8/15/2019 FRAGMENTATION DES GRANULATS

1/5

C .   TOURENQ

A t t a c h é

  de r ec he r c he

D é p a r t e m e n t

  d e

  g é o t e c h n i q u e

Laborato i re cent ra l

et A. MALDONADO

I n g é n i e u r

Laborato i re

  r é g i o n a l

  d A nge r s

L e s s a i d e f r a g m e n t a t i o n

d y n a m i q u e d e s g r a n u l á i s

A

  rési stance aux cho cs des granulats, leur

fragilité

  ou leur friabilité vis-à-vis de sollici

tations dynamiques, a toujours été con sid érée

comme ayant une grande importance en technique

r o u t i è r e .   En particuli er, les gravillons si tués à la

surface de la c hauss ée, ou pr ès de celle-ci , sont

violemment soll ici tés lors du p assage des véhic ules,

surtout si ces derniers sont équipés de pneus à

crampons.

L essai Lo s Angeles mis au point par le laboratoire

de  l Etat   de Californie en 1927, fut étendu aux

autres Etats en 1935, pour compléter l essai Deval

qui est un essai d usure. Il r end compte de la

résistance

  aux chocs des granulats situés à la

surface des chaussées.

L essai de fragmentation dynamique, qui cons iste à

laisser

  tomber une masse d une hauteur donnée et

un nombre de fois détermi né, sur un échantil lon de

granulat, est utilisé depuis 1930 en Allemagne et en

Belgique, et plus récemm ent en Grande-Bretagne

et en Norvège, avec des modalités plus ou moins

v a r i é e s .

Il apporte les mêmes informations que le Los Ange

l e s

mais deux aspects positifs non négli geables

nous

  ont incités à en   faire   l étude et à le r ecom

mander :

—   c est d abord un essai de chantier,   tant   par sa

simplicité

  d installation et d exécu ti on, que par la

robustesse du

  m a t é r i e l .

  Facilement transportable,

c e

  matér iel permet en quelques minutes d effectuer

un  e s s a i d où son grand i ntérêt pour estimer la

qualité

  des granulats dans le cadre du contrôle en

carr ière

  ou sur chantier ;

—

  c est aussi un essai tr ès

  utile

  en prospection de

gisements, vu la faible dimension de l échanti llon

(350 g) et la faci li té de const ituer une prise d essai

avec 1 kg de carottes de sondage ou même, direc

tement

  à

  partir

  des débris de roche obtenus par

la foration en percussion.

DESCRIPTION DE L ESSAI

Echantillon

Nous

  utilisons les mêmes classes granulaires que

pour l essai Los Angeles : 4 - 6,3 mm*, 6,3 - 10 mm

et 10 - 14 mm, mais la prise d essai est t rès rédu it e :

350 g cont re 5 kg pour le Lo s Ang eles.

L échantill on  ne doit pas être   l avé mais seulement

séché

  pour faciliter la séparation par tamisage des

éléments  in féri eurs à 1,6 mm produits par la frag

mentation.

E ssa i

L a

  prise d essai est introduite dans un moule cyli n

drique m étall iqu e et sommairement égali sée. Le

moule est pl acé sur un bâti f ormé d une barre

scellée

  sur un bloc de béton et de deux colonnes

s u r

  lesquell es cou lisse une masse de 14 kg qui

viendra tomber d une hauteur détermi née sur l échan

tillon (fig. 1 et 2).

La dimension simplifiée •

 6

  mm -, qui correspond à la

  dé f in i

tion normali sée d une coupure à

  6 3

  mm, sera utilisée par

simple commodité.

6

8/15/2019 FRAGMENTATION DES GRANULATS

2/5

à

F i g .  1 - App arei l de fragmentation dynamique.

F i g .  2 - App arei l de fragmentation dynamique réalisé par

l Atelie r de con struction de matériels de prototypes d Ange rs.

Le  nombre   de chutes, fixé   suivant   la classe granu

laire,  étant effectué, le   moule   est vidé sur le   tamis

de 1,6 mm en s ass urant   qu il   n y

  reste

  pas d élé

ments  grossiers. Une   vingtaine   de secousses éner

giques suffisent à éliminer les éléments Inférieurs

à 1,6 mm et le

  refus

  est pesé.

Résultat

Pour une roche donnée, si P est le poids du   refus

au  tamis   de 1,6 mm en gramm es, le   coefficient   de

fragmentation

  dynamique s exprime   comme pour

l essai Los A ngeles :

FD =

  3 5 0

  -

P

  . 100.

350

L a

  valeur obtenue doit   être la même que celle de

l essai Los Angeles si le  nombre   de coups de   dame

a été  correctement   choisi par un étalonnage préa

lable.

AJUSTEMENT

  DU

  NOMBRE

  DE

  COUPS

POUR

  OBTENIR

  LE  MEME RESULTAT

Q U  A   L ESSAI LOS  ANGELES,

POUR TOUTES

  LES  ROCHES

Cas  d une seule classe granulaire

La

  première difficulté résulte de la non linéarité de

la  relation entre   le   coefficient   Los Ang eles (LA)

et celui de la

  fragmentation

  dynamique   (FD)   (fig.3).

Au-delà

  d une  valeur

  30, la destruc tion est plus

faible

  dans l essai de

  fragmentation

  dynamique.

Cela

  tient

  au

  fait,

  qu au cour s de l essai, un maté

riau

  plus   tendre   se compacte plus   rapidement   dans

le cylindr e qu un matéri au plus dur, ce qui  limite   la

destruction.

On ne  peut   donc pas en   toute   rigueur   choisir un

nombre  de coups de   dame   déterminé,   valable   pour

tous les matériaux.

y

s

y

S

S

s

, •

/

/

/

/

/

*

1

  1  1 1 1

0 10 20 30 40 50 60 70

L

F i g .  3  - Corrélation entre les résultats des

  e s s a i s

  Los  A n g e l e s

(LA )

  et de fragmentation dynamique (FD) montrant une ten

d a n ce   à la diminution de la fragmentation, pour les matériaux

t e n d r e s ,  d ans l essai de fragmentation dynamiqu e.

6 6

8/15/2019 FRAGMENTATION DES GRANULATS

3/5

Influence  de la  g r a n u l a r i t é

O n  r e t r o u v e  ici la  m ê m e d i f f i c u l t é  que p o u r l ' e s s a i

Los

  A n g e l e s  : si , sur une  r o c h e d é t e r m i n é e ,  on

a d a p t e   le  n o m b r e  de  b o u l e t s  à la  c l a s s e  g r a n u l a i r e

p o u r o b t e n i r

  la

  m ê m e p r o p o r t i o n

  de

  f r a g m e n t a t i o n ,

q u e l l e  que s o i t c e t t e

  c l a s s e ,

  on  s ' a p e r ç o i t q u ' i l  y a

t o u j o u r s d ' a u t r e s r o c h e s p o u r l e s q u e l l e s c e t t e r è g l e

n ' e s t p l u s v é r i f i é e .

N o u s

  c i t e r o n s  à  titre  d ' e x e m p l e q u e l q u e s r o c h e s

à c o m p o r t e m e n t c o n t r a d i c t o i r e ,  un des  c a l c a i r e s

é t u d i é  (B),  d e v a n t ê t r e c o n s i d é r é c o m m e  un cas

e x c e p t i o n n e l  (fig. 4).  C e l a  c o n d u i t  à un  m a u v a i s

a j u s t e m e n t  du  n o m b r e  de  b o u l e t s d a n s c e r t a i n s cas

( t a b l e a u   I).

L A

3 0

2 0

1

  0

y

Calcaire  B

:

> Calcai re A

Calcaire

Quartzite

,

  Microdior ite C

> Calcai re A

Calcaire

Quartzite

,

  Microdior ite C

> Calcai re A

Calcaire

Quartzite

,

  Microdior ite C

> Calcai re A

Calcaire

Quartzite

,

  Microdior ite C

> Calcai re A

Calcaire

Quartzite

,

  Microdior ite C

1

  Basalte

1

  Microdionte

»

1

  Basalte

1

  Microdionte

»

4 / 6

  6/10 10 /H Classegranul air e en mm

7 9 11 Nombre de boul ets

Fig.

  4  -  Valeur  du  coefficient  Los

 Ange les

  en  fonction du

nombre  de

  boulets .

  On

 voit

  la

  d i f f i cu l t é   d obtenir

  un

 ajuste

ment valable  pour   toutes

  les

  roches.

T A B L E A U  I

LA

4/6 6/10

10/14

Calcaire A

Basate

32,6

9,7

33,1

9,8

32,8

9,8

Ajustement du

nombre de boulets

convenable

Calcaire B

Mcrodiorite C

15,2

21

12,8

31

10,5

37

Ajustement du

nombre de boulets

contradictoire

Il  n y a à  l ' h e u r e a c t u e l l e a u c u n e e x p l i c a t i o n d û m e n t

d é m o n t r é e   de ce  p h é n o m è n e .  Il  f a u d r a i t p r o b a b l e

m e n t r e c h e r c h e r d a n s l ' a r c h i t e c t u r e   ou la  m i c r o f i s

s u r a t i o n  de la  r o c h e  une  e x p l i c a t i o n p o s s i b l e .

L ' e s s a i

  de

  f r a g m e n t a t i o n d y n a m i q u e c o n d u i t a u s s i

à  de  s e m b l a b l e s d i s t o r s io n s  et le  n o m b r e  de  c o u p s

de   d a m e  que l on  p e u t r e t e n i r p o u r c h a q u e  c l a s s e

g r a n u l a i r e n ' e s t  pas  m i e u x a j u s t é  que  p o u r  le

Los  A n g e l e s  (fig. 5).

20

1  o

I

C a l c a i r e

mie

r o g r a n u e

/ \

y

r '  vV

y

4

S  •

/  s /<

7-

^/

>

/

/

M i l

V

i i i

V

l ̂

l  I

N o m b r e

  deC O U D S  de

 dame

Fig.

  5 -

  L ajustement

  du

  nombre

  de

  coups

  de

  dame  dans

l essai

 de

 f ragmentation

  dynamique

 est

 auss i

  difficile

  que dans

le cas  du Los Ange les .

Le   n o m b r e  de  c o u p s  de  d a m e  a été  f i x é c o m m e

s u i t  :

4 / 6  = 16 c o u p s

6 / 1 0  = 22  c o u p s

10/14  = 28 c o u p s .

Il

  faut

  n o t e r n é a n m o i n s ,  sur les  q u e l q u e s

  e s s a i s

r e p r é s e n t é s   sur la  f i g u r e  6,  u n e v a r i a t i o n  des r é s u l

ta t s en t re

  c l a s s e s

  g r a n u l a i r e s l é g è r e m e n t p l u s f a i

b le   que p o u r  le Los  A n g e l e s .

F D

30

2 0

\

  Calcaires

Microgranite

Microdiorite

\

  Calcaires

Microgranite

Microdiorite

—

i

\

  Calcaires

Microgranite

Microdiorite

\

  Calcaires

Microgranite

Microdiorite

— -

\

  Calcaires

Microgranite

Microdiorite

\

  Calcaires

Microgranite

Microdiorite

\

  Calcaires

Microgranite

Microdiorite

\

  Calcaires

Microgranite

Microdiorite

4/6 6/10 10/H

  Classe

  granul air e en mm

16 22 28 Nombre de  coups

Fig.

  6 -  Valeur  du  coefficient  de

 fragmentation

  dynamique en

fonction

  du

  nombre

  de

  c h o c s .

  Les

  d is tors ions sont moins

importantes

 que dans  le  cas   du Los Ange les .

C o r r é l a t i o n a v e c   l essai  Los  A n g e l e s

U n

  c e r t a i n n o m b r e d ' e s s a i s

  ont été

  e f f e c t u é s

  par

le s  L a b o r a t o i re s d ' A i x - e n - P r o v e n c e , d ' A n g e r s  et le

L C P C .

  L ' e n s e m b l e de s c o u p l e s de v a l e u r s  F D / L A  es t

r e p o r t é  sur la  f i g u r e  7  p o u r  les 3  c l a s s e s  g r a n u

l a i r e s .

67

8/15/2019 FRAGMENTATION DES GRANULATS

4/5

ill

F D

50

¿ 0

30

20

10

/

/

/

/

  /

/  /

*

  / s

/

/

  /

y

/

/

/

/

/

/

  /

/

  /

/

/

 

y

7

  S

'  /

/

/

«

A

/

  /

*/

  • /

\ /

,

  /

/

/

•

/

• Jr

 

JUΠ •

 •

 y

y .  /

/

/

/

/

  /

/  /

/

  /

/

  /

•

  /

*•/'

M i c r o d i o r i t e

  6 /10

C a l c a i r e  1 0 / U  M i c r o g r a n i t e

  1 0 / U

  C a l c a i r e

  A/ 6

10 20 30 40 50

L A

F i g .  7 - Corrélation  entre   les  résultats des essais Los An geles

(LA)

  et de

 fragmentation dynamique  (FD).

Moyenne

  de la loi de X (LA) 18,2 b = 0,902

Moyenne

 de la loi de Y (FD) 18,7 a = 2,312

Coefficient

  de

  corrélation

  r = 0,937

  S

y

y

x

  = 2,878

Pour

 89

 couples

 de

 valeurs,

  le

 coefficient

  de

 c o r r é

lation  est de 0,94, ce qui est tr ès suffisant, mais

montre

  tout de

 même qu il peut exister d importants

écarts  avec  le  Los  Angeles pou r certaines roches.

Il y a

  donc lieu

  de

  vérifier pour chaque carri ère

l ajustement

  du

  nombre

  de

  coups

  de

  dame,

  en

fonction

  des

  classes granulaires.

C e c i   n enlève rien  à  l intérêt de l essai  de fragmen

tation   dynamique,  en  tant   qu outil  de  contrôle de

la qualité  des  granulats d une carr ière   d o n n é e .

Il

  faut

  simplement  se montrer prudent dans l exploi

tation

  des  résultats vis-à-vis  d es  problèmes

 de

  pros

pection  de  gisements.  On peut  en  effet   s écarter

de

  la

 valeur   Los  Angeles

  de ± 5

  points dans

 les

c as

  les

 plus   d é f a v o r a b l e s .

Influence

  du  coefficient d aplatissement

M i c r o d i o r i t e   10/14

T M i c r o d i o r i t e

 4 6

G r a n i t e

\4/6

  ;

100

V

O|LU

60

40

20

/

t

/

 y

/•

/

/

/

i

/

;  /

y

/  /1

/

  7

/

  /

20

F

  D

F i g . 

- Variation  du coefficient  de  fragmentation dynamique

en fonction  de la  proportion d éléments plats.

T A B L E A U

Roche

Casse

granulaire

FD

sans

  éléments

plats

FD  avec

  100

d éléments

  plats

Ecart

pour 20

d éléments  plats

Mcrodiorite

10-14

4-6

11.5

13,2

13,6

18,2

+ 0,4

+ 1

Granite

10-14

4-6

16

20

17,2

24,2

+ 0,2

+ 0,8

Calcaire

10-14

4-6

16

21

17,2

23,5

+ 0,2

+ 0,5

Influence

  des hétérogénéités

 en

  dureté

Dans

  tous   les  essais   on  a fait   varier  le pourcentage

d éléments  tendres  ou altérés  ; on a  trouvé   une  loi

de mélange simple, chaque matériau intervenant pour

so n

  propre compte.  La figure  9  montre  un  c o m

portement

  de ce

 type   ;   l écart

  en

 dureté   des   m a t é

riaux

  mélangés

  n était certes   pas  tr ès grand

  (9 à

18), mais, comme  cet essai   n est  pas destiné à

L es

  éléments

 ont été

 séparés

 en

 classes granulaires

élémentaires

  4/5

 - 5/6 - 6/8 -

  8/10

 -  10/12,5 -  12,5/14

et  les  éléments plats   ont été   isolés avec   les  grilles

à

  fentes   E =

  ——

 (E étant l épaisseur   du   granulat,

1,56

G

  sa

 gross eur).

Des   mélanges reconstit ués avec

  20, 40, 60, 80 et

100

 

d éléments plats,

  ont

 subi l essai

  de

 frag

mentation dynamique.

O n   constate   sur

 la

  figure

  8

  une   assez faible

  i n c i

dence

  du

  coeffic ient d aplatissement

  sur le

  r é s u l

tat  (1  point   au  maximum)   tant   que le matériau   c o n

tient

  une

 proportion d éléments plats raisonnable,

pour

  des  utilisations courantes  (20 ).

O n   peut constater encore   que,  plus

  les

 granulats

sont  durs  ou de petites dimensi ons, plus  ils sont

sensibles

  à la

  forme, mais dans

  un

  domaine

 de

variation faible  (tableau  II).

*  ̂ 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

F D

F i g .  9 -  Variation  du coefficient  de fragmentation dynamique

en fonction

  de la

  proportion d éléments plus tendres.

68

8/15/2019 FRAGMENTATION DES GRANULATS

5/5

c a r a c t é r i s e r l 'h o m o g é n é i t é d ' u n g r a n u l a t , c e  point

doit

  ê t r e c o n s i d é r é c o m m e s e c o n d a i r e .

Influence  d u   support

L ' a p p a r e i l a é t é e x p é r i m e n t é s i m p l e m e n t p o s é s u r

u n p lan c h er , p u i s s u r u n e d a l l e en b é to n , e t en f i n

s c e l l é s u r l a d a l l e . L e s r é s u l t a t s o b s e r v é s s o n t

s y s t é m a t i q u e m e n t d i f f é r e n t s ; o n

  aboutit

  à u n e

f r a g m e n t a t i o n p l u s p o u s s é e a v e c l ' a p p a r e i l s c e l l é .

L e s

  d i f f é r e n c e s o b t e n u e s s o n t c o n s t a n t e s à e n v i r o n

5

  p o i n t s e n t r e c h a q u e m é t h o d e , p a r e x e m p l e , r e s

p e c t i v e m e n t 1 0, 1 5 e t 2 0 d ' é l é m e n t s i n f é r i e u r s

à 1 ,6 m m p o u r u n m a té r i au d o n n é avec l ' ap p a re i l

s ur

  b o i s , s u r b é t o n o u s c e l l é . N o u s a v o n s d o n c

c h o i s i

  d e f i xe r l ' ap p a re i l s u r u n b lo c d e b é to n

a s s e z

  lo u rd (2 5 kg ) , p o u r q u e l e s o l s u p p o r t , s u r

l e q u e l l ' e n s e m b l e s e r a p l a c é ,  n ait  a u c u n e i n f l u e n c e .

Dispersion

  d es résu l ta ts

  dans

  u n m ê m e  laboratoire

D e u x

  s é r ies d e 1 1

  e s s a i s

  o n t é té e f f ec tu é es s u r

l e m ê m e m a t é r i a u . L e s c o e f f i c i e n t s d e v a r i a t i o n o b t e

n us   (2,6 e t 3 ) s o n t t rè s b o n s . L e s

  e s s a i s

  ont

é t é r e p r i s a v e c u n e p r i s e d ' e s s a i d e 5 0 0 g r a m m e s

s a n s  a p p o r t e r d 'a m é l i o r a t i o n ( c o e f f ic i e n t d e v a r i a

tion  = 3 et 3,6 ) .

Il  faut  n o t e r q u e l ' é c h a n t i l l o n n a g e a v a i t é t é p a r t i

c u l i è r e m e n t s o i g n é e t q u ' i l e s t p l u s f a c i l e d e q u a r -

t e r 5 k g d e g r a n u l a t s e n 1 0 l o t s é q u i v a l e n t s , q u e

5 0 k g , c o m m e d a n s l e c a s d u L o s A n g e l e s , q u i n o u s

a  d o n n é d e s c o e f f i c i e n t s d e v a r i a t i o n v o i s i n s d e 8 ' .

C O N C L U S I O N

A

  l ' h e u r e où l e s p r o b l è m e s d e c o n t r ô l e d e g r a n u l a t s

s e

  p o s e n t a v e c a c u i t é , où l 'o n s e n t le b e s o i n d e

d i s p o s e r

  d ' e s s a i s t r è s r a p i d e s e t

  surtout

  à t e m p s

de

  ré p o n s e t rè s c o u r t , p o u r ré ag i r au p lu s tô t s u r

la

  c h a î n e d ' é l a b o r a t i o n , l a m i s e a u

  point

  d e l ' e s s a i

de

  f r a g m e n t a t i o n d y n a m i q u e m o n t re q u ' i l e s t

  p o s s i

b l e d e ré u s s i r d a n s c e t te v o i e , m ê m e e n m a i n t e n a n t

u n e p r é c i s i o n t r è s a c c e p t a b l e .

M a i s

  c e t

  e s s a i

  p r é s e n t e d ' a u t r e s a v a n t a g e s n o n

n é g l i g e a b l e s , t e l s q u e s o n u t i li s a t i o n t r è s fa c i l e s u r

c h a n t i e r e t l e s p o s s i b i l i t é s q u ' i l

  offre

  p o u r l a p r o s

p e c t i o n d e s m a t é r i a u x r o u t i e r s ( o ù le s c a r o t t e s d e

s o n d a g e s

  e t le s c u tt i n g s r é c u p é r é s s o n t s o u v e n t

pe u

  a b o n d a n t s e t i n u t i l i s a b l e s p o u r l e s

  e s s a i s c l a s

s i q u e s ) .

  A c e t é g a r d , l ' e s s a i m i c r o - D e v a l e t l ' e s s a i

de

  f r a g m e n t a t i o n d y n a m i q u e s o n t d e p r é c i e u x a t o u t s .

Il  faut  n o t e r q u ' e n p r o s p e c t i o n l e b u t r e c h e r c h é

es t  d e c o n n a î t r e l e m i e u x p o s s i b l e l a v a l e u r L o s

A n g e l e s  d e s m a t é r i a u x p r é l e v é s . I l  faut  d o n c , d a n s

ce  c a s , a v o i r l 'e x p é r i e n c e d ' u n g r a n d n o m b r e d e

r o c h e s .  E n p a r t i c u l ie r , i l s e r a i t s o u h a i t a b l e d e  c o n

n a î t r e l e s r a i s o n s q u i

  font

  q u e l ' o n  obtient  d ' i m p o r

t a n t e s d i s t o r s i o n s d e s r é s u l t a t s e n t r e l e s d i f f é r e n t e s

c l a s s e s  g r a n u l a i r e s . V i s - à - v i s d u c o n t r ô l e d e  four-

n i tu res , l e p ro b lè m e n e s e p o s e p lu s p u i s q u e l ' o n

é ta lo n n e au p ré a lab le e t q u e l ' o n n e p ren d en

c o m p t e q u e l a v a r i a t i o n r e l a t i v e d e s r é s u l t a t s .

B I B L I O G R A P H I E

C O M I T É

  T E C H N I Q U E D E S   M A T É R I A U X   P I E R R E U X -  Cri-

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