Chapitre 7 Compactage - 1 -

Chapitre7 Etude du Compactage et des diffrents Matriels 15

1. Thorie du Compactage 2. Les diffrents matriels

3. Dbit dun compacteur

4. Mthode pratique GTR

Thorie sur le compactage Objectifs du compactage Trois objectifs principaux sont poursuivis lors de la ralisation des travaux routiers

de terrassements de couches de forme dassises de chausses de couches de roulement

1 2 3

Supprimer les dformations ultrieures

Augmenter les caractristiques mcaniques

Assurer limpermabilit

Tassements du remblai Tassements diffrentiels Dformations de chausses Ornirage de couche de surface

Augmenter la portance et la traficabilit des couches de forme ou de remblai. Augmenter le module des assises non traites Augmenter la rsistance des assises traites et des couches de roulement Permettre aux matriaux de rsister au trafic routier

Le compactage est la premire des protections contre lagression de leau. Objectif important pour la couche de roulement, vitant les dsordres sur les couches infrieures

Action du compactage Les sols et les matriaux routiers sont constitus

de solides (grains de sol, granulats, sable .) de liquide (eau, bitume, mulsion .) dair (emprisonn entre solides et liquides)

Laction du compactage se traduit par

un rapprochement des grains du sol entre eux (tassement T) une expulsion dair

T

Avant compactage Aprs compactage

Serrage des grains solides Tassements T Compactage Masses Volumiques Expulsion dair Portance

Nota : On constate Une diminution du volume V

Le poids des solides P restant identique

La masse volumique apparente = P/V

augmente

Chapitre 7 Compactage - 2 -

Loi du logarithme Laction du compactage est transmise en ralisant plusieurs passages de compacteur sur le matriau compacter. Au fur et mesure que le nombre de passes augmente, la masse volumique du matriau augmente linairement suivant la loi logarithmique de la forme :

= a log n + b

Chapitre 7 Compactage - 3 -

Loi du gradient La rpartition de la masse volumique du matriau, un tat de compactage donn, montre que la masse volumique du matriau varie avec la profondeur suivant la courbe

= f (z)

(masse volumique)

A noter que pour un objectif visant 100 % de d ref fixe en laboratoire, les derniers % sont les plus difficiles

obtenir !!!

$

64 32 16

Masse Volumique

100 % d ref

2 4 1

Epaisseur aprs

compactage

Partie infrieure de la couche

= f (z)

8

N passes Echelle Log

2.20

2.09 95 % d ref

a : pente de la droite b : ordonne lorigine : masse volumique n : nombre de passes

Z (profondeur)

Constats : Les minimums de densification se situent : en surface la partie infrieure de la couche (appele masse volumique de fond de couche)

d fc

Le compactage nest pas toujours uniforme sur toute lpaisseur de la couche compacte

Dans la recherche dun compactage optimal on va sintresser en termes de densification 3 facteurs :

d m : La masse volumique sche moyenne sur lpaisseur de la couche compacte

= f(Z) : La rpartition de la masse volumique sur lpaisseur compacte d fc : La masse volumique sche linfrieur de la couche compacte

d m (masse volumique) E

Epaisseur aprs

compactage

Z (profondeur) Fond de couche

Reprsentation relle de = f (z)

4 cm du fond

d fc Masse volumique en fond de couche (E-4cm)

Attention : Ne pas se limiter cette tude seulement !!! Comparons le compactage ralis par deux compacteurs diffrents

Une apprciation de la qualit du compactage ralis ne pourra tre correcte quen examinant ou en contrlant les 2 facteurs d m et d fc

Z (profondeur)

d = f(Z) compacteur A d = f(Z)

compacteur B

d m

d fc (A)

d fc (B)

Epaisseur aprs

compactage

Fond de couche

Bien que :

d m quivalentes d fc diffrentes

Chapitre 7 Compactage - 4 -

Les objectifs de la qualit

Le niveau de qualit du compactage dpend

Chapitre 7 Compactage - 5 -

Du rle et de la destination de la couche compacter - base - fondation - remblai - couche de forme..

Du type de matriau compacter

- grave naturelle - grave traite - enrob - sable . On fixe les valeurs de densification partir dessais

d m et d fc

Essai de laboratoire - Proctor - Duriez - Marshall - PCG

Cas des assises de chausses et de terrassements

Couche de base

Couche de fonda.

Couche de forme

Remblai

Q2 : d m 97% d fc 95%

Q3 : d m 98.5% d fc 96%

Q4 : d m 95% d fc 92%

Q1 : d m 100% d fc 98% d ref. (OPM)

Terrassements

Assisses de chausses

d ref. (OPN)

On peut observer que plus on se rapproche de la surface de la chausse, plus les exigences sur la

qualit sont svres

Adquation du compactage Cette relation prendra en compte :

Matriaux/

Matriel

la diversit des sols et des matriaux utiliss en construction routire la diversit des matriels de compactage et leur efficacit les objectifs de qualit diffrents suivant le rle de la couche compacter le niveau de la couche dans la structure de chausse

Il sera ncessaire :

Labo didentifier les caractristiques des sols et matriaux dtudier leur aptitude ou leur comportement au compactage

de connatre les compacteurs Matriel leur classification, leur efficacit, leur rendement

Schmatisation

Matriau disponible

Rle et destination de la couche

Essais de labo

d m , d fc Indice qualit

Q1, Q2, Q3, Q4

Classification G.T.R

Compacteur prconis

Tableau

dutilisation matx Choix du

compacteur

Chapitre 7 Compactage - 6 -

Dbit dun compacteur

Dlai imparti

Contrle en place d m , d fc

Composition de latelier compactage

Cadence remblaiement

Cha

pitr

e 7

C

om

pa

cta

ge

- 7 -

Les Matriels de Compactage Classification et utilisation (tude par rapport au GTR) Remarques prliminaires :

Les dfinitions et classifications ci-aprs font lobjet de normes (NF P 98-736) Les compacteurs pris en compte dans ce document ont une largeur suprieure ou gale

1.30m Les petits compacteurs (rouleaux vibrants plaques vibrantes pilonneuses) ne sont pas

considrs dans la classification GTR Seules les plaques vibrantes les plus efficaces sont intgres

Les diffrentes familles dengins considres ici sont :

Les compacteurs pneus : Pi Les compacteurs vibrants : cylindres lisses Vi

pieds dameurs VPi Les compacteurs statiques pieds dameurs : SPi Les plaques vibrantes : PQi

Les compacteurs pneus ( Pi ) Pour terrassements moyens ou pour des matriaux routiers surfacer

- i est le n de la classe, il crot avec lefficacit du compacteur

Trs mobiles ils sont utiliss pour des sols argileux sableux, les graves fines et moyennes Tout lui est autoris (terrassement, couche forme, chausse, enrob ) mais moins efficace que les vibrants Vitesse maxi 6 km/h Vitesse moyenne de travail entre 3.5 et 5 km/h Classification daprs la Charge par Roue (CR) P1 25kN < CR U 40kN P2 40kN < CR U 60kN P3 60kN < CR

Les compacteurs statiques ( pieds dameurs) Pour gros terrassements souvent tandem, parfois quip dune lame

Vitesse maxi 12 km/h Vitesse moyenne de travail 6 km/h Classification selon la charge statique moyenne par unit de largeur du ou des cylindres pieds ( M1/L)

SP1 : M1/L entre 30 et 60 kg/cm SP2 : M1/L > 60 kg/cm et < 90 kg/cm

Les plaques vibrantes (PQi) Utilisation pour petits travaux ou proximit douvrages.

PQ3 :Mg/S entre 10 et 15 kPa Classification de PQ1 PQ4 Le GTR prend en compte : PQ4 :Mg/S > 15 kPa Mg reprsente le poids de la plaque S reprsente la surface de contact plaque/sol

Chapitre 7 Compactage - 9 -

Les compacteurs statiques ( cylindre lisse) De moins en moins utiliss sauf pour le cylindrage denduits superficiels et le compactage denrobs trs minces < 4 cm. Les morphologies tandem ou tricycle sont les plus couramment rencontres.

L L

Tricycle Tandem

Les compacteurs vibrants (Vi cylindres lisses ou Vpi cylindres pieds dameurs)

Diffrentes morphologies des compacteurs vibrants :

Dsignation Description Utilisation Mono axe tract Un seul cylindre lisse ou pieds

dameurs reli un chssis avec moteur thermique pour la vibration

Remblai en forte paisseur

Automobile monocylindre

Un seul cylindre lisse ou pieds dameurs accoupl un essieu sur pneus

Assises de chausses Couches de forme Remblais

Tandem Deux cylindres vibrants relis par une articulation centrale

Assises de chausses Enrobs

Mixte vibrant-pneus Automobile monocylindre avec un train arrire de 3 ou 4 pneus

Assises de chausses Enrobs

Pratiquement pour toute utilisation : Matriaux trs flottants avec objectif lev Matriaux forte paisseur ou granulomtrie (remblais, enrochements, couches de forme ) Enrobs compacter vite (temprature) Enduit superficiel : emploi discutable

Vitesse maxi 12 km/h Vitesse moyenne de travail entre 3 et 5 km/h Classification daprs la charge statique M applique par largeur de cylindre L et daprs lamplitude de la vibration vide (NF P 98-761) Cinq classes V1 V5 avec deux sous-classes Vmi (vibrant mono-cylindre) Vti (vibrant tandem)

Vi Vpi

Chapitre 7 Compactage - 10 -

Dbit dun compacteur

Dfinition Le dbit thorique dun compacteur est la quantit horaire de matriau Q quil est capable de densifier lobjectif qualit demand exprime :

En t/h (tonne/heure) pour les chausses et enrobs En m3/h (m3/heure) pour les terrassements

Chapitre 7 Compactage - 11 -

Commentaires

Q : quantit de matriau compacter (m3) ou (T) L : largeur du compactage (m) V : vitesse du compacteur (m/h) e : paisseur de matriau aprs compactage d: masse volumique apparente aprs n passes (t/m3=N : nombre de passes ncessaires pour atteindre d (objectif qualit)

L . V . e . d Q = -------------------- N

On serait tenter pour augmenter le dbit dun compacteur daugmenter la vitesse et lpaisseur de matriau mais lefficacit de densification en profondeur diminue avec la vitesse et lpaisseur

64 32 16

N passes Echelle Log

1 4 2 8

Objectif Q2

2 km/h

4 km/h

6 km/h

Taux de compactage Fond de couche %

Matriaux : grave 0/20 concasse Epaisseur : 30 cm Compacteur : VM2

90

95

100 Influence de la vitesse sur la masse volumique fond de couche d fc

Les diffrents coefficients k1 et k2 LC

LL

L

Dfinition de K2

Coefficient de rendement Dbit pratique

K1 : de 0.5 0.8 suivant chantier (manuvres, arrts, encombrement )K2 : = LC a.L a: nombre de largeur de compacteur pour

balayer la largeur compacter arrondi au suprieur

LC : largeur de chausse compacter L : largeur du compacteur Nota : K2 rarement pour terrassement, plutt

pour chausse

Les diffrents paramtres pour le dbit des compacteurs

Schmatisation

Tonnage rel compact (t/h)

L . V . e . d Q = -------------------- x K1 x K2

Dbit pratique

Volume rel compact (m3/h)

L . V . e Q = -------------------- x K1 x K2 N N

Chapitre 7 Compactage - 12 -

Mthode pratique pour les remblais et les couches de forme (GTR) Le GTR (Guide des Terrassements Routiers) dite des tableaux permettant de dterminer les dbits des compacteurs en fonction de leur classe et de la nature des matriaux Les paramtres auxiliaires

Le nombre de passe n et le nombre dapplications de charge N Une passe est par dfinition un aller et retour de compacteur La valeur N indique dans les tableaux est le nombre dapplications de charge La valeur N correspond au rapport de e / (Q/S) arrondi lentier suprieur.

Dfinition de la largeur de compactage L Elle correspond la largeur compacte et est illustre ci-dessous L L L L/2 L/2

Chapitre 7 Compactage - 13 -

N/n = 1 N/n = 2 N/n = 1 N/n = 2

VMi VTi Pi SPTi

Le dbit par unit de largeur de compactage Q/L Il correspond au dbit thorique (avant application du coefficient de rendement K1) Q/L m3/h

Q/S m V km/h

Q/L = 1000 x (Q/S) x V La valeur fournie est indicative pour des matriaux moyens et une utilisation de matriel dans des conditions normales. Q/L est recalculer si les conditions dutilisation sont diffrentes de celles du tableau (vitesse par exemple ) Elle permet de prvoir le dbit pratique attendu pour un compacteur donn par :

Qprat = k x (Q/L) x L x N/n

Etude de cas : Dossier Rectification de Virages Nous allons tudier le remblai de zone R1 du dossier Rectification de Virages tudi en projet. Rappels des donnes (CF corrig : Mouvement des terres, structures de chausse) Quantit de matriau remblayer : 44 840 m3 (hors bretelle du Bief) Nature du remblai (CCTP) : R61, R62 ou C2 B5 Couche de forme : 50 cm tout venant 0/200 provenant du R6 de D1 Compactage par couches de 30 cm Hypothses Lentreprise dispose de trois types de compacteurs DYNAPAC dans son parc matriel

Type Largeur de travail Classement Masse CA 152D 1.676 m VM2 7.300 t CA 252D 2.130 m VM2 10.050 t CA 302D 2.130 m VM3 12.500 t Valeurs issues de

la documentation technique ( disposition dans la salle) du site Internet DYNAPAC adresse dynapac.com ( disposition salle chef de travaux)

Pour traiter lexemple de la zone R1 du dossier, nous partirons sur la base que lentreprise utilise le compacteur CA 302D pour un matriau R61. (rendement k = 0.7)

Analyse du tableau de compactage pour lutilisation du matriau en remblai R61 (cf page96 du GTR)

Extrait du tableau correspondant notre cas (R61 / VM3)

Chapitre 7 Compactage - 14 -

Remarques Valeur constante (en m) quelque soit le choix dpaisseur Valeurs extrmes en relation avec V Colonne de droite e leve V faible Colonne de gauche dbit maximal avec V leve et e fixe 0.30 m Nombre dapplication de charges (= arrondi > de e rel / (Q/S) si e = 0.40 m N = 0.40/0.09 = 4.44 soit 5 Et V = V x e (colonne droite) / e (chantier) Soit (2 x 0.55) / 0.40 = 2.75 km/h Dbit par mtre de largeur Q/L = 1000 x V x (Q/S)

Q/S

Energie de compactage moyenne

e V

0.30

3.5

0.55 2

N 4 7

Q/L 315 180

Dbit pratique Qprat = k x (Q/L) x L x (N/n)

0.09

V3

Pour le remblai R1 Qprat = k x (Q/L) x L x (N/n) Avec : k = 0.7 Q/L = 315 L = 2.13 Qprat = 0.7 x 315 x 2.13 x 1 = 470 m3/h N/n = 1 On peut ainsi valuer le nombre de compacteurs ncessaires connaissant soit :

la cadence de chantier (dbit de remblayage) la cadence de lusine de traitement tout en tenant compte du dlai imparti

En R1 : 44840 m3 soit avec un seul compacteur un dlai de 4 4840 / (470 x 8) = 12 jours