Soutenance mémoire
Energie de compactage
Les corrélations pour les sols compactés
Introduction
Dans les ouvrages géotechniques, les sols compactés sont largement répondu (remblai, barrage, routes,…). Le comportement de ces sols n’est pas aisé à déterminer vu la complexité du mode de fabrication de ces derniers.
On va voir un aperçu plutôt détaillé sur les sols compactés en abordant l’aspect des corrélations touchant ce domaine.
L’essai de compactage, poinçonnement
L’essai de compactage
Définition du compactage
Compacter un sol, un remblai, une plate-forme, une couche de forme, un corps de chaussée, un noyau de barrage en terre, c’est réduire le volume des interstices de ces divers matériaux, et le compactage consiste surtout à produire un meilleur arrangement des grains en les uns sur les autres. (ARQUIE et MOREL, 1988 ., cité par Ghorzi et Hafidi, 2013).
D’une manière générale, on entend par compactage, l’ensemble des mesures prises afin d’augmenter le poids spécifique apparent sec du sol traité, ce qui conduit à réduire son volume apparent (BIAREZ, 1974, cité par Ghorzi, Hafidi, 2013).
Principe de l’essai de compactage
Les caractéristiques de compactage Proctor d’un matériau sont déterminées à partir des essais dits : Essai Proctor normal ou Essai Proctor modifié.
Les deux essais sont identiques dans leur principe, seules différent les valeurs des paramètres qui définissent l’énergie de compactage appliquée.
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 (NF P 94-093).
Objectif du compactage
L’opération de compactage conduit à une diminution des vides remplis d’air sans expulsion d’eau. C’est la différence fondamentale entre le compactage et la consolidation (DEGOUTTE, 2002).
Le compactage engendre :
Une augmentation de la résistance au cisaillement,
Une augmentation du potentiel de gonflement,
Une augmentation de la densité,
Une diminution du retrait,
Une diminution de la perméabilité,
Une diminution de la compressibilité
L’essai de poinçonnement
Définition de l’indice IPI
L’indice IPI (l’IPI) exprime en pourcentage(%) le rapport entre les pressions produisant dans le même temps un enfoncement donné dans le sol étudié d’une part et dans un matériau type d’autre part. Par définition cet indice est pris égal à la plus grande des deux valeurs suivantes : (NF P 94-078)
Principe de l’essai (IPI)
La norme française ( P 94-078 Mai 1997) stipule que :
Le principe général de l’essai consiste à mesurer les forces à appliquer sur un poinçon cylindrique pour le faire pénétrer à vitesse constante dans une éprouvette de matériau. Les valeurs particulières des deux forces ayant provoqué deux enfoncements conventionnels sont respectivement rapportés aux valeurs des forces observées sur un matériau de référence pour les mêmes enfoncements.
L’indice recherché est défini conventionnellement comme étant la plus grande valeur, exprimée en pourcentage, des deux rapports ainsi calculés.
Les valeurs des paramètres (section du poinçon, vitesse d’enfoncement, enfoncement conventionnel, forces observées sur le matériau) sont normalisées et précisées :
La presse d’une capacité efficace d’au moins 50 KN et possédant une course d’au moins 10 mm.
Cette presse doit être équipée :
-d’un poinçon cylindrique en acier de 49,6 mm ± 0,1 mm de diamètre, soit une section circulaire de 19,32 ± 0,08, et d’une dizaine de centimétres de longueur minimum ;
-d’un dispositif permettant l’enfoncement du poinçon dans le matériau à une vitesse de 1,27 mm /min ± 0,1 mm/min ;
-d’un dispositif de mesure de l’enfoncement du poinçon garantissant la mesure avec une incertitude absolue maximum de 0,1 mm ;
-d’un dispositif de mesure des efforts de poinçonnement. La capacité de ce dispositif doit être adaptée à l’effort mesuré. Sa précision doit garantir la mesure avec une incertitude relative maximum de 1 %.
Les indices CBR et IPI ne constituent pas des caractéristiques intrinsèques d’un sol. En effet, si ces grandeurs dépendent en partie de la nature du sol (granularité, plasticité), elles dépendent davantage de sa teneur en eau, de sa masse volumique sèche et de son degré de saturation, qui sont des caractéristiques d’état, celles-ci étant fonction des conditions de mise en oeuvre et d’environnement.
L’indication de toute valeur d’un indice CBR ou IPI d’un matériau n’a donc de sens que si elle est assortie des caractéristiques d’état du sol prises en considération dans la confection de l’éprouvette c’est-à dire :
Sa masse volumique à l’état sec exprimée en pourcentage de la valeur de la à l’OPN ou à l’OPM du sol ;
Sa teneur en eau exprimée en pourcentage de la valeur de wOPN ou wOPM du sol ; Son état de saturation défini qualitativement par le fait que l’éprouvette est poinçonnée.
Objectifs de l’essai CBR
Dans les travaux routiers, et en particulier pour la confection des remblais et des couches de forme, on ne peut admettre que de faibles déformations. On détermine donc la portance du sol, c’est-à-dire sa résistance à la rupture, par l’essai C.B.R. (California Bearing Ratio) ou essai de portance californien.
Déterminer un indice (l’indice IPI) permettant de calculer grâce à des abaques, l’épaisseur des couches de fondation d’une route nécessaires à la constitution d’une chaussée en fonction : (norme NF P 94-078)
– du sol sous- jacent,
– du trafic et des charges par essieu prévus,
– des conditions hydriques futures que subira cette route.
La pratique du compactage
Les essais in-situ
Notion de planche d’essai
Avant la construction du remblai, il est recommandé de réaliser une planche d’essai afin de fixer les conditions de mise en place des matériaux et de choisir les moyens de compactage les plus performants. Des couches et le nombre de passe du compactage sont déterminés lors de ces essais.
Suivant l’objectif recherché, ces planches des noms variés : planche d’essais lorsqu’il s’agit de déterminer les performances d’un engin, planche de vérification lorsqu’il s’agit seulement de confirmer (ou d’infirmer) une capacité que l’on croit connaitre, mais dont on n’est pas absolument certain, planche de référence lorsqu’il s’agit de définir la qualité que l’on obtient normalement en appliquant strictement un compactage déterminé pour qu’en cours de réalisation du chantier, on puisse comparer facilement la qualité obtenue à celle souhaitée (cité par Ghorzi et Hafidi , 2013)
Energie de compactage
Un sol compacté est la conséquence de l’application d’une énergie de compactage sur un sol donné. Cette énergie est appliquée, au laboratoire, selon une norme bien définie impliquant un mouton cylindrique de masse et de diamètre normalisés que l’on fait chuter 25 fois d’une hauteur donnée sur le sol contenu dans un moule cylindrique. Le compactage se fait en trois couches pour l’essai Proctor normal et en cinq couches pour le Proctor modié.
L’énergie de compactage est une mesure de l’énergie mécanique appliquée à une masse de sol. Elle est exprimée par (MN/m3) et définie comme suit :
Energie E.
N : Nombre total de coups.
H : Hauteur de chute de la dame.
m : Masse de la dame.
g : Accélération de la pesanteur.
V : Volume du matériau compacté dans le moule.
Sur le terrain, l’énergie de compactage correspond au nombre de passages d’un rouleau d’un certain type et de poids donné, sur un volume de sol déterminé.
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 Proctor met en évidence l’existence d’une teneur en eau optimale opn, pour laquelle la densité sèche est maximale, et qui Sépare la plage des teneurs en eau en deux domaines : le côté sec des teneurs inferieures à l’optimum et le côté humide des teneurs en eau supérieures (figure II.1).
On distingue deux types de courbes Proctor :
– Courbe Proctor Normal : constitue la courbe de référence pour représenter le comportement au compactage des matériaux de remblai et obtenue grâce à une énergie de compactage égale à 0.6 MN/m3 selon la norme ASTM D698–91.
– Courbe Proctor modifié : le résultat d’un compactage fourni par une énergie égale à 2.7 MN/m3 selon la norme ASTM D1557–91. Cet essai conduira, pour une même teneur eneau, à une densité plus grande que l’essai Proctor Normal (figure II.1).
Les difficultés de compactage au laboratoire
L’humidification de chacune des parts du matériau constitue la phase la plus délicate de l’essai (NF P 94-093).
La première difficulté est celle du choix des teneurs en eau à attribuer à chaque part étant donné que l’on ne connait 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.
A 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 maintenantle malaxage pendant l’introduction de l’eau.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : NOTIONS SUR LES CORRELATIONS
1-Introduction
2-Domaines d’utilisation des corrélations
3-Domaines de validité des corrélations
4-Méthodes d’étude des relations linéaires entre les paramètres
5-Corrélations concernant les paramètres d’’identification
5-1 : Contrôle du chemin oedométrique ( )
5-2 : Contrôle de la pente obtenue à partir des essais oedométriques
6-Corrélations se rapportant à la perméabilité
7-Relation entre la pression limite nette et la cohésion non drainée Cu
8-Corrélations concernant les sols argileux intacts
9-Conclusion
CHAPITRE II : LES CORRELATIONS POUE LES SOLS COMPACTES
1-Introduction
2-L’essai de compactage, poinçonnement
2-1-L’essai de compactage
2-1-1-Définition du compactage
2-1-2-Principe de l’essai de compactage
2-1-3-Objectif du compactage
2-2-L’essai de poinçonnement
2-2-1-Définition de l’indice IPI
2-2-2-Principe de l’essai (IPI)
2-2-3-Objectifs de l’essai CBR
3-La pratique du compactage
3-1 – Les essais in-situ
3-1-1 -Notion de planche d’essai
3-2-Energie de compactage
4-Les difficultés de compactage au laboratoire
5-Les corrélations
5-1-Corrélations liées aux caractéristiques des sols compactés
5-2-Corrélations entre les propriétés de sols argileux à l’optimum et à la limite de liquidité
5-3- Corrélations entre les limites d’Atterberg et paramètres de compressibilité d’un sol compacté
6-Conclusion
CHAPITRE III : APPLICATION SUR L’ARGILE DE BOUGHRARA
1-Introduction
2- Matériau d’étude
2-1 : Argile de Boughrara
2-2 : Identification de l’argile de Boughrara
3-Programme expérimental
4-Matériels et méthodes
4.1.-Préparation des échantillons
4.2. Mesure de la succion
4.2.1. Définition de la succion
5-Résultats et interprétations
5-1-Résultats de l’essai du compactage avec des énergies différentes
5-2-Les résultats de l’essai de poinçonnement
5-3-Les résultats de l’essai de mesure de succion
6-: Application des corrélations
7-Conclusion
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE
Références bibliographies
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