TP mecanique des sols: Analyse granulométrique
I. But de l’essai :
L’analyse
granulométrique permet de déter miner la grosseur et les pourcentages pondéraux
respectifs des différentes familles de grains constituant l’échantillon. Elle
s’applique à tous les granulats de dimention nominale inférieure ou égale à
63mm, à l’exclusion des fillers.
A notre qu’il
faut éviter la confusion entre la granulométrie qui s’intéresse à la
détermination de la dimension des grains et la granularité qui concerne la
distribution dimensionelle des graines d’un
granulat.
II. Principe de l’essai :
L’essai consiste
à classer les différents grains constituant l’échantillon en utilisant un série
des tamis, emboiteés les uns sur les autres, dont les dimensioqs des ouvertures
sont décroissantes du haut vers le bas. Le matériau étudié est placé en partie
supérieur des tamis et le classement des grains s’obtient par vibration de la
colonne de tamis.
III. définitions :
Pour les besoins
du présent document, les définitions suivantes
s’appliquent :
Prise d’essai : matériau soumis à
l’essai.
Analyse granulométrique par tamisage :
ensemble des opérations aboutissant à la séparation selon leur grosseur des
éléments constituant échantillon, en employant des tamis à maille carrée afin
d’obtenir une représentation de la répartition de la masse des particules à
l’état sec en fonction de leur dimention.
Dimension nominale d’ouverture d’un tamis d :
dimension caractéristique le la maille carrée de coté
d.
Refus sur un
tamis : partie du matériau retenu sur un
tamis.
Tamisat ou
passant : partie du matériau passant à travers les mailles d’un
tamis.
Classe granulométrique: ensemble des éléments
dont les dimensions sont comprises entre deux ouvertures d de tamis définissant
un intervalle.
Pourcentage massique de refus : rapport,
exprimé en pourcentage, de la masse de matériau sec retenu par un tamis
d’ouverture d, à la masse totale initiale de matériau sec passant à travers le
tamis de maille.
Pourcentage massique d’un tamisat : rapport,
exprimé en pourcentage, de la masse séche du passant à travers un tamis
d’ouverture d, à la masse totale initiale de matériau sec passant à travers le
tamis de maille.
Le pourcentage massique de tamisat est désigné
par : 100 – r .
Courbe granulométrique : représontation du
pourcentage massique p des différents tamisats en fonction de la dimension
nominale d’ouverture des tamis.
Dimension nominale d’ouverture à N pour
cent(dn) : dimension
interpolée sur la courbe granulométrique pour laquelle le pourcentage massique p
de tamisat est égal à N pour cent.
Facteur
d’uniformité : sur le passant au tamis de 63mm, rapport des dimensions des
mailles de tamis pour lesquels il y a respectivement 60% et 10% de
passant :
Cu = d60 / d10
Facteur de courbure : sur le passant au tamis
de 63mm, rapport des dimensions des mailles de tamis défini
par :
Cc = d30² / d10 . d60
= Cu (d60 / d10)²
IV. Equipement nécessaire:
Ce sont des
tamis (fig.1) qui sont constitués d’un maillage métalique définissant des trous
carrés de dimensions normalisées. Les passoires, qui comportent des trous ronds
percés dans une tole, ne sont plus utilisées actuellement. Pour un travail aisé
et aux résultats reprodactibles, il est coseillé d’utiliser une machine à
tamiser électrique qui imprime un mouvement vibratoire à la colonne de
tamis.
La dimension
nominale des tamis est donnée par l’ouverture de la maille, c’est-à-dire par la
grandeur de l’ouverture carrée. Ces dimensions sont telles qu’elles se suivent
dans une progression géométrique de raison √10, depuis le tamis 0.08mm jusqu’au
tamis 80mm. Pour des ouvertures inférieures à 0.08mm, l’analyse granulométrique
n’est pas adaptée et l’on procède par
sédimentométrie.
L’existence
antérieure de passoires (trous ronds) a conduit à une double classification des
tamis et des pasoires, tout en coservant pour chaque famille d’appareil la meme
progression géométrique des ouvertures. Afin d’éviter toute ambiguité, un tamis
et une passore équivalents ont été désignés par un méme numéro de module. Les
dimensions nominales normalisées des tamis, seul appareils actuellement, sont
les suivantes :
VI. Description de
l’essai :
Le matériau
séché, de masse M, est versé sur une série de tamis choisis de telle manière que
la progression des ouvertures soit croissante du bas de la colonne vers haut. En
partie inférieur, on dispose un tamis de 0.08mm sur montant un fond étanche afin
de récupérer les éléments fins qui passant à travers cette
tamis.
On considère que
le tamisage est terminé lorsque les refus ne varient pas de plus de 1% entre
deux séquences de variations de la
tamiseuse.
Le refus du
tamis ayant la plus grande maille est pesé. Soit R1 la masse de ce
refus.
Le refus du
tamis immédiatement inférieur est pesé. Soit R2 la masse du refus deusième
refus.
La somme R1+R2
représente le refus cumulé sur le deusièm
tamis.
Cette opération
est poursuivie pour tous les tamis pris dans l’ordre des ouvertures
décroissantes. Ceci permet de connaitre la masse des refus cumulés Rn aux
différents niveaux de la colonne de tamis. Le tamisat présent sur le fond de la
colonne de tamis est également pesé. Soit P sa
masse.
La somme de
rafus cumules mésurés sur les différents tamis et du tamisat sur le fond
(fillers) doit coincider avec le poids de l’échantillon introduit en téte de
colonne. La perte éventuelle de matériaux pendant l’opération de tamisage ne
doit pas excéder plus de 2ù du poids total de l’échantillon de départ
V. Résultat de l’essai :
Après
l’échantillonage la masse de ll’échantillonne est M =
1kg
Le résultat de
l’analyse granulométrique est représenté sur le tableau
suivant :
On a :
S = Rn + P = 991.5 + 7,5 =
999g
La perte = ((M – S ) / M).100 = ((1000 – 999) / 1000).100
= 0.1% < 2%
Alors le sésultat
de tamisage est acceptable.
VI. L’analyse de
résultat :
Traçage de la courbe
granulométrique.
Le tamisat sur
le tamis 80μ = 0.85% < 50% il s’agite d’un sol grenu.
Le tamisat sur
le tamis 2mm = 80%
Le pourcentage
des éléments compris entre 80μ et de 2mm est de
80 – 0.85 = 79.15% > 50% il s’agite d’un sol
sable
De la courbe on a : D10 = 0.18 D30 = 0.35 D60 =
0.8
On
à :
Le tamisat sur
le tamis 80μ = 0.85% < 2% seul symbole
Cu = d60 / d10 = 4.44 → Cu <
6
Cc = d30² / d10 . d60
= Cu (d60 / d10)² = 0.85
→ Cc <1 et Cc
>3
Alors on trouve que le sol est : sable mal
gradué
VII. Courbe
granulométrique :
v
Importance de la composition
granulométrique :
Les propriétés
physiques et mécaniques du béton dépendent de beaucoup de facteurs. Généralement
on souhaite obtenir un béton résistant, étanche et durable. Pour atteindre ce
but, il faut :
§
Que
le béton à l’état frais soit facile à mettre en œuvre et à compacter (pour
réduire la porosité).
§
Un
maximum de granulats par unité de volume de béton (pour réduire la quantité de
pate liante nécessaire pour remplir les vides, tout les vides devant étre
remplis de pate liante).
§
Un
minimum de surface spécifique (pour réduire la quantité d’eau de gachage et
obtenir un rapport C/E plus élevé).
§
Il
faut choisir Dmax aussi grand que le permet la dimension minimum de la pièce a
bétonner et l’encombrement des granulats.
§
La
proportion de chaque dimension des grains doit étre choisie de façon à remplir
les vides laissés par les grains des dimensions
supérieures.
§
Il
faut réduire la teneur en éléments fins au minimum requis pour obtenir une bonne
maniabilité et une une bonne compacité.
Les courbes granulométriques apporteront quelques
éléments de réponses à ces conditions.
La condition
essentielle pour obtenir le moins de vides possibles (meilleure compacité) dans
un mélange de sable et gravillon est de : 35ù de sable de 0/5 et 65% de
gravillons 5/20.
Les courbes granulométriques des différents granulats peuvent étre
détrminées par l’essai de l’analyse granulométrique (nf p
18-560).
L’essai consiste
à classer les différents grains constituant l’échantillon en utilisant une série
de tamis, emboités les uns sur les autres, dont les dimensions des ouvertures
sont décroissantes du haut vers le bas. Le matériau étudié est placé en partie
superieure des tamis et classement des grains s’obtient par vibration de la
colonne de tamis.
On considère que
le tamisage est terminé lorsque le refus ne varie pas de plus de 1% entre deux
sèquences de vibration de la tamiseuse. On trace la roube granulométrique sur un
grafique comportant en ordonnée le pourcentage des tamisats sous les tamis dont
les mailles D sont indiquées en abscisse selon une graduation
logarithmique.
Le poids des
tamisat successifs permet de déterminer les pourcentages du tamisat à chacun des
tamis utilisés,
La gourbe
correspodant à ce sable normal, est présentée sur la figure, sur lequel ont été
également portées les courbes des sables très fins et grossiers ainsi que celles
de graviers. La forme des courbes granulométriques apporte les renseignements
vuivants :
Les limites d et
D du granulat en question ;
La plus ou moins
grande proportion d’éléments fins, par exemple la courbe située au-dessus de
celle du sable normal correspond à un sable à majorité de grains fins et c’est
l’inverse pour celle située en desous.
En effet, ces trois sables 0/5 mm mais les proportions de grains fins (<0,5 mm
par exemple) sont pour chacun d’eux : 25%, 45% et
60% ;
La continuité ou
la discontinuité de la granularité ; par exemple, les courbes de sable sont
continues mais la courbe du gravier 5/31,5 présente une discontinuité, en effet
le palier s’étendant de 10 à 20mm signifie que le granulat en question ne pas de
grains compris entre 10 et 20 mm.
VIII. classification des granulats :
On trie les
granulats par dimention au moyen de tamis (mailles carrées) et de passoires
(trous circulaires) et on désigne une classe de granulats par un ou deux
chiffres. Si un seul chiffre est donné, c’est celui du diamétre maximum D
exprimé en mm ; si l’on donne deux chiffres, le premier signe le diamétre
minimum d, des grains et le deuxième le diamétre maximum
D.
Un granulat est
caractéristé du point de vue granulaire par sa classe d/D. lorsque d est
inferieur à 2mm, le granulat est désigné 0/D. il existe cinq classes granulaires
principales caractérisées par les dimensions extrémes d et D des granulats
rencontrées (norme NFP18-101) :
Les fines 0/D avec D ≤
0.08mm,
Les sables 0/D avec D ≤
6.3mm,
Les
gravillons d/D avec d ≥ 2mm et D ≤
31.5mm,
Les
cailloux d/D avec d ≥ 20mm et D ≤
80mm,
Les graves d/D avec d ≥ 6.3mm et D ≤
80mm,
Il peut étre utile dans certains cas d’écrire la
classification suivante :
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