Caractéristiques de compactageEssai Proctor – P94-093

Introduction - Courbe PROCTOR

Proctor a montré que pour un matériau donné ( sol traité ou non , GNT, GC )et pour une énergie de compactage d'intensité donnée, il existait une teneuren eau dite « teneur en eau optimale Proctor : WOP » pour laquelle leprocessus de compactage permettait l'obtention d'une compacité maximaledonc d'une porosité minimale.Cette compacité maximale est caractérisée par une « masse volumiqueapparente sèche maximale : ádOP ».Explication du phénomène : l'eau sert plus ou moins de lubrifiant ce quifacilite la mise en place des grains.

Détermination des caractéristiques de compactage « PROCTOR »

Objectif et principe de l'essai PROCTOROn cherche à déterminer, pour un matériau donné et pour un compactage d'intensité donnée, ce que l'on nomme les« caractéristiques de compactage Proctor » ; c'est à dire le point de la courbe caractérisé par une masse volumique apparentesèche en place maximale et sa teneur en eau correspondante.Pour cela, on compacte des échantillons à diverses teneurs en eau et on détermine les masses volumiques sèchescorrespondantes. On porte ensuite les résultats sur un graphique et on fait passer une courbe au mieux par les points trouvés.On en déduit alors l'optimum Proctor ( ádOP ) et la valeur de la teneur en eau correspondante ( WOP ).

Énergies de compactage normaliséesIl existe 2 essais normalisés suivant la valeur de l'énergie de compactage :) l'essai Proctor Normal ou PNProctor Normal ou PN correspondant à une énergie de

compactage modérée ( 600 m.kN/m³ ) et servant de référence pour lesopérations de compactage des ouvrages en terre, des remblais et descouches de forme.

) l'essai Proctor Modifié ou PMProctor Modifié ou PM correspondant à une énergie decompactage plus élevée ( 2700 m.kN/m³ ) et servant de référence pourles opérations de compactage des assises de chaussées en matériauxnon bitumineux : GNT type A ou B, GC, SC.

Utilisation des résultats de l'essai PROCTORCaractérisation de l'état hydriqueLe guide terrassement routier ( GTR ) utilise les résultats de l'essai Proctor Normal pour caractériser l'état hydrique des solsdes classes ( A – B – C ) par comparaison de leur teneur en eau naturelle ( WNAT ) mesurée sur la fraction 0/20 ; avec leur teneuren eau optimale Proctor Normal ( WOPN ).Ce critère permet surtout d'apprécier les états hydriques : m – s – ts.Exemple : un sol B6 sera classé B6s si sa teneur en eau naturelle est comprise entre 0,7x WOPN et 0,9x WOPN

Détermination des valeurs de référence pour les opérations de compactageLes valeurs des masses volumiques apparentes sèches servent de référence « chantier » pour les opérations de compactagedes couches de forme ( ádOPN ) et des assises de chaussée ( ádOPM ).Exemple : si le CCTP précise que le compactage de la GC doit être réalisé à 97% de l'optimum Proctor Modifié ( 97% OPM ) ;cela signifie que l'atelier de compactage devra être prévu de telle manière qu'en tout point du chantier, la MV apparente sèche enplace soit supérieure à 97% de la MV apparente sèche obtenue lors de l'essai Proctor Modifié.

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WOP

ádOP

ád

W

WOPN

ádOPN

ád

W

ádOPM

WOPM

Matériel spécifique

Les compacteurs ou dames

Dame Diamètre Masse Hauteur de chute Énergie par coups PN pour Proctor Normal å51 mm 2,490 kg 305 mm 7,450 Js PM pour Proctor Modifié å51 mm 4,535 kg 457 mm 20,331 J

Les moules

Moule Diamètre Hauteur Volumes PROCTOR å101,6 mm 117 mm 0,949 dm³s CBR + disque d'espacement de 36 mm å152 mm 152 – 36 = 116 mm 2,105 dm³

Le choix du moule se fait selon la dimension Dmax des plus gros éléments du matériau :

Si : Dmax T 5 mm Emploi du moule PROCTOR ou CBR

Si : 5 < Dmax T 20 mm Emploi du moule CBR

Si : Dmax > 20 mm

s Si le refus à 20 mm est inférieur à 30% ; on emploi le moule CBROn écrête le sol à 20 mm ; les résultats devront être corrigés ( voir annexe A de la norme )s Si le refus à 20 mm est supérieur à 30% l'essai perd sa signification.Toutefois , il reste valide si l'on cherche simplement à déterminer l’état hydrique.

Réalisation de l'essai

Préparation des échantillons) Le matériau à étudier doit être partiellement asséché pour que sa teneur en eau soit inférieure à la teneur en eau optimale :

séchage à l'air libre ou dans une étuve à 50°C maximum.) Après séchage, le matériau est passé au tamis de 20 mm.) La quantité de matériau doit être d'environ 15 kg pour un moule Proctor et d'environ 40 kg pour un moule CBR.) Le matériau est ensuite divisé en 5 parts ( au moins ) qui sont humidifiées à l’aide d’un pulvérisateur et homogénéisé à la main

ou au malaxeur ; les teneurs en eau choisies doivent « encadrer » la teneur en eau optimum.Il est souhaitable d’avoir au moins 5 points de mesure dont 3 ou 4 se trouvent dans la fourchette 0,7x WOP à 1,2x WOP

) Chaque échantillon est alors conservé dans une boite étanche pour que l’humidité diffuse bien au cœur du matériau :ñ de 10 à 15 minutes pour les sols sableux et graveleuxñ de 2 à 3 heures pour les sols limoneuxñ jusqu'à 48 heures pour les sols très argileux qui seront « moulus » avant humidification.

Remplissage et compactage

Essai Moule Remplissage Compactage CyclagePN Proctor 3 couches d'environ 650 g 25 coups par couche 6 cycles de 4 + 1 coup au centrePN C.B.R 3 couches d'environ 1700 g 55 coups par couche 7 cycles de 7 + 1 cycle de 6PM Proctor 5 couches d'environ 400 g 25 coups par couche 6 cycles de 4 + 1 coup au centrePM C.B.R 5 couches d'environ 1050 g 55 coups par couche 7 cycles de 7 + 1 cycle de 6

12

34x6 1+

Cyclage Moule CBR : 55 coups par couche

71 4

6 5

2 3

x7 + 1 4

6 5

2 3

Cyclage Moule PROCTOR : 25 coups par couche

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Conduite de l'essai) Assemblage du moule : socle, corps, rehausse et lubrification des parois.) Placer le disque d'espacement si le moule choisi est le moule CBR.) Introduire éventuellement un disque de papier pour faciliter le démoulage.) Peser et introduire la 1ére couche de matériau.) La compacter selon le processus choisi : 25 ou 55 coups par couche.) Mesurer la hauteur de la couche compactée : corriger éventuellement la

quantité de matériau à introduire pour les couches suivantes.) Faire de même pour les autres couches : 3 ou 5 couches.) Après compactage ôter la rehausse ; le matériau doit dépasser de 1 cm

maximum, si ce n'est pas le cas il faut recommencer avec de nouvellesquantités par couche.

) Araser à la règle sans décompacter le matériauSi des éléments sont enlevés lors de cette opération, il faut combler les vides produits avec des éléments plus fins.

) Peser alors l'ensemble du moule et du matériau humide compacté : MTH.) Démouler ensuite l'éprouvette et peser le moule vide : MT.) Prélever une partie représentative de l’éprouvette pour déterminer sa teneur en eau : W%.) La teneur en eau se mesure soit par étuvage soit par la méthode de la poêle à frire.) On peut aussi mesurer la teneur en eau sur la totalité de l’éprouvette mais le temps de réponse est assez long.Masses volumiques

) En déduire la masse volumique apparente du matériau compacté : á = MTHBMTVMOULE

¦kg /mª§

) Ainsi que sa masse volumique apparente sèche : ád =á

1AW%¦kg /mª§

Poursuite de l'essai) Pour déterminer les autres « points de la courbe » on fait de même avec les autres échantillons.

Expression des résultats - Diagramme PROCTOR

)On reporte les résultats sur un graphique et on fait passer une courbe au mieux par les points trouvés.En général ; cette courbe présente un maximum sauf dans le cas des sols perméables.

)On trace aussi la courbe dite de saturation ; courbe « théorique » correspondant au matériau en état de saturation hydrique.Le compactage du matériaux ne peut se poursuivre sans l’expulsion de l’eau qu’il contient.

WOP

ádOP

ád

W

ád

WCourbe de saturation

Matériau perméableExpulsion de l'eau interne

ád

W

Courbe pointue - Matériau sensible à l'eau

Courbe plate - Matériau peu sensible à l'eau

Çád

Çád

Allures des courbes Proctor) Une courbe plutôt « plate » caractérise en général un matériau peu sensible à l'eau ( sableux ou graveleux ).

C'est à dire qu'une variation de sa teneur en eau lors du compactage ne va pas entraîner de variations notables de sa ád.) Au contraire, une courbe plutôt « pointue » caractérise un matériau plutôt sensible à l'eau ( argileux ).

Même une faible variation de sa teneur en eau lors du compactage va entraîner une grande variation de sa ád.

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Disque 36 mm

Couche 1

Couche 2

Couche 3

COURBE DE SATURATION

Considérons un échantillon de matériau compacté selon un processus Proctor.Il est constitué d’une fraction solide, d’une fraction liquide et d’une fraction gazeuse.Cet échantillon est caractérisé par sa masse volumique apparente sèche : ρd ( point 1 )

Quelle serait sa masse volumique apparente sèche s’il était en état de saturation hydrique : ρdSAT ( point 2 ).

Cela correspond à la valeur ( limite ) de la masse volumique apparente sèche qu’il serait possible d’atteindre en compactant lematériau jusqu’à l’élimination totale de l’air interne ( limite de l’expulsion de l’eau ).

Soit ρs la masse volumique réelle du matériau.

W%

ádSAT

ád

W

Courbe de saturation

2

1Solide : S

Eau : W

Air : A

Solide : S

Eau : W

21

Sol compacténon saturé

Sol compactéSaturé

Exprimons le volume d’air contenu dans le matériau compacté

Vs=Msás

; Vw=Mwáw

=W%DMsáw

; Vt=Msád

Va=VtBVsBVw=Msád

BMsás

BW%DMsáw

=MsD¢ 1ád

B 1ás

BW%áw£

Si le matériau est saturé ( Sr = 100% ) alors le volume d’air est nul : ád devient alors ádSAT

Va=MsD¢ 1ádSAT

B 1ás

BW%áw£=0

1ádSAT

B 1ás

BW%áw

=0

1ádSAT

= 1ás

AW%áw

=áwAW%Dás

ásDáw

ádSAT=ásDáw

áwAW%Dás C’est l’équation d’une hyperbole.

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Laboratoire TERRASSEMENT - LET Les Marcs d'Or - DIJON STS TRAVAUX PUBLICS - Patrick ORSOLA

Points N°1 N°2 N°3 N°4 N°5Fraction humideavec contenant

g

Fraction sècheavec contenant g

Contenant seul g

W %

Matériau humideavec moule

g

Moule seul gVolume

du moule dm3

ρd kg/m3

Points N°6 N°7 N°8 N°9 N°10Fraction humideavec contenant

g

Fraction sècheavec contenant g

Contenant seul g

W %

Matériau humideavec moule

g

Moule seul gVolume

du moule dm3

ρd kg/m3

WOP

ρdOP

Tene

ur en

eau

Tene

ur en

eau

Mass

e vol

umiq

ueap

pare

nte s

èche

Refus à 20 mm :

Détermination des caractéristiques de compactage - ESSAI PROCTOR - P94-093

Matériau :

OPTIMUMPROCTOR OP

Teneur en eau Optimum Proctor

Classe : Date :

Masse volumique apparente sèche

Opérateur :

Mass

e vol

umiq

ueap

pare

nte s

èche

q Proctor MODIFIE q Moule CBR + disque de 36 mm

Refus à 5 mm : q Proctor NORMAL q Moule PROCTOR

1500

1550

1600

1650

1700

1750

1800

1850

1900

1950

2000

2050

2100

2150

2200

2250

2300

0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 10% 11% 12% 13% 14% 15% 16% 17% 18% 19% 20%Teneur en eau de compactage

Mass

e vol

umiq

ue ap

pare

nte s

èche

en kg

/m3

Sr = 100% - ρs = 2650 kg/m3

Sr = 100% - ρs = 2700 kg/m3

Laboratoire TERRASSEMENT - LET Les Marcs d'Or - DIJON STS TRAVAUX PUBLICS - Patrick ORSOLA

Points N°1 N°2 N°3 N°4 N°5Fraction humideavec contenant

g 1364 1579 1341 1550 1246Fraction sècheavec contenant g 1279 1461 1237 1409 1132Contenant seul g 438 438 438 438 438

W % 10,1% 11,5% 13,0% 14,5% 16,4%Matériau humide

avec mouleg 7828 7968 8048 8051 8007

Moule seul g 6031 6031 6031 6031 6031Volume

du moule dm3 0,949 0,949 0,949 0,949 0,949ρd kg/m3 1720 1830 1881 1859 1788

Points N°6 N°7 N°8 N°9 N°10Fraction humideavec contenant

g 1146 1158 1178Fraction sècheavec contenant g 1035 1000 1000Contenant seul g 438 0 0

W % 18,6% 15,8% 17,8%Matériau humide

avec mouleg 7954 5505 5418

Moule seul g 6031 3507 3507Volume

du moule dm3 0,949 0,949 0,949ρd kg/m3 1709 1818 1709

WOPN 13,4%ρ dOPN 1880

Refus à 20 mm ≈ 0% ¨ Proctor MODIFIE

ý Proctor NORMAL ý Moule PROCTOR

Masse volumique apparente sèche

Opérateur : Formateurs GC

Mass

e vol

umiq

ueap

pare

nte s

èche

Tene

ur en

eau

Tene

ur en

eau

Mass

e vol

umiq

ueap

pare

nte s

èche

Matériau : Argile de Mornaguia

¨ Moule CBR + disque de 36 mm

Classe : A1 Date : janvier 2003

Détermination des caractéristiques de compactage - ESSAI PROCTOR - P94-093 - ETAT HYDRIQUE

OPTIMUMPROCTOR OP

N Teneur en eau Optimum Proctor

Refus à 5 mm ≈ 10%

1500

1550

1600

1650

1700

1750

1800

1850

1900

1950

2000

2050

2100

2150

2200

0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 10% 11% 12% 13% 14% 15% 16% 17% 18% 19% 20%

Teneur en eau de compactage

Mass

e vol

umiq

ue ap

pare

nte s

èche

en kg

/m3

Laboratoire TERRASSEMENT - LET Les Marcs d'Or - DIJON STS TRAVAUX PUBLICS - Patrick ORSOLA

Points N°1 N°2 N°3 N°4 N°5Fraction humideavec contenant

g 1364 1579 1341 1550 1246Fraction sècheavec contenant g 1279 1461 1237 1409 1132Contenant seul g 438 438 438 438 438

W % 10,1% 11,5% 13,0% 14,5% 16,4%Matériau humide

avec mouleg 7828 7968 8048 8051 8007

Moule seul g 6031 6031 6031 6031 6031Volume

du moule dm3 0,949 0,949 0,949 0,949 0,949ρd kg/m3 1720 1830 1881 1859 1788

Points N°6 N°7 N°8 N°9 N°10Fraction humideavec contenant

g 1146 1158 1178Fraction sècheavec contenant g 1035 1000 1000Contenant seul g 438 0 0

W % 18,6% 15,8% 17,8%Matériau humide

avec mouleg 7954 5505 5418

Moule seul g 6031 3507 3507Volume

du moule dm3 0,949 0,949 0,949ρd kg/m3 1709 1818 1709

WOPN 13,4%ρ dOPN 1880

Refus à 20 mm ≈ 0% ¨ Proctor MODIFIE

ý Proctor NORMAL ý Moule PROCTOR

Masse volumique apparente sèche

Opérateur : Formateurs GC

Mass

e vol

umiq

ueap

pare

nte s

èche

Tene

ur en

eau

Tene

ur en

eau

Mass

e vol

umiq

ueap

pare

nte s

èche

Matériau : Argile de Mornaguia

¨ Moule CBR + disque de 36 mm

Classe : A1 Date : janvier 2003

Détermination des caractéristiques de compactage - ESSAI PROCTOR - P94-093 - ETAT HYDRIQUE

OPTIMUMPROCTOR OP

N Teneur en eau Optimum Proctor

Refus à 5 mm ≈ 10%

1500

1550

1600

1650

1700

1750

1800

1850

1900

1950

2000

2050

2100

2150

2200

0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 10% 11% 12% 13% 14% 15% 16% 17% 18% 19% 20%

Teneur en eau de compactage

Mass

e vol

umiq

ue ap

pare

nte s

èche

en kg

/m3