1 But de l’essai CBR
Détermination de la portance du sol donné, il s’agit en fait de comparer la portance du sol que l’on est entrain de tester à la portance d’un sol standard de l’état de Californie aux Etats Unis.
2- Domaine d’application
Géotechnique routière – dimensionnement de chaussées
3- Appareillage
• 3 moules standard CBR
• Disques d’espacement de 151mm de diamètre et 25,5mm d’épaisseur
• 1 dame proctor modifié constituée par un mouton de 4,530kg et la hauteur de chute de 457mm actionnée manuellement ou mécaniquement.
• Des disques de surcharge annulaire en plomb de 2,265kg en deux parties de diamètre extérieur de 150mm de diamètre inférieur de 27mm.
• 1 appareil de mesure de gonflement comprenant un trépied pouvant s’adapter sur la face supérieur de moule comparateur à 0,01mm et de 25mm de course ; un disque plat et perforé de diamètre légèrement inférieur à celui du moule et muni en son centre une tige à touche réglable.
• 1 piston cylindrique ayant une section de 19,6cm2 et approximativement 200mm de long.
• 1 presse hydraulique de 60kn pouvant assurer une vitesse de poinçonnement de 1,27 mm / minute.
• Des anneaux de 30kn et 60kn.
• Des bacs de contenance de 35kg environ
• Pelle à main, truelles, mains métalliques, pinceau
• Eprouvette graduées de 250cm3 et 500cm3 par la mesure de la quantité d’eau d’humidification.
• Les lares pour pèse de teneur en eau
• 1 balance de portée maximale de 30kg précise à 5g
• 1 balance de précision d’une portée maximale de 2kg précise à 0,01g
• 1 étuve ventilée réglable à 105°C et 60°C
• des disques de papier filtre correspondant aux côtés moule CBR
• Couteau maillet, burin, marteau, plane à araser.
• 1 chronomètre.
• 1 cadencemètre (indicateur de cadence)
Durée de l’essai : 07 jours
Mode opératoire
a) Préparation des échantillons
L’essai sera réalisé à la teneur en eau optimale déterminée par l’essai Proctor modifié. De ce fait il conviendra de préparer le matériau de la même manière que pour l’essai Proctor à savoir :
• Le matériau sera séché à l’air ou à l’étuve à 60°C maximum ; on se contentera d’un desséchage partiel suffisant sans être excessif.
• Suffisant pour se déplacer nettement côté sec de la courbe proctor et pour permettre lors du tamisage des éléments supérieur à 20mm une séparation de ces élément sans entraînement des particules fines.
• Sans être excessif pour ne pas éliminer l’eau absorbée qui ne serait pas un peu reconstituée lors de l’opération de mouillage.
• Après avoir éliminer par tamisage les éléments supérieurs à 20mm, le matériau sera pulvérisé ; on écrase les mottes de terre en veillant à ne pas briser les graviers.
• On devra réaliser 3 moulages à 3 énergies de compactage différentes, il faut donc prévoir au moins 3 x 5,5kg de matériau écrêté à 20mm.
La connaissance de la teneur en eau du matériau en cours de préparation est nécessaire. Ensuite par calcul on déterminera la quantité d’eau
Proctor modifié
Soit P un poids de matériau en cours de préparation à une teneur en eau W1
Soit E la quantité d’eau à jouter au matériau pour atteindre la teneur en eau W2 (teneur en eau optimale Proctor modifié)
E =
En mettant P en facteur il en vient :
E = P
• Ce matériau sera mouillé en malaxant soigneusement pour homogénéisation, il sera ensuite conservé jusqu’au lendemain dans des sacs étanches pour assurer une bonne humidification. L’opération de compactage n’ayant lieu que le lendemain il est possible de vérifier avec précision la teneur en eau. L’essai ne sera réalisé que si le matériau est effectivement à la bonne teneur en eau avec une précision de ± 0,2%
• Si le matériau est légèrement trop humide, on devra le laisser aérer en l’homogénéisant soigneusement.
• Si cette ultime correction consiste en un léger apport d’eau, avec peu d’expérience, le risque d’erreur n’étant pas grand, on pourra commencer sans retard l’essai une dernière vérification de la teneur en eau pouvant être effectuée à posteriori.
• Par contre si cette ultime correction consiste à laisser sécher le matériau, même légèrement vérifié la teneur en eau avec précision.
b) Compactage et imbibition
• On prépare d’abord le moule, il faut veiller à ce qu’il soit propre et en bon état. On pèse le tout à 5g près, puis on place le disque d’espacement.
• On introduit ensuite le matériau selon le processus de l’essai proctor modifié en 5 couches successives d’égales épaisseur qui seront chacune compactée avec la même dame proctor modifié selon les énergies de compactage différentes qui sont en général 10, 25 et 55 coups par couche. Le but étant d’obtenir 3 moulages ayant compacité nettement différentes (ces compacités étant en principe et de façon très approximative respectivement de l’ordre de 90%, 95% et 100% de la densité sèche maximale du proctor modifié).
• Une fois le compactage terminé, la hausse, dernière couche doit dépasser le moule d’environ 1 cm. On arase soigneusement puis on enlève le fond que l’on veut fixer sur la face supérieure du moule après avoir placé un papier filtre à la surface de l’échantillon, on retournera le moule, on retirera le disque d’espacement puis après avoir également placé un papier filtre sur cette face, on pèse le tout à 5 g près.
• Si le sol doit être essayé sans imbibition on procède immédiatement au poinçonnement. Sinon on place le disque perforé de gonflement à la surface de l’échantillon puis on dispose une charge annulaire sur le disque. Cette charge ne doit jamais être inférieure à 4,530kg. Elle sera constituée par deux disques annulaires de 2,265kg. Le moule ainsi chargé est placé sur des cales dans un bac à saturation rempli d’eau de telle façon que l’eau arrive librement par dessous et par dessus l’échantillon
• Ensuite on place le trépied porte comparateur en s’assurant que les pieds portent bien sur les bords du moule. On fixe le comparateur au trépied. On règle la hauteur de la tige du plateau de gonflement de façon que le palpeur du comparateur vienne reposer sur l’extrémité de cette tige. On note alors la lecture du comparateur (lecture initiale).
• On laisse le moule à imbibition normale pendant 04 jours dans l’eau.
• Le délai écoulé, on note le gonflement lu au comparateur et on sert la dizaine de minutes puis après avoir enlevé les surcharge et le plateau de gonflement on le porte sous la presse de poinçonnement.
• Dans le cas d’une imbibition complète on laisse le moule à imbiber dans l’eau le temps nécessaire pour qu’il n’y ait plus de gonflement du sol. Ce temps étant parfois supérieur à quatre jours, on admettra qu’il y a plus de gonflement quant deux lectures espacées de 24h montreront une variation inférieure à trois centièmes de millimètres.
c) Poinçonnement
• Le moule est placé sur le plateau de la presse et centré de telle façon que le piston de poinçonnement soit bien dans le prolongement de l’axe du moule.
• La tête du piston est amenée en contact avec la surface de l’échantillon en faisant monter le plateau de la presse. On remet alors les surcharges annulaires. La mise en place du piston de poinçonnement est achevé en manœuvrant lentement le volant de la presse jusqu’au moment où l’aiguille du comparateur de l’anneau dynamométrie commence à bouger. A ce moment le piston est bien en contact avec la surface de l’échantillon.
• On fixe alors un comparateur au 1/100 de millimètre derrière le cadran de l’indicateur, de cadence – comparateur qui coulisse le long d’une tige verticale solidaire du bâti de la presse est fixé de telle façon que la pointe du palpeur du comparateur vienne reposer sur le bord du moule. Le comparateur est amené à zéro, puis l’indicateur de la cadence mis en marche.
• L’opérateur se met alors au volant de la presse et commence le poinçonnement au moment où le rayon repère de l’indicateur de cadence viennent se superposer à l’aiguille du comparateur, il manœuvre lentement le volant de façon à maintenir en coïncidence l’aiguille du comparateur et le rayon repère. En procédant de cette façon de poinçonnement s’effectue avec la vitesse constante normalisée (soit 1,27mm / minute)
• Au cours de l’essai on note les pressions lues sur l’anneau dynamométrique qui correspondent aux enfoncements suivants : 0,2 – 0,4 – 0,6 – 0,8 – 1 – 1,5 – 2 – 2,5 – 3 – 3,5 – 4 – 4,5 – 5 – 5,5 – 6 – 7 – 8 – 9 et 10 mm.
On arrête alors l’essai quand on atteint ce dernier enfoncement.
d) Calculs
A- Caractéristiques physiques
A-1 Détermination de la densité humide (γh) de la teneur en eau (W%) et de la densité sèche (γd) après compactage et avant imbibition.
γh = Poids humide compacté
Volume du moulage
W% = 100 Poids eau
Poids sol sec
γd = γh
100 W%
A-2 Détermination de la compacité du moulage par rapport à la densité sèche maximale (référence proctor modifié)
C% = 100 x γd
γd max
A-3 Détermination de la teneur en eau (W en %) après 4 jours d’imbibition.
Les échantillons servant à déterminer cette teneur en eau sont prélevés en fin d’essai. Après poinçonnement lors du démoulage on effectue deux prises au-dessous de la surface de chaque côté de l’emprunt de poinçonnement (*)
Remarque (*)
Comme pour l’essai proctor, ---------------------------------------------------------- en eau, doivent être de l’ordre de 150g pour les sols fins et d’au moins 500g pour les sols graveleux.
A-4 Gonflement linéaire (Δ l)
Le gonflement linéaire (Δ l)
Est la différence de la lecture du comparateur entre le début et la fin de l’imbibition. On détermine le gonflement linéaire relatif en pourcentage de la hauteur (l) de l’échantillon.
G = 100 x Δ l (avec pour cet essai l = 127 mm)
l
B- Indice portant CBR
Lors du poinçonnement de l’échantillon on note les pressions correspondant aux enfoncements à 0,2 – 0,4 – 0,6 – 0,8 – 1 – 1,5 – 2 – 2,5 – 3 – 3,5 – 4 – 4,5 – 5 – 6 – 7 – 8 – 9 et 10 mm.
On trace alors une feuille de papier millimétrée la courbe de pression en fonction des enfoncements et en porte en abscisse les enfoncements et en ordonnées les pressions.
La courbe ne doit pas présenter d’inflexions à l’origine. Si les premiers points montrent cette anomalie, on rectifie la courbe en traçant la tangente à l’arc construit avec les autres points. Cela conduit à une correction d’origine pour les déformations : la tangente coupant l’abscisse en un Ó qui sera prise comme nouvelle origine pour le calcul de l’indice portant.
* L’indice portant CBR est le rapport exprimé en % de la pression obtenue sur l’échantillon à la pression obtenue sur le matériau de référence pour un même enfoncement.
* Pour le calcul on relève sur la courbe tracée les contraintes qui correspondent à 2,5 et 5,0 mm d’enfoncement du piston soit.
* Pour le matériau de référence les contraintes obtenues pour ces mêmes enfoncements sont respectivement :
à 2,5 mm 70 bars ou 70.105 Pascal.
À 5 mm 105 bars ou 105.105 Pascal
Ce qui revient à calculer l’indice partant de la manière suivante :
CBR % à 2,5 mm
CBR % à 5 mm
L’indice CBR est égal à la plus grande de ces deux valeurs.
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