.
Introduire alors la quantité de matériau pour que la hauteur de la première couche après compactage soit légèrement supérieure au tiers ou au cinquième de la hauteur du moule respectivement pour l’essai Proctor normal et pour l’essai Proctor modifié.
Compacter cette couche avec la dame correspondante en appliquant respectivement 25 coups ou 56 coups par couche suivant le schéma de la Figure 2.2, et répéter l’opération autant de fois que l’exige le nombre de couches à réaliser.
Après compactage de la dernière couche, retirer la rehausse, le matériau doit alors dépasser du moule d’une hauteur d’un centimètre au maximum. Cet excédent est arasé soigneusement au niveau du moule en opérant radialement du centre vers la périphérie du moule. Si des éléments > 10 mm sont entraînés dans cette opération, en laissant des vides à la surface de l'éprouvette, combler ceux-ci avec des éléments fins qui sont lissés avec la règle à araser.
Peser l'ensemble du moule avec le matériau, démouler l'éprouvette pour extraire un échantillon représentatif pour en déterminer la teneur en eau.
Chapitre2. L’essai de compactage au laboratoire
19 Poids volumique secγd (kN/m3 )
Coté sec Coté humide
Teneur en eau optimum (wopt) w % γdmax
2.4.3. Présentation des résultats
Les résultats sont interprétés en traçant la courbe de la teneur en eau (w) mesurée après chaque essai en fonction du poids volumiques sec (γd) obtenu (Figure 2.3). Le tracé de cette courbe permet de déterminer la valeur maximale du poids volumique sec (γdmax) au quelle correspond la teneur en eau optimum (wopt). C’est l’optimum Proctor normal (γdmax, wopn) ou modifié (γdmax, wopm).
Figure 2.3. Courbe expérimentale schématique d’un essai Proctor
Si tout l’air contenu dans le sol est expulsé par le compactage, celui-ci sera dans un état de saturation complet (Sr = 100%). La masse volumique sèche sera la valeur maximale possible pour une teneur en eau correspondante. Cette valeur maximale possible γd max est appelé
« valeur de saturation » et peut être calculée par l’expression suivante :
γd
. γ………(2)
En pratique il est impossible d’atteindre la valeur de saturation complète. Quel que soit la méthode et l’effort de compactage utilisé une quantité d’air demeure néanmoins dans le sol.
Ainsi, la masse volumique sèche peut être exprimée comme suit :
γd
. γw ………... (3)
La Figure 2.4 (Chelghoum 2006) montre que les courbes de compactage pour différentes énergies de compactage sont toujours du côté gauche de cette ligne de saturation (Sr =100 %).
20
Figure 2.4. Courbe de compactage pour différents efforts de compactage sur un même sol
De nsit é Sèc he
Teneur en eau w (%)
CHAPITRE 3
Matériels et méthodes de compactage in-situ
21 3.1. Introduction
In-situ le compactage des terrains se fait en plusieurs couches d’épaisseur de 75mm à 450mm. Le compactage de ces couches de faibles épaisseurs dépend de la nature et l’importance du travail à effectuer. Chaque couche est compactée à un standard spécifique utilisant des engins mécaniques. L’équipement utilisé dépend du type de sol (et de l’équipement disponible chez l’entrepreneur).
3.2. Matériels de compactage in-situ 3.2.1. Rouleaux lisses
Les rouleaux à jantes lisses comprennent les rouleaux tri-jantes et les rouleaux tandem (Figure 3.1). Les rouleaux tri-jantes possèdent trois roues, deux grandes à l’arrière et une plus petite à l’avant. Ils possèdent un poids de 5 à 10 tonnes. Les rouleaux tandem sont équipés de deux roues identiques de 1 et 20 tonnes. Les deux types de rouleaux conviennent pour la plus part des sols à l’exception des sables uniformes et les sables limoneux. Une surface lisse est obtenue après compactage ce qui facilite l’évacuation des eaux pluviales, mais entrainant une faible adhérence entre deux couches successives. Par conséquent, le remblai tend à être laminé.
Figure 3.1. Rouleaux tandem
Chapitre 3. Matériels et méthode de compactage in-situ
22 3.2.2. Rouleaux à pneus
Cet équipement est destiné au compactage d’une large variété de sol à particules grosses et fines (Figure 3.2.). Il ne convient pas aux sols uniformément gradués. Les roues sont disposées à l’avant et à l’arrière de sorte que le recouvrement soit total à chaque passe. La surface compactée est relativement lisse entrainant une faible adhérence des couches successives. Si l’adhérence est nécessaire, la surface compactée doit être traitée en surface rugueuse. L’augmentation de l’énergie de compactage peut être obtenue par l’augmentation de la pression des pneus. Deux types de rouleaux à pneus sont actuellement utilisés. Les petits rouleaux avec généralement 9 ou 11 roues ont une charge de l’ordre de 700 kg chacune est une pression de 2 bars. Les gros rouleaux pèsent par contre 25 à 200 tonnes avec une charge par pneu de 9 à 45 kg et une pression de 5 à 10 bars
Figure 3.2. Compacteur pneumatique 3.2.3. Rouleaux à grilles
Ces rouleaux ont une surface composée de gros grillage d’acier à large mailles. Ils couvrent une surface de 50% au contact avec le sol. Ces rouleaux peuvent produire une pression de contact variant entre 1400 et 6200 kPa et ne peuvent être utilisés que pour les sols graveleux et les enrochements.
Figure 3.3. Rouleaux à grilles
