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BURKINA FASO Unité-Progrès-Justice Ministère des Enseignements Secondaire et Supérieur (MESS) -------------UNIVERSITE DE OUAGADOUGOU -------------

Ministère des Infrastructures du Désenclavement et des Transports ----------------------Laboratoire National du Bâtiment et des Travaux Publics (LNBTP)

Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Fada Filière: Génie-civil (ENSIF)

Rapport de stage pour l’obtention du Diplôme d’Ingénieur des Travaux

Auteur : Wendyam Arsène Flavien DAMIBA Maître de stage : M. Ali SANA Chef du Département Géotechnique Routière

Première promotion

Mai 2014

Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Dédicaces

 À mes parents Edouard. D. DAMIBA et Scholastique TAPSOBA, j’y suis arrivée grâce à vous.  À ma sœur Baowendsom Sylvie Laure DAMIBA, courage ! Plus qu’un pas.  A toute ma famille, noyau vital de ma réussite à l’école et dans la société ;  A tous mes amis qui m’ont soutenu dans cette quête de la connaissance et dans cet apprentissage dans la vie sociale;  A mon ami Arzouma Modeste KYELEM;  A tous les promotionnaires avec qui j’ai partagé les joies et les inquiétudes de l’année ;  Aux nobles enseignants rencontrés tout au long de ma scolarité ! Qu’ils

trouvent

dans

ce

travail

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l’effort

que

chacun

a

consenti !

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Les essais géotechniques en laboratoire et in situ Remerciements Le plaisir que j’ai eu à effectuer cette étude provient en grande partie de toutes les personnes qui m’ont encadré et permis d’avancer pendant ce stage. Je tiens à les remercier mes sincères remerciements :  Au Directeur Général du Laboratoire National du Bâtiment et des Travaux Publics (L.N.B.T.P) pour m’avoir accepter comme stagiaire ;  A mon maître de stage Mr Ali SANA chef du Département Géotechnique Routière (D.G.R) pour l’attention portée à ma personne ;  A tout le personnel du L .N.B.T.P que j’ai pu côtoyer merci à chacun d’entre vous pour votre aide et votre bonne humeur ;  A l’administration et au corps professoral de l’ENSI-F pour les connaissances acquises ; À tous ceux qui m’ont toujours apporté leur soutien et qui d’une manière ou d’une manière ou une autre, ont contribué à la réalisation de ce stage puissiez vous trouvez ici l’expression de ma profonde gratitude.

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Les essais géotechniques en laboratoire et in situ

Résumé Le but de ce travail est de présenter dans un premier temps, les différents essais géotechniques tout en soulignant les réalités pratiques de réalisation de ces essais en laboratoire et in situ ; et dans un second temps, analyser et interpréter les résultats de ses essais qui seront confrontés aux prescriptions Cahier des Clauses Techniques Particulières d’un projet de génie civil. Mais il sera avant tout question d’une présentation générale de la structure d’accueil . Il ressortira à la fin de cette analyse comparative, la décision de procéder ou non à la réception de l’ouvrage pour la suite de la réalisation. Ce travail se révèle principalement être une étude de réalisation des différents essais géotechniques afin de déterminer leurs propriétés ; et le contrôle de qualité en laboratoire et in situ ; qualité non seulement des matériaux utilisés, mais aussi de l’emploie de ces matériaux pour les travaux de réalisation des ouvrages en général.

Abstract

The aim of this work is to present initially, the various geotechnical essays while underlining realities practice realization of these essays laboratory and in situ; and in the second time, to analyze and interpret the results of its essays which confronting with the regulations Book of the Particular Technical specifications of a project of civil engineering. But it will be before any question of a general presentation of the reception facilities. It will arise at the end of this comparative analysis, the decision to proceed or not to the reception of the work for the continuation of the realization. This work mainly proves to be a study of realization of the various geotechnical essays in order to determine their properties, and it quality control in laboratory and in situ; quality not only of materials used, but also of in general employs these materials for the initial work of the works.

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Les essais géotechniques en laboratoire et in situ

Liste des sigles et abréviations:

 A: Coefficient d’aplatissement ou Affaissement  AASHTO : American Association of State Highway and Transportation Official  AG : Analyse granulométrique  AFNOR : Association Française de Normalisation  ASTM : American Society for Testing and Material  CBR : California Bearing Ratio test (essai californien de portance)  Cc : Coefficient de courbure  CCTP : Cahier des Clauses Techniques Particulières  Cu : Coefficient d’uniformité  D : densité  DGR : Département Géotechnique Routière  DSF : Département Sol et Fondation  DS : Département Structure  ENSIF : Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de FADA N’Gourma  ES Equivalent de sable  GAL : Grave Argileuse Latéritique  Ic : Indice de compacité  ICBR : indice CBR  IP Indice de plasticité  IPI : Indice Portant immédiat  PS : Poids spécifique  P : Propreté superficielle  OPM : Optimum Proctor Modifié  LNBTP : Laboratoire National du Bâtiment et des Travaux Publics ;  LA : Los Angeles  MDE: Micro Deval à eau  UU : Cisaillement direct Undrained Unconsolided (non drainé non consolidé)  Wl Limite de liquidité  Wp Limite de plasticité  W Teneur en eau

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Les essais géotechniques en laboratoire et in situ

Table des matières Dédicaces .................................................................................................................................... i Remerciements ........................................................................................................................... ii Résumé ...................................................................................................................................... iii Abstract ..................................................................................................................................... iii Liste des sigles et abréviations: ................................................................................................. iv Introduction ................................................................................................................................ 1 Chapitre I : Présentation du L.N.B.T.P ...................................................................................... 2 I.1 Domaines d’intervention du L.N.B.T.P ..................................................... 2 I.2 Organigramme du L.N.B.T.P ............................................................... 2

Chapitre II : Essais géotechniques sur les matériaux ................................................................. 4 II.A Département géotechnique routière ..................................................... 4 II.A.1 Section échantillonnage................................................................. 4 II.A.1.1 Echantillonnage ........................................................................ 4 II.A.2 Section granulométrie ................................................................... 5 II.A.2.1 Analyse granulométrique par tamisage ............................................. 5 II.A.2.2 Essai de détermination du coefficient d'aplatissement ............................ 7 II.A.2.

3 Détermination de la propreté superficielle ...................................... 8

II.A.2.4 Essai de détermination du poids spécifique ou masse volumique réelle des granulats ................................................................................................ 9 II.A.3 Section Limites d’Atterberg et Equivalent de Sable ............................... 10 II.A.3.1 Limites d’Atterberg................................................................ 10 II.A.3.1.3 Essai d’équivalent de sable ..................................................... 12 II.A.4 Section Proctor-CBR ................................................................ 14 II.A.4.1 Essai Proctor modifié ............................................................. 14 II.A.4.2 Essai CBR.......................................................................... 15 II.A.5 Section Produits hydrocarbonés .................................................... 18 II.A.5.1 Essais d’identification de bitume ................................................ 18 II.A.5.2 Essai Kumagawa ................................................................. 19 II.A.5.3 Essai Marshall .................................................................... 20 II.A.5.4 Essai Duriez........................................................................ 22 II.B Chantier : Travaux de construction et de bitumage de la route RD 152 OUAGADOUGOU- NIOKO- SAABA y compris les bretelles d’accès au CSPS et à l’université SAINT THOMAS D'AQUIN ....................................................................... 24

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Les essais géotechniques en laboratoire et in situ II.B.1 Revêtement ......................................................................... 24 II.B.2 Les contrôles préalables ............................................................ 25 II.C Département sol et fondation ............................................................ 29 II.C.1 Essai de cisaillent direct non drainé non consolidé sur sol argileux................. 29 II.C.3 Essai pénétrométrique (NF P 94-115).............................................. 32 II.D Département structure ................................................................... 33 II.D.1 Etude et fabrication du béton au labo ou in situ ................................... 33 II.D.2 Essai d’affaissement au cône d’Abrams ........................................... 33 II.C.3 Essai de compression ............................................................... 34 II.C.4 Essai de densité apparente des gravillons et sables .............................. 35 II.C.5 Essai Micro-Deval à eau ............................................................ 36 II.C.6 Essai Los Angeles ................................................................. 37 II.C.7 Essai de traction de l’acier .......................................................... 39

Chapitre III : Analyse et interprétation des résultats obtenus .................................................. 40 III.1 Paramètres similaires .................................................................... 40 III.2 Analyse granulométrique (essai d’identification) ................................... 40 III.3 Equivalent de sable, essai de propreté du gravier, coefficient d’aplatissement et pois spécifique ............................................................................................. 41 III.4 Les limites d’Atterberg (essai d’identification) ..................................... 41 III.5 Essai Proctor Modifié ................................................................ 41 III.6 Essai CBR ............................................................................. 41 III.7 Essais sur le bitume et l’enrobé ...................................................... 42 III.8 Densité apparente des matériaux, Los Angeles et Micro-Deval.................... 42 III.9 Formulation du béton simplifié et essai de traction de l’acier ...................... 42 III.10 Densitomètre à membrane, plaque et boîte doseuses .............................. 42 III.11 Essai de cisaillement ................................................................ 43 III.13 Pénétromètre dynamique ........................................................... 43

Chapitre IV : Remarques et suggestions .................................................................................. 44 Conclusion ................................................................................................................................ 45 Références bibliographiques .................................................................. 46 Sources des fichiers intégrés .................................................................. 46

ANNEXES ............................................................................................................................... 47 ANNEXE I : FICHES TECHNIQUES RECAPITULATIVES ............................. 47 ANNEXE II : MATERIELS ET ACCESSOIRES NECESSAIRES ........................ 67

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Les essais géotechniques en laboratoire et in situ

Introduction L’Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Fada N’Gourma (ENSI-F) est un institut universitaire qui forme des étudiants aux métiers du Génie (civil, minier,…).Consciente qu’une formation théorique sans expérience pratique est incomplète voire vaine, un stage obligatoire de fin de cycle est demandé à tout élève ingénieur pour l’obtention du diplôme d’ingénieur des travaux. Aussi la géotechnique étant le domaine d’étude des propretés physiques, mécaniques, hydrauliques des sols et de leur application en génie civil, elle est indispensable pour les élèves et étudiants en formation de génie civil. Ainsi, nous avons choisi le Laboratoire National Burkinabé de Travaux Publiques (L.N.B.T.P) comme lieu de stage, qui d’ailleurs a bien voulu nous accueillir et nous a donné comme thème : ‹‹Les essais géotechniques en laboratoire et in situ››. Les essais et le contrôle géotechniques se placent au cœur même de l’exécution de tout chantier et ils constitueront l’objet de notre présent travail. Notre travail s’articulera autour trois (03) principaux axes : Nous présenterons tout d’abord d’une façon générale le L.N.B.T.P, puis nous présenterons quelques essais géotechniques et leurs réalités pratiques de réalisation ; et nous terminerons par une exploitation des résultats obtenus lors de ces essais.

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Les essais géotechniques en laboratoire et in situ

Chapitre I : Présentation du L.N.B.T.P Le Laboratoire National du Bâtiment et des Travaux Publics (L.N.B.T.P/Burkina), est un établissement public à caractère industriel et commercial. Il a été créé en 1968 par décret n°68223/PL/TP. Structure bien organisée, il intervient dans plusieurs domaines du génie civil. Le L .N.B.T.P siège à Ouagadougou (Burkina Faso) et plus précisément dans le quartier Gounghin sur le boulevard Naaba ZOMBRE. Il a une représentation appelée Délégation Régionale à Bobo Dioulasso.

I.1 Domaines d’intervention du L.N.B.T.P

De nombreux services sont rendus par la dite société à plusieurs niveaux. Elle intervient en effet dans :

      

les missions d’études et d’expertises les missions de recherche appliquée et fondamentale le domaine d’infrastructures et de transport le domaine de construction des matériaux le domaine de la mécanique des sols et fondations le domaine de la recherche le domaine du contrôle technique

I.2 Organigramme du L.N.B.T.P

Son personnel est constitué de 277 personnes dont 147 permanents parmi lesquels on dénombre environ une trentaine de cadres (ingénieurs, techniciens, agents techniques), et 130 temporaires. Pour réussir la mission qu’il s’est assigné, le L.N.B.T.P s’est tracé une ligne de conduite qui l’a amené à l’organisation suivante :

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Les essais géotechniques en laboratoire et in situ

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Les essais géotechniques en laboratoire et in situ

Chapitre II : Essais géotechniques sur les matériaux Pour la suite il sera question de procéder par essai dans les différentes sections de chaque département et pour chacun des essais précédemment cités, de le définir, et de donner son but, son principe ainsi que le matériel effectivement utilisé pour l’exécution de l’essai et pour finir, son mode opératoire avec à l’appui des illustrations sous la base qu’un schéma vaut 1000 mots. Les feuilles de calcul (et/ou l’expression des résultats) ainsi que les formules seront en annexe I et annexe II : photos matériels. Le nom d’une section fait référence aux essais qui y sont réalisés. II.A

Département géotechnique routière

II.A.1 Section échantillonnage II.A.1.1 Echantillonnage a) Le prélèvement Les matériaux déposés sur le chantier peuvent ne pas provenir du même emprunt. Par soucis de ne pas faire l’étude sur le même échantillon au risque d’avoir des résultats erronés, le prélèvement s’effectue sur toute une planche de longueur d’environ une centaine de mètre. Quant à la quantité du matériau prélevé, elle est d’environ une soixantaine de kilogramme car le même matériau devait non seulement subir tous les essais nécessaires, mais aussi servir de réserve pour une éventuelle reprise pour confirmer des résultats contradictoires, divergents avec ceux obtenus par le laboratoire de l’entrepreneur. De retour au laboratoire, le matériau prélevé de quantité Q est étalé puis séché à l’air libre pendant environ quatre (04) heures de temps, dans le but de diminuer la teneur en eau du matériau avant l’essai car une importante teneur en eau pourrait nuire à la bonne qualité des résultats. b) Exécution de l’essai Au laboratoire, l’essai doit être fait sur une quantité plus faible q. Comment séparer cette quantité q représentative de Q ? Deux procédés de base assez satisfaisante sont utilisés : par quartage et à l’aide d’échantillonneur. NOTA : Une fois le matériau provenant du chantier jugé sec, on procède au tamisage. En effet le matériau est passé au tamis de 20mm afin d’éliminer les graviers grossiers. Puis seuls les passants sont retenus pour l’échantillonnage.  Le quartage Comme le nom l’indique, on divise l’échantillon en quarts. Placer l’échantillon bien homogénéisé dans un bac métallique à bords peu élevés (de préférence), et l’étaler. A l’aide d’une truelle, partager d’abord eu deux moitiés (1), puis en quatre quarts (2), sensiblement égaux. Eliminer les fractions A et D, et réunir les fractions opposées B et C: on a ainsi la moitié de l’échantillon primitif.

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Les essais géotechniques en laboratoire et in situ

 Emploi d’échantillonneur Cet appareil de laboratoire permet de diviser facilement en deux parties représentatives la totalité d’un échantillon initial. Des cloisons transversales constituent une succession d’entonnoirs dont les ouvertures sont dirigées d’un côté et de l’autre. Le matériau à étudier, versé dans l’échantillonneur à l’aide d’une pelle spéciale est recueilli dans 2 petits bacs. Chaque moitié, représentative de l’ensemble peut être encore partagée en 2, puis encore en 2 etc.…. A la fin, l’échantillon est reparti dans des plats ‘points', pesés, étiquetés. L’essai Proctor nécessite 5 points (6 kg d’environ), l’essai CBR nécessite 3 points. NOTA : Ces deux procédés peuvent être utilisés séparément ou conjointement, en fonction des quantités à séparer et de la grosseur maximale des grains.

II.A.2 Section granulométrie II.A.2.1 Analyse granulométrique par tamisage a) Définition et but de l’essai L’analyse granulométrique est un essai qui consiste à étudier la granulométrie du granulat, c’est –à- dire la distribution des grains suivant leur dimension en déterminant par pesée l’importance relative des classes de grains de dimension bien définies par pourcentages. Elle se fait par tamisage pour la fraction de granulat dont le diamètre des grains est supérieur à 0.080 mm et par sédimentométrie pour la fraction des sols dont le diamètre des grains est inférieur à 0.08 mm. Pour ce travail l’analyse granulométrique s’est limitée au tamisage. b) Principe de la méthode L’opération consiste à éliminer par lavage à l’eau des fillers puis à procéder un tamisage après séchage à l’étuve. À partir de la masse on détermine les différents pourcentages des refus. Les résultats sont exprimés sous forme d’un graphique semi-logarithmique appelé courbe granulométrique. Cette courbe est l’un des indicateurs permettant de caractériser la distribution granulométrique du matériau. c) Matériel nécessaire  une série de tamis (fils métalliques à mailles carrées),  un tamis de 80 µm pour le lavage,  une étuve pour le séchage,  un fond de cuve et couvercle,  une brosse métallique,  une balance de précision.

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d) Mode opératoire d.1) Les préparations avant l’essai  Préparations avant l’essai d’analyse granulométrique par tamisage

Après l’échantillonnage, le tas réservé pour l’essai granulométrique par tamisage est recueilli dans un plat, pesé puis lavé à grande eau sur le tamis de 80µm pour éliminer les fillers. Le lavage est terminé si l’eau qui s’écoule du tamis prend l’aspect clair. Après lavage, les refus son mis à l’étuve à 105°C pendant 24H. À sa sortie de l’étuve, on pèse le matériau pour déterminer sa masse sèche et on commence le tamisage.  Préparations avant l’essai d’analyse granulométrique par tamisage à sec après lavage 1

M1h

Etuvage

Pesée M1s 2

M

Mh

Lavage au tamis 80µm

Etuvage

Pesée Ms

A partir de l'échantillon M, on divise le matériau en deux échantillons. 1. Le premier échantillon sert exclusivement à établir une règle de proportionnalité sur la teneur

en eau considérée uniforme du granulat. Pour cela il est prélevé et pesé humide, M1h puis séché et pesé sec M1s. 2. Le second est prélevé et pesé humide, Mh puis tamisé par lavage (sur le tamis de 80µm) séché et pesé sec Ms. Le raisonnement permettant de déterminer (par calcul) la masse sèche totale de l’échantillon à laver sans le sécher est le suivant. Si la masse humide d’un échantillon de granulat, M1h, donne une masse sèche M1s alors la masse de n’importe qu’elle autre échantillon du même granulat Mh donnera la masse totale sèche Ms correspondante par proportionnalité (règle de trois), soit: Ms =Mh (M1s/M1h). La masse sèche Ms1 prélevée sur Ms sera utilisée pour l’essai.

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d.2) L’exécution de l’essai Après observation du granulat, faire choix du tamis le plus fin et du tamis le plus gros. On s’arrange en général pour que le granulat passe entièrement au travers du tamis le plus gros. Empiler les tamis dans l’ordre croissant (bas vers le haut), agiter horizontalement le tout manuellement jusqu’à ce qu’il ne passe pratiquement plus de matière susceptible d’influencer les résultats de façon significative. Puis agiter individuellement chaque tamis, supérieur jusqu’au dernier (c’est le tamisage). Peser les refus en cumulé. C’est à dire, peser le contenu du premier tamis puis y ajouter le contenu du tamis immédiatement inférieur pour avoir le refus cumulé, et ainsi de suite. Porter les résultats des refus cumulés en g dans un tableau. Calculer les refus cumulés en % Calculer les tamisât en % Tracer la courbe. Les feuilles d’essais et les courbes en annexe1, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.A.2.2 Essai de détermination du coefficient d'aplatissement a)Définition et but

Le coefficient d’aplatissement d’une classe correspond au passant en % du tamisage sur la grille à fentes correspondante. La détermination du coefficient d'aplatissement est l'un des tests permettant de caractériser la forme plus ou moins massive des granulats. b) Principe Séchée et pesée, la prise d’essai est d’abord divisée en classes granulaires d/D selon leur grosseur par tamisage sur tamis à mailles carrées. Chacune de ces classes est à son tour passée sur une grille à fente parallèles d’écartement G/ E> 1,58. La forme d’un élément est définie par trois dimensions principales à savoir la longueur (L), l’épaisseur (E) et la grosseur (G). Le coefficient d’aplatissement A d’un lot de granulat soumise à l’essai est par définition le pourcentage des éléments tels que : G/E>1,58 c) Matériel nécessaire  une balance  une étuve  une série Tamis de 80 µm à 80 mm  une série Grille à fente de 2.5 mm à 20 mm

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Les essais géotechniques en laboratoire et in situ

d) Mode opératoire (NF P 18-561) Granulat de masse M0 déversé sur tamis à maille d2

Passant Mg à travers le tamis d1 et refusé sur d2 Déversé sur grille à fentes d’écartement d2/1,58 Matériau refusé = bonne forme Tamis d2 immédiatement inférieur à d1 1

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Matériau passant Me =mauvaise forme

1. L’échantillon (point) provenant de l’échantillonnage est d’abord écrêté (lavage) au tamis de 4mm et le refus séché de masse M0 est utilisé pour le double tamisage. Pour chaque tamis, peser le refus élémentaire de masse Mg, 2. Passer ensuite le refus élémentaire à la grille, recueillir le passant et le peser Me, Le coefficient d’aplatissement de cette classe granulaire est 100x (Me/Mg). Procéder de même pour les autres tamis. Le coefficient d’aplatissement global A est donné par: A=100x (∑Me/∑Mg). La feuille d’essai en annexe2, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.A.2. 3 Détermination de la propreté superficielle a) Définition et but La propreté superficielle est définie comme étant le pourcentage pondéral de particules de dimensions inférieures à 0,5mm adhérentes à la surface ou mélangées à un granulat de dimension supérieure à 2mm. L'essai de propreté d'un gravier met en évidence la présence d'éléments fins dans le gravier et permet de les quantifier. Le but de l'essai est donc de déterminer la propreté d'un granulat au regard de son utilisation possible. b) Principe de la méthode Les éléments fins contenus dans le granulat à tester sont séparés par lavage sur un tamis d'ouverture 0.5mm. Leur pourcentage est déterminé par pesée après séchage du refus. c) Matériel nécessaire  un ami de 0,5 mm  une balance de precision1g  une étuve

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d) Mode opératoire (NF P 18-591 sept. 90) Il s’agit de séparer par lavage sur tamis de 0.5 mm les particules inferieures à cette dimension. Pour l’expression des résultats, on calcule d’abord la masse sèche de l’échantillon soumis à l’essai Ms à partir de la formule suivante : Ms (g) = Mh x (M1s/M1h). M1h : le premier échantillon préparé; Mh : le deuxième échantillon préparé ; M1s : la masse sèche du premier échantillon séché à l’étuve. Ensuite, on calcul la masse sèche m des éléments inferieurs à 0.5 mm par la formule : m(g) = Ms – m’ La feuille d’essai en annexe3, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III.

II.A.2.4 Essai de détermination du poids spécifique ou masse volumique réelle des granulats

Par définition, c’est la masse du granulat sec sans les vides (pores) occupant l’unité de volume V mesuré avec le pycnomètre. Le matériau est d’abord lavé au tamis de 4mm et séché puis on prend une masse de prise d’essai selon la taille du ballon. Plaque de verre

P1 Ballon vide

eau

P2

P3

P4

3

Les pesées

Matériau

 Peser le ballon (propre, sec) vide et sa plaque de verre soit le poids P1, 

Le remplir intégralement d’eau en le couvrant de sa plaque de verre afin d’éliminer si nécessaire les bulles d’air emprisonnées soit le poids P2,



Vider le ballon, y verser une certaine quantité de matériau sec soit le poids P3,



Une fois le matériau versé, remplir nouveau celui-ci d’eau (laisser reposer minimum 15mn), et faire le vide au moyen de la cloche à vide (2h) afin d’éliminer les pores, et peser soit le poids P4.

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Les essais géotechniques en laboratoire et in situ

Renouveler l’opération pour faire la moyenne. NOTA : La méthode est dite celle du pycnomètre mais dans ce cas, un ballon a été utilisé. La feuille d’essai en annexe4, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III.

II.A.3 Section Limites d’Atterberg et Equivalent de Sable II.A.3.1 Limites d’Atterberg a) Définition La limite d’Atterberg informe sur l’étendue de la plage de teneur en eau à l’intérieur de laquelle le sol remanié a un comportement plastique, c’est-à-dire « pâteux ». C’est l’un des essais de laboratoire les plus complexe car elle demande la présence effective, l’attention ainsi que le bon sens de l’opérateur. L’essai s’effectue sur les fines et deux des cinq (05) limites d’Atterberg étaient déterminés au laboratoire. Il s’agit de la limite de liquidité et celle de plasticité.

II.A.3.1.1 Limite de liquidité a) But et principe de la méthode Le but de cet essai est de déterminer la teneur en eau d’un échantillon à son passage de l’état liquide à l’état plastique. L’essai consiste à déterminer le nombre de coup à la coupelle de Casagrande permettant de refermer d’environ1.mm les deux (02) lèvres de la rainure et de déterminer la teneur en eau correspondant au nombre de coups. On répète cinq fois l’opération et on trace la droite de la limite de liquidité appelée courbe d’écoulement, représentant la teneur en eau en fonction du nombre de coups. La limite de liquidité est ainsi obtenue à partir de cette droite et correspond à la teneur en eau obtenu avec 25 coups à la coupelle de Casagrande. b) Matériel nécessaire  un plat pouvant contenir tout le matériau après lavage,  un tamis de 0.4mm pour le lavage,  une pipette d’eau,  appareil de Casagrande et accessoires,  une plaque en acier pour le malaxage,  une balance,  une étuve pour la détermination de la teneur en eau.

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c) Mode opératoire (NFP 94-051)  Préparation avant l’essai Après échantillonnage, l’échantillon réservé aux limites est lavé à l’eau sur le tamis de 0.4 mm soit de module AFNOR n° 27. Seules les particules fines passant à ce tamis recueillies dans un plat seront retenues pour l’essai. Le plat contenant l’eau trouble est ensuite déposé plusieurs heures à l’ombre pour permettre aux fines de décanter. L’eau claire surnageant la pâte est perpétuellement chiffonnée pour accélérer le processus de décantation.  L’exécution de l’essai La pâte est renversée sur la plaque métallique, et on commence le malaxage qui dure quelques minutes. Le but est d’homogénéiser la pâte et on la considèrera homogène lorsque qu’elle est exempte de morte. Une fois homogène et après avoir bien nettoyé la coupelle de Casagrande, la pâte est délicatement remplie sur le plateau de la coupelle et on racle soigneusement la moitié que l’on remet sur la plaque.

²

Appareil de Casagrande

Le but du raclage est de respecter la prescription de la norme selon laquelle l’épaisseur au centre doit être de 15 à 20 mm. Aussi, la pression exercée sur la pâte permet pour ainsi de rendre le remplissage parfait. À l’aide l’outil à rainurer, on crée d’un seul mouvement une rainure séparant complètement la pâte en deux. À l’aide de la manivelle de la coupelle, effectuer une série de choc régulier d’environ 02 coups/s. Pendant ce temps l’attention de l’operateur doit être fixée sur les deux lèvres de la rainure car il doit arrêter les coups dès lors qu’elle se touche d’environ 15 mm. L’essai n’est acceptable que si l’on obtient au premier essai un nombre de coups supérieur à quinze (15). Noter alors le nombre de coups et prélever des tares pour déterminer de la teneur en eau après avoir pesé la masse humide et répéter ainsi l’opération pour les trois autres points de la droite. La feuille d’essai en annexe5, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III.

II.A.3.1.2 Limite de plasticité a) But et principe de la méthode Cet essai relativement plus simple que le précèdent a pour but de déterminer la teneur en eau d’un échantillon de sol de son passage de l’état liquide à l’état solide.

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Le principe de l’essai consiste à rouler à la main et contre une plaque un échantillon de sol jusqu’à observer l’apparition des fissures et procéder à la détermination de la teneur en eau dès l’apparition de ces fissures. b) Matériel nécessaire L’essai est généralement effectué après la limite de liquidité. Ainsi, une partie du précédant matériel est reconduit :  le tamis de 0.4 mm,  la plaque métallique,  la pipette,  l’étuve. c) Mode opératoire (NFP 94-051) L’exécution de l’essai consiste à confectionner un cylindre de terre en rouler à la main et contre une plaque un échantillon jusqu’à ce qu’il présente les dimensions suivantes :  Diamètre 3 mm,  Longueur 10-15 cm. On s’arrête dès l’apparition de fissure sur le cylindre. Découper ensuite ce cylindre en trois ou quatre parties que l’on partage dans deux tares. Répéter l’opération cinq ou six fois et peser les cylindres dans des tares pour déterminer la masse humide. Des tares sont ensuite mises à l’étuve pour la détermination de la teneur en eau. La feuille d’essai en annexe5, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III.

II.A.3.1.3 Essai d’équivalent de sable a) Définition et but de l'essai L'équivalent de sable (ES) est le rapport multiplié par 100 de la hauteur de la partie sableuse sédimentée à la hauteur totale du floculat par rapport au fond de l’éprouvette. L'essai d'équivalent de sable permet de mesurer la propreté d'un sable. Il rend compte globalement de la quantité des éléments fins contenus dans ce sable : fines de nature siliceuse, calcaire et argileuse y compris celles enveloppant les granulats de dimension supérieure à 80µm et qui n’apparaissent pas dans l’analyse granulométrique par voie sèche.

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b) Principe de la méthode L'essai consiste à faire floculer les éléments fins d'un sable mis en suspension dans une solution lavante puis, après un temps de mise au repos donné, à mesurer la hauteur des éléments sédimentés. Il est effectué sur la fraction du sable passant au tamis à mailles carrées de 5mm.

c) Mode opératoire  Préparation de l’échantillon L’essai est réalisé sur les granulats 0/2mm à une teneur en humidité inférieure à 2% à la température ambiante (25C0).Ainsi dans certains cas il est nécessaire de réduire (en étalant à l’air car étant trop humide) ou d’augmenter (trop secs) la teneur en humidité naturelle afin d’obtenir une prise d’essai dont l’humidité est comprise entre 0 et 2%. Après avoir tamisé l’échantillon humide au tamis de 2mm le passant est prélevé dans une tare et mis à l’étuve à 105C0 pendant au moins 4h afin de déterminer la teneur en eau initiale W%. Prélever pour chaque prise une quantité (Mh) de matériau humide correspondant à 120 g ± 1 g de matériau sec, c'est à dire : Ms=120(1+W/100) en g et on commence l’essai proprement dit.  Exécution de l’essai Remplir les 2 éprouvettes de solution lavante jusqu'au repère n°1(100ml), puis verser les prises de matériau. Eliminer les bulles d'air en frappant à plusieurs reprises la base de l’éprouvette sur la paume de la main pour déloger les bulles d’air et favoriser le mouillage de l’échantillon puis laisser reposer 10 mn.

Boucher les 2 éprouvettes et les placer sur l’agitateur mécanique.

Laver les parois intérieures des éprouvettes à l'aide du tube laveur et remplir jusqu'au trait repère n°2

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Laisser reposer 20 mn ± 10 s

Déterminer ESv et ES

H1, H'2, H2 sont arrondis au mm près (piston taré de 1Kg). La feuille d’essai en annexe6, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III.

II.A.4 Section Proctor-CBR II.A.4.1 Essai Proctor modifié a) Définition et but de l’essai Au fur et à mesure que la teneur en eau augmente, l’eau agit comme un lubrifiant, elle réduit les frottements et facilite les glissements (ce qui amène le sol à se ramollir et à devenir plus facile à travailler). Les grains peuvent alors, sous l’effet du compactage, se serrer en ne laissant subsister entre eux qu’un minimum de vides résiduels. Il en résulte des densités plus élevées et des teneurs en air plus faibles. L'essai Proctor tient son nom de l'ingénieur Ralph R. Proctor, il reproduit le même phénomène au laboratoire afin de déterminer la densité maximale du sol et des granulats analysés, en d’autres termes savoir comment manier un sol ou des granulats de sorte qu’avec un volume de vide restreint on ait un maximum de concentration en matériau élevée. L’essai Proctor a pour but de déterminer la teneur en eau optimale pour un sol de remblai donné et des conditions de compactage fixées qui conduit au meilleur compactage possible. Autrement dit, l’essai a pour objectif de déterminer la teneur en eau correspondant à une capacité portante maximale.

b) Principe de la méthode L'essai consiste à tester la compacité du sol porté à différentes teneur en eau variable et croissante d’amplitude 2, et à mesurer la teneur en eau et son poids spécifique après compactage. L’opération est répétée cinq (05) fois de suite jusqu’à la chute du poids spécifique. Cinq (05) points de la courbe densité sèche en fonction de la teneur en eau sont alors déterminés. Les coordonnées ( , ) correspondants à l’Optimum Proctor Modifié (OPM) sont représentés par le point maximal de la courbe qui donne en abscisse la teneur en eau optimale pour une compacité maximum en ordonnée.

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c) Matériel nécessaire à l’essai  un moule CBR + embase,  une dame Proctor modifiée,  une règle à araser métallique,  un disque d’espacement,  une bâche à homogénéisation,  une éprouvette graduée (1000 ml :10 ±5 ; 20°C),  des tares au nombre de 10,  une clé mécanique,  une étuve de 300°C max,  une balance (kern max 16100g d=0,1g).

d) Mode opératoire (NFP 94-093) Un des cinq (05) échantillons marqués est renversé dans la bâche à homogénéiser. L’essai débute à 2% de teneur en eau par ajout aux matériaux d’une quantité d’eau correspondant à 2% de la masse de l’échantillon consigné sur l’étiquette. Étant donné que la masse volumique de l’eau est de un kilogramme par litre (1Kg/L), la quantité d’eau à ajouter correspond directement au volume mesuré dans l’éprouvette graduée. Le matériau est ensuite malaxé jusqu’à obtention d’un mélange homogène. Deux tares y sont directement prélevées pesées et mises à l’étuve pour la détermination de la teneur en eau. L’essai Proctor modifié est compacté en cinq (05) couches à raison de cinquante-six (56) coups par couche. Le matériau est dit compacté à 100%. Après le compactage de la dernière couche, on s’assure que le matériau a dépassé le moule d’environ un centimètre (1cm), puis on arase délicatement en commençant par le centre. On ôte l’embase et le disque d’espacement puis on pèse le moule contenant le matériau compacté et arasé. On renouvelle l’opération en variant de façon croissante la teneur en eau. On passe ainsi de 2% à 4%. NOTA : Par expérience la teneur en d’eau est atteinte lorsque le matériau humidifié a une certaine prise. Les feuilles d’essai en annexe7, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III.

II.A.4.2 Essai CBR a) Définition et but de l’essai Le California Bearing Ratio test (CBR) est un essai de portance (aptitude des matériaux à supporter les charges) des remblais et des autres couches des ouvrages routiers. Selon les trois (03) types d’essais CBR, on distingue: l’indice CBR immédiat, l’indice CBR après imbibition et l’indice CBR portant.

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L’essai CBR immédiat est une mesure de résistance au poinçonnement d’un sol compacté à sa teneur en eau naturelle. Il sert directement de référence dans les régions peu humide, sans variation hydrique considérable. Le but de cet essai est de déterminer expérimentalement des indices portants (IPI, ICBR) qui permettent  d’établir une classification des sols (GTR),  d’évaluer la traficabilité des engins de terrassement(IPI),  déterminer éterminer l’épaisseur des chaussées (CBR augmente ⇒ épaisseur diminue), b) Principe de la méthode La charge apportée par le pneu sur la chaussée poinçonne le sol de fondation. Ce poinçonnement est d’autant plus petit que l’épaisseur de la chaussée est grande.

L’immersion pendant 4 jours dans de l'eau correspond aux conditions hydriques prévues pendant la vie de l’ouvrage. Une charge d’environ la charge de service est ensuite appliquée et on poinçonne le matériau dans des conditions déterminées (vitesse constante et déterminée) tout en mesurant les efforts (F) et les déplacements (Δh) qui en résultent. On obtient la courbe d’essai. Une comparaison de ces résultats avec ceux obtenus sur un sol de référence (californien) est ensuite effectuée. c) Matériel nécessaire  une moule CBR,  une dame Proctor modifiée,  une règle à araser métallique,  un disque d’espacement,  une bâche d’homogénéisation,  une éprouvette graduée (1000ml : 10± 5,20°C),  des tares,  une clé mécanique,  une étuve de 300°C max,  une balance (Kern max 16100g d=0.1g),  une poinçonneuse CBR,

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 deux disques de surcharge.

d) Mode opératoire (NFP 94-078)  Le compactage L’échantillon (mélange des trois (03) points marqués provenant de l’échantillonnage) est renversé dans la bâche à homogénéiser. L’essai débute à l’optimum Proctor modifié, C’est-à-dire qu’on ajoute aux matériaux une quantité d’eau correspondant à la teneur du matériau déterminé à l’optimum Proctor modifié. Le matériau est ensuite malaxé pour être rendu homogène, puis la bâche à homogénéise est recouverte sur elle-même pour limiter les pertes d’eau par évaporation. Le compactage s’effectue en cinq (05) couches. Le principe de compactage est identique à celui de l’essai Proctor modifié. Après compactage de la dernière couche, on s’assure que le matériau à dépasser le moule d’environ un centimètre (1cm), puis on arase délicatement en commençant par le centre. On ôte l’embase et le disque d’espacement puis on vérifie que la masse moule contenant le matériau compacté et arasé, est approximativement identique à celle obtenue théorique connaissant le volume du moule, l’eau de moulage et la densité du matériau. Pendant le compactage, des tares sont prélevées directement dans le bac à homogénéisation et pesés pour la détermination de la teneur en eau. L’opération est ainsi effectue avec une énergie de compactage de dix (10), vingt-cinq (25) et cinquante-six (56) coups.  L’imbibition L’opération d’imbibition est réalisée comme suit : Après avoir pesé l’ensemble moule (retourné) + embase + échantillon (compacté et arasé), on place successivement un disque en feuille de papier qui servira de filtre et une charge constituée par des disques annulaires de 2.265Kg représentant l’équivalent de la contrainte imposée par la chaussée sur la plate-forme. Le tout est immergé pendant quatre (04) jours (soit 96h dans un bac rempli d’eau), la plaque de base étant un peu écarté du fond pour permettre le passage de l’eau.  Le Poinçonnement Pour le poinçonnement, la poinçonneuse utilisée est de type manuel muni d’un piston de poinçonnement de diamètre 4.96cm et de deux (02) comparateurs : un de cadence et Poinçonneuse manuelle

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l’autre permettant suivre l’enfoncement du piston de 19,35 cm2 de section. Un opérateur effectue un mouvement régulier de rotation de la manivelle de la poinçonneuse (manuelle), pendant qu’un second note les valeurs de l’enfoncement en fonction des valeurs prédéfinies de cadence. Il en est de même pour tous les trois (03) moules. Les feuilles d’essais en annexe8, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III.

II.A.5 Section Produits hydrocarbonés II.A.5.1 Essais d’identification de bitume

Ces trois essais permettent de déterminer les caractéristiques intrinsèques d’un bitume pur à savoir sa densité relative, son point de ramollissement et sa pénétrabilité afin de déterminer sa classe. Les feuilles d’essais en annexe9, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III. II.A.5.1.1 Détermination de la densité relative à 250 C, méthode au pycnomètre Afin de rendre le liant suffisamment fluide (le ramollir), il est légèrement chauffé en ayant soin d'éviter toute perte de matières volatiles. Après avoir pesé le pycnomètre propre et sec, muni de son bouchon (masse P1), le remplir précautionneusement avec l'eau distillée, mettre le bouchon en place et s'assurer que le pycnomètre soit bien rempli sans présence de bulle d'air (masse P2). Introduire l'échantillon de bitume dans le pycnomètre en évitant la formation de bulles d'air. L'échantillon doit remplir entre ½ et ¾ du volume apparent total du pycnomètre. Le pycnomètre contenant le liant est ensuite refroidi pendant 1h jusqu'à la température du laboratoire et pesé au 0,1 mg près (masse P3). On place ensuite le pycnomètre rempli du mélange non miscible d’eau et bitume dans un bain thermostatique à 25°C pendant 30mn et on ajuste si nécessaire le niveau d'eau du pycnomètre au moyen de l'eau distillée à (25 °C) et en remettant le bouchon en place. Retirer le pycnomètre du bain et essuyer immédiatement le sommet du bouchon d'un coup de serviette. Essuyer et sécher le reste de la surface extérieure du pycnomètre et le peser au 0,1 mg près (masse P4).

II.A.5.1.2 Détermination du point de ramollissement (méthode bille et anneau) Pour se faire un échantillon fluidifié par chauffage est versé dans deux anneaux, reposant sur une plaque enduite de vaseline. On les laisse se refroidir en 30 mn, raser ensuite l’excès ( aplanir) avec une spatule avant de placer l’ensemble dans un vase d’eau distillée à 5°C + -1° durant 15 mn. Puis on mesure la température à laquelle une bille d’acier, placée à la surface

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du produit contenu dans chaque anneau de métal, tombe d’une hauteur déterminée après avoir traversé le produit progressivement ramolli sous l’effet d’une élévation de température par chauffage effectuée à vitesse constante (5°C/mn).On prend la moyenne des deux températures. NOTA : Le matériel utilisé est à la même température que la prise d’essai.

II.A.5.1.3 Détermination pénétrabilité à l'aiguille On place la prise d’essai (25°C) sur le pénétromètre en plaçant l’aiguille chargée à 100g de sorte à ce qu’elle affleure sa surface . Régler l’aiguille à 0, la libérer pendant 5 s, la bloquer et mesurer sa profondeur d’enfoncement. La valeur retenue sur chaque coupelle est la moyenne de trois déterminations ne sortant pas d’une étendue de 3. a) Matériel nécessaire pour les trois essais  une balance de précision +thermomètre  un pycnomètre +plat pour bain thermostatique+réfrigérateur+eau distillée  un appareil Bille Anneau +plaque chauffante  un pénétromètre à bitume

Point de ramollissement

Pénétrabilité

II.A.5.2 Essai Kumagawa L’essai à pour objet la détermination de la teneur en bitume des enrobés. a) Principe L’essai de détermination de la teneur en bitume d’un enrobé par la méthode Kumagawa consiste à laver l’enrobé dans l’appareil Kumagawa avec un solvant ‘perchlore’ qui désolidarisera complètement le bitume des granulats par dissolution à chaud au cours d’une distillation sous reflux. b) Matériel nécessaire  une étuve  une balance  un appareil Kumagawa

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 un solvant  une cartouche+papier filtre normalisé c) Mode opératoire Un échantillon d’enrobé est pesée puis passé à l’étuve réglée à 120° C pour le ramollir. On pèse séparément le filtre+cartouche et le filtre seul. On verse ensuite l’échantillon dans la cartouche et on pèse filtre+cartouche+enrobé .Puis monter soigneusement le décanteur, le collier, le réfrigérant et l’alimentation en eau. On place le tout dans l’appareil Kumagawa mis en marche pendant au moins 4h avec 2l de solvant. Au fait on attend que l’enrobé soit lavé jusqu’à ce que le liquide qui s’écoule avec le bitume devienne clair. On transfère alors le filtre+cartouche+enrobé dans l’étuve. Après séchage on procède aux différentes pesées qui vont permettre de calculer les teneurs en bitume par rapport à l’enrobé et par rapport aux granulats. On effectue généralement sur les granulats propres et séchés une analyse granulométrique. NOTA : L’eau n’est pas recueillie donc pas de teneur en eau. Les feuilles d’essais en annexe10, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III.

II.A.5.3 Essai Marshall a) Définition et but de l’essai Par définition, le quotient Marshall est le rapport S/F entre la stabilité S et le fluage F. C’est un essai permet de déterminer pour une température et une énergie de compactage données, les caractéristiques physique et mécanique: le pourcentage de vide, la résistance mécanique dite « stabilité », l’affaissement dit « fluage » et le quotient Marshall des éprouvettes d’un enrobé bitumineux à chaud. b) Principe L’essai consiste à la confection d’éprouvettes cylindriques d’enrobé compactées selon un mode de compactage dynamique (analogue au Proctor, avec une dame Marshall à raison de 50 coups par face) puis à les soumettre à des essais physiques et mécaniques Marshall (mesures géométriques, pesée hydrostatique, compression diamétrale).L’essai est réalisé avec trois éprouvettes. c) Matériel nécessaire  une balance munie d’un crochet pour pesée hydrostatique  une étuve  une dame Marshall : hauteur de chute de 460mm  trois moules Marshall  un bain thermostatique  une presse Marshall Anneau dyn. 60 KN + Mâchoire d’écrasement + Fluagemètre

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d) Mode opératoire (NF P 98-251-2)  Préparation de l’échantillon Le mélange hydrocarboné ou enrobé est fabriqué en laboratoire suivant la norme à la température de référence ou prélevé sur le chantier en général par carottage. L'échantillon, dans un plat est mis à l'étuve à 150°C pendant 1h environ pour le ramollir ainsi que les accessoires de l'essai (moule bien enduit de vaseline).  Exécution de l’essai

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1. Echantillon homogène préparé. 2. Peser et introduire une quantité m environ 1200g dans le moule après avoir placé un disque de papier en fond de ce dernier, et l'avoir enduit légèrement et mis en place la hausse. Un disque de papier est placé au dessus de la quantité. Ensuite l'éprouvette est immédiatement compactée en appliquant 50 coups en 55s de marteau de la dame sur la face supérieure et vis versa pour la face inférieure. 3. Après avoir refroidi l'éprouvette à jet d'eau froide circulaire sans la mouiller, conserver le moule pendant 1h au moins à température ambiante et la démouler (le démoulage est effectué en faisant passer l'éprouvette du moule dans la hausse à l'aide d'un piston extracteur). La masse volumique apparente MVa est calculée à partir des mesures géométriques portées sur l'éprouvette à l’aide d’un pied à coulisses. 4. Détermination de la masse puis son volume apparent par pesée hydrostatique sans paraffinage de sa surface. En application de la loi d'Archimède, on déduit la masse volumique apparente de l'éprouvette. 5. Conserver l'éprouvette 4h au moins à température ambiante, immerger l'éprouvette et la mâchoire d'écrasement dans un bain marie à 60°C pendant 40mn sans dépasser 1h ; puis placer l'éprouvette dans la mâchoire et porter l'ensemble entre les plateaux de la presse ; d'où elle sera soumise à l'effort de compression à une vitesse de déformation de 50mm/mn. On lit les valeurs de

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S enregistré et F à l’aide du comparateur. Les feuilles d’essais en annexe12, l’analyse et l’interprétation des résultats au chapitre III.

II.A.5.4 Essai Duriez a) But L’essai permet de déterminer pour une température et un compactage donnés, la tenue à l’eau d’un mélange hydrocarboné à chaud à partir du rapport des résistances à la compression avec et sans immersion des éprouvettes. b) Principe Les éprouvettes nécessaires à la réalisation de l’essai sont fabriquées par compactage statique à double effet. Deux éprouvettes sont destinées à la mesure de la masse volumique par pesée hydrostatique, pour calculer le pourcentage de vide. Les autres éprouvettes sont soumises à l’essai de compression après conservation dans des conditions définies ; à l’air pour certaines éprouvettes et à l’immersion pour d’autres.

c) Matériel nécessaire  une balance munie d’un crochet pour pesée hydrostatique  une étuve  un malaxeur  Un moule Duriez +entonnoir+piston extracteur+truelle  un bain thermostatique  une enceinte climatique  une presse Duriez

d) Mode opératoire (NF P 98-251-1, NF P 98-250-1, NF P 98-250-6)  Préparation de l’échantillon

L’enrobé provenant du malaxeur, dans un plat (+le moule enduit de vaseline) est mis à l'étuve pour simuler le vieillissement à court terme. Une fois la température atteinte, la durée du chauffage minimale est de 30 mn et ne doit jamais excéder deux heures.

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 Exécution

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1. Mise en place de l’enrobé homogène préparé d’environ 1Kg dans le moule à l’aide d’un entonnoir. Dans le moule l’enrobé est encadré par deux disques de papier comme pour l’essai Marshall. 2. Puis on passe au compactage des éprouvettes par compactage statique à double effet sous charge de 60KN atteint en moins de 60s et maintenu pendant 300s (D2 ce qui implique que la granulométrie est étalée 1