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Tracer les trois courbes :
– de densité sèche initiale du matériau fonction de la teneur en eau initiale.
– de retrait : variation de la longueur de l’ëprouvette fonction de la teneur en eau de celle-ci.
– la courbe intrinsèque de retrait, lorsqu’il y a plusieurs essais effectués sur un même sol à des teneurs en eau initiales différentes.
En ordonnée le pourcentage de retrait fonction de la teneur en eau initiale.
Si on recherche la seule courbe, il n’est pas nécessaire de réaliser les mesures intermédiaires de pesées et de variation de longueur qui ne sont plus utiles. Cette méthode a l’avantage de ne pas mobiliser un technicien en permanence.
Les matériels utilisés pour le moulage et-1’essai de retrait sont récapitulés à l’Annexe I.
Remarques sur 1 ‘ influence des variations de température sur le comportement des sols au retrait.
Au Gabon règne un climat equatorial chaud et humide, les sols sèchent moins rapidement que dans les pays plus chauds et secs. C’est pourquoi nous avons fait subir à nos éprouvettes des variations de températures pour savoir si les résultats de nos essais de retrait sont utilisables quelles que soient les conditions climatiques dans lesquelles ils sont réalisés c’est-à-dire quelle que soit la rapidité du séchage.
Le taux d’humidité de l’ordre de 80 à 90 % étant pratiquement constant, n’ayant pas le matériel nécessaire pour le modifier, nous n’avons pas utilisé ce facteur pour augmenter la rapidité du séchage. Nous avons travaillé seulement avec les variations de température.
Nous avons fait subir aux éprouvettes des variations brusques de température de l’ordre de 25°c. Nous ne pouvions descendre en dessous de 25°c car cette température est celle que l’on obtient dans un laboratoire climatisé, la plus élevée que nous pouvions obtenir sans perturber la sensibilité du système de mesure est 50°c. La cadence des à-coups de température était tout-à-fait aléatoire quelque soit le type de matériau. Parallèlement, nous suivions sur un graphique les variations de longueur de l’ëprouvette en fonction de la perte d’eau.
Durant les variations de températures, nous n’avons remarqué sur chaque matériau aucune modification sur : l’allure des courbes de retrait, ni sur l’amplitude ou le pourcentage de retrait. Ceci avait déjà été constaté à Paris au LCPC lors des premières mises au point de l’essai.
Nous donnons un exemple de temps nécessaire, pour suivre un essai de retrait, jusqu’à ce que l’on ne remarque plus de variation de longueur de l’ëprouvette. Ces valeurs ont été établies avec un degré hygrométrique moyen de 80%. Pour un sol relativement argileux a une teneur en eau de 40%, l’expérience montre qu’en réalisant l’essai entre 38°c et 42°c, il dure en moyenne cinq heures. Il est donc possible durant une journée, d’obtenir l’enregistrement de la courbe de retrait de n’importe quel type de sol.
Nous ne concluons pas que l’augmentation detempérature ne provoque pas de fissuration ou de désordre au sein des matériaux, mais seulement que la pente de la courbe de retrait et le pourcentage de retrait ne sont pas modifiés.
Cette augmentation accroît la vitesse de séchage.
Justification du choix de l ‘ essai
– Nous avons u t i l i s é la f r a c t i o n (0-lmm) l e s raisons suivantes : pour Cette fraction est plus facile à obtenir et, très souvent, est plus représentative que la fraction (0-400 ^m) préconisée par ATTERBERG Elle contient tous ‘les éléments intervenant dans le processus de retrait, c’est-à-dire les minéraux argileux et la partie fine du squelette. C’est cette fraction qui enrobe les plus gros éléments du squelette.
L’essai de retrait réalisé sur la fraction (0-1 mm) reu d compte du potentiel de retrait des sols fins et de la matrice des graveleux.
Il était cependant nécessaire de vérifier les conséquences sur le retrait de 1 ‘ëcrêtement du matériau à 1 mm. Pour cela, nous avons réaliser un appareil permettant
de travailler sur la fraction (0-10 mm) . Les résultats de ces essais sont présentés au chapitre IV.
– Le compactage est statique car les jdimen – sions de l’éprouvette ne permettent pas d’envisager un compactage dynamique comme dans le cas du proctor. Le compactage statique présente l’avantage d’être simple et rapide, mais l’éprouvette est soumise à un gradient de contrainte. Afin de réduire celui-ci,l’éprouvette est compactée en deux couches.
– Le volume de l’éprouvette est cylindrique car il offre la plus grande surface d’evaporation et une seule génératrice au support de l’éprouvette lors du séchage. Le diamètre du cyli sais effectués sur ne permettaient pas vette cohérente et supérieurs augmenta teneur en eau sur 1 Le centre de celle humide que la zone bombaient au cours ndre est de 18mm. Les esdes diamètres inférieurs d’obtenir une belle éprouhomogène.
Les diamètres ient trop le gradient de a section de l’éprouvette. ci restait toujours plus extérieure et les bases se du séchage. Le diamètre la longueur vère que c’e rions souhai obtenir une ble, mais il inférieure à l’effet pour longitudinal teurs. Ce ph en eau élevé étant fixé, il fallai optimum de 1’éprouvet st soixante millimètr té augmenter cette lo amplitude de retrait fallait se limiter à celle provoquant le tant très faible des es dues aux ressorts énomène est sensible es. t déterminer te. Il s’aes.
Nous aungueur pour plus sensiune longueur fluage, sous contraintes des compara – aux teneurs En augmentant trop la longueur, nous aurions également accentué l’hétérogénéité des contraintes dans l’éprouvette lors du compactage.
– Pour déterminer la valeur de la contrainte de compactage, nous avons réalisé plusieurs essais aux contraintes suivantes : 0,4, 1,2 et 2 MPa.
Lors du démoulage, les éprouvettes compactées à 0,4MPa n’ont pas suffisamment de tenue aux teneurs en eau élevées.et ne sont pas utilisables. Aux teneurs en eau faibles, l’énergie n’est pas assez élevée pour compacter convenablement l’éprouvette, il reste des vides.
Celles compactées à 2 MPa se comportent très bien. Mais nous avons cherché une contrainte plus faible qui permette d’obtenir une éprouvette homogène, même pour des teneurs en eau relativement basses qui ne facilitent pas la mise en place des matériaux.
Nous montrons au chapitre III que l’intensité de compactage n’influence pas le potentiel de retrait suivant une loi.
Empiriquement, il s’avère que la valeur moyenne de 1,2MPa donne satisfaction, tant du point de vue de la tenue de l’éprouvette que du potentiel de retrait engendré. Cette valeur est utilisée dans les laboratoires des ponts et chaussées, pour tester à l’écrasement des éprouvettes de sols destinés à être mis en couche de forme.
Dépouillement et interprétation des résultats
Dépouillements d’essais de retrait
Dépouillons les essais effectués sur le sol g7. Nous utilisons le tableau simple d’enregistrement pour tracer une des courbes de retrait de ce sol. Pour ce faire, nous reportons successivement sur un repère (fig. 6 ) les points représentés par le couple &l;Poids correspondant à chaque mesure. Al (en mm) : somme des variations de longueur de l’éprouvette, relevées sur les deux comparateurs . Poids (en g) : poids de l’équipage de mesure muni de l’éprouvette en train de sécher.
Ce tracé durant l’essai permet de repérer sur la courbe le moment ou l’éprouvette ne varie plus de longueur, de relever des anomalies ou des changements de pente et, par conséquent, de multiplier les mesures à ces moments, si cela s’avère nécessaire pour obtenir plus de précision sur le tracé de la courbe.
Droite intrinsèque de retrait
Les courbes de retrait effectuées sur un même sol, à des teneurs en eau initiales différentes (fig.15) ne semblent pas directement exploitables pour déterminer et comparer le pot entiel des sols au retrait. Il faudrait superposer sur papier calque les séries de courbes de retrait de chacun des sols intéressés et que ces courbes soient réalisées à des teneurs en eau initiales sensiblement identiques pour comparer les amplitudes de retrait correspondantes .
Pour simplifier ce laborieux travail, nous reportons sur un graphique la teneur en eau initiale en abscisse et le pourcentage de retrait en ordonnée (fig.16). Les points obtenus sont alignés sur une droite que nous appelerons droite intrinsèque de retrait car elle est propre à chaque sol. Cet alignement des points est vérifié quelle que^soit la nature du sol.
Nous venons de franchir un pas car la courbe intrinsèque devient droite intrinsèque.
En effet, nous avons constaté que toutes les courbes sont en fait des droites. Déjà (NELSON et ANDREWS, -195 9) en étudiant sur des argiles la variation du couple de cisaillement et du pourcentage de retrait linéaire en fonction de la teneur en eau (fig. 17) avaient constaté que le pourcentage de retrait était fonction linéaire de la teneur en eau. Par conséquent, les droites intrinsèques obtenues sur nos matériaux confirment les travaux de NELSON et ANDREWS. Nous verrons dans la remarque qui suit que cette linéarité est liée à la forme des courbes de retrait.
Remarques sur la limite de retrait et justification de la droite intrinsèque.
Nous venons de voir que la courbe intrinsèque est une droite. Ceci permet de définir la limite de retrait comme étant l’abscisse à l’origine de la droite intrinsèque. Signalons toutefois que pour des raisons techniques nous n’avons pas pu atteindre sur les fractions (0-1 mm) les pourcentages de retrait nuls; nous sommes donc obligés de prolonger la »droite pour déduire (WR).
Nous estimons que cette extrapolation est justifiée car :
– Nous avons vu à la figure 17 que la droite déterminée par(NELSON et ANDREWS lest linéaire jusqu’au pourcentage de retrait nul.
– Nous verrons aussi au chapitre IV que les essais réalisés sur les matériaux de fraction (0-10ram) permettent d’obtenir plus facilement la droite intrinsèque, jusqu’aiux pourcentages de retrait très faibles à nuls.
Même si nous imaginons (fig. 19) que la droite intrinsèque d’un sol s’incurve ceci engendrerait un écart (£) très faible entre le pourcentage de retrait correspondant à l’abscisse à l’origine (WR) et le pourcentage nul correspondant à la limite retrait hypothétique réelle (WRr).
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Présentations
Nous présentons une synthèse de travaux récents de Tessier réalisés sur différents types d’argiles. Toutes ces études ont pour but d’expliquer l’étape transitoire, entre la partie linéaire du retrait et la limite de retrait,qui est appelée « seconde phase de dessication ».
– La première étape a été de montrer que l’assemblage de particules primaires intervient directement sur la constitution des unités morphologiques et détermine en grande partie l’hétérogénéité granulométrique du matériau. On.appelle unités morphologiques les assemblages de particules argileuses jouant le rSle stérique primordial dans l’organisation des matériaux, les paramètres stëriques étant la taille et la forme des assemblages (TESSIER, 1978) . Une étude a été réalisée sur les trois argiles suivantes :
– une kaolinite,
– une Illite,
– une montmorillonite.
-Chaque argile a été saturée avec du sodium avant d’être dispersée par agitatation mécanique dans une solution à PH 9 à l’aide de soude. Après séparation, l’argile a été rendue homoÂique sous forme calcique. Le cation calcium a été choisi car il constitue en général l’élément prédominant des complexes d’échange des argiles dans les sols.
INFLUENCES Dû COMPACTAGE SUR IE RETRAIT
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Pour rendre compte de l’influence du compactage sur la droite intrinsèque, nous avons sélectionné sept sols. Ils sont différents, tant par leur granularité que par l’activité de leur fraction et de leur comportement au retrait. Cependant, certains sols ont l’un de ces paramètres en commun. Chaque sol a été compacté aux trois contraintes suivantes : 0,4; 1,2 et 2MPa. Avec cet essai, nous ne samtes pas en mesure d’irnooser une densité sèche initiale à l’éprouvette.
Nous appliquons un mode de compactage avec lequel on obtient une ëprouvette avec une certaine densité sèche.
Afin de voir si l’intensité de compactage et les densités sèches ont une influence sur le retrait, nous avons reporté sur chaque droite (fig.55-58) chacune de ces valeurs lorsque cela était possible.
RELATIONS ENTRE LES PARAMETRES DE RETRAIT ET LES PARAMETRES D’IDENTIFICATION
Le principe est de rechercher une ou des relations simples entre des paramètres d’identification courants, obtenus lors d’étude de terrassement et les paramètres caractéristiques d’aptitude au retrait tels que :
– La limite de retrait (WR),
– la pente de la droite intrinsèque.
Le but souhaité serait d’utiliser les résultats des relations trouvées, si elles existent, afin de déduire l’ordre de grandeur de l’aptitude de retrait des sols, pour décider s’il y a lieu d’exécuter des essais de retrait sur les matériaux considérés.
Rzlatlom ètu.dlie.â (Autret 1980) a déjà recherché d’éventuelles relations entre la limite de retrait (WR) définie par Atterberg et les paramètres d’identification suivants :
– Limites d’Atterberg, WL, WP et IP,
– Passant à 2 um/ 400 ym,
– Passant à 80 ym/400 um,
– Valeur au bleu de méthylène / 400 p ,
– Le coefficient d’activité VB/2 ym, IP
– le coefficient de skempton ^
Une seule relation aurait été remarquée, celle entre la limite de retrait et la limite de plasticité. Toutefois, elle n’apparaît pas suffisamment nettement pour être retenue. Il a été conclu qu’aucune des relations citées ci-dessus n’est satisfaisante. Afin de confirmer et de compléter les résultats d’Autret, nous avons tracé les graphiques représentés aux fig:61-67 • Cependant, notre essai de retrait s’effectue sur la fraction (0-lmm), c’est pourquoi les passants et les valeurs » au bleu ne sont plus donnés par rapport â la fraction (0-400 um) , mais par rapport à la fraction (0-1 mm). Ajoutons que nous tentons également de remarquer d’éventuelles relations entre les paramètres cités ci-avant et la pente de la droite intrinsèque .
A priori, il serait raisonnable d’espérer voir apparaître des relations entre le passant à 2 ym, puis la VBlmwet l’un des paramètres de retrait. En effet, nous avons constaté dans ce chapitre que :
– la granularité influence le retrait pa l’intermédiaire de la porosité, qui conditionnelesespaces dans lesquels la pâte peut engendrer du retrait sans modifier le retrait global,
– la quantité d’argile contenue dans un matériau modifie sensiblement la valeur de la pente de la droite intrinsèque,
– la nature minéralogique et par conséquent la surface spécifique des argiles influencent sensiblement le potentiel de retrait des sols. En effet, la capacité d’adsorption d’eau d’un sol dépend de sa minéralogie. Pour rendre compte de la capacité d’adsorption ionique des argiles dans un sol, on utilise l’essai au bleu de méthylène (Tran 1981). Le but est de caractériser la surface globale de la fraction argileuse. Le principe consiste à déterminer la quantité de bleu nécessaire pour recouvrir les surfaces externes et internes des particules argileuses, en précisant la fraction sur laquelle l’essai a été réalisé.
Le coefficient d’activité est le rapport de la valeur de bleu adsorbée d’une certaine fraction sur le passant à 2 um par rapport à cette même fraction.
Il apparaît clairement aux figures 61-67 , que la répartition des points sur chaque graphique constitue un nuage et rien de plus. Par conséquent, aucun des essais habituels d’identification pris séparément peut rendre compte de l’aptitude au retrait.
En effet, nous avons vu que si chacun des paramètres suivants : granulométrie, nature minéralogique des argiles et quantité d’argile intervient dans le processus de retrait, il n’est pourtant pas possible, avec un seul d’entre eux d’établir une relation avec les paramètres de retrait.le’ potentiel de retrait dépend des influences conjuguées des trois facteurs cités ci-dessus.
L’essai de retrait n’est pas un essai d’identification, mais de comportement. Il reno, compte d’un phénomène bien précis, qui est le départ d’eau contenue dans un matériau. Il ne peut être substitué par aucun autre essai, ni être mis en relation avec un essai d’identification, qui rend seulement compte des caractéristiques du matériau considéré.
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Table des matières
CHAPITRE I : LES SOLS
1 les sols étudiés
CHAPITRE II :UN NOUVEL ESSAI DE RETRAIT
1 les essais existants
2 essai de retrait proposé
3 reproductibilité de l’essai de retrait
4 conclusions
CHAPITRE III : INTERPRETATIONS ET FACTEURS INFLUENÇANT LE RETRAIT
1 travaux antérieurs
2 influences; de la minéralogie, de la quantité d’argile et de la granularité sur le retrait
3 influence du compactage sur le retrait
4 relations entre les paramètres de retrait et les paramètres d’identifications
CHAPITRE IV : ESSAI SUR GRAVELEUX – APPLICATIONS
1 essai de retrait sur fraction (0-10mm)
2 résultats obtenus à partir de l’essai
3 critères d’essai de retrait
4 conclusions
CONCLUSIONS GENERALES
ANNEXES
annexe I
matériels utilisés
annexe II
échantillons
minéralogie
identifications et résultats des essais de retrait
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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