Annalyse granulométrique
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- Marie-Dominique Gagnon
- il y a 8 ans
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1 ANNEXE 1 Annalyse granulométrique 1.1 INTRODUCTION L analyse granulométrique a pour but de déterminer quantitativement la distribution des particulesdesolparclassesdediamètres.lenombreetlagrandeurdesclassesdediamètresdépendront de l objectif pour suivi et, éventuellement, de l importance de l échantillon dont on dispose.ilyalieudefaireremarquerdèsàprésentqu ilexistedesdifférencesquantauxlimites des classes et quant aux appellations des sols en fonction du corps professionnel impliqué. Lemodeopératoiredécritci-aprèsestceluidelanormeASTMD-422avecquelquesmodifications.IlestbasécommelemontrelaFigure1.1surletamisagepourlafractionsableetla sédimentation pour les fractions limon et argile.
2 2 Figure 1.1 Schéma du mode opératoire de l analyse granulométrique selon l ASTM D-422
3 MATÉRIEL NÉCESSAIRE MATÉRIEL NÉCESSAIRE Voici la liste du matériel nécessaire: Lestamis Lestamis 3po(76.2mm),2po,1.5po,1po,3/4po,3/8po,etNo4(4.75m). No10_(2mm),No18(1mm),No35(.5mm),No60(.25mm),No140 (.106mm),No200(.075mm)ouNo230(,063mm) Unebalanceayantuneprécisionde0,lg. Descylindresdesédimentationde1000cc(63.5mm φx460mm - marquede1000cc à360mm ±20mmdufond) HydromètresNo152-H(ASTM-E-100)graduéeng/l Thermomètreavecuneprécisionde0,5 C Agitateurmécanique(décritdansASTM-D ). Eaudistilléeoudéminéralisée. Pièceàtempératurecontrôléeouunbacàtempératureconstante. Solutiond héxamétaphosphatedesodium-(50g/litre)(agentdedispersion) Chronomètreouhorlogeavectrotteuseoumontredigitale Bouteilled alcoolamyliqueavecuncompte-gouttes. 1.3 PRÉPATION DE L ÉCHANTILLION DE SOL Voicilesétapesdelapréparationdechaqueéchantillondesol: 1. Fairesécherl échantillondesolàlatempératuredelapièce. 2. Briser mécaniquement les agrégats avec un marteau en caoutchouc. 3. TamiserlesolavecuntamisNo10(2mm). 4. RéduireunedeuxièmefoislafractionretenuesurletamisNo10avecunpilonou marteau en caoutchouc jusqu à ce que les particules de sol soient à grain unique. 5. TamiserànouveausurletamisNo10etpeserlesportionsretenuesetpassantes. La taille de l échantillon dépend du diamètre de la plus grosse particule Diamètre de la plus grosse particule 3po(76mm) 2po(51mm) 1,5po(38mm) 1po(25,4mm) 3/4po(19mm) 3/8po(9,5mm) Masse minimale de l échantillon retenue surletamisno g 4000g 3000g 2000g 1000g 500g
4 4 LaquantitéminimumpassantautraversdutamisNo18estde -150gpourleséchantillonstrèssableux g pour les autres types d échantillons Pour l analyse granulométrique d un sol pour le design d un filtre, seule l analyse de la fractionpassantletamisno4estnécessaire. 1.4TAMISAGEDELAFRACTIONRETENUESURTAMISNo10 VoicilesétapesdutamisagedelafractionretenuesurletamisNo10(D>2mm): 1. DélaverlafractionretenuesurletamisNo10jusqu àcequelefiltrantsoitclair. 2. Sécher à l étuve. 3. Peseretnoter. 4. Tamiseravecunesériedetamis(de3poàNo10)enfonctiondesbesoinsetde l échantillon. Animer les tamis d un mouvement latéral et vertical continu pour que l échantillon soit toujours en mouvement sur le tamis. 5. Continuerletamisagejusqu àcequelavariationdepoidssuruntamissoitinférieureà1%.pouruneminutedetamisage. 6. Peser la fraction retenue sur chaque tamis et passant au travers du dernier. 7. Vérifiersilasommedesfractionsretenuesoupassantestégaleàlamasseinitiale mise en oeuvre. 1.5 SÉDIMENTATION DE LA FRACTION PASSANT LE TAMIS No 10 VoicilesétapespourlasédimentationdelafractionpassantletamisNo10(D<2mm): 1. Prendreunéchantillond environ50g(100gpourlessolstrèssableux)passantau travers du tamis No 10 et peser. Détruire éventuellement la matière organique par H (Ref.MethodofSoilAnalysis). 2. Placerl échantillondansunrécipientde250mletajouter100mldesolutionde hexamétaphosphate de sodium(50 g/litre)(agent de dispersion) 3. Aprèsaumoins16heuresderepos,transférerlecontenudansleboldel agitateur et au besoin laver avec de l eau distillée ou déminéralisée pour détacher les particules de sol retenues dans les coins. 4. Agiter pendant 2 minutes la solution au moyen de l agitateur mécanique dont la vitesse de rotation est supérieure à 1000 rpm. 5. Transférer tout le contenu du bol d agitation dans un cylindre vertical de 1000 cc et laver au besoin avec de l eau distillée ou déminéralisée. 6. Compléter le volume à 1000 cc avec de l eau distillée ou déminéralisée. 7. Remuer fermement pendant environ 1 minute le contenu du cylindre avec une baguette munie en son bout inférieur d une rondelle trouée(on peut aussi le faire
5 PRÉPATION DE L ÉCHANTILLION DE SOL 5 entournantlecylindredehautenbasenprenantsoindefermerlecylindreavecla paumedelamainouunbouchon). 8. Tenircomptedutempsdesédimentationdèslafindu remuage. 9. S ilseformeunemousseàlasurfacedelasuspension,ajouter1ou2gouttes d alcool amylique. 10. Introduire lentement l hydromètre à partir de la vingtième seconde et noter la concentration à 40, 50 et 70 secondes. Retirer l hydromètre et le rincer à l eau distillée.prendred autresmesuresàenviron5,10,15,30min.,1h,4h,7h,et12h ou plus souvent en fonction de l objectif poursuivi. Après chaque opération, retirer et rincer l hydromètre. La limite inférieure des sables(0,050 mm) se situe pour untempsdesédimentationde40-70secetlalimitesupérieuredesargilessesitue pouruntempsde7à12heures. 11. Préparer parallèlement dans un autre cylindre une solution témoin(100 ml de solution de hexamétaphosphate de sodium complété par de l eau distillée ou déminéraliséeà1000cc)oùlaconcentrationetlatempératuresontnotéesen mêmetempsqu àl item10.(lesdeuxsolutionsdevrontêtreàlamêmetempérature -celledubacoudelapièce).ilestrecommandédeprépareraumoinsune solution témoin par solution de hexamétaphosphate de sodium pour minimiser les erreurs possibles lors de la préparation. La concentration des particules restant en suspension est égale à la différence entre la concentration de la suspension et celle delasolutiontémoin.nousl appelleronsr i. 12. Le diamètre maximum des particules encore en suspension est calculé par la loi de Stokes qui s écrit: D = 30η 980(G G l ) L T [1.1] D = diamètre effectif(mm) η=vixcositédelasoltion(poise) G = densité des particules G l =densitédelasolution(eau+hexamétaphosphatedesodium) L =distanceparcourueparlaparticuleentrelasurfaceduliquideetle niveau d enfoncement de l hydromètre(cm) T =temps(min) Enutilisantletableau1enfonctiondelatempératuredelasolutionetdela densité des particules, le diamètre peut s exprimer simplement: D = K 1000 L T [1.2] K = Constante déterminée selon le tableau La longueur(l) ou la profondeur à laquelle la concentration des particules est mesurée dépend de l enfoncement de l hydromëtre dans la suspension, par conséquentdelalecturedel hydromètreetelleestévaluéeàl aidedutableau2.
6 6 14. Parallèlement, prendre un échantillon d environ 50 g du même sol passant au travers du tamis No 10 et peser. Détruire éventuellement la matière organique commeàl article1delasection1.5,fairesécheràl étuveà105 0 Cpendant24 heures et peser. Exprimer cette teneur en matière organique et humidité hygroscopique(sur une base humide) par rapport à la matière fraîche de l échantillon, soit: θ = Poidsfrais Poidsséchéàl étuve Poids frais [1.3] 1.6TAMISAGEDELAFRACTION(2mm -.075mm) 1. Après la dernière lecture de l hydromètre, prendre le contenu du cylindre et le transférersuruntamisno200ouno230(préférablement)etdélaveravecde l eau usqu à ce que le filtrat soit limpide. 2. Transférerlecontenutotalretenusurletamis(enlavantaubesoin)dansunrécipient, faire évaporer et sécher à l étuve, et peser. 3. TamiserenutilisantlestamisNo18,No35,No60,No140,No200(ouéquivalents)etselonlamêmeprocédurequ àlasection1.4etpeserlaquantitédesol retenue sur chaque tamis et dans le contenant sous les tamis. Vous devez retrouver la même quantitée totale de sol que pesée à l item précédent. 1.7 CALCUL DES DIFFERENTES FRACTIONS LesfractionsretenuessurletamisNo10(D>2mm): 1. LafractionretenuesurletamisNo10(D>2mm)est: P D>2mm = M No10 M T [1.4] P D>2mm =fractionretenuesurletamisno10 M No10 =masseretenuesurletamisno10aprèsdélavage(section1.6) (g) M T =massedel échantillon(g) D = diamètre des particules 2. La fraction retenue sur chaque tamis lors du tamisage de la fraction retenue(section1.4)est: P a b = M Noa M T [1.5] P a b =fractionretenuesurletamisnoa(a<d<b)
7 PRÉPATION DE L ÉCHANTILLION DE SOL 7 Les fractions en suspension(d < 0,050 mm) lors de l analyse par sédimentation(section 1.5) 1. Calculerlamassesèche(MS)desolàsédimenter: M S =(1 θ)m r [1.6] θ = teneur en eau hygroscopique et en matière organique(base humide) M r =masseréellededépart (section1.5,article1) 2. Calculer le diamètre équivalent maximum des particules en suspension par la loi de Stokes(équation 1.2). 3. Calculerlafractionpluspetiteque2mm(P D<2mm.) P D<2mm =100 P D>2mm [1.7] 4. Calculerlesfractionsensuspension(P D<Di.)est: P D<Di = a R i R t M S P D<2mm [1.8] R i =concentrationluedesparticulesdesolensuspension(g/l)àl instant i (section 1.5, article 11.) R t =concentrationluedelasolutiontémoin(g/l)àl instant i a = facteur de correction de la concentration tenant compte de la densité des particules en suspension(tableau 3)(L hydromètre est gradué pour des particules d une densité de 2.65). 5. Lafractioncompriseentredeuxdiamètres(D l etd 2 ) P D1 D 2 = a R 1 R 2 M S P D<2mm [1.9] Lesfractionsdesable(0,075mm<D<2mm)ou(0,063mm<D<2mm)lorsdutamisageàla section Calculer les fractions retenues sur chacun des tamis P Noa =P a b = M Noa M S P D<2mm [1.10] 2. Calculer la fraction passante pour chacun des tamis en commençant par le tamis de1mm(no18)etparlasuitelestamis(no35,no60,no140,no200ou230) P D<Di =P D<2mm n i=a P Noi [1.11] a =tamisno18,n =tamiscorrespondantaudiamètred i
8 8 1.8 LA COURBE GRANULOMETRIQUE Lacourbegranulométriquesetracesurpapiersemi-log(5cycles)où,enabscisse(échellelogarithmique)sontportéslesdiamètres(D i )desparticulesdesolet en ordonné(échelle arithméthique) la fraction des particules d un plus petit diamètre(p D<Di ) 2. 2LediamètrecaractéristiqueD n sedéfinitcommelediamètredesparticulesoù N%desparticulesdesol(enpoids)ontundiamètrepluspetit.LediamètreD n se lit directement sur le graphique. Les principaux diamètres caractéristiques sont: a)lediamètreeffectif(d 10 ) b)lemodule(d 50 ) c)led 15 etd 25 Tableau 1. Valeur des facteurs(k) utilisés dans l équation 1.2 lors de l utiisation de l hydromètre152h Température Masseréelledesparticulesdesol(g/cm 3 ) C ,
9 PRÉPATION DE L ÉCHANTILLION DE SOL 9 Tableau 2 Longueur effective de sédmentation(l) pour l hydromètre 152 H Lecture g/l Longueur cm Lecture g/l Longueur cm Lecture g/l Longueur cm Tableau3Facteurdecorrection(a)enfonctiondelamasseréelledesparticulesdesol Masse réelle (g/cm3) Facteur de correction a ,
10 10 BIBLIOGRAPHIE American Society for Testing Material, Standard Method for Particle-size analysis of Soil.D (Reapproved1972)AnnualBookofASTMStandards.Part19; American Society for Testing Material, Standard Method for dry preparation of Soil Sample for Particle-size analisis and determination of soil constants. D (Re approved 1972). Annual Book of ASTM Standards, Part 19; Bouyoucos, Y.J Hydrometer Method improved for making particle-size analysis of soils. Agronomy Journal, Vol. 54, Kaddah, M.T. 1974, The Hydrometer method for detailedjpartic.jesize analysis, Soil Sci. 70, 102. Method of Soils Analysis, Part I, Nomograph No 9, American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin.
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