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CHAPITRE 3 LE COMPACTAGE DES SOLS

m tomban tombantt d'une d'une hauteu hauteurr h) mu multi ltipli pliée ée par le nombre de coups donnés. donnés. $ette énergie énergie s'appelle s'appelle énergie de compactage.

Introduction. Le géote géotech chni nici cien en s'in s'inté tére ress sse e aux aux sol sol dans dans la mesure mesure où ceux-ci ceux-ci constitue constituent nt l'élémen l'élémentt principal principal du contexte dans lequel la stabilité d'un ouvrage sera sera conçue. conçue. On a donc rapide rapideme ment nt envisa envisagé gé d'améliore d'améliorerr les caractérist caractéristique iques s mécanique mécaniques s des sols ols d'a d'assi ssise pour pour augm ugmenter ter leur capacité  portante   portante  (o (ou  portance).  portance). n gran grand d nomb nombre re de de procédés existent! d'une part" les ad#onctions de liants (bitume" ciment" chaux" laitier)" relativement chers" et d'autre part" les procédés de compactage mécaniques. mécaniques. $'est ce dernier groupe de procédés" princi principal paleme ement nt mis mis en %uv %uvre re sur les chanti chantiers ers routiers" que ce chapitre va exposer.

3i l'on porte en graphique les d  obtenus suite au compactage compactage d'un échanti échantillon llon de sol" en réalisan réalisantt une une séri série e d'es d'essa sais is de comp compac acta tage ge"" chac chacun un corres correspond pondant ant & une une teneu teneurr en eau dié diéren rente te (ma5tr (ma5trisé isée e par ad#onc ad#onctio tion n d'eau) d'eau) mais mais tou#ou tou#ours rs avec avec une une énerg énergie ie de compac compactag tage e identi identique que"" on obtient une courbe comme celle-ci6

Définition du compactag. $ompacter $ompacter un sol consiste consiste & aire aire diminuer diminuer son volume volume par l'applica l'application tion d'un procédé mécanique mécanique (orce" vibration" combinaison des deux" chocs"). $ette diminution de volume ne se produit que par l'élimin l'éliminatio ation n des vides remplis remplis d'air qui existent existent dans le sol & son état initial. initial. La teneur teneur en eau du sol n'est donc pas modiiée (il s'agirait dans ce cas d'un d'une e consolidation" consolidation" phénom phénomne ne qui sera sera étudié étudié ultérieurement ultérieurement dans ce cours). Le poids volumique volumique du sol" h" par contre" sera augmenté" et avec lui" d puisque d =

ig 78 allure d'une courbe de compactage.

La courbe a l'allure d'une cloche" elle passe par un que l'on appelle optimum proctor . $et opti optim mum corr orrespo espond nd & une tene eneur en eau eau optimale. d maximum

h

NB: Nous attirons l'attention du lecteur sur le fait  que que le term terme e optimum optimum proctor  proctor  dési désign gne e le d  optim optimal al que l'on peut peut faire faire attein atteindre dre à un sol  donné pour une énergie de compactage donnée. Ce terme terme ne désigne pas la pas la teneur en eau à la quelle quelle l'optimu l'optimum m correspond. correspond. La confusio confusion n est  fréquente.

*

Le poids volumique volumique sec d sera le paramtre dont on va étudier les variations dues au compactage. $ette grandeur garde sa signiication m+me si le sol considéré considéré n'est pas sec , out sol (hum (humide ide ou ou non) non) est est cara caract ctér éris isé é par par un poid poids s volu volumi miqu que e naturel h et par une teneur en eau " donc" par un poids poids volumi volumique que sec d" calculé au moen de la ormul ormule e ci-des ci-dessus sus.. /l suit suit de consid considére érerr qu'il qu'il s'agit du poids volumique qui caractériserait  caractérise rait  le   le sol s'il était sec.

$ette allure s'explique par le r9le lubriiant de l'eau dans le le processus processus de compac compactage. tage. n sol 'trop 'trop sec' sera le sige de rottements importants entre les grains grains de sol. n sol trop humide" humide" par contre contre sera moins susceptible susceptible d'+tre compacté compacté car une partie importante de l'énergie de compactage sera absorbé absorbée e par par l'eau l'eau (incom (incompre pressi ssible ble)) et ne sera sera donc pas communiquée aux grains de sol.

!actur" d#inf$unc du compactag.

Inf$unc d $a natur du "o$.

Inf$unc d $a tnur n au.

n sol sol dont dont le comp compac acta tage ge sera sera ort orte eme ment nt inlue inluencé ncé par la teneur teneur en eau pré prése sente ntera ra une courbe courbe de compac compactag tage e avec avec un maxim maximum um trs trs marqué. : l'inverse" un un sol dont la teneur en eau inluence peu le compactage sera caractérisé par une courbe de compactage trs trs plate. Les sols de ce tpe ont généralement généralement les meilleurs remblais.

L'inluence de la teneur en eau sur le résultat d'un compactage a été étudié ds *011 par l'ingénieur améri américai cain n 2rocto 2roctor" r" qui a mis mis au point point l'essa l'essaii de compactage qui porte son nom. 3i un sol est compacté par une série de chocs que lui imprime les chutes d'une masse" la déormation du sol" c'est-&-dire la diminution de son volume" absorbe une énergie égale & l'énergie potentielle de la masse avant la chute (4mgh pour une masse

La igure suivante donne quelques exemples des allure allures s que peuven peuventt pré présen sente terr les courbe courbes s de compac compactage tage des sols sols couran courants ts ($la ($la 4 argile argile""

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sand 4 sable" silt sand 4 sable limoneux.). On voit que les sables sont trs peu sensibles & l'eau en ce qui concerne le compactage" tandis que s'ils contiennent une raction argileuse" leur courbe s'inléchit de manire importante.

On voit en eet" la courbe du compactage se déplacer vers le haut et la gauche du diagramme & mesure que le nombre de coups augmente. $ette inluence se lit aussi & la igure 7* où trois tpes de sols (*" 7 et 1) subissent trois compactage d'énergies décroissantes (:" < et $). =otons qu'& la igure 77" on a porté en abscisse la masse volumique d  et & la igure 7*" la densité sche & la place du poids volumique sec d" ce qui ne porte pas & conséquence. Les courbes de compactage sont limitées & leur extrémité droite par la valeur de l'abscisse 4sat" elles sont donc asmptotiquement tangentes & une courbe-enveloppe qui représente la relation entre sat et d pour le sol considéré. L'expression sat 4 (d) se détermine comme suit6 >éinition de la teneur en eau 6 =

Inf$unc d $#énrgi d compactag.

sat =

L'extrémité droite de la courbe de compactage" c'est & dire l'extrémité du versant sec   (ou branche sche) correspond & l'état de saturation du sol. La courbe est donc limitée & l'abscisse 4sat. On conçoit aisément que si l'énergie de compactage augmente" le vides 'secs' (remplis d'air et non d'eau' seront d'avantage réduits. $eci implique deux choses6



?s

& saturation" on a donc6

ig 7* inluence de la nature du sol sur le compactage.



?@

sat=

Av⋅@ ?s

=

?@sat ?s

A− As A⋅d

⋅@



.

s / A s / A

As

s− s⋅ sat=

A s ?s

comme

s⋅

A

 =

A

sat =

Le d  obtenu par la compaction sera plus élevé. La courbe de compaction se déplacera donc vers le haut. La saturation sera atteinte & une teneur en eau moindre 6 sat diminue. La courbe de compaction se déplacera donc vers la gauche.

s

et

@

=d

s

A

*

⋅ ⋅@ d

 "





s − d *  * * ⋅ ⋅@ = − ⋅@ s d d s

sont des

proportionnelle &

* d

constantes" sat est donc " la courbe-enveloppe est

donc une hperbole. 3on ordonnée & l'origine vaut évidemment s" puisque" pour sat48" on a *

3i l'on superpose les graphes de plusieurs essais eectués sur un m+me sol" avec des énergies de compaction croissantes (nombre de coups et;ou hauteur de chute croissante)" on obtient une igure similaire & la suivante.

d

−

* s

=8

" donc d4s.

L" ""ai" d compactag n $a%oratoir.

s

Le principe des essais de compactage a en ait dé#& été évoqué plus haut dans ce chapitre! un échantillon de sol" de teneur en eau connue" est compacté dans un moule" aux dimensions normalisées" par l'action de la chute d'une dame. Le poids et la hauteur de chute de cette dernire sont également normalisés. La teneur en eau du sol testé est ma5trisée en étuvant l'échantillon" puis par ad#onctions de quantités précises d'eau. ne série d'essais est réalisée pour diérentes teneurs en eau" le résultat de chacun produisant un couple de valeurs ("d) " donc un point de la courbe de compactage (courbe :.:.3.$.B.O 6 :merican :ssociation o 3tate Bigh@a Oicials). Les essais peuvent +tre réalisés dans deux tpes de moules" et selon deux modalités" ce qui ait quatre tpes d'essais. >'autres tpes" moins couramment utilisés existent également. ig 77 6 inluence de l'énergie de compactage.

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On peut utiliser  Le moule proctor 6 *8"7 cm de diamtre et **"C cm de hauteur (plus un collier mobile permettant de compacter #usque *1 ou *D cm). $e moule est utilisé pour les sols de granulométrie  Emm" on  compacte environ 1 Fg de sol.  Le moule $.