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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).
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.
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.
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:
- L'essai
Proctor Normal (PN) :
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.
- L'essai
Proctor Modifié (PM):
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.
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.
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
de compactage devraient en conclusion être basés 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.