CARACTERISATION GEOTECHNIQUE DES GRANULATS ET EVALUATION DE LA PRODUCTION DE BLOCS D’ENROCHEMENTS

CARACTERISATION GEOTECHNIQUE DES GRANULATS ET EVALUATION DE LA PRODUCTION DE BLOCS D’ENROCHEMENTS

 Les granulats sont définis par des propriétés essentiellement physiques et mécaniques. Leur qualité est directement conditionnée par la nature pétrographique de la roche et le mode d’élaboration des granulats. Les essais normalisés de laboratoire permettent de déterminer ces propriétés, en fonction des conditions d’utilisation.

 ESSAIS D’IDENTIFICATION 

Les essais d’identification des granulats comprennent : l’analyse granulométrique, la mesure du coefficient d’aplatissement, les mesures de la masse volumique réelle et de la masse volumique apparente, la détermination du coefficient d’absorption et l’essai d’équivalent de sable.

 Analyse granulométrique

 La granularité, c’est la répartition en poids des particules minérales d’un échantillon de matériau suivant leurs dimensions. La granulométrie ou l’analyse granulométrique (EN 933- 2), c’est la mesure de la granularité. L’essai est effectué sur les classes granulaires respectives 0/3, 3/8 et 8/16 mm avec les masses initiales Pi suivantes : 500 grammes pour la classe 0/3 3 000 grammes pour la classe 3/8 5 000 grammes pour la classe 8/16. Les pourcentages des refus R (%) et des passants P (%) cumulés sont calculés par les formules suivantes : R (%) = 𝑺𝒐𝒎𝒎𝒆 𝒅𝒆𝒔 𝒓𝒆𝒇𝒖𝒔 𝒂𝒖 𝒕𝒂𝒎𝒊𝒔 𝑴𝒂𝒔𝒔𝒆 𝒊𝒏𝒊𝒕𝒊𝒂𝒍𝒆 𝒅𝒆 𝒈𝒓𝒂𝒏𝒖𝒍𝒂𝒕𝒔 * 100 ; P (%) = 𝑺𝒐𝒎𝒎𝒆 𝒅𝒆𝒔 𝒑𝒂𝒔𝒔𝒂𝒏𝒕𝒔 𝒂𝒖 𝒕𝒂𝒎𝒊𝒔 𝑴𝒂𝒔𝒔𝒆 𝒊𝒏𝒊𝒕𝒊𝒂𝒍𝒆 𝒅𝒆 𝒈𝒓𝒂𝒏𝒖𝒍𝒂𝒕𝒔 * 100. Les résultats détaillés de l’analyse granulométrique sont présentés en annexe I ; les courbes granulométriques sont représentées sur la figure 5. 12 Figure 5 : Courbes granulométriques des échantillons de basalte de différentes classes granulaires 

Mesure du coefficient d’aplatissement

 Le coefficient d’aplatissement (EN 933-3) permet de caractériser la forme des granulats de dimensions comprises entre 4 et 80 mm. Ce coefficient compare la grosseur G d’un élément granulaire déterminée par tamisage à son épaisseur E déterminée par un passage sur une grille. Par définition, le coefficient d’aplatissement A est le pourcentage pondéral des éléments vérifiant la relation suivante : G/E ≥ 1,58. Cet essai consiste à prélever, pour chaque classe, une masse initiale de 5 000 gammes qui est tamisée au tamis de 4 mm pour éliminer les éléments inférieurs à 4 mm. Le refus est pesé pour avoir la masse M0 de l’échantillon. On forme une colonne de tamis à mailles croissantes du bas vers le haut. La quantité M0 est versée dans le dernier tamis de la colonne. L’essai est réalisé manuellement à travers des tamis puis des grilles. Les grilles ont des fentes parallèles. Chaque tamis a une grille correspondante. Pour connaître la grille correspondante, il faut diviser la dimension de la maille du tamis par 1,58. Le refus de chaque tamis est pesé avant son passage à la grille particulière. Le passant pour chaque grille est pesé (annexe III). On cumule les refus des différents tamis utilisés et les passants des grilles pour calculer le pourcentage d’éléments plats A (%) contenu dans l’échantillon de matériau : 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0,1 1 10 Passants cumilés (%) Diamètres D(mm) Analyse granulométrique du Basalte Basalte 8/16 Basalte 3/8 Basalte 0/3 13 A (%) = 𝒔𝐨𝐦𝐦𝐞 𝐝𝐞𝐬 𝐩𝐚𝐬𝐬𝐚𝐧𝐭𝐬 𝐜𝐮𝐦𝐮𝐥é𝐬 𝐝𝐞𝐬 𝐠𝐫𝐢𝐥𝐥𝐞𝐬 𝐬𝐨𝐦𝐦𝐞 𝐝𝐞𝐬 𝐫𝐞𝐟𝐮𝐬 𝐜𝐮𝐦𝐮𝐥é𝐬 𝐝𝐞𝐬 𝐭𝐚𝐦𝐢𝐬 ∗ 𝟏𝟎𝟎 Les résultats de l’essai sont donnés dans le tableau I. 

 Mesures de la masse volumique apparente et de la masse volumique réelle 

La masse volumique d’un matériau est une propriété physique importante. La détermination de la masse volumique apparente s’effectue conformément à la norme NF EN 1097-3. Le volume de l’éprouvette de mesure est choisi en fonction de la classe granulaire. Les éprouvettes normalisées de volumes 1 litre, 5 litres et 10 litres permettent de déterminer les masses volumiques apparentes des classes respectives 0/3, 3 à 16 (3/8, 8/14 ou 8/16) et 16/25 mm. Après avoir taré l’éprouvette sur la balance, on la remplit avec un échantillon de la classe étudiée. L’éprouvette est arasée avec une règle puis pesée. Cette opération est répétée trois fois pour avoir les masses P1, P2 et P3 ; la valeur moyenne Pm des trois mesures effectuées est calculée. La masse volumique apparente MVA est ensuite calculée : Pm = 𝐏𝟏+𝐏𝟐+𝐏𝟑 𝟑 MVA = 𝐏𝐦 𝐕 V : volume de l’éprouvette cylindrique en cm3 (Les volumes de 1 litre et 5 litres sont exprimés en cm3 , en multipliant par 1000). Les différentes valeurs de MVA sont données dans le tableau I. La masse volumique réelle d’un échantillon de granulats est déterminée par pesée hydrostatique, conformément à la norme NF EN 1097-6. Cette opération consiste d’abord à prélever et peser l’échantillon. La quantité échantillonnée dépend de la classe des granulats. La quantité pesée Pi est versée dans un sachet plastique qui est introduit dans le bassin hydrostatique rempli d’eau et on note la valeur donnée par la balance électronique liée à l’appareil. On répète l’essai deux fois pour avoir P1 et P2 et calculer la valeur moyenne P0 ; d’où le volume V0 de l’échantillon qui est égal au volume d’eau déplacée. On prélève 500 grammes pour la classe 0/3 et 1 000 grammes pour les autres classes 3/8, 8/16, 16/25 mm etc… P0 = 𝐏𝟏+𝐏𝟐 𝟐 MVR = 𝐏𝐢 𝐏𝟎 Les différentes valeurs de MVR sont données dans le tableau I. 14 

 Mesure du coefficient d’absorption

 Cet essai est décrit par la norme NF EN 1097 – 7. Une masse de 5 000 grammes de chaque classe granulaire 3/8 et 8/16 est prélevée et soumise à l’essai pour pouvoir comparer les résultats. Chaque échantillon est séché à l’étuve pendant 24 h. La masse après séchage est notée Ms. Puis l’échantillon est immergé dans un bassin d’eau pendant 24 h. Enfin après immersion, il est pesé et la masse humide Me est notée. Le coefficient d’absorption Abs est défini comme le rapport de l’augmentation de masse de l’échantillon entraînée par une imbibition partielle dans l’eau à la masse de l’échantillon de granulats secs. Il peut être exprimé en pourcentage. Abs (%) = 𝐌𝐞−𝐌𝐬 𝐌𝐬 * 100 Les résultats de la mesure sont consignés dans le tableau I. 

Essai d’équivalent de sable

 Cet essai qui est décrit par la norme EN 933-8 s’applique aux éléments granulaires passant au tamis de 2 mm. Il consiste à faire d’abord le quartage du matériau pour éviter sa ségrégation avant d’introduire une masse de 120 grammes du matériau sec dans une éprouvette puis la solution lavante. On homogénéise l’eau et les éléments granulaires en tapant à la base de l’éprouvette avant de laisser reposer pendant 10 minutes. L’éprouvette est bouchée et secouée à l’aide d’une machine pendant 30 secondes soit 90 cycles (±1) avant de la remettre à la verticale sur la table d’essai. Le bouchon est retiré pour rincer l’intérieur de l’éprouvette et diluer en même temps le mélange avec de l’eau distillée. On laisse reposer le mélange pendant 20 minutes avant d’effectuer les mesures. Une règle graduée est utilisée pour mesurer le niveau supérieur H1 du floculat. Pour mesurer la hauteur de sable H2, il faut introduire un piston dans l’éprouvette qu’on va bloquer au bouchon avant de mesurer la hauteur introduite et faire la différence avec la hauteur normale de l’éprouvette (annexe V). L’équivalent de sable ES est donné par la relation suivante : ES = 𝐇𝟐 𝐇𝟏 * 100 Pour la classe granulaire 0/3 mm, ES est égal à 83 (tableau I). 15 Tableau I : Paramètres physiques des échantillons de granulats de basalte Ces résultats peuvent être interprétés en fonction de l’utilisation et selon le type de chantier. Généralement, selon les spécifications en vigueur au Sénégal, le coefficient d’aplatissement A des granulats à béton doit être inférieur ou égal à 25 %. Dans le cas de cette étude, cette exigence n’est pas satisfaite pour la classe 3/8 mm. La spécification concernant A est sévère car, jusqu’au début des années 2000, la limite maximale exigée était de 30 %.

ESSAIS MECANIQUES

 Les essais mécaniques consistent à déterminer la résistance à l’usure progressive et la résistance à la fragmentation. Ces essais de caractérisation des granulats routiers sont d’utilisation courante. Ils permettent également d’apprécier la qualité des granulats destinés à la confection du béton. 

Essai micro-Deval

 L’essai micro-Deval est décrit par la norme EN 1097-1 et permet de déterminer la résistance à l’usure progressive d’un échantillon de granulats sous l’effet d’une charge abrasive. L’essai est réalisé sur les classes granulaires 3/8 et 8/16. L’échantillon (M0 = 500 grammes) est introduite dans un cylindre de la machine avec la charge abrasive constituée de billes sphériques en acier de diamètre 10 mm. La charge abrasive est de 2 000 grammes pour la classe 3/8 et 3 000 grammes pour la classe 8/16. La machine peut contenir au maximum quatre cylindres. Pour chaque classe, l’essai a été réalisé avec deux cylindres ; la valeur moyenne des deux mesures a été ensuite calculée. C’est l’essai micro-Deval en présence d’eau qui a été réalisé. Pour cela, 2,5 litres d’eau ont été ajoutés dans chaque cylindre avant de les monter à l’appareil. Les cylindres sont soumis à une rotation de 12 000 tours, à une vitesse de 100 tours/minute pendant 2 h. Après la rotation, les Nature du matériau A (%) MVR (g/cm3 ) MVA (g/cm3 ) Abs ES Basalte 0/3 – 2,92 1,70 – 83 Basalte 3/8 26,6 2,92 1,56 0,70 – Basalte 8/16 22,2 2,90 1,59 0,50 – 16 billes sont retirées du cylindre et le matériau est lavé sur le tamis de 1,6 mm. Le refus est séché et pesé pour avoir la masse finale (M1). La masse des éléments inférieurs à 1,6 mm (Me) s’obtient par différence entre la masse initiale prélevée (M0) et la masse finale (M1). Le coefficient micro-Deval en présence d’eau (MDE) est par définition le rapport de la masse (Me) d’éléments inférieurs à 1,6 mm résultant de l’usure sur la masse initiale (M0) de l’échantillon de granulats. Pour la classe 8/16, il faut préciser que la masse M soumise à l’essai est formée de 65 % de « d » (les passants au tamis de 12,5 mm et les refus au tamis de 10 mm) et 35 % de « D » (les passants au tamis de 16 mm et les refus au tamis de 12,5 mm). Me = M0 – M1 MDE = 𝐌𝐞 𝐌𝟎 * 100 Les résultats de l’essai sont consignés dans le tableau II. Les valeurs de MDE obtenues pour les clases granulaires respectives 3/8 et 8/16 sont de 7 et 11, et conviennent pour l’utilisation envisagée (MDE ≤ 25 pour le béton hydraulique).

Essai Los Angeles L’essai 

Los Angeles est décrit par la norme EN 1097-2 et permet de déterminer la résistance à la fragmentation des granulats routiers et des granulats à béton. Pour la classe 3/8, on tamise à l’aide des tamis de 6,3 mm et 4 mm. On prend les passants au tamis de 6,3mm et les refus au tamis de 4 mm. Pour la classe 8/16, on utilise successivement les tamis de 16, 12,5 et 10 mm pour avoir les différentes fractions. Les passants au tamis de 16 mm et les refus au tamis de 12,5 mm donnent la fraction « D », tandis que les passants au tamis de 12,5 mm et les refus au tamis de 10 mm donnent « d ». Ensuite on procède au lavage des échantillons de granulats avec le tamis de 1,6 mm avant de les sécher à l’étuve pendant 24 h. Une masse sèche M0 de 5 000 grammes est prélevée et introduite délicatement dans la machine Los Angeles (tambour à rotation) avec un nombre de boulets normalisés correspondant à la classe granulaire soumise à l’essai. Le tambour réalise 500 rotations, à une vitesse comprise entre 31 et 33 tours/minute, sur une durée de 15 minutes environ. Les frottements multiples entre les granulats mêmes, les granulats et les boulets et les parois de la machine au cours des rotations provoquent la fragmentation du matériau. Après 15 minutes de rotations, la machine est arrêtée ; 17 l’échantillon est retiré et tamisée par voie humide au tamis de 1,6 mm. Après séchage, le refus est pesé (M1). La masse initiale M0 (5 000 grammes) de l’échantillon de la classe 8/16 est constituée de 65 % de « d » et 35 % de « D ».