Compactage · Mécanique des sols

Objectifs du chapitre

À la fin de ce chapitre, vous serez capable de:

expliquer les objectifs du compactage et les mécanismes qui le gouvernent;
décrire l'essai Proctor normal et modifié, tracer la courbe $γ_{d}$ – $w$ et en déduire $γ_{d, ma x}$ et $w_{o pt}$ ;
tracer la courbe de saturation et les lignes d'air constant, et calculer le degré de saturation d'un sol compacté;
prévoir le comportement d'un sol compacté côté sec et côté humide de l'optimum;
choisir un engin de compactage, contrôler un remblai par la densité in situ et l'essai de plaque $M_{E}$ , et juger de sa conformité aux exigences suisses.

Pourquoi compacter?

Un sol mis en remblai par simple déversement est lâche: son indice des vides est élevé, sa résistance faible, sa perméabilité forte et surtout sa compressibilité importante et irrégulière. Le compactage consiste à resserrer les grains par une action mécanique (chocs, vibrations, pétrissage, pression), en expulsant l'air des vides; contrairement à la consolidation (chapitre 6), il n'y a pas d'expulsion d'eau et l'opération est quasi instantanée.

Les objectifs pratiques sont de limiter les tassements ultérieurs d'un remblai (routes, voies ferrées, plateformes), d'assurer la portance de la plateforme sous une chaussée, de garantir la stabilité des talus de remblai et des digues, et de réduire la perméabilité des noyaux de barrages ou des couvertures de décharges. En Suisse, les remblais routiers et ferroviaires utilisent largement les matériaux morainiques et les graves d'excavation, ainsi que, de plus en plus, des matériaux recyclés (graves de recyclage, matériaux bitumineux concassés) conformément à l'ordonnance sur les déchets (OLED) et aux normes VSS correspondantes.

L'essai Proctor

Principe et énergie de compactage

Ralph Proctor a montré en 1933 que, pour une énergie de compactage donnée, le poids volumique sec obtenu dépend de la teneur en eau et passe par un maximum. L'essai Proctor reproduit ce phénomène en laboratoire: on compacte le sol dans un moule cylindrique en plusieurs couches, chacune recevant un nombre fixé de coups d'une dame de masse et de hauteur de chute normalisées. L'essai est répété à plusieurs teneurs en eau croissantes.

SN 670 330 / SN EN 13286-2 – Essai Proctor

Deux niveaux d'énergie sont normalisés (moule A de 100 mm de diamètre et 120 mm de hauteur, volume 942 cm³):

Essai	Dame	Hauteur de chute	Couches	Coups par couche	Énergie
Proctor normal	2,5 kg	305 mm	3	25	$\approx 0, 6$ MJ/m³
Proctor modifié	4,5 kg	457 mm	5	25	$\approx 2, 7$ MJ/m³

Pour les sols contenant des grains de plus de 16 mm, on utilise le moule B (150 mm de diamètre, 2120 cm³) avec un nombre de coups adapté. L'énergie modifiée, environ 4,5 fois plus élevée, correspond aux engins lourds actuels et s'applique aux couches de chaussée et aux remblais fortement sollicités.

L'énergie volumique se calcule directement à partir des paramètres de l'essai. Pour le Proctor normal en moule A:

E = \frac{n _{co u c h es} n _{co u p s} m g h}{V} = \frac{3 \times 25 \times 2 , 5 \times 9 , 81 \times 0 , 305}{942 \times 1 0 ^{- 6}} = 0, 60 MJ/m^{3} .

Pour chaque point d'essai, on pèse le moule rempli, on en déduit le poids volumique humide $γ = W / V$ , on mesure la teneur en eau $w$ sur un prélèvement et l'on calcule

γ_{d} = \frac{γ}{1 + w} . (3.1)

La courbe Proctor

Le report des points ( $w$ , $γ_{d}$ ) donne la courbe Proctor ou courbe de compactage (figure 3.1). Elle passe par un maximum, le poids volumique sec maximal $γ_{d, ma x}$ , atteint pour la teneur en eau optimale $w_{o pt}$ .

Figure 3.1. Courbes Proctor normal et modifié d'une moraine du Plateau (G_s = 2,70). L'augmentation de l'énergie déplace l'optimum vers le haut et vers la gauche. Aucun point ne peut se trouver à droite de la courbe de saturation S_r = 100 %; les courbes en pointillé correspondent à des teneurs en air a de 5 et 10 %.

L'interprétation physique est la suivante. Côté sec, l'eau lubrifie les contacts et permet aux grains de se réarranger: plus $w$ augmente, plus le compactage est efficace. Au-delà de l'optimum, l'eau occupe une part croissante des vides; comme elle est incompressible et n'a pas le temps de s'échapper pendant le compactage, elle empêche le resserrement des grains et $γ_{d}$ diminue. La courbe se rapproche alors de la courbe de saturation sans jamais l'atteindre: il subsiste toujours quelques pour cent d'air occlus.

Exercice

On compacte un sol à une teneur en eau nettement supérieure à $w_{o pt}$ . Pourquoi le poids volumique sec obtenu est-il plus faible qu'à l'optimum?

Exemple 3.1 · Proctor normal d'une moraine

Un essai Proctor normal (moule A, $V = 942, 5 cm^{3}$ ) est réalisé sur une moraine de la région de Lausanne, $G_{s} = 2, 70$ . Les masses humides et les teneurs en eau mesurées sont les suivantes. Calculer $γ$ et $γ_{d}$ pour chaque point, déterminer $γ_{d, ma x}$ et $w_{o pt}$ , puis le degré de saturation à l'optimum.

Point	$w$ (%)	Masse humide (kg)	$γ$ (kN/m³)	$γ_{d}$ (kN/m³)	$γ_{d, s a t}$ (kN/m³)
1	5	1,876	19,53	18,60	23,34
2	7	2,005	20,87	19,50	22,28
3	9	2,094	21,80	20,00	21,31
4	11	2,090	21,75	19,60	20,42
5	13	2,030	21,13	18,70	19,61

Point 3, à titre d'exemple. $γ = \frac{2 , 094 \times 9 , 81}{942 , 5 \times 1 0 ^{- 6} \times 1000} = 21, 80 kN/m^{3}$ , puis $γ_{d} = 21, 80/1, 09 = 20, 00 kN/m^{3}$ . Sur la courbe de saturation, $γ_{d, s a t} = \frac{2 , 70 \times 9 , 81}{1 + 0 , 09 \times 2 , 70} = 21, 31 kN/m^{3}$ .

Optimum. Le maximum de la courbe lissée se situe au point 3: $γ_{d, ma x} \approx 20, 0 kN/m^{3}$ et $w_{o pt} \approx 9 %$ , valeurs typiques d'une moraine à matrice sablo-silteuse.

Saturation à l'optimum. $e = \frac{G _{s} γ _{w}}{γ _{d, ma x}} - 1 = \frac{26 , 49}{20 , 0} - 1 = 0, 325$ et $S_{r} = \frac{w G _{s}}{e} = \frac{0 , 09 \times 2 , 70}{0 , 325} = 0, 75$ . À l'optimum, un quart des vides est encore occupé par l'air; au point 5, $S_{r}$ atteint 0,84 et la courbe longe la ligne $a \approx 5 %$ .

Exercice

Calculez le poids volumique sec sur la courbe de saturation pour $w = 12 %$ et $G_{s} = 2, 70$ ( $γ_{w} = 9, 81$ kN/m³), en kN/m³.

Influence de l'énergie et du type de sol

Une énergie plus forte resserre davantage les grains: la courbe Proctor modifié se situe au-dessus de la courbe normale et son optimum est décalé vers les faibles teneurs en eau (figure 3.1). Pour la moraine de l'exemple 3.1, on passe typiquement de $γ_{d, ma x} = 20, 0$ kN/m³ à 21,5 kN/m³ et de $w_{o pt} = 9 %$ à 7 %. Le gain de densité est cependant limité par la courbe de saturation: à droite de l'optimum, les deux courbes se rejoignent presque.

La nature du sol joue un rôle encore plus important:

les graves et sables bien gradués atteignent des $γ_{d, ma x}$ élevés (20 à 22 kN/m³) pour des $w_{o pt}$ faibles (6 à 10 %), avec une courbe pointue: la teneur en eau doit être bien maîtrisée;
les sables uniformes ont une courbe plate et peu marquée, parfois avec deux maximums; ils se compactent mieux par vibration, secs ou saturés;
les silts et argiles peu plastiques (moraines argileuses, silts lacustres) ont des optimums de 12 à 18 % et $γ_{d, ma x}$ de 17 à 19 kN/m³;
les argiles plastiques présentent une courbe aplatie, $γ_{d, ma x}$ de 15 à 17 kN/m³ et $w_{o pt}$ de 18 à 25 %; une argile lacustre romande donne typiquement $γ_{d, ma x} \approx 16, 5$ kN/m³ et $w_{o pt} \approx 19 %$ .

Comportement des sols compactés

Deux échantillons compactés au même $γ_{d}$ , l'un côté sec et l'autre côté humide de l'optimum, n'ont pas le même comportement. La différence tient à la structure du sol: côté sec, les particules argileuses restent groupées en agrégats (structure floculée), avec de gros pores entre eux; côté humide, l'énergie de compactage oriente les particules parallèlement (structure dispersée) et les pores sont plus fins et plus uniformes.

Propriété	Compacté côté sec	Compacté côté humide
Structure	floculée, agrégats	dispersée, orientée
Perméabilité	plus élevée (gros pores)	plus faible (10 à 100 fois)
Résistance à court terme	élevée, comportement raide et fragile	plus faible, comportement ductile
Compressibilité sous charge	faible aux faibles contraintes, mais effondrement possible à l'imbibition	plus élevée, mais régulière
Gonflement à l'imbibition	important (argiles)	faible
Pressions interstitielles au compactage	négatives (succion)	positives, risque de matelassage

Ces différences dictent le choix de la teneur en eau de mise en œuvre selon la fonction de l'ouvrage. Un noyau de barrage en argile est compacté légèrement côté humide (+1 à +3 % au-dessus de $w_{o pt}$ ) pour minimiser la perméabilité et éviter la fissuration; un remblai routier ou une couche de forme sont compactés à l'optimum ou légèrement côté sec pour maximiser la portance immédiate. Un sol compacté trop sec sous une fondation risque un effondrement (collapse) lors d'une remontée de nappe: les agrégats se détruisent et le sol se tasse brutalement.

Exercice

Pour le noyau argileux d'une digue de retenue, on compacte l'argile à une teneur en eau légèrement supérieure à $w_{o pt}$ . Pourquoi?

Explorateur de la courbe Proctor

Faites varier la densité des grains, l'énergie de compactage et la teneur en eau de mise en œuvre: la courbe, la droite de saturation et le point courant se recalculent.

γ_d obtenu

20.00kN/m³

γ_d,max / w_opt

20.00 / 9kN/m³ / %

Degré de saturation S_r

74.9%

γ_d sur la droite de saturation

21.31kN/m³

Degré de compactage D

100.0%

Écart à l'optimum

0.0%

Densité des grains G_s2.70

Énergie de compactagenormal (0,6 MJ/m³)

Teneur en eau w9.0%

Compactage in situ

Engins et épaisseur des couches

Le compactage sur chantier s'effectue par couches successives, dont l'épaisseur est adaptée à l'engin et au matériau. Les principaux engins sont:

les rouleaux vibrants lisses (monocylindres tractés ou automoteurs de 5 à 20 t): les plus polyvalents, efficaces sur les graves, sables et moraines par vibration, couches de 30 à 60 cm;
les rouleaux à pieds dameurs («pieds de mouton»): compactage par pétrissage des sols fins et argileux, couches de 20 à 30 cm;
les rouleaux à pneus: compactage par pression et pétrissage des sols intermédiaires et des couches bitumineuses;
les plaques vibrantes et pilonneuses pour les remblais de tranchées et les zones inaccessibles, couches de 15 à 25 cm;
le compactage dynamique (chute de masses de 10 à 40 t) et le vibrocompactage pour densifier en place des sables lâches sur plusieurs mètres.

Le nombre de passes (généralement 4 à 8) et l'épaisseur des couches sont fixés lors d'une planche d'essai en début de chantier, où l'on mesure la densité obtenue en fonction du nombre de passes.

Contrôle par la densité in situ

Le premier contrôle consiste à mesurer le poids volumique sec en place et à le comparer à la référence Proctor.

Les exigences courantes sont de 95 % du Proctor normal dans le corps d'un remblai routier, 97 % dans le mètre supérieur et 100 % (ou 97 % du Proctor modifié) pour les couches de forme et de fondation des chaussées. La teneur en eau de mise en œuvre est également contrôlée: les tolérances usuelles sont de l'ordre de $w_{o pt} - 2 %$ à $w_{o pt} + 1 %$ pour les sols fins, un peu plus larges pour les graves.

La densité in situ se mesure par:

le densitomètre à membrane (ou méthode du sable calibré): on creuse un trou, on pèse le sol extrait et l'on mesure le volume du trou par une membrane gonflée à l'eau ou par du sable de granulométrie connue; la teneur en eau est mesurée à l'étuve;
le gammadensimètre (sonde nucléaire): l'atténuation d'un rayonnement gamma donne la masse volumique humide et la modération de neutrons rapides donne la teneur en eau; mesure rapide, mais à étalonner sur le matériau;
les contrôles continus embarqués sur les rouleaux (compactage intelligent), qui cartographient la raideur de la couche.

Exercice

Un gammadensimètre mesure $γ_{d} = 19, 2$ kN/m³ sur une couche dont le Proctor normal de référence donne $γ_{d, ma x} = 20, 0$ kN/m³. Calculez le degré de compactage $D$ en %.

Sur chantier, il faut souvent corriger la teneur en eau du matériau avant compactage. La masse d'eau à ajouter se rapporte à la masse sèche du sol: pour porter un volume $V$ de remblai compacté au poids volumique sec $γ_{d}$ de la teneur en eau $w_{1}$ à $w_{2}$ , il faut ajouter

M_{w} = M_{s} (w_{2} - w_{1}) = \frac{γ _{d} V}{g} (w_{2} - w_{1}) . (3.5)

Exercice

Une moraine arrive sur le chantier à $w = 6, 5 %$ ; on veut la compacter à $w_{o pt} = 9 %$ pour obtenir $γ_{d} = 19, 6$ kN/m³. Quelle masse d'eau (kg) faut-il ajouter par m³ de remblai compacté?

Contrôle par l'essai de plaque $M_{E}$

La densité ne dit rien de la raideur de la couche, qui est pourtant ce que la chaussée «voit». L'essai de plaque mesure directement la déformabilité de la plateforme.

Figure 3.2. Essai de plaque ME: dispositif (à gauche) et courbe contrainte–tassement (à droite). Le module M_E1 est la pente sécante du premier chargement, M_E2 celle du rechargement. Les valeurs de l'exemple 3.3 sont reportées.

Exercice

Un essai de plaque sur une planie donne $M_{E 1} = 12$ MPa et $M_{E 2} = 45$ MPa. Que concluez-vous?

Synthèse

Le compactage densifie le sol en chassant l'air de ses vides, à teneur en eau constante; il augmente $γ_{d}$ , la résistance et la raideur, et réduit la perméabilité et les tassements.
L'essai Proctor (SN 670 330 / SN EN 13286-2) donne la courbe $γ_{d}$ – $w$ , dont le maximum définit $γ_{d, ma x}$ et $w_{o pt}$ ; l'énergie modifiée (2,7 MJ/m³) déplace l'optimum vers le haut et vers la gauche.
La courbe de saturation $γ_{d, s a t} = G_{s} γ_{w} / (1 + w G_{s})$ borne les courbes Proctor; à l'optimum, $S_{r}$ vaut 75 à 90 %.
Un sol compacté côté sec est raide, perméable et gonflant; côté humide, il est ductile et peu perméable: la teneur en eau de mise en œuvre se choisit selon la fonction de l'ouvrage.
Le contrôle repose sur le degré de compactage $D = γ_{d, in s i t u} / γ_{d, ma x}$ (exigences de 95 à 100 %) et sur l'essai de plaque $M_{E} = Δ σ d /Δ s$ , avec les exigences de la SN 640 585 pour $M_{E 1}$ et un rapport $M_{E 2} / M_{E 1}$ limité.

Série d'exercices du chapitre 3

Exercice 1 sur 5

Exercice

Quel énoncé décrit correctement un sol argileux compacté côté sec de l'optimum, par rapport au même sol compacté côté humide au même $γ_{d}$ ?

Problème guidé

Contrôle de compactage d'un remblai

Sur un remblai routier en moraine près de Payerne, la spécification exige un degré de compactage $D \geq 97 %$ du Proctor normal ( $γ_{d, ma x} = 20, 0$ kN/m³, $w_{o pt} = 9 %$ ) et une teneur en eau comprise entre $w_{o pt} - 2 %$ et $w_{o pt} + 2 %$ . Un essai au densitomètre à membrane donne un volume de trou $V = 2, 05 dm^{3}$ et une masse humide extraite $M = 4, 35 kg$ . Un prélèvement de 400 g de sol humide pèse 362 g après séchage à l'étuve.

1
Teneur en eau
La teneur en eau se déduit du prélèvement séché à l'étuve.
Exercice
Calculez la teneur en eau $w$ en %.
%
Poids volumique humide
Poids volumique sec et degré de compactage
Décision

Exercices

Vous pouvez afficher le corrigé directement sous chaque énoncé après avoir cherché la solution.

Exercice 3.1 · Essai Proctor sur une argile lacustre

Un essai Proctor normal en moule A ( $V = 942, 5$ cm³) sur une argile lacustre de la région de Neuchâtel ( $G_{s} = 2, 72$ ) donne les couples (teneur en eau, masse humide du sol dans le moule) suivants: (13 %, 1,650 kg), (16 %, 1,783 kg), (19 %, 1,886 kg), (22 %, 1,887 kg), (25 %, 1,849 kg). (a) Calculer $γ$ et $γ_{d}$ pour chaque point et tracer la courbe Proctor. (b) Tracer la courbe de saturation et vérifier qu'aucun point ne la dépasse. (c) Déterminer $γ_{d, ma x}$ , $w_{o pt}$ et le degré de saturation à l'optimum. (d) Le matériau en place a une teneur en eau naturelle de 23 %. Quelle masse d'eau par m³ de remblai compacté à 97 % de $γ_{d, ma x}$ faut-il éliminer pour revenir à l'optimum?

Solution

(a) Poids volumiques. Pour chaque point, $γ = \frac{M}{V} g$ avec $V = 942, 5 \times 1 0^{- 6} m^{3}$ , puis $γ_{d} = γ / (1 + w)$ . Par exemple pour le point 3: $γ = \frac{1 , 886}{942 , 5 \times 1 0 ^{- 6}} \times 9, 81 \times 1 0^{- 3} = 19, 63 kN/m^{3}$ et $γ_{d} = 19, 63/1, 19 = 16, 50 kN/m^{3}$ .

Point	$w$ (%)	$M$ (kg)	$γ$ (kN/m³)	$γ_{d}$ (kN/m³)	$γ_{d, s a t}$ (kN/m³)	$S_{r}$
1	13	1,650	17,17	15,20	19,71	0,47
2	16	1,783	18,56	16,00	18,59	0,65
3	19	1,886	19,63	16,50	17,59	0,84
4	22	1,887	19,64	16,10	16,69	0,91
5	25	1,849	19,25	15,40	15,88	0,93

La courbe Proctor est obtenue en reportant $γ_{d}$ en fonction de $w$ et en lissant par une courbe régulière passant par un maximum.

(b) Courbe de saturation. D'après (3.2), $γ_{d, s a t} = \frac{2 , 72 \times 9 , 81}{1 + w \times 2 , 72} = \frac{26 , 68}{1 + 2 , 72 w}$ ; les valeurs figurent dans la dernière colonne. Tous les points sont à gauche de la courbe de saturation ( $γ_{d} < γ_{d, s a t}$ ), et les points 4 et 5 s'en rapprochent ( $S_{r}$ supérieur à 0,9): la branche humide de la courbe Proctor longe la courbe de saturation à une teneur en air de 5 à 7 %.

(c) Optimum. Le maximum se situe au point 3 ou légèrement au-delà: $γ_{d, ma x} \approx 16, 5 kN/m^{3}$ pour $w_{o pt} \approx 19 %$ , valeurs typiques d'une argile lacustre peu à moyennement plastique. Degré de saturation à l'optimum:

e = \frac{2 , 72 \times 9 , 81}{16 , 5} - 1 = 0, 617, S_{r} = \frac{0 , 19 \times 2 , 72}{0 , 617} = 0, 84.

(d) Eau à éliminer. Le remblai est compacté à $γ_{d} = 0, 97 \times 16, 5 = 16, 0 kN/m^{3}$ , soit une masse sèche par m³ de $M_{s} = 16, 0/9, 81 \times 1000 = 1631 kg$ . Pour passer de $w = 23 %$ à $19 %$ :

M_{w} = M_{s} (0, 23 - 0, 19) = 1631 \times 0, 04 = 65 kg par m^{3} .

Il faut donc évaporer environ 65 litres d'eau par m³ de remblai, ce qui, pour une argile, n'est réalisable que par aération prolongée par temps sec ou par traitement à la chaux (qui consomme une partie de l'eau et abaisse la teneur en eau d'environ 1 % par pour cent de chaux ajoutée, en plus de modifier la plasticité).

Exercice 3.2 · Contrôle d'un remblai

Trois essais au densitomètre à membrane sont réalisés sur la couche supérieure d'un remblai en moraine (Proctor normal: $γ_{d, ma x} = 20, 0$ kN/m³, $w_{o pt} = 9 %$ ; exigence $D \geq 97 %$ ).

Essai	Volume du trou (dm³)	Masse humide (kg)	$w$ (%)
1	1,92	4,15	8,8
2	1,78	3,73	10,4
3	2,01	4,41	7,9

(a) Calculer $γ$ , $γ_{d}$ et $D$ pour chaque essai. (b) Quels essais sont conformes? (c) Le responsable de chantier propose de retenir la moyenne des trois essais. Discuter cette proposition et indiquer la décision à prendre pour la zone de l'essai 2.

Solution

(a) Calculs. $γ = \frac{M}{V} \times 9, 81$ (avec $M$ en kg et $V$ en dm³, $γ$ sort en kN/m³), $γ_{d} = γ / (1 + w)$ et $D = γ_{d} /20, 0$ .

Essai	$γ$ (kN/m³)	$γ_{d}$ (kN/m³)	$D$ (%)	$w - w_{o pt}$ (%)
1	$4, 15/1, 92 \times 9, 81 = 21, 20$	$21, 20/1, 088 = 19, 49$	97,4	−0,2
2	$3, 73/1, 78 \times 9, 81 = 20, 56$	$20, 56/1, 104 = 18, 62$	93,1	+1,4
3	$4, 41/2, 01 \times 9, 81 = 21, 52$	$21, 52/1, 079 = 19, 95$	99,7	−1,1

(b) Conformité. Les essais 1 (97,4 %) et 3 (99,7 %) sont conformes à l'exigence $D \geq 97 %$ ; l'essai 2 (93,1 %) ne l'est pas. On remarque que l'essai 2 correspond aussi à la teneur en eau la plus élevée, côté humide de l'optimum.

(c) Moyenne des essais. La moyenne vaut $(97, 4 + 93, 1 + 99, 7) /3 = 96, 7 %$ , inférieure à 97 % de toute façon. Mais surtout, la moyenne n'a pas de sens pour un contrôle de conformité: les essais sont ponctuels et l'exigence s'applique à chaque zone du remblai, car c'est la zone la plus faible qui gouverne les tassements différentiels et la portance locale. Les spécifications admettent parfois qu'une faible proportion des essais soit inférieure à l'exigence, mais avec une valeur minimale absolue (par exemple 95 %). Ici, avec un déficit de 4 %, la zone de l'essai 2 doit être recompactée; comme le matériau y est plus humide, on vérifiera d'abord s'il n'a pas été mis en œuvre sous la pluie ou dans une zone mal drainée, on le laissera éventuellement s'aérer, puis on ajoutera des passes et l'on refera un essai de contrôle.

Exercice 3.3 · Préparation d'une couche de remblai

Une couche de remblai de 30 cm d'épaisseur (après compactage) doit être mise en place sur une surface de 1200 m². Le matériau, une moraine à $G_{s} = 2, 70$ , est livré à $w = 5, 5 %$ et doit être compacté à $w_{o pt} = 9 %$ pour atteindre $γ_{d} = 19, 4$ kN/m³ (97 % du Proctor normal). (a) Calculer la masse sèche de matériau nécessaire. (b) Calculer le volume d'eau à ajouter. (c) Le matériau foisonné dans les camions a un poids volumique sec de 16 kN/m³: calculer le volume à transporter et le nombre de camions de 12 m³. (d) Calculer le degré de saturation de la couche compactée.

Solution

(a) Masse sèche. Volume compacté $V = 1200 \times 0, 30 = 360 m^{3}$ . Masse sèche:

M_{s} = \frac{γ _{d} V}{g} = \frac{19 , 4 \times 360}{9 , 81} = 712 t .

(b) Volume d'eau. Il faut faire passer la teneur en eau de 5,5 % à 9 %:

M_{w} = M_{s} (0, 09 - 0, 055) = 712 \times 0, 035 = 24, 9 t, soit environ 25 m^{3} d’eau .

Cela représente environ 21 litres par m² de couche; l'arrosage se fait en général par citerne, en plusieurs passages, suivi d'un malaxage à la niveleuse ou au rotavator pour homogénéiser.

(c) Transport. Dans les camions, le matériau foisonné a $γ_{d} = 16 kN/m^{3}$ ; le volume à transporter est

V_{f o i so nn \overset{e}{ˊ}} = \frac{M _{s} g}{γ _{d, f o i so nn \overset{e}{ˊ}}} = \frac{712 \times 9 , 81}{16} = 437 m^{3},

soit un coefficient de foisonnement de $19, 4/16 = 1, 21$ par rapport au volume compacté. Avec des camions de 12 m³, il faut $437/12 = 36, 4$ , donc 37 voyages. La masse humide transportée est $712 \times 1, 055 = 751 t$ , soit environ 20 t par camion, ce qui est compatible avec la charge utile d'un camion 4 essieux.

(d) Degré de saturation. $e = \frac{2 , 70 \times 9 , 81}{19 , 4} - 1 = 0, 365$ et $S_{r} = \frac{0 , 09 \times 2 , 70}{0 , 365} = 0, 67$ : la couche compactée contient encore un tiers d'air dans ses vides, ce qui est normal à l'optimum Proctor normal.

Exercice 3.4 · Essai de plaque sur une planie

Un essai de plaque ( $d = 300$ mm) sur la planie d'une route communale donne, au premier chargement, $s = 0, 55$ mm sous 0,10 MPa et $s = 1, 45$ mm sous 0,25 MPa; au rechargement, $s = 1, 30$ mm sous 0,10 MPa et $s = 1, 70$ mm sous 0,25 MPa. (a) Calculer $M_{E 1}$ et $M_{E 2}$ . (b) Calculer le rapport $M_{E 2} / M_{E 1}$ et commenter la qualité du compactage. (c) La spécification exige $M_{E 1} \geq 30$ MPa sur la planie: conclure et proposer des mesures si nécessaire. (d) Expliquer pourquoi la densité in situ ne suffit pas à garantir la portance d'une planie.

Solution

(a) Modules. Avec $Δ σ = 0, 25 - 0, 10 = 0, 15 MPa$ et $d = 300 mm$ :

M_{E 1} = \frac{0 , 15 \times 300}{1 , 45 - 0 , 55} = \frac{45}{0 , 90} = 50 MPa, M_{E 2} = \frac{0 , 15 \times 300}{1 , 70 - 1 , 30} = \frac{45}{0 , 40} = 112, 5 MPa .

(b) Rapport. $M_{E 2} / M_{E 1} = 112, 5/50 = 2, 25$ . Le rapport est inférieur à la limite usuelle de 2,5 à 3: le premier chargement n'a que modérément densifié la couche, ce qui indique un compactage correct. Le tassement au rechargement sous 0,10 MPa (1,30 mm, contre 0,55 mm au premier chargement) montre néanmoins qu'une part importante de la déformation du premier cycle est plastique, comme c'est normal pour une planie en sol naturel.

(c) Conformité. $M_{E 1} = 50 MPa \geq 30 MPa$ : la planie est conforme à la spécification, et même largement. Aucune mesure n'est nécessaire; si la valeur avait été inférieure à 30 MPa, les mesures possibles auraient été, dans l'ordre: attendre un séchage et recompacter (sol trop humide), substituer la couche supérieure par une grave, stabiliser le sol à la chaux ou au ciment, ou augmenter l'épaisseur de la couche de fondation pour compenser la faible portance de la planie (dimensionnement de la superstructure selon les normes VSS).

(d) Densité et portance. Le degré de compactage mesure l'état de compacité du sol, mais la raideur d'une couche dépend aussi de sa teneur en eau (un sol fin compacté côté humide peut avoir un $D$ satisfaisant et un $M_{E}$ très faible), de sa structure, de la présence d'un sous-sol mou ou saturé sous la couche testée (l'essai de plaque intéresse une profondeur de l'ordre de 1,5 à 2 fois le diamètre, soit 45 à 60 cm) et de la succion. Inversement, une grave grossière peut donner un $M_{E}$ élevé malgré un contrôle de densité difficile. Les deux contrôles sont complémentaires: la densité vérifie la mise en œuvre couche par couche, l'essai de plaque vérifie la performance de la plateforme finie, qui est ce que la chaussée sollicite réellement.

Références

SN 670 330, Sols – Essai de compactage Proctor, et SN EN 13286-2, Mélanges avec ou sans liant hydraulique – Méthodes d'essai de détermination de la masse volumique de référence et de la teneur en eau – Compactage Proctor, VSS, Zurich.
SN 670 317b, Sols – Essai de plaque ME, VSS, Zurich.
SN 640 585, Terrassement – Remblais et infrastructure: exigences, VSS, Zurich.
SIA 267, Géotechnique, Société suisse des ingénieurs et des architectes, Zurich, 2013.
Lang, H.-J., Huder, J., Amann, P., Puzrin, A. M., Bodenmechanik und Grundbau, Springer, Berlin.
Das, B. M., Principles of Geotechnical Engineering, Cengage; chapitre sur le compactage.

Objectifs du chapitre

Pourquoi compacter?

L'essai Proctor

Principe et énergie de compactage

La courbe Proctor

Influence de l'énergie et du type de sol

Comportement des sols compactés

Explorateur de la courbe Proctor

Compactage in situ

Engins et épaisseur des couches

Contrôle par la densité in situ

Contrôle par l'essai de plaque ME​

Synthèse

Série d'exercices du chapitre 3

Contrôle de compactage d'un remblai

Teneur en eau

Poids volumique humide

Poids volumique sec et degré de compactage

Décision

Exercices

Références

Contrôle par l'essai de plaque $M_{E}$