Essai Analyse granulométrique des granulats ( EN 933-1/2018 )

Essai Proctor normal et Proctor modifié (NM 13.1.023)

Proctor normal et Proctor modifié

Le but de cet article est de décrire un essai pour déterminer les qualités de compactage des matériaux de terrassement.

La masse volumique sèche et la teneur en eau optimale sont ces attributs.

Une distinction est faite entre un essai de  Proctor normal et un essai de Proctor modifié, qui donne des couples (teneur en eau - masse volumique sèche maximale) avec des valeurs différentes, en fonction de l'énergie de compactage donnée à l'échantillon.

Cet article ne s'applique qu'aux matériaux fins de la classe NM 13.1.183 (Dmax < 50 mm), qu'ils soient naturels ou traités à la chaux et/ou aux liants hydrauliques.

Les caractéristiques de compactage peuvent encore être estimées en appliquant un ajustement aux caractéristiques relevées sur la fraction de 0/20 mm lorsque le matériau a une proportion d'éléments dépassant 20 mm inférieure à 30 %.

L'essai peut être réalisé sur la fraction 0/20 mm si la proportion d'éléments supérieurs à 20 mm dépasse 30 %, mais son interprétation doit se limiter à l'appréciation de l'état hydrique.

1 - But de l'essai Proctor

L'essai Proctor est l'un des essais les plus utilisés en géotechnique routière, qui permet de déterminer la teneur en eau nécessaire pour obtenir la masse volumique sèche maximale d'un sol par compactage à énergie fixe.

Le but de l'essai Proctor est de déterminer la teneur en eau optimale pour un sol donné et de définir les conditions de compactage, ce qui donne le meilleur compactage possible.

2 - Principe de l'essai Proctor

Les caractéristiques de compactage Proctor d'un matériau sont déterminées à partir des essais dits: Essai Proctor normal ou essai Proctor modifié.

Pour un Proctor normal, l'énergie de compactage spécifique est d'environ 0,6 Mj/m3 et de 2,7 Mj/m3 pour un Proctor modifié.

Les deux essais sont identiques en principe, seule l'énergie de compactage appliquée diffère.

Le principe de ces essais consiste à humidifier un matériau à plusieurs teneurs en eau et à le compacter, pour chacune des teneurs en eau, selon une méthode et une énergie classiques. Pour chacune des valeurs de la teneur en eau considérée, la masse volumique sèche du matériau est déterminée et la courbe des variations de cette densité est tracée en fonction de la teneur en eau.

D'une manière générale, cette courbe, appelée courbe de Proctor ,présente une valeur maximale de la masse volumique du matériau sèche qui est obtenue pour une valeur particulière de la teneur en eau. Ces deux valeurs sont appelées caractéristiques normales ou modifiées de compactage Proctor en fonction de l'essai effectué.

3 - Appareillage de l'essai Proctor

• Moules d'essais cylindriques (moule Proctor et moule CBR)
• Dames de compactage (dame normale et dame modifiée)
• Socle de compactage 
• Règle à araser
• Tamis de 5 mm et 20 mm
• Balances
• Étuve universelle
• Récipients sacs hermétiques
• Pulvérisateur à eau
• Extracteur

4 - Généralités

Le compactage de l'échantillon de matériau doit être effectué dans un moule cylindrique dépendent de la classe granulaire de l'échantillon de matériau.

La quantité d'échantillon requise et le type de moule sont choisis en fonction des indications du tableau : 

5 - Prise d'échantillon de l'essai Proctor

La masse totale de matériau requise, pour effectuer un essai, devrait permettre de prélever un échantillon différent pour chaque point de la courbe Proctor.

Cette masse totale est spécifiée dans le schéma représenté en fonction des passants à 5 mm, 20 mm et du type de moule utilisé :

6 - Préparation des échantillons 

L'ensemble des matériaux échantillonnés est ,si nécessaire, séché à l'air ou dans un étuve réglé à 50 °C maximum jusqu'à un niveau hydrique jugé suffisant pour commencer l'essai.

Le matériau est clipsé à 20 mm et seule le tamisât est conservé pour l'exécution de l'essai.

Le matériau est homogénéisé et divisé par appréciation visuelle en au moins cinq parties égales.

Les parties sont humidifiées à une teneur en eau telle que les teneurs en eau d'au moins trois parties et d'au plus quatre sont réparties entre:

     0,8 WOPN (ou OPM) et 1,2 WOPN (ou OPM)

Après humidification, chaque part est conservée dans des boites ou des sacs hermétiques pendant un certain temps en fonction de l'argilosité du matériau pour améliorer la diffusion de l'eau.

C'est à partir de chacune de ces parts que seront réalisées les éprouvettes destinées à la détermination des points de la courbe de Proctor (et, le cas échéant, à la détermination de l'indice portant immédiat et de l'indice CBR immédiat ou après immersion des éprouvettes dans les teneurs en eau considérées).

• La première difficulté est celle de choisir la teneur en eau à attribuer à chaque part, étant donné que nous ne connaissons pas la WOPN ou WOPM du matériau. L'opérateur doit donc estimer une valeur approximative. Pour ce faire, il utilise des tests tactiles et visuels et son expérience est déterminante dans la précision de cette estimation. 

        

          En l'absence d'expérience suffisante, l'opérateur devrait envisager de déterminer la courbe de Proctor en plus de cinq points et préparer les quantités de matériau et le nombre de parts en conséquence.

• Une deuxième difficulté réside dans les méthodes d'incorporation de l'eau dans le matériau qui, dans tous les cas, doivent être effectuées lentement, de manière bien répartie à la surface du matériau et, dans la mesure du possible, à l'aide d'un pulvérisateur, en maintenant le mélange pendant l'introduction de l'eau.

          

         De plus ces modalités dépendent de l'argilosité des matériaux :

           _Dans le cas de matériaux sableux et graveleux, le malaxage peut être effectué manuellement. L'observation d'une durée de conservation pour l'homogénéisation de 15 min dans des boites ou des sacs hermétiques est suffisante.

           _Dans le cas des matériaux limoneux et sablo limoneux, les méthodes de mélange indiquées pour les matériaux sableux et graveleux sont conservées, mais le temps d'entreposage dans des boites ou des sacs scellés doit être prolongé à 2 h ou 3 h;

           _Dans le cas de matériaux argileux, il est d'abord nécessaire de les réduire à un broyage de 0/5 (évalué visuellement).

          

           L'exécution manuelle de cette opération est généralement fastidieuse, elle peut être grandement facilitée par l'utilisation d'un mélangeur désintégrateur.

    

       Le matériau réduit est ensuite humidifié avec un pulvérisateur, tout en maintenant le mélange.

       Celui-ci peut être réalisé manuellement ou plus avantageusement à l'aide du mélangeur désintégrateur adapté à la granulométrie du matériau.

       Après l'introduction de l'eau et observation visuelle d'une stabilisation du comportement du matériau sous l'action après mélange, il est placé dans des boites ou des sacs hermétiques et stocké entre 24 h et 48 h en fonction de leur argilosité.

7 - Mode opératoire de l'essai Proctor

Après avoir fait le choix du type de moule et la nature de l'essai à effectuer, les éprouvettes humidifiées sont compactées selon les procédures indiquées dans le tableau ci-dessous :

NOTE : L'utilisation du moule CBR nécessite l'installation d'un disque d'espacement.

Avant d'introduire le matériau dans le moule, il est nécessaire de :

• S'unir : moule et rehausse;

• Si nécessaire lubrifier les parois du moule;

• Éventuellement placer un papier filtre ou un film plastique au fond du moule.

Introduisez ensuite la quantité de matériau de sorte que la hauteur de la première couche après compactage soit légèrement supérieure à un tiers ou un cinquième de la hauteur du moule respectivement pour l'essai Proctor normal et Proctor modifié.

Compacter cette couche avec la dame correspondante en appliquant respectivement 25 coups ou 56 coups par couche selon le schéma suivant, et répétez l'opération autant de fois que le nombre de couches l'exige.

Après compactage de la dernière couche, détachez le rehausse du moule, et le matériau est arasé à l'aide de la règle.

Peser le moule avec le sol.

Démouler le contenu du moule et prélever un échantillon partiel de matériau compacté pour déterminer la teneur en eau.

Répéter ces opérations sur chaque part du matériau pré-humidifié.

8 - Calculs, traçage des courbes et expression des résultats

Pour chaque échantillon compacté, il est nécessaire de calculer :

• La teneur en eau;

• La masse de matériau sec;

• La masse volumique du matériau sec.

Collecter les résultats pour dessiner une courbe sur laquelle est tracée la teneur en eau sur l'abscisse et la masse volumique sèche correspondante sur l'ordonnée.

On obtient le courbe Proctor suivante, et à partir de celle-ci on lit la teneur en eau optimale pour Proctor et la masse volumique sèche optimale.  

La courbe résultante a une forme de cloche. Elle indique qu'au départ, à mesure que la teneur en eau du matériau augmente, sa masse volumique sèche augmente, ce qui signifie que le matériau devient plus dur, plus compact et plus porteur. Ensuite la courbe arrive à un maximum obtenu pour une valeur précise de la teneur en eau Wopt appelée l'optimum Proctor.

Pour la valeur de Wopt, la masse volumique sèche Pd est maximale. Si nous continuons à augmenter à nouveau la teneur en eau, le sol devient fragile.