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Crushing phenomenon of the grainsschist during compaction

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trIDtR ; fês, discussronS surCet article sonf ,a,cceptéesjusqu'au L"' awil2007.

2gREVUË FRANçAIsE or cÉorrcHNteuE

N'1174e tnmestre 9006

Etude du phénomèned' écrasement des grainsde schiste au compactage

L'amélioration des matériaux par compactage estdirectement liée non seulement à la granulométrie desmatériaux à traiter mais aussi à la forme de leurs grains,leur angularité et à la teneur en eau contenue dans cesderniers. Cet article présente les résultats d'une étudeexpérimentale de deux essais : Proctor et CBR et de leurinfluence sur le phénomène d'écrasement des grains detrois matériaux locaux schisteux (schiste argileux, schistesatiné et schiste tacheté). Cet écrasement est quantifiépar deux paramètres : le coefficient d'uniformité C., et Ietaux d'écrasement Bro.Ces résultats montrent que le taux de rupture des grainsest mis en évidence par l'étalement des courbesgranulométriques qui évoluent en fonction de l'énergiede compactage. Le coefficient d'uniformité C,, et lefacteur Bro confirment que cette évolution esf fonctiondes classes granulaires, de la présence d'eauet de la dureté des grains.

Mots-clés: grain de schiste, compactage, essai Proctor,essai CBR, écrasement.

The improvement of materials by compaction is directly relatednot only to the grading of the materials but also to their grainshape, their angularity and the water content. In this paper, wepresent the results of an experimental study of two compactionprocesses : the Proctor test and the CBR test with their influenceon the crushing phenomenon of the grains of three schistouslocal materials (argillaceous schist, glossed schist and mottledschist). This crushing is quantified by two parameters : thecoefficient of uniformity C, and the rate of crushing B,o.These results show that the grains crushing is highlighted bythe spreading out of the grading curves which evolve accordingto the energy of compaction. The uniformity coefficient Cu andthe factor B,o confirm that this evolution is a function of tiie sizeranges, the water presence and the hardness of the grains.

Key words: schist grain, compaction, Proctor test, CBR test,crushing.

Dans cette étude, nous mettrons l'accent essentiel-lement sur l'influence des trois paramètres suivants :

- la classe granulométrique (0/6 ; 6/1,0 et 1,0/14) ;

- la présence ou non d'eau;

- la compacité du matériau.

Eldentification des trois typesde schisle

Pour mener cette étude, des échantillons relatifs àtrois types de schistes ont eté prélevés, à savoir:

- des roches de schistes argileux qui sont à la limite dudomaine du métamorphisme; elles sont encore consi-dérées comme des roôhes sédimentaires;

- des roches de schistes satinés à deux micas qui mon-trent des recristallisations minérales plus nettes. Cesont des roches ayant acquis une schistosité sousl'influence de contraintes tectoniques, de teinte géné-ralement grise présentant des surfaces blanchâtresnacrées ou satinées dues à la présence de feuillets deséricite. Ces roches sont aussi appelées séricito-schistes ;

- des roches de schistes tachetés qui sont des schistesdans lesquels le métamorphisme de contact (hautetempérature et basse pression) a développé des miné-raux néoformes qui se concentrent en a$régats ayantl'aspect de taches (porphyroblastes) .La schistosité esten général acquise antérieurement à l'intrusion desroches magmatiques, mais elle peut aussi être liée à Iamise en place de l'intrusion. Ces roches sont, en géné-ral, de couleur grise à noire.

Ces schistes sont extraits sur des sites situés àmoins de 10 kilomètres au nort-est de la ville de TiziOuzou sur les flancs longeant I'oued Sebaou. Le reliefdes sites est accidenté avec des côtes aux altitudes de100 m et 150 m. La colonne synthétique des différentsensembles tectonométamorphiques est représentéeen figure 1. Les sites ont été choisis pour poursuivre}'étude effectuée par l'Office national de la recherchegéologique et minière (ORGM) de Tizi Ouzou. Lestrois types de schistes étudiés sont de nature minéra-logique différente.

Elntroduction

Dans la présente étude, nous nous intéressons aumatériau schiste qui se trouve en abondance dans larégion de la Grande Kabylie dans l'optique d'une éven-tuelle utilisation dans le domaine du génie civil. Afind'avoir une connaissance étendue de ce matériau, notrechoix s'est porté sur trois types différents de schisteparmi les plus répandus dans la région. Les échan-tillons ainsi utilisés intègrent diverses qualités deschiste s'étendant des matériaux durs (schiste tacheté)aux matériaux moins durs (schiste argileux).

Les grains formant les trois types de schiste ont unecomposition minéralogique, une forme et des résis-tances individuelles différentes. En outre, I'énergienécessaire pour obtenir à partir d'un grain d'autresgrains de taille inférieure est plus ou moins importante.La rupture des grains est donc liée non seulement auxpropriétés physiques de ces derniers mais aussi auxchemins de contraintes appliqués. Ainsi diverses ques-tions ont été soulevées pour connaître si réellement ilexistait une régularité dans le processus de rupturepour divers chemins de contraintes. C'est pourquoi,notre campagne d'essais porte sur l'essai Proctor etl'essai CBR de ces matériaux.

Le compactage aura pour effet de modifier l'arran-gement des grains entre eux de façon à obtenir unemeilleure compacité laquelle entraîne une diminutionplus ou moins rapide du volume des vides. Le compac-tage suppose l'emploi d'engins lourds suffisammentpuissants pour vaincre les forces de frottement entreles grains. Ces engins développent une énergie dite< énergie de compactage ). Les grains se cassent aucontact des uns et des autres par frottement ou parchocs et ils se transforment en grains de petites dimen-sions. Cette modification de la granularité est augmen-tée par la présence d'eau. Lors du compactage, lesgrains sont serrés, leurs mouvements sont réduits,donc l'écrasement diminue.

Pour mieux caractériser le comportement de cesmatériaux, ils sont soumis à deux chemins decontrainte différents : l'essai Proctor sous des énergiesélevées allant jusqu'à 150 coups et l'essai CBR. Lesgrains ont été sélectionnés pour constituer trois classesgranulométriques 0/6-6/10 et 10/14.

Dalleorthogneissiquesupérieure

Sous-unitéparagneissique

Sous-unitémarbres

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Unité schisteuse

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30REVUE FRANçAISE DE GEOTECHNIQUEN'1174e trimestre2006

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ensembles tectonométamorphiques du sitede l'extraction des échantillons.

ffi!. . tEtude pëtrographique

L'observation macroscopique des blocs exfraits révèleque l'aspect des échantillons est homogène. Ce sont desblocs de roches qui se caractérisent par une couleur :

- maruon clair pour l'échantillon de schiste argileux;

- noire mouchetée de mica pour l'échantillon deschiste satiné à deux micas;

- noire à nuances verdâtres pour l'échantillon deschiste tacheté.

Les blocs utilisés ont été soumis au concassagemanuel, la granulométrie obtenue est de 0/20 mm. Ainsiles grains obtenus présentent des angularités (formeangulaire). La densité des grains dépend de leur compo-sition minéralogique et de leur résistance à l'altération.

L'étude pétrographique a été réalisée dans un labo-ratoire spécialisé de l'Office national de la recherchegéologique et minière dit Centre de recherche et dudéveloppement (CRD) de Boumerdès. I1 s'agit d'étudesde lames minces dont le but est d'identifier les carac-téristiques pétrographiques et minéralogiques desschistes et d'évaluer leur importance relative permet-tant ainsi de mieux comprendre leur comportement.Les différents minéraux obtenus sont décrits pour lestrois schistes. Ainsi, Ie schiste argileux, de texture schis-teuse, est composé des minéraux suivants : 30 à 33 %de quartz,4O à 45 % de mic a, 1.0 à 15 "/" de plagioclase etde 5 à 6 % d'oxyde de fer. Le schiste satiné, de textureschisteuse et de structure granole pyroclastique, estcomposé de 45 à 50 % de quartz, 20 à 25 % de biotite, 20à 25 " de muscovite et 20 à 25 "/" de tourmaline. Enfin,le schiste tacheté, de texture massive et compacte et destructure hématoblastique, est composé de 50 à 55 %d'amphiboles, 20 à 25% de ferro-actinote, 4 à5% decalcite et B à 10 o de chlorite.

L'étude pétrographique réalisée révèle les pointssuivants. Il n'existe pas de traces d'argile dans les troistypes de schistes analysés. Ceci s'explique par le faitque les schistes sont des roches métamorphiques (nonsédimentaires). Elles contiennent plutôt quelques miné-raux issus de la transformation directe de l'argile telleque la chlorite (matériaux très instables) ou indirectetels que les micas (biotite ou muscovite) ou le plagio-clase (feldspath,, en général) puisque l'argile se trans-forme avant en chlorite ou en séricit e. L'échantillon deschiste argileux contient entre 30 et 33 "Â de minérauxstables (quartz) et 50 à 60% de minéraux instables (pla-gioclase et mica). L'échantillon de schiste satinécontient 65 à 75 "/" de minéraux stables (quartz et tour-maline) et 40 à 50 % de minéraux instables (micas : bio-tite et muscovite). L'échantillon de schiste tachetécontient 70 à B0 % de minéraux stables (amphibole etferro-actinote) et 12 à 15 % de minéraux très instables(calcite et chlorite).

WCaractéristiq ues d'identification

Après avoir concassé manuellement des blocs deschistes, des échantillons ont été soumis au séchagedans une étuve à la température de 105 oC pendantZ4heures. Par la suite, une étude d'identification a étéréalisée au laboratoire. Les grains ainsi obtenus sont detype très anguleux (Fig . 2).

i1'ttiiiri'iti'tjtiiiitifiilii;,i11:iy,li,lffififfiruiiu"' Grains de schistes étudiés. De gauche àdroite : schiste argileux, schiste satiné etschiste tacheté.

Les principales caractéristiques physiques deséchantillons étudiés sont récapitulées dans lestableaux I et II. Notons que les valeurs présentées dansle tableau I sont des valeurs moyennes obtenues d'unesérie de trois échantillons.

ijii'Ti'Tliili'iiiiiili'# ",t;i

C aractéri stique s physique sdes schistes étudiés.

Les courbes Proctor modifié de la figure 3 ont uneallure légèrement aplatie, ce qui nous permet de direque les matériaux sont peu sensibles à l'eau. L'échan-tillon de schiste tacheté a présenté des valeurs de poidsspécifiques les plus élevées contrairement à l'échan-tillon de schiste argileux. Ceci est lié à sa texture mas-sive et compacte en plus de la présence d'un pourcen-tage important d'amphibole (50 à 55 %) connue par samasse volumique absolue très élevée (32 kN /mt). Cettetexture fournit un indice des vides (e) très faible.

WCaractéristiquesProctor,CBR,LosAngelesetmicro-DevaIenprésenced,eaupourlesschistesétudiés.

Schiste argileux 3B

Schiste satiné 25

24

31REVUE FRANçAISE DE GÉoTEcHNIQUE

N" '117

4e trimesTre 2006

Schiste argileux

Schiste satiné

Schiste tacheté

Schiste tacheté

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2.OO 4.OO 6.00 8.00 10.00 12.OOTeneur en eau W (%)

il1t11inin11i1,7i'Xfuiil:ltiiii,,iiii,i!ffiiiiffiifiil Courbes de l'essai Proctor modifié destrois schistes.

Le poids volumique (To)oot augmente avec le degréde compacité de la structurej interne des matériaux, dela densité des minéraux majeurs les constituant et despourcentages relatifs de ceux-ci. Tandis que la teneuren eau optimale (woo , (%)) dépend du pourcentage desminéraux instables présents et de leur degré d'instabi-lité (les minéraux instables sont les plus altérables). Eneffet, sous des conditions climatiques identiques etpendant une durée fixée, les minéraux n'ont pas tous lemême degré d'altérabilité. En respectant les mêmesconditions d'altérabilité, Zumberg, cité dans Lade etYamamuro et al. (1996), classe les minéraux; ainsi lesquartz sont des minéraux très stables. La muscovite,l'orthoclase, la biotite, l'amphibole, Ie pyroxène, le pla-gioclase et l'olivine sont des minéraux peu stables.

L'échantillon de schiste argileux a donné les plusgrandes valeurs de Woot, le schiste satiné les plusfaibles. Le gonflement (Tableau III) et la teneur en eau,augmentent avec le pourcentage des minérauxinstables présents dans les échantillons.

ffiEssai CBR sur les schistes étudiés

Les essais CBR sont effectués sur les échantillonsdes trois matériaux schisteux compactés à la teneur eneau optimum obtenue par l'essai Proctor modifié. Ilssont ensuite poinçonnés par un piston. Au cours de cesessais, on a constaté que c'est essentiellement le com-pactage qui permet d'améliorer la portance de cesmatériaux et le pouvoir portant de ces derniers estd'autant meilleur que le CBR est plus grand.

ifi:,iiiirllrfli lnfluence du gonflement en fonction de la compacité.

Les principaux résultats obtenus à partir des essaisCBR sont regroupés dans le tableau III.

L'échantillon tacheté présente un indice CBR, à98% de compacité par rapport à la compacité optimale,supérieur à 35, un Los Angeles (LA) et un micro-Devalen présence d'eau (MDE) inférieur à 40 (Tableau II) etun gonflement nettement inférieur à 1% (Tableau III).Ce type de granulats peut donc être incorporé dans lescorps de chaussée conformément au cahier de pres-criptions spéciales (1995). L'échantillon de schiste argi-leux a enregistré les valeurs les plus élevées du gonfle-ment par rapport aux autres échantillons (Tableau III).En effet, le gonflement et la teneur en eau augmententavec le pourcentage des minéraux instables présentsdans les échantillons. Pour une compacité de l'ordre de98 "/", l'indice CBR du schiste argileux est de l'ordre de13 (Tableau II), indice relativement faible pour uneéventuelle utilisation dans les corps de chaussée. Quantau schiste satiné, il présente une valeur intermédiaireparmi les échantillons testés qui est de l'ordre de 25(Tableau II). Ce schiste peut répondre à certaines utili-sations particulièrement dans le domaine routier.

E,Ecrasement des grains

Il existe pour un granulat, deux types d'évolutionpossible sous I'action de sollicitations mécaniques : ilse fragmente en donnant des éléments de toutesdimensions ou bien il s'use par frottement en donnantessentiellement des éléments fins. Ramamurthy (1969)est le premier auteur à présenter une classification desruptures des grains qui a été synthétisée par Guyon etTroadec (1994) qui en distinguent trois modes de rup-ture : la fracture, l'écaillage et l'abrasion. Ils en donnentla définition. La fracture concerne un grain qui se cassepour donner de nouveaux grains de taille sensiblementégale ou inférieure à la taille du grain d'origine.L'écar llage ou l'attrition se produit ainsi : uD grain secasse pour donner un grain de taille légèrement infé-rieure et voire plusieurs grains de plus petite taille.L'abrasion génère un grain ayant sensiblement lamême taille que le grain d'origine mais avec une pro-duction de particules très fines.

De nombreux chercheurs (Biare z et Hicher, 1,997 ;Marsal, 1977; Cambou, L972; Lade et Yamamuro et al.,1996; McDowell et Bolton, 1998) se sont penchés sur lephénomène de rupture des grains et ont permis de

55 coups/couche(*oo, + 2%)

55 coups/couche(wop,)

55 coups/couche(*oo, - 2%)

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10 coups/couche(*oo,)

Où G et C sont respectivement le gonflement et la compacité reiative.

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99,6

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96,2

3eREVUE FRANçAISE DE GEOTECHNIQUEN'1174e Trimestre2006

aSchiste argileux

.

Schiste satiné

oSchiste tacheté

q1 2

comprendre comment ce phénomène se manifeste etquels sont les facteurs qui permettent de quantifier larupture des grains.

En pratique, la rupture des grains se produit àgrande échelle durant le compactage des terrains, par-ticulièrement au niveau des barrages, au-dessous despointes des pieux, etc., ou durant les essais menés enlaboratoire, par exemple lorsque les granulats sont sou-mis à des contraintes de compression ou de cisaille-ment. L'importance de cette rupture dépend de laforme, de la résistance propre de chaque grain (com-position minéralogique et structure cristalline), de lacompacité des matériaux, de l'effet de l'eau, de f inten-sité des contraintes appliquées aux points de contact etdu chemin des contraintes.

Quand les grains sont solides, durs et assez arron-dis, ils peuvent supporter des contraintes élevées sanss'écraser. Lorsqu'ils sont fragiles, ils sublssent unefragmentation sous l'effet des contraintes appliquées,résultant du cisaillement des aspérités et de la fissura-tion des grains (Yamamuro et a1.,1996).

L'objectif de cette étude est de quantifier le degréd'écrasement des grains de trois types de schiste :

tacheté, argileux et satiné, en comparant les courbesgranulométriques obtenues avant et après différentsessais Proctor pour les classes granulaires 0/6, 6/10 et1.0/14, et ce pour des états sec lâche et humide et enfonction de l'énergie de compactage.

Hagerty et aL. (1993) ont observé trois phases decomportement résultant d'une compression : diminu-tion de volume de l'échantillon due au réarrangementdes grains sous faibles contraintes, écrasement desgrains et réarrangement sous fortes contraintes.

L'écrasement des grains apparaît quand lescontraintes imposées aux grains qui composent le soldépassent leur résistance propre. La compressions'effectue tout d'abord avec un réarrangement, ensuitel'écrasement des grains se produit en commençant parles plus gros et les plus fragiles. La rupture des grainsgénère une évolution de la granulométrie du matériau,évolution qui permet d'obtenir une compacité plusgrande et un indice des vides plus faible. Graduelle-ment, ces fragmentations mènent à une réduction del'effort moyen appliqué entre les grains. Cette réduc-tion de l'effort diminue le taux d'écrasement même sil'effort vertical augmente. Ce changement de compor-tement mène à une augmentation de la rigidité del'échantillon . L'écrasement non seulement brise lesgrains faibles mais améliore les performances d'unmatériau en diminuant sa compressibilité et sa per-méabilité.

ERésu ltats et interprétation

Une des méthodes la plus simple qui permet d'étu-dier l'écrasement des grains est la comparaison descourbes granulométriques obtenues avant et après lesdifférents essais Proctor modifié réalisés sur les troisclasses granulaires retenues pour l'étude. Les essaisProctor montrent qu'il y a un grand changement de lastructure granulaire en fonction du nombre de coups,de la présence ou non d'eau et de la classe granulaired'origine. Il est important de noter que toutes les taillesdes grains sont concernées par le phénomène de rup-ture.

L'énergie de compactage ou le nombre de coupsinfluent peu sur la classe granulaire 0/6. On constatemême une légère production de fines qui reflète unebonne résistance à l'écrasement de cette granulomé-trie. En effet, les grains pour cette fraction sont petits etdonc plus sains et plus résistants. Pour les classes 6/10et 1,0/1,4, I'écrasement devient plus important avecl'augmentation de l'énergie de compactage.

En présence d'eau, l'écrasement est légèrement plusimportant pour les grains de taille élevée. En effet, c'està partir d'une taille supérieure à 6 mm (cas de la classe6/10) que l'eau commence à avoir une influence impor-tante sur la rupture des grains. Ainsi on a obtenu desétalements plus marqués des courbes granulométriqueset le coefficient d'uniformité a évolué par des valeursparfois importantes de l'état sec lâche à l'état humide enfonction de la nature des matériaux. L'eau en entourantles grains de cette classe pénètre dans les microfissureset rend les zones les plus fragiles moins consistantes,,ceci constitue donc des crorftes facilement dégradables.Ceci confirme les résultats de Miura et O'H ara (1979) quiont montré que la résistance individuelle en présenced'eau des grains devient plus faible, ce qui conduit à unétalement granulométrique important.

Pour une énergie de compactage fixée à 100 coups(Fig. 4), les matériaux présentent un degré d'écrasementdifférent. Les courbes granulométriques sont plus éta-lées pour le schiste argileux, donc la rupture des grainsest plus importante pour ces derniers. A l'état humide,l'étalement de ces courbes est plus prononcé (Fig. 5). Enfait, l'influence de l'eau sur la dégradation diffère d'unmatériau à un autre en fonction de la résistance indivi-duelle de ces derniers (cas du schiste satiné, Fig. 6). Plusles grains sont résistants, moindre est l'effet de l'eau.

Les essais Proctor ont prouvé que l'écrasement desgrains augmente considérablement avec l'augmenta-tion du nombre de coups et de manière significativeavec la taille des grains de schiste argileux (Fig.7).Cetécrasement, particulièrement pour la classe 10/14, estd'autant plus important que le matériau est humidepour des énergies de compactage élevées,, supérieuresà 50 coups (Fig. 5) Au fur et à mesure que la densitérelative augmente, la rupture des grains diminue cecipeut s'expliquer par le fait qu'avec plus de particulesentourant chaque grain, l'effort moyen de contact tendà diminuer.

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Diamètre des grains [mm]

Étalement granulométrique de la classegranulaire 70/14, à l'essai Proctor à l'étatsec pour une énergie de compactageéquivalente à 100 coups.

33REVUE FRANçAIsE or cÉomcrNreuE

N' 1174e tnmestre2006

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Diamètre des grains [mm]

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argileux de classe granulaire 70/74, pourune énergie de compactage de 75 coups.

Les principaux résultats obtenus à l'essai Proctor ontmontré que le schiste satiné et le schiste tacheté sontles matériaux les plus résistants au compactage et celuiqui se dégrade le plus est le schiste argileux (Fig.4).Cette rupture des grains évolue avec l'énergie de com-pactage (Fig. 5). il est évident que l'intensité du com-pactage est un facteur prépondérant sur le développe-ment des ruptures des grains. A chaque augmentationde l'énergie de compactage (nombre de coups appli-qué), les courbes granulométriques, après essai, devien-nent de plus en plus étalées et s'éloignent de la courbegranulométrique initiale avant essai. Le schiste le plusrésistant au compactage est le schiste tacheté, ce quiconfirme les constatations lors des essais d'identifica-tion qui montrent qu'effectivement il est le plus dur et lemoins sujet à la fragmentation des trois schistes étudiés.En effet, les grains sont difficiles à briser et présententdes angularités les plus résistantes. Tandis que le schistele plus fragile, donc, le moins résistant au compactageest le schiste argileux. En présence d'eau, il y a eu unécrasement plus important des grains sous des énergiesde compactage élevées. Ainsi nous pouvons conclureque la présence d'eau fragilise les grains et fait diminuerla résistance à la fragmentation sous les chocs lors ducompactage. L'influence de la teneur en eau n'est pastrès significative dans le cas d'un matériau résistantschiste satiné (Fig. 6). Cependant l'étalement granulo-métrique devient de plus en plus important en passantdu schiste tacheté au schiste satiné et au schiste argi-leux (Fig. 4). Donc, son influence évolue en fonction del'étalement granulométrique des différents matériaux.Le matériau à teneur en eau optimale, dans le cas duschiste argileuX, présente des courbes granulomé-triques proches de celles de l'état sec. Dès que la teneuren eau passe au-delà de l'optimum Proctor, l'écrase-ment devient plus important (Fig.5).

Pour l'essai CBR, les schistes satiné et tacheté, àteneur en eau optimale, présentent des courbes granu-lométriques proches de celles de l'état sec. Dans le casdu schiste argileuX, l'étalement granulométrique àteneur en eau optimale est très important par rapport àcelui de l'état sec (Fig B).Dès que la teneur en eaupasse de part et d'autre de W^^*, on obtient des courbesgranulométriques de part et

"dtautre de celle de l'opti-mum Proctor. Ceci confirme que l'étalement granulo-métrique devient de plus en plus important avec l'aug-mentation de la teneur en eau et donc le tauxd'écrasement augmente avec la teneur en eau.

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Diamètre des grains [mm]

Influence de la teneur en eau sur ladégradation des grains du schiste satinéde classe granulaire 70/74, pour uneénergie de compactage de 75 coups.

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Diamètre des grains [mm]

Influence de l'énergie de compactage sur ladégradation des grains du schiste argileuxde classe granulaire 70/74 à l'état seclâche.

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Diamètre des grains [mm]

Influence de la teneur en eau sur le degréd'écrasement à l'essai CBR.

34REVUE FRANçAISE DE GEOTECHNIQUEN' 1174e trimesTre2006

+- avant essai

+- 25 coups

1- 55 coups

+ 100 coups

100.00

ffiInfluence du mode de compactage

Deux types d'essais ont été retenus pour l'étude decette influence : l'essai Proctor modifié et l'essai CBR.On a confectionné des échantillons aux deux états : seclâche et humide à teneur en eau optimale. Les résultatsmontrent que, pour des énergies assez proches,, lesmatériaux compactés statiquement créent plus de rup-tures de grains que ceux compactés dynamiquement,c'est-à-dire le degré d'écrasement à l'essai CBR est plusimportant que celui de l'essai Proctor que ce soit à l'étatsec lâche ou à I'état humide dans ]e cas des schistessatiné et argileux (Fig. 9). Les courbes granulomé-triques obtenues sont évidemment plus étalées pour leschiste argileux que pour le schiste satiné. Cet étale-ment est accentué à l'essai CBR et ceci est justifié par lecumul des deux effets: effet du compactage et du poin-çonnement.

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--+- schiste satiné P

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---- schiste argileux

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100.00 10.00 1 .00 0.10

Diamètre des grains [mm]

où Dro' et Dro, sont les diamètres qui correspondent à10 % des tamisâts cumulés respectivement avant etaprès essai. Ainsi Bro est compris entre 0 et 1. Plus Brose rapproche de 1, plus il y a des ruptures de grains.

Le paramètre C, montre bien que l'écrasement évo-lue avec la taille des grains, particulièrement avec lesclasses granulaires retenues 0/6, 6/1,0 et 1,0/14 (Fig. 10),mais aussi avec l'énergie de compactage. Cu n'évolueque très peu pour le cas de la classe 0/6, ce quiconfirme que les grains les plus petits sont les plusrésistants. Ce résultat a été aussi confirmé pour les troismatériaux: schistes satiné, argileux et tacheté.

100.00

80.00

60.00

40.00

20.00

0.00

(- - Duo

u Dro

Don et D.,n sont les diamètres qui correspondent respec-tiùêmenf à 60 % et à 10 % des tamisâts cumulés;

- d'autre part, le facteur Bro.

Lade et Yamamuro et al. (1996) ont défini le para-mètre Bro par Ia relation :

50.00

40.00

30.00

20.00

10.00

0.00

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00

Nombre de coups

tilir44iiy;4'tii1:r;1i{,111tî:ffitAr#rii"i Évolution du coefficient C., en fonction del'énergie de compactage du schisteargileux à l'état humide pour trois classesgranulaires.

O\c)

r

OO

!1-0)

UË,(â

\c)

Oa

<dv)

F

0.01

ii'!,tiiyil:lni|ti1zfnnnl111rX:11ffi1ffi:!:t|i Comportement des schistes argileux etsatiné à Woo, à l'essai Proctor et à l'essaiCBR.

EQuantification de la rupturedes grains

Plusieurs auteurs ont défini le taux d'écrasementdes grains à partir de l'évolution ou de l'étalement de lacourbe granulométrique. Certains ont proposé desuiwe l'évolution de certains diamètres avant et aprèsessai tels le suggèrent Lade et Yamamuro et aI. (1996)pour le diamètre Dro. Dans notre cas, pour quantifier Iarupture des grains des différents matériaux étudiés auxessais Proctor, deux paramètres ont été retenus:

- d'une part, le coefficient d'uniformité C,, '

A I'état humide (Woo,), Cu montre que la dégradationdes grains de schiste satiné de la classe 10/14 est trèsimportante comparativement aux classes 6/1,0 et 0/6.Elle évolue en fonction de l'énergie de compactage(Fig. 11). Les gros grains présentent des angularités etcertainement des fissures où la pénétration d'eau peut,

U\()

F B.oo

C)

O

q)

U4.00

16.00

12.00

0.00

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00

Nombre de coups

iiiii.''.!i'''#Tl,j'fr'.i..iij|ijfrjâWÉvolutionducoefficientC.,enfonctiondel'énergie de compactage du schiste satiné àl'état humide pour les trois classesgranulaires.

(1)

Bn^ = 1- D'o'

r\r Dro,

(2)

35REVUE FRANçAISE DE GEOTECHNIQUE

N' 1174e trimestre 2006

+ classe granulaire 0/6

{,- classe granulaire 6/10

+ classe granulaire 10114

+ classe granulaire 10114

+- classe granulaire 6/10

{- classe granulaire 0/6

+ schiste argileux

+ schiste satiné

+ schiste tacheté

s'effectuer et éventuellement favoriser leur rupture. Lafigure 12 montre que C, évolue de façon identique enfonction du nombre de coups dans le cas des deuxschistes tacheté et satiné à l'état sec.

50.00

40.00

30.00

20.00

10.00

0.00

B 0.40(-)

fT.U\c)

t:

c)O

F0)

U

Pour la classe 0/6, à l'état sec, le facteur Bro évolueen fonction du nombre de coups de 0 à 0,36 pour leschiste satiné, de 0 à0,32 pour le schiste tacheté et de 0à 0,69 pour le schiste argileux (Fig. 13). On note que}'évolution des schistes satiné et tacheté est quasi iden-tique et proche l'une de l'autre. Par contre à l'étathumide, Bro évolue de 0 à 0,70 pour le schiste tacheté,de 0 à 0,73 pour le schiste satiné et de 0 à 0,77 pour Ieschiste argileux (Fig. 14).Cette évolution du facteur B,os'accentue avec la taille des grains (Fig. 15) et avec lesminéraux constituants chaque matériau. En effet B,o estde l'ordre de 0,98 pour le schiste argileux qui présénteles minéraux les plus instables; alors qu'il est égal à 0,86pour le schiste satiné et à 0,BZ pour le schiste tacheté.

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00

Nombre de coups

i*l-q-ittfir:#ttttl'ti Évolution du facteur Bro en fonction del'énergie de compactage pour les troismatériaux de classe 0/6 à I'état humide.

20.00 40.00 60.00 80.00 100.0

Nombre de coups

Évolution du facteur Bro en fonction del'énergie de compactage pour les troisclasses granulaires du schiste satiné àl'état humide.

Bromontre que l'écart du degré de rupture, qui évolueen fonction de l'énergie de comp actage, entre lesclasses granulaires n'est pas très important (Fig. 15).

Pour la clas se 10/14,le coefficient d'uniformité C,, etle facteur Bro évoluent en fonction de Ia teneur en eâu.C, varie de 40,00 à 62,86 pour le schiste argileux, de 5,45à 7,69 pour Ie schiste tacheté et de 6,25 à 9,81 pour leschiste satiné (Fig. 17). Le facteur B,o â atteint 0,98 pourle schiste argileux alors qu'il vaut 0,87 pour le schistesatiné et 0,85 pour le schiste tacheté (Fig. 17). Le coeffi-cient Cu est lié à la teneur en eau de façon quasi pro-portionnelle particulièrement pour les schistes satinéet tacheté mais avec une faible pente; alors que le fac-teur Broest lié à la teneur en eau W avec une pente 1égè-rement élevée pour ces deux derniers matériaux. Pourle schiste argileux, la pente est très faible et 810 à l'étatsec est de l'ordre de 0,97 , ce qui montre qu'à cèt état lapresque totalité des grains s'est écrasée.

20.00 40.00 60.00

Nombre de coups

Évolution du coefficient C,,l'énergie de compactagematériaux à l'état sec.

en fonction depour les trois

h

aO

fT.

;-P 0.40qJ

()fT.

0.80

0.00 20.00

tlttiiittiitiii!,jtiitltititiritliili:tiggn::t4i,$1:iir|Évolution

I'énergiematériaux

40.00 60.00 80.00 100.00

Nombre de coups

du facteur Bro en fonction dede compactage pour les troisde classe 0/6 à l'état sec.

Le paramètre C, confirme que le degré d'écrase-ment des grains est moindre pour le schiste tacheté quiest Ie matériau le plus résistant que pour les deuxautres matériaux schisteux satiné et argileux. Le facteur

3ôREVUE FRANçA|sE oE cÉorrcHNreuEN" 1174e trimestre 9006

schiste argileux

+ schiste satiné

+- schiste tacheté

-4- classe granulaire 0/6

--'f classe granulaire 6/10

+- classe granulaire 10114

+ schiste argileux

+ schiste satiné

+ schiste tacheté

80.00

0.00 4.00 8.00 12.00 16.00

Teneur en eau (7o)

t':1,i:i,iyrit:tiitî,,:i,iu1:1t7ti:1:,1:1t.{{g!1{i,q.itiiitti Évolution du coefficient d'uniformité C., enfonction de la teneur en eau pour uneénergie de compactage 100 coups.

E

Ces essais ont montré que l'écrasement des grainsaugmente considérablement avec la fragilité de cesderniers constituant chacun des schistes. Ce phéno-mène semble être lié en grande partie à la mlnéralogie,à la texture, à l'angularité des grains et au pourcentagedes minéraux instables.

La résistance au compactage des schistes est liéeaussi à la nature minéralogique des grains, à la granu-lométrie (taille des grains), à l'intensité des efforts appli-qués (nombre de coups) et à la compacité de l'échan-tillon: lâche, dense (densité à l'optimum Proctor) avecou sans présence d'eau.

Les schistes argileux, les plus fragmentables destrois types de schistes étudiés, ont généré les courbesgranulométriques les plus étalées après essai, celles-cicorrespondent non seulement à des écrasements maisconduisent aussi à des glissements et à des arrange-rnents des grains vers des indices des vides petits, parconséquent, des degrés d'écrasement les plus impor-tants.

La dureté des minéraux, telle celle de l'amphibole,diminue la quantité d'écrasement des grains. Leséchantillons constitués de minéraux Ies plus durs,rnême soumis à des efforts élevés, donnent peu de rup-ture.

Le coefficient d'uniformité C, et le facteur Bro confir-ment que la dégradation des gràins est plus imiJortantepour les grains de grande taille,, leurs valeurs sont plusélevées à l'état humide qu'àI'etat sec et sont fonctionde la minéralogie des matériaux.

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ConclusionU\(l)

C)

O

C)

U

aO

rY

0.00 4.00 8.00 12.00

Teneur en eau (Vo)

nt:7i,t1171;'!"iti1!i'17n1|;11'!6ffi1iç:,4r::tilti Évolution du facteur Bro en fonction de lateneur en eau pour une énergie decompactage de 100 coups.

16.01

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3lREVUE FRANçArsE oE cÉorEcHNreuE

N'1174e Trimestre 2006

schiste argileux

+ schiste satiné

-a- schiste tacheté

+ schiste argileux

+ schiste tacheté

-+ schiste satiné