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Section GC

Groupe A

Ben Mosbah Yasmine , Benjelloun Abdelkarim,

Bellamine Mohamed, Adyel Selim, Lahbabi El

Houcine.

Travail pratique n° 2 de mécanique des

sols :

Compactage et portance d’un

sol

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Introduction : Ce travail pratique consiste en l’étude en laboratoire d’un essai de

compactage Proctor et d’un essai de poinçonnement CBR. Le but de

ce travail est le dimensionnement d’une superstructure de chaussée

de type 1, 5 et 11 en se basant sur le trafic donné et des résultats que

l’on va obtenir.

Le premier essai, c'est-à-dire l’essai de compactage est la

détermination du ρdmax et la teneur en eau optimale pour un sol

donné. Ceci dans le but d’avoir le meilleur compactage possible ou

encore une capacité de portance maximale. Quant à l’essai de

poinçonnement, il permet de déterminer le coefficient CBR essentiel

au dimensionnement de l’épaisseur des couches de la superstructure

d’une chaussée.

Les facteurs d’influence suivant sont déterminants pour le

dimensionnement :

-La sollicitation du trafic : T1:Très légers ; T2 : léger ; T3 : moyen ; T4 :

Lourd ; T5 : très lourd ; T6 : extrêmement lourd.

-La classe de portance (S0, S1, S2, S3, S4) : On peut la déterminer par

le module Me1, le module Ev1, le coefficient CBR, et le module de

réaction k de Westerwald.

-La gélivité : les degrés de gélivité du sol est déterminé par les classes

(G1, G2) pour des sols peu gélifs et (G3, G4) pour des sols gélifs.

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I- L’essai Proctor.

1) Protocol expérimentale :

Pour cet essai nous avons à notre dispostition le matériel suivant :

- Un bac

- Une balance

- Un moule

- Des récipients en plastique

- Une lame métallique

En premier lieu, on verse 2,2Kg de notre soldans le bac. On

détermine la masse d’eau qu’il faut verser dans le bac. On choisit de

prendre une teneur en eau égale à 8%, ainsi on peut déterminer la

masse d’eau à verser par le calcul suivant :

W(%)=m(H2O)X100/m(sèche) ; l’application numérique donne

m(H2O)=2200X8/100=176g. Parallèlement, on pèse la tare initiale,

c’est-à-dire on pèse le moule uniquement. Pour une bonne

réalisation de la manipulation, il est recommandé de bien brasser

notre sol pendant qu’on verse l’eau dessus afin d’obtenir une masse

homogène (il est aussi bon d’écraser au fond du bac). Par ailleurs, on

fixe notre 𝜌𝑠=2,7t/m³ et notre w est inférieur à 13% donc on verse

700g pour une couche de sol. On répète l’expérience trois fois : pour

chaque couche correspond un essai de 25 coups.

Une fois le moule rempli des 3X700g, on enlève le sol collé sur les

bords ainsi qu’une partie du sol (en

cisaillant de l’intérieur vers

l’extérieur avec un couteau) puis on

aplatie le sol. Une autre étape

consiste à calculer m(H20) pour une

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teneur en eau plus élevée (14%). On fait le calcul comme

précédemment et on trouve m(H20)=308g qui contient les 14% et les

8% de la première étape. Reste plus qu’à faire la différence 308-

176=132g et on a notre nouvelle masse m(H20). La manipulation

finale consiste à démouler ; on réutilise la même matière. Vu que le

sol est beaucoup plus humide, ce sera difficile de le rendre

homogène.

2) Résultats :

Tare du moule M1: 4220 [g] Masse de la dame : 24,4 [N]

Diamètre du moule : 100 [mm] Hauteur de chute : 305 [mm]

Hauteur du moule : 116 [mm] Nombre de coups/couches : 25

Volume de l’échelle. (V) : 9,11. 105 Nombre de couches : 3

𝜌𝑠 = 2.7 [t.𝑚3]

Formules :

ρ = 𝑀2−𝑀1

𝑉 * 103 [t.𝑚−3] 𝜌𝑑 =

𝜌

1+𝑤

100

[t.𝑚−3]

Teneur en eau w [%]

8

9

10

11

14

15

16

17

Masse volumique apparent ρ [t.m−3]

1.954

2.018

2.065

2.123

2.144

2.137

2.134

2.103

Masse volumique apparent sec 𝜌𝑑 [t.𝑚−3]

1.810

1.851

1.877

1.912

1.985

1.858

1.840

1.767

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Courbe Proctor:

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3) Interprétatioon des résultats :

La courbe de compactage est obtenue à partir des données

contenues dans le tableau précédent. De cette courbe, on

déduit que la masse volumique apparente sec maximale est

1.985 t/m³ correspondant à une teneur en eau de 14%.

Enfin, par la formule (Sr=𝜌𝑠 .𝜌𝑑 /(𝜌𝑠− 𝜌𝑑 ) . w/𝜌𝑤 ), on

obtient les deux autres courbes de saturation pour Sr=100%

(en rouge) et Sr=80% (en bleu). On peut également calculer

l`énergie de compactage à l’aide de la formule:

E = P.h .n /V où

- P: le poids de la dame.

- h:la hauteur a laquelle on soulève la dame (hauteur de

chute).

- n : le nombre de coups.

- V : le volume de l`échantillon.

Application numérique : E = 0,588 MJ /m³.

Plus la teneur en eau était faible plus il était difficile

d`effectuer un bon mélange et d`écraser au fond du bac. Les

résultats correspondant à une teneur en eau de 8% sont

moins fiable que les autre vu que le mélange n`était pas

tout a fait homogène. En ce qui concerne la dame

normalisée, il est absolument primordial de la lever le plus

haut possible et de la relâcher sans y opposer de

pression afin de pouvoir compacter au mieux notre

mélange.

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II- L’essai de poinçonnement C B R :

1) Protocole expérimentale :

On effectue cet essai à l’aide d’une machine qui applique

progressivement une force sur un échantillon de sol et sur

une surface de 1.96.10-3 [m2].

On met alors la machine en marche, et on relève a chaque

fois le nombre de divisions du compteur à certaines

profondeurs d’enfoncement données précisément. Une

division vaut 0.976 Kg, on calcule alors la force appliquée

qui représente le poids du nombre total de divisions

ensuite la pression specifique representant la force par

unité d’aire. À l’aide de ces valeurs, on trace courbe

charge-enfoncement sur le même graphique (page 9) que

celle déjà donnée pendant le laboratoire. Il nous reste

alors à relever 2 valeurs caractéristiques : le coefficient

CBR à 2,54mm et 5,08mm.

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2) Résultats :

Enfoncement

[mm]

Nombre de

divisions [-]

Force

[kN]

Pression spécifique p

[kN∙m-2]

0.635 19 0.1819 93

1.27 29 0.2777 141

1.905 40 0.3829 195.3

2.54 50 0.4787 244.2

3.81 73 0.6989 356.6

5.08 96 0.91915 468.9

6.35 119 1.139 581.1

7.62 144 1.3787 703.4

8.89 167 1.5989 815.8

10.16 193 1.8479 942.8

Coefficient CBR : [%]

Soit à 2.54 mm 244.2/7000 * 100 = 3.49%

Soit à 5.08 mm 468.9/10500 * 100 = 4.47%

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Courbe charge en fonction de l’enfoncement :

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3) Interprétation des résultats :

Le sol compacté dans le moule CBR et issu de l'essai précédent

(essai de compactage) nous permet de réaliser l'essai PROCTOR qui

nous donne la portance d'un sol.

Trois disques sont posés sur le moule; on recherche alors la

mesure de l'application d'une force sous la forme de l'enfoncement

d'un poinçon d'une aire de 19.6 cm2.

Le poinçonnement s'effectuant à vitesse constante, nous lisons la

mesure de l'enfonçonnement en fonction de la force appliquée. Ce

dernier se mesure en divisions, en sachant qu'une division vaut 0.976

Kg.

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Après lecture visuel des mesures et un bref calcul, nous déterminons

la force puis la pression spécifique appliquées sur le moule; dont les

résultats ont déjà été donnés dans le tableau :

Enfoncement

[mm]

Nombre de

divisions [-]

Force

[kN]

Pression spécifique p

[kN∙m-2]

0.635 19 0.1819 93

1.27 29 0.2777 141

1.905 40 0.3829 195.3

2.54 50 0.4787 244.2

3.81 73 0.6989 356.6

5.08 96 0.91915 468.9

6.35 119 1.139 581.1

7.62 144 1.3787 703.4

8.89 167 1.5989 815.8

10.16 193 1.8479 942.8

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Analyse de la courbe obtenue:

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La courbe charge-enfoncement correspondant aux résultats de notre

essai PROCTOR est montrée ci-dessus. La courbe noire est la courbe

de référence et nos mesures sont représentées par la courbe grise du

dessous.

Nous constatons que notre courbe se rapproche de la courbe de

référence, notamment à l'origine, ce qui nous permet de ne pas avoir

de correction à appliquer à l'origine.

Néanmoins, la charge spécifique appliquée est moins importante

que la charge de référence pour un enfoncement égal. Cette

variation est linéaire.

Ce premier argument nous permet d'émettre l'hypothèse que ce sol a

une portance faible à moyenne.

Calculs des coefficients CBR:

Par rapport à l'essai précédent, les valeurs qui nous intéressent sont

les pressions respectivement à 2.54 et 5.08 mm.

Nous calculons le coefficient CBR pour chacune de ces valeurs

correspondantes et prenons le maximum: MAX (CBR (2.54), CBR

(5.08)).

Les calculs donnent les résultats suivants:

A 2.54 mm: 244.2*100/7000 = 3.49 % A 5.08 mm: 468.9*100/10500 = 4.47 % On prend donc la valeur correspondant à l'enfoncement de 5.08 mm.

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Le coefficient CBR est donc: CBR = 4.47 %

Classes de portance CBR [%]

S0 portance très faible CBR < 3

S1 portance faible 3 < CBR < 6

S2 portance moyenne 6< CBR < 12

S3 portance élevée 12 < CBR < 25

S4 portance très élevée 25 < CBR

D'après le tableau fourni en annexe et présenté ci-dessus, nous

pouvons conclure de cet essai que notre premier hypothèse est

confirmée, nous sommes donc en présence d'un sol S1 à portance

faible.

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Dimensionnement de la superstructure :

Nous allons maintenant classer notre sol à l’aide des normes SN 640

324a et SN 640317b en utilisant les résultats obtenus plus haut.

Nous considérons que notre sol n’est pas gélif (ce qui facilite

nettement les calculs pour le dimensionnement) et le trafic pondéral

moyen correspond à T3.

D’après le tableau des classes de portances et les résultats des

coefficients CBR nous pouvons dire que notre sol est S1.

Pour le dimensionnement à la portance la valeur structure nécessaire

SNnéc est déterminer à partir du tableau 3 de la norme SN 640324a.

Nous calculons donc les SNdim grâce à la formule de la page 5 de la

norme en utilisant les coefficients du tableau 5, on calculera

l’épaisseur des couches de manière que la valeur SNdim soit au moins

égale à SNnéc qui dans notre cas est 105.

On en déduit que l’épaisseur de revêtement minimale pour chacun

de nos cas vaut :

i) Pour la superstructure avec revêtement en béton bitumineux sur grave de type 1 :

- Revêtement en béton bitumineux : 13 [cm] - Grave ronde : 55 [cm] - Total : 68 [cm]

Donc, en faisant l’application numérique, on a :

SN = 13cm x 4,0 + 55cm x 1,0 = 107 > SNnéc.

Il n’est donc pas nécessaire de renforcer la superstructure.

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Pour la superstructure avec revêtement en béton bitumineux sur

couches stabilisées aux liants hydrauliques de type 5 :

- Revêtement en béton bitumineux : 10 [cm]

- Stabilisation aux liants hydrauliques : 27 [cm]

- Total : 37 [cm]

Donc l’application numérique nous donne :

SN = 10cm x 4,0 + 2,4 x 27cm = 104,8 < SNnéc

Dans ce cas, il faut très légèrement renforcer la superstructure.

Pour la superstructure avec revêtement en béton sur grave de type

11 :

- Revêtement en béton : 15 [cm]

- Epaisseur de grave ronde : 40 [cm]

- Total : 55 [cm]

Donc l’application numérique nous donne :

SN = 15cm x 4.0 + 40cm x 1.0 = 100

Donc il faut nettement renforcer la superstructure.

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Conclusion :

De ce TP, nous avons retenu comment manipuler un sol, le

compacter et en tirer des informations dans l’optique de le classer.

Cela nous a permis de nous familiariser avec les paramètres qui

influencent le dimensionnement d’une structure des chaussées.

Encore une fois, les normes nous ont été indispensable pour en

arriver au résultat recherché.