BURKINA FASO Unité-Progrès-Justice Ministère des Enseignements Secondaire et Supérieur (MESS) -------------UNIVERSITE DE OUAGADOUGOU ------------- Ministère des Infrastructures du Désenclavement et des Transports ----------------------Laboratoire National du Bâtiment et des Travaux Publics (LNBTP) Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Fada Filière: Génie-civil (ENSIF) Rapport de stage pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur des Travaux Auteur : Wendyam Arsène Flavien DAMIBA Maître de stage : M. Ali SANA Chef du Département Géotechnique Routière Première promotion Mai 2014 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Dédicaces À mes parents Edouard. D. DAMIBA et Scholastique TAPSOBA, j’y suis arrivée grâce à vous. À ma sœur Baowendsom Sylvie Laure DAMIBA, courage ! Plus qu’un pas. A toute ma famille, noyau vital de ma réussite à l’école et dans la société ; A tous mes amis qui m’ont soutenu dans cette quête de la connaissance et dans cet apprentissage dans la vie sociale; A mon ami Arzouma Modeste KYELEM; A tous les promotionnaires avec qui j’ai partagé les joies et les inquiétudes de l’année ; Aux nobles enseignants rencontrés tout au long de ma scolarité ! Qu’ils trouvent dans ce travail Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF l’effort que chacun a consenti ! i Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Remerciements Le plaisir que j’ai eu à effectuer cette étude provient en grande partie de toutes les personnes qui m’ont encadré et permis d’avancer pendant ce stage. Je tiens à les remercier mes sincères remerciements : Au Directeur Général du Laboratoire National du Bâtiment et des Travaux Publics (L.N.B.T.P) pour m’avoir accepter comme stagiaire ; A mon maître de stage Mr Ali SANA chef du Département Géotechnique Routière (D.G.R) pour l’attention portée à ma personne ; A tout le personnel du L .N.B.T.P que j’ai pu côtoyer merci à chacun d’entre vous pour votre aide et votre bonne humeur ; A l’administration et au corps professoral de l’ENSI-F pour les connaissances acquises ; À tous ceux qui m’ont toujours apporté leur soutien et qui d’une manière ou d’une manière ou une autre, ont contribué à la réalisation de ce stage puissiez vous trouvez ici l’expression de ma profonde gratitude. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF ii Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Résumé Le but de ce travail est de présenter dans un premier temps, les différents essais géotechniques tout en soulignant les réalités pratiques de réalisation de ces essais en laboratoire et in situ ; et dans un second temps, analyser et interpréter les résultats de ses essais qui seront confrontés aux prescriptions Cahier des Clauses Techniques Particulières d’un projet de génie civil. Mais il sera avant tout question d’une présentation générale de la structure d’accueil . Il ressortira à la fin de cette analyse comparative, la décision de procéder ou non à la réception de l’ouvrage pour la suite de la réalisation. Ce travail se révèle principalement être une étude de réalisation des différents essais géotechniques afin de déterminer leurs propriétés ; et le contrôle de qualité en laboratoire et in situ ; qualité non seulement des matériaux utilisés, mais aussi de l’emploie de ces matériaux pour les travaux de réalisation des ouvrages en général. Abstract The aim of this work is to present initially, the various geotechnical essays while underlining realities practice realization of these essays laboratory and in situ; and in the second time, to analyze and interpret the results of its essays which confronting with the regulations Book of the Particular Technical specifications of a project of civil engineering. But it will be before any question of a general presentation of the reception facilities. It will arise at the end of this comparative analysis, the decision to proceed or not to the reception of the work for the continuation of the realization. This work mainly proves to be a study of realization of the various geotechnical essays in order to determine their properties, and it quality control in laboratory and in situ; quality not only of materials used, but also of in general employs these materials for the initial work of the works. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF iii Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Liste des sigles et abréviations: A: Coefficient d’aplatissement ou Affaissement AASHTO : American Association of State Highway and Transportation Official AG : Analyse granulométrique AFNOR : Association Française de Normalisation ASTM : American Society for Testing and Material CBR : California Bearing Ratio test (essai californien de portance) Cc : Coefficient de courbure CCTP : Cahier des Clauses Techniques Particulières Cu : Coefficient d’uniformité D : densité DGR : Département Géotechnique Routière DSF : Département Sol et Fondation DS : Département Structure ENSIF : Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de FADA N’Gourma ES Equivalent de sable GAL : Grave Argileuse Latéritique Ic : Indice de compacité ICBR : indice CBR IP Indice de plasticité IPI : Indice Portant immédiat PS : Poids spécifique P : Propreté superficielle OPM : Optimum Proctor Modifié LNBTP : Laboratoire National du Bâtiment et des Travaux Publics ; LA : Los Angeles MDE: Micro Deval à eau UU : Cisaillement direct Undrained Unconsolided (non drainé non consolidé) Wl Limite de liquidité Wp Limite de plasticité W Teneur en eau Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF iv Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Table des matières Dédicaces .................................................................................................................................... i Remerciements ........................................................................................................................... ii Résumé ...................................................................................................................................... iii Abstract ..................................................................................................................................... iii Liste des sigles et abréviations: ................................................................................................. iv Introduction ................................................................................................................................ 1 Chapitre I : Présentation du L.N.B.T.P ...................................................................................... 2 I.1 Domaines d’intervention du L.N.B.T.P ..................................................... 2 I.2 Organigramme du L.N.B.T.P ............................................................... 2 Chapitre II : Essais géotechniques sur les matériaux ................................................................. 4 II.A Département géotechnique routière ..................................................... 4 II.A.1 Section échantillonnage................................................................. 4 II.A.1.1 Echantillonnage ........................................................................ 4 II.A.2 Section granulométrie ................................................................... 5 II.A.2.1 Analyse granulométrique par tamisage ............................................. 5 II.A.2.2 Essai de détermination du coefficient d'aplatissement ............................ 7 II.A.2. 3 Détermination de la propreté superficielle ...................................... 8 II.A.2.4 Essai de détermination du poids spécifique ou masse volumique réelle des granulats ................................................................................................ 9 II.A.3 Section Limites d’Atterberg et Equivalent de Sable ............................... 10 II.A.3.1 Limites d’Atterberg................................................................ 10 II.A.3.1.3 Essai d’équivalent de sable ..................................................... 12 II.A.4 Section Proctor-CBR ................................................................ 14 II.A.4.1 Essai Proctor modifié ............................................................. 14 II.A.4.2 Essai CBR.......................................................................... 15 II.A.5 Section Produits hydrocarbonés .................................................... 18 II.A.5.1 Essais d’identification de bitume ................................................ 18 II.A.5.2 Essai Kumagawa ................................................................. 19 II.A.5.3 Essai Marshall .................................................................... 20 II.A.5.4 Essai Duriez........................................................................ 22 II.B Chantier : Travaux de construction et de bitumage de la route RD 152 OUAGADOUGOU- NIOKO- SAABA y compris les bretelles d’accès au CSPS et à l’université SAINT THOMAS D'AQUIN ....................................................................... 24 Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF v Les essais géotechniques en laboratoire et in situ II.B.1 Revêtement ......................................................................... 24 II.B.2 Les contrôles préalables ............................................................ 25 II.C Département sol et fondation ............................................................ 29 II.C.1 Essai de cisaillent direct non drainé non consolidé sur sol argileux................. 29 II.C.3 Essai pénétrométrique (NF P 94-115).............................................. 32 II.D Département structure ................................................................... 33 II.D.1 Etude et fabrication du béton au labo ou in situ ................................... 33 II.D.2 Essai d’affaissement au cône d’Abrams ........................................... 33 II.C.3 Essai de compression ............................................................... 34 II.C.4 Essai de densité apparente des gravillons et sables .............................. 35 II.C.5 Essai Micro-Deval à eau ............................................................ 36 II.C.6 Essai Los Angeles ................................................................. 37 II.C.7 Essai de traction de l’acier .......................................................... 39 Chapitre III : Analyse et interprétation des résultats obtenus .................................................. 40 III.1 Paramètres similaires .................................................................... 40 III.2 Analyse granulométrique (essai d’identification) ................................... 40 III.3 Equivalent de sable, essai de propreté du gravier, coefficient d’aplatissement et pois spécifique ............................................................................................. 41 III.4 Les limites d’Atterberg (essai d’identification) ..................................... 41 III.5 Essai Proctor Modifié ................................................................ 41 III.6 Essai CBR ............................................................................. 41 III.7 Essais sur le bitume et l’enrobé ...................................................... 42 III.8 Densité apparente des matériaux, Los Angeles et Micro-Deval.................... 42 III.9 Formulation du béton simplifié et essai de traction de l’acier ...................... 42 III.10 Densitomètre à membrane, plaque et boîte doseuses .............................. 42 III.11 Essai de cisaillement ................................................................ 43 III.13 Pénétromètre dynamique ........................................................... 43 Chapitre IV : Remarques et suggestions .................................................................................. 44 Conclusion ................................................................................................................................ 45 Références bibliographiques .................................................................. 46 Sources des fichiers intégrés .................................................................. 46 ANNEXES ............................................................................................................................... 47 ANNEXE I : FICHES TECHNIQUES RECAPITULATIVES ............................. 47 ANNEXE II : MATERIELS ET ACCESSOIRES NECESSAIRES ........................ 67 Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF vi Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Introduction L’Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Fada N’Gourma (ENSI-F) est un institut universitaire qui forme des étudiants aux métiers du Génie (civil, minier,…).Consciente qu’une formation théorique sans expérience pratique est incomplète voire vaine, un stage obligatoire de fin de cycle est demandé à tout élève ingénieur pour l’obtention du diplôme d’ingénieur des travaux. Aussi la géotechnique étant le domaine d’étude des propretés physiques, mécaniques, hydrauliques des sols et de leur application en génie civil, elle est indispensable pour les élèves et étudiants en formation de génie civil. Ainsi, nous avons choisi le Laboratoire National Burkinabé de Travaux Publiques (L.N.B.T.P) comme lieu de stage, qui d’ailleurs a bien voulu nous accueillir et nous a donné comme thème : ‹‹Les essais géotechniques en laboratoire et in situ››. Les essais et le contrôle géotechniques se placent au cœur même de l’exécution de tout chantier et ils constitueront l’objet de notre présent travail. Notre travail s’articulera autour trois (03) principaux axes : Nous présenterons tout d’abord d’une façon générale le L.N.B.T.P, puis nous présenterons quelques essais géotechniques et leurs réalités pratiques de réalisation ; et nous terminerons par une exploitation des résultats obtenus lors de ces essais. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 1 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Chapitre I : Présentation du L.N.B.T.P Le Laboratoire National du Bâtiment et des Travaux Publics (L.N.B.T.P/Burkina), est un établissement public à caractère industriel et commercial. Il a été créé en 1968 par décret n°68223/PL/TP. Structure bien organisée, il intervient dans plusieurs domaines du génie civil. Le L .N.B.T.P siège à Ouagadougou (Burkina Faso) et plus précisément dans le quartier Gounghin sur le boulevard Naaba ZOMBRE. Il a une représentation appelée Délégation Régionale à Bobo Dioulasso. I.1 Domaines d’intervention du L.N.B.T.P De nombreux services sont rendus par la dite société à plusieurs niveaux. Elle intervient en effet dans : les missions d’études et d’expertises les missions de recherche appliquée et fondamentale le domaine d’infrastructures et de transport le domaine de construction des matériaux le domaine de la mécanique des sols et fondations le domaine de la recherche le domaine du contrôle technique I.2 Organigramme du L.N.B.T.P Son personnel est constitué de 277 personnes dont 147 permanents parmi lesquels on dénombre environ une trentaine de cadres (ingénieurs, techniciens, agents techniques), et 130 temporaires. Pour réussir la mission qu’il s’est assigné, le L.N.B.T.P s’est tracé une ligne de conduite qui l’a amené à l’organisation suivante : Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 2 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 3 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Chapitre II : Essais géotechniques sur les matériaux Pour la suite il sera question de procéder par essai dans les différentes sections de chaque département et pour chacun des essais précédemment cités, de le définir, et de donner son but, son principe ainsi que le matériel effectivement utilisé pour l’exécution de l’essai et pour finir, son mode opératoire avec à l’appui des illustrations sous la base qu’un schéma vaut 1000 mots. Les feuilles de calcul (et/ou l’expression des résultats) ainsi que les formules seront en annexe I et annexe II : photos matériels. Le nom d’une section fait référence aux essais qui y sont réalisés. II.A Département géotechnique routière II.A.1 Section échantillonnage II.A.1.1 Echantillonnage a) Le prélèvement Les matériaux déposés sur le chantier peuvent ne pas provenir du même emprunt. Par soucis de ne pas faire l’étude sur le même échantillon au risque d’avoir des résultats erronés, le prélèvement s’effectue sur toute une planche de longueur d’environ une centaine de mètre. Quant à la quantité du matériau prélevé, elle est d’environ une soixantaine de kilogramme car le même matériau devait non seulement subir tous les essais nécessaires, mais aussi servir de réserve pour une éventuelle reprise pour confirmer des résultats contradictoires, divergents avec ceux obtenus par le laboratoire de l’entrepreneur. De retour au laboratoire, le matériau prélevé de quantité Q est étalé puis séché à l’air libre pendant environ quatre (04) heures de temps, dans le but de diminuer la teneur en eau du matériau avant l’essai car une importante teneur en eau pourrait nuire à la bonne qualité des résultats. b) Exécution de l’essai Au laboratoire, l’essai doit être fait sur une quantité plus faible q. Comment séparer cette quantité q représentative de Q ? Deux procédés de base assez satisfaisante sont utilisés : par quartage et à l’aide d’échantillonneur. NOTA : Une fois le matériau provenant du chantier jugé sec, on procède au tamisage. En effet le matériau est passé au tamis de 20mm afin d’éliminer les graviers grossiers. Puis seuls les passants sont retenus pour l’échantillonnage. Le quartage Comme le nom l’indique, on divise l’échantillon en quarts. Placer l’échantillon bien homogénéisé dans un bac métallique à bords peu élevés (de préférence), et l’étaler. A l’aide d’une truelle, partager d’abord eu deux moitiés (1), puis en quatre quarts (2), sensiblement égaux. Eliminer les fractions A et D, et réunir les fractions opposées B et C: on a ainsi la moitié de l’échantillon primitif. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 4 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Emploi d’échantillonneur Cet appareil de laboratoire permet de diviser facilement en deux parties représentatives la totalité d’un échantillon initial. Des cloisons transversales constituent une succession d’entonnoirs dont les ouvertures sont dirigées d’un côté et de l’autre. Le matériau à étudier, versé dans l’échantillonneur à l’aide d’une pelle spéciale est recueilli dans 2 petits bacs. Chaque moitié, représentative de l’ensemble peut être encore partagée en 2, puis encore en 2 etc.…. A la fin, l’échantillon est reparti dans des plats ‘points', pesés, étiquetés. L’essai Proctor nécessite 5 points (6 kg d’environ), l’essai CBR nécessite 3 points. NOTA : Ces deux procédés peuvent être utilisés séparément ou conjointement, en fonction des quantités à séparer et de la grosseur maximale des grains. II.A.2 Section granulométrie II.A.2.1 Analyse granulométrique par tamisage a) Définition et but de l’essai L’analyse granulométrique est un essai qui consiste à étudier la granulométrie du granulat, c’est –à- dire la distribution des grains suivant leur dimension en déterminant par pesée l’importance relative des classes de grains de dimension bien définies par pourcentages. Elle se fait par tamisage pour la fraction de granulat dont le diamètre des grains est supérieur à 0.080 mm et par sédimentométrie pour la fraction des sols dont le diamètre des grains est inférieur à 0.08 mm. Pour ce travail l’analyse granulométrique s’est limitée au tamisage. b) Principe de la méthode L’opération consiste à éliminer par lavage à l’eau des fillers puis à procéder un tamisage après séchage à l’étuve. À partir de la masse on détermine les différents pourcentages des refus. Les résultats sont exprimés sous forme d’un graphique semi-logarithmique appelé courbe granulométrique. Cette courbe est l’un des indicateurs permettant de caractériser la distribution granulométrique du matériau. c) Matériel nécessaire une série de tamis (fils métalliques à mailles carrées), un tamis de 80 µm pour le lavage, une étuve pour le séchage, un fond de cuve et couvercle, une brosse métallique, une balance de précision. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 5 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ d) Mode opératoire d.1) Les préparations avant l’essai Préparations avant l’essai d’analyse granulométrique par tamisage Après l’échantillonnage, le tas réservé pour l’essai granulométrique par tamisage est recueilli dans un plat, pesé puis lavé à grande eau sur le tamis de 80µm pour éliminer les fillers. Le lavage est terminé si l’eau qui s’écoule du tamis prend l’aspect clair. Après lavage, les refus son mis à l’étuve à 105°C pendant 24H. À sa sortie de l’étuve, on pèse le matériau pour déterminer sa masse sèche et on commence le tamisage. Préparations avant l’essai d’analyse granulométrique par tamisage à sec après lavage 1 M1h Etuvage Pesée M1s 2 M Mh Lavage au tamis 80µm Etuvage Pesée Ms A partir de l'échantillon M, on divise le matériau en deux échantillons. 1. Le premier échantillon sert exclusivement à établir une règle de proportionnalité sur la teneur en eau considérée uniforme du granulat. Pour cela il est prélevé et pesé humide, M1h puis séché et pesé sec M1s. 2. Le second est prélevé et pesé humide, Mh puis tamisé par lavage (sur le tamis de 80µm) séché et pesé sec Ms. Le raisonnement permettant de déterminer (par calcul) la masse sèche totale de l’échantillon à laver sans le sécher est le suivant. Si la masse humide d’un échantillon de granulat, M1h, donne une masse sèche M1s alors la masse de n’importe qu’elle autre échantillon du même granulat Mh donnera la masse totale sèche Ms correspondante par proportionnalité (règle de trois), soit: Ms =Mh (M1s/M1h). La masse sèche Ms1 prélevée sur Ms sera utilisée pour l’essai. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 6 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ d.2) L’exécution de l’essai Après observation du granulat, faire choix du tamis le plus fin et du tamis le plus gros. On s’arrange en général pour que le granulat passe entièrement au travers du tamis le plus gros. Empiler les tamis dans l’ordre croissant (bas vers le haut), agiter horizontalement le tout manuellement jusqu’à ce qu’il ne passe pratiquement plus de matière susceptible d’influencer les résultats de façon significative. Puis agiter individuellement chaque tamis, supérieur jusqu’au dernier (c’est le tamisage). Peser les refus en cumulé. C’est à dire, peser le contenu du premier tamis puis y ajouter le contenu du tamis immédiatement inférieur pour avoir le refus cumulé, et ainsi de suite. Porter les résultats des refus cumulés en g dans un tableau. Calculer les refus cumulés en % Calculer les tamisât en % Tracer la courbe. Les feuilles d’essais et les courbes en annexe1, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.A.2.2 Essai de détermination du coefficient d'aplatissement a)Définition et but Le coefficient d’aplatissement d’une classe correspond au passant en % du tamisage sur la grille à fentes correspondante. La détermination du coefficient d'aplatissement est l'un des tests permettant de caractériser la forme plus ou moins massive des granulats. b) Principe Séchée et pesée, la prise d’essai est d’abord divisée en classes granulaires d/D selon leur grosseur par tamisage sur tamis à mailles carrées. Chacune de ces classes est à son tour passée sur une grille à fente parallèles d’écartement G/ E> 1,58. La forme d’un élément est définie par trois dimensions principales à savoir la longueur (L), l’épaisseur (E) et la grosseur (G). Le coefficient d’aplatissement A d’un lot de granulat soumise à l’essai est par définition le pourcentage des éléments tels que : G/E>1,58 c) Matériel nécessaire une balance une étuve une série Tamis de 80 µm à 80 mm une série Grille à fente de 2.5 mm à 20 mm Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 7 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ d) Mode opératoire (NF P 18-561) Granulat de masse M0 déversé sur tamis à maille d2 Passant Mg à travers le tamis d1 et refusé sur d2 Déversé sur grille à fentes d’écartement d2/1,58 Matériau refusé = bonne forme Tamis d2 immédiatement inférieur à d1 1 2 Matériau passant Me =mauvaise forme 1. L’échantillon (point) provenant de l’échantillonnage est d’abord écrêté (lavage) au tamis de 4mm et le refus séché de masse M0 est utilisé pour le double tamisage. Pour chaque tamis, peser le refus élémentaire de masse Mg, 2. Passer ensuite le refus élémentaire à la grille, recueillir le passant et le peser Me, Le coefficient d’aplatissement de cette classe granulaire est 100x (Me/Mg). Procéder de même pour les autres tamis. Le coefficient d’aplatissement global A est donné par: A=100x (∑Me/∑Mg). La feuille d’essai en annexe2, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.A.2. 3 Détermination de la propreté superficielle a) Définition et but La propreté superficielle est définie comme étant le pourcentage pondéral de particules de dimensions inférieures à 0,5mm adhérentes à la surface ou mélangées à un granulat de dimension supérieure à 2mm. L'essai de propreté d'un gravier met en évidence la présence d'éléments fins dans le gravier et permet de les quantifier. Le but de l'essai est donc de déterminer la propreté d'un granulat au regard de son utilisation possible. b) Principe de la méthode Les éléments fins contenus dans le granulat à tester sont séparés par lavage sur un tamis d'ouverture 0.5mm. Leur pourcentage est déterminé par pesée après séchage du refus. c) Matériel nécessaire un ami de 0,5 mm une balance de precision1g une étuve Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 8 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ d) Mode opératoire (NF P 18-591 sept. 90) Il s’agit de séparer par lavage sur tamis de 0.5 mm les particules inferieures à cette dimension. Pour l’expression des résultats, on calcule d’abord la masse sèche de l’échantillon soumis à l’essai Ms à partir de la formule suivante : Ms (g) = Mh x (M1s/M1h). M1h : le premier échantillon préparé; Mh : le deuxième échantillon préparé ; M1s : la masse sèche du premier échantillon séché à l’étuve. Ensuite, on calcul la masse sèche m des éléments inferieurs à 0.5 mm par la formule : m(g) = Ms – m’ La feuille d’essai en annexe3, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.A.2.4 Essai de détermination du poids spécifique ou masse volumique réelle des granulats Par définition, c’est la masse du granulat sec sans les vides (pores) occupant l’unité de volume V mesuré avec le pycnomètre. Le matériau est d’abord lavé au tamis de 4mm et séché puis on prend une masse de prise d’essai selon la taille du ballon. Plaque de verre P1 Ballon vide eau P2 P3 P4 3 Les pesées Matériau Peser le ballon (propre, sec) vide et sa plaque de verre soit le poids P1, Le remplir intégralement d’eau en le couvrant de sa plaque de verre afin d’éliminer si nécessaire les bulles d’air emprisonnées soit le poids P2, Vider le ballon, y verser une certaine quantité de matériau sec soit le poids P3, Une fois le matériau versé, remplir nouveau celui-ci d’eau (laisser reposer minimum 15mn), et faire le vide au moyen de la cloche à vide (2h) afin d’éliminer les pores, et peser soit le poids P4. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 9 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Renouveler l’opération pour faire la moyenne. NOTA : La méthode est dite celle du pycnomètre mais dans ce cas, un ballon a été utilisé. La feuille d’essai en annexe4, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.A.3 Section Limites d’Atterberg et Equivalent de Sable II.A.3.1 Limites d’Atterberg a) Définition La limite d’Atterberg informe sur l’étendue de la plage de teneur en eau à l’intérieur de laquelle le sol remanié a un comportement plastique, c’est-à-dire « pâteux ». C’est l’un des essais de laboratoire les plus complexe car elle demande la présence effective, l’attention ainsi que le bon sens de l’opérateur. L’essai s’effectue sur les fines et deux des cinq (05) limites d’Atterberg étaient déterminés au laboratoire. Il s’agit de la limite de liquidité et celle de plasticité. II.A.3.1.1 Limite de liquidité a) But et principe de la méthode Le but de cet essai est de déterminer la teneur en eau d’un échantillon à son passage de l’état liquide à l’état plastique. L’essai consiste à déterminer le nombre de coup à la coupelle de Casagrande permettant de refermer d’environ1.mm les deux (02) lèvres de la rainure et de déterminer la teneur en eau correspondant au nombre de coups. On répète cinq fois l’opération et on trace la droite de la limite de liquidité appelée courbe d’écoulement, représentant la teneur en eau en fonction du nombre de coups. La limite de liquidité est ainsi obtenue à partir de cette droite et correspond à la teneur en eau obtenu avec 25 coups à la coupelle de Casagrande. b) Matériel nécessaire un plat pouvant contenir tout le matériau après lavage, un tamis de 0.4mm pour le lavage, une pipette d’eau, appareil de Casagrande et accessoires, une plaque en acier pour le malaxage, une balance, une étuve pour la détermination de la teneur en eau. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 10 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ c) Mode opératoire (NFP 94-051) Préparation avant l’essai Après échantillonnage, l’échantillon réservé aux limites est lavé à l’eau sur le tamis de 0.4 mm soit de module AFNOR n° 27. Seules les particules fines passant à ce tamis recueillies dans un plat seront retenues pour l’essai. Le plat contenant l’eau trouble est ensuite déposé plusieurs heures à l’ombre pour permettre aux fines de décanter. L’eau claire surnageant la pâte est perpétuellement chiffonnée pour accélérer le processus de décantation. L’exécution de l’essai La pâte est renversée sur la plaque métallique, et on commence le malaxage qui dure quelques minutes. Le but est d’homogénéiser la pâte et on la considèrera homogène lorsque qu’elle est exempte de morte. Une fois homogène et après avoir bien nettoyé la coupelle de Casagrande, la pâte est délicatement remplie sur le plateau de la coupelle et on racle soigneusement la moitié que l’on remet sur la plaque. ² Appareil de Casagrande Le but du raclage est de respecter la prescription de la norme selon laquelle l’épaisseur au centre doit être de 15 à 20 mm. Aussi, la pression exercée sur la pâte permet pour ainsi de rendre le remplissage parfait. À l’aide l’outil à rainurer, on crée d’un seul mouvement une rainure séparant complètement la pâte en deux. À l’aide de la manivelle de la coupelle, effectuer une série de choc régulier d’environ 02 coups/s. Pendant ce temps l’attention de l’operateur doit être fixée sur les deux lèvres de la rainure car il doit arrêter les coups dès lors qu’elle se touche d’environ 15 mm. L’essai n’est acceptable que si l’on obtient au premier essai un nombre de coups supérieur à quinze (15). Noter alors le nombre de coups et prélever des tares pour déterminer de la teneur en eau après avoir pesé la masse humide et répéter ainsi l’opération pour les trois autres points de la droite. La feuille d’essai en annexe5, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.A.3.1.2 Limite de plasticité a) But et principe de la méthode Cet essai relativement plus simple que le précèdent a pour but de déterminer la teneur en eau d’un échantillon de sol de son passage de l’état liquide à l’état solide. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 11 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Le principe de l’essai consiste à rouler à la main et contre une plaque un échantillon de sol jusqu’à observer l’apparition des fissures et procéder à la détermination de la teneur en eau dès l’apparition de ces fissures. b) Matériel nécessaire L’essai est généralement effectué après la limite de liquidité. Ainsi, une partie du précédant matériel est reconduit : le tamis de 0.4 mm, la plaque métallique, la pipette, l’étuve. c) Mode opératoire (NFP 94-051) L’exécution de l’essai consiste à confectionner un cylindre de terre en rouler à la main et contre une plaque un échantillon jusqu’à ce qu’il présente les dimensions suivantes : Diamètre 3 mm, Longueur 10-15 cm. On s’arrête dès l’apparition de fissure sur le cylindre. Découper ensuite ce cylindre en trois ou quatre parties que l’on partage dans deux tares. Répéter l’opération cinq ou six fois et peser les cylindres dans des tares pour déterminer la masse humide. Des tares sont ensuite mises à l’étuve pour la détermination de la teneur en eau. La feuille d’essai en annexe5, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.A.3.1.3 Essai d’équivalent de sable a) Définition et but de l'essai L'équivalent de sable (ES) est le rapport multiplié par 100 de la hauteur de la partie sableuse sédimentée à la hauteur totale du floculat par rapport au fond de l’éprouvette. L'essai d'équivalent de sable permet de mesurer la propreté d'un sable. Il rend compte globalement de la quantité des éléments fins contenus dans ce sable : fines de nature siliceuse, calcaire et argileuse y compris celles enveloppant les granulats de dimension supérieure à 80µm et qui n’apparaissent pas dans l’analyse granulométrique par voie sèche. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 12 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ b) Principe de la méthode L'essai consiste à faire floculer les éléments fins d'un sable mis en suspension dans une solution lavante puis, après un temps de mise au repos donné, à mesurer la hauteur des éléments sédimentés. Il est effectué sur la fraction du sable passant au tamis à mailles carrées de 5mm. c) Mode opératoire Préparation de l’échantillon L’essai est réalisé sur les granulats 0/2mm à une teneur en humidité inférieure à 2% à la température ambiante (25C0).Ainsi dans certains cas il est nécessaire de réduire (en étalant à l’air car étant trop humide) ou d’augmenter (trop secs) la teneur en humidité naturelle afin d’obtenir une prise d’essai dont l’humidité est comprise entre 0 et 2%. Après avoir tamisé l’échantillon humide au tamis de 2mm le passant est prélevé dans une tare et mis à l’étuve à 105C0 pendant au moins 4h afin de déterminer la teneur en eau initiale W%. Prélever pour chaque prise une quantité (Mh) de matériau humide correspondant à 120 g ± 1 g de matériau sec, c'est à dire : Ms=120(1+W/100) en g et on commence l’essai proprement dit. Exécution de l’essai Remplir les 2 éprouvettes de solution lavante jusqu'au repère n°1(100ml), puis verser les prises de matériau. Eliminer les bulles d'air en frappant à plusieurs reprises la base de l’éprouvette sur la paume de la main pour déloger les bulles d’air et favoriser le mouillage de l’échantillon puis laisser reposer 10 mn. Boucher les 2 éprouvettes et les placer sur l’agitateur mécanique. Laver les parois intérieures des éprouvettes à l'aide du tube laveur et remplir jusqu'au trait repère n°2 Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 13 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Laisser reposer 20 mn ± 10 s Déterminer ESv et ES H1, H'2, H2 sont arrondis au mm près (piston taré de 1Kg). La feuille d’essai en annexe6, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.A.4 Section Proctor-CBR II.A.4.1 Essai Proctor modifié a) Définition et but de l’essai Au fur et à mesure que la teneur en eau augmente, l’eau agit comme un lubrifiant, elle réduit les frottements et facilite les glissements (ce qui amène le sol à se ramollir et à devenir plus facile à travailler). Les grains peuvent alors, sous l’effet du compactage, se serrer en ne laissant subsister entre eux qu’un minimum de vides résiduels. Il en résulte des densités plus élevées et des teneurs en air plus faibles. L'essai Proctor tient son nom de l'ingénieur Ralph R. Proctor, il reproduit le même phénomène au laboratoire afin de déterminer la densité maximale du sol et des granulats analysés, en d’autres termes savoir comment manier un sol ou des granulats de sorte qu’avec un volume de vide restreint on ait un maximum de concentration en matériau élevée. L’essai Proctor a pour but de déterminer la teneur en eau optimale pour un sol de remblai donné et des conditions de compactage fixées qui conduit au meilleur compactage possible. Autrement dit, l’essai a pour objectif de déterminer la teneur en eau correspondant à une capacité portante maximale. b) Principe de la méthode L'essai consiste à tester la compacité du sol porté à différentes teneur en eau variable et croissante d’amplitude 2, et à mesurer la teneur en eau et son poids spécifique après compactage. L’opération est répétée cinq (05) fois de suite jusqu’à la chute du poids spécifique. Cinq (05) points de la courbe densité sèche en fonction de la teneur en eau sont alors déterminés. Les coordonnées ( , ) correspondants à l’Optimum Proctor Modifié (OPM) sont représentés par le point maximal de la courbe qui donne en abscisse la teneur en eau optimale pour une compacité maximum en ordonnée. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 14 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ c) Matériel nécessaire à l’essai un moule CBR + embase, une dame Proctor modifiée, une règle à araser métallique, un disque d’espacement, une bâche à homogénéisation, une éprouvette graduée (1000 ml :10 ±5 ; 20°C), des tares au nombre de 10, une clé mécanique, une étuve de 300°C max, une balance (kern max 16100g d=0,1g). d) Mode opératoire (NFP 94-093) Un des cinq (05) échantillons marqués est renversé dans la bâche à homogénéiser. L’essai débute à 2% de teneur en eau par ajout aux matériaux d’une quantité d’eau correspondant à 2% de la masse de l’échantillon consigné sur l’étiquette. Étant donné que la masse volumique de l’eau est de un kilogramme par litre (1Kg/L), la quantité d’eau à ajouter correspond directement au volume mesuré dans l’éprouvette graduée. Le matériau est ensuite malaxé jusqu’à obtention d’un mélange homogène. Deux tares y sont directement prélevées pesées et mises à l’étuve pour la détermination de la teneur en eau. L’essai Proctor modifié est compacté en cinq (05) couches à raison de cinquante-six (56) coups par couche. Le matériau est dit compacté à 100%. Après le compactage de la dernière couche, on s’assure que le matériau a dépassé le moule d’environ un centimètre (1cm), puis on arase délicatement en commençant par le centre. On ôte l’embase et le disque d’espacement puis on pèse le moule contenant le matériau compacté et arasé. On renouvelle l’opération en variant de façon croissante la teneur en eau. On passe ainsi de 2% à 4%. NOTA : Par expérience la teneur en d’eau est atteinte lorsque le matériau humidifié a une certaine prise. Les feuilles d’essai en annexe7, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.A.4.2 Essai CBR a) Définition et but de l’essai Le California Bearing Ratio test (CBR) est un essai de portance (aptitude des matériaux à supporter les charges) des remblais et des autres couches des ouvrages routiers. Selon les trois (03) types d’essais CBR, on distingue: l’indice CBR immédiat, l’indice CBR après imbibition et l’indice CBR portant. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 15 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ L’essai CBR immédiat est une mesure de résistance au poinçonnement d’un sol compacté à sa teneur en eau naturelle. Il sert directement de référence dans les régions peu humide, sans variation hydrique considérable. Le but de cet essai est de déterminer expérimentalement des indices portants (IPI, ICBR) qui permettent d’établir une classification des sols (GTR), d’évaluer la traficabilité des engins de terrassement(IPI), déterminer éterminer l’épaisseur des chaussées (CBR augmente ⇒ épaisseur diminue), b) Principe de la méthode La charge apportée par le pneu sur la chaussée poinçonne le sol de fondation. Ce poinçonnement est d’autant plus petit que l’épaisseur de la chaussée est grande. L’immersion pendant 4 jours dans de l'eau correspond aux conditions hydriques prévues pendant la vie de l’ouvrage. Une charge d’environ la charge de service est ensuite appliquée et on poinçonne le matériau dans des conditions déterminées (vitesse constante et déterminée) tout en mesurant les efforts (F) et les déplacements (Δh) qui en résultent. On obtient la courbe d’essai. Une comparaison de ces résultats avec ceux obtenus sur un sol de référence (californien) est ensuite effectuée. c) Matériel nécessaire une moule CBR, une dame Proctor modifiée, une règle à araser métallique, un disque d’espacement, une bâche d’homogénéisation, une éprouvette graduée (1000ml : 10± 5,20°C), des tares, une clé mécanique, une étuve de 300°C max, une balance (Kern max 16100g d=0.1g), une poinçonneuse CBR, Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 16 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ deux disques de surcharge. d) Mode opératoire (NFP 94-078) Le compactage L’échantillon (mélange des trois (03) points marqués provenant de l’échantillonnage) est renversé dans la bâche à homogénéiser. L’essai débute à l’optimum Proctor modifié, C’est-à-dire qu’on ajoute aux matériaux une quantité d’eau correspondant à la teneur du matériau déterminé à l’optimum Proctor modifié. Le matériau est ensuite malaxé pour être rendu homogène, puis la bâche à homogénéise est recouverte sur elle-même pour limiter les pertes d’eau par évaporation. Le compactage s’effectue en cinq (05) couches. Le principe de compactage est identique à celui de l’essai Proctor modifié. Après compactage de la dernière couche, on s’assure que le matériau à dépasser le moule d’environ un centimètre (1cm), puis on arase délicatement en commençant par le centre. On ôte l’embase et le disque d’espacement puis on vérifie que la masse moule contenant le matériau compacté et arasé, est approximativement identique à celle obtenue théorique connaissant le volume du moule, l’eau de moulage et la densité du matériau. Pendant le compactage, des tares sont prélevées directement dans le bac à homogénéisation et pesés pour la détermination de la teneur en eau. L’opération est ainsi effectue avec une énergie de compactage de dix (10), vingt-cinq (25) et cinquante-six (56) coups. L’imbibition L’opération d’imbibition est réalisée comme suit : Après avoir pesé l’ensemble moule (retourné) + embase + échantillon (compacté et arasé), on place successivement un disque en feuille de papier qui servira de filtre et une charge constituée par des disques annulaires de 2.265Kg représentant l’équivalent de la contrainte imposée par la chaussée sur la plate-forme. Le tout est immergé pendant quatre (04) jours (soit 96h dans un bac rempli d’eau), la plaque de base étant un peu écarté du fond pour permettre le passage de l’eau. Le Poinçonnement Pour le poinçonnement, la poinçonneuse utilisée est de type manuel muni d’un piston de poinçonnement de diamètre 4.96cm et de deux (02) comparateurs : un de cadence et Poinçonneuse manuelle Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 17 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ l’autre permettant suivre l’enfoncement du piston de 19,35 cm2 de section. Un opérateur effectue un mouvement régulier de rotation de la manivelle de la poinçonneuse (manuelle), pendant qu’un second note les valeurs de l’enfoncement en fonction des valeurs prédéfinies de cadence. Il en est de même pour tous les trois (03) moules. Les feuilles d’essais en annexe8, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.A.5 Section Produits hydrocarbonés II.A.5.1 Essais d’identification de bitume Ces trois essais permettent de déterminer les caractéristiques intrinsèques d’un bitume pur à savoir sa densité relative, son point de ramollissement et sa pénétrabilité afin de déterminer sa classe. Les feuilles d’essais en annexe9, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.A.5.1.1 Détermination de la densité relative à 250 C, méthode au pycnomètre Afin de rendre le liant suffisamment fluide (le ramollir), il est légèrement chauffé en ayant soin d'éviter toute perte de matières volatiles. Après avoir pesé le pycnomètre propre et sec, muni de son bouchon (masse P1), le remplir précautionneusement avec l'eau distillée, mettre le bouchon en place et s'assurer que le pycnomètre soit bien rempli sans présence de bulle d'air (masse P2). Introduire l'échantillon de bitume dans le pycnomètre en évitant la formation de bulles d'air. L'échantillon doit remplir entre ½ et ¾ du volume apparent total du pycnomètre. Le pycnomètre contenant le liant est ensuite refroidi pendant 1h jusqu'à la température du laboratoire et pesé au 0,1 mg près (masse P3). On place ensuite le pycnomètre rempli du mélange non miscible d’eau et bitume dans un bain thermostatique à 25°C pendant 30mn et on ajuste si nécessaire le niveau d'eau du pycnomètre au moyen de l'eau distillée à (25 °C) et en remettant le bouchon en place. Retirer le pycnomètre du bain et essuyer immédiatement le sommet du bouchon d'un coup de serviette. Essuyer et sécher le reste de la surface extérieure du pycnomètre et le peser au 0,1 mg près (masse P4). II.A.5.1.2 Détermination du point de ramollissement (méthode bille et anneau) Pour se faire un échantillon fluidifié par chauffage est versé dans deux anneaux, reposant sur une plaque enduite de vaseline. On les laisse se refroidir en 30 mn, raser ensuite l’excès ( aplanir) avec une spatule avant de placer l’ensemble dans un vase d’eau distillée à 5°C + -1° durant 15 mn. Puis on mesure la température à laquelle une bille d’acier, placée à la surface Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 18 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ du produit contenu dans chaque anneau de métal, tombe d’une hauteur déterminée après avoir traversé le produit progressivement ramolli sous l’effet d’une élévation de température par chauffage effectuée à vitesse constante (5°C/mn).On prend la moyenne des deux températures. NOTA : Le matériel utilisé est à la même température que la prise d’essai. II.A.5.1.3 Détermination pénétrabilité à l'aiguille On place la prise d’essai (25°C) sur le pénétromètre en plaçant l’aiguille chargée à 100g de sorte à ce qu’elle affleure sa surface . Régler l’aiguille à 0, la libérer pendant 5 s, la bloquer et mesurer sa profondeur d’enfoncement. La valeur retenue sur chaque coupelle est la moyenne de trois déterminations ne sortant pas d’une étendue de 3. a) Matériel nécessaire pour les trois essais une balance de précision +thermomètre un pycnomètre +plat pour bain thermostatique+réfrigérateur+eau distillée un appareil Bille Anneau +plaque chauffante un pénétromètre à bitume Point de ramollissement Pénétrabilité II.A.5.2 Essai Kumagawa L’essai à pour objet la détermination de la teneur en bitume des enrobés. a) Principe L’essai de détermination de la teneur en bitume d’un enrobé par la méthode Kumagawa consiste à laver l’enrobé dans l’appareil Kumagawa avec un solvant ‘perchlore’ qui désolidarisera complètement le bitume des granulats par dissolution à chaud au cours d’une distillation sous reflux. b) Matériel nécessaire une étuve une balance un appareil Kumagawa Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 19 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ un solvant une cartouche+papier filtre normalisé c) Mode opératoire Un échantillon d’enrobé est pesée puis passé à l’étuve réglée à 120° C pour le ramollir. On pèse séparément le filtre+cartouche et le filtre seul. On verse ensuite l’échantillon dans la cartouche et on pèse filtre+cartouche+enrobé .Puis monter soigneusement le décanteur, le collier, le réfrigérant et l’alimentation en eau. On place le tout dans l’appareil Kumagawa mis en marche pendant au moins 4h avec 2l de solvant. Au fait on attend que l’enrobé soit lavé jusqu’à ce que le liquide qui s’écoule avec le bitume devienne clair. On transfère alors le filtre+cartouche+enrobé dans l’étuve. Après séchage on procède aux différentes pesées qui vont permettre de calculer les teneurs en bitume par rapport à l’enrobé et par rapport aux granulats. On effectue généralement sur les granulats propres et séchés une analyse granulométrique. NOTA : L’eau n’est pas recueillie donc pas de teneur en eau. Les feuilles d’essais en annexe10, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.A.5.3 Essai Marshall a) Définition et but de l’essai Par définition, le quotient Marshall est le rapport S/F entre la stabilité S et le fluage F. C’est un essai permet de déterminer pour une température et une énergie de compactage données, les caractéristiques physique et mécanique: le pourcentage de vide, la résistance mécanique dite « stabilité », l’affaissement dit « fluage » et le quotient Marshall des éprouvettes d’un enrobé bitumineux à chaud. b) Principe L’essai consiste à la confection d’éprouvettes cylindriques d’enrobé compactées selon un mode de compactage dynamique (analogue au Proctor, avec une dame Marshall à raison de 50 coups par face) puis à les soumettre à des essais physiques et mécaniques Marshall (mesures géométriques, pesée hydrostatique, compression diamétrale).L’essai est réalisé avec trois éprouvettes. c) Matériel nécessaire une balance munie d’un crochet pour pesée hydrostatique une étuve une dame Marshall : hauteur de chute de 460mm trois moules Marshall un bain thermostatique une presse Marshall Anneau dyn. 60 KN + Mâchoire d’écrasement + Fluagemètre Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 20 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ d) Mode opératoire (NF P 98-251-2) Préparation de l’échantillon Le mélange hydrocarboné ou enrobé est fabriqué en laboratoire suivant la norme à la température de référence ou prélevé sur le chantier en général par carottage. L'échantillon, dans un plat est mis à l'étuve à 150°C pendant 1h environ pour le ramollir ainsi que les accessoires de l'essai (moule bien enduit de vaseline). Exécution de l’essai 1 2 4 3 5 1. Echantillon homogène préparé. 2. Peser et introduire une quantité m environ 1200g dans le moule après avoir placé un disque de papier en fond de ce dernier, et l'avoir enduit légèrement et mis en place la hausse. Un disque de papier est placé au dessus de la quantité. Ensuite l'éprouvette est immédiatement compactée en appliquant 50 coups en 55s de marteau de la dame sur la face supérieure et vis versa pour la face inférieure. 3. Après avoir refroidi l'éprouvette à jet d'eau froide circulaire sans la mouiller, conserver le moule pendant 1h au moins à température ambiante et la démouler (le démoulage est effectué en faisant passer l'éprouvette du moule dans la hausse à l'aide d'un piston extracteur). La masse volumique apparente MVa est calculée à partir des mesures géométriques portées sur l'éprouvette à l’aide d’un pied à coulisses. 4. Détermination de la masse puis son volume apparent par pesée hydrostatique sans paraffinage de sa surface. En application de la loi d'Archimède, on déduit la masse volumique apparente de l'éprouvette. 5. Conserver l'éprouvette 4h au moins à température ambiante, immerger l'éprouvette et la mâchoire d'écrasement dans un bain marie à 60°C pendant 40mn sans dépasser 1h ; puis placer l'éprouvette dans la mâchoire et porter l'ensemble entre les plateaux de la presse ; d'où elle sera soumise à l'effort de compression à une vitesse de déformation de 50mm/mn. On lit les valeurs de Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 21 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ S enregistré et F à l’aide du comparateur. Les feuilles d’essais en annexe12, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.A.5.4 Essai Duriez a) But L’essai permet de déterminer pour une température et un compactage donnés, la tenue à l’eau d’un mélange hydrocarboné à chaud à partir du rapport des résistances à la compression avec et sans immersion des éprouvettes. b) Principe Les éprouvettes nécessaires à la réalisation de l’essai sont fabriquées par compactage statique à double effet. Deux éprouvettes sont destinées à la mesure de la masse volumique par pesée hydrostatique, pour calculer le pourcentage de vide. Les autres éprouvettes sont soumises à l’essai de compression après conservation dans des conditions définies ; à l’air pour certaines éprouvettes et à l’immersion pour d’autres. c) Matériel nécessaire une balance munie d’un crochet pour pesée hydrostatique une étuve un malaxeur Un moule Duriez +entonnoir+piston extracteur+truelle un bain thermostatique une enceinte climatique une presse Duriez d) Mode opératoire (NF P 98-251-1, NF P 98-250-1, NF P 98-250-6) Préparation de l’échantillon L’enrobé provenant du malaxeur, dans un plat (+le moule enduit de vaseline) est mis à l'étuve pour simuler le vieillissement à court terme. Une fois la température atteinte, la durée du chauffage minimale est de 30 mn et ne doit jamais excéder deux heures. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 22 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Exécution 3 4 1 2 5 1. Mise en place de l’enrobé homogène préparé d’environ 1Kg dans le moule à l’aide d’un entonnoir. Dans le moule l’enrobé est encadré par deux disques de papier comme pour l’essai Marshall. 2. Puis on passe au compactage des éprouvettes par compactage statique à double effet sous charge de 60KN atteint en moins de 60s et maintenu pendant 300s (D<14mm) à l’aide de la presse Duriez. On laisse refroidir par jet d’eau, puis on démoule. Par pesée simple et par mesure des 6 côtés géométriques on peut déduire la masse volumique apparente MVa. Par pesée hydrostatique de 2 éprouvettes, on détermine la masse volumique apparente MVA. 3. Les 5 des 12 éprouvettes sont conservées à 180C à l’air, leur masse est prise chaque jour. 4 .Les cinq autres sont conservées à 180C en immersion dans l’eau. 5. Au bout de 8 jours (J+8), elles sont écrasées sous une presse Marshall (sans les mâchoires d’écrasement) à vitesse de 1mm/s et on mesure la résistance à la rupture à la compression à « l’air » et à « l’eau ». NOTA : Dans notre cas on n’a utilisé que 10 éprouvettes. L’essai se pratique à 18 °C, il peut être pratiqué à d’autres température 0 et 50 °C pour permettre d’appréhender une forme de susceptibilité thermique du mélange hydrocarboné. Les feuilles d’essais en annexe11, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 23 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ II.B Chantier : Travaux de construction et de bitumage de la route RD 152 OUAGADOUGOU- NIOKO- SAABA y compris les bretelles d’accès au CSPS et à l’université SAINT THOMAS D'AQUIN II.B.1 Revêtement II.B.1.1 Couche d’imprégnation C'est une couche de protection qui repose sur la couche de base dont le rôle est de contribuer à l'amélioration de la chaussée et renforce la protection mécanique, thermique et hydraulique par imperméabilisation. Elle est exécutée de la manière suivante : balayer la couche de base avec une balayeuse mécanique complété au balai à la main de façon à éliminer les matériaux non solidaires et la poussière résiduelle, arroser (légère humidification de la couche), enfin épandre uniformément le bitume fluidifié (cut-back 0/1) à une température comprise entre 350 et 500 C. La couche d’imprégnation est appliquée sur toute la largeur de la plateforme et pénètre de 1cm la couche de base préalablement réceptionnée. Arrosage à la citerne Imprégnation avec la bouille II.B.1.2 Enduit superficiel Structure et granularité La chaussée étant à faible et moyen trafic, la structure est une bicouche composée d'une couche de liant qui du bitume pur de classe 50/70 puis d'une couche de gravillons (10/14) suivie par une couche de liant puis une couche de gravillons (6/10) et enfin on compacte. Le choix de la granularité a été fonction de la structure et des objectifs visés : adhérence, étanchéité, bruit de roulement : les petites granularités (6/10) sont plus favorables à la diminution du bruit de roulement et à une meilleure adhérence à faible vitesse, les grosses granularités (10/14) apportent une meilleure drainabilité. Ces granulats sont obtenus par concassage et criblage de roches massives (granite) dans des carrières. Mise en œuvre Après un temps de séchage de 48 heures de la couche d’imprégnation, et un nettoyage d’éventuelles ordures, le bitume et les gravillons sont respectivement mis en œuvre sur toute la largeur de la plateforme par la bouille et le gravillonneur puis on compacte. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 24 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Epandage du gravillon faisant suite à l’épandage du liant. Compactage faisant suite à l’épandage du gravillon. Le compactage Enfin les compacteurs interviennent pour assurer la mise en place des granulats et leur enchâssement dans le film de bitume. Le compactage est la première des protections contre l’agression de l’eau. Il est un objectif important pour la couche de roulement, évitant les désordres sur les couches inférieures. Diminution du volume V, Poids P constante, ῥ= P/V augmente Tassement Avant Après II.B.2 Les contrôles préalables II.B.2.1 Mesure de densité in-situ a) Définition et but de l’essai Le densitomètre à membrane est un appareil de mesure de la densité après compactage ; la mesure de densité in-situ est une opération de contrôle du compactage. Elle est relativement simple et s’effectue in situ sur toutes les trois (03) couches de la chaussée (forme, fondation, base). Le but de cette opération est la mesure des masses (poids) volumiques (humides et sèche) des couches après leur compactage. b) Principe de la méthode L’opération consiste dans un premier temps, à creuser un trou dans la couche dont on désire mesurer la densité et, de mesurer le volume du trou à l’aide d’un densitomètre à membrane ; puis dans un second temps à déterminer le poids humide et sec ; informations à partir desquelles on déduit aisément la densité. Densitomètre Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 25 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ c) Matériel nécessaire trois (03) serres joints métallique de type crampon, une truelle de maçon, un marteau d’environ 1 kg pour fixer les serre-joints, une tenaille pour les retirer, un burin pour creuser le trou, une louche de cuisine et cuillère de laboratoire et pinceau pour récupérer le matériau, une règle graduée pour mesurer la profondeur du trou, un seau avec couvercle, une balance mécanique, une bouteille de gaz butane + réchaud pour le séchage in-situ. d) Mode opératoire Préparations précédant l’opération Avant le début de l’opération, il convient de dresser soigneusement l’emplacement où l’on désir effectuer la mesure. On pourrait se servir de la truelle de maçon. Ensuite, il faudrait fixer la base amovible du densitomètre au moyen des serres joints de type crampons. Il faudrait aussi éliminer toutes les bulles d’air du densitomètre par le bouchon purgeur, bien sûr après avoir vérifié la membrane et remplir l’appareil d’eau si nécessaire. Exécution de l’essai Mettre l’appareil en place sur sa base amovible Une fois celle-ci fixée. Appuyer sur la poigné jusqu’au refus : lorsqu’on exerce une pression sur la poignée, la membrane se dilate et s’appuie sur la surface de la couche. On lit alors un volume V1 sur la graduation volumétrique et on ôte l’appareil. Creuser ensuite un trou à travers l’orifice et ayant un même diamètre et une profondeur d’environ 10cm. Recueillir délicatement dans le seau la totalité des éléments extraits et le recouvrir. Replacer l’appareil sur sa base amovible et appuyer de nouveau sur la poignée jusqu’au refus : la membrane épouse parfaitement les dimensions du trou. Lire enfin le volume V2 sur la graduation volumétrique Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 26 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Pour plus de pragmatisme, la détermination de la teneur en eau du matériau recueilli dans le trou n’est pas traitée au laboratoire mais sur place. Il est prévu à cet effet du gaz butane pour le séchage. II.B.2.2 Contrôle de l’épandeuse de bitumes fluidifié 0/1 et pur 50/70 Pour déterminer le dosage (taux d’épandage), le liant est recueilli dans des plaques métalliques ou bacs de 20X25 que l’on dépose à chaque passage de la bouille pour recueillir le bitume. Après avoir déterminé le poids du liant Pb dans le bac en tarant la balance, conn connaissant la 2 surface de la plaque on déduit la quantité en mètre carré (Kg/m ) i.e. le taux de bitume par la formule : Pb/ (20X25). II.B.2.3 Contrôle de l’épandeuse de gravillons Pour déterminer le dosage (taux d’épandage), les gravillons sont sont recueil recueillis dans une boîte étalonnée, parallélépipédique de 80cmx25cmx4cm, munie d’un couvercle coulissant et d’une face transparente ou boîte doseuse placée sur la route devant gravillonneur, en vue de la détermination du taux d’épandage. Posée à plat avec un couvercle retiré, la boîte sert de bac pour recueillir les gravillons d’une surface connue. Une fois leur couvercle remis en place, la boîte est redressée verticalement et sert ensuite à mesurer directement le volume surfacique (l/m2) de gravillons recueillis. L’analyse analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 27 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Revêtement Classes granulaires Dosages : Bitume pur 50/70(Kg/m2) Granulats (l/m2) Plaque doseuse 1ère couche 10/14 2è couche 6/10 0,8 1,1 10,5 7,5 Pesage mécanique Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF Tableau des dosages du CCTP Boîte doseuse 28 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ II.C Département sol et fondation II.C.1 Essai de cisaillent direct non drainé non consolidé sur sol argileux a) But et définition Cet essai détermine les paramètres de résistance au cisaillement ‘cohésion et l’angle de frottement) qui permettent d’estimer la contrainte de rupture d’un matériau utile pour les études de stabilité de terrain (talus, fondation superficielle superficielle et profonde). La rupture d'une fondation se fait toujours par cisaillement. On reproduit le phénomène au laboratoire. On impose une contrainte normale (σ) puis on cisaille le sol. La valeur de τlim au del delà de laquelle il ya glissement entre le terrain et la semelle est déterminé, par la suite l’angle de frottement) en traçant une courbe. Un sol sec déversé d’une certaine taine hauteur forme un tas dont la pente ne peut pas dépasser une certaine valeur ϕ : c’est angle de frottement interne du sol. b) Matériel nécessaire une machine de cisaillement +chronomètre une boîte de Casagrande une série de poids une trousse coupante (anneau, couteaux divers) un comparateur Anneau dyn. 3 kN c) Principe L'essai s'effectue sur une éprouvette de sol placée dans une boîte de cisaillement constituée de deux demi-boîtes boîtes indépendantes. Le plan de séparation des deux demi-boîtes demi s constitue un plan de glissement correspondant au plan de cisaillement de l'éprouvette. Il consiste à appliquer sur la face supérieure de l'éprouvette un effort normal de compression N, verticalement, par l’intermédiaire d’un piston et un effort tranchant T, horizontalement, en déplaçant la demi demi-boîte inférieure. Un comparateur mesure le déplacement relatif de l’échantillon. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 29 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ d) Mode opératoire (NF P94-071-1) Préparation de l’échantillon L’éprouvette est taillée dans des carottes soigneusement prélevées sur le site à l’aide d’une meule huilée ayant les mêmes dimensions que la boîte de Casagrande. Dans la boîte, les pierres poreuses ou plaques drainantes sont saturées avec de l’eau, l’éprouvette est encadrée par deux disques de papier filtre empêchant les particules fines de migrer vers les pores des pierres poreuses. L’ensemble est immergé dans l’eau 3 à 7jours pour la saturation. Exécution de l’essai A la machine, l’éprouvette ne subit aucune consolidation, aucun drainage préalable, sous la contrainte normale σ de l’essai. Le piston est sollicité par un levier chargé par des poids de manière à exercer la contrainte normale σ constante. L'effort de cisaillement T (provoquant la contrainte de cisaillement τ croissant jusqu'à la rupture) est exercé par une presse horizontale à vitesse de déplacement constante. Il est lu au moyen d'un anneau dynamométrique. Lire à chaque 15s le déplacement relatif horizontal sur le comparateur. NOTA: L’essai est réalisé avec trois boîtes de cisaillement identiques respectivement aux contraintes normales 0,5bar, 1 bar, 2 bar. On détermine également les teneurs en eau avant et après essai et la masse volumique par pesée hydrostatique par paraffinage. Les feuilles d’essais en annexe17, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 30 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ II.C.2 Essai œdométrique ométrique NF P 94-090-1 94 a) But et définition de l’essai La manipulation a pour but de déterminer les caractéristiques de compressibilité d’un sol qui permettent d’estimer le tassement provoqué par consolidation d’un massif de sol, par exemple sous une fondation superficielle. NOTA : Sous l’effet des charges appliquées, le sol va se déformer : il va subir un tassement. Pour en évaluer l’ampleur on reproduit le phénomène au laboratoire. Les sols présentant de forts tassements sont les sols saturés, les contraintes s’appliquent s’appliquen d’abord à l’eau puis après dissipation des surpressions, au squelette solide. C’est le phénomène de consolidation. b) Matériel nécessaire une balance 1610g+-0,1g 0,1g une étuve un oedomètre une série de poids fendiés un comparateur c) Principe Le sol est placé dans une enveloppe rigide, on exerce sur sa partie supérieure une pression variable à l’aide d’un piston et on mesure les affaissements observés après stabilisation. On détermine ainsi la relation entre les contraintes effectives et et les déformations verticales. d) Mode opératoire Préparation de l’échantillon est la même que l’essai précédent. précédent Exécution de l’essai Un piston permet d'appliquer sur l'échantillon une contrainte verticale uniforme constante pendant un temps déterminé. On mesure alors la variation de hauteur de l’éprouvette de sol en fonction de la contrainte appliquée. On commence par ar charger le piston à vide 2kg puis 5,, 10, 20, 40,80 40,80kg et on décharge en soustrayant 60 pour avoir 20kg, puis on va directement à 5kg et enfin on décharge totalement jusqu’au piston à vide. On détermine également les teneurs en eau avant et après essai et la masse volumique comme dans l’essai précédent. NOTA: A chaque palier ou chargement, il faut attendre la stabilisation de tassement par dissipation de la pression interstitielle avant de procéder à la lecture. C’est pourquoi dans notre cas on effectue le chargement à chaque 24h après avoir lu le tassement pr précédent. Les feuilles d’essai en annexe18,, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 31 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ II.C.3 Essai pénétrométrique (NF P 94-115) 94 a) But Le pénétromètre dynamique est un moyen simple, rapide et économique d’investigation des sols in situ. Il permet : d’apprécier de façon qualitative la résistance des terrains traversés, et de prévoir la réaction du sol à l’enfoncement de pieux. de déterminer l’épaisseur et la profondeur des différentes couches de sol. d’effectuer des contrôles de compactage d’estimer une caractéristique de portance, la « résistance dynamique de pointe » pour les essais. b) Principe de l’essai On enfonce dans le sol parr battage, un train de tiges de faible diamètre muni à son extrémité d’une pointe perdue, et on mesure le nombre de coups N nécessaires pour obtenir un enfoncement donné. c) Mode opératoire Préparation des échantillons pour essais Pour avoir dess résultats représentatifs du sol vierge, on doit s’assurer que le terrain n’a pas été perturbé au préalable au droit du sondage. Sur un site où un grand nombre de sondages sont effectués afin d’établir les coupes géologiques. L’axe des sondages est perpendiculaire perpendiculaire à l’ l’axe des essais de pénétration. Exécution de l’essai Mettre en place la pointe au pied de la 1ere tige et assembler l’enclume + tige guide mouton Enfoncer la pointe nte dans le sol Avec une énergie dynamique constante (mouton de 70Kg tombant d’une hauteur constante de 20 cm), on compte le nombre dee coups nécessaires pour enfoncer verticalement le train de tiges jusqu’à une profondeur de 20 cm. Renseignez la fiche de sondage fournie. Poursuivre l’essai jusqu’au refus en ajoutant les tiges nécessaires. Retirer l’ensemble du matériel du terrain !(En cas d’extraction difficile, difficile, un dispositif mécanique avec douille de serrage est disponible). Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 32 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ II.D Département structure II.D.1 Etude et fabrication du béton au labo ou in situ Le béton a été formulé théoriquement par la méthode de Dreux-Gorisse pour un affaissement de 5+-1cm. Le dosage est le suivant 84,16Kg de quartz, 50,89Kg de sable 30Kg de ciment CPA45 et 10,29l d’eau. En pratique, l’ensemble est introduit dans la bétonnière dans l’ordre suivant : sable étalé, quartz et ajout progressif des 10,29l d’eau grâce à une éprouvette de 100 ml afin d’homogénéiser et fluidifier le mélange. Un premier essai au cône d’Abrams a donné A=1cm, le dosage a été corrigé en ajoutant 8l d’eau de gâchage pour avoir l’affaissement (5,2cm) escompté. Puis on procède au moulage en huilant le moule cylindrique pour faciliter le démoulage. On remplit le moule en deux couches par piquage (25 coups/couche) avec la tige du cône et les marqué. Après un temps de consolidation de 24h les 9 éprouvettes sont démoulées et passées dans un bain maintenu à 25° C (l’eau jouant le rôle de cohésion) jusqu’aux jours (3,7, 28 jours d’âge) de l’écrasement sorties de l’eau quelques heures avant. II.D.2 Essai d’affaissement au cône d’Abrams a) Principe et but de l’essai L’essai consiste à mouler des troncs de cône en béton (base de diamètre 20 cm, partie haute de diamètre 10cm) pour mesurer la valeur de l’affaissement A en cm et conclure sur la classe S d’affaissement du béton. b) Matériel nécessaire un moule + tige de piquage+ embase un entonnoir un portique de mesure+truelle Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 33 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ c) Mode opératoire (NF EN 12350-2 et NF P 18-451) Entonnoir Tige de piquage Ǿ16 Bras de mesure A Béton 1 2 3 Moule tronconique 4 Plaque d’appui Après avoir huiler le moule puis humidifier la plaque, on procède comme suit : 1. Mise en place par piquetage (25 coups X 3) en trois couches au plus tard 2mn après l’arrêt du malaxage 2.Arasement en faisant rouler la tige 3. Soulèvement délicat du moule tronconique 4. Mesure de l’affaissement A Les feuilles d’essais en annexe15, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.C.3 Essai de compression a) But Cet essai a pour but le contrôle de la qualité du béton durci. Il s’agit des essais les plus courants. b) Matériel nécessaire un bac de conservation Souffre un appareil de surfaçage une balance mécanique de 100 Kg une presse à béton Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 34 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ c) Mode opératoire (NF P 18-406) F Zones de frettage Cylindres16X32 15X30 25X50 F Provenant de moulage ou de carottage in situ, conservées dans l’eau à 250C, les éprouvettes cylindriques sont essuyées et pesées, et leurs extrémités sont rectifiées (surfaçage à l’aide de 60% de souffre + 40% de sable fin+l’huile). Centrées sur une machine d’essai étalonnée appelée presse de compression, elles sont soumises à une charge croissante appliquée jusqu’à rupture à une vitesse constante. On mesure généralement à 3 jours, 7 jours et 28 jours la résistance à la compression qui est le rapport entre la charge maximale appliquée et la surface 20 de l’éprouvette : Fi /20 et on prend la moyenne. Ainsi on détermine la classe de ce béton. La feuille d’essai en annexe15, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.C.4 Essai de densité apparente des gravillons et sables a) Définition La densité apparente est le rapport entre la masse du matériau et le volume du cube qu’il occupe. En pratique elle est obtenue en faisant la moyenne de trois essais. b) Matériel nécessaire une balance de précision un moule cubique+ bac de réception+plat une règle à araser Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 35 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ d) Mode opératoire (NF P 18-554/555) 554/555) 1 2 Règle à araser Cube de 10,2l 1. La prise d’essai est versée à un débit constant dans un cube de 10200 cm3 de volume, de masse 2000g à l’aide d’un plat placéé à une hauteur de 1m avec les mains comme entonnoir au dessus du moule. 2. Le surplus de matériau est arasé à l’aide d’une règle et le cube avec le matériau est pesé. NOTA : Dans le cas du ciment il s’agit du même essai mais à l’aide d’un entonnoir plac placé à 10cm au dessus d’un moule de 1l de volume. La feuille d’essai en annexe14, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.C.5 Essai Micro-Deval à eau a) But et définition Par définition, le coefficient Micro-Deval Micro à eau est le rapport entre la masse du passant au tamis de 1,6 mm de l' échantillon après passage en machine sur la masse initiale. Le but de l’essai est la mesure de la résistance à l’usure produite pour certaines roches car elle n’est pas la même à sec ou en présence d’eau. b) Principe de la méthode L’essai Micro-Deval à eau (MDE) (MD est destiné à appréhender la résistance à l’usure produite dans un cylindre en rotation, en présence d’eau par frottement entre les granulats d’un échantillon et une charge abrasive. La masse de la charge abrasive varie suivant les classes granulaires. Le degré d’usure est apprécié par détermination détermination de proportion d’éléments fins, inférieurs à 1,6 mm généré au cours de l’essai conformément à la norme NF P 18-572. 18 c) Matériel nécessaire un appareil Micro-Deval Deval des billes de 10mm +-0,5 0,5 de diamètre un jeu de tamis 1,6-4-6,3--10-14mm (2 tamis correspondant spondant à la classe granulaire étudiée) une étuve une balance de précision un bac ou un plat Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 36 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ d) Mode opératoire Préparation de l’échantillon L’échantillon est tamisé, lavé et séché à 1050 C sur les tamis de la classe granu granulaire choisie 10/14 et on prend une masse de prise d’essai de 500g par pesage. Exécution de l’essai 1 Tambour 2 Appareil Micro-Deval Micro Deval 3 4 5 1. Mise en place dans le tambour de : 5kg de billes métalliques calibrées+500g+2,5l d’eau 2.Appliquer une rotation de 12000 tours au tambour tambour hermétiquement fermé par des vis à la vitesse 100 tours/mn en 2h. 3. Retirer la prise d’essai pour lavage au dessus d’un d’un tamis de 1,6mm, les billes sont retirées à l’aide d’un aimant. 4. Etuvage du refus à 1050C 5.Pesage du refus (m’en g). Le passant au tamis de 1,6mm sera alors m=500-m’ m=500 m’ La feuille d’essai en annexe13, l’analyse l’ et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.C.6 Essai Los Angeles a) But et définition Par définition, le coefficient Los Angeles est le rapport entre la fraction passante au tamis de 1,6 mm de l' échantillon après passage en machine sur la masse initiale. Cet essai a pour but de mesurer la résistance à la fragmentation par chocs des éléments d’un échantillon de granulats dont leur propriété pourrait être modifiées lors du malaxage ou le transport en camion. b) Principe Le principe de la méthode consiste à mesurer la quantité d' éléments inférieurs à 1,6 mm produite par fragmentation, en soumettant le matériau à des chocs de boulets à l' intérieur d' un cylindre en rotation. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 37 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ c) Matériel nécessaire un appareil Los Angeles un jeu de tamis 4-6 ; 10-14 ; 15-16 ; 25-31,5 ou encore série de 2 tamis correspondant au borne de la classe granulaire étudier (exemple : si classe granulaire 10/14 alors tamis de 10 et 14 mm seront nécessaires), une étuve (105 ° C ± 5 °), une machine Los Angeles, un bac destiné à recueillir les matériaux, un tamis de 1,6 mm, une balance de précision 1 g, 7 à 12 boulets selon la granulométrie (sphère de diamètre 47 mm d' un poids compris entre 420 et 445 g). d) Mode opératoire (NF P 18-573) Préparation de l’échantillon Tamiser l’échantillon lavé et séché à 1050 C sur les tamis de la classe granulaire choisie 10/14 puis prendre une masse de prise d’essai de 5 kg par pesage. Exécution de l’essai 1 2 3 4 1. Dans la machine Los Angeles, introduire avec précaution et dans l’ordre, la charge de boulets de la classe granulaire choisie puis la prise d' essai M = 5 000 g. Après la rotation de la machine à 500tours/mn en 15 mn, recueillir le granulat dans le bac. 2. Tamiser le matériau contenu dans le bac sur le tamis de 1,6 mm, le matériau étant pris en plusieurs fois afin de faciliter l’opération et laver le refus au tamis de 1,6 mm. 3 .Egoutter et sécher à l’étuve à 105 ° C jusqu’à masse constante. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 38 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ 4. Pesé ce refus une fois séché. Soit m le résultat de la pesée. Le passant au tamis de 1,6 mm sera alors P = 5000 – m La feuille d’essai en annexe13, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.C.7 Essai de traction de l’acier a) But Cet essai a pour but de contrôler la qualité des aciers. Il met en évidence les domaines élastique et plastique de la loi de comportement d’un acier et permet déterminer les états de contraintes et de déformations élastiques dans un acier de dimensions constantes ou variables dans le cas de la traction simple. b) Matériel nécessaire une machine d’essai de traction un comparateur collé sur les éprouvettes un pied à coulisse + décamètre d) Mode opératoire On mesure d’abord les dimensions de l’éprouvette : sa longueur, sa masse, son diamètre moyen de l’éprouvette en faisant la moyenne de trois mesures de diamètre (aux deux extrémités et au milieu) à l’aide du pied à coulisse. L’appareil mis en marche avec la barre accrochée entre ces deux pistons, l’aiguille qui relève la résistance en fonction du temps s’est arrêtée une première fois, la 1ère lecture (début de comportement plastique) est effectuée puis la 2nde lecture (la force de rupture de l’acier) au 2ème arrêt de l’aiguille. La feuille d’essai en annexe16, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 39 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Chapitre III : Analyse et interprétation des résultats obtenus NB : Les feuilles de calculs sont en annexe I, s’y reporté pour définition ou plus compréhension. III.1 Paramètres similaires a) Teneur en eau L’analyse de certains essais nécessite des données non seulement sur l’échantillon humide mais aussi sur le même échantillon à teneur en eau nulle. Plusieurs des essais réalisés sont nécessité le passage à l’étuve pour la détermination de la teneur en eau Il est question dans un premier temps de déterminer une masse totale humide Mth ; puis dans un second temps une masse totale sèche Mts après séchage. On détermine alors la masse de l’eau (Mω) : Mω=Mh-Ms Puis, connaissant la masse de la tare (Mtare), on détermine la masse du matériau sec (Ms) : Ms=Mts-Mtare Enfin la teneur en eau (ω) : ω =100* Mω/Ms b) Densité Connaissant le volume V du moule CBR ou du trou de densité en plus des masses Mh et Ms, on détermine la densité. Densité humide (γh) : γh=Mh/V Densité apparente (γd) : γd=Mh/ (1+ ω)*V III.2 Analyse granulométrique (essai d’identification) Avec la masse total (Mtot) et la masse des refus cumulés (Mcum) correspondant à chaque tamis de module AFNOR défini, on détermine : Pourcentage des refus cumulés %refus= Mtot/ Mcum Pourcentage des passants %passant=100-%refus Ces précédents résultats serviront à tracer la courbe granulométrique représentant le pourcentage des passants cumulés en fonction des ouvertures des tamis en diagramme semi logarithmique. Par tamisage La courbe est étalée et continue. Notre courbe nous à donné les valeurs suivantes en terme de pourcentage: 12% de sable et 70% de grave. On en déduit le nom du sol Grave un peu sableux. Par tamisage à sec après lavage cas du sable D’après la courbe, nous avons 89% de sable, 11% de grave donc le nom du sol est : Sable un peu graveleux. D10, D30, D60 représentent respectivement les diamètres des éléments correspondant à 10%, 30%, 60% de tamisât cumulé. D10=0,2 D30=0,3 D60=0,7 Cu=D60/D10 Cc=(D30)2 / (D10*D30) Mdf= (somme des refus cumulés en % des tamis 0,16-0,315-0,63-1,25-2,5-5)/100 Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 40 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Cu= 3,5 Cc=0,64 Mdf= 3,34 Cu=3,8>2 ce qui implique que la granulométrie est étalée 1<Cc=0,64<3 donc le sable est mal gradué. Mdf= 3,34> 3,2 donc le sable est trop grossier alors il y aura une obtention d'un béton ayant une très grande résistance mais une moins bonne ouvrabilité et des risques de ségrégation importante. III.3 Equivalent de sable, essai de propreté du gravier, coefficient d’aplatissement et pois spécifique ESV=91 et ES=87 ce sable est très propre donc pas de fines argileuses, ce qui risque d'amener un déficit de plasticité du béton qu'il faudra améliorer par une augmentation du dosage d'eau, ce qui va amener des bétons exceptionnels de très haute résistance. A=6,01<10, les granulats ont une très bonne forme (cubique) évitant les tassements, la friabilité. P=4,2 >2%, ce résultat est incompatible avec un béton ordinaire .Les particules fines (argileuse ou poussière) entraine une mauvaise adhérence entre les granulats et la pâte de ciment donc une mauvaise résistance et faible ouvrabilité. Pour l’améliorer on peut le tamiser sur chantier afin d’éliminer les fines. La masse du matériau m=P3-P1. Le volume d’eau déplacé correspond au volume V du matériau Ps=2,685, il s’agit d’un sable limoneux. III.4 Les limites d’Atterberg (essai d’identification) WL=35%<40%, WP=18%, IP=WL-WP=17%>11% D’après l’abaque de Casagrande, ce sol est argileux inorganique de plasticité moyenne (A-2-6 selon l’AASHTO) excellent pour les remblais de route. III.5 Essai Proctor Modifié Après lecture sur a courbe on a: γdop t = 2,15 g/cm3 ωopt = 8% Autrement dit pour avoir une meilleure capacité portante optimale du sol, on doit faire un compactage à la teneur en eau de 8%. III.6 Essai CBR La masse d’eau introduite est déterminée par la formule : Mo=M (total échantillon) * (ωopt- ωin)/(100+ωin) tel que ωin soit la moyenne des 5 teneurs en eau du Proctor. Les valeurs lues sur la courbe effort-poinçonnement sont passé dans les abaques de correspondances de la poinçonneuse pour enfin ressortir les valeurs FCBR2.5 et FCBR5.0 FCBR25 I.CBR25 = ────── X 100 13,35 Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 41 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ FCBR50 I.CBR50 = ────── X 100 20 L’indice CBR du matériau est le maximal de deux ICBR25 et ICBR50. On obtient au total trois (03) ICBR pour les trois (03) énergies de compactage. Enfin on trace la courbe CBR qui représente les trois (03) densités sèches en fonction des ICBR de la même énergie de compactage. Cette courbe permettra en définitive de déterminer les ICBR à 90%, 95% et 98% en considérant la densité sèche du compactage à 56 coups comme 100% de la compacité maximale. I.CBR = max (I.CBR25 ; I.CBR50) donc I.CBR=102 ; ce résultat, nous donnera, à la lumière d'abaques appropriées, le nombre de couche à étaler pour obtenir la route désirée. L’essai CBR permet en outre de déterminer le module d'élasticité dynamique du sol par la formule: E = 10 x I.CBR= 1020 MPA. III.7 Essais sur le bitume et l’enrobé Densité relative dr=1,029, point de ramollissement 48,250C, pénétrabilité 60,50C, et fines<4,5%: on a un bitume pur de classe 50/70. Quotient Marshall S/F=29,95daN/mm Coefficient Duriez r/R=0,96<1 bon III.8 Densité apparente des matériaux, Los Angeles et Micro-Deval Densité du gravier d=1,70 Densité du sable d= 1,51 Densité du ciment d=1,05 On a obtenu LA=39,7<40 donc on peut conclure que le gravier est résistant et peut être utilisé pour le bâtiment en occurrence pour la formulation du béton. MDE=9,4 ce granulat à une très bonne résistance face à l’usure. Dans le cas des routes, les matériaux sollicités ont LA <45 et MDE < 45. III.9 Formulation du béton simplifié et essai de traction de l’acier A=5,5cm donc le béton obtenu est de classe S2, de vibration courante fc7=22,26 MPA et fc28=31,19 MPA qui est un peu plus que la résistance souhaitée soit 30MPA. De facto il ressort que notre béton est de qualité consistante. On déduit la résistance à la traction par la formule ft28=0,6+0,06fc28=2,4MPA. R1/R2<1,3 cet acier est mauvais car de faible résistance à la traction selon les normes françaises R1/R2>1,3 pour du bon acier. III.10 Densitomètre à membrane, plaque et boîte doseuses On détermine la compacité du remblai ou du corps de chaussée en prenant comme référence les caractéristiques du matériau à l’optimum Proctor modifié (γopt, ωopt). Cette compacité Ic est caractérisé par le rapport : γd/ γopt et est exprimé en pourcentage. On a trouvé pour la couche de base Ic=97,6%~98% du chantier (Ic>=98%OPM). Dosages en bitume : 0,8Kg/m2~1Kg/m2 Epandage de granulats: 13l/m2 >10,5l/m2 Donc ces résultats sont acceptables conformément au CCTP de la route de SAABA. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 42 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ III.11 Essai de cisaillement On porte les trois valeurs de (τmax)i en fonction de σi. On constate que les points se situent sur une droite que l'on appelle droite de Coulomb. On réalise le calcul suivant dans le cas d'une semelle filante, la contrainte de rupture sous charge verticale centrée est obtenue par la relation générale suivante (méthode de superposition de TERZAGHI) avec : q l : contrainte de rupture (capacité portante par unité de surface), γ1 : poids volumique du sol sous la base de la fondation, γ2 : poids volumique du sol latéralement à la fondation, q : surcharge verticale latérale à la fondation, C : cohésion du sol sous la base de la fondation. Nγ(ϕ), Nc(ϕ) et Nq(ϕ) sont des facteurs de portance, ne dépendant que de l'angle de frottement interne ϕ du sol sous la base de la fondation, se trouvant sur un abaque. III.12 Essai œdométrique Les essais associés permettent d’établir deux types de courbes : 1. Les courbes de compressibilité qui indiquent le tassement total en fonction de la contrainte appliquée 2. Les courbes de consolidation qui déterminent le tassement de l’échantillon en fonction du temps lorsqu’une contrainte constante est appliquée. On détermine ainsi les tassements admissibles compatibles avec l’ouvrage. III.13 Pénétromètre dynamique Les calculs seront réalisés avec la formule de l’Hollandais: mgH m qd = ————— x Ndh x ——— Ah m + m' Avec: qd, résistance dynamique de pointe en MPA m masse du mouton en kg g, accélération de la pesanteur A aire de la section droite de la pointe en m² h enfoncement de référence pour Ndh en m m', masse frappée Ndh, nombre de coups nécessaire pour un enfoncement h de la pointe Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 43 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Et : qd qd q1 = —— et qa = —— 7 3 Avec: q1, contrainte limite de rupture et qa, contrainte admissible pour les bâtiments (R+2 au plus.) Chapitre IV : Remarques et suggestions Remarques Nous apprécions le laboratoire pour : La discipline : respect de la hiérarchie. Grâce à sa rigueur et à son dynamisme, le laboratoire produit de très bons résultats et à une renommée internationale. Le grand intérêt accordé aux étudiants malgré leur nombre. Cependant nous relevons quelques insuffisances : L’insuffisance des explications sur l’interprétation des résultats aux stagiaires surtout dans les départements ‘Sol et Fondation’ et ‘Structure’, Le manque de soutien financier aux stagiaires en besoin, Le manque d’équipements de protection au personnel exposé aux produits chimiques et au bruit nuisant à la santé, Les délestages intempestifs qui ralentissent le travail et donnent des résultats erronés, L’absence d’une salle de repos ou de récupération pour les agents contraints de restés à midi. Suggestions Nous suggérons au laboratoire : Fournir des explications détaillées sur l’interprétation des résultats, De se doter d’équipements de protection pour leur propre santé, De se doter d’un groupe électrogène afin de remédier aux délestages, De soutenir financièrement les stagiaires pour qu’ils puissent effectuer le stage dans de bonnes conditions, De mettre à la disposition des agents et stagiaires une salle de repos. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 44 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Conclusion Au terme de cette étude, retenons que le contrôle de qualité des matériaux lors de l’exécution d’un projet de génie civil est l’outil névralgique normalisé pour juger de la bonne qualité de l’ouvrage. En effet la durée de vie d’un ouvrage en exploitation et des conditions auxquelles elle est soumise, dépend de la qualité des matériaux utilisés et de la mise œuvre de ces matériaux. L’étude et le contrôle de qualité des matériaux sur le chantier d’un projet pourrait se résumer, dans un premier temps à l’exécution de plusieurs essais géotechniques normalisée au laboratoire et sur le chantier pendant la mise en œuvre voire avant, et sur les matériaux prélevés après l’approvisionnement; puis dans un second temps à la vérification de la conformité des résultats de ces essais avec les prescriptions du Dossier d’Appel d’Offre Restreinte du dit projet. Cette vérification se traduisant par une étude comparative entre les résultats des essais et les prescriptions du Cahier des Clause Techniques Particulières doit tenir compte des conditions d’exécution des travaux, des réalités d’exécution des essais et de la souplesse du bon sens lors des vérifications. Nous ne saurons terminer sans mentionner que les différentes remarques et notations émises tout au long de ce travail ont étés formulées avec réserves car nous n’avons tenu compte que d’un nombre restreint de paramètres. Cependant elles pourront être pleinement justifiées qu’avec des études plus détaillées, par exemple sur les difficultés d’application des normes Françaises dans un pays comme le Burkina Faso. Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 45 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Références bibliographiques Travaux de construction et de bitumage de la route RD 152 OUAGADOUGOU- NIOKOSAABA y compris les bretelles d’accès au CSPS et à l’université SAINT THOMAS D'AQUIN: Cahier des Clauses Techniques Particulières (CCTP). V.MERRIEN-SOUKATCHOFF, D. AMITRANO, J.P.PIGUET. ELEMENT de GEOTECHNIQUE.Ecole des Mines de Nancy. 2004. 194p. Internet TP_CBR_laboratoire_materiaux et Memo_Laboratoire_Qualite_Materiaux [en ligne]. <<http://www.coursgeniecivil.com>>. Consulté le 14 avril 2014 à 14h11mn. NORME GEOTECHNIQUE : livres Gratuits en format PDF [en ligne]. <<http://www.fichiersbox.com/documentations>>. Consulté le 25 avril 2014 à 10h20mn. Sources des fichiers intégrés Images du matériel : photos (format JPG) du matériel prises au L.B.T.P Siège, Images de route et densitomètre : photos (format JPG) sur chantier à SAABA Graphique 1 : tableur Microsoft Excel2010, Dessins : exécutées sur Microsoft Word 2010 à l’aide de l’outil ‘‘formes’’ dans le menu insertion, Annexes I, Annexe II : tableur Microsoft Excel2010, Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 46 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ ANNEXES ANNEXE I : FICHES TECHNIQUES RECAPITULATIVES 1. Résultats d’analyse granulométrique par tamisage & par tamisage à sec après lavage NFP 94-050 Nature Provenance Masse des Tamis Module refus (mm) AFNOR cumulés Ri (g) 40 47 0 31,5 46 389 25 45 776 20 44 1100 16 43 1427 12,5 42 1688 10 41 1988 8 40 2287 6,3 39 2551 5 38 2800 4 37 2965 3,15 36 3194 2,5 35 3296 2 34 3350 1,6 33 3401 1,25 32 3454 1 31 3492 0,8 30 3526 0,63 29 3564 0,5 28 3605 0,4 27 3648 0,315 26 3688 0,25 25 3728 0,2 24 3752 0,16 23 3808 0,125 22 3842 0,1 21 3862 0,08 20 3877 GAL Barrage Pourcentage Refus 0 8,3 16,5 23,4 30,3 35,9 42,3 48,6 54,2 59,5 63,0 67,9 70,1 71,2 72,3 73,4 74,3 75,0 75,8 76,7 77,6 78,4 79,3 79,8 81,0 81,7 82,1 82,4 Passants 100 91,7 83,5 76,6 69,7 64,1 57,7 51,4 45,8 40,5 37,0 32,1 29,9 28,8 27,7 26,6 25,7 25,0 24,2 23,3 22,4 21,6 20,7 20,2 19,0 18,3 17,9 17,6 Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF Nature Provenance Tamis M (mm) 25 45 20 44 16 43 12,5 42 10 41 8 40 6,3 39 5 38 4 37 3,15 36 2,5 35 2 34 1,6 33 1,25 32 1 31 0,8 30 0,63 29 0,5 28 0,4 27 0,315 26 0,25 25 0,2 24 0,16 23 0,125 22 0,1 21 0,08 20 (Rn) Tn Rn+Tn Ri (g) 0 12 12 22 58 102 156 215 267 363 463 570 751 1105 1460 1860 2247 2666 3016 3439 3793 3980 4253 4335 4368 4391 7 4398 Sable naturel Central béton Pourcentage Refus Passants 0,0 100,0 0,3 99,7 0,3 99,7 0,5 99,5 1,3 98,7 2,3 97,7 3,5 96,5 4,9 95,1 6,1 93,9 8,2 91,8 10,5 89,5 12,9 87,1 17,0 83,0 25,1 74,9 33,1 66,9 42,2 57,8 51,0 49,0 60,5 39,5 68,5 31,5 78,1 21,9 86,1 13,9 90,4 9,6 96,5 3,5 98,4 1,6 99,2 0,8 99,7 0,3 47 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Analyse granulométrique par tamisage Argile Limon Sable Grave Cailloux 100 90 80 Passants (%) 70 60 50 40 30 20 10 0 0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 Tamis (mm) Analyse granulométrique par tamisage à sec après lavage Argile Limon Sable Grave Cailloux 100 90 80 Passants (%) 70 60 50 40 30 20 10 0 0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 Tamis (mm) Courbes d’analyse granulométrique Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 48 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ 2. Résultats de mesure du coefficient d’aplatissement sur du quartz Masse de l’échantillon soumis à l’essai (200D (mm) <M(g) <600D) :5039 g Masse du refus au tamis de 4mm-Mo(g) : 4961 g Tamisage sur Tamisage sur grilles à fentes tamis à mailles carrées Classes granulaires (mm) 63/80 50/63 40/50 31,5/40 25/31,5 20/25 16/20 12,5/16 10/12,5 8/10 6,3/8 5/6,3 4/5 Masse de Ecartement Masse la classe des grilles passant granulaire E (mm) Me(g) Mg(g) 426 612 641 763 589 442 404 348 201 103 25 M=∑Mg ne doit 4957 pas s’écarter deM0 de plus de 2% Coefficient d’aplatissement du 100(Me/Mg) 40 31,5 25 0 96 0 22,5 20 16 12,5 10 403 8 6,3 5 4 3,15 2,5 49 46 49 19 28 2 5 2 1 01 7,64 6,028 8,319 4,298 6,947 0,495 1,436 0,995 0,97 4 ∑Me 298 Coefficient d’aplatissement global A=100(∑Me/M) Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 6,01 49 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ 3. Résultats de calcul de propreté superficielle Pour du quartz tout venant d’un radier Masse de l’échantillon soumis à l’essai (200D (mm) <M(g) <600D) :4393 g première fraction de matériau: M1h=468g deuxième fraction de matériau: Mh=3925g M1s=467g (après séchage) Ms= (467/ 468) x 3925=3916g m'=3752g (après lavage et séchage) m =3916–3752=164g P = (1644/ 3916) x 100=4,18% 4. Résultats du poids spécifique P1= Poids éprouvette P2= Poids éprouvette + eau P3= Poids éprouvette+ échantillon P4=Poids éprouvette+ échantillon+ eau PS=Poids échantillon/ ((P3-P1+P2)-P4) Nature N0 Picno P1 P2 P3 P4 PS Moyenne Sable naturel T 585,7 1542,4 1674 ,5 2225,9 2,68 2,685 B 591,7 1648,0 1632,9 2302,5 2,69 Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 50 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ 5. Résultats Limites d’Atterberg Nature de liquidité Mesure N° Nombre de coups N Numéro de la tare Masse totale humide (g) Masse totale sèche (g) Masse de la tare (g) Masse d'eau (g) Masse du sol sec (g) Teneur en eau (%) Teneur en eau W % Limite GAL à la 1 Visa coupelle 2 16 184 182 2788 3024 2608 2831 2120 2307 180 193 488 524 36,9 36,8 36,9 - 20 558 559 2881 2928 2695 2737 2182 2208 186 191 513 529 36,3 36,1 36,2 Limite de plasticité WP WL 3 26 560 561 2967 2983 2786 2803 2277 2294 181 180 509 509 35,6 35,4 35,5 4 30 572 574 3013 2918 2825 2747 2286 2256 188 171 539 491 34,9 34,8 34,9 5 1 2 35 568 569 300A 302 2852 2958 2579 2591 2698 2771 2512 2528 2244 2228 2141 2172 154 187 67 63 454 543 371 356 33,9 34,4 18,1 17,7 34,2 17,9 37,0 Résultats Tracé de la courbe 36,0 Nombre de Teneur en coups N eau (%) 35,0 16 36,9 20 36,2 34,0 26 35,5 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 30 34,9 WL=35% WP=18% IP=WL-WP IP=17% Nombre de coups (N) (échelle Log(N)) IC=(WL-W)/IP IC= Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 51 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ 6. Résultats Equivalent de sable Echantillon n0 1 1 Masse de la prise 120(1+W/100) +-1g 2 d’essai 121 121 Hauteur du niveau supérieur du 11,6 floculat par rapport au fond de l’éprouvette-h1 (mm) 10,6 Hauteur du niveau supérieur de 10,5 la partie sédimentée par rapport au fond de l’éprouvette-h’2 (mm) 9,7 Equivalent de sable visuel sur 90,5% prise d’essai Esv= 100 h’2 / h1 91,5% Equivalent de sable visuel 91,0% Esv sur échantillon (moyenne) Hauteur du sédiment au niveau 9,9 de la face supérieure du manchon –h2 (mm) 9,3 Equivalent de sable sur prise 85,3% d’essai Es= 100 h’2 / h1 87,7% Equivalent de sable 86,5% Es sur échantillon (moyenne) Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 52 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ 7. Résultats d’essai Proctor Modifié sur GAL de classe 0/70 Teneur en eau de moulage Numéro de la tare 29 Masse totale humide(g) 423,29 Masse totale sèche (g) 397,43 Masse de la Tare (g) 55,34 Masse d'eau (g) Masse du sol sec (g) Teneur en eau (%) Teneur en eau moyenne (%) Densité de moulage Masse totale humide(g) Masse du moule (g) Masse nette humide (g) Volume du 3 moule(cm ) Densité Humide Densité Sèche Eau de mouillage 22F 23 33 H29 H2 13 35 HO 38 418,27 449,55 446,68 490,46 449,62 466,78 466,84 477,98 435,40 393,41 443,44 430,59 466,01 426,64 436,46 433,64 440,64 399,04 63,20 57,47 59,10 90,15 74,35 61,43 57,94 67,40 61,30 25,85 24,86 16,11 16,09 24,45 22,98 30,32 33,20 37,34 342,09 330,21 375,97 430,59 375,86 352,29 375,03 375,70 373,04 7,5 7,5 4,3 3,7 6,5 6,5 8,1 8,8 10,0 7,5 4,0 6,5 8,4 10,0 8630 3877 8142 3877 8427 3877 8700 3877 8673 3877 4753 4265 4550 4823 4794 2084 2,28 2,12 6% 7541 2084 2,05 1,97 3% 7160 2084 2,185 2,05 5% 6510 2084 2,315 2,135 7% 8232 2084 2,30 2,09 9% 6817 452 Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 215 325 576 613 53 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ 8. Résultats d’essai CBR Densité Teneur en Eau 2,135 8 Référence de compactage Numéro de la tare Masse totale humide(g) Masse totale sèche(g) Masse de la Tare (g) Masse d'eau (g) Masse du sol sec (g) Teneur en eau (%) Teneur en eau moyenne (%) 7 Masse totale humide(g) Masse du moule (g) Masse nette humide (g) Volume du moule(cm3) Densité Humide Densité Sèche H23 FM 41 423,99 399,74 55,74 24,25 344 7 420,94 396,33 47,35 24,61 348,98 7 391,73 367,14 51,50 24,59 315,64 7,8 7,0 7,8 8243 3903 8142 3877 8427 3877 4340 4265 4550 2100 2,065 1,925 2100 2,20 2,05 2100 2,31 2,15 Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 54 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Poinçonnement INSTALLATION AMBIANTES ET CONDITIONS ÉQUIPEMENTS Date d'essai Anneau dynamométriq ue Lieu des Essais Densité Teneur en Eau Période d'immersion Labo Siège 2,08 9,1 01/04/2014 01/04/2014 50KN Teneur en eau Densité 7,3 2,15 Teneur en eau Densité 2,15 7,3 2,05 Teneur en eau Densité 2,15 7,3 2,905 Moulage A (5x56 Coups) E (mm) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,25 1,5 F(Div) 2 5 7 10 15 19 23 27 31 35 45 55 E (mm) 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 6 7 8 9 10 IP(2,5MM)=F(2,5MM) 13,35 IP(5MM)=F(5MM) 20 ICBR immersion Moulage B (5x25 Coups) F(Div ) 72 83 101 114 127 134 143 138 155 102 E (mm) F(Div) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,25 1,5 1 2 5 7 10 13 16 19 22 24 30 35 E (mm) 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 6 7 8 9 10 IP(2,5MM)=F(2,5MM) 13,35 IP(5MM)=F(5MM) 20 ICBR immersion Moulage C (5x10 Coups) F(Div) 42 49 54 59 62 66 68 73 77 80 84 87 80 73 70 E (mm) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,25 1,5 F(Div) E (mm) F(Div) 1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 13 14 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 6 7 8 9 10 IP(2,5MM)=F(2,5MM) 13,35 IP(5MM)=F(5MM) 20 ICBR immersion 16 18 19 20 21 22 23 25 26 27 28 29 29 25 28 TENEUR EN EAU APRÈS ESSAI Moulage A (5x56 Coups) Numéro De Tare P59 11A Moulage B (5x25 Coups) HV Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF O+ 12A Moulage C (5x10 Coups) PI9 A60 13Ab L2 55 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Masse Totale Humide 456,6 (G) 4 419,7 Masse Totale Sèche (G) 7 Masse De La Tare (G) 53,95 Masse D'eau (G) 36,87 365,8 Masse Du Sol Sec(G) 2 470,2 Teneur En Eau (%) 10 Teneur En Eau Moy (%) 10 F(Div) 436,9 471,61 447,54 475,74 433,23 395,63 429,66 400,94 427,43 65,46 36,97 57,24 41,95 53,50 48,31 54,64 41,27 54,24 44,6 377,77 340,99 372,42 346,83 373,93 10 11,2 12,9 12,1 11,6 160 140 120 100 80 60 40 20 0 10,9 13,15 56 coups 25 coups 10 coups 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 E(mm) OPM 2,40 2,30 Densité sèche 2,30 2,20 Densité sèche 2,20 2,10 2,10 2,00 2,00 Portance CBR (%) 180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 Teneur en eau w (%) 20,0 1,90 1,90 Courbes OPM, de poinçonnement et CBR Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 56 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ 9. Résultats d’essais d’identification de bitume pur Densité relative à 250 C au pycnomètre (NF T 66-007) Pénétrabilité à 250 C, 100 q, 5 s (NF T 66-004) Point de ramollissement Bille et Anneau (NF T 66-008) DENSITE RELATIVE A 250 C-METHODE AU PYCNOMETRE (NF T66-007) GG3 33 N0 pycnomètre P1=Masse (pycnomètre) P2=Masse (pycnomètre + eau distillée) P3= Masse (pycnomètre + bitume) P4= Masse (pycnomètre + bitume+eau distillée) Densité relative= (P3-P1)/((P2-P1)-(P4P3)) Moyenne 27,626 50,715 36,556 50,969 30,179 55,529 40,858 55,837 1,029 1,029 1,029 POINT DE RAMOLLISSEMENT BILLE ET ANNEAU (NF T 66-008) Heure 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (mn) Température 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 ( C) Température 0 5 9,5 15 19,5 25, 29,5 34, 40,5 45 48/48, Bain 5 5 5 (0C) Ecart maxi +- +- +++- ++- +++(0C) 0,5 0,5 0,5 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Température Bille Anneau A= 48 B= 48,5 Etendue= 0,5 Moyenne= 0 0 (<1 C) ( C) (0C) PENETRABILITE A 250 C, 100 g, 5 s (NF T 66-004) Coupelle A Coupelle B Essai 1 60 Essai 1 60 Essai 2 60 Essai 2 61 Essai 3 62 Essai 3 60 Etendue (<3) 0,2 Etendue (<3) 0,1 Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 11 12 55 60 +1,0 +1,0 48,25 Moyenne 60,5 57 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ 10. Résultats de la détermination de la teneur en liant d’un enrobé par méthode Kumagawa POIDS EN GRAMMES ESSAI N0 1 AVANT EXTRACTION Poids filtre P1 Poids cartouche P2 Poids enrobés PE 1,4 49,2 1025,2 APRES EXTRACTION ET FILTRATION Poids Poids cartouche et granulats P3 Poids granulats extrais PG=P3-P2 Poids filtre et fines P4 Poids fine Pf=P4-P1 Poids total granulats extrais (Granulats +fines) Poids du bitume Pb= PE-(PGT+Peau) PGT=PG+Pf 43,5 Peau 1030,7 981,7 1,6 0,2 981,7 TENEUR EN BITUME Par rapport à l’enrobé Par rapport aux granulats 100 X Pb / PE 100 X Pb/ PGT 4,24 4,43 TENEUR EN EAU Par rapport à l’enrobé Par rapport aux granulats 100 X Peau / PE 100 X Peau / PGT Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 0 0 58 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ 11. Essai Duriez/GRANULATS LIANT NATURE granite concasse Masse Volumique Réelle MVRg =( 100/∑P1 /MVRgl )= 2,670 Carastéristqu es Masse (+1g) H cm (+001) D cm (+001) D cm (+001) V cm ( ²/4) ) MVa (g/cm3) Masse/V MVam /MVaMvam/<1% 0 v1 v2 1000, 1 9,25 1000 1000, 1000, 1000, 1000, 1000, 999, ,4 0 3 5 1 5 2 9,28 9,25 9,25 9,26 9,27 9,28 9,25 999,9 1000 999,7 9,26 9,27 9,27 8,80 464,9 8,00 466, 4 2,15 1 8 ,00 465,4 465,9 465,9 2,148 2,146 2,145 0,04 0,04 0,09 5 6 1038, 8 3,88 1043, 1 4,31 1044, 3 4,24 1038, 5 3,79 1043, 4 4,28 1044, 9 4,43 1038,1 4,9 4,95 4,73 2,151 0,18 LOT1 4 2,221 0,13 v3 v4 MELANGEHYDROCARBO NE Bitume pur Teneur en bitume Pl = 5,86 3 MVRl(g/cm ) = MVRE=2,453= 1,030 (100+Pl)/(100MVR g+Pl / MVRl) v5 v6 v7 v8 v9 v10 v11 8,00 8,00 466,4 464,9 465,4 465,9 466,4 466, 4 2,144 2,151 2,151 2,148 2,145 2,14 9 2,147 0,13 0,15 0,09 0,04 0,09 0,05 24h après fabrication LOT2 LOT3 7 8 9 11 2 3 550,1 et 548,2 sont les V hydrostatiques N 10 MVA 2,213 (g/cm3) Masse/Vhydr o MJ+1 WJ+i=100(MJ+i-M)/M, i allant de 1 à 8 1040, 1 jours M étant la masse de l’éprouvette v WJ+1 3,96 MJ+3 1044, 5 WJ+3 4,4 MJ+8 1046, 3 WJ+8 4,58 V% 9,5% 9,8% V%=100(1-MVA/MVRE) MVAG 2,098 2,090 MVAG=MVA (1-Pl/ (100+Pl)) V0% 21,42 22,72 V0%=100(1-MVAG/MVRG) V1% 55,64 54,88 V1%=100(V0%-V%) Immersion ri 4,59 (MPA) Immersion r Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 1044,7 4,36 1044,9 4,38 4,79 59 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Sans im.Ri Sans im.R r/R 4,82 4,96 5,04 4,97 5,08 0,96 12. Résultats d’essai Marshall GRANULATS LIANT NATURE granite concassé Masse Volumique Réelle MVRg =( 100/∑P1 /MVRgl )= 2,71 Nbr de coups 50 Masse (+1g) 1176,4 h cm 6,45 6,4 6, 6, (+001cm) 35 4 H cm (+001) Hm (+001) D cm (+001) V cm ( ²/4) ) MVa (g/cm3 Masse/V MVam /MVa – Mvam/<1% 6,46 6,48 10,20 527,86 Stabilité daN 1174,6 6 6 6 6 6, , , , , 5 6 6 5 5 6,5 et on a /h-Hm/ <0,15 6 6,5 , 5 1178,8 6, 6, 6, 5 4 4 1 6,48 6,5 531,13 529,49 2,228 2,213 2,226 2,222 0,27 0,40 0,18 E1 Masse im. m V=(M-m) MVA=M/V MVAm V% Compacité C=100-V% MELANGEHYDROCARBO NE Bitume pur Teneur en bitume Pl = 5,86 3 (100+Pl)/ MVRl(g/cm ) = MVRE=2,543= 1,031 (100MVR g+Pl / MVRl) 24h après fabrication E2 643,1 533,3 2,205 2,187 12,9% 87,1% 86,3% 1132 34 Fluage Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 6, 4 9 6,5 E3 633,4 542,2 2,168 640,3 538,5 2,189 14,4% 85,6% 13,6% 86,4% Essai Marshall 1012 Sm=1027,3 35 34,3 938 34 60 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ 13. Essais Los Angeles et Micro-Deval à eau Abaques des charges abrasives respectifs LA et MDE. Classe granulaire 4-6,3 6,3-10 10-14 Classe granulaire 4-6,3 6,3-10 10-14 10-25 16-31,5 25-50 N boulets 7 9 11 11 12 12 Charge abrasive g 2000+-5 4000 5000 Masse total N tours g 3080 3960 4840 500 4840 5280 5280 1000 Durée 15’9 16’30 à 30’20 33’ à Classe granulaire du matériau : Bloc de Granite concassé au marteau Classe granulaire choisie : 10/14 Poids du matériau avant essai (g) (A) : 500g Poids du refus au tamis 33 (1,63mm) (g) (B) : 453g Coefficient Micro-Deval : 100(A-B)/A= 9,4% Classe granulaire du matériau : Bloc de Granite concassé au marteau Classe granulaire choisie : 10/14 Poids du matériau avant essai (g) (A) : 5000g Poids du refus au tamis 33 (1,63mm) (g) (B) : 3013g Coefficient Los Angeles : 100(A-B)/A= 39,7% Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 61 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ 14. Résultats de densité apparente Nature Volume V Poids de la tare P Poids tare+matériaux en vrac P’ Poids matériaux en vrac Pm Densité apparente Pm/V DA moyenne g/cm3 Gravillon 10200cm 10200 10200 10200 Sable 10200 10200 3 2000g 2000 2000 2000 2000 2000 19400 19500 19500 17400 17400 17500 17400 17500 17500 15400 15400 15500 1,70 1,71 1,71 1,509 1,519 1,519 1,70 1,51 15. Résultats d’essais d’affaissement et de compression Partie d’ouvrage : Dimensions de moules Poteaux P1+11,6m 15/30 Gravillons Nature et dosage des constituants Sable Ciment CPA B30 Eau Forage Consistance du béton 375Kg/m3 Age 7 jours 28 jours 5-15/15-25 naturel Togo 45 Affaissement au cône : 5,5cm Vibration par piquage Masse Charge de rupture Résistance à la 13300Kg 400KN 22,59 MPA 13200 400 22,59 22,26 MPA 13300 420 23,72 13300 520 32,76 13300 525 29,66 31,19 MPA 13200 300 16,94 16. Résultats d’essai de traction de l’acier Nomenclatur e Diam. mm Masse g Longueur mm Ǿ6 (28mm2) 5,63 5,7 5,53 107 106 106 Init. 505 504 506 Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF Fin. 514 517 512 Lecteur comparateur Mm 170 190 180 Lecteur KN R1 15 15 15 presse coefficient R2 16 17 17 R2/R1 1,066 1,13 1,13 62 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ NB : Ces feuilles d’essais du département ‘Sol et Fondation’ sont non autorisées au stagiaire (voir Remarques et Suggestions). 17. Résultats incomplets d’essai de Cisaillement Rectiligne à la Boîte SITE : R+4 ex R+7 avec sous sol Identification de l’échantillon Date de prélèvement Sondage Sa Nature à compacte peu kaol graveleux Equipement d’essai Appareil de cisaillement appareil WYKEHAM FARRANGE, vitelle de 0,00012 à 1,2 mm /min B de C Carrée avec évidemment circulaire de Ø 60 mm Anneau Préparation des éprouvettes Date de mise en saturation 29/ 03 / 14 Diamètre de l’éprouvette D (mm) Hauteur de l’éprouvette H (mm) Surface de l’éprouvette S (cm2) Masse volumique des particules Ps (g /cm3) Avant essai 60 Dossier N ° Couche Echantillon Contrainte V0 Rapport de levier 10 bras de Date de fin de saturation 03/ 04/ 14 Après essai Ob 0,5 1 2 ser vat io ns Déterminant de la teneur en eau 1 87,62 85,63 31,2 56,42 54,43 1,99 3,5 10 98,96 88,54 31,6 67,36 56,94 10,42 15,4 18 110,41 98,26 30,5 79,91 67,76 12,15 15,2 17 101,7 4 91,23 30,4 71,34 60,83 10,51 14,73 83,04 92,41 39,75 68,00 70,66 34,64 49,39 52,47 26,02 61,42 64,05 32,97 M V P = P1 / [(P2 –P3) – (P2 – P1) / 0,9] 1,671 Masse volumique sèche Type d’essai Conditions de l’essai Consommation et saturation Sur sols naturels reconstitués on a < 8 m drainées 2,086 2,099 1,976 Poids total humide PTH(g) Poids total sec PTS (g) Poids de la tare PT(g) Poids humide de l’éprouvette Wh (g) = PTH-PT Poids sec de l’éprouvette Ws (g) = PTS - PT Poids de l’eau = Teneur en eau W(%) = Ww/ Ws Degré de saturation Sr (%) = W (1(Pd -1/Ps)) Déterminants de la densité hydrostatique Poids de l’éprouvette P1 (g) Poids de l’éprouvette paraffinée hors eau P2 (g) Poids de l’éprouvette paraffinée dans l’eau P3 (g) Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 63 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Mesures Date d’essai Poids (kg) = Ϭ (bar) = Heure UU 15s 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 1400 0,5 Anneau T 1/100mm daN 91 110 125 135 145 156 162 167 174 180 185 190 195 201 203 205 208 208 207 Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF خ bar Poids (kg) = Ϭ (bar) = A 110 161 187 207 223 239 254 265 276 284 292 296 300 302 305 307 308 308 306 T 2 800 1 خ Poids (kg) = 5 600 Ϭ (bar) = 2 A T 107 205 263 310 350 382 405 430 445 467 484 492 505 517 525 537 550 559 563 570 577 589 595 604 608 602 خ 64 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ 18. Résultats incomplets d’essai de compressibilité à l’œdomètre Sur matériaux saturés avec chargement par paliers Site : R+4 ex à R+7 avec sous sol Date de Identification de l’échantillon Couche (m/m) prélèvement 4,5 Sondage : Sa Echantillon Argile Contrainte v0 compacte peu Nature : Kao graveleux Equipements Référence SEDITEC L’opérateur : le responsable d’essai des essais Rapport de 10 b Bâti de Visa : consolidation Visa : Cellule œdométrique Comparateurs Date : 18/04/14 Préparation des éprouvettes Date : Date de mise en saturation 31/04/ 14 Date de fin de saturation 06/04/14 Avant Après essai Observations essai Caractéristiques de l’éprouvette / Diamètre de D0 = 70,0 l’éprouvette D (mm) Hauteur initiale de l’éprouvette Hi (mm) Hi = 20,0 2 Surface de l’éprouvette S (m ) S= 38,5 R Poids total humide PTH (g) = 216,43 Poids total sec PTS (g) = 196,02 Poids de l’éprouvette Ws (g) = PTS - PT= 55,2 Poids de l’eau ww (g) = Wh- Ws = 20,41 Teneur en eau w (%) = Ww/Ws = Wi = Wf =12,95 Poids de l’éprouvette P1 (g) Poids de l’éprouvette paraffinée hors eau P2 (g) Poids de l’éprouvette paraffinée dans l’eau P3 (g) Masse volumique apparente Ph = P1 / [(P2 –P3) – Pi = (P2 – P1) / 0,9] (g /cm3) Pf = 3 Masse volumique sèche Pd (g /cm ) Pdi = Pdf = Masse volumique des particules Ps (g /cm3) P3= Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 65 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Mesures Temps Masse piston 0,05 (kg) DH(mm) Masse (kg) 1 2 0,57 4 1,09 8 2,13 15 3,95 30 7,84 15 3,95 8 2,13 4 1,09 2 0,57 0,31 Masse piston Date et heure 7h30 07/04/14 7h30 08/04/14 7h30 7h30 7h30 7h30 10/04/14 10/04/14 11/04/14 12/04/14 7h30 13/04/14 7h30 14/04/14 7h30 7h30 7h30 7h30 15/04/14 16/04/14 17/04/14 18/04/14 24h 0,360 0,630 2,010 2,250 2,240 0,020 Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF 0,980 1,400 1,780 2,170 2,060 0,05 1,960 66 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ ANNEXE II : Matériels et accessoires nécessaires Matériel d’échantillonnage Tamis et tares Truelle Etuve Spatules Tamis de lavage Outil à rainure Appareil de Casagrande Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF Grille à fente Tares 67 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Tamis de, piston taré Matériel Proctor CBR Appareil Kumagawa Tube laveur Poinçonneuse Presse Duriez Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF Secoueuse Balance de précision Matériel essai sur bitume Moules Duriez et Marshall + compactage 68 Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Confection d’éprouvette + boîtes UU et oedo Appareils MDE Bétonnière et LA Cône Wendyam Arsène Flavien DAMIBA: ENSIF Appareil UU+ bâti de consolidation Surfaçage Moulage Essai de compression Essai de traction 69