C ouche de roulem ent

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1 CHAPITRE 12 LE COMPACTAGE DES SOLS Introuction Le compactage es sols 12. Exécution et contrôle u compactage Portance un sol Application Introuction Les sols constituent souvent un matériau e base pour la construction ouvrages en terre (les remblais, les igues), les structures e chaussée (Figure 1) et les pistes aéroromes. Dans tous les cas, et après une mise en place aéquate, le sol consiéré oit posséer e bonnes caractéristiques mécaniques pour qu il ne soit pas sujet à : - es éformations excessives, c est le cas es couches e roulement une chaussée où elles ne oivent pas épasser es valeurs limites ; - un risque e fatigue, c est le cas es couches e roulements une chaussée ; - une rupture éventuelle, c est le cas es remblais. C ouche e roulem ent C o u c h e e b a s e Couche e fonation sol e fonation Figure 1. Différentes couches une structure e chaussée Lors e la mise en place u sol choisi on lui fait subir souvent une amélioration e ses caractéristiques mécaniques. L amélioration peut être envisagée e eux façons : - ajouter au sol un liant (bitume, chaux, ciment, laitier, etc..) qui a la propriété e combler les vies existant ans le sol, ce qui aura pour effet l augmentation e sa rigiité et permettre une meilleure répartition es charges. En outre, l attrition es gros éléments ue essentiellement à l action es charges roulantes sera très réuite. 1

2 - Utiliser le compactage : un procéé économique qui est souvent aapté pour la construction es remblais le compactage es sols Le compactage est une réuction e volume (presque instantanée) u sol ; elle est ue à une iminution es vies remplis air. Cette réuction ne s accompagne pas une expulsion eau et la teneur en eau u sol n est beaucoup moifiée. C est la ifférence fonamentale entre le compactage et la consoliation un sol. Les moyens e compactage utilisés ans la pratique sont variés : charges vibrantes, pressions, chocs, etc Etue u compactage au laboratoire Essai Proctor Le compactage épen e : - l énergie e compactage ; - procéé utilisé ; - la teneur en eau u sol. C est en 19 que Proctor a montré l importance e la teneur en eau pour le compactage es sols fins et es sols interméiaires. L essai qu il a mis au point consiste à étuier, pour une énergie e compactage fixée, l évolution u pois spécifique u sol sec en fonction e la teneur en eau. Le principe e l essai est e compacter un échantillon e sol par amage en plusieurs couches (figure 2), ans un moule e imensions bien éfinies {1}. Dame Couche e sol compacté Moule métallique Figure 2. Principe e compactage un sol Il existe eux essais e compactage ont les spécifications sont onnées ans le tableau 1. Nombre Spécifications Pois e la Hauteur e Nombre e coups es essais ame (Kgf) chute (cm) couches couche Proctor normal 2, 48 0,5 25 Proctor moifié 4,55 45, e par Tableau 1. Caractéristiques es essais Proctor 2

3 Figure. Influence e l énergie e compactage sur l optimum Proctor L essai Proctor moifié correspon à une énergie e compactage élevée, il est recommané pour les matériaux estinés à la construction es structures e chaussée et es pistes aéroromes. L essai Proctor normal correspon à une énergie e compactage moérée, il est conseillé pour les sols choisis pour la construction es remblais, igues, barrages en terre, etc... Influence e l energie e compactage : pour un sol onné, lorsque l énergie e compactage augmente le pois spécifique u sol sec maximum augmente aussi, et les sommets es courbes Proctor eviennent plus aigus (figure ). Courbe e saturation : c est l enveloppe es courbes e compactage qui correspon à l état u sol saturé (figure 4a). L équation e cette courbe est : ω = γ 100 w 1 1 γ γs 1 où ω est exprimée en pourcentage. Sur la figure 4b, on représente les allures es allures es courbes Proctor obtenues pour certains types e sols.

4 γ Courbe e saturation ω Figure 4a. Courbe e saturation γ Sable argileux bien graué Argile limoneuse Limon non organique Argile très plastique Figure 4b.Courbes Proctor types ω Figure Les effets u compactage Le compactage augmente le pois spécifique u sol et améliore ses caractéristiques mécaniques. Ses performances épenent aussi e la granulométrie u sol Sols grenus La ensité relative es augmente, il en est e même pour la résistance au cisaillement, et la éformabilité u sol iminue. Le compactage est facilité lorsque la granulométrie u sol est étalée avec es grains e forme arronie Sols fins Outre la résistance au cisaillement et la éformabilité le compactage a une influence aussi sur la perméabilité et la compressibilité e ce type e sols. La résistance au cisaillement et les éformation : lors un essai e cisaillement triaxial, réalisé sur un échantillon remanié un sol fin, on constate que le éviateur maximum augmente avec l énergie e compactage pour les faibles teneurs en eau (figure 5). Pour les fortes teneurs en eau, l énergie e compactage n a pratiquement pas influence sur la résistance au cisaillement. Il y a onc intérêt à compacter le sol à es teneurs en eau faibles. 4

5 E E 2 E 1 Densité sèche Teneur en eau E < E 2 E < E 1 2 E 1 Teneur en eau Figure 5. Influence e l énergie e compactage sur la résistance au cisaillement La compressibilité : D après la forme es courbes Proctor, eux échantillons un même sol peuvent être compactés à eux teneurs en eau ifférentes pour une même ensité sèche. D où le sol le compressible est celui pour lequel la teneur en eau est la plus élevée. La perméabilité : Suivant la teneur en eau u sol compacté, la perméabilité u sol est élevée si sa teneur en eau est faible, elle est faible lorsque sa teneur en eau est élevée. Ceci est ù à la structure es argiles {5} comme l illustre la figure 6. Aux faibles teneurs en eau les particules argile ont une structure floculée, alors qu aux fortes teneurs en eau les particules sont plus orientées. Il s en suit alors que : - pour les barrages en terre, où la perméabilité verticale oit être faible, il faut compacter plutôt u coté humie c - à - à une teneur en eau élevée ; - pour les travaux routiers, où les sols oivent être perméable pour faciliter le rainage, il faut alors compacter u coté sec où la teneur en eau est faible. 5

6 γ Floculée Orientée ω Figure 6. Structure un sol fin compacté en fonction e sa teneur en eau 12. Exécution et contrôle u compactage Sur chantier, le compactage est réalisé généralement par les rouleaux à pneus pour les sols fins, et par les engins vibrants pour les sols grenus. Cepenant, au moment es travaux, on procèe au contrôle u compactage pour apprécier la qualité u sol compacté. En pratique, le compactage réalisé est jugé bon s il correspon à un taux e à e la ensité sèche maximale qui a été éterminée préalablement au laboratoire. Nous écrivons, ci essous, eux moyens pour vérifier la qualité u compactage sur chantier contrôle par mesure e la ensité sèche et e la teneur en eau Imméiatement après le compactage, on mesure en e nombreux points e la zone consiérée la ensité sèche et la teneur en eau u sol. - pour la teneur en eau, on utilise la méthoe classique qui consiste à éterminer la qualité eau ans un échantillon e sol par étuvage à la température e 105 C. - pour la ensité sèche, on la étermine après avoir calculé le pois spécifique apparent u sol en place. Ce ernier est éterminé après éxécution un trou ans le sol pour lequel on mesure le pois u sol y extrait. Le volume u trou est mesuré suite à son remplissage à l aie un matériau e remplacement (huile, bitume). On utilise aussi le ensimètre à membrane pour la mesure u pois spécifique apparent u sol. De nos jours, on fait appel parfois à es moyens moernes pour la étermination irecte u pois spécifique un sol, tel que l absorption e rayon Gamma par le sol contrôle par l essai e plaque Cet essai consiste à mesurer le éplacement vertical une plaque circulaire sous l action un chargement croissant. Sur la figure 7, on représente un exemple e courbe «contrainte éplacement» relatif à cet essai. A partir e cette courbe, on calcule (selon la norme consiérée) le moule e réaction u sol K éfini par : p = K w R R 6

7 où : p est la contrainte appliquée ; w est le éplacement vertical u sol. Figure 7. Résultats un essai e plaque Portance un sol Dans les travaux routiers, on étermine toujours la portance es sols e fonation une structure e chaussée. La portance est la résistance au poinçonnement mesurée à partir e l essai C.B.R (Californian Bearing Ratio). Le sol est placé ans un moule par compactage, 2 puis il est poinçonné par un piston rigie e section égale à 19, cm, à vitesse enfoncement1,27 mm mn. L inice e portance u sol, est le rapport entre les pressions prouisant un même enfoncement ans le sol à étuier une part, et ans un autre matériau type autre part. cet inice est par éfinition le plus gran es eux rapports suivants : P 2,5 P5, 0,7 1,05 P 2,5 et P 5 sont respectivement les pressions (exprimées en MPa) corresponant à 2,5 mm et à 5mm enfoncement. L inice CBR constitue l un es facteurs essentiels qui interviennent ans le imensionnement une structure e chaussée. Cet inice caractérise la classe u sol e fonation suivant la valeur e sa portance : CBR < 5 5 < CBR < < CBR < 15 CBR > 15 : la portance est mauvaise ; : la portance est moyenne à assez bonne ; : la portance est bonne ; : la portance est excellente. En pratique, l inice CBR est éterminé pour eux états u sol : normal et immergé. On retient souvent la valeur u CBR à l état immergé, caril correspon aux conitions exploitation les plus éfavorables Application a) Tracer, à, partir es onnées suivantes, la courbe relative à un essai Proctor normal réalisé sur une argile : ω (%) 10,1 11,7 1,0 15,2 16,8 18,0 ( KN m ) γ 16,5 17,9 19,0 18,8 17,9 16,7 b) Déterminer la marge à ne pas épasser pour la teneur en eau, en vue assurer un compactage corresponant à 90% e la ensité sèche maximale. c) Quelle est la quantité eau à prévoir pour assurer le compactage e 100 m e cette argile ont la teneur en eau initiale est égale à 2,5%? ) Tracer, ans le plan( γ, ω ), la courbe e saturation e cette argile en consiérant un pois spécifique es grains solies : γ s = 27 KN m. Réponses max a) Le tracé e la courbe Proctor permet e trouver : ω opt = 1,9%, et γ = 19, 2KN m. 7

8 b) Un compactage correspon à 90% e la ensité sèche maximale 90 max onne : γ = 0,9γ = 17, 28KN m. Sur la courbe Proctor cette valeur correspon à une marge e la teneur en eau onnée par : 12,1% ω 16%. c) En consiérant ω = ω op, il faut prévoir lors u compactage une quantité eau égale à : W = ( ω ) 0, 025 W w op s Le volume u sol sera compacté à l optimum Proctor, où : étermine : Ww = 218,88KN, ou un volume eau environ égal à Vw W = Vγ, où on max s = 21, 9m. ) La courbe e saturation correspon à une teneur en eau saturée éterminée à partir e l équation (1). Le tracé e la courbe e saturation sera fait avec les couples e valeurs suivantes : ω (%) 2,6 18,8 15,6 16,2 18,8 22,8 ( KN m ) γ 16,5 17,9 19,0 18,8 17,9 16,7 8