Essai de Proctor

Essai de Proctor

BUT :

L’essai Proctor a pour but de déterminer, pour un compactage d’intensité donnée, la teneur en eau à laquelle doit être compacté un sol pour obtenir la densité sèche maximum. La teneur en eau ainsi déterminée est appelée « teneur en eau optimum Proctor  ».

PRINCIPE DE L’ESSAI :

L’essai Proctor consiste à compacter dans un moule standard, à l’aide d’une dame standard et selon un processus bien déterminé, un échantillon du sol à étudier et à déterminer le teneur en eau du sol et sa densité sèche après le compactage.

L’essai Proctor est répété plusieurs fois de suite sur des échantillons portés à des teneurs en eau croissantes (2%, 4% ,6% ,8% ,10%,12% ,14%,16%)On détermine ainsi plusieurs points de la courbe représentative des densités sèches en fonction des teneurs en eau. On trace alors la courbe en interpolant entre les points expérimentaux. Elle représente un maximum dont l’abscisse est « la teneur en eau optimum Proctor », et l’ordonnée « la densité sèche maximum Proctor ». 

Diagramme Proctor simple 

L’essai Proctor s’effectue généralement pour deux compactages d’intensités différentes :

1.  Essai Proctor normal :

Le compactage n’est que moyennement poussé. Il est généralement utilisé pour les études de remblais en terre (barrages et digues).

Il s’effectue en trois  couches avec « la dame Proctor normal », l’énergie de compactage est de :

-         55 coups de dame par couche dans le moule C  .B .R.

-         25 coups par couche dans le moule Proctor normal.

2.  Proctor modifié :

Le compactage est beaucoup plus intense ; il correspond en principe au compactage maximum que l’on peut obtenir sur chantier avec les rouleaux à pieds de mouton ou les rouleaux à pneus lourds modernes. C’est ordinairement par l’essai Proctor modifié que l’on détermine les caractéristiques de compactage (teneur en eau optima, densité sèche maxima) des matériaux destinés à constituer la fondation ou le corps de chaussée des routes et des pistes d’aérodromes.

Le compactage dans ce cas-là  s’effectue  en cinq couches  successives avec « la dame Proctor modifié » l’énergie de compactage est de :

-         55 coups de dame par couche dans le moule C.B.R.

-         25 coups par couche dans le moule Proctor.

APPAREILLAGE :

Il comprend : 

1. Le moule Proctor constitué par un tube cylindrique métallique inoxydable de 10,15 cm de diamètre intérieur et 11,7 cm de hauteur, pourvu d’un fond et d’une hausse métallique amovibles.

2. La dame Proctor normal qui est constitué par un mouton de 2,49 kg (cylindrique de 5,1 cm de diamètre) dont la hauteur de chute est de 30,4 cm.

3. Du sable.

4. Une étuve.

5. Une règle à araser d’environs 250 mm.

6. Truelles pour le malaxage.

7. Des maillets, burins, couteaux, etc. pour le démoulage,  ou mieux un appareil à démouler.

8. Une balance sensible au gramme d’une portée maxima au moins égale à 20 kg.

9. Une éprouvette graduée.

10. De l’eau.

11. Un bac.

MATERIEL POUR L’ESSAI PROCTOR NORMAL

MODE OPÉRATOIRE :

1.      On prend 2,5 kg de sable préalablement préparé qu’on verse dans un bac.

2.      On ajoute une certaine quantité d’eau  (*)  proportionnelle au poids du sable utilisé.

3.      A l’aide de la truelle on malaxe bien le sable.

4.      On remplit le moule Proctor normalisé en trois couches puis après avoir versé chaque couche on compacte l’aide de la dame Proctor normal  en 25 coups en respectant la hauteur de chute et en assurant une répartition équitable des coups sur la surface à compacter. On procède de la même manière après la mise en place de la 2eme et 3eme couche.

5.      Une fois le moule rempli, on arase le sable avec une règle à araser, on comble les vides laissés à la surface.

6.      On prélève ensuite un échantillon d’environs 100 g à la surface du moule, puis on retire la base de ce dernier afin de prendre un 2eme échantillon d’à peu près du même poids.

7.      A la balance, on évalue les masses des deux prélèvements puis on les fait passer à l’étuve au moins pendant 24h.au termes desquelles on va repeser les échantillons.

(*) : L’essai est répété plusieurs fois de suite sur des échantillons portés à des teneurs en eau croissantes  (2%, 4% ,6% ,8% ,10%,12% ,14%,16%

CONCLUSION :

Sur les chantiers de stabilisation, on exige, en général, des densités sèches égales à 90 % ou à 95 % de la densité sèche maximum Déterminée à l’essai Proctor ; d’où l’importance d’avoir au moment du Compactage une teneur en eau très voisine de la teneur en eau optimum. 

Cette Condition est souvent difficile à remplir, ce qui limite les possibilités de stabilisation des sols : en périodes de pluie, la teneur en eau du sol naturel est généralement supérieure à la teneur optimum, il faut aérer le sol pour le faire sécher ou attendre une période plus sèche. En période sèche les apports d’eau sont importants (la teneur en eau optimum varie entre 6 et 12% selon la nature du sol et l’engin de compactage utilisé.).

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Limites d'Atterberg

Sommaire

1 Généralités 2 Description du mode opératoire 2.1 détermination de la limite de liquidité 2.2 détermination de la limite de plasticité 2.3 détermination de la limite de retrait 3 Utilisation des limites d'Atterberg dans le domaine routier 4 Incertitudes de l'essai 4.1 Incertitudes évaluées en 2011 sur la limite de liquidité à la coupelle 4.2 Incertitudes évaluées en 2011 sur la limite de liquidité au cône 4.3 Incertitudes évaluées en 2011 sur la limite de plasticité au rouleau 4.4 Incertitudes sur l'indice de plasticité 5 Références

Généralités

Les limites d'Atterberg sont des teneurs en eau caractéristiques des sols fins permettant entre autre d'établir leur classification et d'évaluer leur consistance. Ces valeurs de teneurs en eau permettent de caractériser également les différents états des sols : liquide, plastique, solide et solide sans retrait de ces matériaux. Cet un essai relativement long à réaliser (plus de deux jours en général et la durée^[1] augmente avec la proportion d'argile). Bien que rudimentaire dans sa préparation, les résultats obtenus sont répétables et reproductibles.
Les limites d'Atterberg comprennent :

• la limite de liquidité w_L (NF P94-051^[2] ou -052-1^[3])
• la limite de plasticité w_P (NF P904-051^[2])
• la limite de retrait w_R (XP P94-060-1^[4])

L'indice de plasticité (I_P) correspond à l'écart entre la limite de liquidité et la limite de plasticité. Pour toutes les teneurs en eau comprises entre ces deux bornes, le matériau sera dans un état plastique. Plus l'écart est grand, plus la plasticité du sol est élevée.


Certains laboratoires utilisent la droite de Casagrande pour évaluer l'IP à partir de la limite de liquidité, que l'on retrouve dans un diagramme I_P-w_L. Cette droite a pour équation :

avec :

• 0,70 < a < 0,80
• 13 < b < 20

et est souvent exprimée moyennement comme suit :

L'utilisation de cette formule est limitée à certains sols et doit faire référence à l'expérience régionale.
L'utilisation des limites est très intéressante pour évaluer les états hydriques des sols fins en terrassement. Pour cela on évalue l'indice de consistance du sol Ic. Plus la teneur en eau naturelle du sol se rapprochera de la limite de plasticité et meilleure sera sa consistance. En s'éloignant de la limite de plasticité, le matériau s'humidifie et sa consistance diminue. Il ne faut pas confondre la consistance et la plasticité. La position de la teneur en eau naturelle (w_n)du matériau par rapport aux limites d'Atterberg permet d'exprimer cet indice de la façon suivante :

Description du mode opératoire

Ces essais se réalisent sur un mortier de sol composé de la fraction granulométrique 0/400 µm. Pour cela, l'échantillon homogénéisé de départ est au préalable humidifié dans un bac. La quantité de sol initial est environ de 200x le diamètre en mm des plus gros éléments (Dmax).
Une fois le matériau ameubli il est tamisé sous eau au tamis de 400µm dans un bac de récupération suffisamment grand (photo 1).
Il faut ensuite laisser le mélange décanter pour éliminer l'excès d'eau (photo 2). Dès que l'eau devient claire, une première étape peut consister à siphonner l'excédent (photo 3). Pour réduire ensuite plus finement la quantité d'eau, un passage à l'étuve à des températures inférieures à 50°C peut être réalisé (photo 4). On peut également laisser évaporer doucement jusqu'à atteindre la teneur en eau la plus proche de la liquidité. Il convient d'être très vigilant afin de ne pas trop sécher le matériau car cela oblige à recommencer l'opération. Après séchage, le mortier est récupéré et malaxé sur une table en marbre pour homogénéiser autant que possible la pâte et éliminer les éventuelles boulettes qui auraient pu se former. Ce mélange doit être le plus lisse possible (photo 5).
Le mortier est enfin prêt pour commencer les essais.

1-récupération de la fraction 0/400 µm

2-décantation du mélange sol-eau

3-élimination du surplus d'eau par siphonnage de l'eau claire

4-séchage fin à des températures inférieures à 50°C

5-homogénéisation par malaxage à la truelle du mortier

Les limites sont réalisées sur une plaque de marbre poreux ce qui aide à faire baisser doucement les teneurs en eau du matériau.

détermination de la limite de liquidité

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Il existe deux méthodes pour définir la teneur en eau correspondant à la limite de liquidité :

• l'essai à la coupelle de Casagrande (NF P94-051^[2])
• l'essai au cône de pénétration (NF P94-052-1^[3])

détermination de la limite de plasticité

La limite de plasticité est définit par application de la norme NF 94-051^[2] . Le matériau est roulé sous la forme d'un petit rouleau plein (ou boudin) d'environ 3 mm de diamètre. Ce boudin est progressivement asséché en frottant le matériau entre la plaque de marbre et un patin poreux (souvent en bois) (photo 6). Lorsque le rouleau n'est plus plastique, il devient alors cassant (photo 7). L'essai est arrêté car la teneur en eau à ce moment correspond à la limite de plasticité.

6-le mortier est roulé sous la forme d'un petit boudin plein et progressivement asséché en le roulant entre le marbre et la plaque de bois

7-la teneur en eau diminuant, le boudin se casse à la teneur en eau correspondant à la limite de plasticité : les morceaux de boudin sont alors immédiatement pesés

détermination de la limite de retrait

8- vue d'une coupelle et d'un échantillon de sol sec : on distingue nettement la diminution de volume horizontale et verticale

L'essai est réalisé selon la norme XP P94-060-1^[4]. le mortier de sol est mis dans une coupelle métallique puis asséché doucement à l'étuve (température inférieure ou égale à 50°C) jusqu'à ce que le volume de sol sec ne varie plus. On atteint alors le volume minimal que le matériau peut avoir après dessiccation (photo 8). Si les teneurs en eau continuent de baisser, le volume ne varie plus. Le volume est en général évalué à l'aide de mercure. L'essai n'est valable que si le retrait n'entraîne pas de fissuration dans l'échantillon.

Utilisation des limites d'Atterberg dans le domaine routier

Les limites d'Atterberg sont utilisées pour identifier et classer les matériaux fins. Ainsi la norme NF P11-300^[4] permet de distinguer différentes classes de sols selon les indices de plasticité des matériaux. Il s'agit même d'un essai à privilégier pour les sols fins au détriment de l'essai au Bleu de méthylène.

Pour les matériaux très fins, contenant plus de 35% de passant à 80µm, on distinguera 4 classes de sols :

• les sols A₁ dont l'I_P est inférieur à 11 ;
• les sols A₂ dont l'I_P est compris entre 11 et 25 ;
• les sols A₃ dont l'I_P est compris entre 25 et 40 ;
• les sols A₄ dont l'I_P est supérieur à 40.

Pour les argiles sableuses (%80µm compris entre 12 et 35%), l'I_P permet de distinguer :

• les sables argileux B₅ dont l'I_P est inférieur à 12 ;
• les argiles sableuses B₆ dont l'I_P est supérieur à 12.

L'indice de consistance permet d'évaluer l'état hydrique des sols fins et ceci avec d'autant plus de précision que le sol est constitué de plus de 80% de passant à 400µm. Pour cela il convient au préalable de ramener la teneur en eau naturelle à la fraction 0/400µm du sol par une règle de 3. Plus l'Ic sera proche de 1 plus le matériau sera dans des états hydriques moyens ("m"). Un Ic supérieur à 1,1 traduit un état hydrique sec ("s" ou "ts") et un Ic inférieur à 1 correspond à des états hydriques plutôt humides ("h" ou "th").

Incertitudes de l'essai

graphique illustrant la dispersion des résultats obtenus au cours d'une campagne d'essais croisés. La valeur moyenne étant proche de la limite de classe, les écarts peuvent faire basculer l'identification d'un A2 à un A3.

Ces essais nécessitent un savoir-faire certain de l'opérateur, mais lorsqu'ils sont maîtrisés, ils sont répétables et reproductibles. Des campagnes d'essais croisés menées en 2003 et 2011^[5] avec les laboratoires des Ponts et Chaussées montrent les évolutions dans les incertitudes d'essais. Les résultats obtenus en 2011 ont été réalisés avec un panel de 14 laboratoires sur un sol argileux classé A2 au préalable. Les incertitudes évaluées en 2011 étaient plus élevées que celles obtenues en 2003 probablement en lien avec une diminution des pratiques et/ou un renouvellement des opérateurs.
Disposer de la valeur de l'incertitude est important pour évaluer la portée du résultat. Cette information semble ainsi nécessaire pour valider l'application de résultats surtout lorsque l'incertitude affecte la conformité aux limites d'une spécification.

Incertitudes évaluées en 2011 sur la limite de liquidité à la coupelle

• limite de répétabilité : r = 3,7
• limite de reproductibilité : R = 7,0
• incertitude élargie pour k=2 : U = 5,0

Pour information l'incertitude U évaluée en 2003 était de 2,0.

Incertitudes évaluées en 2011 sur la limite de liquidité au cône

• limite de répétabilité : r = 1,7
• limite de reproductibilité : R = 8,0
• incertitude élargie pour k=2 : U = 5,7

Pour information l'incertitude U évaluée en 2003 était de 2,2.

Incertitudes évaluées en 2011 sur la limite de plasticité au rouleau

• limite de répétabilité : r = 2,9
• limite de reproductibilité : R = 7,7
• incertitude élargie pour k=2 : U = 5,4

Pour information l'incertitude U évaluée en 2003 était de 3,6.

Incertitudes sur l'indice de plasticité

L'indice de plasticité peut être obtenu indifféremment avec l'essai à la coupelle ou au cône. L'expression du résultat (voir graphique) montre au final une certaine dispersion par rapport à la moyenne.

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Essai de la compression : Comment déterminer la résistance Fc

Les éprouvettes de béton durci  sont chargées jusqu’au rupture dans une machine ( presse à béton ) afin de déterminer sa résistance à la compression, la charge maximale atteinte est enregistrées.

Exécution d'essai de la compression:

-Surfaçage en soufre :

Pour rendre les éprouvettes plus plane afin que les forces se réparties également sur cette surface. Cette opération ce fait on utilisant un mélange de soufre et de sable fin passant dans un tamis de 0.25 mm , on chauffe le mélange puis on descendre verticalement l'une des extrémités de l’éprouvette dans u mortie de soufre en fusion préablement déversé sur un plateau et laisser durci le mélange après 30 min on répète l’opération à l'autre extrémité de l'éprouvette.

 -Affectation d'essai :

• On pèse les éprouvettes pour calculer leurs masses volumiques.

• On les pose dans une machine appelée presse  à béton  qui applique des charges continues et sans chocs pour définir la force ou la pression suffisante dont elle se rompe .

- Expression des résultats :

On calcule la résistance Fc par la relation suivante :

                                                 Fc = 10P / S 

avec : Fc en MPa  

         P en KN 

         S en cm²  

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