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8/15/2019 FRAGMENTATION DES GRANULATS
1/5
C . TOURENQ
A t t a c h é
de r ec he r c he
D é p a r t e m e n t
d e
g é o t e c h n i q u e
Laborato i re cent ra l
et A. MALDONADO
I n g é n i e u r
Laborato i re
r é g i o n a l
d A nge r s
L e s s a i d e f r a g m e n t a t i o n
d y n a m i q u e d e s g r a n u l á i s
A
rési stance aux cho cs des granulats, leur
fragilité
ou leur friabilité vis-à-vis de sollici
tations dynamiques, a toujours été con sid érée
comme ayant une grande importance en technique
r o u t i è r e . En particuli er, les gravillons si tués à la
surface de la c hauss ée, ou pr ès de celle-ci , sont
violemment soll ici tés lors du p assage des véhic ules,
surtout si ces derniers sont équipés de pneus à
crampons.
L essai Lo s Angeles mis au point par le laboratoire
de l Etat de Californie en 1927, fut étendu aux
autres Etats en 1935, pour compléter l essai Deval
qui est un essai d usure. Il r end compte de la
résistance
aux chocs des granulats situés à la
surface des chaussées.
L essai de fragmentation dynamique, qui cons iste à
laisser
tomber une masse d une hauteur donnée et
un nombre de fois détermi né, sur un échantil lon de
granulat, est utilisé depuis 1930 en Allemagne et en
Belgique, et plus récemm ent en Grande-Bretagne
et en Norvège, avec des modalités plus ou moins
v a r i é e s .
Il apporte les mêmes informations que le Los Ange
l e s
mais deux aspects positifs non négli geables
nous
ont incités à en faire l étude et à le r ecom
mander :
— c est d abord un essai de chantier, tant par sa
simplicité
d installation et d exécu ti on, que par la
robustesse du
m a t é r i e l .
Facilement transportable,
c e
matér iel permet en quelques minutes d effectuer
un e s s a i d où son grand i ntérêt pour estimer la
qualité
des granulats dans le cadre du contrôle en
carr ière
ou sur chantier ;
—
c est aussi un essai tr ès
utile
en prospection de
gisements, vu la faible dimension de l échanti llon
(350 g) et la faci li té de const ituer une prise d essai
avec 1 kg de carottes de sondage ou même, direc
tement
à
partir
des débris de roche obtenus par
la foration en percussion.
DESCRIPTION DE L ESSAI
Echantillon
Nous
utilisons les mêmes classes granulaires que
pour l essai Los Angeles : 4 - 6,3 mm*, 6,3 - 10 mm
et 10 - 14 mm, mais la prise d essai est t rès rédu it e :
350 g cont re 5 kg pour le Lo s Ang eles.
L échantill on ne doit pas être l avé mais seulement
séché
pour faciliter la séparation par tamisage des
éléments in féri eurs à 1,6 mm produits par la frag
mentation.
E ssa i
L a
prise d essai est introduite dans un moule cyli n
drique m étall iqu e et sommairement égali sée. Le
moule est pl acé sur un bâti f ormé d une barre
scellée
sur un bloc de béton et de deux colonnes
s u r
lesquell es cou lisse une masse de 14 kg qui
viendra tomber d une hauteur détermi née sur l échan
tillon (fig. 1 et 2).
La dimension simplifiée •
6
mm -, qui correspond à la
dé f in i
tion normali sée d une coupure à
6 3
mm, sera utilisée par
simple commodité.
6
8/15/2019 FRAGMENTATION DES GRANULATS
2/5
à
F i g . 1 - App arei l de fragmentation dynamique.
F i g . 2 - App arei l de fragmentation dynamique réalisé par
l Atelie r de con struction de matériels de prototypes d Ange rs.
Le nombre de chutes, fixé suivant la classe granu
laire, étant effectué, le moule est vidé sur le tamis
de 1,6 mm en s ass urant qu il n y
reste
pas d élé
ments grossiers. Une vingtaine de secousses éner
giques suffisent à éliminer les éléments Inférieurs
à 1,6 mm et le
refus
est pesé.
Résultat
Pour une roche donnée, si P est le poids du refus
au tamis de 1,6 mm en gramm es, le coefficient de
fragmentation
dynamique s exprime comme pour
l essai Los A ngeles :
FD =
3 5 0
-
P
. 100.
350
L a
valeur obtenue doit être la même que celle de
l essai Los Angeles si le nombre de coups de dame
a été correctement choisi par un étalonnage préa
lable.
AJUSTEMENT
DU
NOMBRE
DE
COUPS
POUR
OBTENIR
LE MEME RESULTAT
Q U A L ESSAI LOS ANGELES,
POUR TOUTES
LES ROCHES
Cas d une seule classe granulaire
La
première difficulté résulte de la non linéarité de
la relation entre le coefficient Los Ang eles (LA)
et celui de la
fragmentation
dynamique (FD) (fig.3).
Au-delà
d une valeur
30, la destruc tion est plus
faible
dans l essai de
fragmentation
dynamique.
Cela
tient
au
fait,
qu au cour s de l essai, un maté
riau
plus tendre se compacte plus rapidement dans
le cylindr e qu un matéri au plus dur, ce qui limite la
destruction.
On ne peut donc pas en toute rigueur choisir un
nombre de coups de dame déterminé, valable pour
tous les matériaux.
y
s
y
S
S
s
, •
/
/
/
/
/
*
1
1 1 1 1
0 10 20 30 40 50 60 70
L
F i g . 3 - Corrélation entre les résultats des
e s s a i s
Los A n g e l e s
(LA )
et de fragmentation dynamique (FD) montrant une ten
d a n ce à la diminution de la fragmentation, pour les matériaux
t e n d r e s , d ans l essai de fragmentation dynamiqu e.
6 6
8/15/2019 FRAGMENTATION DES GRANULATS
3/5
Influence de la g r a n u l a r i t é
O n r e t r o u v e ici la m ê m e d i f f i c u l t é que p o u r l ' e s s a i
Los
A n g e l e s : si , sur une r o c h e d é t e r m i n é e , on
a d a p t e le n o m b r e de b o u l e t s à la c l a s s e g r a n u l a i r e
p o u r o b t e n i r
la
m ê m e p r o p o r t i o n
de
f r a g m e n t a t i o n ,
q u e l l e que s o i t c e t t e
c l a s s e ,
on s ' a p e r ç o i t q u ' i l y a
t o u j o u r s d ' a u t r e s r o c h e s p o u r l e s q u e l l e s c e t t e r è g l e
n ' e s t p l u s v é r i f i é e .
N o u s
c i t e r o n s à titre d ' e x e m p l e q u e l q u e s r o c h e s
à c o m p o r t e m e n t c o n t r a d i c t o i r e , un des c a l c a i r e s
é t u d i é (B), d e v a n t ê t r e c o n s i d é r é c o m m e un cas
e x c e p t i o n n e l (fig. 4). C e l a c o n d u i t à un m a u v a i s
a j u s t e m e n t du n o m b r e de b o u l e t s d a n s c e r t a i n s cas
( t a b l e a u I).
L A
3 0
2 0
1
0
y
Calcaire B
:
> Calcai re A
Calcaire
Quartzite
,
Microdior ite C
> Calcai re A
Calcaire
Quartzite
,
Microdior ite C
> Calcai re A
Calcaire
Quartzite
,
Microdior ite C
> Calcai re A
Calcaire
Quartzite
,
Microdior ite C
> Calcai re A
Calcaire
Quartzite
,
Microdior ite C
1
Basalte
1
Microdionte
»
1
Basalte
1
Microdionte
»
4 / 6
6/10 10 /H Classegranul air e en mm
7 9 11 Nombre de boul ets
Fig.
4 - Valeur du coefficient Los
Ange les
en fonction du
nombre de
boulets .
On
voit
la
d i f f i cu l t é d obtenir
un
ajuste
ment valable pour toutes
les
roches.
T A B L E A U I
LA
4/6 6/10
10/14
Calcaire A
Basate
32,6
9,7
33,1
9,8
32,8
9,8
Ajustement du
nombre de boulets
convenable
Calcaire B
Mcrodiorite C
15,2
21
12,8
31
10,5
37
Ajustement du
nombre de boulets
contradictoire
Il n y a à l ' h e u r e a c t u e l l e a u c u n e e x p l i c a t i o n d û m e n t
d é m o n t r é e de ce p h é n o m è n e . Il f a u d r a i t p r o b a b l e
m e n t r e c h e r c h e r d a n s l ' a r c h i t e c t u r e ou la m i c r o f i s
s u r a t i o n de la r o c h e une e x p l i c a t i o n p o s s i b l e .
L ' e s s a i
de
f r a g m e n t a t i o n d y n a m i q u e c o n d u i t a u s s i
à de s e m b l a b l e s d i s t o r s io n s et le n o m b r e de c o u p s
de d a m e que l on p e u t r e t e n i r p o u r c h a q u e c l a s s e
g r a n u l a i r e n ' e s t pas m i e u x a j u s t é que p o u r le
Los A n g e l e s (fig. 5).
20
1 o
I
C a l c a i r e
mie
r o g r a n u e
/ \
y
r ' vV
y
4
S •
/ s /<
7-
^/
>
/
/
M i l
V
i i i
V
l ̂
l I
N o m b r e
deC O U D S de
dame
Fig.
5 -
L ajustement
du
nombre
de
coups
de
dame dans
l essai
de
f ragmentation
dynamique
est
auss i
difficile
que dans
le cas du Los Ange les .
Le n o m b r e de c o u p s de d a m e a été f i x é c o m m e
s u i t :
4 / 6 = 16 c o u p s
6 / 1 0 = 22 c o u p s
10/14 = 28 c o u p s .
Il
faut
n o t e r n é a n m o i n s , sur les q u e l q u e s
e s s a i s
r e p r é s e n t é s sur la f i g u r e 6, u n e v a r i a t i o n des r é s u l
ta t s en t re
c l a s s e s
g r a n u l a i r e s l é g è r e m e n t p l u s f a i
b le que p o u r le Los A n g e l e s .
F D
30
2 0
\
Calcaires
Microgranite
Microdiorite
\
Calcaires
Microgranite
Microdiorite
—
i
\
Calcaires
Microgranite
Microdiorite
\
Calcaires
Microgranite
Microdiorite
— -
\
Calcaires
Microgranite
Microdiorite
\
Calcaires
Microgranite
Microdiorite
\
Calcaires
Microgranite
Microdiorite
\
Calcaires
Microgranite
Microdiorite
4/6 6/10 10/H
Classe
granul air e en mm
16 22 28 Nombre de coups
Fig.
6 - Valeur du coefficient de
fragmentation
dynamique en
fonction
du
nombre
de
c h o c s .
Les
d is tors ions sont moins
importantes
que dans le cas du Los Ange les .
C o r r é l a t i o n a v e c l essai Los A n g e l e s
U n
c e r t a i n n o m b r e d ' e s s a i s
ont été
e f f e c t u é s
par
le s L a b o r a t o i re s d ' A i x - e n - P r o v e n c e , d ' A n g e r s et le
L C P C .
L ' e n s e m b l e de s c o u p l e s de v a l e u r s F D / L A es t
r e p o r t é sur la f i g u r e 7 p o u r les 3 c l a s s e s g r a n u
l a i r e s .
67
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4/5
ill
F D
50
¿ 0
30
20
10
/
/
/
/
/
/ /
*
/ s
/
/
/
y
/
/
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/
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y
7
S
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«
A
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JUÎ •
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/
/
•
/
*•/'
M i c r o d i o r i t e
6 /10
C a l c a i r e 1 0 / U M i c r o g r a n i t e
1 0 / U
C a l c a i r e
A/ 6
10 20 30 40 50
L A
F i g . 7 - Corrélation entre les résultats des essais Los An geles
(LA)
et de
fragmentation dynamique (FD).
Moyenne
de la loi de X (LA) 18,2 b = 0,902
Moyenne
de la loi de Y (FD) 18,7 a = 2,312
Coefficient
de
corrélation
r = 0,937
S
y
y
x
= 2,878
Pour
89
couples
de
valeurs,
le
coefficient
de
c o r r é
lation est de 0,94, ce qui est tr ès suffisant, mais
montre
tout de
même qu il peut exister d importants
écarts avec le Los Angeles pou r certaines roches.
Il y a
donc lieu
de
vérifier pour chaque carri ère
l ajustement
du
nombre
de
coups
de
dame,
en
fonction
des
classes granulaires.
C e c i n enlève rien à l intérêt de l essai de fragmen
tation dynamique, en tant qu outil de contrôle de
la qualité des granulats d une carr ière d o n n é e .
Il
faut
simplement se montrer prudent dans l exploi
tation
des résultats vis-à-vis d es problèmes
de
pros
pection de gisements. On peut en effet s écarter
de
la
valeur Los Angeles
de ± 5
points dans
les
c as
les
plus d é f a v o r a b l e s .
Influence
du coefficient d aplatissement
M i c r o d i o r i t e 10/14
T M i c r o d i o r i t e
4 6
G r a n i t e
\4/6
;
100
V
O|LU
60
40
20
/
t
/
y
/•
/
/
/
i
/
; /
y
/ /1
/
7
/
/
20
F
D
F i g .
- Variation du coefficient de fragmentation dynamique
en fonction de la proportion d éléments plats.
T A B L E A U
Roche
Casse
granulaire
FD
sans
éléments
plats
FD avec
100
d éléments
plats
Ecart
pour 20
d éléments plats
Mcrodiorite
10-14
4-6
11.5
13,2
13,6
18,2
+ 0,4
+ 1
Granite
10-14
4-6
16
20
17,2
24,2
+ 0,2
+ 0,8
Calcaire
10-14
4-6
16
21
17,2
23,5
+ 0,2
+ 0,5
Influence
des hétérogénéités
en
dureté
Dans
tous les essais on a fait varier le pourcentage
d éléments tendres ou altérés ; on a trouvé une loi
de mélange simple, chaque matériau intervenant pour
so n
propre compte. La figure 9 montre un c o m
portement
de ce
type ; l écart
en
dureté des m a t é
riaux
mélangés
n était certes pas tr ès grand
(9 à
18), mais, comme cet essai n est pas destiné à
L es
éléments
ont été
séparés
en
classes granulaires
élémentaires
4/5
- 5/6 - 6/8 -
8/10
- 10/12,5 - 12,5/14
et les éléments plats ont été isolés avec les grilles
à
fentes E =
——
(E étant l épaisseur du granulat,
1,56
G
sa
gross eur).
Des mélanges reconstit ués avec
20, 40, 60, 80 et
100
d éléments plats,
ont
subi l essai
de
frag
mentation dynamique.
O n constate sur
la
figure
8
une assez faible
i n c i
dence
du
coeffic ient d aplatissement
sur le
r é s u l
tat (1 point au maximum) tant que le matériau c o n
tient
une
proportion d éléments plats raisonnable,
pour
des utilisations courantes (20 ).
O n peut constater encore que, plus
les
granulats
sont durs ou de petites dimensi ons, plus ils sont
sensibles
à la
forme, mais dans
un
domaine
de
variation faible (tableau II).
* ̂ 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
F D
F i g . 9 - Variation du coefficient de fragmentation dynamique
en fonction
de la
proportion d éléments plus tendres.
68
8/15/2019 FRAGMENTATION DES GRANULATS
5/5
c a r a c t é r i s e r l 'h o m o g é n é i t é d ' u n g r a n u l a t , c e point
doit
ê t r e c o n s i d é r é c o m m e s e c o n d a i r e .
Influence d u support
L ' a p p a r e i l a é t é e x p é r i m e n t é s i m p l e m e n t p o s é s u r
u n p lan c h er , p u i s s u r u n e d a l l e en b é to n , e t en f i n
s c e l l é s u r l a d a l l e . L e s r é s u l t a t s o b s e r v é s s o n t
s y s t é m a t i q u e m e n t d i f f é r e n t s ; o n
aboutit
à u n e
f r a g m e n t a t i o n p l u s p o u s s é e a v e c l ' a p p a r e i l s c e l l é .
L e s
d i f f é r e n c e s o b t e n u e s s o n t c o n s t a n t e s à e n v i r o n
5
p o i n t s e n t r e c h a q u e m é t h o d e , p a r e x e m p l e , r e s
p e c t i v e m e n t 1 0, 1 5 e t 2 0 d ' é l é m e n t s i n f é r i e u r s
à 1 ,6 m m p o u r u n m a té r i au d o n n é avec l ' ap p a re i l
s ur
b o i s , s u r b é t o n o u s c e l l é . N o u s a v o n s d o n c
c h o i s i
d e f i xe r l ' ap p a re i l s u r u n b lo c d e b é to n
a s s e z
lo u rd (2 5 kg ) , p o u r q u e l e s o l s u p p o r t , s u r
l e q u e l l ' e n s e m b l e s e r a p l a c é , n ait a u c u n e i n f l u e n c e .
Dispersion
d es résu l ta ts
dans
u n m ê m e laboratoire
D e u x
s é r ies d e 1 1
e s s a i s
o n t é té e f f ec tu é es s u r
l e m ê m e m a t é r i a u . L e s c o e f f i c i e n t s d e v a r i a t i o n o b t e
n us (2,6 e t 3 ) s o n t t rè s b o n s . L e s
e s s a i s
ont
é t é r e p r i s a v e c u n e p r i s e d ' e s s a i d e 5 0 0 g r a m m e s
s a n s a p p o r t e r d 'a m é l i o r a t i o n ( c o e f f ic i e n t d e v a r i a
tion = 3 et 3,6 ) .
Il faut n o t e r q u e l ' é c h a n t i l l o n n a g e a v a i t é t é p a r t i
c u l i è r e m e n t s o i g n é e t q u ' i l e s t p l u s f a c i l e d e q u a r -
t e r 5 k g d e g r a n u l a t s e n 1 0 l o t s é q u i v a l e n t s , q u e
5 0 k g , c o m m e d a n s l e c a s d u L o s A n g e l e s , q u i n o u s
a d o n n é d e s c o e f f i c i e n t s d e v a r i a t i o n v o i s i n s d e 8 ' .
C O N C L U S I O N
A
l ' h e u r e où l e s p r o b l è m e s d e c o n t r ô l e d e g r a n u l a t s
s e
p o s e n t a v e c a c u i t é , où l 'o n s e n t le b e s o i n d e
d i s p o s e r
d ' e s s a i s t r è s r a p i d e s e t
surtout
à t e m p s
de
ré p o n s e t rè s c o u r t , p o u r ré ag i r au p lu s tô t s u r
la
c h a î n e d ' é l a b o r a t i o n , l a m i s e a u
point
d e l ' e s s a i
de
f r a g m e n t a t i o n d y n a m i q u e m o n t re q u ' i l e s t
p o s s i
b l e d e ré u s s i r d a n s c e t te v o i e , m ê m e e n m a i n t e n a n t
u n e p r é c i s i o n t r è s a c c e p t a b l e .
M a i s
c e t
e s s a i
p r é s e n t e d ' a u t r e s a v a n t a g e s n o n
n é g l i g e a b l e s , t e l s q u e s o n u t i li s a t i o n t r è s fa c i l e s u r
c h a n t i e r e t l e s p o s s i b i l i t é s q u ' i l
offre
p o u r l a p r o s
p e c t i o n d e s m a t é r i a u x r o u t i e r s ( o ù le s c a r o t t e s d e
s o n d a g e s
e t le s c u tt i n g s r é c u p é r é s s o n t s o u v e n t
pe u
a b o n d a n t s e t i n u t i l i s a b l e s p o u r l e s
e s s a i s c l a s
s i q u e s ) .
A c e t é g a r d , l ' e s s a i m i c r o - D e v a l e t l ' e s s a i
de
f r a g m e n t a t i o n d y n a m i q u e s o n t d e p r é c i e u x a t o u t s .
Il faut n o t e r q u ' e n p r o s p e c t i o n l e b u t r e c h e r c h é
es t d e c o n n a î t r e l e m i e u x p o s s i b l e l a v a l e u r L o s
A n g e l e s d e s m a t é r i a u x p r é l e v é s . I l faut d o n c , d a n s
ce c a s , a v o i r l 'e x p é r i e n c e d ' u n g r a n d n o m b r e d e
r o c h e s . E n p a r t i c u l ie r , i l s e r a i t s o u h a i t a b l e d e c o n
n a î t r e l e s r a i s o n s q u i
font
q u e l ' o n obtient d ' i m p o r
t a n t e s d i s t o r s i o n s d e s r é s u l t a t s e n t r e l e s d i f f é r e n t e s
c l a s s e s g r a n u l a i r e s . V i s - à - v i s d u c o n t r ô l e d e four-
n i tu res , l e p ro b lè m e n e s e p o s e p lu s p u i s q u e l ' o n
é ta lo n n e au p ré a lab le e t q u e l ' o n n e p ren d en
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