LC 22-003

MÉTHODE D’ESSAI

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2008 12 15Date

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SECTEUR – SOLS ET FONDATIONS 2

DÉTERMINATION DE LA COMPACITÉ DES SOLS ET DES MATÉRIAUX GRANULAIRES À L’AIDE D’UN

NUCLÉODENSIMÈTRE

1. ObjetLa présente méthode d’essai vise à déterminer la masse volumique in situ des sols et des

matériaux granulaires à l’aide d’un appareil nucléodensimètre utilisé en mode de lecture en transmission directe.

2. RéférencesLa présente méthode d’essai renvoie à l’édition la plus récente des documents suivants :

NORMES :

BUREAU DE NORMALISATION DU QUÉBEC (BNQ)

CAN/BNQ 2501–255 « Sols – Détermination de la relation teneur en eau – masse volumique – Essai avec énergie de compactage modifi ée (2700 kN•m/m³).

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM)

ASTM D 2922–01 « Standard Test Methods for Density of Soil land Soil-Agregate in Place by Nuclear Method (Shallow Depth) ».

ASTM D 3017–01 « Standard Test Method for Water Content of Soil land Rock in Place by Nuclear Method (Shallow Depth) ».

AUTRES DOCUMENTS :

Manuel d’utilisation du fabricant du nucléodensimètre.

MINISTÈRE DES TRANSPORTS DU QUÉBEC

LC 22–001 « Détermination de la masse volumique maximale d’un matériau granulaire au moyen d’une planche de référence ».

LC 22–002 « Détermination du facteur de correction de la teneur en eau des sols et des matériaux granulaires à l’aide d’un nucléodensimètre ».

3. Défi nitionsLes défi nitions suivantes s’appliquent à la présente méthode d’essai :

NucléodensimètreAppareil de mesure de la masse volumique et de la teneur en eau des sols et des matériaux granulaires, par pénétration de rayons gamma et de neutrons.

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Mode de lecture en transmission directeMode de lecture où la source est introduite à la profondeur désirée sous la surface du matériau à ausculter. Le rayonnement circulera alors au travers du matériau, depuis la source jusqu'à un détecteur situé à la base de l’appareil.

Compte standard journalierLecture de la masse volumique d’un matériau de référence (bloc de référence fourni avec l’appareil) afi n d’ajuster l’appareil à la décroissance de la source radioactive.

Facteur de correction (facteur K)Valeur acquise en comparant les lectures de la teneur en eau obtenues avec l’appareil nucléo-densimètre et la teneur en eau déterminée par séchage en laboratoire sur les échantillons prélevés. Cette valeur, utilisée selon la procédure du fabricant, sert à corriger les lectures obte-nues à l’aide de l’appareil nucléodensimètre pour tenir compte de la teneur en eau naturelle des matériaux.

4. Principe de l’essaiLa masse volumique et la teneur en eau des sols ou des matériaux sont déterminés in situ

à l’aide d’un nucléodensimètre. La valeur de masse volumique obtenue est corrigée pour tenir compte du % de pierres contenues dans le matériau, si nécessaire, et la valeur de la teneur en eau est corrigée pour tenir compte de la teneur en eau naturelle du sol ou du matériau.

Le degré de compacité du sol ou du matériau ausculté est calculé en comparant la masse volumique mesurée à la masse volumique maximale obtenue par un essai de détermination de la relation teneur en eau-masse volumique ou par une planche de référence.

5. Appareillage

5.1 NucléodensimètreLe nucléodensimètre utilisé doit être conçu pour déterminer une masse volumique sèche

d’un sol ou d’un matériau en place. Il doit être étalonné selon les procédures défi nies dans la norme ASTM D 2922–01 « Standard Test Methods for Density of Soil and Soil-Agregate in Place by Nuclear Method (Shallow Depth) » et D 3017–01 « Standard Test Method for Water Content of Soil and Rock in Place by Nuclear Method (Shallow Depth) ».

5.2 Plaque guide et foretAccessoires fournis avec l’appareil servant à préparer une surface plane et régulière et à

perforer le matériau à ausculter.

5.3 Bloc de référenceLe bloc de référence est constitué d’un matériau uniforme dont la masse volumique est

connue et qui sert à effectuer le compte standard journalier. Il est fourni par le fabricant avec le nucléodensimètre.

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6. Mode opératoire6.1 Réaliser selon la procédure du fabricant un compte standard journalier dans l’environnement

où seront réalisés les essais. Si les essais sont réalisés à l’intérieur d’une tranchée et que la tige porte-source de l’appareil est située à une distance inférieure à 30 cm d’une des deux parois verticales, un compte standard doit être réalisé dans la tranchée, à la même distance de la paroi où les essais seront effectués.

Lorsqu’on prend les lectures avec un nucléodensimètre, il faut s’assurer qu’aucune autre source radioactive (y inclus un autre nucléodensimètre) se trouve à moins de 10 m de l’appareil.

6.2 Pour les sols et chaque type de matériau dont la masse volumique doit être contrôlée sur le chantier, et pour chaque appareil, établir le facteur de correction de la teneur en eau (facteur K) selon les spécifi cations de la méthode d’essai LC 22–002 « Détermination du facteur de correction de la teneur en eau des sols et des matériaux granulaires mesurée à l’aide d’un nucléodensimètre ». Appliquer ce facteur selon la méthode prescrite par le fabricant du nucléodensimètre.

6.3 À chaque endroit localisé, enlever tout matériau lâche, sec et remanié de façon à exposer parfaitement la surface du matériau soumis à l’essai. À l’aide de la plaque guide, préparer une surface plane et régulière de dimension suffi sante pour y déposer le nucléodensimè-tre. Aucun vide restant sous la semelle du nucléodensimètre ne doit dépasser 3 mm. Des particules fi nes du matériau de même nature doivent être utilisées pour combler les vides. L’épaisseur de cet ajout de matériau ne doit pas dépasser 3 mm. L’utilisation d’un tamis de 5 mm peut faciliter la préparation des particules fi nes servant à combler ces vides.

6.4 Forer un trou dans le matériau à l’aide de la plaque guide et du foret. La profondeur du trou doit être supérieure d’au moins 5 cm à celle de la prise de la mesure. Pour éviter que le foret bloque dans le matériau, le tourner régulièrement lors de son enfoncement et de son retrait.

6.5 Incliner suffi samment l’appareil afi n de positionner la tige à la profondeur correspondant approximativement aux 2/3 de l’épaisseur du matériau à ausculter.

6.6 Insérer la tige dans le trou. La semelle de l’appareil doit entièrement être appuyée sur la surface du matériau soumise à l’essai et la tige source doit être adossée sur la paroi du trou du côté des détecteurs. Lorsqu’on prend les lectures avec un nucléodensimètre, il faut s’assurer qu’aucune autre source radioactive (incluant un autre nucléodensimètre) se trouve à moins de 10 m de l’appareil.

6.7 Sans bouger l’appareil, effectuer en mode transmission directe 3 mesures de 15 secondes. Noter à chaque mesure les valeurs de la masse volumique humide, de la teneur en eau et de la masse volumique sèche du matériau ausculté. Pour calculer le degré de compacité, ne considérer que la valeur médiane de la masse volumique sèche.

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7. Calculs et expression des résultats

7.1 Détermination de la masse volumique maximale sèche corrigée en fonction de la variation du % de pierres

Il est parfois nécessaire de corriger la masse volumique maximale sèche déterminée soit en laboratoire à partir de la relation teneur en eau-masse volumique, soit sur le chantier au moyen d’une planche de référence, lorsque le pourcentage de pierres (% retenu sur le tamis de 5 mm) du sol ou du matériau est variable.

La méthode de calcul ne s’applique pas lorsque plus de 50 % des particules sont retenues sur le tamis de 5 mm, ou lorsque la variation du pourcentage de pierres dépasse 5 % entre le matériau de référence (matériau ayant été utilisé pour les essais en laboratoire ou pour l’essai de la planche de référence) et le matériau ausculté sur le chantier.

La masse volumique corrigée MVc du sol ou du matériau à 0 % de pierre est calculée avec l’équation suivante :

MVc =

MVmax - (9 x Pr x D) x 100

(100 - Pr)

où

MVc = masse volumique corrigée à 0 % pierres (kg/m³);

MVmax = masse volumique maximale sèche déterminée soit à partir de l’essai de labo-ratoire, soit au moyen de la planche de référence (kg/m³);

Pr = pourcentage de pierres ou % retenu sur le tamis de 5 mm du matériau de réfé-rence ayant été utilisé pour l’essai de laboratoire de détermination de la relation teneur en eau-masse volumique ou pour l’essai de la planche de référence;

D = densité brute de la pierre ou du gros granulat retenu sur le tamis de 5 mm.

Un facteur de correction Fc est calculé pour ensuite déterminer la masse volumique maximale sèche MV à atteindre pour le matériau ausculté sur le chantier en fonction du pourcentage de pierres du matériau ausculté :

Fc =

MVmax - MVc

Pr

MV = (Fc x P) + MVc

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où

MV = masse volumique maximale sèche à atteindre sur le chantier calculée selon le % pierres du matériau ausculté (kg/m³);

Fc = facteur de correction;

MVc = masse volumique corrigée à 0 % pierres (kg/m³);

P = pourcentage de pierres ou % retenu sur le tamis de 5 mm du matériau ausculté sur le chantier;

D = densité brute de la pierre ou du gros granulat retenu sur le tamis de 5 mm.

7.2 Détermination du degré de compacitéLe degré de compacité du matériau ausculté est le rapport entre la masse volumique sèche

mesurée sur le chantier et la masse volumique maximale sèche mesurée en laboratoire par l’essai de détermination de la relation teneur en eau-masse volumique ou sur le chantier par l’essai de la planche de référence :

% COMPACITÉ = MVs x 100 MVmax

où

MVs = masse volumique sèche du matériau ausculté mesurée sur le chantier (kg/m³);

MVmax = masse volumique maximale sèche déterminée soit à partir de l’essai de labo-ratoire, soit au moyen de la planche de référence (kg/m³).

Dans le cas où la méthode de correction de la masse volumique est appliquée en fonction du pourcentage de pierres du matériau ausculté sur le chantier, le degré de compacité du matériau ausculté est le rapport entre la masse volumique sèche mesurée sur le chantier et la masse volumique maximale sèche à atteindre calculée selon le pourcentage de pierres du matériau ausculté tel qu’il est défi ni à l’article 7.1 :

% COMPACITÉ = MVs x 100 MV

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où

MVs = masse volumique sèche du matériau ausculté mesurée sur le chantier (kg/m³);

MV = masse volumique maximale sèche à atteindre sur le chantier calculée selon le % pierres du matériau ausculté (kg/m³).

8. Procès-verbalLe procès-verbal de l’essai doit contenir les renseignements suivants :

a) le numéro du contrat;

b) le numéro de la route;

c) la municipalité;

d) la marque, le modèle et le numéro de série de l’appareil;

e) le nom de la source du matériau ausculté;

f) le type de matériau ausculté;

g) l’usage du matériau ausculté;

h) le degré de compacité exigé;

i) le chaînage et la distance à partir de la ligne de centre;

j) la masse volumique maximale sèche à atteindre;

k) la teneur eau optimale;

l) le % de pierres du matériau de référence;

m) la masse volumique maximale à 0 % de pierres;

n) le facteur de correction;

o) la date de l’essai sur le chantier;

p) la masse volumique humide du matériau ausculté;

q) la teneur en eau du matériau ausculté;

r) la masse volumique sèche du matériau ausculté;

s) le % de pierres du matériau ausculté, si nécessaire;

t) la masse volumique maximale sèche corrigée, si nécessaire;

u) le degré de compacité obtenu.

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9. ApprobationLa présente méthode d’essai a été approuvée conjointement par le responsable du Secteur

sols, fondations et granulats du Service des matériaux d’infrastructures et un technicien spé-cialiste du Service des chaussées, tous deux de la Direction du laboratoire des chaussées.

Claude Robert, ing., M. Sc. Yves Robitaille, t.t.p.s.

Service des matériaux d’infrastructures Service des chaussées

Signature Signature

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