Université du Québec (UQ) École de technologie supérieure

Notes de cours

TCH-025 TRAVAUX DE GÉNIE CIVIL

Module 1

SOLS ET GRANULATS

Jean Harrison

Hiver 2007

TABLE DES MATIÈRES

1.0 Définitions 4 2.0 L’origine des sols 4 3.0 Les types de dépôts 4

3.1 Les dépôts alluvionnaires 4 3.2 Les dépôts lacustres 5 3.3 Les dépôts marins 5 3.4 Les dépôts glaciaires 6 3.5 Les dépôts éoliens 7

4.0 Les types de sols 7 5.0 La granulométrie 9 6.0 Les sources de granulats 9

6.1 Les carrières 9 6.2 Les gravières et les sablières 10 6.3 Les granulats artificiels 10

7.0 Caractéristiques des granulats selon leur utilisation 10

7.1 Caractéristiques intrinsèques 11 7.2 Caractéristiques de fabrication 11 7.3 Caractéristiques complémentaires 11

8.0 La mise en place 12

8.1 Les rouleaux à jantes lisses 12 8.2 Les rouleaux vibrants 12 8.3 Les rouleaux à pneus 14 8.4 Les rouleaux à pieds de mouton 15 8.5 Les plaques vibrantes 16

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9.0 Les facteurs agissant sur le compactage 16

9.1 La teneur en eau 17 9.2 Le nombre de passes 17 9.3 L’épaisseur de la couche 17 9.4 La masse des compacteurs 18 9.5 La vitesse des compacteurs 18

10.0 Le contrôle du compactage sur le chantier 18 10.1 L’essai au nucléodensimètre 19 10.2 La fréquence et la localisation des essais sur le chantier 19 10.3 Les compacités recommandées sur le chantier 20

11.0 L’essai Proctor 20 Bibliographie 21

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MODULE 1

LES GRANULATS ET LES SOLS

1.0 Définitions

Les sols constituent la couche de matériaux meubles d’origine minérale et organique qui recouvre le socle rocheux.

Les granulats ou matériaux granulaires sont constitués d’un ensemble de particules de matières solides provenant de roches, de sols ou de matériaux recyclés.

2.0 L’origine des sols

L’origine des sols est associée à deux phases de l’érosion : la météorisation de la roche superficielle et le transport des débris. La météorisation comprend un processus de désagrégation physique (humidité, le ruissellement des eaux de surface, l’impact dynamique de la houle, la pression des glaciers, les variations de température) et un processus de désagrégation chimique (hydrolyse, carbonatation et oxydation). Les débris solides et les produits d’altération en solution sont ensuite transportés par le vent, l’eau ou les glaciers.

3.0 Les types de dépôts

L’agent de transport et les mécanismes de dépôt déterminent toutes les caractéristiques et propriétés des dépôts de sols.

3.1 Les dépôts alluvionnaires

Les dépôts alluvionnaires sont constitués de particules transportées par l’eau de ruissellement. Ils se forment dans le lit des rivières et des fleuves ainsi qu’à leur embouchure, dans les deltas.

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La grosseur des particules dans ces dépôts dépend surtout de la vitesse de l’écoulement. On sait que la charge sédimentaire des cours d’eau est constituée de minéraux en solution, de particules solides en suspension et de particules qui se déplacent sur le fond. À très haute vitesse, la turbulence de l’écoulement maintient les particules en suspension. Lorsque la vitesse décroît, les plus grosses particules se déposent, puis il y a décantation et dépôt des plus petites particules, à mesure que la vitesse diminue. Un cours d’eau acquiert sa charge sédimentaire dans sa section supérieure, là ou l’érosion est importante. La sédimentation a surtout lieu dans sa section moyenne, c’est-a-dire dans la plaine, où la pente est ordinairement faible. Elle survient en bordure des cours d’eau et le long de la rive convexe des méandres et laisse en place des bancs ou des bandes de gravier et de sable grossier. S’il y a de fortes crues suivies d’inondations, les particules plus fines se répandent dans les plaines et se déposent lors du retrait des eaux quand la vitesse du courant diminue. À l’embouchure des rivières et des fleuves, là où la vitesse des cours d’eau est la plus faible, les sédiments s’accumulent pour former des deltas. Ils adoptent habituellement une forme conique et sont constitués de sable, les particules plus petites étant emportées vers d’autres bassins de sédimentation dans les lacs ou les mers.

3.2 Les dépôts lacustres

Les particules les plus fines de la charge sédimentaire des rivières, celles qui n’arrivent pas à se déposer le long de leur lit ou à leur embouchure, se retrouvent en suspension dans les lacs, où elles finissent par se déposer. Le mécanisme de la sédimentation y est alors influencé par la turbulence des eaux associée à l’alternance des saisons. En été, la turbulence est plus prononcée sous l’effet du vent et des précipitations qui agitent la surface des lacs; seules les particules les plus grosses de la charge sédimentaire du bassin, le sable fin et le silt, se déposent. En hiver, la glace couvrant le lac contribue à diminuer la turbulence, permettant ainsi aux petites particules de se déposer. Il en résulte un dépôt où alternent de minces couches d’argiles et des couches plus épaisses de silt et de sable fin. Chacune des couches porte le nom de varve, et on dit alors que le dépôt présente une structure varvée.

3.3 Les dépôts marins

Les mers et les océans deviennent les bassins de sédimentation des particules qui ne se sont déposées ni dans le chenal ni à l’embouchure des fleuves. Puisque la turbulence est assez faible en profondeur, les particules argileuses parviennent à se déposer sur les fonds marins. Le sel de l’eau de mer constitue un agent floculant qui incite les particules d’argile à s’agglomérer autour des particules de

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silt. Quand les flocons ainsi formés sont suffisamment lourds, ils se déposent et s’accumulent en emprisonnant beaucoup d’eau à l’intérieur du dépôt.

La structure des dépôts d’argile dans les mers diffère sensiblement de celle des dépôts lacustres. En raison de sa structure en flocons et de sa forte teneur en eau, l’argile marine est plus sensible au remaniement et à la liquéfaction. Cette instabilité est la cause des spectaculaires coulées d’argile responsables au Québec de nombreuses pertes de vies et de la destruction de nombreuses constructions.

3.4 Les dépôts glaciaires

Il y a environ dix mille ans, une grande partie de l’hémisphère nord était couverte par les glaciers. En progressant, ils ont modelé le relief actuel du territoire en broyant et en arrachant le sol et la roche de surface. Le retrait des glaces a laissé une énorme quantité de dépôts variés constitués de sédiments glaciaires qu’on appelle till.

Le till est un mélange de débris rocheux de toutes tailles, depuis la poussière de roche jusqu’aux gros blocs, qui ont été transportés et déposés lors de l’avance glaciaire. Ces sédiments s’accumulent sur le fond, les côtés et le front des glaciers pour former des dépôts que l’on nomme respectivement moraine de fond, moraine latérale et moraine frontale. Lors du retrait des glaciers, l’eau de fonte lessive, trie et transporte les sédiments du till emprisonnés dans la glace. L’accumulation de ces sédiments triés par l’eau de fonte forme des dépôts fluvio-glaciaires. Débarrassés des particules fines, les débris grossiers s’accumulent dans les dépressions des glaciers; quand ceux-ci disparaissent, les débris se déposent sur la moraine de fond et forment des buttes de gravier appelées kames. Lorsque les débris s’accumulent entre le glacier et le versant d’une vallée, ils forment des terrasses de kames. Les débris accumulés dans le lit des rivières glaciaires alimentés par les eaux de fonte forment des eskers, dépôts de gravier de forme allongée et sinueuse. Les petites particules emportées par les eaux de fonte sont transportées jusqu’à ce qu’elles puissent, suivant le ralentissement du courant des rivières glaciaires, se déposer soit dans les plaines d’épandage, soit dans un bassin de sédimentation. Quand les eaux de fonte se retrouvent emprisonnées au pied des glaciers par les sédiments des moraines, elles y forment des lacs où les argiles, les sables fins et les silts se déposent en couches alternées au gré des saisons. Ces dépôts varvés sont considérés comme des dépôts glacio-lacustres. Sous le poids des glaciers, l’écorce terrestre s’était sensiblement enfoncée dans la couche magmatique de roches en fusion qui constitue le manteau de la terre. En se retirant, les glaciers ont laissé la place à des plaines basses qui furent rapidement envahies par l’eau salée des océans limitrophes, formant ainsi de

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vastes mers intérieures. Ces mers ont joué le rôle de bassins de sédimentation pour les particules fines d’argile issues du lessivage du till par les eaux de fonte des glaciers. Le relâchement de la pression qui a suivi le retrait des glaciers a permis une lente et progressive remontée de l’écorce, appelée relèvement isostatique. Ce phénomène, qui se poursuit encore de nos jours, a graduellement repoussé l’eau vers les océans et mis au jour de vastes dépôts d’argile marine sensible, comme les dépôts des basses plaines du Saint-Laurent, du Saguenay-Lac-St-Jean et de la Côte-Nord du Québec. Il s’agit de dépôts glacio-marins qui se sont formés dans des mers glaciaires que les géologues ont appelées mers de Champlain, de Laflamme et de Glodthwait. Ces mers se sont constituées, puis retirées à des moments différents, à une époque se situant entre 14 000 et 8 000 ans avant notre ère.

3.5 Les dépôts éoliens

Le vent est un autre agent d’érosion et de transport responsable de l’édification de plusieurs dépôts de sol meuble. Selon sa vitesse, il emporte et dépose des particules fines, telles que les argiles et les silts, en des particules plus grossières comme le sable. Les particules transportées de cette manière s’usent par abrasion et s’arrondissent. L’action du vent est particulièrement marquée dans les régions désertiques privées de la végétation qui stabilise la surface des dépôts meubles. Ainsi les climats arides sont-ils propices à l’érosion et à l’accumulation des dépôts éoliens. Les particules de sable forment des dunes, alors que les particules d’argile, de silt et de sable très fins s’accumulent, lorsqu’elles sont interceptées par des herbes hautes, en dépôts jaunâtres et cohérents appels loess.

Les dépôts éoliens du Québec et du Canada sont pour la plupart d’origine glaciaire. En effet, les particules fines et humides des deltas, des dépôts fluvio-glaciaires et des plaines d’épandage ont été asséchés et transportées par le vent pour former les dunes et les loess qui parsèment le territoire. Ces dépôts ont ensuite été stabilisés par l’introduction de la végétation. L’action du vent demeure très prononcée le long du littoral de la Côte-Nord, de la baie d’Hudson et des Îles-de-la-Madeleine, ainsi qu’aux endroits dénudés par les incendies de forêts ou l’activité humaine.

4.0 Les types de sols

On identifie les différents types de sols selon la dimension de leurs particules. C’est une méthode assez rapide qui fournit des renseignements élémentaires sur les principales propriétés des sols. Le ministère des Transports du Québec identifie les six (6) types de sols suivants :

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Type Dimension Blocs > 300 mm Cailloux 300– 80 mm Graviers 80 – 5 mm Sables 5 – 0,08 mm Silts 0,08 – 0,002 mm Argiles < 0,002 mm

Les cailloux et les blocs se caractérisent par une très grande perméabilité. Ils sont utilisés comme matériaux de masse pour augmenter la stabilité des ouvrages ou pour prévenir l’érosion par l’eau. Les graviers et les sables constituent les matériaux granulaires les plus utilisés en génie civil. Ce sont des sols qui présentent une bonne perméabilité et se compactent assez facilement. Ces sols sont utilisés comme matériaux de fondation dans un nombre important d’ouvrages de génie, tels que routes, viaducs, voies ferrées, pistes d’atterrissage et bâtiments. On les emploie également comme matériaux de drainage et de filtration, notamment dans des barrages et digues en terre, les fondations de bâtiments et les usines de filtration. Ils sont également utilisés pour la confection du béton de ciment et des enrobés bitumineux. Le silt ne peut supporter des charges aussi importantes que les sables et les graviers. Sa compressibilité est assez élevée ce qui occasionne des tassements accrus. Quant à sa perméabilité, elle est très faible. Les caractéristiques du silt en font le sol le plus gélif, c'est-à-dire que ce type de sol est affecté par des soulèvements importants durant la saison hivernale et qu’il subit une importante perte de capacité portante lors du dégel printanier. L’argile est constituée de particules cristallines qui proviennent de la décomposition chimique des constituants du roc. L’argile étant pratiquement imperméable, elle est souvent employée comme matériau d’étanchéité dans les noyaux de barrages en terre ou de digues Toutefois, sa compressibilité est élevée et, en général, les charges qu’elle peut supporter sont de loin inférieures à celles que supportent le gravier et le sable. Les particules d’argile, contrairement à celles des autres types de sols, sont attirées les unes vers les autres et se regroupent. Cette attraction, qui porte le nom de cohésion, est à l’origine de la consistance. Dans des conditions d’humidité favorables, la consistance est telle que l’argile devient plastique et qu’il est possible de la façonner, une opération pratiquement irréalisable avec les graviers ou les sables.

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De plus, l’argile se distingue des autres types de sols par certaines caractéristiques qui lui sont propres : - particules en forme de feuillets - consolidation des dépôts d’argile - attraction électrique entre les particules - film d’eau adsorbé entourant les minéraux argileux - relation entre les minéraux argileux et l’eau

5.0 La granulométrie

Les dépôts de sols sont généralement constitués de particules de grosseurs différentes. Pour bien décrire un sol, il faut donc connaître sa granulométrie, c’est-à-dire, la répartition de ses particules suivant leur diamètre équivalent. Cet essai consiste à faire passer un échantillon représentatif de sol à travers des tamis superposés dont les ouvertures vont en décroissant du haut vers le bas. Les particules les plus grosses restent donc emprisonnées sur les tamis les plus hauts, tandis que les particules plus fines se dirigent vers les tamis inférieurs. La masse des particules retenues sur chaque tamis est comparée à la masse totale de l’échantillon, ce qui permet de calculer les pourcentages retenus et passant cumulatifs. On exprime la distribution granulométrique d’un sol en se servant de la dimension des ouvertures de chaque tamis et du pourcentage passant cumulatif. Ainsi la granulométrie indique la proportion de particules qui a traversé chaque tamis. Les résultats sont portés sur un graphique semi-logarithmique ou ils constituent une courbe granulométrique.

6.0 Les sources de granulats

Les granulats utilisés en génie civil sont classés en deux grandes catégories : les granulats naturels qui proviennent des sablières, des gravières ou des carrières et les granulats artificiels fabriqués à partir de résidus miniers ou à partir des structures désaffectées de béton ou d’enrobés bitumineux concassées.

6.1 Les carrières

Les formations rocheuses sont d’abord fracturées au moyen d’explosifs, puis réduites à la dimension désirée par concassage. Les granulats sont ensuite produits par criblage.

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La qualité des granulats ainsi produits dépend du type de roche exploitée, de son aptitude à la fragmentation et du type de concasseur utilisé.

6.2 Les gravières et les sablières

Au Québec, la grande majorité des gravières et des sablières proviennent des dépôts d’origine fluvio-glaciaires. Les matériaux exploités peuvent être utilisés tels quels pour certaines utilisations. Parfois on devra les laver pour en extraire les particules les plus fines et/ou les concasser pour réduire les dimensions des plus grosses particules.

6.3 Les granulats artificiels

Les résidus d’enrobés bitumineux et de béton constituent environ 85% des résidus de CRD récupérés (construction, rénovation et démolition), d’ont près des trois-quarts proviennent de travaux sur les infrastructures. Le ministère des Transports du Québec offre depuis 2004 la possibilité d’utiliser en plus des matériaux naturels, des matériaux recyclés pour la sous-fondation et la fondation des chaussées.

7.0 Caractéristiques des granulats selon leur utilisation

Les granulats doivent être classés suivant leurs caractéristiques intrinsèques (caractéristiques propres à la nature du granulat) et leurs caractéristiques de fabrication (caractéristiques propres aux opérations de concassage). Les normes 2102 et 2103 du ministère des Transports du Québec fixent les exigences qui ont trait aux caractéristiques et aux critères d’évaluation des matériaux granulaires pour fondation, sous-fondation, couche de roulement granulaire, accotement, coussin, enrobement, couche anticontaminante et couche filtrante. La section IV de la norme NQ 2560-114 fixe les exigences pour les bétons de masse volumique normale et les BHP tandis que la section V présente les exigences pour les enrobés bitumineux posés à chaud.

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7.1 Caractéristiques intrinsèques

Ces essais servent à évaluer la dégradation du granulat de même que son aptitude à produire des particules fines lors du transport, de l’entreposage et de la mise en œuvre. Gros granulats (dimensions des particules >5 mm)

Pour les gros granulats, les caractéristiques intrinsèques de résistance à l’usure et de résistance aux chocs sont mesurées respectivement par l’essai Micro-Deval (MD) et par l’essai Los Angeles (LA). Les gros granulats sont donc classés selon six (6) catégories (1 à 6) suivant leurs caractéristiques intrinsèques. Tableau 2101-2

Granulats fins (dimensions des particules < 5 mm)

Pour les granulats fins (dimensions des particules < 5 mm), les caractéristiques intrinsèques de résistance à l’usure et de friabilité sont mesurées respectivement par l’essai Micro-Deval (MD) et l’essai de ‘Détermination du pourcentage de friabilité des granulats fins’. Les granulats fins sont quant à eux classés en trois (3) catégories (1 à 3) suivant leurs caractéristiques intrinsèques. Tableau 2101-4

7.2 Caractéristiques de fabrication

Gros granulats uniquement

Les caractéristiques de fabrication des gros granulats sont établies selon leurs caractéristiques de fragmentation déterminée à partir de l’essai ‘Particules concassées’ et leurs caractéristiques de forme déterminée suivant l’essai ‘Détermination du pourcentage de particules plates et de particules allongées’.

Les gros granulats sont classés en trois (5) catégories (a à e) suivant leurs caractéristiques de fabrication. Tableau 2101-3

7.3 Caractéristiques complémentaires

Divers essais additionnels doivent également être réalisés en fonction de l’utilisation éventuelle des granulats.

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8.0 La mise en place

Les matériaux granulaires (les granulats et les sols) doivent être étendus en couches de faible épaisseur et compactés jusqu'à l’obtention de la compacité désirée. Le compactage consiste à appliquer suffisamment d’énergie au matériau granulaire pour réduire ses vides et ainsi accroître sa masse volumique. Sur le chantier, on applique cette énergie par pression statique, pression statique et vibration, pétrissage statique ou impacts, selon le type de compacteur. La quantité d’énergie transmise au matériau granulaire varie en fonction du nombre de passes du compacteur et de sa masse. On choisit le type de compacteur en fonction de la nature de la couche de matériau granulaire à compacter et de l’ampleur des travaux.

8.1 Les rouleaux à jantes lisses

Les rouleaux à jantes lisses peuvent être équipés de un à trois cylindres lisses en acier. Comme leur surface de contact avec le matériau granulaire est très importante, la pression transférée est plutôt faible malgré leur poids élevé (elle peut atteindre 400 kPa). On utilise principalement les rouleaux à jantes lisses pour compacter les revêtements bitumineux. Malgré leur faible performance, on les emploie parfois pour compacter les matériaux granulaires tels que la pierre concassée, les graviers et les sables grossiers ou moyens. Pour obtenir des résultats appréciables sur ces matériaux granulaires, on doit limiter l’épaisseur des couches entre 150 et 250 mm.

8.2 Les rouleaux vibrants

Les rouleaux vibrants sont constitués d’un cylindre d’acier lisse accouplé à un vibrateur. Ces compacteurs sont très efficaces avec les pierres concassées, les graviers et les sables. Ils peuvent fournir jusqu’à deux fois plus d’énergie de compactage que les rouleaux à jantes lisses. Les couches doivent avoir une épaisseur de 150 à 300 mm. Les rouleaux vibrants sont employés surtout pour compacter les fondations et les sous-fondations de routes.

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8.3 Les rouleaux à pneus

Les rouleaux à pneus peuvent compter une ou plusieurs rangées de quatre à six pneus assez rapprochés.

Ce sont les plus polyvalents des compacteurs, cars ils servent autant sur les emprunts de pierres concassées, de gravier et de sable que sur les sols argileux. Cependant, les rouleaux à pneus ne permettent pas de fusionner deux couches de sol argileux.

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8.4 Les rouleaux à pieds de mouton

Les rouleaux à pieds de mouton sont constitués d’un cylindre d’acier qui présente un grand nombre de saillies ou de crampons pouvant atteindre 250 mm de hauteur. La pression de contact d’un pied avec le sol varie de 1400 kPa à 7000 kPa. Les rouleaux à pieds de mouton sont les appareils les plus utilisés pour compacter les sols argileux, car ce sont les plus efficaces. Ils ne peuvent cependant pas servir au compactage des autres types de matériaux granulaires. Lorsqu’on travaille avec ce type de compacteur, on doit s’assurer que l’épaisseur de la couche de sol à compacter est inférieure à la longueur des pieds. On choisit normalement de compacter une couche de 150 mm; dans le cas des gros rouleaux munis de long pieds, on peut aller jusqu’à 300 mm. Au début du compactage, à la première passe, les pieds pétrissent la couche superficielle de sol et s’enfoncent jusqu’à la couche sous-jacente, fusionnant ces deux couches et augmentant par le fait même la stabilité du remblai ou de l’ouvrage. Par la suite, les passages se succèdent jusqu’à ce que le compacteur roule sur ses pieds sans s’enfoncer : on considère alors que le compactage est terminé.

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8.5 Les plaques vibrantes Les plaques vibrantes sont constituées d’une plaque en acier munie d’un vibrateur. Elles conviennent parfaitement aux pierres concassées, aux graviers et aux sables, mais leur faible masse limite à environ 100 à 200 mm l’épaisseur des couches qu’elles peuvent compacter. On emploie surtout les plaques vibrantes pour les travaux de faible envergure comme le compactage d’allées piétonnières ou d’entrées de garage. On les utilise aussi dans les endroits restreints, donc inaccessibles aux rouleaux vibrants, comme le fonds des tranchées et les espaces limités par des murs de fondations ou des murs de soutènement.

9.0 Les facteurs agissant sur le compactage

Un certain nombre de facteurs peuvent avoir une influence considérable sur la qualité du compactage. Les plus importants sont la teneur en eau de la couche granulaire durant le compactage, le nombre de passes, l’épaisseur de la couche, le poids du compacteur et la vitesse à laquelle se fait le compactage.

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9.1 La teneur en eau

Pour que le compactage soit efficace, la teneur en eau du matériau granulaire doit se situer le plus près possible de la teneur en eau optimale déterminée par l’essai Proctor. Dans la plupart des cas, un écart de ±2 % de la teneur en eau optimale est acceptable. Lorsque la teneur en eau sur le chantier est plus faible que la teneur en eau optimale, il faut plus d’énergie pour atteindre la compacité recherchée. On doit alors arroser la couche de matériau granulaire avant de la compacter. Lorsqu’au contraire la teneur en eau est trop élevée, il est presque impossible d’atteindre la compacité exigée, car l’eau contenue dans les vides du matériau granulaire absorbe une grande partie de l’énergie de compactage. Pour diminue la teneur en eau, on doit scarifier la surface de la couche de matériau granulaire de manière à accélérer l’évaporation de l’eau.

9.2 Le nombre de passes

Le nombre de passes d’un compacteur est directement proportionnel à la quantité d’énergie qu’il applique au matériau granulaire : en augmentant le nombre de passes, on accroît l’énergie de compactage. De façon générale, il faut de 3 à 8 passes pour compacter une couche de matériau granulaire de 300 mm d’épaisseur, mais ce nombre peut facilement atteindre 12 en fonction du type de matériau granulaire, de la teneur en eau et de la masse du compacteur. Si la compacité voulue n’est pas atteinte après 12 passes dans des conditions optimales d’humidité, on conclut que les opérations de compactage n’ont pas atteint leur but et que le compacteur utilisé n’est probablement pas adéquat.

9.3 L’épaisseur de la couche

Pour que le compactage d’une couche de matériau granulaire soit efficace et que la compacité soit la plus uniforme possible, il faut limiter l’épaisseur de la couche. En principe, elle ne devrait pas dépasser 300 mm. Toutefois, dans le cas des sables propres à granulométrie serrée, il est préférable d’augmenter l’épaisseur de la couche, car ces matériaux sont très perméables et ont tendance, lorsqu’ils s’assèchent, à perdre facilement leur compacité sous le passage répété de véhicules. Le Cahier des charges et devis généraux (CCDG) du ministère des Transports du Québec recommande des couches de 600 mm pour cette catégorie de matériau granulaire. Il faut également prévoir des couches plus épaisses lorsque le sol sous les couches de remblayage est trop faible et déformable.

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Le compactage par couches de faible épaisseur présente deux grands avantages :

• Il permet, lors du compactage d’une couche de matériau granulaire, de compacter à nouveau la partie supérieure de la couche sous-jacente. Il est en effet bien connu qu’après un compactage, la partie supérieure de la couche compactée est généralement moins compacte que sa partie inférieure.

• Il facilite la réalisation des essais de vérification sur le chantier, ce qui

améliore le contrôle de la qualité du compactage.

Plus le compacteur est lourd, plus on peut augmenter l’épaisseur de la couche de matériau granulaire. Lorsqu’on utilise des rouleaux vibrants sur la pierre concassée, les graviers et les sables, la couche peut avoir jusqu’à 600 mm d’épaisseur.

9.4 La masse des compacteurs

On sait que l’efficacité d’un compacteur dépend en partie de son poids : plus un compacteur est lourd, moins il faut de passes pour produire la compacité désirée. On peut déduire qu’il est avantageux de charger l’appareil au maximum. Il faut néanmoins agir prudemment avec les compacteurs très lourds, car leurs passages sur le matériau granulaire peut causer un surcompactage. Le surcompactage entraîne parfois la rupture des couches inférieures, lorsque leur compacité maximale a été atteinte. Le surcompactage peut également briser les particules de gravier et de sable, augmentant ainsi la quantité de particules fines ; le matériau devient alors plus capillaire et, par conséquent, plus gélif.

9.5 La vitesse des compacteurs

Pour que l’énergie de compactage se transmette au matériau granulaire le plus adéquatement possible, on doit limiter la vitesse de la plupart des compacteurs à environ 8 km/h. Dans le cas des compacteurs à vibrations, la vitesse optimale devrait se situer autour de 5 km/h pour que les vibrations puissent agir efficacement sur toute l’épaisseur de la couche. Si le compacteur avance trop vite, il faudra davantage de passes pour atteindre la compacité désirée.

10.0 Le contrôle du compactage sur le chantier

Les essais de contrôle du compactage réalisés sur le chantier permettent de déterminer la masse volumique sèche et la teneur en eau d’une couche de matériau granulaire qui a été compactée. En comparant ces résultats avec ceux de l’essai Proctor ou à la planche de référence, on peut établir le degré de compacité.

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On peut ainsi vérifier la qualité des travaux de compactage et les accepter ou les refuser, à la lumière des directives contenues dans les devis de construction. Degré de compacité = Masse volumique sèche au chantier X 100

Masse volumique sèche Proctor 10.1 L’essai au nucléodensimètre

L’essai au nucléodensimètre, qu’on effectue au Québec depuis le début des années 1960, est l’essai le plus fréquemment pratiqué de nos jours, car il s’effectue rapidement et ne nécessite pas l’arrêt des travaux sur le chantier. Le nucléodensimètre est toutefois un appareil sensible fonctionnant à partir de sources radioactives, et sa régularité dépend du rayonnement émis, de la qualité de l’étalonnage et des conditions rencontrées sur le terrain. Le nucléodensimètre est un appareil relativement précis à l’aide duquel on peut rapidement déterminer la masse volumique du matériau granulaire sur le chantier ainsi que sa teneur en eau. On l’emploie aussi pour vérifier la masse volumique du béton et des revêtements bitumineux. Ils comportent une base blindée abritant des détecteurs de rayonnement radioactifs et deux sources radioactives logées dans une tige-source. La première source émet un rayonnement gamma qui permet de mesurer la masse volumique du matériau granulaire. Lorsque le nucléodensimètre est placé sur une surface plane et que sa tige-source est enfoncée dans un avant-trou, les rayons gamma émis traversent le matériau granulaire jusqu’au détecteur ou ils sont comptés. Plus la couche est compacte, plus les rayons sont absorbés, et moins le détecteur compte de rayons gamma. À l’inverse, plus le sol est lâche, plus les rayons le traversent facilement, et lus le décompte est important. La mesure de la teneur en eau repose sur la décélération des neutrons rapides émis par la seconde source. Ces neutrons sont surtout ralentis et réfléchis par les atomes d’hydrogène contenus dans l’eau. Bien qu’il contienne une faible quantité de matières radioactives, le nucléodensimètre demeure un appareil sécuritaire tant et aussi longtemps que certaines règles élémentaires de sécurité en matière de radiation sont respectées.

10.2 La fréquence et la localisation des essais sur le chantier

Afin de contrôler adéquatement la qualité des opérations de compactage, on doit procéder régulièrement à des essais de vérification sur le chantier. Dans le cas de construction routière, le ministère des Transports du Québec recommande de faire

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au moins un essai à tous le 5000 m2 en terrain naturel et dans l’infrastructure et à tous les 2500 m2 dans les sous-fondations et les fondations des routes. Lorsqu’il s’agit de digues et de remblais, le US Bureau of Reclamation exige qu’il y ait au moins un essai à tous les 1500 m3 de sol utilisé. En ce qui concerne les bâtiments industriels reposant sur des fondations superficielles, on devrait vérifier la compacité à tous les 800 m2.

Généralement, on choisit l’emplacement des essais de compactage au hasard, soit en se fiant à son jugement, soit à l’aide d’une table de valeurs aléatoires. L’avantage de cette dernière est qu’elle élimine toute intervention subjective de l’opérateur.

10.3 Les compacités recommandées sur le chantier

Le compactage vise principalement à stabiliser les sols et à en augmenter la capacité à porter des charges. Pour s’assurer d’atteindre cet objectif, on vérifie la qualité des opérations de compactage sur le terrain en utilisant comme critère de contrôle le degré de compacité. Le degré de compacité recommandé est habituellement spécifié dans les devis; sa valeur dépend de la nature des ouvrages. De façon générale, il se situe entre 90% et 98% de l’essai Proctor modifié. En construction routière, le CCDG recommande un degré de compacité de 98% de l’essai Proctor Modifié pour la fondation d’une route et de 90% pour le terrain naturel et la sous-fondation (on précise toutefois que la compacité de la dernière couche de 150 mm de la sous-fondation doit atteindre 95% de l’essai Proctor modifié). Le degré de compacité des pierres concassées, graviers et sables dans leur état le plus lâche est d’environ 80%.

11.0 L’essai Proctor

L’essai Proctor (Standard ou Modifié) consiste à mesurer la masse volumique sèche d’un matériau granulaire disposé en 3 ou 5 couches dans un moule de volume connu. Chaque couche est compactée avec un marteau de 2,49 ou 4,54 kg tombant à 25 ou 26 reprises d’une hauteur de chute de 305 ou 457 mm. On répète l’essai à plusieurs reprises en faisant varier la teneur en eau du matériau. On porte chaque mesure de la masse volumique du matériau granulaire sec sur un graphique en fonction de la teneur en eau correspondante, ce qui permet de tracer une courbe de compactage. À partir de cette courbe, on détermine la masse volumique sèche maximale du matériau et sa teneur en eau optimale.

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RÉFÉRENCES

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