« etude de stabilisation des routes en terre par …

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

FACULTE DES SCIENCES

DOMAINE SCIENCES ET TECHNOLOGIE

DEPARTEMENT DES SCIENCES DE LA TERRE

Mémoire en vue de l’obtention du

diplôme de MASTER

Mention : Géosystème et évolution

Parcours : Géotechnique

Rédigé par : MANAMBINTSOA Nantenaina Antonio

Encadreur : Madame RAMASIARINORO Voahanginirina

« ETUDE DE STABILISATION DES ROUTES

EN TERRE PAR L’EMULSION DE BITUME

DE TYPE CATIONIQUE SUR-STABILISEE

(ECS40), Cas du PK13 RN7

(Commune Ambohijanaka) »

Promotion 2015

Date de soutenance:

30 Septembre 2015

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

FACULTE DES SCIENCES

DOMAINE SCIENCES ET TECHNOLOGIE

DEPARTEMENT DES SCIENCES DE LA TERRE

Mémoire en vue de l’obtention du diplôme de MASTER

Mention : Géosystèmes et évolutions

Parcours : Géotechnique

Présenté par: MANAMBINTSOA Nantenaina Antonio

MEMBRE DU JURY

Président du jury : Monsieur RALISON André Bruno, Maître de conférences

Rapporteur : Madame RAMASIARINORO Voahanginirina, Professeur

Co-rapporteur : Monsieur ANDRIANAIVO Lala, Professeur

Examinateurs : Monsieur RALAIMARO Joseph, Maître de conférences

Monsieur ZOKIMILA Niainarivony Pierre, Maître de conférences

« ETUDE DE STABILISATION DES ROUTES EN TERRE

PAR L’EMULSION DE BITUME DE TYPE CATIONIQUE

SUR-STABILISEE (ECS40), Cas de PK13 RN7

(Commune Ambohijanaka) »

Année universitaire : 2014 - 2015

Remerciements

Je tiens tout d’abord à remercier Dieu tout Puissant pour sa bonté et

ses bienfaits, Il m’a pourvu de tous les talents et ressources nécessaires pour

l’accomplissement de ce travail.

Ce présent mémoire n’a pu être réalisé que grâce à l’aide

et à la collaboration de nombreuses personnes, je tiens à présenter ici mes vifs

remerciements à l’endroit de :

Monsieur RAHERIMANDIMBY Marson, Professeur titulaire, Doyen de

la Faculté des Sciences qui nous a permis d’accepter la soutenance de ce

mémoire au sein de la faculté des Sciences ;

Madame RAMBOLAMANANA Voahangy, Maître de conférences, Chef

de Département des Sciences de la Terre qui nous a permis d’accepter la

soutenance de ce mémoire au sein du Département des Sciences de la Terre;

Madame RAMASIARINORO Voahanginirina, Professeur, mon

encadreur et responsable de l’option Géotechnique qui malgré ses lourdes

responsabilités, a bien voulu me consacrer son temps à me guider et me

diriger dans l’élaboration de ce mémoire ;

Madame CHALAMET Marina, Chef de service technique et laboratoire

au sein de la société COLAS Madagascar qui m’a permis d’effectuer ce projet de

mémoire ;

Monsieur RAZAFIMAHATRATRA Françis, ingénieur Technique (colas

Madagascar) pour son encadrement professionnel et ses apports méthodologiques ;

Tous les membres de jury cités ci-dessus, qui ont eu l’amabilité

d’examiner le présent travail :

- Monsieur RALISON André Bruno, Maître de conférences, président du jury ;

I

- Monsieur ANDRIANAIVO Lala, Professeur, Co-rapporteur ;

- Monsieur RALAIMARO Joseph, Maître de conférences, Examinateur ;

- Monsieur ZOKIMILA Niainarivony Pierre, Maître de conférences,

Examinateur.

Tous les enseignants et personnels administratifs de l’Université

d’Antananarivo ;

Tous les personnels et techniciens du Laboratoire central de

Tananarive (Colas Antananarivo) qui m'ont accueilli avec attention durant ce

travail et pour la bonne ambiance qui y régnait ;

Mes amis et mes collègues qui m’ont supporté tout au long de ces

années d’études à l’Université d’Antananarivo ;

Un grand merci à toute ma famille, qui m’a aidé moralement et financièrement

en vue de bien poursuivre mes études jusqu’à présent.

II

Sommaire

Remerciements

Sommaire

Liste des abréviations, des symboles et des acronymes

Liste des tableaux

Liste des figures

INTRODUCTION GENERALE

PREMIERE PARTIE : GENERALITES

CHAPITRE I. GENERALITES SUR LES EMULSIONS DE BITUME

I-1. Définition

I-2. Historiques

I-3. Caractéristiques des émulsions de bitume

I-4. Classification des émulsions

I-5. Rupture et murissement d’une émulsion de bitume

I-6. Domaines d’emploi des émulsions de bitume

I-7. L’émulsion cationique sur-stabilisée

I-8. Paramètres de fabrications des émulsions de bitumes

CHAPITRE II. GENERALITES SUR LES SOLS

II-1. Origine et formation des sols

II-2. Les éléments constitutifs du sol

II-3. Les grandes familles de sol

DEUXIEME PARTIE : PHASE D’EXPERIMENTATION

CHAPITRE III. LES ESSAIS D’IDENTIFICATIONS DES EMULSIONS

III-1. Détermination de la teneur en eau

III-2. Homogénéité : détermination du résidu sur tamis

III-3. Détermination de l’indice de rupture IREC

III-4. Détermination du pH des émulsions

CHAPITRE IV. LES ESSAIS D’IDENTIFICATIONS DES SOLS

IV-1.Teneur en eau pondérale des matériaux

IV-2. Analyse granulométrique par tamisage

IV-3. Limites d’Atterberg

III

IV-4. Essai au bleu de méthylène (VBS)

IV-5. Détermination des références de compactage d’un matériau

IV-6. Essai de portance : Essai CBR (Californian Bearing Ratio)

IV-7. Fabrication des briquettes par la méthode DURIEZ

IV-8. Essai d’orniérage

TROISIEME PARTIE : PLANCHE D’ESSAI

CHAPITRE V. DESCRIPTIONS DES TRONçONS D’ETUDE ET LES MOYENS

V-1. Présentation des tronçons d’étude

V-2. Moyens

CHAPITRE VI. EXECUTION DU TRAVAUX

VI-1. Résultats obtenus au laboratoire

VI-2. Les différentes étapes de mise en œuvre

CHAPITRE VII. LES ESSAIS REALISES SUR CHANTIER

VII-1. Préparation de la teneur en eau naturelle sur chantier

VII-2. Compacité au gammadensimètre

VII-3. Mesure de déflexion à la poutre de BENKELMAN

CONCLUSION GENERALE

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

ANNEXES

IV

LISTE DES ABREVIATIONS ET DES ACRONYMES

CBRim: CBR immersion

C.B.R : California Bearing Ratio

COLAS : Cold Asphalt

DL : dosage en liant

DMAX : Dimension maximal

Dmoy : Déflexion moyenne

ECH1 : Echantillon numéro 1





ECS : Emulsion Cationique Sur-stabilisée

F1 : Formule numéro 1

F2 : Formule numéro 2

Gflt : Gonflement

GNT : grave non traité

GTR : Guide technique de Terrassement des Remblais

Ic : Indice de consistance

Ip : Indice de plasticité

IREC : Indice de Rupture de l’Emulsion Cationique

LN : Logarithme Népérien

LCT : Laboratoire Central de Tananarive

MPa : Méga Pascal

OPM : Optimum Proctor Modifié

OPN : Optimum Proctor Normal

PK : Point Kilométrique

RN7 : Route Nationale numéro 7

VBS : Valeur au Bleu du Sol

V MAX : Valeur maximale

VMIN : Valeur minimale

ωL : Limite de liquidité

ωP : Limite de liquidité

V

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Utilisation des émulsions selon leur stabilité

Tableau 2 : Les essais d’identification des émulsions

Tableau 3 : Classe d’une émulsion suivant l’indice de rupture

Tableau 4: Les essais d’identifications des sols

Tableau 5 : Résultat d’analyse granulométrique par tamisage des cinq échantillons

Tableau 6 : Classification par le comportement des sols selon le GTR

Tableau 7 : Classification des cinq échantillons selon GTR (SETRA)

Tableau 8 : Type de sol en fonction d’Ip

Tableau 9 : Classification de l’argilité d’un sol selon l’indice de plasticité

Tableau 10 : Etat de consistance de sol en fonction d’Ic

Tableau 11 : Récapitulation des résultats des limites d’Atterberg des 5 échantillons

Tableau 12 : Caractéristiques des sols en fonction d’Ip et Ic

Tableau 13 : Type de sol en fonction de la valeur «VBS »

Tableau 14 : Résultats de l’essai VBS des cinq échantillons

Tableau 15 : Classifications des cinq échantillons selon NF P 11-300

Tableau 16 : Modalité d’exécution de l’essai Proctor modifié

Tableau 17 : Références optimum Proctor du sol naturel

Tableau 18 : Classe de portance en fonction de CBR

Tableau 19 : Résultats d’essai CBR de l’ECH1 traité avec la formule 1 (F1)



Tableau 22 : Résultats d’essai CBR de l’ECH3 traité avec la formule 1(F1)

Tableau 23 : Résultats de l’ECH4 traité avec la formule1 (F1)


Tableau 25 : Résultat d’absorption d’eau de l’ECH3



Tableau 28 : Caractéristique de compactage de l’échantillon

Tableau 29 : Poids des échantillons et teneur en eau avant et après immersion

dans l’eau

Tableau 30 : Résultats des plaques d'orniérage du sol non traité (conservation 3

jours à l’air)

VI

Tableau 31 : Résultats des plaques d'orniérage du sol traité (conservation 3 jours à

l’air)

Tableau 32 : Résultats des plaques d'orniérage du sol non traité et sol traité

(conservation 3 jours à l’air et 4jours dans l’eau)

Tableau 33 : Matériels pour l’exécution de la planche d’essai

Tableau 34 : Tableau de référence OPM

Tableau 35 : Dosage en liant répandu

Tableau 36 : Caractéristique du matériel d’épandage nécessaire pour répandre

l’émulsion

Tableau 37 : Résultat de l’essai du dosage en émulsion répandue après répandage

Tableau 38 : Situation du tronçon

Tableau 39 : Dosage des constituants nécessaires

Tableau 40 : Définition des objectifs

Tableau 41 : Résultats de la qualité de compactage du tronçon 1

Tableau 42 : Résultats de la qualité de compactage du tronçon 2

Tableau 43 : Classes de déflexion caractéristique

Tableau 44 : Résultats des déflexions du tronçon 1 avant traitement


Tableau 46: Résultats des déflexions du tronçon 1 avec et sans traitement après 15

jours

Tableau 47 : Résultats des déflexions du tronçon 2 avec et sans traitement après 15

jours


mois et demi


mois et demi

VII

LISTE DES FIGURES :

Figure 1 : Emulsion anionique de bitume

Figure 2 : Globule de bitume (cas de l’émulsion anionique)

Figure 3 : Emulsion cationique de bitume

Figure 4 : Globule de bitume (cas de l’émulsion cationique)

Figure 5 : Les différentes étapes menant au murissement de l’émulsion bitumineuse

Figure 6 : Exemple d’une zone avec une émulsion rompue (coloration noire) et une

émulsion non rompue (coloration brune)

Figure 7 : Séparation entre le liant et l’eau

Figure 8 : Processus théorique de la fabrication d’une émulsion

Figure 9 : Le moulin colloïdal

Figure 10 : Schéma représentatifs des différentes phases du sol

Figure 11 : Eléments constitutifs d’un sol

Figure 12 : Appareil de distillation (Dean stark)

Figure 13 : Déroulement de la détermination de la teneur en eau des émulsions

Figure 14 : Matériels pour la détermination des résidus sur tamis

Figure 15: Déroulement de la détermination des résidus sur tamis des émulsions

Figure 16 : Résidu sur tamis

Figure 17: Matériel pour l’IREC

Figure 18 : pH-mètre

Figure 19 : Analyse granulométrique par tamisage

Figure 20 : Courbe granulométriques des 5 échantillons

Figure 21 : Etats de consistance d’un sol

Figure 22 : Appareil de Casagrande

Figure 23 : Mortier

Figure 24 : Equipement limites d’Atterberg

Figure 25 : Courbes de limite de liquidité des cinq échantillons

Figure 26 : Limite de liquidité

Figure 27 : Limite de plasticité

Figure 28 : Appareil de mesure VBS

Figure 29 : prélèvement d’une goutte de suspension

Figure 30 : Résultat d’essai VBS

VIII

IIIII

IIIII

I

Figure 31 : Tableau synoptique de classification des matériaux selon leur nature,

d’après la norme NF P 11-300.

Figure 32 : Mode opératoire de l’essai Proctor

Figure 33 : Courbe Proctor des cinq échantillons

Figure 34 : Courbe Proctor d’ECH1 traité à 7% d’ECS40

Figure 35 : Courbe Proctor d’ECH2 traité à 3% et 7% de F1

Figure 36 : Courbe Proctor d’ECH2 traité à 3% et 7% de F2

Figure 37 : Matériels pour CBR

Figure 38 : Immersion dans l’eau

Figue 39 : CBR immédiat

Figure 40 : Indice portant immédiat

Figure 41 : Courbe effort-déformation de l’ECH1 traité avec F1






Figure 47 : Fabrication des briquettes

Figure 48 : Courbe d’absorption d’eau des briquettes d’ECH3 (F1, sol naturel)

Figure 49 : Courbe d’absorption d’eau des briquettes d’ECH3 (F2, sol naturel)

Figure 50 : Courbe d’absorption d’eau des briquettes d’ECH4 (F1, F2)

Figure 51 : Courbe d’absorption d’eau des briquettes d’ECH4 (F1)

Figure 52 : Evolution de dégradation des briquettes

Figure 53 : Compacteur

Figure 54 : Orniéreur

Figure 55 : Malaxage manuel

Figure 56 : Malaxage automatique

Figure 57 : Moulage

Figure 58 : Compactage

Figure 59 : Arasement manuel de la surface

Figure 60 : Finition du compactage

Figure 61 : Echantillon après compactage

Figure 62 : 3 jours à l’air

IX

Figure 63 : 4 jours dans l’eau

Figure 64 : Etat du sol non traité après imbibition pendant 4 jours dans l’eau

Figure 65 : Etat du sol traité après imbibition pendant 4 jours dans l’eau

Figure 66 : Orniérage

Figure 67 : Prise de la mesure de profondeur

Figure 68 : Localisation des points de mesure

Figure 69 : Courbe d’orniérage 3 jours à l’air

Figure 70 : Localisation des zones d’étude

Figure 71: Différentes parties du tronçon n°1

Figure 72 : Profil en travers du tronçon n°1 (profil mixte)

Figure 73 : Différentes parties du tronçon n° 2

Figure 74 : Profil en travers du tronçon n°2 (profil en remblais)

Figure 75 : Scarification de la couche de revêtement

Figure 76 : Etalage du remblai

Figure 77 : Enlèvement des gros éléments

Figure 78 : Piquetages

Figure 79 : Compactage au compacteur monobille

Figure 80 : Compactage au pneumatique

Figure 81 : Chaussée après reprofilage final à la niveleuse

Figure 82 : Finition manuelle

Figure 83 : Contrôle de compacité au gammadensimètre

Figure 84 : Mesure de déflexion à la poutre de Benkelman

Figure 85 : Décohésion à la niveleuse

Figure 86 : Décohésion manuelle

Figure 87 : Répandage du liant

Figure 88 : Malaxage à la niveleuse

Figure 89 : Etat du sol après incorporation de l’émulsion

Figure 90 : Etat de l’axe de la chaussée suite au chevauchement du liant après

ouverture de la circulation

Figure 91 : Etat de la chaussée après mise en forme à la niveleuse

Figure 92 : Etat de la chaussée après passage au pneumatique

Figure 93 : Etat de la chaussée après passage au compacteur monobille

Figure 94 : Enduit Monocouche simple gravillonnage

X

Figure 95 : Réglage final du support avant enduisage

Figure 96 : Epandage du liant

Figure 97 : Répandage manuel au cordon de l’épandeuse

Figure 98 : Epandage des gravillons

Figure 99 : Essai sur dosage en granulat répandu

Figure 100 : Manque de dosage en gravillon sur la partie gauche de la chaussée

Figure 101 : Etat de la chaussée après correction

Figure 102 : Surdosage en gravillons

Figure 103 : Epandage manuel des gravillons

Figure 104 : Compactage au compacteur à 2 cylindres suivi d’un pneumatique

Figure 105 : Etat final de la chaussée après compactage tronçon 1

Figure 106 : Mouillage du gravillon

Figure 107 : Teneur en eau naturelle sur chantier

Figure 108 : Principes de mesure au gammadensimètre

Figure 109 : Gammadensimètre

Figure 110 : Poutre de BENKELMAN

Figure 111 : Prise de la mesure de déflexion

Figure 112 : Fréquence de déflexion avant traitement (tronçon1)

Figure 113 : Fréquence de déflexion avant traitement (tronçon 2)

Figure 114 : Fréquence de déflexion après 15 jours de traitement sur 10cm de

profondeur (tronçon 1)



Figure 116 : Fréquence de déflexion après 15 jours du tronçon non traité (tronçon 1)

Figure 117 : fréquence de déflexion après 15 jours de traitement sur 10cm de




Figure 119 : Fréquence de déflexion après 15 jours du tronçon non traité (tronçon 2)

Figure 120 : fréquence de déflexion après 2 mois et demi de traitement sur 10cm de


Figure121 : Fréquence de déflexion après 2 mois et demi de traitement sur 20cm de


XI

Figure122 : Fréquence de déflexion après 2 mois et demi de la zone non traité

(tronçon 1)

Figure123 : Fréquence de déflexion après 2 mois et demi de traitement sur 10cm de


Figure 124 : Fréquence de déflexion après 2 mois et demi de traitement sur 10cm de


Figure 125 : Fréquence de déflexion après 2 mois et demi du tronçon non traité

(tronçon 2)

XII

INTRODUCTION GENERALE

Les routes constituent un facteur de développement économique et social

dans notre pays. Vu le coût du transport aérien, l’insuffisance du développement des

voies fluviales et des voies ferrés, la route occupera toujours des multiples fonctions.

Elle permet le désenclavement d’un village, l’exportation des produits agricoles, des

produits miniers et forestiers. Elle aura aussi sa propre vocation : touristique,

administrative, liaison industrielle, etc.

Le problème qui se pose aujourd’hui dans le domaine routier est que les matériaux

de construction routière s’épuisent petit à petit ou qu’ils présentent des qualités très

médiocres du point de vue géotechnique. Cette situation nous amène à la recherche

de nouveaux produits permettant de stabiliser les sols en place ou les remblais.

L’objectif de cette étude est d’envisager une nouvelle technique d’amélioration des

routes. En effet, dans le contexte économique actuel de Madagascar, beaucoup de

routes ne sont pas recouvertes, la plupart des pistes constituant la majeure partie du

réseau routier sont souvent inaccessibles surtout pendant la saison de pluie. Pour

améliorer cette situation, on nous a proposé d’étudier une solution technique de

stabilisation des routes à l’émulsion de bitume.

Pour mener à terme ce mémoire, la première partie concerne les généralités sur les

émulsions de bitume et sur les sols. La deuxième partie se consacre sur la phase

d’expérimentation c’est-à-dire l’étude de faisabilité au laboratoire afin de vérifier

l’adaptation des sols au traitement. Enfin, la troisième partie développe le

déroulement de la réalisation de la planche d’essai pour vérifier le comportement de

la stabilisation des routes sous trafic.

1

PREMIERE PARTIE :

GENERALITES

2

INTRODUCTION

Cette partie concerne les documentations et les théories fournies par la littérature

technique par rapport au sujet de ce mémoire. Dans cette optique, nous développons

dans le premier chapitre les généralités sur les émulsions de bitumes. Quant au

deuxième chapitre, on traitera les généralités sur les sols.

CHAPITRE I. GENERALITES SUR LES EMULSIONS DE BITUME

En réalité, les techniques classiques reposent sur le chauffage direct du bitume à des

hautes températures ou la dilution du bitume avec des solvants organiques afin de

diminuer la viscosité. En revanche, ces techniques impliquent une demande

d’énergie bien plus importante ou la pollution de l’air à cause de l’évaporation des

solvants. Les routes fabriquées au moyen des émulsions présentent des meilleures

propriétés et leur durabilité est plus longue. C’est la raison pour laquelle l’utilisation

des émulsions supplante le dépôt direct de bitume.

I-1. Définitions [4] [9] [27]

Une émulsion est une dispersion de deux liquides non miscibles l’un dans l’autre,

préparée à l’aide d’un produit dénommé émulsifiant ou émulsif.

L’émulsion de bitume est une dispersion très fine de bitume dans de l’eau dont la

formation nécessite l’emploi d’une énergie mécanique (fractionnement du bitume

par l’effort de cisaillement dans le moulin colloïdal) et d’un agent tensio-actif ou

émulsifiant. L’émulsification de bitume consiste à le diviser en fines particules

chargées électriquement, douées d’un pouvoir répulsif les unes envers les autres.

I-2. Historique [28]

Le premier brevet concernant les émulsions de bitume date de 1922 et a été déposé

par le chimiste anglais Hugh Alan Mackay (brevet n° 202.021). Cet événement a

marqué le point de départ d'une nouvelle génération de liants routiers qui va, en

quelques années, modifier profondément la technique des revêtements superficiels.

A l’origine, les émulsions de bitume fabriquées étaient des émulsions anioniques.

Dans le courant des années 1950, les émulsions cationiques sont apparues et se

sont progressivement développées. Les émulsions cationiques représentent

actuellement la majeure partie de la consommation des émulsions.

3

I-3. Caractéristiques des émulsions de bitume [9]

L’ajout d’un émulsifiant forme un film protecteur autour des gouttelettes, les

empêchant de s’agglomérer, permettant ainsi de maintenir le mélange stable et de

l’entreposer pendant un certain temps. La quantité et le type d’émulsifiant ajoutés au

mélange déterminent la stabilité de l’émulsion à l’entreposage et influent sur le temps

de cure au moment de la pose. L’émulsifiant peut être chargé soit positivement soit

négativement. C’est cette charge qui détermine si l’émulsion est de type cationique

(charge positive) ou anionique (charge négative).

I-4. Classification des émulsions [3] [4] [27] [29]

Les émulsions de bitume sont caractérisées par :

- leur nature ionique : anionique ou cationique;

- leur stabilité vis à vis des granulats : émulsions à rupture rapide, semi rapide, lente

et sur-stabilisées;

- la teneur en poids de liants de base : bitume.

Il existe deux grandes classes des émulsions de bitume :

- les émulsions anioniques

L’émulsifiant polarise négativement les globules de bitume.

L’émulsifiant utilisé est alcalin dont on peut d’une façon générale, représenter la

structure par la formule (R-COO)-(Na)+, ici le radical R est un acide gras. Cette

chaine présente une affinité pour le bitume, ce qui permet la fixation des radicaux

électronégatifs (R-COO)- sur les particules.

Une émulsion anionique de bitume est une dispersion très fine de bitume de pétrole

dans de l’eau, additionnée d’un émulsifiant anionique. Elle a un pH>10.

Ces émulsions basiques adhèrent bien aux pierres électropositives comme les

calcaires et les basaltes [31].

La figure 1 ci-après montre l’action entre deux molécules d’émulsion anionique de

bitume.

4

Source : PORTER B. W. (1989)

La figure 2 ci-dessous illustre la structure d’un globule d’une émulsion anionique

bitumineuse.

- les émulsions cationiques

Les émulsifiants utilisés sont généralement des sels d’aminés de types (R-NH3)+(Cl)-

, ils confèrent aux bitumes une charge électrique positive. Une émulsion cationique

de bitume est une dispersion très fine de bitume de pétrole dans de l’eau additionnée

d’un émulsifiant cationique. Elle a un pH<4.

Ces émulsions acides adhèrent bien à presque tous les types de pierres [31].

Phase continue d’eau

Figure 2 : Globule de bitume (Cas de l’émulsion anionique)

Extrémité polaire

Extrémité apolaire

Molécule de l’émulsifiant

Source : SABINE le Bec (2012)

Figure 1 : Emulsion anionique de bitume

5


Source : SABINE le Bec (2012)

Les émulsions cationiques de bitume(s) répondent aux prescriptions de la norme

européenne NF EN 13808 du 24 Août 2013 (annexe1).

La figure 3 ci-dessous montre que les globules de bitume chargés positivement se

repoussent.

La figure 4 ci-dessous présente la structure d’un globule d’une émulsion cationique

bitumineuse.

Figure 4 : Globule de bitume (Cas de l’émulsion cationique)

Extrémité polaire

Extrémité apolaire

Molécule de l’émulsifiant

Phase continue d’eau

Figure 3 : Emulsion cationique de bitume

6

Dans une émulsion, on distingue deux phases :

- la phase dispersée (phase globulaire ou phase liant qui est un mélange de bitume

et de fluxant) ;

- la phase dispersante (phase continue ou phase aqueuse qui est un mélange d’eau,

d’acide et d’émulsifiant).

I-5. Rupture et murissement d’une émulsion de bitume [4] [27]

Lorsqu’on répand une émulsion, celle-ci passe par différentes étapes d’évolution

(figure 5) qui mènent au final au mûrissement de cette dernière, à la cohésivité du

liant et à l’adhésion souhaitée. Ces étapes comprennent :

- les étapes dites de déstabilisation (agglomération, floculation et coalescence)

Durant celles-ci, les gouttelettes s’agglomèrent et se fondent les unes dans les

autres.

- l’étape de rupture

Elle désigne l’ensemble des phénomènes conduisant à la formation d’une phase

bitumineuse continue. Il y a rupture d’une émulsion lorsque la phase dispersée se

sépare de la phase dispersante. Elle est provoquée soit par évaporation de la phase

dispersante, soit par adhésion des particules de bitume avec les granulats.

Les émulsions anioniques rompent mieux avec les matériaux basiques.

Les émulsions cationiques rompent avec les matériaux basiques ou acides, c’est

pour cette raison qu’elles sont les plus utilisées actuellement.

- l’étape de mûrissement

Le mûrissement désigne l’ensemble des phénomènes conduisant à l’évacuation de

l’eau et à l’état où le liant atteint ses propriétés finales d’adhésivité et de cohésivité.

Cette étape ne peut se réaliser que lorsque la rupture est suffisamment engagée.

D’un point de vue plus pratique, lorsque le mûrissement est achevé, on ressent une

sensation collante quand on appuie le doigt sur la couche de collage sans que le

bitume ne reste adhéré sur le doigt après avoir appliqué cette pression.

Pour obtenir le collage intercouches adéquat, il est extrêmement important que

l’émulsion ait mûri avant de mettre en œuvre la couche bitumineuse suivante.

La figure 5 ci-après montre les différentes étapes menant au murissement d’une

émulsion de bitume.

7

Source : DESTREE A. (2012)


En pratique, la rupture se marque par le passage d’une coloration brune à une

coloration noire puisque le bitume se transforme en un film continu (figure 6).

I-5-


Figure 5 : Les différentes étapes menant au murissement de l’émulsion bitumineuse

8

1. Vitesse de rupture d’une émulsion [4] [27]

La vitesse de rupture d’une émulsion s’établit en fonction de différents facteurs :

- climatiques: température, vitesse du vent, ensoleillement, etc.;

- support en place: température du support, type et caractéristiques (basicité, etc.);

- caractéristiques de l’émulsion: son type (nature du liant, teneur en bitume, pH,

nature et teneur en émulsifiant, etc.) et son dosage; etc.

Pour ce qui est intrinsèque à l’émulsion, c'est-à-dire sans tenir compte des conditions

climatiques et du type de support sur lequel est appliquée, sa vitesse de rupture peut

être estimée via l’indice de rupture de l’émulsion cationique (IREC). En pratique, plus

l’indice de rupture est petit, plus la rupture de l’émulsion est rapide.

Le choix de l’émulsion sera dicté par l’application. Le fabricant d’émulsion tiendra

compte des exigences du type d’application pour adapter la vitesse de rupture de

l’émulsion.

Les émulsions dont la rupture est lente présentent les avantages suivants :

- un mûrissement adéquat pour des températures chaudes;

- une plus grande stabilité (elles sont idéales pour l’entreposage);

- une moindre susceptibilité à la poussière.

Elles présentent cependant le désavantage d’un mûrissement trop lent en cas de

températures froides de l’air et/ou du support.

Les émulsions dont la rupture est rapide présentent les avantages suivants :

- un mûrissement rapide pour des températures chaudes;

- un mûrissement adéquat pour des températures froides.

Elles présentent comme désavantages, une grande susceptibilité à la poussière et

une moindre stabilité au stockage.

I-6. Domaines d’emploi des émulsions de bitume [3] [29]

Selon leur stabilité, les émulsions de bitume sont utilisées pour les usages ci-après.

Tableau1 : Utilisation des émulsions selon leur stabilité [3]

Classe d’émulsion Usages

Emulsion à rupture rapide Enduit superficiel, répandage

Emulsion à rupture semi rapide Stabilisation, répandage

Emulsion à rupture lente Enrobage, imprégnation, stabilisation

Emulsion sur-stabilisée Enrobage et imprégnation, stabilisation

9

I-7. L’émulsion cationique sur-stabilisée (ECS 40)

Introduction

Pour faciliter l’enrobage du sol pendant le mélange, l’entreprise Colas Madagascar a

fabriqué une émulsion de type cationique sur-stabilisée (ECS40) en vue de vérifier la

compatibilité avec les sols à traiter. Il a fabriqué deux formules d’ECS40 F1 et F2

dont F1 est plus fluxée que F2.

Elle est composée en générale de 40% de bitume et de 60% d’eau. Les constituants

autres que le liant résiduel et l’eau cités ci-dessous sont des compositions en

générale de l’ECS40 mais les proportions et le nom des produits sont strictement

confidentiels pour la société.

I-7-1. Constituants

Les principaux constituants de l’ECS40 sont :

- le liant résiduel ;

- l’eau ;

- les émulsifiants ;

- le fluxant ;

- l’acide.

I-7-1-1. Le liant résiduel

Le liant utilisé est un bitume classique de classe 35/50. C’est un produit par

raffineries de pétrole. Ce bitume présente une faible pénétrabilité par rapports aux

autres bitumes classiques (annexe 2). Plus la pénétrabilité est faible, plus le bitume

est dur. Un additif facilitant la mise en émulsion et améliorant les qualités de

stabilité et d’adhésivité est habituellement incorporé en raffinerie.

I-7-1-2. L’eau

L’eau choisie ne contient qu’un minimum d’impuretés organiques et minérales. Il est

en général nécessaire, pour la fabrication de certaines émulsions, de « permuter »

l’eau au moyen d’un appareil approprié. La permutation consiste à remplacer les

ions calcium et magnésium contenus dans l’eau par des ions sodium apportés.

10

CL-

I-7-1-3. Les émulsifiants (ou émulsifs)

Les émulsifiants couramment utilisés sont des produits chimiques de la classe des

amines. Ils se caractérisent en particulier, par leur consistance liquide ou pâteuse qui

conditionne leur manipulation, leur stockage et leur dosage.

L’émulsifiant est connu sous le nom d’un agent tensioactif ou composé contenant

une partie hydrophile (qui retient l’eau) et une partie lipophile (qui retient les

graisses), il se trouve toujours dans la phase dispersante et non dans la phase

globulaire.

L’émulsifiant que nous avons utilisé est un produit de référence responsable du

ralentissement de la rupture de l’émulsion, il donne une excellente tenue mécanique.

C’est un produit pâteux.

Ils ont deux rôles principaux :

- abaissement de la tension de surface (stabilité au stockage) c'est-à-dire diminution

de la tension interfaciale entre les deux liquides, l’émulsifiant se place à l’interface

entre la phase liant et la phase aqueuse

- stabilisation de l’émulsion de bitume lors de l’entreposage par création d’un

potentiel de répulsion entre les gouttes grâce aux charges électriques apportées par

l’émulsifiant. Il sert d'intermédiaire pour réaliser la protection des globules contre leur

soudure mutuelle, en s'interposant dans les chocs.

Le choix et la concentration de l’émulsifiant détermine le pouvoir répulsif et donc la

stabilité de l’émulsion.

Voici quelques grandes familles de tensioactifs dans la route:

- tensioactifs anioniques (acides gras, sulfonates) ;

RCOO- + Na+

- tensioactifs cationiques (amine, polyamines, amidoamines) ;

RNH3 + Cl-

- tensioactifs non ioniques (alkyphénolséthoxylés) ;

R-(O-CH2-CH2)n-OH

- tensioactifs amphotères (bétaïnes).

R-N+-CH2-CH2-COO-Na+

11

I-7-1-4. Le fluxant

Le fluxant est généralement des huiles de goudron de houille. Ils ramollissent les

bitumes (réduction de la viscosité de bitume).

I-7-1-5. L‘acide

Les émulsifiants étant insolubles dans l’eau, il est nécessaire de les transformer en

sels pour permettre leur dissolution dans la phase dispersante. A cet effet, on les fait

réagir avec un acide qui le plus souvent est de l’acide chlorhydrique en solution

aqueuse.

I-8. Paramètres de fabrications

I-8-1. L’énergie de dispersion

La dispersion de l’émulsion est provoquée par une énergie mécanique et une

énergie physico-chimique. L’énergie mécanique divise le bitume en fines

particules et la finesse de l’émulsion croît avec la puissance de fractionnement.

Tandis que l’énergie physico-chimique apportée par l’émulsifiant abaisse la tension

interfaciale entre la phase hydrocarbonée et la phase aqueuse pour faciliter

l’émulsification. Elle crée un film protecteur autour des particules.

I-8-2. La viscosité et la température des constituants

Pour que le liant hydrocarboné se disperse bien dans la phase aqueuse, il

est nécessaire que sa viscosité soit relativement faible. Si à la sortie de

l’homogénéisateur, l’émulsion (qui est à pression atmosphérique) est à une

température supérieure à 95°C, elle entre en ébullition, et, comme le lait, «se

sauve ». La température de l’eau nécessaire pour la fabrication de la phase aqueuse

est au voisinage de 40°C.

I-8-3. Le dosage des constituants

Le dosage des constituants doit être d’une grande précision, en particulier celui des

émulsifiants et de l’acide. Une variation de ce dosage, même faible, peut avoir des

conséquences importantes.

12


I-8-4. Mode de fabrication [27]

La figure 8 ci-dessous indique le processus de la fabrication d’une émulsion de

bitume qui nécessite de rassembler en une usine un certain nombre de matériels

spécifiques.

I-8-4-1. Installation de préparation de la phase dispersante

La phase dispersante de l’émulsion de bitume est composée d’eau et de

différents agents émulsifiants, l’ensemble devant former pour les émulsions

cationiques, cas le plus courant, un chlorhydrate d’amine.

Suivant le mode de fabrication adopté, la phase dispersante est réalisée :

- soit en une seule opération

Les émulsifiants et l’acide sont introduits dans l’eau à leur dosage définitif ;

- soit en deux opérations

Fabrication d’un produit concentré par introduction dans l’eau des émulsifiants et

de l’acide à un dosage élevé et dilution de ce concentré dans de l’eau chaude

au moment de la fabrication de l’émulsion, en proportion permettant de réaliser le

dosage définitif.

Phase liant Phase dispersée

BITUME FLUXANT

EMULSION

TURBINE (Energie mécanique)

EMULSIFIAN

TT

ACIDE EAU

Phase aqueuse Phase dispersante

Stockage ou livraison

Figure 7: Processus théorique de la fabrication d’une émulsion

~ 60-70°C

~ 130 -140°c ~ 40°c

Figure 8 : Processus théorique de la fabrication d’une émulsion de bitume

13

Pour la préparation de la phase dispersante, l’usine de fabrication dispose

d’installations :

- de dosages (pondéraux ou volumétriques),

- de mélanges et éventuellement de dilution,

- de chauffage de l’eau.

Certaines usines sont équipées d’un pH-mètre permettant de vérifier en continu

pendant la fabrication de la phase dispersante, puis de l’émulsion, la conformité

entre le pH indiqué et celui défini par la formulation.

I-8-4-2. Installation de préparation de la phase dispersée

La phase dispersée peut être :

- soit du bitume pur ;

- soit un mélange dans des proportions définies à l’avance de bitume avec un fluxant

ou un fluidifiant ou d’autres agents, par exemple, des élastomères (il s’agit alors de

bitumes modifiés).

Ces différentes compositions de la phase dispersée nécessitent des matériels de

conception plus ou moins complexes, pouvant aller d’une simple installation de

dosage/mélange « en ligne », à une installation de malaxeurs perfectionnés et

coûteux.

I-8-4-3. Le matériel de mise en émulsion

La fabrication industrielle des émulsions fait appel à des appareils appropriés

réalisant une agitation intense en vue d’obtenir des dispersions de finesse et de

stabilité plus ou moins grande.

La fabrication des émulsions est généralement réalisée à l’aide de moulins colloïdaux

(figure 9) dont ses caractéristiques essentielles sont :

- la présence d’un entrefer, réglable ou fixe, compris entre le stator et le rotor ;

l’écartement de cet entrefer a une influence directe sur la finesse de l’émulsion ;

- la vitesse de rotation qui a une influence sur la granularité des particules de bitume.

A certaines vitesses critiques s’observent des phénomènes de décantation

provoquant une baisse de qualité de l’émulsion.

14

Tout ce que nous avons vu dans ce chapitre sont les caractéristiques générales

d’une émulsion de bitume et sa mode de fabrication. Pour toutes stabilisations des

routes, la connaissance des matières premières est très indispensable. Pour la suite

de ce travail, nous allons voir les généralités sur les sols.

Figure 9 : Moulin colloïdal

Source : MIRALLAS R. (2006)

15

CHAPITRE II. GENERALITES SUR LES SOLS

Avant d’exécuter les travaux, il est nécessaire d’avoir une idée su les caractéristiques

du sol en présence et d’évaluer ainsi les éventuels problèmes.

Une bonne connaissance du sol permet :

- d'évaluer l'intérêt du traitement de sol;

- de déterminer le type d'agent de traitement à utiliser;

- d'avoir une première idée de la quantité d'agent de traitement à utiliser.

Avant de traiter un sol et de l’utiliser comme matériau de construction, il est

indispensable de connaître les principes généraux régissant son comportement.

II-1. Origine et formation des sols [26]

Du point de vue géotechnique, les matériaux constituant la croûte terrestre se

divisent en deux grandes catégories : les roches et les sols.

Les roches (silice, calcaire, feldspath, …) sont des matériaux durs qui ne peuvent

être fragmentés qu’aux prix de gros efforts mécaniques.

Les sols, au contraire, sont des agrégats minéraux qui peuvent se désagréger en

éléments de dimensions plus ou moins grandes sans nécessiter un effort

considérable. Ils résultent de l’altération chimique (oxydation, …), physique (variation

de température, gel, …) ou mécanique (érosion, vagues, …) des roches.

Suivant le but recherché, on considère :

- La géologie ;

La géologie étudie les matériaux constituant la partie observable du globe terrestre,

ainsi que l’ordre suivant lequel ces matériaux sont répartis dans le temps et dans

l’espace. Son but essentiel est l’histoire de la terre et son évolution.

- La pédologie ;

La pédologie étudie spécialement la couche supérieure de l’écorce terrestre utilisée

par les racines des plantes. Elle met en lumière le rôle des constituants du sol

fréquemment négligés par les géotechniciens : les matières organiques et la matière

vivante (bactéries).

- La mécanique des sols ou géotechnique.

La mécanique des sols est l’étude des propriétés mécaniques, physiques et

hydraulique des sols en vue de leur application à la construction.

16

Figure 10 : Schéma représentatifs des différentes phases du sol

Plus précisément, en géotechnique, le sol est un matériau meuble (sol sableux) ou

cohérent (sol argileux, sol tourbeux) existant à la surface du globe terrestre

susceptible d´être soit séparé en grains par une action mécanique légère (par

exemple une simple agitation dans l´eau), soit déformé à la main.

Le sol présente deux originalités :

- d’une part, c’est un milieu discontinu qu’il faudra donc étudier à la fois dans sa

globalité et dans sa composition élémentaire ;

- d’autre part, c’est un matériau triphasique formé de grains solides, d’eau et d’air

Les phases constitutives d’un sol peuvent être rassemblées dans la figure 10 ci-

après,

Avec

V : volume total de l’échantillon de sol ;

Va : volume d’air contenu dans l’échantillon de sol ;

Vw : volume d’eau contenu dans l’échantillon de sol ;

Vs : volume des grains solides contenus dans l’échantillon de sol ;

Wa : poids de l’air contenu dans l’échantillon de sol ; il est en général négligeable ;

Ws : poids des grains solides ;

Ww : poids de l’eau.

Source : M. CALLAUD (2004)

--

--

17

II- 2. Les éléments constitutifs [10] [26]

Un sol est constitué d’un mélange de trois phases (figure 11) :

- une phase solide ;

On a vu que les sols résultent de l’altération physique ou mécanique des roches. On

conçoit aisément que les grains solides aient la même constitution minéralogique que

la roche mère. Ils ont en général des dimensions supérieures à 2µ.

Les sols de dimension inférieurs à 2µ résultent d’attaques chimiques qui se sont

superposées à l’altération physique ou mécanique. Ces processus chimiques sont la

dissolution sous l’action de l’eau, la combinaison et la recristallisation. Il en résulte

que les particules d’un sol fin n’ont pas la même structure cristalline que la roche

mère. Ces plus petites particules ainsi formées constituent ce que l’on appellera

désormais les argiles.

- une phase liquide ;

Elle est représentée par l’eau remplissant partiellement les vides existants entre

les particules. Au sein d’un échantillon de sol fin (dimensions <2m), on distingue

l’eau de constitution qui rentre dans la composition chimique des feuillets, l’eau liée

ou eau adsorbée qui constitue un film autour de chaque grain. Elle n’est pas mobile

et ne s’évacue qu’à des températures très élevées (<300°C) et l’eau Interstitielle qui

peut être soit l’eau libre soit l’eau capillaire. L’eau libre a la faculté de circuler

librement entre les grains ; l’eau capillaire est une partie de l’eau libre qui remonte

par capillarité entre les grains. L’eau interstitielle s’évapore complètement si

l’échantillon de sol est porté à une température supérieure à 100°C. Lorsque le sol

est humide et non saturé, l’eau libre est en général concentrée aux points de contact

entre les grains. Elle est retenue à ces endroits par des forces de capillarité qui

créent entre les grains des forces d’attraction.

- une phase gazeuse.

Cette phase est constituée par un mélange d’air et de vapeur d’eau qui

occupe les vides restant de la phase solide. Lorsque tous ces vides sont remplis

d’eau, la phase gazeuse est inexistante et le sol est dite saturé. L’élément gazeux

joue un rôle important en pratique, en particulier dans le compactage des sols.

18

II-3. Les grandes familles de sol [10] [26] [32]

Les géotechniciens définissent deux grandes familles de sol :

- les sols grenus qui sont de dimension supérieure à 20 µm (0,02 mm) formé par de

sables et de graviers

- les sols fins de dimensions inférieures à 20 µm formé par de limons et d’argiles.

II-3-1. Les sables et graviers

Sols grenus pour lesquels les caractéristiques géotechniques sont déterminées

par des forces de volume ou de pesanteur. Ils sont en général pulvérulents.

Granulométriquement, on les définis par des :

- sables, au moins 50% des grains compris entre 0,02 et 2 mm

- graviers, au moins 50% des grains compris entre 2 et 20 mm

II-3-2. Les limons (ou Silts)

La définition la plus admise est celle d’un sol dont la majeure partie des grains est

comprise entre 2 et 20μm (définition purement descriptive). Ils sont en grande partie

formés de quartz.

On distingue suivant leurs origines :

- les limons éluviaux formés par altération sur place d’un substratum favorables (à

l’altération),

- les limons de ruissellement et d’inondation qui se présentent en strates.

Source : M. CALLAUD (2004)

--

--

Figure 11 : Eléments constitutifs d’un sol

19

II-3-3. Les argiles

On peut les définir granulométriquement comme une roche dont les grains sont

compris entre 2 et 0,2μm.

C’est une roche sédimentaire terreuse faisant pâte avec l’eau. On le dit

plastique. La plasticité d’un matériau est caractérisée par le fait qu’il peut être

déformé d’une façon permanente, à volume constant, sans perdre sa cohésion

interne.

On distingue suivant leur origine :

- les argiles d’altération, formées principalement par l’altération des calcaires en

climat tempérés ou l’altération des latérites en climat chaud et humide ;

- les argiles fluviatiles déposées surtout dans le lit majeur des fleuves, lors des

décrues ;

- les argiles lacustres déposées dans les lacs et étangs ;

- les argiles marines d’origine continentale déposées en milieu marin, et

généralement modifiées par la diagénèse.

Nous venons de montrer les généralités sur les émulsions de bitume et sur les

sols. La connaissance de ces éléments permet de les étudier plus profondément.

Voyons maintenant comment identifier ces éléments et comment le sol agit avec le

traitement à l’émulsion.

20

DEUXIEME PARTIE :

PHASE D’EXPERIMENTATION

21

INTRODUCTION

Comme l’étude a pour objectif d’apporter une amélioration possible d’une route en

terre, l’entreprise COLAS Madagascar a fabriqué une émulsion à faible viscosité afin

de traiter cinq (5) échantillons de terre prélevés sur trois (3) sites différents. Ces

échantillons sont analysés au laboratoire pour étudier ses propriétés géotechniques,

chimiques et ses comportements vis-à-vis du traitement à l’émulsion.

CHAPITRE III. LES ESSAIS D’IDENTIFICATIONS DES EMULSIONS

Les caractéristiques évaluées en laboratoire ont pour objectif de :

- définir la composition de l’émulsion ;

- contrôler la qualité de l’émulsion au cours de sa fabrication ;

- vérifier l’adéquation entre les propriétés de l’émulsion et l’usage y afférent.

Pour les émulsions, les définitions, la classification et les spécifications sont

conformes à la norme française NF EN 13808 du 24 Août 2013, (annexe 3).

Les essais principaux pour identifier une émulsion sont donnés par le tableau 2 ci-

dessous.

Tableau 2: Les essais d’identification des émulsions

III-1. Détermination de la teneur en eau [11]

Cette caractéristique fondamentale pour une émulsion permet de connaître le

pourcentage de liant hydrocarboné que renferme cette dernière.

La détermination directe de la teneur en eau donne par simple différence, le

pourcentage de liant contenu dans une émulsion donnée.

La teneur en liant influe directement sur de nombreuses caractéristiques telles que la

viscosité, la stabilité au stockage, la vitesse de rupture, ainsi que l’aptitude à

l’enrobage des matériaux.

ESSAIS Norme

Teneur en eau EN 1428, Décembre 1999

résidu sur tamis EN 1429, Décembre 1999

Indice de rupture EN 13075-1, Septembre 2002

Mesure du pH EN 12850, Août 2002

22

Pour une catégorie d’émulsion déterminée, la teneur en eau mesurée ne doit pas

s’écarter en valeur absolue de plus de 1 % de la valeur théorique exigée.

III-1-1. Principe

L'eau contenue dans une émulsion de bitume est entraînée par distillation à reflux

d'un solvant d'entraînement non miscible à l'eau.

Après condensation, l'eau se sépare du solvant, en continu, et s'accumule dans un

tube de recette gradué tandis que le solvant d'entraînement retourne dans le ballon.

III-1-2. Appareillage : Appareil de distillation (figure 12)

Cet appareil permet de déterminer le pourcentage d’eau contenu dans une émulsion

donnée.

Figure 12 : Appareil de distillation

(Dean stark)

Ballon à fond rond

Chauffe ballon

Support

Réfrigérant

Sortie de l’eau de refroidissement

Entrée de l’eau de refroidissement

Tube de recette gradué

23

III-1-3. Déroulement de l’essai

Après avoir nettoyé et séché le tube de recette et le ballon à fond rond, l’essai se

déroule suivant les étapes suivantes (figure 13) :

- peser la prise voulue dans un ballon à fond rond (figure 13-1) ;

- ajouter une poudre de talc (fixation des particules fines) et de quelques granules ;

(fixation de bitume) pour éviter la dispersion de l’émulsion et le collage du bitume

dans le ballon et facilitant ainsi le nettoyage du ballon après la fin de l’essai (figure

13-2)

- verser le solvant d’entrainement dans le ballon (figure 13-3), nous avons utilisé le

toluène car il a une faible densité par rapport à l’eau ;

- mettre en place le tube de recette (assemblage de l’appareil : figure 13-4) ;

- chauffer le ballon et ouvrir l’entrée et la sortie de l’eau de refroidissement ;

- après quelques minutes, quand l’émulsion atteint une certaine température, elle

commence à s’entrainer vers le tube de recette et puisque l’eau possède une forte

densité, elle sera déposée dans la partie inférieure du tube de recette (en dessous

du toluène).

La distillation est finie quand il n'y a plus d'eau visible sur les parois du tube de

recette et jusqu'à ce que le volume d'eau y soit constant.

La teneur en eau de la prise (ω), exprimée en pourcentage en masse, est donnée

par la formule suivante :

Où :

mω : la masse d'eau en g, extraite par distillation de l'échantillon testé et est égale au

volume d'eau, en millilitres, recueilli dans le tube de recette ;

mE : est la masse d'émulsion employée pour l’essai, en grammes.

La figure 13 ci-après montre de déroulement de la détermination de la teneur en eau

de l’émulsion de bitume.

24

III-2. Homogénéité : détermination du résidu sur tamis [12]

C’est le pourcentage massique des particules retenues sur un tamis de mailles

spécifiées.

Les émulsions de bitume se caractérisent par la dispersion de globules de bitume

dans une phase aqueuse. Cette dispersion ne doit pas contenir de particules (quelle

qu’en soit la nature) susceptibles d’obturer les équipements de répandage.

L’homogénéité est évaluée par l’essai de tamisage sur les tamis suivants (figure 14):

- tamis de 500 μm ;

- tamis 160 μm.

Les spécifications limitent le refus maximum exprimé en pourcentage de masse par

rapport à la masse totale de l’émulsion.

III-2-1. Principe

Une masse connue d’émulsion de bitume est filtrée à travers un tamis de maille a

ouverture 0,500mm et 0,160mm. La qualité de liant retenu sur chacun de ces tamis

est pesée après lavage avec du savon et séchage à l’étuve.

1 2

3 4

Figure 13 : Déroulement de la détermination de la

teneur en eau des émulsions

25

III-2-2. Matériels

Les matériels utilisés pour la détermination du résidu sur tamis sont récapitulés dans

la figure 14 ci-dessous.

III-2-3. Produits

Les produits utilisés pour la détermination du résidu sur tamis sont :

-l’émulsion de bitume ;

-le savon ;

-l’eau.

III-2-4. Mode opératoire (figure 15)

Les étapes de l’essai se succèdent comme suit :

- Si nécessaire, chauffer l’émulsion à l’étuve à 65°C pour l’homogénéiser et pour

faciliter son passage à travers le tamis tout en évitant la perte d’eau lors de

l’opération ;

- laver les deux tamis et les séchés à l’étuve ;

- peser la prise selon le poids décrit (figure 15-3);

- tamiser la prise au tamis d’ouverture 500µm et 160µm (figure 15-4);

- laver le tamis à l’aide du savon préfabriqué à l’usine (figure 15-5);

- rincer à l’eau de robinet le tamis (figure 15-6);

- le résidu fixe sur la maille du tamis (figure 15-7 et 15-8);

- introduire les deux tamis avec le résidu dans l’étuve à 105°C pendant environ 2

heures pour les faire sécher.

La figure 15 ci-après présente le déroulement de l’essai sur la détermination des

résidus sur tamis.

26

III-3. Détermination de l’indice de rupture IREC [13]

Cet essai a pour but d’apprécier la stabilité des émulsions vis-à-vis de fines

de silice parfaitement définies.

La méthode consiste à mesurer la masse de fines nécessaires à la rupture

complète d’une quantité bien définie d’émulsion.

Une émulsion de répandange s’inscrit dans l’une des classes données dans le

tableau 3 ci-après.

Tableau 3 : Classe d’une émulsion suivant l’indice de rupture [13]

La figure 17 montre les matériels nécessaires pour la détermination de l’IREC.

Classe Indice de rupture

Rapide < 100

Semi-rapide 110 à 155

Lente > 170

Figure 16 : résidu sur tamis

Résidu

3 4 5

6 7 8

Figure 15 : déroulement de la détermination des résidus sur tamis des émulsions

27

III-4. Détermination du pH des émulsions [14]

Le pH est une mesure de l’état d’acidité d’une solution contenant un acide, une base

ou un mélange des deux espèces.

Le pH des solutions aqueuses varie de 0 à 14. Les solutions acides ont un pH

compris entre 0 et 7, et les solutions basiques ont un pH compris entre 7 et 14. La

neutralité est obtenue pour pH = 7, c’est le cas de l’eau pure.

Pour l’émulsion de bitume, le pH des émulsions anioniques doit être supérieur à 10, il

doit être inférieur à 4 pour l’émulsion cationique.

III-4-1. Principe de la mesure

Un galvanomètre (gradué en unités de pH) mesure la différence de potentiel entre

une électrode de référence et une électrode de mesure, plongées dans la solution.

Aujourd’hui les pH-mètres modernes ne possèdent plus qu’une seule électrode qui

groupe les deux fonctions.

Figure 17: Matériel pour l’IREC

28

Notons bien que les résultats des essais d’identifications de l’ECS40 sont

récapitulés en annexe 4.

Nous avons réalisé des essais pour identifier une émulsion. Avant de l’incorporer

dans le sol, il faut savoir tout d’abord les caractéristiques des sols à stabiliser afin de

connaître sur quel type de matériau agit bien l’émulsion. Passons donc ensuite aux

essais d’identification des sols.

Électrode

Support

Figure 18 : pH-mètre

29

CHAPITRE IV. LES ESSAIS D’IDENTIFICATIONS DES SOLS

Pour caractériser un sol, il faut déterminer les paramètres de nature et les

paramètres d’état. Les paramètres de nature indiquent les caractéristiques

intrinsèques du sol. IIs ne varient pas au cours du temps (poids volumique des grains

solides, granularité, argilosité, limites d’Atterberg, teneur en matières organiques,

etc.).

Les paramètres d’état sont fonction de l’état du sol et caractérisent le comportement

du sol sous l’effet d’un chargement donné (teneur en eau, indice des vides, porosité,

équivalent de sable, etc.).

Cinq échantillons ont été amenés au LCT pour une étude de faisabilité de traitement

à l’émulsion dont :

- un échantillon en provenance des Hauts-Plateaux (Ambatobe, zone intermédiaire)

de Madagascar ;

- un échantillon en provenance de Melville situé dans la côte Est (zone pluvieuse) ;

- trois échantillons en provenance de la carrière PK13 de l’entreprise Colas.

Les essais d’identifications des sols et les essais de traitements des sols à l’émulsion

sont donnés dans le tableau 4 ci-après.

Tableau 4 : Les essais d’identifications des sols

ESSAIS Normes

Teneur en eau pondérale des matériaux NF P 94-050, Septembre 1995

Analyse granulométrique par tamisage NF P 94-056, Mars 1996

Limites d’Atterberg NF P94-051, Mars 1993

Valeur au bleu du sol (VBS) NF P 94-068, Octobre 1998

Proctor NF P 94-093, Octobre 1999

CBR NF P 94-078, Mai 1997

Duriez au sol (fabrication des briquettes) NF P 98-251-1, Septembre 2002

Orniérage du sol NF EN 12697-22, Juin 2004

IV-1.Teneur en eau pondérale des matériaux [16]

Il est nécessaire de mesurer la teneur en eau des matériaux. La connaissance de la

teneur en eau d’un sol est très importante car elle permet d’apprécier l’état dans

laquelle se trouve le sol.

30

La prise d’essai humide est pesée puis séchée à l’étuve à 105 °C en laboratoire ou

au réchaud à gaz sur chantier jusqu’à masse constante. La teneur en eau du

matériau est le rapport en pourcentage entre la masse d’eau Wω que le sol contient

et la masse de matériau sec Wd. Elle est définie par la formule suivante :

IV-2. Analyse granulométrique par tamisage [17]

IV-2-1. But de l’essai

L’analyse granulométrique permet de déterminer la grosseur et les pourcentages

pondéraux respectifs des différentes familles des grains constituant l’échantillon. Elle

s’applique à tous les granulats de dimension nominale inférieure ou égale à 63mm, à

l’exclusion des fillers. A noter 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 dimensionnelle des graines d’un granulat.

Deux types d’essais sont envisageables selon le sol à tester :

- par tamisage mécanique pour les éléments de diamètre 80m.

- par sédimentométrie les éléments de diamètre 80m.

IV-2-2. Principe de l’essai

L’essai consiste à classer les différents grains constituant l’échantillon en utilisant un

série des tamis, emboitées les uns sur les autres, dont les dimensions des

ouvertures sont décroissantes du haut vers le bas. Le matériau étudié est placé en

partie supérieure des tamis et le classement des grains s’obtient par vibration de la

colonne de tamis.

IV-2-3. Mode opératoire

Le déroulement de l’essai de l’analyse granulométrique par tamisage se succède

comme suit :

- prendre un échantillon et le peser (figure 19-1 et 19-2);

- humidifier l’échantillon avec de l’eau de robinet puis le laver (figure 19-3 et 19-4) ;

- sécher l’échantillon à l’étuve (figure 19-5) et peser (figure 19-6) ;

31

- tamiser l’échantillon (figure 19-7) et peser (figure 19-8) ;

- calculer et faire le reste à l’aide d’un ordinateur programmé (figure 19-9).

IV-2-4. Résultats de l’essai

Le résultat de l’analyse granulométrique des cinq échantillons est représenté dans

le tableau 5 ci-dessous.

Tableau 5 : Résultat d’analyse granulométrique par tamisage des cinq échantillons

Analyse granulométrique (passants au tamis de)

Dm 80

mm 63

mm 50

mm 40

mm 31.5 mm

25 mm

20 mm

10 mm

5 mm

2 mm

1 mm

0,5 mm

0,2 mm

0,08 mm

ECH 1

100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 99,2 97,4 89,9 75,0 55,3 45,7

ECH 2

100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 99,8 97,9 76,5 49,4

ECH 3

100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 99,8 98,1 93,6 83,8 71,2 65,6

ECH 4

100,0 93,3 93,3 93,3 92,0 89,3 86,8 85,0 75,6 73,0 60,4 46,4 39,8 29,7

ECH 5

100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 96,3 95,0 94,3 92,9 88,8 77,0 48,8 30,6

D’après ces résultats, la courbe granulométrique représentative de chaque

échantillon est récapitulée dans la figure 20 ci-après.

IV-2-4-1. Courbe d’analyse granulométrique

La courbe d’analyse granulométrique (figure 20) ci-après représente le pourcentage

des familles de sol que contient chaque échantillon.

1 3 2 5 4 6 7 9 8

Figure 19 : Analyse granulométrique par tamisage

32

IV-2-5.Description

La dimension maximale Dmax des grains des échantillons ECH1 et ECH3 est de

5mm, elle est de 1mm pour l’ECH2, 63mm pour l’ECH4 et 50mm pour l’ECH5. Les

sols comme ECH4 et ECH5 ont une valeur de Dmax plus élevée car ces échantillons

sont des mélanges de sol avec des roches décomposées (débris des roches.

L’échantillon ECH1 est constitué de 97,4% de squelette en masse inférieure à 2mm

et 45,7% de particules fines passant à 0,080mm.

L’échantillon ECH2 est constitué de 100% de squelette en masse inférieure à 2mm




L’échantillon ECH4 est constitué de 73% de squelette en masse inférieure à 2mm

33

Figure 20 : Courbe d’ granulométriques des 5 échantillons Figure 20 : Courbe d’analyse granulométrique des 5 échantillons




IV-2-6. Interprétations des résultats

Les tamisât à 2mm sont tous supérieures à 70%, on constate donc que ces sols sont

pour la majeur partie des sols à tendance sableuse. Mais vis à vis du tamisât à

80µm, Les échantillons ECH1, ECH2 et ECH3 sont riches en particules fines par

rapport aux deux autres. Ces éléments fins changeront les comportements

mécaniques et/ou géotechniques des sols comme la sensibilité à l’eau, la plasticité

et d’autres. Le pourcentage du tamisât à 0,080 mm nous amène dans le domaine du

limon et d’argile. Cette argilosité va être confirmée par d’autre paramètre comme

l’indice de plasticité et la valeur au bleu.

IV-2-6-1. Classification par le comportement des sols [5] [8]

Selon le GTR, un sol fin est un sol comportant au moins 35 % (en poids) de grains de

dimension inférieure à 80 μm. Le comportement d’un sol fin est très lié à sa teneur

en eau, mais aussi à :

-sa composition minéralogique ;

-sa structure cristalline.

Le tableau 6 ci-dessous donne le pourcentage des éléments passant au tamis avec

une ouverture de 80µm.

Tableau 6 : Classification par le comportement des sols selon le GTR

Echantillons pourcentage

Ø≥80µm

pourcentage

Ø<80µm

Type de sol

ECH 1 54,3 45,7 Sol fin

ECH 2 50,6 49,4 Sol fin

ECH 3 34,4 65,6 Sol fin

ECH 4 60,3 29,7 Sol grenu

ECH 5 69,4 30,6 Sol grenu

34

IV-2-6-2. Classification géotechnique selon GTR (SETRA) [8]

Cette classification est la seule présentant un réel intérêt pratique et utilisée dans

les travaux de terrassement. Son utilisation est détaillée dans le Guide technique

pour la réalisation des remblais et couches de forme. Les grandes familles de

matériaux de cette classification sont présentées dans l’annexe 5.

Selon cette classification et d’après le pourcentage de passant au tamis 80µm, on

peut déterminer la classe des échantillons qui sera représenté dans le tableau 7

suivant.

Tableau 7 : Classification des cinq échantillons selon GTR (SETRA)

D’après cette classification, on peut dire que les échantillons 1,2 et 3 comportent

beaucoup plus de fines. Ce sont donc des sols fins. Pour le cas des échantillons 4 et

5, ils contiennent plus de 35% des éléments grossies, ce sont donc des sols sableux

graveleux avec fines.

IV-3. Limites d’Atterberg [1] [18] [26]

Les limites d’Atterberg sont des essais qui permettent de définir des indicateurs

qualifiant la plasticité d’un sol, et plus précisément de prévoir le comportement des

sols pendant les opérations de terrassement, en particulier sous l'action des

variations de teneur en eau. Notons que cet essai se fait uniquement sur les

éléments fins du sol et il consiste à faire varier la teneur en eau de l'élément en

observant sa consistance, ce qui permet de faire une classification du sol.

Suivant la consistance d’un sol remanié, qui est fonction de sa teneur en eau, on

distingue 4 états, schématisés sur la figure 21 ci-après.

Echantillons Pourcentage

Ø≥80µm

pourcentage

Ø<80µm

classe

ECH 1 54,3 45,7 A

ECH 2 50,6 49,4 A

ECH 3 34,4 65,6 A

ECH 4 60,3 29,7 B

ECH 5 69,4 30,6 B

35

Avec ωS , ωP , ωL , sont les limites d’Atterberg déterminées en laboratoire sur la

fraction du sol passant au tamis 0.40mm (méthode de la coupelle de Casagrande

et du rouleau et appareil de retrait).


L'essai de limites d'Atterberg permet d'obtenir des informations de l'index de base sur

le sol utilisé pour estimer les caractéristiques de résistance.

IV-3-2.Principe de l’essai

Le classement d’un sol se fait à partir de deux essais de laboratoire qui sont l’analyse

granulométrique et la détermination des limites d’Atterberg.

Les limites d’Atterberg sont des constantes physiques conventionnelles (teneur en

eau pondérale) qui marque les seuils entre :

- le passage d’un sol de l’état liquide à l’état plastique (limite de liquidité ωL) ;

- le passage d’un sol de l’état plastique à l’état solide (limite de plasticité ωp)

Ces deux limites sont utilisées afin de déterminer la classification des sols.

L’essai s’effectue en deux phases :

ωP

Limite de plasticité

ωL

Limite de liquidité

ωS

Limite de retrait

ω < ωp

Ic > 1 ω

ω > ωL

Ic < 0

Ic = 0 ωP < ω < ωL

1 > Ic > 0

Ic = 1

Figure 21: Etats de consistance d’un sol

Source : TCHOUANI NANA J.M (1999)

Figure 21: Etats de consistance d’un sol

36

- recherche de la teneur en eau pour laquelle une rainure pratiquée dans un sol

placé dans une coupelle de caractéristiques imposées se ferme lorsque la coupelle

et son contenu sont soumis à des chocs répétés ;

- recherche de la teneur en eau pour laquelle un rouleau de sol, de dimension fixée

et confectionnée manuellement se fissure.

IV-3-3. Matériels et matériaux utilisés

Les figures 22, 23 et 24 ci-dessous montrent les matériels et matériaux nécessaires

pour la détermination des limites d’Atterberg.

IV-3-4. Limite de liquidité

Le sol est mélangé à une quantité d'eau. La pâte obtenue est placée dans une

coupelle de 100 mm de diamètre environ. On trace sur la pâte lissée une rainure

normalisée avec un outil spécial (Figure 25). À l'aide d'une came, on fait subir une

série de chocs à la coupelle. On observe en fin d'expérience le contact des deux

lèvres de la rainure. La limite de liquidité est la teneur en eau en % qui correspond à

une fermeture en 25 chocs. L’essai s’effectue sur le mortier du sol (fraction inférieure

à 400 µm) ; la figure 26 ci-dessous rappel le résultat d’essai de limite de liquidité.

Figure 23 :

Mortier Figure 24 : Equipement

limite d’Atterberg

Figure 22 : Appareil de Casagrande

Figure 25 : Limite de liquidité

Mortier

Rainure

37

IV-3-4-1. Courbe de limite de liquidité

La courbe de limite de liquidité des cinq échantillons sont données par la figure 26 ci-

après.

IV-3-4-1-1. Description de la courbe

D’après cette courbe, la teneur en eau correspondant à 25 coups donne la limite de

liquidité ωL. Elle est de 35% pour l’ECH1 ; 40,6% pour l’ECH2 ; 40,8% pour l’ECH3 ;

39,8% pour l’ECH4 et 37,8% pour l’ECH5.

Figure 26 : Courbes de limite de liquidité des cinq échantillons

38

IV-3-4-1-2. Interprétations

D’après le tableau récapitulatif des résultats des limites d’Atterberg (tableau 11),

On constate que l’ECH3 a une valeur plus importante de limite de liquidité, cette

hausse de valeur est due à sa richesse en élément fine (65,6% d’après le tableau

11).

IV-3-5. Limite de plasticité

On mélange l'échantillon avec des quantités variables d'eau; on façonne avec la pâte

un rouleau d’environ 6 mm de diamètre pour une centaine de mm de longueur. Puis

on atteint environ 3mm de diamètre en le roulant (souvent avec les doigts), après 5 à

10 allers-retours maximum. La limite de plasticité est la teneur en eau en % du

rouleau qui se fissure et se brise lorsqu'il atteint un diamètre de 3 mm.

La figure 27 ci-dessous montre la réalisation de la limite de plasticité.

Le résultat de limite de plasticité des cinq échantillons est récapitulé dans le tableau

11.

IV-3-6. Indices de plasticité

C’est la différence entre la limite de liquidité et la limite de plasticité. L’indice

de plasticité a un intérêt tout à fait fondamental. Ainsi, pour les chantiers de

terrassement, des matériaux pour lesquels Ip > 30 sont difficiles à mettre en place et

à compacter.

Figure 27 : Limite de plasticité

39

L’indice de plasticité s’exprime par la relation :

Ip = ωL - ωP

Tableau 8 : Type de sol en fonction d’Ip [30]

L’indice de plasticité caractérise la largeur de la zone où le sol étudié a un

comportement plastique.

Tableau 9: Classification de l’argilité d’un sol selon l’indice de plasticité [30]

Le résultat de l’indice de plasticité des cinq échantillons est récapitulé dans le

tableau 11.

IV-3-7. Indice de consistance Ic

La comparaison de la teneur en eau naturelle ω d’un sol et des limites d’Atterberg

permet de se faire une idée de l’état d’une argile qu’on peut caractériser par son

indice de consistance :

Indice de plasticité Ip (%) Type de sol

< 1% Pulvérulent

1%<Ip<7% Sable argileux

7%<Ip<17% Argile sableuse

Ip>17% Argile

Indice de plasticité Etat de sol

0 - 5 Non plastique

5 – 15 Peu plastique

15 – 40 Plastique

> 40 Très plastique

40

Tableau 10 : Etat de consistance de sol en fonction d’Ic [30]

Le résultat de l’indice de consistance des cinq échantillons est récapitulé dans le

tableau 11.

IV-3-8. Résultats des limites d’Atterberg

Tableau 11: Récapitulation des résultats des limites d’Atterberg des 5 échantillons

IV-3-9. Descriptions

Selon le tableau 11 ci-dessus, seul la valeur de la valeur de la teneur en eau

naturelle de l’ECH2 est supérieure à la valeur de la limite de plasticité. Ce type de sol

ne peut donc manipuler que si la teneur en eau de son mortier est égale ou inférieur

à la limite de plasticité (24,9%).

Pour les autres échantillons, la limite de plasticité est supérieur à la teneur en eau

naturelle. La plage de la teneur en eau où l’on peut travailler le sol est donc

importante.

Selon l’indice de consistance (tableau 12), seul l’ECH2 présente un indice de

consistance compris entre 0 et 1. D’après le tableau 10, c’est un sol plastique donc

moins consistant par rapport aux autres. Par conséquent, il résiste moins à l’effort de

Indice de consistance consistance du sol

Ic ≤ 0 Liquide

0 < Ic < 1 Plastique

Ic = 1 Solide plastique

Ic >1 Solide ou semi solide.

Echantillons

Teneur en

eau

naturelle

ω (%)

Limite de

liquidité

ωL (%)

Limite de

plasticité

ωP (%)

Indice de

plasticité

Ip (%)

Indice de

consistance

Ic (%)

ECH 1 9,2 35,0 20,5 14,6 1,8

ECH 2 27,8 40,6 24,9 15,7 0,8

ECH 3 11,4 44,8 29,1 15,7 2,1

ECH 4 12,4 39,8 28,2 11,7 2,3

ECH 5 12,8 37,8 25,3 12,5 2,0

41

cisaillement. Les autres échantillons ont une valeur d’Ic supérieure à 1, donc ce sont

des sols très consistant (solide ou semi-solide selon le tableau 10).

IV-3-10. Interprétations

Dans le cas où la teneur en eau naturelle ω > ωL, le sol sera à risque et sa

consistance sera nulle. Les travaux de terrassement seront mis en jeu.

Dans l’application de la limite de plasticité, un sol ne peut se travailler que si la teneur

en eau du mortier est égale ou inférieure à cette limite. Par conséquent, Il sera

préférable d’avoir ωp élevée car la plage des teneurs en eau où l’on pourra travailler

le sol sera plus importante que celle d’un sol où ωp est faible.

Un sol, dont l’Ip est grand est très sensible aux conditions atmosphériques, car plus

Ip est grand plus le gonflement par humidification du sol et son retrait par

dessiccation seront importants.

L’Ip précise donc aussi les risques de déformation des matériaux.

Tableau 12 : Caractéristiques des sols en fonction d’Ip et IC

Selon les résultats du tableau 11, l’indice de plasticité des cinq échantillons compris

entre 7% et 17% d’après le tableau 8. Ce sont donc des sols de type argile sableuse

[30].

IV-3-11. Conclusion sur l’essai des limites de d’Atterberg

En conclusion, les sols fins passent d’un état de consistance à un autre de manière

progressive en jouant sur la teneur en eau. En général, une teneur en eau naturelle

élevée diminue la consistance d’un sol.

Les limites d’Atteberg donnent la classification des sols fins.

Echantillons

Type de sol en

fonction d’IP

Plasticité de sol

en fonction d’IP

Consistance de sol

en fonction d’IC

ECH 1 Argile sableuse Peu plastique Solide ou semi solide

ECH 2 Argile sableuse Plastique plastique

ECH 3 Argile sableuse plastique Solide ou semi solide



42

IV-4. Essai au bleu de méthylène (VBS) [19]

L’essai au bleu de méthylène caractérise l’argilosité des sols. Elle représente la

quantité de bleu pouvant être adsorbée sur les surfaces internes et externes des

particules du sol. La valeur VBS s’exprime en masse de bleu pour 100g de sol. On

considère que cet essai exprime globalement la quantité et la qualité de l’argile

contenue dans un sol.

IV-4-1. Principe

On ajoute dans l’échantillon une solution de bleu de méthylène (concentration: 10 g/l)

à la suspension sous agitation permanente. On détermine la quantité de solution de

bleu de méthylène nécessaire pour saturer la suspension.

Le point de saturation est déterminé par un essai à la tache dans lequel une goutte

de suspension est posée sur un papier filtre. Si la tâche formée sur le papier reste

entourée par un cercle bleu clair, on considère que le point de saturation est atteint.

Agitateur mécanique à ailette

B leu de méthylène

Récipient

Mélange sol, eau et bleu de

méthylène

Figure 28 : Appareil de mesure VBS

Figure 29 : Prélèvement d’une goutte de suspension

Papier filtre

Baguette en verre

43

La valeur de bleu exprimée en g de bleu pour 100g de matériau sec est donnée par :

B : masse de bleu introduite (solution à 10g/l)

ms : masse sèche de la prise d’essai

C : proportion du 0/5mm soumis à l’essai dans la fraction 0/50mm du matériau sec.

On considère que cet essai exprime globalement la quantité et la qualité de l’argile

contenue dans un sol et on distingue les valeurs dans le tableau 13 suivant.

Tableau 13 : Type de sol en fonction de la valeur «VBS » [24]

IV-4-2. Résultat

Tableau 14: Résultats de l’essai VBS des cinq échantillons

IV-4-3. Descriptions et interprétations

La valeur au bleu des cinq échantillons selon le tableau 13 est comprise entre 0,2 et

2,5 ; Ce sont donc tous des sols limoneux peu plastiques et sensibles à l’eau.

Selon ces résultats, la valeur de bleu de sol de chaque échantillon se situe entre 0,2

et 2,5 ; ce sont donc des sols limoneux d’après le tableau 13.

La figure 30 ci- après montre les résultats de l’essai VBS.

VBS TYPE DE SOL

VBS < 0,2 Sols sableux

0,2 < VBS < 2,5 Sols limoneux

2,5 < VBS < 6 Sols limono-argileux

6 < VBS < 8 Sols argileux

8 > VBS Sols très argileux

Echantillons Valeur de bleu

ECH 1 0,6

ECH 2 0,4

ECH 3 0,4

ECH 4 0,5

ECH 5 0,4

44

IV-4-4. Classifications des cinq échantillons en fonction de la granulométrie et Ip

Plusieurs méthodes de classification coexistent à travers le monde. Le système de

classification que nous avons utilisé dans ce travail est celui du Guide Technique

Réalisation des remblais et des couches de forme, couramment appelé GTR qui est

une classification française, comportant une classification précise et complète d’une

grande variété de matériaux. La figure 31 indique la classification primaire des cinq

échantillons basée sur leur granulométrie et leur argilosité [28][24].

Figure 31 : Tableau synoptique de classification des matériaux

selon leur nature, d’après la norme NF P 11-300 (1992).

: Sols fins

: Graves

: ECH 1

: ECH 2

: ECH 3

: ECH 4

: ECH 5

: Sols fins

: Sables ou graves

: Sables

Source : Norme NF P 11-300 (1992).

Auréole bleu clair d’épaisseur millimétrique

Dépôt central bleu sombre

8mm à 12 mm de diamètre

Dépôt central bleu sombre

8mm à 12 mm de diamètre

Figure 30: Résultat d’essai VBS

Positif

Négatif

45

D’après ce tableau, on peut classer les échantillons comme indique le tableau 15 ci-

après ;

Tableau 15 : Classifications des cinq échantillons selon NF P 11-300 [23]

IV-5. Détermination des références de compactage d’un matériau [20]

V-5-1. Essai Proctor modifié

L’essai Proctor est un essai routier, nous l’avons effectué à l’énergie dite modifiée.

L’ECH1 a été traité seulement avec 7% d’ECS40; pour ECH2, nous l’avons traité

avec 3% et 7% d’ECS40 et pour ECH3, ECH4 et ECH5, ces échantillons ne sont

pas traités.


L’essai Proctor consiste à étudier le comportement d’un sol sous l’influence de

l’énergie de compactage (la réduction de son volume par réduction des vides d’air) et

de la teneur en eau. Il s’agit en d’autre terme de la détermination de la teneur en eau

optimale et de la densité sèche maximale, pour un compactage bien défini, dans le

but d’avoir le meilleur compactage possible ou encore une capacité de portance

maximale.

IV-5-3. Principe de l’essai

L’essai consiste à mesurer la masse volumique sèche d’un sol disposé en cinq

couches dans un moule Proctor de volume connu, chaque couche étant compactée

avec la dame Proctor modifié, l’essai est répété plusieurs fois et on varie à chaque

fois la teneur en eau de l’échantillon et on fixe l’énergie de compactage. L’énergie de

compactage est de :

- 56 coups de dame par couche dans le moule C.B.R.

- 25 coups par couche dans le moule Proctor.

Echantillons

Classes

Nature selon Ip et VBS

Nature visuelle

ECH 1 A2 Limon argileux sableux (Ip) Limon argileux à RD

ECH 2 A2 Limon argileux sableux (Ip) Limon sable fin micacé

ECH 3 A2 Limon argileux sableux (Ip) Limon argileux sableux

ECH 4 B5 Sable et grave très silteux (VBS) roche décomposée (RD)

ECH 5 B5 Sable et grave très silteux (VBS) roche décomposée (RD)

46

http://essai-laboratoire.blogspot.com/

http://essai-laboratoire.blogspot.com/

Tableau 16: Modalité d’exécution de l’essai Proctor modifié [20]

IV-5-4. Déroulement de l’essai

La figure 32 ci-dessous montre le déroulement de l’essai Proctor modifié

Figure 32 : Mode opératoire de l’essai Proctor

47

IV-5-5. Résultats

IV-5-5-1. Résultats de l’essai Proctor des sols naturels

Les résultats des essais Proctor sur sol naturel des cinq échantillons sont résumés

dans l’annexe 6-a D’après ces résultats, on en déduit la courbe Proctor représentatif

des cinq échantillons (Figure 33)

a. Descriptions de la courbe

D’une manière générale l’allure de ces courbes est incurvée surtout pour le cas

des sols comportant beaucoup de fines comme l’ECH1 et ECH3. Pour ECH4 et

ECH5 les courbes sont moins pointues par rapport aux autres, cela s’explique par

leur faible teneur en éléments fins. Ces courbes représentent et confirment donc

l’allure d’une courbe typique des sols fins (surtout les limons argileux sableux).

b. Interprétations de la courbe

Pour une valeur de la teneur en eau naturelle inférieure à celle de l’optimum, le sol a

un comportement poussiéreux, il est donc difficile d’atteindre la bonne qualité de

12,2

1,952

1,844

13,2 16,0

1,796

15,4

1,782

17

1,794

ECH1 ECH2 ECH5 ECH4 ECH3

Figure 33 : Courbe Proctor des cinq échantillons

48

compactage. Il était difficile d`effectuer un bon mélange et ce mélange n`était pas

tout à fait homogène. A l’optimum, c’est le point important puisqu’à la masse

volumique maximale du sol sec correspond à la teneur en eau optimale. Ce point

correspond à la bonne qualité de compactage du sol.

Selon la figure 33, l’OPM des sols naturels des cinq échantillons est donné par la

courbe de chacune de ces échantillons, ils sont récapitulés dans le tableau 17

suivant.

Tableau 17 : Références optimum Proctor du sol naturel des cinq échantillons

Echantillons

Masse volumique

sèche maximale (T/m3)

Teneur en eau

optimale (%)

Teneur en eau

naturelle(%)

ECH1 1,952

12,2 9,2

ECH2 1,782

15,4 27,8

ECH3 1,794

17,0 11,4

ECH4 1,844

13,2 12,4

ECH5 1,796

16,0 12,8

c. Descriptions et interprétations du tableau 17

Pour l’ECH2, la teneur en eau naturelle est supérieure à celle de l’optimum (27,8%),

ce sol est donc très humide, il se ramollit. Le compactage devient donc très difficile et

conduit à une mauvaise compacité du sol. Une aération importante devra donc être

faite pour avoir une bonne qualité de compactage. Le traitement de sol à l’émulsion

dépend largement du climat.

IV-5-5-2. Résultats de l’essai Proctor de l’ECH1 avec de l’émulsion de formule F1

Les résultats de l’essai Proctor du sol avec de l’émulsion surl’ECH1 sont représentés

en annexe 6.b. Selon ces résultats, on peut les traduire sous forme des courbes que

montre la figure 34 ci-après.

49

a- Descriptions de la Courbe Proctor d’ECH1 traité avec 7% d’ECS40

Pour ECH1 traité avec 7% d’ECS40 (figure 34), sa courbe s’inscrit en dessous et à

gauche de celle de l’optimum de sol naturel. Le traitement à 7% d’ECS40 réduit

donc la valeur maximale de la masse volumique apparente sèche et la valeur de

la teneur en eau optimale.

b- Interprétations de la Courbe Proctor d’ECH1 traité avec 7% d’ECS40

La réduction de la teneur eau optimale est due à la diminution de la surface totale

des particules traitée par soustraction du poids des sols nécessaires au poids

d’émulsion, puis la raison de la diminution de la densité sèche maximale est la faible

masse volumique l’émulsion par rapport au sol.

IV-5-5-3. Résultats de l’essai Proctor de l’ECH2 avec de l’émulsion de formule F1 et

F2

Les résultats de l’essai Proctor de l’ECH2 avec de l’émulsion sont représentés dans

l’annexe 6.c. Ces résultats sont transformés sous forme des courbes que montre la

figure 35 et 36 ci-après.

∆Wopm

∆ρdmax Sol non traité

Sol traité avec 7% de F1

Figure 34 : Courbe Proctor de l’ECH1 traité à 7% d’ECS40

50

La figure 36 ci-après montre la courbe l’essai Proctor de l’ECH2 traité avec

l’émulsion de formule F2.

a- Descriptions de la Courbe Proctor de l’ECH2 traité à 3% et 7% de F1 et F2

Pour ECH2 traité avec 3% et 7% d’ECS40 (figure 35, figure 36), les courbes du sol

traité s’inscrit au dessus et à gauche de celle de l’optimum de sol naturel.

51

b- Interprétations de la Courbe Proctor de l’ECH2 traité à 3% et 7% de F1et F2

Le traitement avec l’ECS40 augmente donc la valeur maximale de la masse

volumique apparente sèche et diminue la valeur de la teneur en eau optimale.

Sur les figures 33, 34, 35 et 36 sont représentées les courbes de saturation du

matériau à 80 et 100%. La courbe à 100% de saturation constitue l’enveloppe de

toutes les courbes de la masse volumique sèche en fonction de la teneur en eau. La

courbe à 80% de saturation, approximativement est le lieu de l’optimale de la teneur

en eau pour l’ensemble des matériaux compactés.

IV-5-6. Conclusion sur l'essai Proctor

Sur les chantiers, la teneur en eau optimum varie selon la nature du sol et l’engin de

compactage utilisé, on exige, en général, des densités sèches égales à 90 % ou à

95 % de la densité sèche maximale déterminée à l’essai Proctor ; d’où l’importance

d’avoir au moment du Compactage une teneur en eau très voisine de la teneur en

eau optimum.

Cette condition est souvent difficile à remplir, ce qui limite les possibilités de

stabilisation des sols : en périodes de pluie, la teneur en eau du sol naturel est

généralement supérieure à la teneur optimale, il faut aérer le sol pour le faire sécher

ou le compacter superficiellement pour que l’eau ne s’infiltre pas puis l’aérer au

retour du beau temps. En période sèche les apports d’eau sont importants (la teneur

en eau optimum varie selon la nature du sol et l’engin de compactage utilisé.

IV-6. Essai de portance ou essai CBR (Californian Bearing Ratio) [21]


L’essai permet d´évaluer la portance d´un matériau, c’est une base pour le

dimensionnement du sol en couche de forme ou de fondation des chaussées

routières.

IV-6-2. Principe

L´essai consiste à préparer chaque échantillon compacté avec la teneur en eau

optimale et de faire enfoncer, par poinçonnement dans ces matériaux, un piston

normalisé à vitesse constante.

52

Certains échantillons sont poinçonnés directement à 0 jour :

- indice CBR immédiat : il permet de caractériser le sol en tant que support ou

constituant d’une structure de chaussée. Une interposition de deux surcharges dans

le volume libéré par le disque d’espacement lors du poinçonnement est nécessaire.

- indice portant immédiat (IPI) : il permet d’évaluer l’aptitude d’un sol à supporter la

circulation des engins de chantiers. On peut l’utiliser pour les sols moyennement à

très humides afin de caractériser l’état hydrique de ce sol. Il se distingue du CBR

immédiat par l’absence des deux surcharges dans le volume libéré par le disque

d’espacement lors du poinçonnement.

L’Indice est la plus grande des deux valeurs suivantes :

D’autres échantillons sont immergés pendant 4 jours avant le poinçonnement (essai

CBR à 4 jours d´imbibition).

Avant le poinçonnement, il est nécessaire de positionner le disque de gonflement sur

l’éprouvette avant de mettre les surcharges.

Voici quelques valeurs de CBR nécessaires pour la construction routière :

- plateforme CBR>10 ;

- couche de fondation CBR>30 ;

- couche de base CBR>80 ;

- CBR (tout venant de carrière) = 100.

Le tableau18 ci-dessous détermine la classe de portance des sols en fonction du

CBR

Tableau 18 : Classe de portance en fonction de CBR [6]

Classe de portance CBR (%)

S0 portance très faible CBR < 3

S1 portance faible 3 < CBR < 6

S2 portance moyenne 6 < CBR < 12

S3 portance élevée 12 < CBR < 25

S4 portance très élevée 25 < CBR

Force de pénétration à 2,5mm (en KN) X 100

Force de pénétration à 5mm (en KN) X 100

13,35

19,93

53

IV-6-3. Matériels de poinçonnement CBR

La figure37 ci-dessous montre les matériels pour l’essai CBR. C’est un appareil

multifonction capable de faire beaucoup d’essai sur la caractérisation des sols (par

exemple : essai de la résistance à la compression, etc.)

IV-6-4. Mode opératoire

Toutes les opérations sont faites comme celles de l’essai Proctor (figure 32) jusqu’au

pesage et après, il y a un poinçonnement à 0 jour et après 4 jours d’immersion dans

l’eau. Certains échantillons sont étuvés à 40°C pendant 16h avant de les immerger

dans l’eau.

Figure 37 : Matériels pour CBR

Matériels informatique

Capteur

Piston

Moule CBR

Figure 38 : Immersion dans l’eau des échantillons

Figure 40 :

Indice portant immédiat

Figue 39 :

CBR immédiat

54

IV-6-5. Résultats

IV-6-5-1. Résultats de l’ECH1 et interprétations

IV-6-5-1-1. Résultats d’essai CBR de l’ECH1

Le résultat d’essai CBR de l’ECH1 est récapitulé dans le tableau 19 ci- après.


Le tableau des résultats de poinçonnement CBR après immersion 4 jours dans l’eau

de l’ECH1 est représenté en annexe 7-a. D’après ces résultats, la courbe de

poinçonnement de cet échantillon est donnée par la figure 41 ci-dessous.


Pour viser le compactage à 95% de l’OPM, le mode de compactage du sol naturel a

été modifié de 27 coups, il est de 35 coups pour le sol traité avec de l’émulsion.

La courbe de poinçonnement du sol naturel est en dessous du sol traité, on

remarque donc qu’il y a amélioration apportée par l’émulsion.

55

Pour l’ECH1, la portance après 4 jours d’immersion dans l’eau du sol traité avec 7%

d’émulsion a été doublée (36) par rapport à celle du sol non traité (14). On peut

constater que ce résultat de CBR = 36 pour le sol traité pourrait être utilisé comme

couche de fondation.

IV-6-5-2. Résultats de l’ECH2 et interprétations

IV-6-5-2-1. Résultats d’essai CBR de l’ECH2

L’ECH2 a été traité avec les deux formules F1 et F2 de l’émulsion



de l’ECH2 est représenté en annexe 7-b. D’après ces résultats, la courbe de

poinçonnement de cet échantillon est donnée par la figure 42 ci-dessous.

56



de l’ECH2 est représenté en annexe 7-c. D’après ces résultats, la courbe de

poinçonnement de cet échantillon est donnée par la figure 43 ci-dessous


Pour l’ECH2, on a obtenu la compacité à 95% de l’OPM en modifiant le mode de

compactage à 27 coups (cas du sol naturel), il est de 31 coups pour le sol traité avec

57

de l’émulsion. Il a été traité avec 3%, 5% et 7% d’émulsion de formule F1 et F2. Le

mode de conservation du sol naturel et celui du sol traité est de même que pour

l’ECH1.

La valeur du CBR pour le sol traité avec la formule F1 varie de 25 à 49 dont la

portance maximale est obtenue par le traitement de sol avec 5% d’émulsion. Cette

valeur est allant de 20 à 31 pour le sol traité avec l’émulsion de formule F2 et on a

remarqué aussi que c’est toujours le sol traité avec 5% d’émulsion présente une

bonne portance et une réduction d’absorption d’eau après 4 jours d’immersion dans

l’eau. La valeur de CBR de l’ECH2 traitée avec 3% et 7% d’émulsion de formule F1

et F2 est plus faible par rapport à celle traitée avec 5% d’émulsion.

La courbe de poinçonnement du sol traité avec 5% d’émulsion de formule F1 se

trouve en dessus de la courbe du sol naturel. Par contre celle de l’échantillon traité

avec 5% de F2 trouve en dessous de la courbe du sol naturel. On peut constater

donc que la teneur en fluxant contenue dans l’émulsion joue un rôle sur la portance

du sol à traiter.

IV-6-5-3. Résultats de l’essai CBR de l’ECH3 et interprétations

Après avoir étudié le traitement de l’ECH2 avec différents dosages en émulsion,

nous avons choisit de continuer l’étude avec ajout de 5% d’émulsion.

IV-6-5-3-1. Résultats de l’essai CBR de l’ECH3

Le résultat d’essai CBR de l’ECH3 est récapitulé dans le tableau 22 ci- après.

Tableau 22 : Résultats d’essai CBR de l’ECH3 traité avec la formule 1(F1)

58


de l’ECH3 est représenté en annexe 7-d. D’après ces résultats, la courbe de

poinçonnement de cet échantillon est donnée par la figure 44 ci-après.


Pour l’ECH3, le mode de compactage est modifié à 56 coups c'est-à-dire 100% de

l’OPM. Ces échantillons sont étuvés à 40°C pendant 16h avant de les immerger

dans l’eau et la condition de conservation est de même pour le sol traité et le sol non

traité. L’étuvage de l’échantillon a pour but d’accélérer la maturation de l’émulsion

pour que le sol prenne enfin sa dureté.

Selon les résultats sur l’ECH3, on a observé que l’essai réalisé à l’OPM-1

(enlèvement de 1% de la teneur en eau de référence OPM) donne une bonne

portance par rapport à celui réalisé à l’OPM après 4 jours d’immersion dans l’eau, on

constate donc que la teneur en eau de l’essai joue un grand rôle sur la qualité de

portance des sols. La légère diminution de la portance du sol traité par rapport au sol

non traité s’explique par l’insuffisance de temps de maturation de l’émulsion. Tous

les composants de l’émulsion ne sont pas encore évaporés.

IV-6-5-4. Résultats de l’essai CBR de l’ECH4 et interprétations


Les résultats de l’essai sont donnés dans le tableau 23 ci-après.


59

Tableau 23 : Résultats de l’ECH4 traité avec la formule1 (F1)


de l’ECH4 est représenté en annexe 7-e. D’après ces résultats, la courbe de

poinçonnement de cet échantillon est donnée par la figure 45 ci-après


L’ECH4 aussi a été étuvé à 40°C pendant 16h avant de l’immerger dans l’eau à

température ambiante. Il a été traité avec 5% d’émulsion

Le mode compactage de l’essai est modifié à 56 coups (compactage à 100% de

l’OPM).

Selon les résultats, on observe que le gonflement du matériau traité après 4 jours

d’immersion dans l’eau réduit à la moitié par rapport au matériau non traité. Il y a

donc diminution d’absorption d’eau du matériau.

On voit toujours la domination de la portance du sol traité avec comme référence de

l’OPM-1


60

IV-6-5-5. Résultats de l’essai CBR de l’ECH5 et Interprétations


Le tableau 24 ci-dessous montre les résultats de l’essai CBR sur l’ECH4.



de l’ECH5 est représenté en annexe 7-f. D’après ces résultats, la courbe de

poinçonnement de cet échantillon est donnée par la figure 46 ci-après


Pour l’ECH5, le mode de compactage est modifié à 56 coups (100% de l’OPM).

L’échantillon a été étuvé aussi à 40°C pendant 16h avant de les immerger dans

l’eau et la condition de conservation est de même pour le sol traité et le sol non traité.

Le gonflement du sol traité après immersion dans l’eau est réduit à plus que la moitié

du sol non traité.


61

IV-6-6. Conclusion sur l’essai CBR

Le traitement des sols avec 5% d’ECS40 donne une bonne portance par rapport aux

autres dosages. Même si la portance du sol traité est en générale légèrement

inférieur à celui du sol non traité, on a observé une réduction d’absorption d’eau.

L’émulsion apporte donc une imperméabilisation au sol qui est très important dans

toute construction routière. De plus, les émulsions sont constituées d’un émulsifiant

qui permet de les stabiliser et par évaporation de ce dernier, l’émulsion va durcir. On

a donc constaté que la maturation de l’émulsion demande beaucoup de temps et

c’est pour cette raison qu’on a observé une légère diminution de portance de

quelques échantillons.

IV-7. Fabrication des briquettes par la méthode DURIEZ [2] [22]

Cette méthodologie de traitement des sols est tirée dans sa grande partie de la

technique « Dust a side (DAS)» qui est une société installé en Afrique du sud et

fabrique des émulsions destinée pour le traitement des routes en terre.

Afin de vérifier la compatibilité du traitement des sols avec l’émulsion, nous avons

fabriqué des briquettes de mélange du sol avec de l’émulsion sur trois type

d’échantillons venant du PK13 (RN7) qui sont ECH3, ECH4 et ECH5.

L’essai consiste à utiliser cinq dosages d’ECS40 (0%, 3%, 5%, 7% et 12%) de

formule F1 et F2 sur chaque échantillon puis de mouler dans un moule cylindrique en

métal muni de deux pistons de part et d’autre de l’ouverture de la moule.

L’échantillon est ensuite compacté par une presse à double effet. La briquette est

ensuite étuvée à 100°C ou à 40°C pendant 16 heures et imbibée dans l’eau pendant

4 jours.

IV-7-1. Déroulement de l’essai

La figure 47 ci-dessous montre les étapes à faire pour fabriquer une briquette

Mélanger le sol avec de l’ECS40 (figure 47-1) puis le mouler ;

Compacter l’échantillon avec une presse à double effet (figure 47-2) ;

Laisser l’échantillon à l’air libre dans le moule pendant 16h en enlevant les deux

pistons (figure 47-3) ;

Démouler l’échantillon après 16h (figure 47-4);

Echantillon après démoulage et pesage (figure 47-5) ;

Etuver l’échantillon 40°C pendant 16h et peser (figure 47-6);

62

Immerger l’échantillon dans l’eau pendant 4 jours à température ambiante et peser

après 1h, 4h, 24h, 48h, 72h et 96h d’immersion (figure 47-7);

Essai de résistance à la compression de l’échantillon après 4 jours d’imbibition dans

l’eau (figure 47-8).

La figure 47 ci-dessous montre les étapes en générale de la fabrication des

briquettes par la méthode DURIEZ.

IV-7-2. Résultats de l’essai

IV-7-2-1. Résultats sur ECH3

Référence de calcul :

-Teneur en eau optimale: 17%

-Teneur en eau naturel de l’essai : 1,7%

-ρdmax : 1.794 t/m3

Le tableau 25 ci-après montre les résultats d’absorption d’eau de l’ECH3

1 2 3 4

5 6 7 8

1

5

Figure 47 : fabrication des briquettes

63

Tableau 25: Résultat d’absorption d’eau de l’ECH3

On obtient les taux d’absorptions de chaque échantillon en employant la formule

suivante.

Le taux d’absorption d’eau de l’ECH3 est représenté dans l’annexe 8.a et les

courbes représentatives sont données par la figure 48 et figure 49 ci-après.

Formule

Teneur

en

émulsion

(%)

Poids du

mélange

(sol+

ECS40)

avant

compact

age

Teneur

en eau

du

mélange

par

rapport à

l'optimum

Poids

après

démoulag

e

Poids

après

étuvage

100°C

pendant

16h

Poids

après

imbibition

dans

l'eau à T°

ambiante

pendant

1h

Poids

après

imbibition

dans

l'eau à T°

ambiante

pendant

24h

Poids

après

imbibition

dans

l'eau à T°

ambiante

pendant

48h

poids

après

imbibition

dans

l’eau à T°

ambiante

pendant

72h

poids

après

imbibition

dans

l’eau à T°

ambiante

pendant

96h

Sol

naturel

0 950 18,2 933,0 817,4 952,0 957,4 958,0 958,8 959,0

0 850 17,8 832,1 731,2 836,0 858,0 859,0 860,0 860,1

F1

3 850 16,8 833,4 717,1 808,9 838,2 839,4 841,2 842,0

5 850 17,6 842,3 721,9 775,9 837,5 840,0 842,9 844,5

7 850 18,1 845,8 720,2 765,4 834,1 839,3 841,7 843,5

12 950 19,9 896,2 753,0 881,9 854,6 868,6 878,8 882,1

F2

3 850 17,2 841,5 726,4 819,4 837,7 854,1 858,0 858,1

5 950 17,2 942,2 812,8 873,6 900,6 949,5 953,1 953,5

7 950 18,1 942,8 809,4 861,3 890,9 943,6 945,0 945,2

12 950 18,3 942,3 802,4 833,2 873,4 915,5 935,0 935,2

Figure 48: Courbe d’absorption d’eau des briquettes

d’ECH3 (F1, sol naturel)

64

IV-7-2-1-1. Descriptions

Selon le résultat du taux d’absorption d’eau de l’ECH3 présenté sur la figure 48 et

49, au bout d’une heure environ, la briquette sans traitement présente 15%

d’infiltration d’eau mais elle reste constante jusqu’à 17,6% d’infiltration au bout de 4

jours. Avec les différents dosages en émulsion (3%, 5%, 7%, 12%), au bout d’une

heure, l’absorption d’eau des briquettes est inférieure à celle de la briquette sans

traitement et diminue avec l’accroissement de la teneur en émulsion puis jusqu’à 4

jours d’imbibition, l’absorption reste constante environ 17% et la courbe se trouve en

générale en dessous de celle de la briquette sans traitement.

IV-7-2-1-2. Interpretations

Nous avons traité la briquette de l’ECH3 avec 5 dosages différents en émulsion afin

de choisir la teneur en émulsion praticable pour le traitement des sols. Selon le

tableau 6, l’ECH3 est un sol fin, l’eau peut s’infiltrer mais à très faible quantité

Selon l’essai de référence Proctor modifié, à faible dosage en ECS40, on a observé

que l’émulsion ne parvient pas à recouvrir tous les grains, l’imperméabilisation n’est

donc pas assurée car l’eau peut s’infiltrer entre les grains et les décohésionner. A

forte dosage en ECS40, on a vu que le mélange se ramollit même s’il présente une

Figure 49: Courbe d’absorption d’eau des briquettes

d’ECH3 (F2, sol naturel)

65

bonne imperméabilisation. C’est pour cela que nous avons choisit la teneur en

émulsion de 5% comme dosage favorable et faisable pour le traitement

IV-7-2-1-3. Commentaires

Le comportement des briquettes après immersions dans l’eau est donné ci-après.

Formule Teneur en

émulsion(%)

Etats des

briquettes

Observations

Sol

naturel

0

Après démoulage :

-fissuration diamétrale

-surface lisse

Comportement dans l’eau :

-beaucoup de dégagement de bulle dès

son imbibition (les bulles sont réparties en

totalité sur la surface supérieure)

F1

3

Après démoulage :


-surface lisse


-beaucoup de dégagement de bulle dès

son imbibition

5

Après démoulage :

-sans fissure

-surface un peu rigoureuse


- un peu de dégagement de bulle d’air (10

à 15 bulle sur la surface)

7

Après démoulage :


-surface un peu rigoureuseG


- un peu de dégagement de bulle d’air (10

à 15 bulle sur la surface)

66

Formule Teneur en émulsion(%)

Etats des briquettes

Observations

F1

12

Après démoulage :

-sans fissure

-surface rigoureuse

Comportement dans l’eau

- dégagement bulle par bulle

F2

3

Après démoulage :

-2 fissures diamétrales (coupure de

l’échantillon)

-surface lisse


- beaucoup de dégagement de bulle :

beaucoup de fissure qui facilite la

pénétration d’eau

5

Après démoulage :


-surface lisse

Comportement dans l’eau

- un peu de dégagement de bulle d’air

(10 à 15 bulle sur la surface

7

Après démoulage :

-fissuration diamétrale et surface lisse


- un peu de dégagement de bulle d’air

(10 à 15 bulle sur la surface)

12

Après démoulage :

-sans fissure et surface rigoureuse


- dégagement bulle par bulle

Disparition de dégagement de bulle dans

2h environ et existence encore d’une

petite quantité d’absorption d’eau

67

IV-7-2-2. Résultats d’absorption d’eau de l’ECH4


-Teneur en eau optimale : 13,3%

-Teneur en eau naturel de l’essai : 0%

-ρdmax : 1,794 t/m3

Le tableau 26 ci-après présente les résultats du taux d’absorption d’eau de l’ECH4

après immersion dans l’eau.

Tableau 26 : résultat d’absorption d’eau de l’ECH4

Le taux d’absorption de l’ECH4 après immersion dans l’eau est représenté dans

l’annexe 8-b dont la courbe représentative est donnée par la figure 50 ci-après.

Teneur en

émulsion

(%)

Poids du

mélange

(sol+ ECS40)

avant

compactage

Teneur en

eau du

mélange

par rapport

à l'optimum

Poids après

démoulage

pendant 16h

Poids

après

étuvage

40°C

pendant

16h

Poids

après

imbibition

dans l'eau

à T°

ambiante

pendant 1h

Poids

après

imbibition

dans l'eau

à T°

ambiante

pendant

24h

Poids

après

imbibition

dans l'eau

à T°

ambiante

pendant

72h

Poids

après

imbibition

dans l'eau

à T°

ambiante

pendant

96h

0% 850 12,9 833 753,7 - - - -

5% F1 850 13,8 842,3 721,9 775,9 837,5 842,9 844,5

5% F2 850 14 845,8 720,2 765,4 834,1 841,7 843,5

Figure 50 : courbe d’absorption d’eau des briquettes d’ECH4 (F1, F2)

68


D’après l’annexe 8-b. nous n’avons pas pu relever le taux d’absorption d’eau des

briquettes du sol non traité car elles se sont dégradées totalement au moins d’une

heure. D’après les courbes de la figure 50, on a remarqué que les briquettes traitées

avec 5% d’émulsion de formule F1 et F2 résistent à l’infiltration d’eau pendant 4 jours

d’immersion.


D’après cette figure, on peut constater que l’émulsion forme une barrière de

protection contre l’infiltration d’eau. Elle remplace les vides dans la briquette et

empêchant ainsi la pénétration de l’eau.


Formule Teneur

en

émulsion

Photos après 1

heure

d’imbibition

Observations

Sol

naturel

0%

Après démoulage :



-beaucoup de dégagement de bulle dès son

imbibition (les bulles sont réparties en

totalité sur la surface supérieure)

-dégradation totale de la briquette après 1 h

F1

5%

Après démoulage :

-sans fissure et surface lisse


- un peu de dégagement de bulle d’air (10 à

15 bulle sur la surface)

F2

5%

Après démoulage :



- un peu de dégagement de bulle d’air (10 à

15 bulle sur la surface)

69

IV-7-2-3. Résultats de l’absorption d’eau de l’ECH5


-Teneur en eau optimale : 16%

-Teneur en eau naturel de l’essai : 0%

-ρdmax : 1,784 t/m3

Le tableau 27 ci-dessous donne les résultats d’absorption des briquettes traitées

avec l’émulsion de la formule F1 et avec un dosage de 5%.

Tableau 27: Résultat d’absorption d’eau de l’ECH5

Le taux d’absorption de l’ECH5 après immersion dans l’eau est représenté dans

l’annexe 8-c dont la courbe représentative est donnée par la figure 51 ci-après.

Teneur en

émulsion

(%)

Poids du

mélange

(sol+

ECS40)

avant

compactag

e

Teneur en

eau du

mélange

par rapport

à l'optimum

Poids

après

étuvage

60°C

pendant

1h

Poids après

étuvage

100°C

pendant

16h

Poids après

imbibition

dans l'eau

à T°

ambiante

pendant 1h

Poids après

imbibition

dans l'eau

à T°

ambiante

pendant

24h

Poids

après

imbibition

dans

l'eau à T°

ambiante

pendant

72h

Poids

après

imbibition

dans

l'eau à T°

ambiante

pendant

96h

0% 950 15,8 944,3 831,5 _ _ _ _

5% F1 950 17,5 928,2 812,1 916,1 935,8 943,9 944,7

Figure 51 : courbe d’absorption d’eau des briquettes d’ECH5 (F1)

70


Nous avons traité l’ECH5 seulement avec 5% d’émulsion de formule F1. Nous ne

voyons pas dans cette figure la courbe d’absorption du sol non traité. Ce sol fini par

se dégrader aussi au bout d’environ une heure. Seule la courbe d’absorption du sol

traitée avec de l’émulsion présente dans cette figure. On remarque que la briquette

n’a absorbée que 4% pendant 4 jours d’immersion dans l’eau.


De même pour le cas de l’ECH4, l’eau pénètre facilement dans la briquette par la

présence des vides et après une heure environ, la briquette se dégrade totalement.


Formule Teneur en

émulsion

Photos après 1

heure d’imbibition

Observations

Sol

naturel

0%

Après démoulage : -pas de fissure -surface lisse Comportement dans l’eau : -beaucoup de dégagement de bulle dès son imbibition -dégradation totale de la briquette après 1 heure d'imbibition

F1

5%

Après démoulage : -sans fissure -surface un peu rigoureux Comportement dans l’eau : - un peu de dégagement de bulle d’air (10 à 15 bulle sur la surface)

IV-7-2-4. Mode d’évolution de la dégradation de la briquette du sol naturel avec 0%

d’ECS40 au bout d’1 heure (cas d’ECH4 et ECH5)

Les briquettes sont imbibées dans l’eau, des bulles d’air se dégagent et se fixent sur

la surface dès leurs imbibitions dans l’eau (figure 52-1), il y a donc infiltration d’eau

dans la briquette par remplacement des vides par l’eau. Ce dégagement n’est pas le

même pour les biquettes, il est beaucoup plus accéléré chez la briquette avec 0%

d’émulsion, contrairement à ceux traités avec 5% d’émulsion, on peut compter le

71

nombre de bulle dégagé, l’émulsion incorporée forme une barrière de protection

contre l’infiltration d’eau qui diminue ainsi le taux d’absorption.

Sur la briquette avec 0% d’émulsion, après quelques minutes d’imbibition, il y a

dégradation de la périphérie de la section de celle-là. Plus l’eau s’infiltre, plus la

briquette se dégrade petit à petit (figures 52-1, 52-2, 52-3, 52-4, 52-5). Au bout d’une

heure environ, la briquette du sol naturel est totalement dégradée (figure 52-6) tandis

que ceux traités avec 5% d’émulsion de formule F1 et F2 résistent à cette

dégradation.


D’après le tableau 6, l’ECH4 et l’ECH5 sont des sols grenu, l’eau s’infiltre et

décohésionne très vite les grains pour le cas des briquettes non traitées, elles

finissent par se dégrader totalement au bout d’une heure, c’est pour cela que nous

n’avons pas pu relever les valeurs d’absorption d’eau et tracer ces courbes. Pour

celles traitées à 5% d’émulsion, elles résistent à la dégradation au bout de 4 jours

d’imbibition et le taux d’infiltration d’eau reste constant. Cela a pour raison que

l’émulsion forme une liaison entre les grains, il y a donc cohésion entre eux. Il est

donc très difficile pour l’eau de décohésionner ces grains.

1 2 3

4 5 6

Figure 52 : Evolution de dégradation des briquettes

72

IV-7-2-5. Conclusion

On peut donc conclure qu’il y a une bonne liaison faite par l’émulsion entre les

grains. L’eau peut s’infiltrer à faible quantité mais la présence de l’émulsion rend les

briquettes plus difficiles à décohésionner. En conclusion, l’émulsion est donc très

praticable pour la réduction d’infiltration d’eau.

IV-8. Essai d’orniérage [15]

Du point de vue de l’analyse visuelle des dégradations de chaussée, l’orniérage est

par définition une trace permanente creusée dans la chaussée par les roues des

véhicules. Il est provoqué par le tassement du sol support sous l’action d’un trafic

lourd et canalisé. Pour caractériser la stabilisation des sols par une méthode

expérimentale plus proche des contraintes, nous avons réalisé un essai d’orniérage

de sol traité et non traité sur l’ECH5.

A noter que cet essai est un essai de caractérisation des enrobés


Il permet d'étudier le comportement en déformation permanente du mélange sol-

émulsion et indique la profondeur d'ornière par fluage au moyen de la simulation

d'une charge roulante sur une plaque rectangulaire.

IV-8-2. Principe

L'essai consiste à soumettre une plaque de sol traité et non traité à une charge

verticale induite par une roue équipée d'un pneumatique qui provoque une diminution

relative de l'épaisseur de la plaque (ornière). La plaque est ajustée dans un moule

puis testée à température constante. Le pneumatique se déplace suivant le grand

axe de la plaque dont la fréquence et l'amplitude sont fixées. La charge verticale est

maintenue constante durant l'essai.

IV-8-3.Appareillage (figure 53 et 54)

Les deux matériels présentés par la figure 53 et 54 ci-après sont des matériels pour

la réalisation de l’essai d’orniérage.

73

IV-8-4. Modalité d’exécution de l’essai

1ère étape : préparation de l’échantillon

Mélanger manuellement le sol naturel avec de l’eau dans un bac, cet ajout d’eau

correspond à la teneur en eau optimale (figure 55).

Pour l’autre échantillon, le mélanger avec de l’eau puis de 5% d’émulsion. Le

mélange est ensuite malaxé manuellement suivi d’un malaxage automatique pendant

1min 30s pour bien répartir l’émulsion (figure 56).

Pneu

Plaque

Figure 53 : Compacteur

Figure 54 : Orniéreur

Pneu

Plaque

74

Selon la norme [15], fabriquer pour chaque essai une paire d’échantillon.

Introduire chaque mélange dans un moule de dimensions intérieurs (500 × 180 ×

100) mm (figure 57).

2ème étape : compactage

Le compactage est visé à 95% de l’OPM.

La hauteur de l’échantillon visée après compactage est de 10cm

Après moulage de l’échantillon, elle est ensuite compactée par un compacteur

normalisé dont le mode de compactage est décrit dans le tableau 28 ci-dessous.

Tableau 28 : caractéristique de compactage de l’échantillon

NOMBRE DE PASSE PRESSION DU

PNEU (MPa) CHARGE (KN) POSITION MODE

avant centre arrière

1 0,1 1 droite 75 bloqué






2 0,3 2 droite 45 déverrouillé






Figure 55 : Malaxage manuel

Figure 56:

Malaxage automatique

Figure 57 : Moulage

75

Suite tableau 28













2 0,3 3 gauche 70 déverrouillé





















76

Suite tableau 28







4 0,5 5 gauche 70 bloqué



















Bloqué : la charge est fixée, pas de possibilité de mobilité (haut, bas, avant, arrière)

Déverrouillé : possibilité de déplacement de la charge.

Après la finition du compactage avec une pression de 0,1MPa, la surface de

l’échantillon est arasée manuellement pour enlever la trace du pneu et uniformiser la

surface.

On augmente la pression du pneu et la charge au fur et à mesure que l’échantillon

devient plus dure et on arrête l’essai lorsque la hauteur visée est obtenue. On couvre

l’échantillon et le moule avec une plaque métallique et on termine le compactage

77

avec un nombre de passe maximum (ici 10 passes) et une pression du pneu élevé

avant sa conservation.

Les figures 58, 59, 60 et 61 ci-après montrent les étapes en générale de compactage

d’une plaque d’orniérage.

Certaines échantillons sont conditionnées à l’air libre pendant 3jours avant orniérage,

d’autres sont imbibées dans l’eau à température ambiante pendant 4 jours après 3

jours de cure à l’air. Cette méthode de conditionnement est tirée de la mode de

conservation de l’essai CBR.

La figure 62, 63, 64 et 65 ci- après montrent l’état de l’échantillon après 3 jours à l’air

libre et après 4 jours d’immersion dans l’eau

Figure 58 : Compactage

Figure 59 : Arasement manuel de la surface

Figure 60: Finition du compactage

Figure 61 : Echantillon après compactage

78

3ème étape : Orniérage

Après conditionnement des échantillons, elles sont ensuite introduites dans

l’orniéreur dont les conditions de l’essai sont les suivantes :

- pression du pneumatique : P= 600 ± 30KPa

- charge roulante appliquée : F= 5000N ± 50N

- fréquence du roulement relatif : 1Hz ± 0,1Hz

- température de l’essai : 25°C

- profondeur d’ornière généralement mesurée à 30, 100, 300, 1000, 3000, 10000,

30000 cycles à l’aide d’un capteur relié à un ordinateur.

Notons que la condition de température et de la mesure de la profondeur d’orniérage

ont été fournies par le LCT pour l’essai sur les sols. L’essai est fait à température

ambiante pour ne pas changer le comportement de l’échantillon après

conditionnement surtout ceux traités avec de l’émulsion.

Les figures ci-après montrent l’essai en cours d’orniérage (figure 66) et la prise de la

mesure de profondeur d’orniérage (figure 67)

Figure 65: Etat du sol traité après imbibition pendant 4 jours dans l’eau

Figure 63 : 4 jours dans l’eau Figure 62 : 3 jours à l’air

Figure 64: Etat du sol non traité après imbibition pendant 4 jours dans l’eau

79

La figure 68 ci-dessous donne la localisation des points de mesure de profondeur

d’orniérage après un nombre de cycle déterminé.

En considérant les quinze points de mesure définis (Figure 68) et pour chaque

mesure d'ornière aux différents cycles, la profondeur d’ornière globale, pour chaque

mesure, est calculée par l’expression:

Figure 68 : Localisation des points de mesure

Source: norme NF EN 12697-22 (juin 2004)

Figure 67: Prise de la mesure de profondeur

Capteur

Figure 66 : Orniérage

80

Avec Pi : profondeur d’ornière globale (%)

E : épaisseur de l’éprouvette testée (mm)

mij et moj : mesure faites aux cycles i et à la phase initiale 0 (mm)

Au minimum, l'essai doit porter sur deux éprouvettes de même composition et il est

interrompu si la moyenne des valeurs de (mij – m0j) est supérieure à 15 mm.

IV-8-5. Résultats

Le tableau 29 ci-après contient les résultats des essais d’orniérages faites avec le sol

traité et le sol naturel.

Tableau 29: poids des échantillons et teneur en eau avant et après immersion dans

l’eau :

Le tableau 30 ci-après montre Résultats des plaques d'orniérage du sol non traité

(Conservation 3 jours à l’air).

Tableau 30: Résultats des plaques d'orniérage du sol non traité (Conservation 3

jours à l’air)

81

Tableau 31: Résultats des plaques d'orniérage du sol traité (conservation 3 jours à

l’air)

La figure 69 ci-dessous montre la courbe d’orniérage des sols traités et non traités

après 30000 cycles (conservation de 3 jours à l’air).

Echantillon c Echantillon D Moyenne

déformation

en %

Etat de l’échantillon

Nombre de

cycles

profondeur d'ornière

en mm

Taux d'ornière

en %

profondeur d'ornière

en mm

Taux d'ornière

en %

30 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3

100 0,4 0,4 0,5 0,5 0,5

300 0,4 0,4 0,6 0,6 0,5

1000 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6

3000 0,7 0,7 0,8 0,8 0,8

10000 1,0 1,0 1,2 1,2 1,1

30000 1,1 1,1 1,3 1,3 1,2

Observations :

- Il y a fissuration transversale de l’échantillon après 30000 cycles (dans le cercle

jaune de la figure ci-dessus)

Echantillon A Echantillon B Moyenne

déformation

en %

Etat de l’échantillon

Nombre de

cycles

profondeur d'ornière en mm

Taux d'ornière

en %

profondeur d'ornière en mm

Taux d'ornière

en %

30 0,1 0,1 0,0 0,0 0,1

100 0,3 0,3 0,1 0,1 0,2

300 0,5 0,5 0,2 0,2 0,4

1000 0,7 0,7 0,3 0,3 0,5

3000 0,9 0,9 0,4 0,4 0,7

10000 1,1 1,1 0,5 0,5 0,8

30000 1,3 1,3 0,6 0,6 1,0

Observations :

-Comme indique la figure ci-dessus, on observe des réseaux de fissures comme peau de

crocodile sur la surface de l’échantillon après 30000 cycles.

82

IV-8-5-1. Descriptions et interprétations de la courbe

D’après cette figure, la courbe d’orniérage du sol traité est en dessous de celui du sol

traité. On peut constater qu’après 3 jours de cure à l’air, l’émulsion prend petit à petit

son murissement. Puisque les échantillons ne sont pas immergés dans l’eau, les

composants de l’émulsion peut s’évaporer plus facilement et rend l’échantillon plus

dur.

Tableau 32 : Résultats des plaques d'orniérage du sol non traité et sol traité

(conservation 3 jours à l’air et 4jours dans l’eau)

types Observations Etat de l’échantillon

Sol non

traité

essai non mesurable après 4

cycles, ramollissement de

l’échantillon après 4 jours

d’immersion dans l’eau

Sol

traité

essai non mesurable après

15 cycles, l’échantillon est

encore plastique après 4

jours d’immersion dans l’eau.

Y=0,129 ln(x) - 0,375

Y=0,123 ln(x) - 0,147

Figure 69 : courbe d’orniérage 3 jours à l’air

83

IV-8-6. Interprétations

IV-8-6-1. Pour la conservation de 3 jours à l’air:

Sol non traité

Puisque l’échantillon est compacté à 95% de l’OPM, on a observé sur la courbe

d’orniérage que jusqu’à 300 cycles, l’allure de la courbe est presque verticale,

l’échantillon atteint alors sa compactage maximale (compactage 100%). A partir de

1000 cycles, la pente de la courbe s’affaiblit au fur et à mesure que le nombre cycles

augmente

L’échantillon présente une fissure transversale, l’échantillon n’est pas atteint par un

signe de fatigue. Cette fissure est causée par une fissure de prise ou de retrait

thermique.

Sol traité

L’échantillon est compacté à 95% de l’OPM. Comme celui du sol non traité,

l’échantillon atteint son compactage maximal à 300 cycles et la courbe tend à

s’aplatir en fonction de l’augmentation du nombre de cycles.

Après 30000 cycles, la surface de l’échantillon présente un ensemble de fissure

formant un maillage à petites mailles polygonales (faïençage). Cette dégradation est

située surtout sous le passage des roues. Elle est causée par le retrait du matériau

due à l’augmentation de la température durant l’orniérage.

Par rapport aux résultats des enrobés, on constate que la résistance à l’orniérage du

sol qu’il soit traité ou non est particulièrement bonne lorsqu’il n’est pas immergé dans

l’eau. Ceci est dû à la finesse des grains du matériau donc diminution de

pourcentage des vides après fabrication de la plaque (compactage).

IV-8-6-2. Pour la conservation de 3 jours à l’air et 4jours dans l’eau:

Sol non traité

Après 1 jour d’immersion, l’échantillon se gonfle. En enfonçant le pouce dans

l’échantillon, on peut voir une trace avec une profondeur centimétrique (figure 64).

D’après le tableau 29, après immersion de l’échantillon dans l’eau pendant 4 jours,

la teneur en eau est augmentée de 7,4%. Elle dépasse donc de 8% par rapport à

l’OPM.

84

A 4 cycles d’orniérage, l’essai est non mesurable et l’échantillon se ramollit. Ce

résultat est dû à la diminution de la portance du matériau par infiltration d’eau.

Sol traité

Après 1 jour d’immersion dans l’eau, il est difficile d’enfoncer le pouce dans

l’échantillon mais après 4 jours, on sent qu’il est mou en enfonçant le pouce et ne

laisse qu’une trace de profondeur de l’ordre de 1 à 2 mm.

Selon le résultat du tableau 29, l’échantillon n’a absorbé que 3% d’eau après 4jours

d’immersion et ne dépasse que 3,5% d’eau par rapport à l’OPM.

L’essai est non mesurable à 15 cycles d’orniérage, l’échantillon se pulvérise mais ne

se ramollisse pas. Cette diminution de la résistance à l’orniérage est due

principalement par l’action de l’eau.

IV-8-7. Conclusion sur l’essai d’orniérage

En conclusion, on constate que l’eau entre en premier lieu sur la résistance à

l’orniérage du sol.

Les échantillons présentent une bonne résistance quand ils ne sont pas soumis à

l’eau mais une fois immergés, on remarque une brusque chute de portance.

Par rapport au sol non traité et d’après le résultat obtenu du tableau 29, il y a

amélioration de la résistance à l’orniérage du sol traité avec 5% d’émulsion. Cette

amélioration est due à la diminution d’absorption d’eau de l’échantillon par

imperméabilisation de l’émulsion.

Ainsi, nous avons identifié cinq types de sols venant de trois sites différent et

déterminé le dosage adéquat pour stabiliser une route. La détermination de ce

dosage est donc très importante avant de réaliser un travail. Nous allons voir ensuite

comment on réalise les travaux de stabilisation des routes par l’émulsion de bitume.

85

TROISIEME PARTIE :

PLANCHE D’ESSAI

86

INTRODUCTION

Cette partie concerne surtout sur les procédés de mis en œuvre de la stabilisation

d’un tronçon d’une route. Elle permet de confirmer les essais qui ont été faites au

laboratoire et d’apprécier le comportement du sol traité à l’émulsion soumis à des

trafics et à des conditions climatiques.

CHAPITRE V. DESCRIPTIONS DE LA ZONE D’ETUDE ET LES MOYENS

La méthode de traitement de sol à l’émulsion de bitume est une nouvelle méthode

utilisée en technique routière pour stabiliser la couche de roulement des routes en

terre ou la couche de fondation des routes revêtues en améliorant le sol et en

protégeant la chaussée contre les conditions climatiques.

V-1. Présentation des tronçons d’étude

Après avoir fait toutes les études au laboratoire, la planche d’essais était réalisée sur

une route de type RIP (Route d’Intérêt Provinciale) sortant de la RN7 et aussi route

menant vers l’usine de COLAS dans la commune d’Ambohijanaka (figure 70). Cet

essai a pour objectif d’apprécier le comportement du sol traité à l’émulsion de bitume

soumis à des trafics et à des conditions climatiques.

Deux tronçons sont testées par traitement des matériaux à l’ECS40 (tronçon 1 : la

piste traitée a été recouvert par un enduit de cure monocouche : ECS40 à faible

dose, tronçon 2 : sans enduit de cure).

La figure 70 ci-dessous présente la situation des tronçons de route stabilisée.

Figure 70: Localisation des zones d’étude

Source : Google EARTH

Espace Salohy Iavoloha

.

AMBOHIJANAKA .

87

V-1-1. Description des deux tronçons

V-1-1-1. Description du tronçon n°1

C’est une partie de route circulée par des engins de la société Colas mais à faible

trafic aux environs de 50 poids lourd par jour. Ce tronçon se divise en trois parties

dont :

- une partie témoin (celle qui n’a pas été traité avec de l’émulsion) sur 40 m de long

et 5m de large ;

- une partie de 40 m de longueur et 5 m de largeur, cette partie a été traitée avec 5%

d’ECS40 sur 20 cm d’épaisseur ;

-une dernière partie de 40 m de long et 5 m de large, elle a été traitée avec 5%

d’ECS40 sur 10 cm d’épaisseur.

Ce tronçon a été traité par une couche d’enduit superficielle de type monocouche

simple gravillonnage.

La figure 71 ci-dessous illustre la répartition des différentes parties du tronçon n°1.

88

Profil en travers

La route a un profil mixte avec une pente de1%.

La figure 72 ci-dessous illustre le profil en travers du tronçon n°1.

-

V-1-1-2. Description du tronçon n°2

C’est un tronçon de route circulé par des véhicules à poids léger. Il se divise aussi en

trois parties dont :

- une partie témoin (celle qui n’a pas été traité avec de l’émulsion) sur 20 m de long

et 4,8 m de large ;

- une partie de 20 m de longueur et 4,8 m de largeur, cette partie a été traitée avec

5% d’ECS40 sur 20 cm d’épaisseur ;

-une dernière partie de 20 m de long et 4,8 m de large, elle a été traitée avec 5%

d’ECS40 sur 10 cm d’épaisseur.

Ce tronçon n’a pas été traité par une couche d’enduit superficielle.

La figure 73 ci-après présente les différentes parties du tronçon n°1.

Figure 72: Profil en travers du tronçon n°1 (profil mixte)

Assiette (plate-forme+talus+fossés)

Plate-forme (chaussée+accotement)

Chaussée 2,5m Chaussée 2 ,5m

5m

Emprise (entre clôture)

1% de dévers

89

Profil en travers

La chaussée présente une pente unique de 1%.

La figure 74 ci-dessous montre le profil en travers du tronçon n°2.

V-2. Moyens

Le tableau 33 ci-dessous contient les matériels nécessaires pour la réalisation de la

planche d’essai

Tableau 33 : Matériels pour l’exécution de la planche d’essai

Figure 74: Profil en travers du tronçon n°2 (profil en remblais)

Emprise (entre clôtures)

Plate forme

Chaussée (2 ,4m) Chaussée (2 ,4m) Butée (0,42m)

1% de dévers

90

Nom des

matériels

Utilisations figures

Niveleuse

Pour la construction des routes, elle est

équipée de griffes réglables situées en arrière

de la niveleuse (indiquée par une flèche jaune

de la figure à droite), utilisées pour scarifier et

décohésionner la couche de surface de la

chaussée

Pour la réparation des routes, elle est équipée

d’une lame pleine sans dent, situé au milieu

de la niveleuse (indiquée par une flèche jaune

de la figure à côté). Elle est utilisée pour

retirer la surface de la route (reprofilage)

Camion à

benne

Utilisé pour le transport des remblais.

Épandeuse

d’émulsion

Elle est munie d’une rampe d’épandeuse, elle

peut porter jusqu’à 32 tonnes et ayant une

capacité maximale de 17500 Litres

L’épandage des liants est assuré par pompe

avec retour. La mise sous pression du liant

par air comprimé est interdite.

La rampe d’épandage est équipée de

plusieurs diffuseurs en forme de jets à lames

plates triangulaires pour un épandage à

haute ou moyenne pression assurant une

distribution transversale et longitudinale

satisfaisante et homogène. Pour les liants

répandus à chaud l’épandeuse doit être

équipée d’un système de maintien en

température de la rampe de répandage et de

91

Après que nous avons décri la situation des zones d’études et les matériels de mis

en œuvre, voyons ensuite le déroulement de l’exécution des travaux.

ses accessoires.

Nom des

matériels

Utilisations

figures

Epandeur

gravillonneur

Utilisé pour l’épandage des gravillons lors de

la mise en œuvre de l’enduit superficiel, elle

est munie d’une benne à gravillon pour le

stockage. Afin de ne pas circuler directement

sur l liant, ce type de gravillonneur circule

toujours en marche arrière. A l’arrière de la

benne, il porte un dispositif de distribution des

gravillons qui doit permettre les réglages du

dosage et de la largeur d’épandage.

compacteurs

Les compacteurs à pneumatiques

Ces compacteurs possèdent 7 roues, avec

charge par roue de 1,5 à 3 tonnes. On veillera

à avoir une pression de gonflage des

pneumatiques aussi élevé que possible (de

l’ordre de 0,7 à 0,9 Mpa).

compacteurs à cylindre

Ces compacteurs comportent un ou deux

roues selon leur usage La qualité de

compactage diminue les vides entre les grains

donc bonne qualité de la compacité. Elle peut

rouler avec ou sans vibration (lisse) selon

l’usage.

92

Suite du tableau 33

CHAPITRE VI. EXECUTION DU TRAVAUX

La réalisation de la planche d’essai a été effectuée par plusieurs étapes en se

référant toujours aux résultats des essais au laboratoire.

VI-1. Résultats obtenus au laboratoire

Référence OPM

Tableau 34 : Tableau de référence OPM

valeurs

Poids volumique sec maximal δdmax 1,784t/m³

Teneur en eau optimum ωOPM 16%

Teneur en eau naturelle ω 12,80%

VI-2. Les différentes étapes de mise en œuvre

1ère étape : Préparation du terrain :

- Reprofilage : scarification manuelle ou scarification à l’aide des griffes de la

niveleuse de la couche de revêtement de la chaussée existante sur une épaisseur

de 5cm (figure 75). Les couches scarifiées ont été déposées au bord de la route

avant de les stocker dans un endroit sûre pour ne pas gêner la mise en œuvre et

surtout de ne pas boucher les ouvrages d’assainissement existants ;

- Piquettage : mise en place des piquets à tous les 20m pour repérer la hauteur du

remblai et pour tracer la limite de la répartition du tronçon d’étude (figure 78). La

hauteur de chaque piquet est de 20 cm correspondant généralement à la hauteur

du remblai après compactage ;

- Remblayage : des remblais venant de la carrière de COLAS a été amené vers le

tronçon d’étude, nous avons pris tout de suite la teneur en eau du matériau sur une

petite surface homogène afin de contrôler la teneur en eau de compactage. Ces

remblais sont ensuite étalés au soleil à l’aide de la lame de la niveleuse car sa

teneur en eau naturelle est encore beaucoup plus élevée par rapport à celui de

l’optimum Proctor après l’essai (figure 76). Après étalage à la niveleuse, c’est au

tour des griffes de la niveleuse qui effectue la scarification sur une épaisseur de

93

traitement de 10 cm et 20cm pour détecter et éliminer manuellement les gros

éléments (figure 77); cela a pour but de faciliter le malaxage et le compactage du

sol traité. La niveleuse finit ensuite le reprofilage final avant compactage

(ajustement du devers de la chaussée : chaussée à pente unique de 1%).

2ème étape : Compactage du remblai

Le remblai a été ensuite compacté avec un compacteur monobille vibrant (3 passes)

(figure 79), suivi d’un compacteur pneumatique (5 passes, figure 80) pour réduire les

vides entre les grains afin d’avoir une bonne qualité de compactage.

Figure 76 : Etalage du remblai

Figure 75:

Scarification de la couche de revêtement

Figure 78 : Piquetages

Figure 77 : Enlèvement des gros éléments

94

Après reprofilage final de la chaussée à l’aide de la lame de la niveleuse (figure 81),

une finition manuelle a été faite pour ajuster le profil (figure 82). Après atelier de

compactage, le chantier a été fermé pendant plus de 48h avant le traitement et les

véhicules peuvent circuler afin d’augmenter aussi le taux de compactage.

Une contrôle de compactage au gammadensimètre de type TROXER 3430 (figure

83) suivi d’une campagne de mesure de déflexion sous un essieu de 13 tonnes au

déflectomètre de Benkelman (figure 84) ont été réalisé après la finition.

Figure 79 : Compactage au compacteur monobille

Figure 80 : Compactage au pneumatique

Figure 82 : Finition manuelle

Figure 81 : Chaussée après reprofilage final à la niveleuse

95

3ème étape : Epandage du liant

On procède ensuite au décohésionnement. Après fermeture de la route pendant plus

de 48h et ouverture de la circulation, la couche de surface de la chaussée a été

décohésionnée (figure 85) à l’aide des griffes de la niveleuse (10cm de profondeur

sur une épaisseur de 10 cm à traiter et 20 cm sur 20 cm à traiter). Cela a pour

objectif d’aérer le matériau pour abaisser un peu sa teneur en eau qui est encore un

peu élevé par rapport à l’OPM et pour que liant répandu entre en cohésion

beaucoup plus facilement avec les grains. Après passage de la niveleuse, elle laisse

une trace en compactant une partie de la couche par ses roues, une réparation

manuelle a donc été faite pour la décohésionner mais aussi pour briser les gros

blocs de sols (figure 86).

Figure 84 : Mesure de déflexion à la poutre de Benkelman

Figure 83 : Compacité au gammadensimètre

Figure 86 : Décohésion manuelle Figure 85 : Décohésion à la niveleuse

96

Après 2h environ, une épandeuse à émulsion est prête pour répandre l’ECS 40 sur la

couche décohésionnée (figure 87), suivant l’essai de la vérification du dosage en

liant répandu. Nous avons constaté que l’épandeuse doit répandre 4 fois sur la

couche traitée de 10cm d’épaisseur et 8 fois sur la couche traitée de 20cm

d’épaisseur. Cela a pour raison de bien malaxer le mélange sol-émulsion car la

pression de l’épandeuse pour pomper le liant n’est pas suffisante pour répandre

tous les liants voulue pour la stabilisation.

La température de tous les épandages est fixée à 65°C.

La hauteur de la rampe nécessaire pour l’épandage est de 30 cm.

Selon l’étude faite au laboratoire, nous avons répandu 5% d’ECS 40 qui est calculé à

partir de la référence de l’OPM, la formule suivante a été établie pour calculer le

dosage nécessaire.

Avec

DL : dosage en liant qu’il faut répandre par m2 ;

e : épaisseur de la couche à traiter (en m) ;

δd : poids volumique sec du sol à traiter (en kg/m2) ;

C : pourcentage en émulsion visée par rapport au poids total sec (fixé par l’étude

de traitement).

D’après cette formule, nous avons le dosage comme indique le tableau 35 suivant.

Tableau 35 : Dosage en liant répandu

Epaisseur de la couche à traiter Sol naturel = 0 10cm 20 cm

Poids volumique sec maximal 1,784 1,784 1,784

Pourcentage en émulsion 0% 5% 5%

Dosage en liant à répandre en kg/ m2 0 8,92 17,84

Dosage pour un passage d’épandeuse en kg/m2 0 2,125 2,125

Comme nous avons dit précédemment, nous devons répandre 4 fois de liant sur une

épaisseur de 10 cm soit 8,92/4 = 2,23kg/m2 par passage d’épandeuse et

17/8=2,23kg/m2 aussi pour 20 cm d’épaisseur.

DL = e x δd x c

100

97

Tableau 36 : Caractéristique du matériel d’épandage nécessaire pour répandre

l’émulsion

Le tour moteur donne de l’énergie pour la pression du répandage du liant.

Chaque épandage de couche de liant est tout de suite suivi d’une niveleuse pour

malaxer le mélange et incorporer l’émulsion aux matériaux à l’aide de ses griffes

(figure 88).

Un agent a été mis à l’arrière de l’épandeuse pour faire marcher la pompe à

émulsion et pour régler le nombre de rampe nécessaire pour le répandage afin

d’éviter le surdosage en liant. Deux autres sont placés au début et à la fin de la

chaussée à répandre pour donner un signal au pompiste de démarrer et stopper

l’épandage du liant.

Cependant, il y a eu chevauchement du liant le long de l’axe de la chaussée c'est-à-

dire une augmentation du dosage en liant. Ce surdosage a entrainé une hausse de

la teneur en eau du mélange et conduit à la difficulté de compactage.

L’émulsion incorporée forme des couches de stratifications (figure 89) avec le sol

après épandage. Elle forme alors une barrière de protection contre l’eau

(imperméabilisation de la couche de surface).

Tour moteur 7000 tours par minute

Tour pompe 350 Tours par minute

Figure 87 : Répandage du liant

Figure 88 : Malaxage à la niveleuse

98

Figure 89: Etat du sol après incorporation de l’émulsion

Figure 90 : Etat de l’axe de la chaussée suite au chevauchement

du liant après ouverture de la circulation

Tableau 37 : Résultat de l’essai du dosage en émulsion répandue après répandage

Le matériel nécessaire pour l’essai est une plaque métallique de surface 50X50 cm.

Zone

Dosage nécessaire

pour un passage

d’épandeuse (kg/m2)

1

Dosage pour chaque

passage d’épandeuse

Après essai (kg/m2)

2

Dosage

manquant

(kg/m2)

1-2

Zone 1 2,23 1,920 0,31

Zone 2 2,23 1,900 0,33

4ème étape : Compactage

Après malaxage final, la niveleuse réalise avec sa lame la mise en forme de la

couche pour rendre la surface ± uniforme avant compactage (figure 91).

Figure 91 : Etat de la chaussée après mise en forme à la niveleuse

99

Nous avons tout de suite compacté la couche de surface (pour que l’émulsion ne se

rompt pas) à l’aide d’un compacteur monobille mais ça n’a pas marché, le mélange

s’est collé sur la bille. Pour corriger, nous l’avons fait tout d’abord avec un

pneumatique (figure 92) puis après avec un compacteur vibrant (figure 93).

Le nombre de passe nécessaire pour le compactage est de cinq passes pour le

compacteur à pneu et trois passes pour le compacteur vibrant.

Notons bien que la mise en œuvre est de même pour le tronçon 1 et le tronçon 2

sauf que le tronçon 2 n’a pas traité par l’enduit superficiel.

5ème étape : Mise en œuvre de l’enduit superficiel (Zone 1)

Sur le tronçon 1, nous avons mis un enduit superficiel (traitement de surface)

consistant à fixer sur la chaussée à traiter une mosaïque de gravillons jointifs

épandus en une couche monogranulaire à l’aide d’une couche d’ECS 40

préalablement épandue.

a. Buts de l’enduisage

Cet enduit superficiel a pour objectifs :

- l’imperméabilisation de la couche de surface ;

- la fixation des gravillons (en phase d’arrachement) de la couche de surface ;

- la création d’une nouvelle couche de roulement sur la chaussée traitée ;

- l’augmentation du coefficient de frottement de la chaussée par la création d’une

Figure 92 : Etat de la chaussée après passage au pneumatique

Figure 93 : Etat de la chaussée après passage au compacteur monobille

100

surface très rugueuse drainant efficacement l’eau superficielle ;

- la modification locale de la couleur de revêtement ;

- la suppression de la poussière etc.

b. La situation du tronçon traité est présentée dans le tableau 38 ci-dessous.

Tableau 38 : situation du tronçon

c. Choix de la structure

c-1.Type d’enduit utilisé

Nous avons choisi l’enduit superficiel monocouche simple gravillonnage. Il consiste à

épandre une couche d’émulsion de bitume suivi immédiatement d’un gravillonnage

de gravillons calibrés. Cette structure s’utilise surtout pour des chaussées à faible

trafic, pour la voirie urbaine et dans les agglomérations. L’enduit a été réalisé avec

des granulats plus fins qui nécessitent un support en bon état, homogène. Ce type

d’enduit n'accepte pas des efforts tangentiels trop importants et ne convient pas

lorsque la porosité du support est excessive.

Tronçon tronçon 1

Longueur traitée 120m

Largeur chaussée 5m

Surface revêtue 600m2

Nature du support

Sol traité au liant hydrocarboné de 80m de long

Sol naturel de 40m de long

Figure 94 : Enduit Monocouche simple gravillonnage

Epandage du liant Epandage

des gravillons Compactage

101

c-2. Constituants

c-2-1. Choix de la dimension des granulats

Pour la réalisation de cet enduit superficiel, nous avons utilisé les gravillons de

calibre 5/10 qui est très pratique pour une chaussée à faible trafic sur un support

homogène et la réduction de bruit de roulement. Ces gravillons sont des gravillons

propres car la présence de poussières entrave l’adhérence des gravillons au liant et

peut donner lieu à divers défauts ultérieurs, notamment le rejet de gravillons.

c-2-2. Choix du liant

Nous avons utilisée l’émulsion cationique de bitume car elle présente une bonne

adhésivité aux granulats qui est assurée par l’émulsifiant qu’elle contient et tolère

des conditions climatiques plus rigoureuses.

c-2-3. Dosage des constituants nécessaires

Tableau 39 : dosage des constituants nécessaires

Types Liants ECS 40 Granulats 5/10

Nombre de couche 1 1

Dosage moyen 1,900kg/m2 9l/m2

d. Réalisation des travaux

d-1. Préparation du support

L’état du support constitue l’un des facteurs prépondérants de la réussite d’un enduit

superficiel.

Les supports étant ± hétérogènes. Une mise en forme avec la lame de la niveleuse a

été donc réalisée pour rendre les supports plus homogènes que possibles. Nous

avons laissé pendant 3 jours les chaussées avant la réalisation de l’enduit afin de

permettre l’évaporation des solvants pétroliers contenus dans les liants

hydrocarbonés.

Un compactage avec un pneumatique (nombre de passe = 5) a été fait pour lisser le

support puis il est suivi d’un compacteur bibille pour l’homogénéiser.

102

d-2. Balayage du support

Deux opérations de balayage a été réalisée :

- avant l’épandage du liant, afin de nettoyer le support

- après l’exécution de l’enduit, afin d’éliminer les rejets de gravillons

d-3. Epandage du liant

Avant l’application du liant, il est indispensable de s’assurer de la présence effective

des gravillonneurs et de limiter la surface enduite de liant à la quantité de gravillons

pouvant être épandue sans attente. L’épandage du liant par rapport aux épandages

des gravillons ne peut excéder 10m pour que l’émulsion ne se rompe pas.

La température d’épandage est fixée à 65°C.

Durant l’épandage du liant, un essai de dosage sur liant répandu a été réalisé pour

vérifier si le dosage répandu est de même que celui du dosage voulu.

Suite au mal réglage du nombre de la rampe qu’il faut démarrer, une partie suivant la

longueur de l’axe de chaussée n’a pas été émulsionnée. Un répandage manuel à

l’aide d’un cordon situé à l’arrière de l’épandeuse a été fait (figure 93). L’épandage

du gravillon sur cette surface se fait aussi manuellement a l’aide d’un brouette, d’un

balaie et d’une pelle.

Le matériel d’épandage que nous avons utilisé est l’épandeuse d’émulsion.

Le nombre de couche d’épandage est égal à une couche.

Le sens d’épandage de liant est vers l’avant.

Figure 95 : Réglage final du support avant enduisage

103

d-4. Epandage des granulats

Comme pour le liant, le bon dosage en gravillons est un gage de réussite de l’enduit.

Afin de ne pas circuler directement sur le liant, les gravillonneurs circulent en

marche arrière (figure 98). L’inclinaison de la benne a été réglée d’un angle aux

environ de 30 à 40° par rapport à l’horizontale, qui est commandée à partir du poste

de conduite situé à l’arrière du véhicule. Un essai sur dosage en granulat répandu a

été fait pour vérifier le dosage répandu au dosage voulu (figure 99).

Durant l’épandage, une partie de la chaussée a été mal dosé suite à l’instabilité de la

vitesse de l’épandeur. Il y a eu :

Figure 97 : Répandage manuel au cordon de l’épandeuse

Figure 96 : Epandage du liant

Figure 99 : Essai sur dosage en granulat répandu

Figure 98 : Epandage des gravillons

104

- manque de dosage en gravillons sur le côté gauche de la chaussée (figure 100)

suite à l’augmentation de la vitesse du gravillonneur. Nous avons donc corrigé cette

erreur en répandant une couche très fine de gravillons avec une vitesse un peu plus

forte mais après descente sur terrain (après 15 jours), nous avons observé un rejet

sur presque toutes les surfaces corrigées. Cela a pour raison que le deuxième

épandage chevauche sur le premier (donc sans adhésivité avec le liant) ou le liant

répandu est rompu avant l’épandage des gravillons de correction. Un balayage a été

donc fait pour enlever ce surdosage

- surdosage en gravillons (figure 102) : durant l’épandage, un arrêt inattendu ou une

diminution de la vitesse du gravillonneur a provoqué ce surdosage. Des agents ont

corrigé donc ce surdosage en dispersant les gravillons qui doit être finit avant la

rupture du liant et en balayant les gravillons répartis sur l’autre côté de la chaussé qui

n’est pas encore couvert par le liant (figure 103).

105

e- Compactage ou mise en place de la mosaïque

Tout de suite après épandage du gravillon, il y avait compactage au compacteur à

deux cylindres (nombre de passe=2) suivit d’un pneumatique (nombre de passe =3)

(figure 105). Le compactage au cylindre a pour effet d'opérer un premier

arrangement de la mosaïque avant la mise en circulation de l’enduit. Il a pour but de

coucher les gravillons, de limiter leurs superpositions et d’amorcer un premier

sertissage des gravillons par le liant. La mise en place de la mosaïque ne sera

définitivement formée qu'après plusieurs jours de circulation. Pour que cette

opération soit efficace, le compacteur a donc suivi de très près (intervalle maximal de

2 minutes) l’épandeur des gravillons pour les premiers passages. Le premier

passage s’est fait à vitesse réduite, afin de ne pas retourner les gravillons.

-Au moment du gravillonnage et du compactage de l’enduit, visuellement, le liant

déjà épandu présente une viscosité faible donc facilitation du mouillage des

gravillons (figure 106). On a constaté donc que la viscosité du liant utilisé à la

température du support au moment des travaux (viscosité initiale) détermine cette

aptitude au mouillage.

Bon mouillage du gravillon Mauvais mouillage du gravillon

Figure 106 : Mouillage du gravillon

Figure 104 : Compactage au compacteur à 2 cylindres suivi

d’un pneumatique

Figure 105 : Etat final de la chaussée après compactage

Zone 1

106

Nous avons vu les différentes étapes de mis en œuvre de la stabilisation des

routes à l’émulsion. Avant, pendant et après ces travaux, des essais ont été faits

pour vérifier la qualité de la planche d’essai réalisée. Nous allons voir maintenant les

essais que nous avons fait avant, pendant et après mis en œuvre.

107

CHAPITRE VII. LES ESSAIS REALISES SUR CHANTIER

Les contrôles et suivi des travaux routiers sont très indispensable pour avoir un bon

résultat après mis en œuvre. Nous citons ci-après les essais que nous avons réalisés

sur chantier.

VII-1. Préparation de la teneur en eau naturelle sur chantier

L'eau selon sa teneur en place, conditionne le comportement mécanique (portance,

etc.) de la structure du remblai. De plus, la teneur en eau des matériaux détermine

leur aptitude au compactage.

La prise de la teneur en eau naturelle a été effectuée pour les cas suivant :

- juste après déchargement du remblai pour contrôler l’eau voulue pour le

compactage (dépend de la valeur de référence OPM Proctor modifié),

- après décohésion du remblai compacté,

- après ajout de l’ECS40 pour contrôler si les matériaux étaient bien mélangés durant

leur mise en œuvre et sa teneur en eau ne s’éloigne pas trop de l’OPM de référence.

VII-1-1. Matériels utilisés

Les matériels utilisés sont :

- une bouteille à gaz conçue pour le séchage du matériau,

- une grande cuvette en acier pour y mettre du sable et une petite cuvette pour le

matériau étudié,

- une spatule pour malaxer le matériau durant le chauffage,

- une balance électronique rechargeable pour le pesage,

- un godet pyrex en vitre transparent pouvant capter la vapeur d’eau.

VII-1-2. Déroulement de l’essai (figure 107)

L’essai se fait de même procédure pour tous les cas :

- prendre un échantillon dans une petite cuvette en acier pouvant supporter une

haute température pour le séchage puis l’ensemble tare et échantillon est pesé.

- dans une grande cuvette en acier, mettre du sable et poser sur celui-ci la prise. Le

sable est utilisé pour que la chaleur ne passe pas directement vers la prise

(prévention pour la calcination des matériaux : départ de la matière organique).

- poser tous cela sur un support d’où sort la chaleur donnée par la bouteille à gaz et

la mettre tous de suite en marche.

108

- mélanger la prise avec une spatule afin d’éviter sa calcination jusqu’à ce que le

godet pyrex ne contient plus de vapeur d’eau en le posant au dessus de la prise.

- quand l’essai est fini, peser la prise et calculer tous de suite le résultat.

VII-2. Compacité au gammadensimètre [24]

VII-2-1. But de l’essai

L’essai permet de mesurer ponctuellement la teneur en eau et de la masse

volumique moyenne apparente sur les sols (naturel ou traité)

VII-2-2. Principe de l’essai

VII-2-2-1. Mesure de la densité

La source de Césium 137 (Cs 137) émet des photons gamma qui atteignent les

détecteurs en quantité relative à la densité du matériau traversé.

Diffusion : La source Cs 137 et les détecteurs GM restent en surface. La

mesure est non destructive avec une profondeur d’action de 6 cm (90%). Cette

méthode est conseillée pour les bétons bitumineux.

Spatule

Sable

2 1

3

La prise

Balance Bouteille à gaz

4

Godet pyrex capteur de vapeur

La prise

Figure 107 : Teneur en eau naturelle sur chantier

109

Absorption : La source Cs 137 est descendue à la profondeur souhaitée dans l’avant

trou préalablement effectué dans le matériau à tester (celle que nous avons utilisé).

VII-2-2-2. Mesure de la teneur en eau

La source d’Américium 241/Be et le détecteur hélium 3, toujours fixes, sont situés en

surface sur un même plan horizontal. Les neutrons émis par la source pénètrent le

matériau. Après une série de collision avec les atomes d’hydrogène contenus

dans le matériau, ils sont thermalisés puis comptés par le détecteur.

Figure 108 : Principes de mesure au gammadensimètre

Figure 109 : gammadensimètre

110

L’essai s’est fait par mesure manuelle et discontinue au TROXLER 3430.

La Compacité à l’OPM est donnée par la formule suivante :

Compacité = masse volumique réelle / masse volumique sèche à l’OPM (%)

VII-2-3. Les objectifs de densifications

Les objectifs à atteindre sont définis par le terme q2 à q5 suivant :

Tableau 40 : Définition des objectifs

Densification Parties de la tranchée concernée Objectif

q2

Couches d’assises de chaussées

ρdm = 97% ρd OPM

ρdfc = 95% ρd OPM

q3

Partie supérieures de remblai sollicité

par le trafic.

Couche sous la surface dans les cas

ouu il n’y a pas de charges lourdes

ρdm = 98,5% ρd OPN

ρdfc = 96% ρd OPN

q4

Partie inférieurs de remblai.

Partie supérieures de remblai non

sollicité par le trafic.

ρdm = 95% ρd OPN

ρdfc = 92% ρd OPN

q5

Lit de pose et enrobage

(sable peu fillérisé et propre ou

gravillons d/D)

Serrage mécanique des

grains par 2passes de

compacteur

ρdm : masse volumique moyenne

ρdfc : masse volumique de fond de couche

WOPN : teneur en eau à l’Optimum Proctor Normal (sols)

WOPM : teneur en eau à l’Optimum Proctor Modifié (GNT)

VII-2-4. Résultats

VII-2-4-1. Résultat du tronçon n°1

Les résultats de compacité du tronçon n°1 sont donnés par le tableau 41 ci-après.

Type de mesure : profondeur de 15 cm

Appareil de mesure : TROXLER 3430

Atelier de mise en œuvre : niveleuse

111

Emplacement

densité

sèche

teneur

en eau

taux de

compactage Epaisseur

(cm) Observations

(kg/m3) (%)

PROCTOR

(%)

p1 axe 1674 17,5 93,9 20

tronçon à l'état

naturel p2 axe 1649 19,9 92,4

p1 axe 1652 19,3 92,7

20 Tronçon avant

traitement

p2 (CD) 1673 16,1 93,8

p3 (CG) 1587 19,6 89

p4 axe 1757 18,2 98,5

p1 axe 1680 22,4 94,2

20 après traitement p2 (CD) 1604 24,6 89,9

p3 (CG) 1662 19,4 93,1

p1 axe 1737 18,2 97,4

20 après 24 h de

traitement p2 (CD) 1700 22,1 95,3

p3 (CG) 1717 20,1 96,3

VII-2-4-2. Résultat du tronçon n°2

REFERENCE OPM : δd max = 1,784 T/m3

wOPM= 16%

Tableau 41 : Résultats de la qualité de compactage du tronçon n°1

Type de mesure : profondeur de 15 cm

Appareil de mesure : TROXLER 3430

Atelier de mise en œuvre : niveleuse

REFERENCE OPM : δd max = 1,796 t/m3

wOPM= 16%

112

Tableau 42 : Résultats de la qualité de compactage du tronçon n°2

Emplacement

densité

sèche

teneur

en eau

taux de

compactage

Epaisseur

(cm) Observations

(kg/m3) (%)

PROCTOR

(%)

p1 axe 1738 19,7 97,4

Avant traitement p2 (CD) 1654 18 92,7 20

p3 (CG) 1746 15,5 97,9

p1(CD) 1663 21,4 93,2 20 après traitement

p2 (CG) 1565 27,2 87,7

p1(CG) 1560 23,9 87,4 20

après 24 h de

traitement p2 (CD) 1634 21,2 91,6

VII-2-5. Interprétations

Pour cette étude, la compacité visée est à 95% de l’Optimum Proctor modifié.

Pour le tronçon 1, avant traitement à l’émulsion, la compacité varie de 89% à 98,5%.

Elle varie de 92,7% à 97,9% pour le tronçon 2.

Après traitement, la compacité varie de 89,9% à 94,2% pour le tronçon 1 et 87,7% à

93,2% pour le tronçon 2. On constate qu’il ya diminution de la compacité après

épandage de l’émulsion. Cette diminution est engendrée soit par la mauvaise qualité

de compactage (difficulté de compactage due à l’augmentation de la teneur en eau

par rapport à l’optimum), soit par insuffisance de nombre de passe durant le

compactage.

Après 24h d’ouverture de la circulation, on remarque que la compacité visée est

atteinte (cas du tronçon 1), on constate que la circulation des poids lourds vers la

carrière du PK13 Colas sur ce tronçon comble la compacité visée. Pour le tronçon 2,

on ne voit pas de changement sur la compacité. Ce sont surtout les véhicules à poids

léger qui circulent dans ce tronçon, donc il n’y a pas d’effet direct sur le compactage.

VII-3. Mesure de déflexion à la poutre de BENKELMAN [25]

Les mesures de déflexion ont été réalisées à la poutre de BENKELMAN. Elles

consistent à enregistrer le déplacement vertical (fléchissement) de la chaussée

113

sous le passage de l’essieu standard français de 13 tonnes, les pneus sont

gonflés à 7 bars. La restitution des mesures se fait tous les 10 mètres environ, sur

les trois bandes de roulement gauche, droit et axe.

Les résultats ont été subdivisés en sections « homogènes » avec calcul de :

moyenne, écart - type et déflexion caractéristique D98 par section

D98 = Dmoy +2.σ

Où :

- Dmoy est la moyenne des valeurs sur la section considérée

- σ est l’écart type des déflexions sur la section considérée

- D98 est déflexion caractéristique correspondant à une probabilité de risque

de dépassement de 2%

Les figures 110 et 111 ci- dessous montrent les matériels pour l’essai de déflexion et

la mode d’exécution de l’essai.

VII-3-1. Classes de déflexions

La valeur caractéristique de la déflexion constitue un indicateur du comportement

mécanique de l’ensemble structure/support de chaussée. Cet indicateur fonction du

type de la chaussée est lié à une classe de déflexion. Le tableau 43 ci-après précise

les classes de déflexion retenues en fonction de la valeur caractéristique issue des

mesures.

Figure 111: Prise de la mesure de déflexion Figure 110 : Poutre de BENKELMAN

114

Tableau 43 : classes de déflexion caractéristique

VII-3-2. Résultats

Les résultats de déflexions dans les tronçons sont représentés sous forme des

tableaux.


Côté gauche Axe Côté droite

Déplacement

en 1/100mm

Déflexion

1/100mm

Déplacement

en 1/100mm

Déflexion

1/100mm

Déplacement

en 1/100mm

Déflexion

1/100mm

Futur tronçon

à traiter avec

une

profondeur de

10 cm

122 244 53 106 53 106

79 158 65 130 62 124

62 124 87 174 56 112

92 184 69 138 53 106

Futur tronçon

à traiter avec

une

profondeur de

20 cm

86 172 81 162 65 130

88 176 120 240 142 284

118 236 82 164 98 196

65 130 107 214 87 174

Futur tronçon

à ne pas

traiter

65 130 90 180 113 226

125 250 50 100 117 234

69 138 80 160 97 194

48 96 22 44 57 114

Classes D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9

Seuils de

déflexion

caractéristique

en 1/100ème

mm

De

0

à

19

De

20

à

29

De

30

à

44

De

45

à

74

De

75

à

99

De

100

à

149

De

150

à

199

De

200

à

299

≥300

115


Coté gauche Axe Coté droite

Déplacement

en 1/100mm

Déflexion

1/100mm

Déplacement

en 1/100mm

Déflexion

1/100mm

Déplacement

en 1/100mm

Déflexion

1/100mm

Futur tronçon à traiter avec

une profondeur de 10 cm

121 242 130 260 178 156

165 330 109 218 150 300

Futur tronçon à traiter avec

une profondeur de 20 cm

88 176 119 238 170 340

132 264 162 324 112 224

Futur tronçon à ne pas

traiter

120 240 112 224 118 236

122 244 110 220 169 338

116

Tableau 46: Résultats des déflexions du tronçon 1 avec et sans traitement après 15 jours


Déplacement

en 1/100mm

Déflexion

1/100mm

Déplacement

en 1/100mm

Déflexion

1/100mm

Déplacement

en 1/100mm

Déflexion

1/100mm

tronçon traité sur 10cm

de profondeur

48 96 46 92 35 70

50 100 69 138 78 156

42 84 72 144 86 172

45 90 62 124 88 176


de profondeur

64 128 60 120 71 142

45 90 56 112 70 140

42 84 50 100 54 108

60 120 42 84 45 90

38 76 50 100 60 120

39 78 36 72 43 86

38 76 40 80 42 84

49 98 38 76 40 80

Tronçon non traité

117


jours


Déplacement

en 1/100mm

Déflexion

1/100mm

Déplacement

en 1/100mm

Déflexion

1/100mm

Déplacement

en 1/100mm

Déflexion

1/100mm

tronçon traité sur 10cm de

profondeur

110 220 62 124 75 150

78 156 76 152 122 244


profondeur

95 190 64 128 70 140

51 102 35 70 68 136

tronçon non traité

91 182 42 84 57 114

90 180 46 92 51 102

118


mois et demi


Déplacement en 1/100mm

Déflexion 1/100mm


Déflexion 1/100mm


Déflexion 1/100mm


de profondeur

50 100 50 100 20 40

40 80 45 90 40 80

45 90 40 80 50 100

55 110 35 70 55 110


de profondeur

45 90 40 80 40 80

60 120 30 60 25 50

70 140 35 70 30 60

65 130 35 70 40 80


40 80 45 90 45 90

30 60 35 70 40 80

45 90 30 60 30 60

30 60 30 60 30 60

120


mois et demi


Déplacement

en 1/100mm

Déflexion

1/100mm

Déplacement

en 1/100mm

Déflexion

1/100mm

Déplacement

en 1/100mm

Déflexion

1/100mm


profondeur

100 200 75 150 20 40

80 160 70 140 60 120


profondeur

70 140 45 90 40 80

60 120 45 90 50 100


90 180 60 120 20 40

80 160 20 40 30 60

121

VII-3-3. Descriptions et interprétations des résultats

D’après les figures 112 et 113, les déflexions du tronçon 1 avant traitement varient

de 100 à 300 pour la majorité et de 300 à 400 pour le tronçon 2. Puisque le tronçon

1 est circulé par des véhicules à poids lourds, ils présentent donc une bonne

portance par rapport au tronçon 2.

Après 15 jours de l’épandage de l’émulsion, on a observé que les déflexions du

tronçon 1 traité diminuent de moitié (entre 50 à 150 ; selon les figures 114 et 115).

Pourtant, on a remarqué que la majorité des déflexions du tronçon non traité diminue

de 50 à 100 (figure 116) qui est un peu mieux par rapport aux autres. Pour le

tronçon 2 circulé par des véhicules légers, la diminution des déflexions est peu

importante par rapport au tronçon 2 traité et on constate que d’après les figures 117

et 118, les déflexions du tronçon traité sur 20 cm de profondeur baissent beaucoup

par rapport à celui traité sur 10 cm de profondeur. Cependant les valeurs de

122

déflexions du tronçon 2 non traité ne s’éloignent pas trop de ceux traités avec de

l’émulsion.

Après 2 mois et demi, selon les figures 120 et 121, la portance du sol dans le tronçon

traité s’est améliorée et c’est encore celui traité sur 20 cm de profondeur présente le

meilleur résultat. Selon la figure 122, on ne voit plus une grande évolution sur le

résultat des déflexions du tronçon non traité. Pareil aussi pour le tronçon 2, la

portance des sols du tronçon traité s’est encore améliorée et d’après la figure 124, on

a vu que la qualité de portance du tronçon traité avec de l’émulsion sur 20 cm de

profondeur dépasse de celle du tronçon non traité.

VII-3-4. Conclusion sur l’essai de déflexion

Selon les résultats obtenus, la portance du sol dans la zone traitée avec 5%

d’émulsion évolue dans le temps, celle traitée sur 20 cm de profondeur présente un

bon résultat et tend à dépasser la qualité de portance de la zone non traitée.

On constate donc que d’après le résultat d’orniérage au sol, la mesure de déflexion

confirme que la qualité de portance des sols stabilisés avec l’émulsion évolue dans le

temps après évaporation des composants de cette dernière.

123

Conclusion générale

En conclusion, avant de réaliser un projet de stabilisation d’une route, il faut avoir

une connaissance générale sur les matériaux à traiter et sur les agents de

stabilisation permettant de savoir l’aptitude des matériaux aux traitements.

D’après les essais réalisés au laboratoire, la stabilisation des sols à l’émulsion de

bitume montre que le traitement des sols avec 5% d’émulsion de formule F1 est plus

praticable par rapport aux autres dosages. D’après les résultats, il donne une

portance élevée à très élevée selon la classe des portances des sols (dépasser ou

diminuer ce dosage entraine une chute de portance des sols).

La stabilisation des sols avec de l’émulsion réduit l’infiltration d’eau dans les

couches de chaussées durant la saison de pluie.

Les résultats d’étude ont montré qu’il faut attendre un peu de temps pour que

l’émulsion atteigne ses propriétés finales après évaporation de tous les composés

volatils. Après ce stade, le bitume se durci augmentant ainsi la portance du sol.

Pour faciliter l’imprégnation de l’émulsion dans les sols, la stabilisation est très

praticable dans la zone sèche ou peu pluvieuse. Elle est difficile à réaliser pendant

la saison de pluie donc à déconseiller.

La réalisation de la planche d’essai est très utile pour vérifier et confirmer tous les

essais faits au laboratoire. Elle détermine le comportement des routes stabilisées

sous trafic. Pour cette nouvelle technique, elle permet d’arrêter le choix et le dosage

des stabilisants et de valider les procédés de mise en œuvre.

Cette nouvelle technique est très intéressante pour la construction des routes

secondaires (routes ruraux) qui dans la saison de pluie sont presque peu ou pas

circulable. Beaucoup d’avantages aussi sont obtenus par l’application de ce mode de

traitement comme la suppression des poussières lors du passage des véhicules

(réduction des risques d’accident de circulation liés au manque de visibilité dû à la

poussière) et l’augmentation de la durée de vie des véhicules.

124

Références bibliographiques

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détermination des limites d’Atterberg, 1 page.

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[12] Norme NF EN 1429 (1999) : bitumes et liants bitumineux, détermination du

résidu sur tamis des émulsions de bitume et détermination de la stabilité au stockage

par tamisage.

125

[13] Norme NF EN 13075-1 (2002): bitumes et liants bitumineux, détermination du

comportement à la rupture.

[14] Norme NF EN 12850 (2002) : bitumes et liants bitumineux, détermination du pH

des émulsions de bitume.

[15] Norme NF EN 12697-22 (2004) : mélanges bitumineux : méthodes d'essai pour

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[16] Norme NF P 94-050 (1995) : sols, reconnaissance et essais, détermination de la

teneur en eau pondérale des matériaux ().

[17] Norme NF P 94-056 (1996): sols, reconnaissance et essais, analyse

granulométrique, méthode par tamisage à sec après.

[18] Norme NF P94-051 (1993) : sols, reconnaissance et essais, détermination des

limites d’Atterberg.

[19] Norme NF P94-093 (1999) : sols, reconnaissance et essais, mesure de la

capacité d'adsorption de bleu de méthylène d'un sol ou d'un matériau rocheux.

[20] Norme NF P94-093 (1999) : sols, reconnaissance et essais, détermination des

références de compactage d'un matériau.

[21] Norme NF P94-078 (1997) : sols, reconnaissance et essais, indice CBR après

immersion, indice CBR immédiat, indice portant immédiat.

[22] Norme NF P98-251-1 (2002) : essais relatifs aux chaussées, essais statiques

sur mélanges hydrocarbonés, essai DURIEZ sur mélanges hydrocarbonés à chaud.

[23] Norme NF P11-300 (1992) : exécution des terrassements, classification des

matériaux utilisables dans la construction des remblais et des couches de forme

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[24] Norme NF P 98-241-1 (1993) : essais relatifs aux chaussés, mesure de la masse

volumique des matériaux en place.

[25] Norme NF P98-200-2 (1992) : essais relatifs aux chaussés, mesure de la

déflexion engendré par une charge roulante

[26] OLIVARI, G. « Mécanique des sols général », 376 pages.

[27] PORTER B. W. (1989) : le savoir-faire français en matière d’émulsion de bitume,

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[28] RONALD Alfonso M.O, (2012): alternative de rupture d’une émulsion cationique

par hétérofloculation ou par changement de pH, Université de Lorraine, 164 pages.

126

[29] SABINE le Bec, (2012) : utilisation des liants bitumineux en centrale et en

chantier, les émulsions de bitume, formulation et fabrication selon leur usage,

Eurovia Canada, 25 pages.

[30] SANGLERA G: extrait mécaniques des sols 1, chapitre 1, 15 pages.

[31] STEPHANE T. (2003) : la sélection et les caractéristiques des liants

d’accrochage (Bitume Québec, Mc asphalt), Journée du Bitume, 35 pages.

[32] TCHOUANI NANA J.M (1999), M.a.J. par M.CALLAUD (2004) : cours de

Mécanique des sols Tome 1 « Propriétés des sols », 137 pages.

127

ANNEXES :

Annexe1 : Cadre de spécifications pour les émulsions cationiques de bitume.

1

:

Page a

Annexe 2 : Classes de bitume selon la norme NF EN 12591 : Spécifications des bitumes

routiers, Décembre 1999

Page b

Annexe 3 : Spécification des émulsions définies à partir de l’annexe 1 de l’NF EN 13808

Page c

Annexe 4 : Résultats des essais d’identification d’ECS40 sur 3 prélèvements :

Annexe 5 : Extraits de la classification des sols selon la norme NF P 11-300 :

Classe A Classification des sols fins

Page d

Classe B Classifications des sols sableux ou graveleux, avec fines

Page e

Classe B (suite)

N° 1 N° 2 N° 3 N° 4 N° 5

ECH1

Masse Volumique humide (t / m3 ) 1,85 2,11 2,19 2,16 2,08

Teneur en eau (%) 8,4 10,7 12,7 14,7 16,9

Masse Volumique sèche (t / m3) 1,71 1,90 1,94 1,88 1,78

ECH2

Masse Volumique humide (t / m3) 1,90 1,99 2,05 2,06 2,03

Teneur en eau (%) 11,0 13,0 15,0 17,2 19,0


ECH3


Teneur en eau (%) 13,1 15,2 17,3 18,8 20,8


ECH4


Teneur en eau (%) 9,4 11,2 13,1 15,3 17,1


ECH5


Teneur en eau (%) 11,2 13,2 15,6 17,4 19,5


Page f

ANNEXE 6 : 6-a. Résultats des essais Proctor modifié des sols naturels

6-b. Résultats d’essai Proctor sol-émulsion d’ECH1

N° 1 N° 2 N° 3 N° 4 N° 5

ECH1

Masse Volumique humide (t / m3 ) 1,85 2,11 2,19 2,16 2,08

Teneur en eau (%) 8,4 10,7 12,7 14,7 16,9


ECH2


Teneur en eau (%) 11,0 13,0 15,0 17,2 19,0


ECH3


Teneur en eau (%) 13,1 15,2 17,3 18,8 20,8


ECH4


Teneur en eau (%) 9,4 11,2 13,1 15,3 17,1


ECH5


Teneur en eau (%) 11,2 13,2 15,6 17,4 19,5


N° 1 N° 2 N° 3 N° 4 N° 5

sol naturel


Teneur en eau (%) 8,4 10,7 12,7 14,7 16,9


Sol avec 7% de

F1


Teneur en eau (%) 7,5 10,1 12,3 14,4 16,6


Page g

6-c. Résultats d’essai Proctor sol-émulsion d’ECH2

N° 1 N° 2 N° 3 N° 4 N° 5

sol naturel

Masse Volumique humide ( t / m3 ) 1,90 1,99 2,05 2,06 2,03

Teneur en eau (%) 11,0 13,0 15,0 17,2 19,0


Sol avec 3% de

F1


Teneur en eau (%) 8,4 10,8 13,4 15,5 17,9


Sol avec 7% de

F1


Teneur en eau (%) 9,0 11,5 14,0 16,7 18,8


Sol avec 3% de

F2


Teneur en eau (%) 8,2 10,7 13,0 15,2 17,7


Sol avec 7% de

F2


Teneur en eau (%) 8,8 10,9 12,9 15,5 18,1


Page h

ANNEXE 7 7-a. Résultat de poinçonnement CBR de l’ECH1

7-b. Résultat de poinçonnement CBR de l’ECH2 traité avec F1

7-c. Résultat de poinçonnement CBR de l’ECH2 traité avec F2

7-d. Résultat de poinçonnement CBR de l’ECH3

Page i

7-e. Résultat de poinçonnement CBR de l’ECH4

7-f. Résultat de poinçonnement CBR de l’ECH5

Page j

ANNEXE 8 8-a. Taux d’absorption d’eau de l’ECH3 après immersion dans l’eau

8-b. Taux d’absorption d’eau de l’ECH4 après immersion dans l’eau

8-c. Taux d’absorption d’eau de l’ECH5 après immersion dans l’eau

Temps d’imbibition en heure 1 24 72 96

Taux d’absorption avec 0% - - - -

Taux d’absorption avec 5% F1 7,4 15,9 16,7 17

Taux d’absorption avec 5% F2 6,3 15,8 16,9 17,1

Temps d’imbibition en heure 1 24 72 96

Taux d’absorption avec 0% - - - -

Taux d’absorption avec 5% F1 12,8 15,2 16,2 16,3

Page k

TABLE DES MATIERES

REMERCIEMENTS ............................................................................................................. I

SOMMAIRE .........................................................................................................................III

LISTE DES ABREVIATIONS ............................................................................................. V

LISTE DES TABLEAUX ....................................................................................................... VI

LISTE DES FIGURES ........................................................................................................ VIII

INTRODUCTION GENERALE ...........................................................................................1

PREMIERE PARTIE : GENERALITES .............................................................................2

CHAPITRE I. GENERALITES SUR LES EMULSIONS DE BITUME ............................3

I-1. Définition ........................................................................................................................3

I-2. Historiques .....................................................................................................................3

I-3. Caractéristiques des émulsions de bitume .................................................................4

I-4. Classification des émulsions ........................................................................................4

I-5. Rupture et murissement d’une émulsion de bitume ..................................................7

I-5-1. Vitesse de rupture d’une émulsion ..................................................................9

I-6. Domaines d’emploi des émulsions de bitume ............................................................9

I-7. Emulsion cationique sur-stabilisée ............................................................................10

I-7-1. Constituants ....................................................................................................10

I.8. Paramètres de fabrications des émulsions de bitume .............................................12

I-8-1. L’énergie de dispersion tions .........................................................................12

I-8-2. La viscosité et la température des constituants ...........................................12

I-8-3. Le dosage des constituants ...........................................................................12

I-8-4. Mode de fabrication ........................................................................................13

CHAPITRE II. GENERALITES SUR LES SOLS ...........................................................16

II-1. Origine et formation des sols ....................................................................................16

II-2. Eléments constitutifs du sol.......................................................................................18

II-3. Les grandes familles de sol.......................................................................................19

II-3-1. Les sables et graviers ...................................................................................19

II-3-2. Les limons (ou Silts) ......................................................................................19

II-3-3. Les argiles ......................................................................................................20

DEUXIEME PARTIE : PHASE D’EXPERIMENTATION ...............................................21

CHAPITRE III. ESSAIS D’IDENTIFICATIONS DES EMULSIONS..............................22

III-1. Détermination de la teneur en eau ..........................................................................22

III-1-1. Principe ..........................................................................................................23

III-1-2. Appareillage .................................................................................................23

III-1-3. Déroulement de l’essai ................................................................................24

III-2. Homogénéité : détermination du résidu sur tamis .................................................25

III-2-1. Principe .........................................................................................................25

III-2-2. Matériels ........................................................................................................26

III-2-3. Produits .........................................................................................................26

III-2-4. Mode opératoire ...........................................................................................26

III-3. Détermination de l’indice de rupture IREC .............................................................27

III-4. Détermination du pH des émulsions .............................................................................28

CHAPITRE IV. ESSAIS D’IDENTIFICATIONS DES SOLS .........................................30

IV-1.Teneur en eau pondérale des matériaux ..............................................................30

IV-2. Analyse granulométrique par tamisage ..................................................................31

IV-2-1. But de l’essai ................................................................................................31

IV-2-2. Principe de l’essai ........................................................................................31

IV-2-3. Mode opératoire ...........................................................................................31

IV-2-4. Résultats de l’essai ......................................................................................32

IV-2-5. Description ....................................................................................................33

IV-2-6. Interprétations des résultats ........................................................................34

IV-3. Limites d’Atterberg ....................................................................................................35

IV-3-1. But de l’essai ................................................................................................36

IV-3-2.Principe de l’essai .........................................................................................36

IV-3-3. Matériels et matériaux utilisés.....................................................................37

IV-3-4. Limite de liquidité .........................................................................................37

IV-3-5. Limite de plasticité........................................................................................39

IV-3-6. Indices de plasticité ......................................................................................39

IV-3-7. Indice de consistance Ic .............................................................................40

IV-3-8. Résultats des limites d’Atterbeg .................................................................41

IV-3-9. Descriptions ..................................................................................................41

IV-3-10. Interprétations ............................................................................................41

IV-3-11. Conclusion sur l’essai des limites de d’Atterberg ...................................42

IV-4. Essai au bleu de méthylène (VBS) .........................................................................42

IV-4-1. Principe .........................................................................................................43

IV-4-2. Résultat .........................................................................................................44

IV-4-3. Descriptions et interprétation ......................................................................44

IV-4-4. Classifications des cinq échantillons en fonction de la granulométrie et

Ip .....................................................................................................................................45

IV-5. Détermination des références de compactage d’un matériau..............................46

IV-5-1. Essai Proctor modifié .......................................................................................... 46

IV-5-2. But de l’essai ......................................................................................................... 46

IV-5-3. Principe de l’essai ................................................................................................ 46

IV-5-4. Déroulement de l’essai ................................................................................47

IV-5-5. Résultats .......................................................................................................48

IV-5-6. Conclusion sur l'essai Proctor .....................................................................52

IV-6. Essai de portance : Essai CBR (Californian Bearing Ratio) ................................52

IV-6-1. But de l’essai ................................................................................................52

IV-6-2. Principe .........................................................................................................52

IV-6-3. Matériels de poinçonnement CB ................................................................54

IV-6-4. Mode opératoire ...........................................................................................54

IV-6-5. Résultats ......................................................................................................55

IV-6-6. Conclusion sur l’essai CBR .........................................................................62

IV-7. Fabrication des briquettes par méthode DURIEZ .................................................62

IV-7-1. Déroulement de l’essai ................................................................................62

IV-7-2. Résultats de l’essai ......................................................................................63

IV-8. Essai d’orniérage ......................................................................................................73

IV-8-1. But de l’essai ...............................................................................................73

IV-8-2. Principe .........................................................................................................73

IV-8-3.Appareillage ...................................................................................................73

IV-8-4. Modalité d’exécution de l’essai ...................................................................74

IV-8-5. Résultats .......................................................................................................81

IV-8-6. Interprétations ..............................................................................................84

IV-8-7. Conclusion sur l’essai d’orniérage ..............................................................85

TROISIEME PARTIE : PLANCHE D’ESSAI ..................................................................86

CHAPITRE V. DESCRIPTIONS DES TRONCONS D’ETUDE ET LES MOYENS ....87

V-1. Présentation des tronçons d’étude ..........................................................................87

V-1-1. Description des deux tronçons ....................................................................88

V-2. Moyens .......................................................................................................................90

CHAPITRE VI : EXECUTION DU TRAVAUX ................................................................93

VI-1. Résultats obtenus au laboratoire ...........................................................................93

VI-2. Les différentes étapes de mis en ouevre ..................................................................... 93

CHAPITRE VII. LES ESSAIS REALISES SUR CHANTIER ...................................... 108

VII-1. Préparation de la teneur en eau naturelle sur chantier...................................... 108

VII-1-1. Matériels utilisés ........................................................................................ 108

VII-1-2. Déroulement de l’essai ............................................................................. 108

VII-2. Compacité au gammadensimètre ........................................................................ 109

VII-2-1. But de l’essai ............................................................................................. 109

VII-2-2. Principe de l’essai ..................................................................................... 109

VII-2-3. Les objectifs de densifications ................................................................. 111

VII-2-4. Résultats .................................................................................................... 111

VII-2-5. Interprétations............................................................................................ 113

VII-3. Mesure de déflexion à la poutre de BENKELMAN ............................................. 113

VII-3-1. Classes de déflexions ............................................................................... 114

VII-3-2- Résultats .................................................................................................... 115

VII-3-3. Descriptions et interprétations des résultats .......................................... 122

VII-3-4. Conclusion sur l’essai de déflexion ......................................................... 123

CONCLUSION GENERALE........................................................................................... 124

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ......................................................................... 125

ANNEXES ............................................................................................................................a

RESUME

La stabilisation des sols à l’émulsion de bitume apporte une nouvelle technique sur la construction routière. Elle est très intéressante pour la construction des routes en terre qui dans la saison de pluie sont presque peu ou pas circulables. La planche d’essai comprend deux tronçons ; chacun étant subdivisé en trois parties. La première partie est traitée avec 5% d’émulsion sur 10 cm de profondeur, la deuxième partie est traitée avec 5% d’émulsion sur 20 cm de profondeur et la troisième partie constitue le témoin. Le tronçon n°1 se différencie du tronçon n°2 par l’application d’une couche d’enduit superficiel. Selon les résultats des essais réalisés au laboratoire et après suivi de la planche d’essai, nous pouvons conclure que le traitement des sols avec 5% d’émulsion de bitume donne une meilleure performance d’amélioration par rapport aux autres dosages. Suite à l’incorporation de l’émulsion dans le sol, ce dernier va durcir après évaporation de l’émulsifiant et rend la couche traitée moins sensible à l’infiltration d’eau. Mots clé: émulsion, émulsifiant, enduit, construction, route, incorporation, amélioration, stabilisation.

ABSTRACT

The stabilization of the grounds to the bitumen emulsion brings a new technique on road construction. It is very interesting for the construction of the overland routes which in the season of rain are almost little or not circulables. The board of test includes/understands two zones; each one being subdivided in three parts. The first part is treated with 5% of emulsion out of 10 cm of depth, the second part is treated with 5% of emulsion out of 20 cm of depth and the third part is a pilot part. The section n°1 is different from the section n°2 by the application of a coat of surface plaster. According to results' of the tests carried out at the laboratory and after follow-up of the board of test, we can conclude that the soil stabilization with 5% of bitumen emulsion gives a better performance of improvement compared to other proportioning. Following the incorporation of the emulsion in the ground, this last will harden after evaporation of emulsifier and makes the layer treated less sensitive to the water infiltration. Keywords: emulsion, emulsifier, coating, construction, road, incorporation,

improvement, stabilization.

Mémoire présenté par : MANAMBINTSOA Nantenaina Antonio Lot : IVJ 143 Antanjombe Ambony Ambohimanarina Antananarivo 101 E-mail : [email protected] Nombre de pages : 127 Nombre de figures : 125 Nombre de tableaux : 49

Rapporteur: Professeur RAMASIARINORO Voahanginirina

Contact de l’auteur : e-mail : [email protected] Tel : +261346978004

Titre « Etude de stabilisation des routes en terre par l’émulsion de bitume de type

cationique sur-stabilisée, cas du PK13 RN7 (commune Ambohijanaka) »

mailto:[email protected]

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« etude de stabilisation des routes en terre par …

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