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14ARC2007 pp 115-128 Mamba

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ÉTUDE D’UNE MÉTHODE D’ANALYSE GRANULOMÉTRIQUE RAPIDE.

Text of 14ARC2007 pp 115-128 Mamba

  • 14me CRA MSG, Yaound, 26-28 Novembre 2007 14th ARC SMGE, Yaounde, 26-28 November 2007 TUDE DUNE MTHODE DANALYSE GRANULOMTRIQUE RAPIDE. STUDY OF A FAST METHOD FOR GRAIN SIZE ANALYSIS MAMBA MPELE, Xavier MPON, Jeanne Laura Boutchueng KENMOGNEDpartement de Gnie Civil, cole Polytechnique de Yaound RSUM - Les essais granulomtriques classiquement pratiqus dans les laboratoires de mcanique des sols sont consommateurs dnergie et leur dure convient mal aux conditions dexcution des travaux. Sur la base des travaux que Tran Ngoc Lan, Mesbah et Olivier, il a t construit avec du matriel trouv sur place, un appareillage qui permet de raliser lanalyse granulomtrique rapide dun sol humide ou sec. Les rsultats obtenus montrent que, par rapport aux mthodes classiques, lerreur moyenne commise en ralisant lanalyse granulomtrique par la mthode rapide est denviron 2,5% pour les granulats et de 3,5% pour les sols latritiques. Lintrt de cet appareillage pour les pays en voie de dveloppement rside dans les faits quil cote moins cher, rduit les dlais dobtention des rsultats et nutilise aucune source dnergie pour fonctionner. ABSTRACT - The classical method of grain size analysis used in the soil mechanics laboratories is energy consuming and the time necessary for the analysis is poorly adapted to the conditions of earthworks. Starting from the works of Tran Ngoc Lan, Mesbah and Olivier, we constructed, using material found in local market, an equipment for performing fast grain size analyses of humid or dry soils. The results we obtained with the fast and classical methods of grains size analysis show that the average errors are 2.5% for granular materials and 3.5% for lateritic soils. Such equipment is of interest for developing countries because it is less expensive, reduces the delays for obtaining the results and does not need any source of energy to function. 1. Introduction Lidentification des sols se fait laide dessais simples de laboratoire. Ces essais didentification permettent non seulement de classer les sols mais aussi de cerner leur comportement mcanique, qui donnent une ide sur les possibilits dutilisation en construction de ces matriaux. Que se soit dans le domaine des travaux routiers ou dans lindustrie de fabrication des matriaux de construction, la granulomtrie des matriaux est la premire spcification quil faut respecter en matire de fourniture des granulats, demploi de sol en remblai ou comme matire premire pour la fabrication des blocs de terre stabiliss ou non. Du fait des volumes des matriaux mis en uvre; on doit raliser un trs grand nombre dessais granulomtriques et sdimentomtriques. Mais ces essais, qui utilisent le tamisage par voie humide ou sche des lments de dimensions suprieures 80m et la sdimentomtrie pour les lments infrieurs, fournissent leurs rsultats aprs un long temps dattente souvent incompatible avec les critres de productivit des entreprises de travaux publics. Pour rduire ces dlais, on peut utiliser des appareils danalyses granulomtriques automatiques dont le principe de fonctionnement peut sappuyer : soit sur un compteur variation de rsistance, soit sur la diffraction de la lumire laser ou lanalyse dimages (vidogranulomtre). Mais ces appareils sophistiqus et chers ne sont pas la porte des entreprises des pays en voie de dveloppement. Par ailleurs, leurs cots dentretien sont levs et exigent lutilisation dune source dnergie que lon ne trouve gure sur des chantiers de zones rurales dpourvues dnergie lectrique et qui, de plus, peuvent tre enclaves.

    Pour rduire ces dlais dattente, il y a quelques annes, le Laboratoire Central des Ponts et Chausses (Tran Ngoc Lan et al., 1982) et une quipe du laboratoire des Gomatriaux de lcole Nationale des Travaux Publics de ltat (Mesbah et Olivier, 1991) ont mis au point un appareillage rudimentaire danalyse granulomtrique rapide, transportable, peu coteux et nutilisant aucune source dnergie. la lumire des informations trouves dans ces publications, un appareillage quivalent a t construit.

    Lobjectif poursuivi dans cette communication est de : dcrire le principe de fonctionnement de lappareillage danalyse granulomtrique rapide, prsenter lappareillage construit et la procdure dessai adopte,

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  • 14me CRA MSG, Yaound, 26-28 Novembre 2007 14th ARC SMGE, Yaounde, 26-28 November 2007 tudier la fiabilit des rsultats obtenus par les deux mthodes, en utilisant les essais que nous

    avons raliss, essayer destimer les gains en temps et en cot que lappareillage permet de raliser. 2. Principes de lanalyse granulomtrique et sdimentomtrique Comme le prconisent les normes franaises NF P94-056(03/96), XP P94-041(12/95) et NF P94-057(05/92); lanalyse granulomtrique classique des sols se fait en deux tapes : le tamisage sec (pour les sols pulvrulents) et par voie humide (dans le cas des sols

    cohrents) lorsque la dimension des lments est suprieure ou gale 80 m. ; la sdimentomtrie pour des lments infrieurs 80 m. La mthode danalyse granulomtrique rapide que lon tudie dans cette communication maintient le tamisage pour des lments de dimensions suprieures 100 m et la sdimentomtrie pour des lments infrieurs 100 m. Elle supprime les temps morts causs par les phases de pesage, de schage et dimbibition des matriaux puis les phases de schage des tamisats et dimbibition dans un mlange deau et de dfloculant des passants au tamis de 100 m en utilisant une mthode de jaugeage dans leau base sur le thorme dArchimde. 2.1. Appareillage (quipements) Le matriel ncessaire pour la ralisation de lessai granulomtrique rapide est constitu dune colonne de tamis choisis de telle manire que la progression des ouvertures soit croissante du bas vers le haut. En partie infrieure, on dispose un tamis de 100 m surmontant un fond tanche (figure1-a).On utilise galement deux bacs de tamisage, un bac de flottaison transparent (figure 1-b), une prouvette gradue de sdimentation transparente (figure1-c) pour les oprations de jaugeage et un appareil de quartage (figure1-d). Pour la sdimentomtrie de la suspension passant au tamis de 100 m, il est indispensable davoir un densimtre (de prfrence en matire plastique), un agitateur piston et un chronomtre. 2.2. Principe de la mthode danalyse granulomtrique rapide On introduit dans une prouvette de sdimentation gradue une suspension de matriau. Lprouvette contenant la suspension est introduite dans le bac de flottaison rempli deau aux deux tiers. Par la lecture des niveaux deau lextrieur et lintrieur de lprouvette qui, lquilibre flotte dans leau; on dduit le volume deau dplac qui, daprs le thorme dArchimde, correspond au volume du matriau introduit dans lprouvette. La masse du matriau est obtenue en multipliant ce volume par la masse volumique des grains constitutifs du matriau (qui pour les sols est approximativement gale 2,65 t/m3). 2.3. Droulement de lessai 2.3.1 Tamisage On prlve un chantillon reprsentatif du sol, de masse M, qui vrifie la condition (1).

    200 Dmax M 500 Dmax , (1)o Dmax est le diamtre maximal des particules du sol.

    Le matriau ainsi obtenu sera en fonction de sa nature : tamis soit par voie sche, soit par voie humide travers une colonne de tamis dont le plus fin, plac la base, a une ouverture de 100 m. Les refus des diffrents tamis sont soigneusement stocks pour des oprations ultrieures de jaugeage. Le tamisage du matriau seffectue avec un volume deau variant entre 2,5 litres (pour une prise dessai de 2,5 kg) et 4 litres (pour une prise dessai de 1 kg). Pour les matriaux dont le diamtre maximal des particules est suprieur 15mm, on effectue lessai sur une partie du matriau obtenu aprs un quartage.

    maxD

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    (a) une colonne de tamis (b) bac de flottaison

    (c) bac de sdimentation gradu au mm (d) appareil de quartage

    Figure 1. quipements pour lanalyse granulomtrique rapide

    (Tran et Barbaras, 1982 ; Mesbah et Olivier, 1991) 2.3.2 Sdimentation Lanalyse granulomtrique par sdimentomtrie que lon effectue ici ne prsente aucune difficult. Elle est tout point de vue identique la sdimentomtrie classique, que lon ralise dans les laboratoires de mcanique des sols. Elle permet dobtenir, pour les particules de diamtre infrieur 100 m, le pourcentage des particules de diamtre infrieur ou gal (avec dtP td t < 100 m) qui sont encore en suspension linstant t . Dans cette sdimentomtrie, on nutilise pas de dfloculants pour mettre les particules fines en suspension. 2.3.2.1. Sols pulvrulents Les passants au tamis de 100 m sont recueillis dans une prouvette de sdimentation gradue que lon introduit dans le bac de flottaison. lquilibre, lorsque lprouvette flotte, on lit les niveaux h0,1 (resp. H0,1) de leau lintrieur (resp. lextrieur) de lprouvette. On en dduit la masse des passants au tamis de 100 m et, par consquent, la concentration de la suspension : si la concentration de la suspension est infrieure ou gale 40g par litre, lessai de

    sdimentomtrie peut commencer ; si, au contraire, elle est suprieure la valeur prcdente; le matriau test entre dans la

    catgorie des sols riches en fines.

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  • 14me CRA MSG, Yaound, 26-28 Novembre 2007 14th ARC SMGE, Yaounde, 26-28 November 2007 2.3.2.2 Sols riches en fines Il sagit des sols dont la concentration dans la suspension passant au tamis de 100 m est suprieure 40 g par litre. cette tape de lessai, la masse du matriau passant 100 m est connu (3.3.2.1), ce qui permet de dterminer le nombre de quartage quil est ncessaire dappliquer la suspension initiale pour obtenir une suspension finale de concentration infrieure ou gale 40 g par litre sur laquelle lessai de sdimentomtrie va tre ralis. Par contre, le quartage nest pas ncessaire pour des concentrations variant entre 41 et 60 g par litre car il suffit dajouter

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