Essais de Laboratoire

CONTRÔLE DE QUALITE DES TRAVAUX ROUTIERS

ESSAIS DE LABORATOIRE

CENTRE NATIONAL D’ETUDES ET DE RECHERCHES ROUTIERESCENTRE NATIONAL D’ETUDES ET DE RECHERCHES ROUTIERES

Présenté par : Mohamed AFECHKAR Chef du Service Recherche au CNER

Essais de laboratoire

Qualité + Sécurité d’un Ouvrage

Spécifications techniques

CENTRE NATIONAL D’ETUDES ET DE RECHERCHES ROUTIERESCENTRE NATIONAL D’ETUDES ET DE RECHERCHES ROUTIERES

GNF1 GNF2 GNF3Tab1> 100 > 100 >35 >30 - >60 >30 -<25 <35 <40 <30 <40 <50<20 <30 <35 <25 <35 <45<30

H Ip non mesurableh ES(0/2)>50a sinon VB<1d IP<8

graves non traités pour couche de base graves non traités pour couche de fondation

GNR GNA GNB GNC GNDGNF

Granularité Tab2 Tab3 Tab4

ES(0/2)>45 VB<1.5sinon VB<1.5

Angularité IC (%)Los Angles <30

MDE <25

IP<8 IP<12

CA -

propreté

ES(0/5)>30 IP<6 sinon

IP<6 et ES(0/2) >45 sinon VB<1.5IP<8 ou VB<2

Spécifications GNTSpécifications GNT

CENTRE NATIONAL D’ETUDES ET DE RECHERCHES ROUTIERES

Spécifications Marshall et L.P.C pour les enrobés bitumineux


Spécifications EBSpécifications EB

Plan de la présentation

Essais sur sols et granulats

Essais sur liants hydrocarbonés

Conclusion

Essais sur mélanges traités

aux liants hydrocarbonés


Granulométrie Limites d’Atterberg Valeur au bleu Equivalent de sable Proctor CBR Loss Angeless MDE,….

Granulométrie Limites d’Atterberg Valeur au bleu Equivalent de sable Proctor CBR Loss Angeless MDE,….

Essais sur sol et granulatsEssais sur sol et granulats


Elle permet d'étudier la répartition de la taille des grains de solides constituant le sol ou le granulat.Elle se fait par tamisage d'un échantillon prélevé sur stock ou sur le terrain et ce pour les particules de sol supérieures ou égales à 80uElle se traduit par une courbe et c'est à partir de cette dernière que se fait l'identification du matériau .

Elle permet d'étudier la répartition de la taille des grains de solides constituant le sol ou le granulat.Elle se fait par tamisage d'un échantillon prélevé sur stock ou sur le terrain et ce pour les particules de sol supérieures ou égales à 80uElle se traduit par une courbe et c'est à partir de cette dernière que se fait l'identification du matériau .

GranulométrieGranulométrie


Courbe granulométriqueCourbe granulométrique


Courbe granulométrique du mélange de Ben Abid

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.001 0.01 0.1 1 10 100

diamétre(mm)

pa

ssa

nts

cu

mu

lés(

%)

CAILLOUX GRAVIERS

SABLES

GROSFINSLIMONS

ARGILES

un sol remanié se présente suivant des consistances variables pour lesquelles on peut distinguer quatre états : liquide, plastique, solide avec retrait et solide sans retrait.

Un sol passe graduellement d'un état à l'autre et les frontières respectives ne sont définies que conventionnellement par les limites d'ATTERBERG.

L’ essai est effectué sur la fraction du matériau passant au tamis 0.42mm.Limite de liquidité WL, entre l'état liquide et l'état plastiqueLimite de plasticité Wp, entre l'état plastique et l'état solide avec retrait Indice de plasticité Ip = WL - Wp

un sol remanié se présente suivant des consistances variables pour lesquelles on peut distinguer quatre états : liquide, plastique, solide avec retrait et solide sans retrait.

Un sol passe graduellement d'un état à l'autre et les frontières respectives ne sont définies que conventionnellement par les limites d'ATTERBERG.

L’ essai est effectué sur la fraction du matériau passant au tamis 0.42mm.Limite de liquidité WL, entre l'état liquide et l'état plastiqueLimite de plasticité Wp, entre l'état plastique et l'état solide avec retrait Indice de plasticité Ip = WL - Wp

Limites d’AtterbergLimites d’Atterberg


0<IP < 5 sol non plastique5<IP< 15 sol peu plastique15< IP < 40 sol plastiqueIP >40 sol très plastique

Les limites d'ATTERBERG permettent de classer les sols suivant un diagramme de plasticité.

Indice de consistance Ic = (WL-W) / Ip , permet d'apprécier la consistance des sols plastiques Ic < 0 état Liquide 0 < Ic< 0.25 état Pâteuse ou très molle 0.5 <Ic < 0.75 état Ferme 0.75<Ic < 1 état Très ferme Ic > 1 état Dure.

0<IP < 5 sol non plastique5<IP< 15 sol peu plastique15< IP < 40 sol plastiqueIP >40 sol très plastique

Les limites d'ATTERBERG permettent de classer les sols suivant un diagramme de plasticité.

Indice de consistance Ic = (WL-W) / Ip , permet d'apprécier la consistance des sols plastiques Ic < 0 état Liquide 0 < Ic< 0.25 état Pâteuse ou très molle 0.5 <Ic < 0.75 état Ferme 0.75<Ic < 1 état Très ferme Ic > 1 état Dure.

Limites d’Atterberg

Limites d’Atterberg


Limites d’AtterbergLimites d’Atterberg

Appareil de Casagrande


Le but de l'essai est d'évaluer la richesse d'un sol en argile. Le résultat de l'essai dépend directement de la nature des argiles et de leur quantité dans le sol .

La nature de la fraction argileuse est exprimée dans cet essai par la surface spécifique (surface totale que l'ensemble des particules contenues dans l'unité de masse de cette fraction argileuse est susceptible de développer). Elle est d'autant plus élevée que l'argile est active :

Le but de l'essai est d'évaluer la richesse d'un sol en argile. Le résultat de l'essai dépend directement de la nature des argiles et de leur quantité dans le sol .

La nature de la fraction argileuse est exprimée dans cet essai par la surface spécifique (surface totale que l'ensemble des particules contenues dans l'unité de masse de cette fraction argileuse est susceptible de développer). Elle est d'autant plus élevée que l'argile est active :

Valeur au bleuValeur au bleu

Type d'argile Surface spécifique (m2/g) Kaolinite 5 à 20

Illite 40 à 60

Vermiculite 200

Montmorillonite 800


Valeur au bleuValeur au bleu

Classe Vbs S Classe

A <2.5 A1

A 2.5< <6 A2

A 6< < 8 A3

A > 8 A4

GMTR


Cet essai a pour but d'établir la relation expérimentale entre la densité sèche d'un sol (matériau) et sa teneur en eau pour différentes énergies de compactage.L'aptitude d'un sol à se compacter peut être appréhendée par l'étude Proctor seule.

Le Proctor peut servir de référence pour caractériser la qualité de compactage réalisé sur le chantier.

Les caractéristiques Proctor constituent des critères d'identification d'un sol permettant de situer son état naturel par rapport à son état optimal de mise en oeuvre.

Cet essai a pour but d'établir la relation expérimentale entre la densité sèche d'un sol (matériau) et sa teneur en eau pour différentes énergies de compactage.L'aptitude d'un sol à se compacter peut être appréhendée par l'étude Proctor seule.

Le Proctor peut servir de référence pour caractériser la qualité de compactage réalisé sur le chantier.

Les caractéristiques Proctor constituent des critères d'identification d'un sol permettant de situer son état naturel par rapport à son état optimal de mise en oeuvre.

ProctorProctor


ProctorProctor


L’essai consiste à mesurer la résistance au poinçonnement d'un certain nombre d'éprouvettes de sol réalisées suivant un processus déterminé.

On associe de manière quasi systématique étude Proctor et étude CBR.

On détermine les courbe de variation de l'indice CBR immédiat qui caractérisent directement la sensibilité à l'eau du sol considéré.

L’essai consiste à mesurer la résistance au poinçonnement d'un certain nombre d'éprouvettes de sol réalisées suivant un processus déterminé.

On associe de manière quasi systématique étude Proctor et étude CBR.

On détermine les courbe de variation de l'indice CBR immédiat qui caractérisent directement la sensibilité à l'eau du sol considéré.

CBRCBR


CBRCBR

Presse CBR


L’essai Los Angeles caractérise la résistance aux chocs ou la résistance à la fragmentation dynamique.

L’essai consiste à mesurer la quantité d’éléments inférieurs à 1,6mm produite par le matériau soumis aux chocs de boulets normalisés dans la machine Los Angeles.

Si M est la masse de matériaux soumis à l’essai et m la masse des inférieurs à 1,6mm produits au cours de l’essai, le coefficient Los Angeles (LA) est définit par: 100 m M

L’essai Los Angeles caractérise la résistance aux chocs ou la résistance à la fragmentation dynamique.

L’essai consiste à mesurer la quantité d’éléments inférieurs à 1,6mm produite par le matériau soumis aux chocs de boulets normalisés dans la machine Los Angeles.

Si M est la masse de matériaux soumis à l’essai et m la masse des inférieurs à 1,6mm produits au cours de l’essai, le coefficient Los Angeles (LA) est définit par: 100 m M

LOSS AngelessLOSS Angeless


L’essai Micro Deval sous l’eau (MDE) consiste à mesurer l’usure des granulats par frottement entre eux en présence de billes normalisées.

L’essai Micro Deval sous l’eau (MDE) consiste à mesurer l’usure des granulats par frottement entre eux en présence de billes normalisées.

Micro Deval sous eauMicro Deval sous eau


L’essai permet de mettre en évidence la proportion relative de poussière fine nuisible ou d'éléments argileux dans les sols ou agrégats fins. Il se fait sur des matériaux inférieurs à 5mm ou à 10% de fines.

L’essai permet de mettre en évidence la proportion relative de poussière fine nuisible ou d'éléments argileux dans les sols ou agrégats fins. Il se fait sur des matériaux inférieurs à 5mm ou à 10% de fines.

Equivalent de sableEquivalent de sable

Agitateur des éprouvettes


Pénétrabilité

Point de ramollissement (Bille et anneau :TBA)

Ductilité

Pseudo viscosité

Pénétrabilité

Point de ramollissement (Bille et anneau :TBA)

Ductilité

Pseudo viscosité

Essais sur liants hydrocarbonésEssais sur liants hydrocarbonés


La pénétrabilité est défini comme la profondeur d’enfoncement, exprimée en dixième de millimètres, d’une aiguille standard pendant 5 s sous une charge de 100 g dans un échantillon de bitume à 25°C.

La pénétrabilité est une mesure de dureté qui sert de base à la classification des bitumes purs. Ces bitumes sont caractérisés par deux nombres qui représentent les limites inférieure et supérieure de la pénétrabilité à 25°C ( exemple 40/50, 80/100,10/20,….).

La pénétrabilité est défini comme la profondeur d’enfoncement, exprimée en dixième de millimètres, d’une aiguille standard pendant 5 s sous une charge de 100 g dans un échantillon de bitume à 25°C.

La pénétrabilité est une mesure de dureté qui sert de base à la classification des bitumes purs. Ces bitumes sont caractérisés par deux nombres qui représentent les limites inférieure et supérieure de la pénétrabilité à 25°C ( exemple 40/50, 80/100,10/20,….).

PénétrabilitéPénétrabilité

Essai de pénétrabilité sur le bitume


Le Point de ramollissement appelé aussi température bille et anneau (TBA) caractérise le changement de consistance du bitume .

L’essai consiste à placer deux billes d’acier respectivement dans deux anneaux, l’ensemble est placé dans un bain d’eau chauffé à température constante (5°C/min). Sous le poids de la bille et l’effet de la température le bitume flue et quand la poche de bitume ainsi crée touche le plateau inférieure du bêcher, on note la température atteinte qui caractérise le Point de ramollissement (TBA).

Le Point de ramollissement appelé aussi température bille et anneau (TBA) caractérise le changement de consistance du bitume .

L’essai consiste à placer deux billes d’acier respectivement dans deux anneaux, l’ensemble est placé dans un bain d’eau chauffé à température constante (5°C/min). Sous le poids de la bille et l’effet de la température le bitume flue et quand la poche de bitume ainsi crée touche le plateau inférieure du bêcher, on note la température atteinte qui caractérise le Point de ramollissement (TBA).

Point de ramollissement ou température bille anneau (TBA)Point de ramollissement ou

température bille anneau (TBA)


Bille anneau t° B.A

Après chauffage

avant

La ductilité est mesurée par l’allongement , exprimée en cm, d’une éprouvette de bitume de forme normalisée que l’on étire à vitesse et à température normalisée.

La ductilité est mesurée par l’allongement , exprimée en cm, d’une éprouvette de bitume de forme normalisée que l’on étire à vitesse et à température normalisée.

Ductilité)Ductilité)


Les bitumes purs

DESIGNATION

CLASSES

80/100 60/70 40/50

Point de ramollissementbille et anneau en degré centigrade

41 à 51 43 à 56 47 à 60

Pénétrabilité à 25°C, 100 gr,5sec (en dixième de mm)

80 à 100 60 à 70 40 à 50

Ductilité à 25°C (cm) >100 >80 >60


La consistance des bitumes fluidifiés est appréciée par un essai de pseudo viscosité qui consiste à mesurer le temps d’écoulement en secondes de 50cm3 de bitume à travers un orifice circulaire et à une température normalisées (25°C ou 40°C).

Plus un bitume fluidifié sera visqueux plus il sera long à s’écouler et plus le chiffre qui le caractérise sera élevé (c’est le contraire des bitumes purs).

Les bitumes fluidifiés sont distingués par leurs pseudo viscosité, il existe quatre classes (CB 400/600, CB 800/1400, CB 10/15 et CB 0/1), les BF les plus utilisés au niveau des travaux routiers (enduit superficiel, imprégnation,…) sont CB 800/1400 et CB 0/1.

La consistance des bitumes fluidifiés est appréciée par un essai de pseudo viscosité qui consiste à mesurer le temps d’écoulement en secondes de 50cm3 de bitume à travers un orifice circulaire et à une température normalisées (25°C ou 40°C).

Plus un bitume fluidifié sera visqueux plus il sera long à s’écouler et plus le chiffre qui le caractérise sera élevé (c’est le contraire des bitumes purs).

Les bitumes fluidifiés sont distingués par leurs pseudo viscosité, il existe quatre classes (CB 400/600, CB 800/1400, CB 10/15 et CB 0/1), les BF les plus utilisés au niveau des travaux routiers (enduit superficiel, imprégnation,…) sont CB 800/1400 et CB 0/1.

Bitumes fluidifiésBitumes fluidifiés


Viscosimètre pour bitumes fluidifiés

Viscosimètre pour bitumes fluidifiés


Essai Marshall

Essai Duriez

Essai à la Presse à Cisaillement Giratoire : PCG

Essai de module de rigidité

Essai de fatigue

Essai Marshall

Essai Duriez

Essai à la Presse à Cisaillement Giratoire : PCG

Essai de module de rigidité

Essai de fatigue

Essais sur mélanges aux liants hydrocarbonés

Essais sur mélanges aux liants hydrocarbonés


L’essai MARSHAL consiste à compacter des éprouvettes d’enrobé dans un moule cylindrique de 10cm de diamètre à l’aide de chocs produits par la chute d’une dame de poids et de hauteur normalisés. Sur les éprouvettes ainsi confectionnées on détermine :

La stabilité Marshall : c’est la résistance à l’écrasement diamétral à 60°c, Le fluage Marshall (dixième de mm) : valeur de l’affaissement de l’éprouvette selon son diamètre vertical au moment de la rupture la compacité : le pourcentage des vides de l’éprouvette fabriquée, cette compacité peut être prise comme compacité de référence pour le chantier.

L’essai MARSHAL consiste à compacter des éprouvettes d’enrobé dans un moule cylindrique de 10cm de diamètre à l’aide de chocs produits par la chute d’une dame de poids et de hauteur normalisés. Sur les éprouvettes ainsi confectionnées on détermine :

La stabilité Marshall : c’est la résistance à l’écrasement diamétral à 60°c, Le fluage Marshall (dixième de mm) : valeur de l’affaissement de l’éprouvette selon son diamètre vertical au moment de la rupture la compacité : le pourcentage des vides de l’éprouvette fabriquée, cette compacité peut être prise comme compacité de référence pour le chantier.

Essai MarshallEssai Marshall


Presse MarshallPresse Marshall


L’essai DURIEZ consiste à soumettre des éprouvettes cylindriques normalisés à une compression statique pendant un temps donné, les éprouvettes ainsi fabriquées sont conservés sept jours à l’air et à l’eau (à 18°C) puis ces éprouvettes sont écrasées à la compression simple pour déterminer :

La résistance des éprouvettes conservés dans l’air : RLa résistance des éprouvettes conservés dans l’eau : r

Le rapport r/R appelé rapport d’immersion/compression traduit en quelque sorte la tenue à l’eau de l’enrobé.

on mesure également la compacité des éprouvettes LCPC qui est très souvent prise comme compacité de référence pour le chantier.

L’essai DURIEZ consiste à soumettre des éprouvettes cylindriques normalisés à une compression statique pendant un temps donné, les éprouvettes ainsi fabriquées sont conservés sept jours à l’air et à l’eau (à 18°C) puis ces éprouvettes sont écrasées à la compression simple pour déterminer :

La résistance des éprouvettes conservés dans l’air : RLa résistance des éprouvettes conservés dans l’eau : r

Le rapport r/R appelé rapport d’immersion/compression traduit en quelque sorte la tenue à l’eau de l’enrobé.

on mesure également la compacité des éprouvettes LCPC qui est très souvent prise comme compacité de référence pour le chantier.

Essai DuriezEssai Duriez


Equipements pour essais Duriez

Equipements pour essais Duriez


L’essai consiste à compacter , par pétrissage sous une faible compression statique, un cylindre de mélange hydrocarboné contenu dans un moule limité par des pastilles et maintenu à une température constante pendant toute la durée de l’essai.Le pétrissage est provoqué par le mouvement de l’axe de l’éprouvette qui engendre une surface conique de révolution de sommet O et d’angle au sommet 2 pendant que les extrémités de l’éprouvette restent perpendiculaires à l’axe de la surface conique .

La section et la masse de l’éprouvette restent constantes, sa hauteur diminue continuellement. L’enregistrement de cette dernière permet d’établir l’évolution du pourcentage de vides du matériau, en fonction du nombre de girations.

L’essai consiste à compacter , par pétrissage sous une faible compression statique, un cylindre de mélange hydrocarboné contenu dans un moule limité par des pastilles et maintenu à une température constante pendant toute la durée de l’essai.Le pétrissage est provoqué par le mouvement de l’axe de l’éprouvette qui engendre une surface conique de révolution de sommet O et d’angle au sommet 2 pendant que les extrémités de l’éprouvette restent perpendiculaires à l’axe de la surface conique .

La section et la masse de l’éprouvette restent constantes, sa hauteur diminue continuellement. L’enregistrement de cette dernière permet d’établir l’évolution du pourcentage de vides du matériau, en fonction du nombre de girations.

Presse à cisaillement giratoire : PCG









L’essai a pour objectif d’apprécier la résistance à l’orniérage des couches de roulement. On détermine la profondeur d’ornière provoquée par le passage d’un pneumatique sur une plaque d’enrobés bitumineux à 60°C.

L’essai a pour objectif d’apprécier la résistance à l’orniérage des couches de roulement. On détermine la profondeur d’ornière provoquée par le passage d’un pneumatique sur une plaque d’enrobés bitumineux à 60°C.

Essai d’orniérageEssai d’orniérage


Essai d’orniérageEssai d’orniérage


Essai de module de rigidité sur EBEssai de module de rigidité sur EB


Modélisation de l’essai, voir figure ci-après : L

T• L’expression du module de rigidité en appliquant

la formule (A) est:

Em= L(+0,27) DT• Avec :• L : Force verticale appliquée exprimée en N.• D : Amplitude du déplacement horizontal en mm.• T : L’épaisseur de l’éprouvette en mm. : Coefficient de Poisson (généralement égal à 0.35 à

20°).


Essai de moduleEssai de module

Diamètre éprouvette

100mm 150mm

Rise time 124ms4ms 124ms4ms

Déformation horizontale 5 m 2 m 7 m 2 m

Facteur de forme 0,60 0,60


Essai de moduleEssai de module





Essai de fatigue sur EB


L'objectif de cet essai est double :

d'une part mesurer le module complexe de rigidité (norme et angle de phase) d'un matériau bitumineux à différentes températures et fréquences de sollicitation G(i)=Eei=E1+iE2 E=

et d'autre part évaluer la résistance du matériau à la fatigue sous char-gement répété.

La méthode consiste à soumettre une éprouvette deforme parallélépipédique, à une flexion sinusoïdale alternée. L'essai peut être réalisé tant en contrainte imposée qu'en déformation imposée.

L'objectif de cet essai est double :

d'une part mesurer le module complexe de rigidité (norme et angle de phase) d'un matériau bitumineux à différentes températures et fréquences de sollicitation G(i)=Eei=E1+iE2 E=

et d'autre part évaluer la résistance du matériau à la fatigue sous char-gement répété.

La méthode consiste à soumettre une éprouvette deforme parallélépipédique, à une flexion sinusoïdale alternée. L'essai peut être réalisé tant en contrainte imposée qu'en déformation imposée.

Essais de fatigueEssais de fatigue

²2

E²1

E


Critères retenus pour le dimensionnement des chaussées souples

Rappel

critère à vérifier :

L’allongement t à la base des couches bitumineuses doit être

inférieure à une valeur admissible : (NE, eq,f)Kr.Kc.Ks

Avec (NE, eq,f) = 6 (eq,f) (NE/106 )b

b : pente de la droite de fatigue

Kr : coefficient lié au risque de calcul, dispersion de l’épaisseur et dispersion des résultats des essais de fatigue

Kc est un coefficient de calage (ajustement des résultats du modèle de calcul au comportement observé de la chaussée);

Ks : coefficient tenant compte de l’hétérogénéité de la portance d’une couche de faible rigidité supportant la couche liée


Essai de fatigueEssai de fatigue


*

*****200180 *****150 *****

1.000.000

85

Élaboration des lois de fatigue au laboratoire

Résultats de Ben Abid Exemple d’élaboration de la droite de fatigue

1.000.000

85

85

Pente ε6

-0.1873

Élaboration des lois de fatigue au laboratoire

Résultats de Ben Abid (40/50)

Merci pour votre attention

Documents

Essais de Laboratoire