Gouvernement du Québec Ministère des Transports Laboratoire central
PRÉPARÉ PAR
GUY DALLAIRE, INC.
C A N Q G E T R
SM 1 9 0
Complexe scientifique, 2700, rue Einstein, Sainte-Foy, QC G1P 3W8 Tél.: (418) 643-3178 • Télécopieur (Fax) (418) 646-6692
Laboratoire central
PRÉPARÉ PAR
GUY DALLAIRE/ IMG.
ITif
Cy^O TjC
MINISTERE DES TRANSPORTS
C E N T R E D E D O C U M E N T A T I O N 200, Rue Dorchestér s^ud, 7e
ptjébec, (Québec), G 1 K 5Z1
Complexe scientifique, 2700, rue Einstein, Sainte-Foy, QC G1P 3W8 Tél.: (418) 643-3178 • Télécopieur (Fax) (418) 646-6692
SOMMAIRE
PAGE
INTRODUCTION 4 CHAPITRE 1 Sollicitations mécaniques 5
1.1 Usure par attrition en présence d'eau 5
1.1.1 Fondations 5 1.1.2 Revêtements 5 1.1.3 Essai d'usure par attrition 8
1.2 Friabilité 9 1.2.1 Fondations 9 1.2.2 Revêtements 11 1.2.3 L'essai de friabilité 12
CHAPITRE 2 Essais et analyses des résultats 13 2.1 Provenance des matériaux étudiés 13 2.2 Essais et analyses des résultats 15 2.2.1 Essai de durabilité MgSO^ ... 17 2.2.2 Essai de friabilité, résultats et discussion 18
2.2.3 Essai d'attrition, résultats et discussion 20
2.2.3.1 Granulats calcaires . .' 22
2.2.3.2 Roches vertes 22 2.2.3.3 Salle alluvionnaire 23
2.2.3.4 Considérations générales de l'essai d'attrition 24
2.2.4 Essai de densité et d'absorption 24
2.2.5 Étude de corrélations 25 2.2.5.1 Expression des résultats de l'essai Micro Deval 25
2.2.5.2 Corrélations entre les essais 26 2.3 Hypothèse de classement de qualité 28 CHAPITRE 3 Mise en évidence de la mauvaise qualité
de granulats fins 31 3.1 St-Ferdinand d'Halifax Route 265
Détérioration précoce d'une chaussée 31 3.2 Concassage et amélioration de la qualité
d'un gravier non conforme 33 4.0 Conclusion et recommandations 35
5.0 Références 38 6.0 Remerciements 39
Figure lA Micro Deval 40 Prise d'essai 5 mm - 80 /xm
Relation entre les pourcentages passant les tamis 160 nm et 80 ^m
Figure IB Micro Devàl 41 Prise d'essai 5 mm - 160 nm
Relation entre les pourcentages passant les tamis 160 /xm et 80 /xm
Figure IC Micro Deval 42 Relation entre les pourcentages passant les
tamis 5 mm - 160 nm et 5 mm - 80 /xm
Figure 2 Micro Deval et friabilité (N = 18) 43 Figure 2B Granulats fins de calcaire, Micro Deval et
friabilité (N = 11) 44 Figure 3 Granulat fins de calcaire, friabilité et
pertes à l'essai MgSo^ 45 Annexe A Provenance des matériaux étudiés 46
Annexe B Gravier - Gros granulats non conformes - Devis de traitement d'élimination de particules nuisibles produites par con-
cassage 49 Annexe Granulats fins - Détermination du coeffi-
• cient d'usure par attrition à l'aide de
l'appareil Micro Deval 53
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 5
INTRODUCTION
La portion de granulat passant le tamis 5 mm - appelée aussi granulat fin - entre pour 25 à 100% dans la composition des différentes couches d'une structure routière. Elle constitue un matériau essentiel. Dans une chaussée, la stabilité et la durée sont prioritaires qu'il s'agisse d'enrobés, de matériaux de fondation traitées ou non. Suivant l'usage que l'on veut en faire, des caractéristiques doivent être imposées : angularité, rugosité de surface, granulométrie, propreté
... Celles-ci sont utiles, mais insuffisantes pour décrire des matériaux de viabilité. Pour ce faire, des spécifications doivent porter tout particulièrement sur la friabilité et l'attrition pour la bonne tenue d'une route.
Une fois définie, grâce à des essais de laboratoire, les propriétés du granulat fin devront être maintenues pour que le matériau «composite» dont il constitue une partie importante, conserve ses particularités.
L'objet de ce travail est de souligner l'importance de la résistance mécanique du granulat fin et de suggérer des moyens de traitement d'une source pour garder les bonnes propriétés initiales ou pour améliorer une qualité marginale de la partie sable d'un gravier.
1.0 SOLLICITATIONS MÉCANIQUES
Quelle que soit leur position dans une structure de chaussée, les granulats (gros ou fins) doivent résister, lors de la construction ou la vie durant, aux sollicitations par attrition et par chocs.
1.1 Usure par attrition en présence d'eau
1.1.1 Fondations
Dans les fondations, les matériaux subissent, au passage de véhicules lourds durant la construction et en présence d'eau, des contraintes et souvent des déplacements relatifs. Il y a des effets de coincement de fragments qui se traduisent par un certain nombre de contacts où se manifestent des efforts qui peuvent conduire à l'écrasement des arêtes (attrition). Les frottements amènent une usure par formation de petites particules.
Parmi nos sources les plus exploitées, on peut ranger en deux principales catégories, les matériaux dégradables :
Les calcaires tendres, les calcaires schisteux
Ils sont souvent caractérisés par une hétérogénéité des fragments individuels : microfissures, fossiles, grains de différentes grosseurs, microlits de shales, porosités. Cette hétérogénéité et la dureté insuffisante du granulat expliquent
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 7
surtout cette dégradation qui fait que, en présence d'eau le matériau ne résiste pas au frottement dû au trafic;
les schistes :
dans les Appalaches, le gros granulat de gravier libère par concassage des particules de schistes à séricite dur et mou, de pelites de différentes duretés. Ces matériaux sont dégradables parce qu'ils contiennent des minéraux feuilletés doux, onctueux. En présence d'eau, ils constituent un lubrifiant facilitant, lors de la compaction, un déplacement et un tassement des grains. L'aptitude des minéraux micacés à récupérer de l'eau s'accompagne de gonflements importants et de pertes de la résistance mécanique. Les minéraux libérés par attrition forment avec l'eau une boue composée de minéraux d'altération ou de-minéraux phylliteux. Sous l'action des intempéries, les fondations peuvent se dégrader rapidement en fabriquant des fines hydrophiles plastiques gonflantes et conséquemment deviennent plus imperméables, gélives et de portance réduite.
1.1.2 Revêtements
L'action du trafic engendre, en présence d'eau, une usure qui peut émousser les arêtes et diminuer ainsi l'angularité
initiale de la partie grossière d'un granulat fin.
En outre, certains fragments dont les constituants sont mal soudés : grès à ciment pélitique, agglomérats de minéraux phylliteux...peuvent être la cause de mini-dislocations ou de mini-glissements sous l'action d'une circulation lourde.
En technique routière, l'eau joue un rôle très important dans les phénomènes d'usure pour plusieurs minéraux, aussi l'évolution peut être très grande. Puisque sur les surfaces de revêtements l'eau est très souvent présente, le processus d'usure par frottement en présence d'eau sous l'action de poussières doit être pris en considération.
La présence de minéraux du type phyllosilicate-micas est un élément de faiblesse pour le granulat. Quand ils sont dominants, la résistance des fragments est faible et la sensibilité à l'eau est accusée. Ce type de matériau peut être une cause importante de l'usure du pavage. Leur facilité à produire par concassage, dans le granulat fin, des paillettes micacées, des paquets phylitteux ne peuvent assurer une qualité suffisante de cohésion des éléments. Les mini- plans de glissement qu'ils provoquent peuvent contribuer à l'instabilité d'un revêtement.
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 8
Le ciment pélitique des grès est sensible à l'eau et ne peut empêcher les dislocations, par contre le ciment microsiliceux des grès et quartzites assurent une bonne cohésion.
Le quartz qui compose la majorité de nos sables, apporte une bonne résistance à l'attrition.
1.1.3 Essai d'usure par attrition du granulat fin
L'essai élaboré par le ministère des Transports de l'Ontario est celui le mieux adapté actuellement pour informer de l'aptitude d'un granulat fin à se transformer dans la chaussée sous l'action mécanique des véhicules. Il est un dérivé de l'essai français »N-P 18-572 - Essai d'usure micro Deval». La prise d'essai est de 500 grammes de matériau saturé dans l'eau durant 24 heures et ensuite introduite avec 750 ml d'eau et 1250 grammes de billes d'acier de 9.5 mm ± 0.5 dans la jarre cylindrique. La période de rotation est de 15 minutes. Pour cette étude, les calculs de particules passant les tamis 160 et 80 Miti ont été établis. Pour l'essai ontarien le pourcentage de particules passant le tamis 80 /xm exprime la perte par attrition.
Le granulat est également immergé dans l'eau durant 24 heures.
L'eau pénètre par le jeu des minéraux hydrophiles situés dans
les plans de discontinuités, lesquels constituent des zones de faiblesse. Celles-ci, combinées avec des matériaux tendres et altérables, affaiblissent la résistance à Tattrition. Une charge abrasive élevée assure l'usure des grains les uns contre les autres et contre les parois du contenant cylindrique. Pour des pertes supérieures à 30%, passant le tamis 160, nous avons noté que l'action de l'équipement lourd (camion, pilier mécanique ...) et de l'outil 1 âge de compactage provoquaient des changements granulométriques prononcées du granulat fin.
1.2 Friabilité 1.2.1 Fondations
Pour les fondations de routes, la fragmentation est un phénomène toujours présent. La susceptibilité d'un fragment de se réduire en des éléments de toutes dimensions est considérée comme un facteur important pour la durabilité d'une chaussée.
L'écrasement des matériaux peut amener une modification de la courbe granulométrique et changer les priorités initiales désirées. Cela peut devenir critique si ces écrasements produisent beaucoup de matériaux fins et très fins.
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 10
Les granulats montrant des micro-fissures, microlits et de la porosité peuvent ne pas résister à des efforts de compression et de cisaillement ou de charges répétées.
Cette faible résistance est également possible pour des roches à texture grossière car leurs fissures ont parfois des longueurs qui voisinent la taille des cristaux. Le produit du concassage d'une source de matériau meuble peut améliorer la qualité du gros granulat mais par contre aussi diminuer sensiblement les propriétés de la partie sable du dépôt. Nous n'avons pas pris en considération par l'analyse pétrographique, de la partie grossière du banc, des éléments défectueux et nocifs qui peuvent aboutir dans la fraction
inférieure à 10 mm:--
calcaire cristallin, schiste ardoisier
certaines brèches volcaniques grès de faible dureté
micro grès argileux particules agglomérées granité fragile
certaines pegmatites
Que ce soit pour fondation inférieure ou supérieure, le granulat fin doit, comme le gros granulat, être l'objet de
spécifications pour réduire les inconvénients de la friabilité. Celle-ci peut nuire passablement lors de la construction de route en raison du passage de l'équipement lourd et de l'outillage de compactage. Le trafic lourd et intense d'une autoroute nécessite des matériaux durables. Les fondations d'une route subissent des chocs violents si la chaussée est soumise à une circulation rapide des poids lourds tels que tracteurs, semi-remorques de 50,000 kg, de trains routiers à 9 essieux d'une masse totale de 60,000 kg. Des spécifications doivent donc être imposées pour réduire ce type de sollicitations.
1.2.2 Revêtements
La couche de roulement, et de façon moindre, la couche de base, subissent des chocs par 1'intermédiaire des roues. La charge à l'essieu, la pression de gonflage et l'utilisation de pneus à crampons sont avec la vitesse des éléments destructeurs importants.
Le granulat fin constitue avec le liant (et le filler) l'ossature du mélange bitumineux comme tel face au trafic lourd, lent et intense, il doit être apte à résister à de fortes pressions sans s'écraser. Dans les zones de freinage, d'accélération et de virage, il est soumis à des
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 12
sollicitations complexes comportant des contraintes (compression et cisaillement) qui croissent puis s'annulent rapidement. Il subit des chocs violents provoqués par la circulation rapide de poids lourds (trains routiers de plus 50 tonnes, camions porteurs avec remorque). La fragmentation est importante dans le cas de pneus à crampons. Requirand cite l'exemple du passage d'un million de véhicules de tourisme, équipés de ces pneus sur quatre roues, qui ont arraché 50 tonnes de matériaux au kilomètre. Il est certain qu'une partie de ces matériaux concerne le granulat fin qui compose une fraction importante de la couche de roulement observée.
• Comparativement aux fondations non traitées, l'utilisation du bitume limite les mouvements relatifs des fragments mais sans les supprimer. Jusqu'où devrons-nous accepter des particules friables, tendres ou altérées dans des couches bitumineuses de base de surface ?
1.2.3 L'essai de friabilité
L'essai de friabilité NQ 2560-080 nous permet de sélectionner des matériaux de meilleure viabilité pour contrer les dégradations précitées. Dans cet essai, la fraction 5-160 est soumise dans un cylindre micro Deval, à une action de fragmentation et surtout de pression élevée au moyen de billes
d'acier beaucoup plus grande (6 à 100 fois) que les particules de la prise d'essai. Cet essai classe les granulats fins suivant leur résistance à la rupture aux chocs en présence d'eau.
2.0 ESSAIS ET ANALYSE DES RÉSULTATS
2.1 Provenance des matériaux étudiés
La priorité de l'échantillonnage a été donnée aux granulats provenant des carrières de l'unité géologique des Basses Terres du Saint-Laurent car celle-ci est la plus circulée et la plus habitée. Les calcaires sont exploitées dans plus de trente carrières et-représentent au moins 60% de la production des granulats au Québec. Leur qualité varie selon les unités exploitées et le nombre d'opérations de concassage subies.
Nous avons prélevé volontairement certains échantillons dans le produit du concassage primaire alors que d'autres ont été sélectionnés dans des réserves du concassage tertiaire. Ceci avait pour but d'obtenir une étendue significative de valeurs qui nous permettra, comme on le verra, de mieux évaluer des granulats de qualité extrême. Onze (11) des dix-huit (18) sources échantillonnées font partie de cette unité des Basses Terres du Saint-Laurent. L'annexe (A) indique les lieux de prélèvements.
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 14
Un échantillon de sable de pierre représentatif des dépôts exploités dans le Plateau Laurentien a été retenu pour notre étude. Dans cette unité géologique, le grain de quartz est abondant. On sait que, règle générale, les différents processus qui conduisent de la roche massive (ici largement de composition granitique) aux sables sont suffisamment agressifs vis-à-vis des minéraux pour que seuls subissent les plus résistants; c'est ainsi que les formations sableuses de cette unité géologique sont constituées de quartz, minéral reconnu comme très résistant. Monsieur G. Chevassu (1969) mentionne que la présence en abondance de ce minéral dans le gros granulat est presque toujours favorable à l'obtention d'un bon résultat Deval humide à condition qu'il joue un rôle actif.
Il est donc possible de trouver dans ces sables quartzeux des bonnes résistances à l'attrition et à l'altération.
Dans les Appalaches, cinq (5) carrières déservant les régions des villes de Sherbrooke et Québec ont été échantillonnées.
L'exploitation de trois d'entre elles se situe dans les formations sédimentaires de grès. Nous avons identifié dans ces formations: des wackes feldspathiques, des arkoses, des quartzites, des grauwackes ... Les deux autres carrières exploitent des larges bandes de roches vertes, de schistes à chlorite et à séricite, de schistes quartzo-feldspathiques et
de roches carbonatées. La criblure de ces deux sources contiennent ces constituants avec des éléments durs, mous, feuilletés, doux et sensibles à l'eau.
2.2 Essais et analyse des résultats
Pour caractériser les propriétés des 18 sources échantillonnées, les essais suivants ont été effectués:
Essai de friabilité NQ 2560-080
. - Essai de densité et absorption NQ 2560-150 pour fin de comparaison, la prise d'essai es\; exempte d'éléments
inférieurs à 80 /im
Essai de durabilité à la désagrégation par une solution de sulfate de magnésium NQ 2560-450
Essai d'attrition « Résistance of fine aggregate to dégradation by abrasion in the micro Deval apparatus - Method LS 629 - Ontario Ministry of Transport, 1201 Wilson Ave, Downsview, Ontario, M3M 1J8
Un essai doit étaler largement des valeurs qu'il fournit. S'il donne des résultats voisins à des matériaux ayant des comportements très différents, il n'est évidemment pas bon.
Les essais de friabilité, d'attrition sont plus discriminatoires que l'essai MgSo^. Les résultats sont présentés au tableau 1. Les intervalles obtenus sont successivement 48,5, 27,2 et 22,6.
o >
T A B L E A U 1 - R É S U L T A T S D E S E S S A I S
É C H A N T 1 N A T U R E M . D . E . F R I A B . A B S . D E N S . M g S o 4 M O D . F I N .
% P 1 6 0 % P 8 0 % F R A C T I O N 5 - 8 0 %
A P - 0 4 5 C a l c a i r e 1 2 . 8 1 2 . 5 2 9 . 1 1 . 1 4 2 . 6 4 8 . 2 4 . 1 3
A P - 0 4 6 C a l c a i r e 2 1 . 6 1 9 . 0 3 3 . 0 0 . 6 3 2 . 6 7 5 . 3 3 . 7 7
A P - 0 6 4 C a l c a i r e 2 4 . 6 2 0 . 0 3 7 . 9 0 . 3 9 2 . 6 8 4 . 3 3 . 0 7
A P - 0 7 2 C a l c a i r e 2 9 . 5 2 6 . 0 4 3 . 9 1 . 0 8 2 . 6 6 1 8 . 7 2 . 9 6
1 A P - 0 7 0 C a l c a i r e 3 5 . 0 2 6 . 2 4 7 . 4 0 . 9 2 2 . 6 8 1 2 . 8 2 . 7 1
1 A P - 0 6 9 C a l c a i r e 3 7 . 3 2 9 . 2 4 9 . 9 0 . 6 4 2 . 6 9 1 3 . 0 2 . 7 8
1 A P - 0 6 8 C a l c a i r e 3 5 . 5 2 9 . 2 5 , 0 . 5 0 . 6 2 2 . 6 7 8 . 6 2 . 8 0
A P - 0 4 4 C a l c a i r e 3 0 . 7 2 8 . 8 5 6 . 7 1 . 6 3 2 . 6 1 2 2 . 5 3 . 2 5
1 A P - 0 6 5 C a l c a i r e 3 7 . 8 3 6 . 1 6 2 . 7 1 . 3 2 2 . 6 3 2 4 . 9 3 . 4 4
1 A P - 0 7 4 D o l o r a i e 1 6 . 7 1 6 . 5 3 6 . 8 0 . 6 9 2 . 7 9 3 . 6 3 . 2 4
1 A P - 0 7 8 D o l o m i e 1 6 . 5 1 5 . 9 3 8 . 4 0 . 8 6 2 . 7 6 5 . 4 B . 3 4
1 A P - 0 5 6 G r è s 2 3 . 9 1 4 . 1 2 7 . 0 0 . 6 1 2 . 6 6 4 . 6 3 . 9 1
1 A P - 0 5 5 G r è s 2 9 . 2 1 7 . 7 2 8 . 0 0 . 9 0 2 . 6 7 2 1 . 0 3 . 3 7
A P - 0 5 4 G r è s 3 0 . 8 1 8 . 1 2 9 . 3 0 . 9 0 2 . 6 7 1 4 . 3 3 . 2 9
A P - 0 5 9 R o c h e v e r t e 3 5 . 1 1 2 8 . 0 5 1 . 7 0 . 6 1 2 . 6 6 4 . 3 3 . 2 3
A P - 0 5 8 R o c h e v e r t e 4 0 . 0 1 3 4 . 8 5 8 . 4 0 . 7 6 2 . 8 1 4 . 1 3 . 1 5
i A P - 0 5 0 C o r n è e n n e s 1 0 . 7 1 8 . 1 1 4 . 2 0 . 3 9 2 . 7 8 2 . 3 3 . 6 4
1 A P - 0 7 6 S a b l e g r a n i t i q u e 2 1 . 7 1 1 2 . 5 2 4 . 3 0 . 2 4 2 . 7 3 2 . 5 2 . 9 8
rn« 33 t/J I
3»
O 0 m en 1 c r-
>
•H oo -n
I—I z co
<J>
2.2.1 Essai de durabilité MgSo^
Traditionnellement, cet essai a servi de repère de la qualité de durabilité des granulats. Les corrélations empiriques entre les résultats et les propriétés des granulats sont contradictoires et non concluants. Le terme "durabilité" est inapproprié aux propriétés mécaniques de friabilité et d'attrition. De façon générale, les éléments schisteux des graviers des Appalaches se montrent résistants à cet essai mais apparaissent diversement sensibles à la production de fines phyllilteuses. Il est susceptible d'entraîner des pertes supplémentaires sur des calcaires car la solution . fraîche semble contribuer à une dissolution chimique
préférentielle sur-Jes argiles et les cristaux de dolomie éparpillés dans une matrice. Nous avons noté, dans le passé, des pertes anormalement élevées sur des calcaires dolomitiques argileux, durs et tenaces. D'autre part, des échantillons de grès ont montré des comportements diamétralement opposés alors que leur valeur d'absorption est identique. En outre, l'essai est peu fiable. Des organismes ont rapporté, pour des pertes moyennes à élevées, des difficultés à reproduire les résultats d'essai d'un même matériau dans des laboraboires différents.
Pour ces raisons, cet essai de durabilité ne devrait pas servir de critère de base de sélection et de spécifications de granulats. La valeur moyenne de plusieurs (cinq par exemple)
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 18
résultats de cet essai pourrait servir de complément d'évaluation d'un granulat marginal dont l'utilisation mérite d'être pesé soigneusement pour préserver la qualité d'un ouvrage soumis à des cycles mouillage-séchage alternatifs.
2.2.2 Essai de friabilité, résultats et discussion
Dans les criblures de calcaire, l'étendue des résultats est de 29,1 à 62.7. Les meilleurs coefficients: 29.1, 33.0 et 37.9 correspondent à une exploitation d'un faciès de calcaire fin à texture mudstone alors que les valeurs les plus élevées sont identifiées à un faciès de calcaire argileux massif entrecoupé d'interlits de shale calcaireux. Les valeurs intermédiaires:
47.4, 49.9 et 50.5 ont été obtenues de trois (3) carrières qui exploitent le groupe Chazy. Dans cette unité géologique, on trouve des grainstones de grains fins à gros avec matrice cristalline, des wackstones argileux à grains moyens, des packstrones dolomitiques. L'abondance de différents faciès pétrographiques peut expliquer les résultats moyens de la friabilité. Il faut souligner toutefois que le produit du concassage tertiaire d'une zone homogène (calcaire gréseux à grains fins...) peut révéler, comme noté dans le passé, des valeurs plus basses. Les pertes les plus élevées sont de 56.7 à 62.7. Ces deux échantillons ont été prélevés dans deux carrières exploitant une formation de Trenton Supérieur qui
renferme du shale calcaireux et de l'argilite (sous forme d'interlits). Tel qu'indiqué au tableau 1, ces composants donnent lieu à des valeurs élevées en absorption (1.63 et 1.32) et en perte de MgSo^ (22.5 et 24.9). Cette avidité en eau, cette vulnérabilité à la cristallisation sulfatique et à la friabilité identifient une zone de qualité pour laquelle une criblure montre des risques quant à une contribution significative de la durée d'une route.
Avec les roches vertes, la friabilité est de 51.7 et 58.4.
Ces valeurs sont les plus élevées parmi les dix-huit sources analysées. Ces roches feuilletées peuvent être séparées en feuillets minces de séricite, chlorite et graphite. Ceux-ci sont mous, anisotropes (forme), flexibles et friables.
L'action des concasseurs, de l'équipement de chantier libère ces minéraux dont les caractéristiques sont peu satisfaisantes aux composantes des couches d'une route.
En France, une valeur de 40 est prescrite pour les couches d'une route soumise à un trafic inférieur à 150 poids lourds journalier, par contre une valeur à 20 est requise pour une circulation supérieure à ce volume de poids lourds. En consultant le tableau 1, on constate qu'il est possible de rencontrer ces exigences au Québec. Tel qu'indiqué, une roche
CARACTÉRISAI ION DE GRANULATS FINS .20
du type cornéenne, exploitée dans la région de Montréal présente un coefficient très bas: 14.2. En dehors du contexte de la présente étude, des valeurs de 18 et 19 ont été obtenues d'une carrière sise près de Québec dans une formation d'andésite. Pour des revêtements fortement circulés, des granulats fins à haute performance peuvent être également définis par un coefficient inférieur à 20. Ce qui permettra de mieux résister aux sollicitations du trafic lourd et
intense.
Un granulat doit être apte à résister à de fortes pressions sans s'écraser surtout s'il s'agit de matériaux entrant dans la composition d'une couche à structure ouverte ou d'une couche de revêtement bitumineux. On ne peut se permettre une friabilité qui contribue à la détérioration d'une route. Il nous faut des granulats qui conserveront leur angularité, leur forme, leur dimension. L'essai NQ 2560-080 va nous permettre de faire une sélection.
2.2.3 Essai d'attrition, résultats et discussion
La résistance à l'attrition est une caractéristique primordiale. Il faut éviter que les matériaux de fondations s'enrichissent en fines par:
le compactage durant la construction des routes;
les effets combinés du trafic de l'eau et les alternances de gel et dégel, une fois la route mise en service.
En outre, l'usure d'un pavage peut être prématurée par la présence de:
fragments dont les composants sont mal soudés;
- ' minéraux de faible dureté et sensibles à l'eau;
de concentration de minéraux micacés.
À l'intérieur d'un revêtement, il est vrai que le frottement (mutuel) est fortement réduit et Tattrition est moins à redouter. Par contre, les contraintes peuvent être presque aussi élevées que dans les fondations.
Pour éviter des dégradations, il importe de choisir des granulats durs, tenaces et les plus insensible possible à la présence d'eau. À partir de composition pétrographique et de description de texture, les valeurs inférieures à 30 (passant No 160) à l'essai Micro Deval semble, grosso modo, répondre à une zone de qualité satisfaisante (voir tableau 1).
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 22
2.2.3.1 Granulats calcaires
Deux carrières exploitant des calcaires fins et massifs à texture mudstone ont comme résultat 12.8 et 21.6. Un échantillon de granulat de wackstone et mudstone silicieux a révélé un micro Deval de 24.6. D'autre part, pour une autre zone de qualité, des calcaires argileux massifs et shales calcaireux (Trenton Supérieur)) montrent des valeurs de 30.7 et 37.8. Pour ce même niveau de qualité, des échantillons prélevés dans trois carrières distinctes, exploitant la formation Laval du groupe Chazy, ont des coefficients (passant No 160) de 35.0, 35.5 et 37.3, des grainstones à grains moyens et des wackstones avec interlits de shale prédominent dans ces exploitations.
2.2.3.2 Roches vertes
Deux échantillons ont été prélevés dans une carrière où on exploite une formation de roches vertes et des larges bandes de schistes à séricite, chlorite et graphite. Le concassage de ces schistes micacés durs et mous libère des minéraux feuilletés, des paquets phylitteux, des particules riches en fines aiguilles ou lamelles. Ces matériaux qui sont hydrophiles gonflants, anisotrophes (forme) mous et lubrifiants passent dans le granulat fin produit et modifient
les qualités mécaniques d'un matériau. En présence d'eau, le frottement mutuel de ces grains épaufre les arêtes, produit des éléments particulièrement fins (et par conséquemment nocifs) broie des matériaux tendres. Les résultats obtenus sur ces échantillons sont de 35.1 et 40 (Passant 160) et correspondent à la zone extrême) de qualité identifiée également dans le groupe de formation Chazy.
2.2.3.3. Le sable alluvionnaire
L'essai semble superflu dans le sable siliceux riche en quartz. Ce minéral est un des minéraux "survivants" de l'action intense de 1'intempérisme (mouillage, séchage, gel, dégel, froid) et d€ l'érosion (vent, glace, l'eau courante, vague). L'attrition est dans ce cas à son maximum. Par contre au Québec, il faut souligner que ces agents d'érosion et d'intempérisme, agissant simultanément ou successivement ont laissé dans des proportions variables des grains de feldspath et comme minéraux accessoires des particules de hornblende de mica et de magnétite. Nos sables de composition granitique ont montré à date une résistance très satisfaisante pour différents usages. Nos observations nous incitent à qualifier de bonne performance ces matériaux dont le coefficient est inférieur à 25 (passant 160 nm).
CARACTÉRISAI ION DE GRANULATS FINS 24
2.3.3.4 Considérations générales de l'essai d'attrition
L'essai qui a été utilisé pour cette étude est discriminant.
(Le tableau No 1 le confirme). Il détecte des matériaux qui peuvent s'user par frottement réciproque dans une fondation ou causer des mini-dislocations ou mini-glissements dans un revêtement sous l'action du trafic. L'annexe C décrit cet essai intitulé : "LC 21-101 Granulats Fins - Détermination du coefficient d'usure par attrition à l'aide de l'appareil Micro Deval.
2.2.4 Essais de densité et d'absorption
Ces essais peuvent être considérés, à l'occasion, comme moyens complémentaires à l'évaluation de la qualité d'un granulat.
Souvent dans les calcaires, une absorption élevée indique une piètre qualité de granulats. Pour notre étude, des absorptions (passant 5 mm, retenu 80 /xm) supérieures à 1.3%
montrant des granulats vulnérables à 1'attrition et à la friabilité. Les absorptions moins élevées nous montrent pour ces deux propriétés divers comportements. (Voir tableau 1).
Les roches vertes font parties des matériaux les moins résistants à la friabilité et à l'attrition. Leur pourcentage
en absorption est peu élevé {<0.76) et ne peut servir de critère discriminatoire de qualité.
2.2.5 Étude de corrélations
2.2.5.1 Expression des résultats de l'essai Micro Deval.
L'analyse de régression a permis de retracer quelques corrélations significatives. Certaines d'entre elles concernent l'expression des résultats de l'essai Micro Deval.
Le tableau suivant montre des corrélations excellentes 0.96, 0.93 entre les pourcentages de particules passant les tamis 160 Mfn et 80 fim obtenues avec les prises d'essais 5 mm-80 /xm et 5 mm- 160 im.
ESSAI MICRO DEVAL - COEFFICIENT DE CORRÉLATION ENTRE LES POURCENTAGES PASSANT LES TAMIS 160 mn et 80 um
PRISE D'ESSAI COEFFICIENT DE CORRÉLATION (polynôme du premier degré)
FIGURES
5 mm - 80 /um 0.96 lA
5 mm - 160 /xm 0.93 IB
Nous savons que la prise d'essai 5 mm - 160 um est la plus facile de préparation et que la détermination passant le ternis 160 jum entraîne moins d'erreurs (colmatage durant le lavage)
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 26
que le tamis 80 /iin. Pour ces raisons l'expression des résultats de l'essai Micro Deval doit être traduite avec le tamis 160 /nm. Cette recommandation est corroborée par une autre analyse de régression illustrée à la figure IC. Celle- ci montre la relation entre les pourcentages passant le tamis 160 des prises d'essai 5 mm-160 /xm et 5 mm-80 nm. Le coefficient de corrélation est de 0.87. Avec ces trois corrélations significatives, la perte à l'essai au Micro Deval est donc définie par le tamisage 160 /xm.
2.2.5.2 Corrélations entre les essais
L'analyse de régression a montré d'autres relations cohérentes. La figure 2B, Micro Deval vs friabilité pour les granulats calcaires, indique un coefficient de corrélation de 0.86 { N = 11). ce coefficient peut être plus élevé pour une carrière de pierre de ce type. Une telle relation peut servir à la vérification du réalisme du résultat d'un des deux essais. La figure 2 concerne l'ensemble des granulats (N=18) pour lequel il y a moins d'interdépendance entre ces deux propriétés. Le coefficient de corrélation est de 0.78. Une autre relation significative pour les onze (11) sources de granulats calcaires est celle entre les résultats des essais MgSo^ et friabilité. La mise en graphique des résultats
apparait à la figure 3. Le coefficient de corrélation obtenu
est 0.82. La signification de ce degré est bonne et confirme que T o n peut remplacer l'essai MgSo^, qui est longue (9 jours) et imprécise, par l'essai de friabilité dont le mode opératoire est plus simple, rapide (1 journée) et fidèle. Ces propos sont complémentaires aux recommandations citées à l'article 2.2.1.
Les tableaux suivants montrent des coefficients, de corrélation linéaire, non significatifs.
ENSEMBLE DES ÉC HANTILLONS (N = 18}
PROPRIÉTÉS COEFFICIENT DE CORRÉLATION Micro Deval et pertes
à l'essai MgSO/.
0.48 Micro Deval et Module
de finesse ..
0.60 Micro Deval et Densité 0.29 Friabilité et MgSO^ 0.44 Friabilité et module
de finesse
0.47 Densité et pertes à
l'essai MgSO^ 0.63
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 28
GRANULATS CALCAIRES
PROPRIÉTÉS COEFFICIENTS DE CORRÉLATION Micro Deval et Pertes '
à l'essai MgSo^
0.65 Micro Deval et Module
de finesse
0.68 Micro Deval et Densité 0.45 Micro Deval et
Absorption
0.14 Friabilité et Module
de finesse
0.49 Densité et Pertes à
l'essai MgSO^
0.68 Densité et Absorption 0.56 Friabilité et
Absorption
0.48 Friabilité et Densité 0.43 2.3 Hypothèse de classement de qualité
L'impact créé par le passage de véhicules durant la construction de route ou la vie durant, peut engendrer la rupture d'un granulat. Ces transformations sont reliées à la nature, à la texture, aux proportions et dimensions des minéraux constituants mais aussi à leur dureté. Selon Hartley, 1974, Panet et Tourenq 1971, cette dureté intervient directement au niveau du comportement mécanique : plus grande est la proportion en minéraux de dureté élevée, meilleure est la résistance à l'usure et à la fragmentation. Ces deux phénomènes sont toujours présents quelle que soit la technique
utilisée et la position de la couche dans la chaussée. Il est difficile de connaître l'importance relative de ces deux types d'évolution d'où la nécessité de les prendre globalement en compte. Pour un usage (ou une spécification) donné, on peut tolérer un matériau qui s'use plus s'il se fragmente moins et réciproquement.
Le Laboratoire central des ponts et chaussées et le Service d'études techniques des routes et autoroutes de France ont réalisé et diffusé des documents dans lesquels on définit la dureté des granulats au moyen d'un graphique dont l'ordonné est associé aux résultats d'un essai d'usure par attrition et l'abscisse, aux résultats d'un essai de fragmentation.
Avec la figure 4, on distingue quatre (4) classes de résistance mécanique définies par les limites suivantes:
Classes Friabilité Micro Deval Durs et tenaces < 40 < 30
Friables >40 < 30 Tendres < 40 > 30 Tendres et
friables
> 40 > 30
45.00 j
i 4 0 . 0 0 3 e n
h - LxJ
3 5 . 0 0 :
1 30.0
en en
S 25.0
GRANULATS FINS .
M i C R O - D E V A L E T FRIABILÎTE FIGURE 4
o 3»g m ,
•—I C/î
3>
O m en
5 c-o -n I—I
</)
1 20.00 1
Q O
O 15.00
"T
(durs et t e n a c e s )
IC . 3 3 ' 1 I I I I 1 I I I • 1 è 1 1 I 1 I 1 1 . 1 1 . I 4 1 I 1 • I I • 1 1 • ' 1 ' ' ' ' '
10.00 20.0 30.00 40.00 ^ 50.0
• FRIABILITÉ
I ' t i I 1 t I l I I
60.00
7 0 . 0 0co o
Le granulat fin ne peut plus être une "poubelle" ou un fourre- tout qui permet à un entrepreneur de se débarasser de toutes ses productions. La sélection de granulats durs et tenaces est maintenant possible et s'impose. La viabilité d'une route est reliée à l'absence de production Jde fines hydrophiles,
f (
plastiques, gonflantes, de sable dont la fiabilité augmente la
f '
rétention' en eau. Aussi les minéraux d'altération, les éléments schisteux contenant des minéraux feuilletés, des paquets phylliteux sont à éviter. Les essais de friabilité et d'attrition vont nous permettre d'éviter passablement ces écueils.
3.0 MISE EN ÉVIDENCE DE LA MAUVAISE QUALITÉ DE GRANULATS FINS Route 255 à Halifax-Sud, Compté de Méaantic.
3.1 Détérioration précoce d'une chaussée
Le district 27 de Plessisville a constaté en 1985 une détérioration d'un pavage, posé un an auparavant, qui montrait des fissures, des ornières et des zones de faïencage. Selon les études du Service des Sols et Chaussées et du Laboratoire central, le granulat fin dégradable est responsable de cette détérioration. En 1987, des travaux de sondage, pour fins d'échantillonage dans les fondations, ont été effectués. Les granulométries obtenues après compactage de ces fondations.
CARACTÉRISATION DE GRANULATS FINS ^ 32
lors de la construction de route et celles révéléës par l'analyse de ces sondages ont comparées. Il a été constaté que la granulométrie du gros granulat des fondations inférieures et supérieures n'a pas changé. D'ailleurs, les valeurs de micro Deval de cette fraction sont respectivement de 23,1 et 21,2 et correspondent à des matériaux résistants à l'attrition. Par contre, pour cette même période, le granulat fin s'est dégradé. Le passant au tamis 80 fim est passé de 14,5 à 22, 3% pour la fondation inférieure et de 12,7% à 23,6%
pour la fondation supérieure. Un échantillon prélevé en 1991 pour la présente étude a montré une friabilité de 40,7 et une attrition de 33,0 (Voir figure 5). Ce qui correspond à la classe tendre et friable que nous avons définie précédemment.
Cette classe de qualité, que nous pouvons maintenant définir, sera donc dans l'avenir, à proscrire pour éviter cette dégradation qui a affecté la viabilité d'une route.
4iDD i 4000 S çn
- 3m
5 3100 tn en g jî SUD
â 2ÛJ]D o I ' dDD
1DJ]D
FIGURE 5 GRANULATS FIN3 .
MiCRO-DEYAL ET FRL\31LiTE
•
•
1D.00 2Di]0 3D.0D _4D.0D ' ' 5a.DD ' " " BDiiD " ' " TDiJD FfflABlLiTE
3.2 Concassage et amélioration de la qualité d'un gravier non conforme.
Les Appalaches contiennent des bancs de gravier schisteux dont le micro Deval du gros granulat est hors spécification. Le banc exploité pour les fondations de la route 265 est un exemple : son micro Deval est de 45 à l'état brut. Après concassage, le gros granulat est de bonne qualité, lé micro Deval est de 23. Les particules fragiles, hydrophiles, tendres, altérables, plastiques sont libérées et passent dans le granulat fin (voir figure 6 ). Celui-ci est devenu nocif
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 34
par concassage et ne devrait pas être incorporé dans une structure de route.
FIGURE 6
R o u t e 265 - B a n c L a m o n t a g n e M u n i c i p a l i t é .de B e r n i e r y i
C o m t é de M é g a n t i c
P É T R O G R A P H I E DU G R O S G R A N U L A T E T I N F L U E N C E S DU P R O D U I T DU C O N C A S S A G E D A N S LE G R A N U L A T FIN
C O N S T I T U A N T S P R I N C I P A U X G r è s et Q u a r t z i t e d u r s et f r i a b l e s
(35 à 5 5 % ) .
S c h i s t e à s é r i c i t e et c h l o r i t e t e n d r e et d u r (50 à 55%) s c h i s t e a r g i l e u x (3 à 10%) . ^ y
C A R A C T É R I S T I Q U E S
T T
L e s g r è s o f f r e n t u n e p l u s f a i b l e r é s i s t a n c e à l ' a t t r i t i o n .
C e s s c h i s t e s c o n t i e n n e n t d e s m i n é r a u x f e u i l l e t é s , d e s p a q u e t s p h y l i t t e u x , d e s m i c r o l i t s , d e s v i d e s , d e s m i c r o f i s s u r e s .
R E M A R Q U E S : S u i t e au c o n c a s s a g e , le m i c r o d e v a l du g r o s g r a n u a l t e s t p a s s é d e 45 à 23. L e s p a r t i c u l e s l i b é r é e s ( f r a g i l e s , h y d r o p h i l e s , t e n d r e s ,
a l t é r a b l e s p l a s t i q u e s , . . . ) v o n t d a n s le g r a n u l a t fin q u i d e v i e n t u n e « p o u b e l l e » ou un m i l i e u i g n o r é p o u r la c o n s t r u c t i o n de r o u t e .
Pour éviter un échec de Temploi d'un gravier non conforme du type employé pour la route 265 et ne pas polluer le granulat fin par des particules nuisibles, la solution suivante peut être envisagée :
A - Tamisage à 10 mm du gravier
B - Concassage des éléments supérieurs à 10 mm.
Élimination par tamisage des particules inférieures à 10 mm.
C - Combinaison de A et B, c'est-à-dire combiner le tamisat à 10 mm et le produit du concassage du gros granulat dont on s'est débarassé des particules nuisibles par tamisage.
D'ailleurs l'annexe B explique en détail par un devis traitant de l'élimination de fines nuisibles produites par concassage.
Ce mélange ternaire peut être accompagné du remplacement total par une criblure ou un sable de bonne qualité si la partie sable initiale est non conforme aux exigences prescrites pour la friabilité et l'attrition.
4.0 CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS
Le granulat fin représente une fraction importante de plusieurs couches de la structure routière. Il est soumis à
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS M
des contraintes par le compactage durant la construction et par les effets du trafic une fois la route en service. Pour éviter les mini-glissements et mini-dislocations, qui vont affecter la viabilité d'une chaussée, il importe d'avoir des matériaux durables. Les résultats de l'essai de friabilité
(NQ 2560-080) et de l'essai de résistance à l'attrition (DHO LC 21-101) vont nous permettre de réduire la quantité de particules friables, tendres, altérées, micacées... Des spécifications s'imposent; les quatre classes de qualité définies à l'article 2.3 peuvent servir de référence.
L'essai de durabilité ou MgSO^ (NQ 2560-450) ne devrait pas servir de critère de base et de spécifications de granulats.
Le terme "durabilité" est inaproprié aux propriétés mécaniques de friabilité et d'attrition. L'essai a été critiqué pour ses possibilités de réactions chimiques avec des granulats de calcaire et pour sa consistance dans les indices de précision de répétabilité et de reproductibilité.
Pour garder les granulats durs et tenaces existant dans la partie sable d'un gravier, dont le gros granulat est de mauvaise qualité et qui peut par concassage "polluer" cette partie sable, le MTQ doit envisager d'utiliser un devis semblable à celui indiqué en annexe.
La prise d'essai de T e s s a i Micro Deval est définie par la fraction 5 mtn -160 /xm. Les résultats obtenus corrèlent très bien avec la fraction 5 mm - 80 ^m et les opérations montrent moins de difficultés dans la préparation.
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 38
5.0 RÉFÉRENCES
Normes de contrôle qualitatif des granulas pour la construction routière - École de Technologie Supérieure - Montréal - Gilbert, Trépanier, Windisch - 1981
Spécifications relatives aux granulats pour chaussées Setra - LCPC - 1984.
Étude de l'utilisation d'un gravier hors spécification dans les fondations d'une route - Guy Dallaire - Février 1990 - Ministère des Transports du Québec.
Ontario Ministry of Transport Résistance of fine aggregate to dégradation by abrasion in the micro Deval apparatus - Methode LS 629.
G. Chevassu, 1969 - Bulletin de liaison des laboratoires Routiers - No 41 - page 43-45.
Requirand R. - 1970 - Bulletin de liaison des laboratoires Routiers - No 49.
Hartley A. - A review of the geological factors influencing the mechanical properties of road surface aggregates - 1974 . Q. JR. Eng. Geol., vol. 7.
Panet et Tourenq - Bulletin de liaison , Laboratoire des Ponts et chaussées No 53. Les essais de granulats. Connaissances actuelles et orientation des recherches.
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 40
6.0 REMERCIEMENTS
Je remercie Monsieur Viateur Blanchette, Madame Anne Laverdière, Madame Monique Gauthier, Monsieur Pierre Langlois et Guy Tremblay qui ont rendu ce projet possible.
PRISE D'ESSAI : 5mm - 80am
RELATION ENTRE LES POURCENTAGES PASSANT LES TAMIS 160[im ET 80|im 40.0 q
35.0 :
E
=i.C D
ç n
3 25.0 ^ 20.0 :
< c e n e n
-a: O -
15.0
10.0 ^
5.0
COEF. Dl C0RR.=0.! 6
1
1 1
•
:
•
\
;
- 1 1 1 1 1 1 1 1 1 i 1 1 1 1 M 1 1 1 1111111111 11111111 •+-rn I M 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 M 1 1 1 1 1 +-n-1111 i 11
5.0 10.0
% P A S S A N T L E T A M I S S O ^ i m
FIGURE 1 A
1
-I n>HH
O m in
5 t/î -n
I—I z 00
RELATION ENTRE 45.0
MICRO DEVAL
PRISE D'ESSAI : 5mm - 160am
LES POURCENTAGES PASSANT LES TAMIS 160[Lm ET 80iim
o c o ç n
•c I—
L u i I
-C en tn -c
Q .
40.0 35.0 : 30.0 ; 25.0 i
20.0 :
15.0 ^ 10.0 =
5.0
1
C O E F . D E 1 ] O R R . = 0 . 9 3
—
J • J
1
MJ
p _ _ _ _ _ _
1 1 M^^^
• • « •
1
1 _
• ^ ^
• •
4
5.0 10.0 5.0 20.0 25.0 30.0
% PASSANT LE TAMIS 80fim FIGURE 1 B
35.0 40.0
2 § o
>
o 0 m ffî 1 cz 1—
3>
•H to -n
HH (/>
t>o
E
=±.o c o
I
E E
m <
en co
Q LiJ ç n
Cd
d -Ê
=i.CD CD
en
RELATION ENTRE LES POURCENTAGES PASSANT DES PRISES D'ESSAIS
5 m m - 1 6 0 [ L mET
5 m m - 8 0 [ L m25.0 : 20.0 :
15.0 :
10.0 3
e n
g 5.0
1
] 1
; COEF. DE b0RR.=0.87
-
• •
j
;
•
:
1 1 i
;
•
;
m
••
•
;
1 M 1 M M 1 ' 1 M 1 1 i i M ' 1 1 1 1 M 1 M ' 1 1 1 M M M ' 1 M 1 M 1 1 1 • M M 1 1 1 1 1 ' M M 1 1 1 M
5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 4C
%PASSANT L E TAMIS 160nm. PRISE D'ESSAI 5mm-8G|im FIGURE 1 C
pn>
I—I
O o m cr>
5
oo -n z t/J-p-OJ
45.00 H 40.00 : g 35.00 :
e n
LU
30.00 :
I—
<a:
en en Q_
25.0 20.00 :
5.00 :
0.00 ^
GRANULATS FINS
MICRO-DEVAL ET FRIABILITE
•4
L
I I I 1 I I I 1 I ' I I i I I I I I 1 • I I I I I I I I I ' I I I I I I I I I ' I I I I I I i i I ' I I I I I I I I I
0.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00
FRIABlLiïE FIGURE 2
2 5 m<
0 m m 1 c= r-
</j -n I—I
z
-p»
45.00 j
CD
CD l.
tn
< c
0.00 :
LJ
c e n e n
30.00 : 25.00 ^
L J Q
20.
o
S 15.00
.0
MICRO-DEVAL ET FRIABILITE
Pi 35.00 — — — -
' I I t I I i I i I ' 1 I I I I i I i I ' I I I I I I I I I ' I I I I I I I I I I I I i I I 1 I I ' I I I I I I I I >
30.00 .40.00 50.00 FRlABlLiïE
FIGURE 2B
60.00
rrh ?a
I—I (/î
>
o a m
£r>
c:
</>
-n H H
t/J
en
70.00 j
GRANULATS FINS DE CALCAIRE
FRIABILITE ET PERTES A L'ESSAI Mg304
„ _ ' ' ' I I ' ' ' ' ' I ' I I I 1 I I I • I I I I 1 1 I I I • 1 I I I 1 1 1 I 1 • I I I I I I 1 i I
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
P C
ERTES A L'ESSAI MgS04
F I G U R E 3
o 3>
m»
I — I
<<0
ffï I
cz f—
C/) -n
I—I (/)
CT>
PROVENANCE DES MATÉRIAUX ÉTUDIÉS
SOURCES MUNICIPALITÉS
VerreauU-Frontenac Beauport Union des Carrières et Pavages Charlesbourg
Carrière Page Construction St-Louis-de-France
Demix Montréal-Est
Simard-Beaudry Ile-de-Laval Lagacé Laval Ile-de-Laval Demix Laval Ile-de-Laval Saint-Barthelemy • Saint-Barthélemy
Meloche Côteau-du-Lac
Mirabel (Demix) Mirable
BML Montmagny
BML Saint-Jean-Chrysostome Hébert, Ascot-Canton Sherbrooke
Mont Saint-Bruno (Desourdy) Saint-Bruno Les Sables L.G. New Glasgow
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 49
ANNEXE B
G R O S G R A N U L A T S N O N C O N F O R M E S
D E V I S DE T R A I T E M E N T D ' É L I M I N A T I O N
D E P A R T I C U L E S N U I S I B L E S P R O D U I T E S P A R C O N C A S S A G E
1 . I N T R O D U C T I O N
L e s g i s e m e n t s d e m a t é r i a u x m e u b l e s s i t u é s a u s u d d u f l e u v e
S a i n t - L a u r e n t e t d u L a c S a i n t - J e a n c o n t i e n n e n t d e s é l é m e n t s
s c h i s t e u x ou a r g i l e u x q u i , p a r c o n c a s s a g e p r o d u i s e n t d e s
f i n e s h y d r o p h i l e s p l a s t i q u e s , g o n f l a n t e s e t a l t é r a b l e s . C e s
f i n e s q u i n u i s e n t au c o m p o r t e m e n t d e s f o n d a t i o n s s o n t en
g r a n d e p a r t i e c o m p o s é e s d e m i n é r a u x m i c a c é e s t e l s q u e :
c h l o r i t e , s é r i c i t e e t g r a p h i t e . E l l e s c o n t r i b u e n t à a u g m e n t e r
la r é t e n t i o n en e a u , l ' i m p e r m é a b i l i t é , le s o u l è v e m e n t p a r l e
g e l e t r é d u i r e la p o r t a n c e d e s m a t é r i a u x d e f o n d a t i o n s . L e
b u t d e c e d e v i s e s t d e d é f i n i r u n e m é t h o d e d ' é l i m i n a t i o n d e
c e s f i n e s n u i s i b l e s .
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 51
L e s m a t é r i a u x a l l u v i o n n a i r e s q u i m o n t r e n t :
1 . au micro Deval du gros g r a n u l a t , une valeur supérieure à 30 ou
2 . p l u s d e 12% d e p a s s a n t le t a m i s 80 u m d a n s la f r a c t i o n i n f é r i e u r e à 5 m m .
s o n t s o u m i s au t r a i t e m e n t d é f i n i c i - a p r è s à l ' a r t i c l e 3 .
3 . T R A I T E M E N T
3a) L e g r a v i e r e s t d ' a b o r d t a m i s é p o u r o b t e n i r u n g r a n u l a t fin a y a n t m o i n s d e " 15% d e p a r t i c u l e s r e t e n u e s s u r le t a m i s 5 m m .
3b) les p a r t i c u l e s r e t e n u e s d u t a m i s a g e d e 3a s o n t c o n c a s - s é e s .
3c) le p r o d u i t r é s u l t a n t d u c o n c a s s a g e e s t t a m i s é p o u r s e
d é b a r r a s s e r d u g r a n u l a t f i n . T o u t e s l e s p a r t i c u l e s
i n f é r i e u r e s à 10 m m s o n t m i s e s d e c ô t é e t n ' e n t r e n t p a s
d a n s la f a b r i c a t i o n d e s f o n d a t i o n s .
T a m i s a t d e 3 a) s e l o n d e s p r o p o r t i o n s q u i r é p o n d e n t a u x e x i g e n c e s g r a n u l o m é t r i q u e s d e f o n d a t i o n s s p é c i f i é e s au C C D G .
4 . P L A N D ' O U V R A G E
P o u r le b a n c d e g r a v i e r q u i sera e x p l o i t é , l ' e n t r e p r e n e u r s o u m e t u n e d e s c r i p t i o n , a v e c s c h é m a d e f o n c t i o n n e m e n t , d e s m o y e n s u t i l i s é s d a n s le b u t d ' o b t e n i r :
a) L e g r a n u l a t fin i n i t i a l n o n c o n c a s s é .
b) D ' é l i m i n e r le g r a n u l a t fin o b t e n u d u c o n c a s s a g e e t t a m i s a g e p o u r f o n d a t i o n i n f é r i e u r e ou s u p é r i e u r e s e l o n le c a s .
c) U n s y s t è m e d e r e c o m p o s i t i o n p a r l e q u e l l e s d é b i t s d e g r a n u l a t s fins e t d e g r o s g r a n u l a t s se m a i n t i e n d r o n t d a n s u n e p l a g e c a r a c t é r i s é e p a r u n e r é g u l a r i t é d e d o s a g e p o u r le m é l a n g e .
s .
d) G r a n u l o m é t r i e s
L e f u s e a u d e r é g u l a r i t é d é f i n i p a r la z o n e d a n s l a q u e l l e
d o i v e n t se s i t u e r 95% d e s c o u r b e s o b t e n u e s , d o i t s e
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 53
s i t u e r à l ' i n t é r i e u r d u f u s e a u d e s p é c i f i c a t i o n . Il sera é t a b l i à p a r t i r d e la c o u r b e m o y e n n e d e f a b r i c a t i o n en r e s p e c t a n t les é c a r t s s u i v a n t s :
T a m i s O u v e r t u r e d u f u s e a u d e r é g u l a r i t é e n % d e p a s s a n t
C a l i b r e 0/20 C a l i b r e 0 - 8 0
80 m m 0
56 m m
+9
28 m m 0
+9
10 m m
+4
+5
5 m m
+3
+4
1.25 m m
+3
+4
315 m m
+3
+4
80 u m
+2
+3
f) La p r o p o r t i o n d e g r a n u l a t fin d a n s l e s f o n d a t i o n s e s t
d e 4 5 % .
ANNEXE C
LC 21-101
GRANULATS FINS
Détermination du coefficient d'usure par attrition à l'aide de l'appareil Micro-Deval
G R A N U L A T S FINS
Détermination du coefficient d'usure par attrition à l'aide de l'appareil M i c r o - D e v a l
MARS 1993
LC 21-101
1. OBJET
1.1 La présente norme concerne une méthode de détermination d'une perte d'usure par attrition en présence d'eau à l'aide de l'appareil micro-Deval.
2. DOMAINE D'APPLICATION
La présente norme s'applique aux granulats fins, sensibles à l'eau, qui contiennent des particules plus ou moins métamorphisées de dureté variables, et micacées à différents degrés. Ces granulats fins sont soumis à des déplacements relatifs par le compactage durant la construction de routes ou des effets du trafic une fois la route mise en service.
Elle fournit les renseignements utiles pour juger de la résistance à la désagrégation de granulats sujets à l'action des intempéries particulièrement en cas d'information insuffisante sur le comportement en service de ces granulats.
3 . DOCUMENTS
3.1 NQ 2560-350 - Détermination par lavage de la quantité de particules passant au tamis 80um.
3.2 NQ 2560-040 - Analyse granulométrique par tamisage.
3.3 ASTM E-11 Standard Spécification for wire-cloth Sieves for testing purposes.
3.4 LS 619 - Method of test for the résistance of fine aggregate do dégradation by abrasion in the micro-Deval apparatus-MInistry of transportation, Ontario.
4 . PRINCIPE
L'essai consiste à provoquer, dans un broyeur contenant des granulats de grosseur déterminée, une attrition en milieu humide par des frottements des granulats entre eux sous une charge abrasive constituée de billes d'acier.
La masse de la charge abrasive et la composition granulométrique du granulat doivent satisfaire à des exigences bien spécifiques.
APPAREILLAGE
5.1 Appareil micro-Deval
L'appareil micro-Deval (voir figure 1) est constitué d'une ou de plusieurs jarres cylindriques. Ces jarres doivent etre en acier inoxydable et avoir les dimensions approximatives suivantes: 193 mm de diamètre intérieur, 172 mm de longueur, 3 mm d'épaisseur et une capacité de 5,03 litres. L'intérieur des jarres doit être lisse et ne doit présenter aucune saillie. Leurs couvercles doivent etre munis de joints en caoutchouc pour assurer leur étanchéité.
Les jarres sont placées sur deux arbres horizontaux caoutchoutés qui les entraînent en rotation. Ces arbres sont reliés au moteur par un système composé de roues dentées, de chaînes, d'une courroie en V et d'un réducteur de vitesse. Le moteur doit développer une force suffisante pour assurer aux cylindres une vitesse de rotation de 100 tours/minute +- tours/minute durant 2 heures (12000 tours). La vitesse de rotation des cylindres doit être vérifiée régulièrement afin de pouvoir remédier aux variations occasionnées par l'usure des rouleaux d'entraînement ou du système de transmission.
5.2 Tamis
5.2.1 - Diamètre de 200 mm
Les tamis de 5mm, 2.5 mm, 1.25 m m , 630 um, 315 um, 160 um et 80 um doivent satisfaire aux exigences de la norme NQ 1530-060.
5.2.2 - Diamètre de 300 mm
Les tamis de 5 mm, 315 um et 160 um doivent répondre aussi à ces exigences.
5.3 Balance
La balance doit avoir une capacité suffisante pour satisfaire aux exigences sur la masse minimale de chaque prise d'essai, tout en étant précise à 1,0 g .
5.4 Étuve
On doit utiliser une étuve de dimension adéquate et capable de maintenir une température de 110°C +- 5°C.
LC 21-101
5.5 Aimant
On doit utiliser un aimant de force et de dimension suffisantes pour retirer la charge abrasive constituée des billes d'acier.
5.6 Charge abrasive
Elles est constituée de billes sphériques en acier inoxydable et mantensitique dont la composition est : c> 0.12%, Mn < 1.00%, si <
1,00% et Cr dont la teneur est comprise entre 16.0% et 18.0%. Cet acier correspond au type 430 de 1a norme ASTM A 314-84. Chaque jarre requiert uné charge abrasive est de 1250 g +- 5 g de ces billes de diamètre de 9.5 mm +- 0.5 m m .
6 . PRÉPARATION DES ÉCHANTILLONS
L'échantillon pour essai est tamisé à sec, au tamis 5 m m . Au moyen d'un diviseur à couloirs, préparer :
700 g de matériau pour l'essai micro-Deval;
500 g de matériau pour l'analyse granulométrique. Dans le cas d'un matériau uniforme ou très fin, une quantité de 250 g est préférée.
7. PRISE D'ESSAI
Elle est de 500 g et préparée de la façon suivante:
a) Tamiser par voie humide l'échantillon sur les tamis 5 mm et 160 um.
b) Sécher à l'étuve à 100°C +- 5'C jusqu'à l'obtention d'une masse constante le retenu du tamis 160 um.
c) Homogénéiser et peser à 0.1 g près 500 g le produit du tamisage et de séchage.
Remarque : Dans le cas d'un différend portant sur la précision de résultats entre des laboratoires, l'échantillon pour essai est confectionné selon la moyenne des granulométries déterminées par chacun de ces laboratoires.
d) Les 500 grammes de matériaux sont saturés durant 24 ± 4 heures, dans 350 ml d'eau soit:
a) immédiatement dans la jarre cylindrique (fig 1) auquel on ajoutera, après la période d'immersion, un volume de 400 ml ou b) dans un contenant d'un litre (environ). Dans ce cas-ci, le tout est déversé, après la période d'immersion dans la jarre.
Une quantité de 400 ml d'eau dans un flacon-laveur sert au transport complet de la prise d'essai dans la jarre.
Dans les deux cas, la jarre possédera un volume total de 750 ml d'eau.
La charge abrasive est constituée de 1250 grammes de billes d'acier de 9.5 mm +- 0,5 mm.
e) Le couvercle est fixé de façon étanche et le cylindre est mis en rotation pour une période de 15 minutes +- 10 sec à un rythme de 100 tr/minutes sur l'appareil micro-Deval.
f) A la fin des rotations, le contenu du cylindre est recueilli dans un récipient. L'intérieur est bien lavé pour récupérer tout le contenu.
g) La totalité du contenu du récipient est versée sur trois (3) tamis dont le diamètre est de 300 mm :
le 5 mm pour retirer la charque abrasive. Un aimant peut aider à cette opération.
le tamis 315 um pour alléger le tamis 160 um dont on aura besoin la teneur des particules passantes.
Toutes ces opérations impliquent un lavage sous un jet d'eau jusqu'à eau claire.
h) Les particules retenues sur les tamis 315 um, 160 um sont récupérées. Elles sont séchées à une température de IIO'C +- 5'C jusqu'à masse constante.
i) Les refus des tamis 315 et 160 sont tamisés à sec sur une tamiseuse mécanique pendant 10 minutes. Ils sont pesés au dixième près
