Le compactage en laboratoire.

Les essais de compactage en laboratoire.


Le principe des essais de compactage a en fait déjà été  évoqué  plus haut dans ce chapitre; un échantillon de sol, 

de teneur en eau connue, est compacté dans un moule,aux dimensions normalisées, par l'action de la chute d'une dame. Le poids et la hauteur de chute de cette dernière sont également normalisés.



La teneur en eau du sol testé est maîtrisée en étuvant l'échantillon, puis par adjonctions de quantités précises d'eau.
Une série d'essais est réalisée pour différentes teneurs en eau, le résultat de chacun produisant un couple de valeurs , donc un point de la courbe de compactage (courbe A.A.S.C.H.O :American Association of State Highway Officials).


Les essais peuvent être réalisés dans deux types de moules, et selon deux modalités, ce qui fait quatre types d'essais.  D'autres types, moins couramment utilisés existent également.

On peut utiliser










 10,2 cm de diamètre et 11,7 cm de hauteur (plus un collier mobile permettant de compacter jusque 13 ou 14 cm). Ce moule est utilisé pour les sols de granulométrie 5mm, on y compacte environ 3 kg de sol.

Le compactage en laboratoire.









15,2 cm de diamètre et 15,2 cm de hauteur.       Convient pour des sols contenant des éléments >5mm. 


Si le sol contient des éléments >20mm, ceux-ci sont remplacés, à poids égal, par des éléments de 5 à 20mm.
 L'échantillon est ici de 6 kg.

Dans chacun de ces deux moules, on peut réaliser l'essai de compactage selon deux modalités:


le sol est compacté au moyen d'une dame de 2,490 kg,    tombant   d'une hauteur  de 30,5 cm (1 pied).L'essai est réalisé en trois couches de plus ou moins 4 cm d'épaisseur qui reçoivent chacune 25 coups pour le moule proctor et 55 coups pour le moule CBR.




le sol est compacté au moyen d'une  dame  de 4,540 kg, tombant  d'une hauteur  de 45,7 cm (1,5 pied). L'essai est réalisé en cinq couches de plus ou moins 2,5 cm d'épaisseur qui reçoivent chacune 25 coups pour le moule proctor et 55 coups pour le moule CBR.

Le compactage en laboratoire.

L'essai PN communique au sol une énergie de compactage  relativement  modérée,  cet  essai s'applique donc à l'étude des remblais. 

L'essai PM, sollicitant le sol d'avantage, il est adapté aux compactages important comme ceux que subissent les sols de fondation des routes, autoroutes, pistes d'aterrissage,…

Citons encore le proctor à 15 coups (courbes C de la figure 21), le test de compaction miniature (Harvard) pour les sols fins, permettant d'effectuer les mesures sur de très petits échantillons (de l'ordre  de  60  cm³),  la  table  vibrante,  les compressions statiques.
Le compactage en laboratoire.

Utilisation pratique des essais de compactage.

Chaque sol est caractérisé par ses d  maxi, qui correspondent chacun à une teneur en eau unique et précise, et à un type d'essai (PN ou PM).

 Les cahiers des charges exigeront le cas échéant, que les sols soient compactés jusqu'à un d  donné, par exemple 95% du PN (remblais), ou 95% du PM, ou 100% du PN (pour les 50 premiers cm de sol),…
Sur le chantier, le sol a une teneur en eau donnée naturelle, éventuellement non uniforme (v fig 26).
• Si celle-ci est supérieure à opt (teneur en eau qui correspond à l'optimum proctor), on peut
imaginer  d'assécher le terrain, ce  qui est pratiquement  impraticable  (le point  A  se déplace vers O)
•    Si <opt  on peut envisager d'arroser le sol (le point B se déplace vers.O)
•       Dans l'un ou l'autre cas, on peut sans modifier la teneur en eau du sol, augmenter l'énergie de compactage  (augmenter  le nombre de passes du rouleau  compresseur), cette Solution est la plus aisée à mettre en pratique (le point B se déplace vers O').

Un fois connues la teneur en eau naturelle du sol, et donc la solution pour atteindre le d imposé, il reste à étalonner le matériel de compactage, c'est- à-dire, pour un rouleau compresseur par exemple, déterminer le nombre de passes minimum pour atteindre le d     optimum sur une épaisseur de 30 cm environ. 

Le chef de chantier construit une courbe d'étalonnage au moyen d'un essai en grandeur réelle exécuté sur une portion de la surface du chantier.

 La courbe d'étalonnage lie le nombre de passes nécessaires pour atteindre le d voulu, en fonction de la teneur en eau (plus ou moins maîtrisée par arrosage). Cette courbe passe par  un minimum. 

Ce minimum  permet de déterminer la teneur en eau qui faut s'efforcer d'obtenir avant  compactage

Cette opération, relativement laborieuse permet, pour des chantiers importants, de faire des économies significatives en temps, en main-d'œuvre et en énergie.

Le matériel de compactage.

Le matériel de compactage sera choisi, suivant les disponibilités, en fonction du type de sol à traiter et en fonction du but recherché.    

L'intensité du compactage  doit  bien  sur  être adaptée  aux sollicitations que le sol compacté devra subir en service. 

Le tableau ci-après met en relation les techniques les plus courantes et les sols auxquels elles sont le plus et le moins adaptées, ainsi que leurs applications.

Choix du type d'essai.

Le  type d'essai de compactage est  choisi en fonction du type de technique que l'on envisage de mettre en œuvre sur le chantier.  Les essais en laboratoire, de nature dynamique pour la plupart (chocs), donnent des teneurs en eau optimales souvent  inférieures à la réalité.  

  On constate d'autre part, que les conditions dans lesquelles la compaction est exécutée influencent très significativement les propriétés mécaniques après compactage.

En effet, pour les  sols  fins, la structure résultante du sol compacté dépend du procédé de compaction et de la teneur en eau à laquelle  elle se fait.

Les argiles utilisées pour constituer le noyau d'un barrage en terre, par exemple, sont susceptible de se fissurer lors de l'apparition des tassements.

On a constaté qu'en compactant ces sols 'en suivant le versant humide' on obtenait une structure de sol orientée (litée) de moindre résistance au cisaillement,  mais plus susceptible de subir des déformations importantes sans se rompre, cette propriété est essentielle pour un barrage.

 Le compactage 'du coté humide' produit en outre un sol moins perméable qu'un compactage 'du coté sec'.
A l'inverse, la structure floconneuse obtenue par compaction 'du coté sec' constituera un sol moins susceptible de retrait, mais plus susceptible de gonflement. 

Les sols compacté ainsi présenteront également une raideur plus importante aux états de contraintes faibles que les sols à structure orientée obtenus par compactage 'du coté sec'.
Aux états de contrainte élevés, cette différence s'amenuise,       voire s'inverse.

La couche périphérique (coquille) des barrages en terre seront donc avantageusement compactés 'du coté sec', ainsi que les sols de fondations de voiries.

On voit donc qu'une augmentation de densité du sol  peut  dans  certains  cas  conduire  à  une diminution de la résistance, en fonction de la structure obtenue et des sollicitations prévues.

Les critères dcompactage devraient en conclusion  être  bas  sur  un ensemble de propriétés  mécaniques, en relation avec une structure particulière, plutôt que la simple exigence d'un poids  volumique sec à atteindre. 

Cette dernière optique, largement pratiquée suffit pourtant dans la majorité des cas. Le tableau suivant met en relation les techniques de compactages et quelques essais de laboratoire.