Archiver le contenu professionnel : l’article préserve un aperçu historique des concepts géotechniques, des formules et des procédures de laboratoire. Il ne s’agit pas d’une étude géotechnique, d’une conception de remblai, d’une spécification de compactage, d’un plan de contrôle qualité ou d’un substitut à la norme actuelle. Les paramètres du sol, l’équipement, l’énergie de compactage, les critères d’acceptation et les méthodes de travail sûres sont déterminés par un ingénieur géotechnique agréé et un laboratoire accrédité en fonction du sol et de l’objet spécifiques.
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Compactage de sols meubles
Le compactage d’un sol meuble dépend de la taille et de la forme des particules solides, ainsi que de leur structure. Dans le cas d’un sol non lié, il existe certaines limites dans lesquelles évoluent les valeurs de porosité n et de coefficient de porosité e pour la structure la plus rare et la plus dense.
Si le matériau non lié est séché et versé lentement dans un bécher afin qu’il ne se compacte pas lors du versement, sa structure la plus rare est obtenue. Cette structure correspond au coefficient de porosité emax, dont la valeur pour le sable dans le texte original est comprise dans les limites :
emax = 0,7–1,0.
Si le même matériau est versé dans un bécher en fines couches et que chaque couche est enfoncée avec un maillet en bois jusqu’à ce que le volume soit constant, c’est-à-dire jusqu’à ce qu’il cesse de se déposer sous le bourrage, sa structure la plus dense est obtenue. Il correspond au coefficient de porosité emin, dont la valeur pour le sable est :
emin = 0,45–0,65.
Le compactage du sol non lié est exprimé par le compactage relatif ID, un coefficient qui montre le degré de compactage du sol par rapport au compactage le plus élevé :
où e est le coefficient de porosité du sol à l’état naturel de compactage. Les valeurs finales de la densité relative sont :
- pour la structure la plus rare e = emax ; ID = 0;
- pour la structure la plus dense e = emin ; ID = 1.
Le critère de compactage des sols sableux selon Terzaghi dans le texte original se lit comme suit :
- sable peu compacté : ID = 0–1/3;
- sable moyennement compacté : ID = 1/3–2/3;
- sable densément compacté : ID = 2/3–1.
Dans le cas de remblais sur routes et remblais, le texte exige ID = 2/3–1.
Au lieu de la forme précédente, le rapport volumique peut être utilisé :
où V est le volume de l’échantillon de sol non perturbé, Vmax est le volume de la même quantité de sol à l’état de moindre compactage et Vmin est le volume de la même quantité de sol à l’état de compactage maximum.
Limitation d’application : les classifications et termes historiques ne peuvent pas être directement transférés au projet ou au chantier de construction. Le type de sol, la méthode d’échantillonnage, l’état de l’échantillon, la norme applicable et les exigences du projet peuvent modifier la méthode et les critères.
Compactage du sol lié
Avec un sol lié, le compactage ne dépend pas seulement de la taille et de la forme des ingrédients solides et de leur structure, mais aussi de la cohésion. En raison de la cohésion, les particules solides sont collées ensemble, il est donc beaucoup plus difficile d’évacuer l’eau des pores pendant le compactage qu’avec un sol non lié, dont les particules se déplacent plus facilement sous charge.
Lors du compactage du sol lié, la quantité d’eau est d’une grande importance. En tassant, l’eau est expulsée hors des pores et l’épaisseur du film d’eau diminue ; la porosité diminue et la résistance au cisaillement et la densité apparente augmentent. Plus la densité est élevée, plus il y a de solides et moins de pores par unité de volume. Ce rapport a été adopté comme base pour évaluer le compactage du sol lié. Le contrôle du compactage dans le texte est effectué à l’aide du poids volumétrique sec :
γd = Wd / V [N/cm3]
où Wd est le poids d’un échantillon de sol complètement séché en N, et V est le volume du même échantillon à l’état compacté avant séchage, en cm3.
Procès du Proctor
Le test Proctor sert à déterminer la relation entre la quantité d’eau dans le sol et son compactage. Il détermine l’humidité optimale, c’est-à-dire l’humidité à laquelle le sol compacté donne le poids volumétrique sec maximum pour une énergie de compactage donnée.
L’appareil de Proctor historiquement décrit (photo 1) se compose d’un cylindre métallique de diamètre intérieur Ø = 10 cm, hauteur 12 cm (photo 1_a_), une extension du cylindre de même diamètre et hauteur 10 cm (photo 1_b_) et pilon métallique d’un diamètre de 5 cm, poids 2,5 N, dans un guide cylindrique de diamètre légèrement plus grand. Le guide est ouvert à l’extrémité inférieure et fermé à l’extrémité supérieure, avec une ouverture légèrement plus large pour le passage de la poignée du vérin (image 1_c_). L’extrémité inférieure du cylindre est placée sur une plaque métallique plus grande et fixée lors du bourrage.
L’échantillon est séché selon la procédure originale et tamisé à travers une ouverture de tamis 5 mm pour éviter l’influence des gros grains. Il est ensuite mélangé à une quantité d’eau qui ne doit pas être trop grande pour que l’échantillon devienne pâteux, ni trop petite pour que l’échantillon ne puisse pas être traité. Tout d’abord, une couche d’environ 8 cm de hauteur est placée dans le cylindre avec une extension dans un état non compacté et compactée avec des coups 25 uniformément répartis sur la surface. L’impact s’effectue par chute libre du maillet d’une hauteur de 30 cm. Une nouvelle couche d’épaisseur 8 cm est appliquée, percutée avec de nouveaux poinçons 25 et la procédure est répétée avec la troisième couche. Une fois terminé, l’extension est retirée, la surface de l’échantillon est alignée avec le bord du cylindre inférieur et l’excès de terre est éliminé. Un échantillon de sol compacté est ensuite prélevé et sa densité apparente sèche γd et sa teneur en humidité w sont déterminées.
Picture 1 — Expérience de Proctor
L’expérience est répétée 5 à 6 fois, toujours avec du matériel frais et non traité provenant du même échantillon, mais avec une quantité d’eau différente, afin d’obtenir des valeurs différentes pour γd et w. L’humidité du sol w est appliquée en abscisse du diagramme, et le poids volumique sec γd en ordonnée (image 2). Les points connectés donnent une courbe montrant que la densité apparente sèche augmente d’abord avec l’humidité jusqu’à un maximum puis diminue. L’humidité wopt correspondant à la densité apparente sèche maximale max γd est appelée humidité optimale. Dans le texte, il est admis qu’à cette humidité, le compactage le plus élevé est obtenu pour une énergie de compactage donnée. Le test ainsi réalisé est appelé test standard de Proctor.
Figure 2 — Diagramme de Proctor.
Sécurité et normes de laboratoire : Les dimensions de l’appareil, la masse et la chute du pilon, le nombre de couches et d’impacts et la préparation des échantillons sont des données historiques transmises ici, et non une instruction autonome. Une procédure valide doit définir la norme et le plan de laboratoire appropriés. Le séchage, le tamisage et le bourrage comportent des risques liés à la poussière, aux particules volantes, aux pincements et aux chocs ; un équipement approprié, une protection et un opérateur formé sont nécessaires.
Effet de la taille des grains sur 5 mm
Dans le texte original, il est indiqué que les grains plus gros que 5 mm n’ont pas d’impact significatif s’ils représentent 25% de la masse totale. S’il y en a plus de 25%, leur influence doit être prise en compte en calculant le poids volumétrique sec du mélange selon la méthode de proportionnalité ou le test Proctor modifié.
Calcul par méthode de proportionnalité
Selon cette méthode, le poids volumétrique sec du mélange de matériaux de sol γdm est calculé sur la base de la représentation proportionnelle des grains au-dessus et au-dessous de 5 mm:
où se trouve :
- γd — poids volumétrique sec du matériau qui a traversé le tamis d’ouverture 5 mm;
- γsc — poids volumétrique des particules solides restant sur l’ouverture du tamis 5 mm;
- m — pourcentage en poids du matériau restant sur l’ouverture du tamis 5 mm par rapport à la masse totale.
Test Proctor modifié
Selon les expériences du Bureau of Reclamation des États-Unis citées dans le texte original, si les grains plus gros que 5 mm représentent plus de 1/3 à 2/3 de la masse totale du sol, le test doit être effectué avec la masse totale. Puisqu’il n’est pas possible de le faire avec succès dans un cylindre d’un diamètre de 10 cm, un cylindre d’un diamètre plus grand est utilisé dans le soi-disant test Proctor modifié. Le texte décrit un cylindre d’un diamètre de 15,2 cm et d’une hauteur de 23,2 cm, dans lequel un échantillon de 5,5 kp est compacté en trois couches à peu près égales avec des 50 impacts plus petits, chacun avec un poids de 4,53 kp et une hauteur de chute de 45,7 cm. Si l’échantillon contient des grains jusqu’à 20 mm, le test est effectué avec un matériau non remanié. S’il contient des grains plus gros que 20 mm, une quantité de 5,5 kp de l’échantillon est tamisée à travers un tamis de 20 mm, et le reste sur le tamis est remplacé par un matériau de taille 5–20 mm.
En plus de la procédure ainsi décrite, dans le texte, toute méthode d’exécution différente de la méthode standard est également appelée test Proctor modifié.
Énergie de compactage
L’énergie de compactage de l’échantillon dans le cylindre Proctor peut être exprimée par l’équation, où N est le nombre de coups de marteau, h la hauteur du marteau en m, W le poids du marteau en Mp (mégapond) et V le volume de l’échantillon en m3.
Avec une augmentation de l’énergie de compactage, un plus grand compactage de l’échantillon est obtenu, sa porosité, c’est-à-dire la quantité d’eau dans le sol, diminue et le poids volumique sec augmente. Pour les énergies de compactage E1, E2, E3 et E4 les diagrammes de Proctor correspondants sont obtenus dans la figure 3. Tous les diagrammes se rapprochent asymptotiquement du diagramme de saturation, également appelé diagramme des pores d’air 0% lorsque tous les pores sont remplis d’eau, ou des pores d’air 5% lorsque les pores 95% sont remplis d’eau.
Figure 3 — Diagrammes Proctor pour différentes énergies de compactage.
Le diagramme de saturation peut être construit si w = wz = n / γs(1-n) est appliqué en abscisse, et γd = γs(1-n) en ordonnée, où n est la porosité du sol et γs est le poids volumique des particules solides du sol donné. Il s’ensuit que l’énergie de compactage peut être ajustée pour obtenir le compactage souhaité. Pour contrôler le compactage d’un sol naturel ou d’un remblai compacté, l’indice de compactage Iz est souvent adopté dans le texte, le rapport du poids volumétrique sec du sol ou du remblai donné γd au poids volumétrique obtenu par Proctor γp :
Iz = γd / γp.
Conception et contrôle sur le terrain : la courbe laboratoire à elle seule ne confirme pas la qualité de la couche dérivée. L’échantillonnage, l’épaisseur de la couche, le type et le nombre de passages de machine, l’humidité, les mesures sur le terrain, la capacité portante, le drainage, les structures adjacentes et les installations souterraines doivent être inclus dans le plan de conception et de contrôle. Ne vous approchez pas de la zone de travail du rouleau ou d’autres machines sans une signalisation et un contrôle d’accès organisés.