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Gouvernement du Québec Ministère des Transports Laboratoire central
PRÉPARÉ PAR
GUY DALLAIRE, INC.
C A N Q T R G E SM 1 9 0
Complexe scientifique, 2700, rue Einstein, Sainte-Foy, QC G1P 3W8 Tél.: (418) 643-3178 • Télécopieur (Fax) (418) 646-6692
3 3 m Gouvernement du Québec Ministère des Transports Laboratoire central
PRÉPARÉ PAR
GUY DALLAIRE/ IMG.
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MINISTERE DES TRANSPORTS C E N T R E D E D O C U M E N T A T I O N
200, Rue Dorchestér s ud, 7e p t j é b e c , (Québec),
G 1 K 5Z1
Complexe scientifique, 2700, rue Einstein, Sainte-Foy, QC G1P 3W8 Tél.: (418) 643-3178 • Télécopieur (Fax) (418) 646-6692
SOMMAIRE PAGE
INTRODUCTION 4
CHAPITRE 1 Sollicitations mécaniques 5
1.1 Usure par attrition en présence d'eau 5
1.1.1 Fondations 5 1.1.2 Revêtements 5
1.1.3 Essai d'usure par attrition 8
1.2 Friabilité 9
1.2.1 Fondations 9 1.2.2 Revêtements 11
1.2.3 L'essai de friabilité 12
CHAPITRE 2 Essais et analyses des résultats 13
2.1 Provenance des matériaux étudiés 13
2.2 Essais et analyses des résultats 15
2.2.1 Essai de durabilité MgSO^ ....... 17 2.2.2 Essai de friabilité, résultats et discussion 18 2.2.3 Essai d'attrition, résultats et discussion 20
2.2.3.1 Granulats calcaires . .' 22 2.2.3.2 Roches vertes 22 2.2.3.3 Salle alluvionnaire 23 2.2.3.4 Considérations générales de l'essai d'attrition 24
2.2.4 Essai de densité et d'absorption 24 2.2.5 Étude de corrélations 25 2.2.5.1 Expression des résultats de l'essai Micro Deval 25 2.2.5.2 Corrélations entre les essais 26
2.3 Hypothèse de classement de qualité 28
CHAPITRE 3 Mise en évidence de la mauvaise qualité de granulats fins 31
3.1 St-Ferdinand d'Halifax Route 265 Détérioration précoce d'une chaussée 31
3.2 Concassage et amélioration de la qualité d'un gravier non conforme 33
4.0 Conclusion et recommandations 35
5.0 Références 38
6.0 Remerciements 39
PAGE
Figure lA Micro Deval 40 Prise d'essai 5 mm - 80 /xm Relation entre les pourcentages passant les tamis 160 nm et 80 ^m
Figure IB Micro Devàl 41 Prise d'essai 5 mm - 160 nm Relation entre les pourcentages passant les tamis 160 /xm et 80 /xm
Figure IC Micro Deval 42 Relation entre les pourcentages passant les tamis 5 mm - 160 nm et 5 mm - 80 /xm
Figure 2 Micro Deval et friabilité (N = 18) 43
Figure 2B Granulats fins de calcaire, Micro Deval et friabilité (N = 11) 44
Figure 3 Granulat fins de calcaire, friabilité et pertes à l'essai MgSo^ 45
Annexe A Provenance des matériaux étudiés 46
Annexe B Gravier - Gros granulats non conformes -Devis de traitement d'élimination de particules nuisibles produites par con-cassage 49
Annexe Granulats fins - Détermination du coeffi-• cient d'usure par attrition à l'aide de
l'appareil Micro Deval 53
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 5
INTRODUCTION
La portion de granulat passant le tamis 5 mm - appelée aussi granulat fin - entre
pour 25 à 100% dans la composition des différentes couches d'une structure
routière. Elle constitue un matériau essentiel. Dans une chaussée, la stabilité
et la durée sont prioritaires qu'il s'agisse d'enrobés, de matériaux de fondation
traitées ou non. Suivant l'usage que l'on veut en faire, des caractéristiques
doivent être imposées : angularité, rugosité de surface, granulométrie, propreté
... Celles-ci sont utiles, mais insuffisantes pour décrire des matériaux de
viabilité. Pour ce faire, des spécifications doivent porter tout
particulièrement sur la friabilité et l'attrition pour la bonne tenue d'une
route.
Une fois définie, grâce à des essais de laboratoire, les propriétés du granulat
fin devront être maintenues pour que le matériau «composite» dont il constitue
une partie importante, conserve ses particularités.
L'objet de ce travail est de souligner l'importance de la résistance mécanique
du granulat fin et de suggérer des moyens de traitement d'une source pour garder
les bonnes propriétés initiales ou pour améliorer une qualité marginale de la
partie sable d'un gravier.
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 6
1.0 SOLLICITATIONS MÉCANIQUES
Quelle que soit leur position dans une structure de chaussée, les granulats (gros
ou fins) doivent résister, lors de la construction ou la vie durant, aux
sollicitations par attrition et par chocs.
1.1 Usure par attrition en présence d'eau
1.1.1 Fondations
Dans les fondations, les matériaux subissent, au passage de
véhicules lourds durant la construction et en présence d'eau, des
contraintes et souvent des déplacements relatifs. Il y a des effets
de coincement de fragments qui se traduisent par un certain nombre
de contacts où se manifestent des efforts qui peuvent conduire à
l'écrasement des arêtes (attrition). Les frottements amènent une
usure par formation de petites particules.
Parmi nos sources les plus exploitées, on peut ranger en deux
principales catégories, les matériaux dégradables :
Les calcaires tendres, les calcaires schisteux
Ils sont souvent caractérisés par une hétérogénéité des
fragments individuels : microfissures, fossiles, grains de
différentes grosseurs, microlits de shales, porosités. Cette
hétérogénéité et la dureté insuffisante du granulat expliquent
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 7
surtout cette dégradation qui fait que, en présence d'eau le
matériau ne résiste pas au frottement dû au trafic;
les schistes :
dans les Appalaches, le gros granulat de gravier libère par
concassage des particules de schistes à séricite dur et mou,
de pelites de différentes duretés. Ces matériaux sont
dégradables parce qu'ils contiennent des minéraux feuilletés
doux, onctueux. En présence d'eau, ils constituent un
lubrifiant facilitant, lors de la compaction, un déplacement
et un tassement des grains. L'aptitude des minéraux micacés
à récupérer de l'eau s'accompagne de gonflements importants et
de pertes de la résistance mécanique. Les minéraux libérés
par attrition forment avec l'eau une boue composée de minéraux
d'altération ou de-minéraux phylliteux. Sous l'action des
intempéries, les fondations peuvent se dégrader rapidement en
fabriquant des fines hydrophiles plastiques gonflantes et
conséquemment deviennent plus imperméables, gélives et de
portance réduite.
1.1.2 Revêtements
L'action du trafic engendre, en présence d'eau, une usure qui
peut émousser les arêtes et diminuer ainsi l'angularité
initiale de la partie grossière d'un granulat fin.
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 8
En outre, certains fragments dont les constituants sont mal
soudés : grès à ciment pélitique, agglomérats de minéraux
phylliteux...peuvent être la cause de mini-dislocations ou de
mini-glissements sous l'action d'une circulation lourde.
En technique routière, l'eau joue un rôle très important dans
les phénomènes d'usure pour plusieurs minéraux, aussi
l'évolution peut être très grande. Puisque sur les surfaces
de revêtements l'eau est très souvent présente, le processus
d'usure par frottement en présence d'eau sous l'action de
poussières doit être pris en considération.
La présence de minéraux du type phyllosilicate-micas est un
élément de faiblesse pour le granulat. Quand ils sont
dominants, la résistance des fragments est faible et la
sensibilité à l'eau est accusée. Ce type de matériau peut
être une cause importante de l'usure du pavage. Leur facilité
à produire par concassage, dans le granulat fin, des
paillettes micacées, des paquets phylitteux ne peuvent assurer
une qualité suffisante de cohésion des éléments. Les mini-
plans de glissement qu'ils provoquent peuvent contribuer à
l'instabilité d'un revêtement.
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 8
Le ciment pélitique des grès est sensible à l'eau et ne peut
empêcher les dislocations, par contre le ciment microsiliceux
des grès et quartzites assurent une bonne cohésion.
Le quartz qui compose la majorité de nos sables, apporte une
bonne résistance à l'attrition.
1.1.3 Essai d'usure par attrition du granulat fin
L'essai élaboré par le ministère des Transports de l'Ontario
est celui le mieux adapté actuellement pour informer de
l'aptitude d'un granulat fin à se transformer dans la chaussée
sous l'action mécanique des véhicules. Il est un dérivé de
l'essai français »N-P 18-572 - Essai d'usure micro Deval». La
prise d'essai est de 500 grammes de matériau saturé dans l'eau
durant 24 heures et ensuite introduite avec 750 ml d'eau et
1250 grammes de billes d'acier de 9.5 mm ± 0.5 dans la jarre
cylindrique. La période de rotation est de 15 minutes. Pour
cette étude, les calculs de particules passant les tamis 160
et 80 Miti ont été établis. Pour l'essai ontarien le
pourcentage de particules passant le tamis 80 /xm exprime la
perte par attrition.
Le granulat est également immergé dans l'eau durant 24 heures.
L'eau pénètre par le jeu des minéraux hydrophiles situés dans
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 10
les plans de discontinuités, lesquels constituent des zones de
faiblesse. Celles-ci, combinées avec des matériaux tendres et
altérables, affaiblissent la résistance à Tattrition. Une
charge abrasive élevée assure l'usure des grains les uns
contre les autres et contre les parois du contenant
cylindrique. Pour des pertes supérieures à 30%, passant le
tamis 160, nous avons noté que l'action de l'équipement lourd
(camion, pilier mécanique ...) et de l'outil 1 âge de compactage
provoquaient des changements granulométriques prononcées du
granulat fin.
1.2 Friabilité
1.2.1 Fondations
Pour les fondations de routes, la fragmentation est un
phénomène toujours présent. La susceptibilité d'un fragment de
se réduire en des éléments de toutes dimensions est considérée
comme un facteur important pour la durabilité d'une chaussée.
L'écrasement des matériaux peut amener une modification de la
courbe granulométrique et changer les priorités initiales
désirées. Cela peut devenir critique si ces écrasements
produisent beaucoup de matériaux fins et très fins.
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 10
Les granulats montrant des micro-fissures, microlits et de la
porosité peuvent ne pas résister à des efforts de compression
et de cisaillement ou de charges répétées.
Cette faible résistance est également possible pour des roches
à texture grossière car leurs fissures ont parfois des
longueurs qui voisinent la taille des cristaux. Le produit du
concassage d'une source de matériau meuble peut améliorer la
qualité du gros granulat mais par contre aussi diminuer
sensiblement les propriétés de la partie sable du dépôt. Nous
n'avons pas pris en considération par l'analyse
pétrographique, de la partie grossière du banc, des éléments
défectueux et nocifs qui peuvent aboutir dans la fraction
inférieure à 10 mm:--
calcaire cristallin,
schiste ardoisier
certaines brèches volcaniques
grès de faible dureté
micro grès argileux
particules agglomérées
granité fragile
certaines pegmatites
Que ce soit pour fondation inférieure ou supérieure, le
granulat fin doit, comme le gros granulat, être l'objet de
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS H
spécifications pour réduire les inconvénients de la
friabilité. Celle-ci peut nuire passablement lors de la
construction de route en raison du passage de l'équipement
lourd et de l'outillage de compactage. Le trafic lourd et
intense d'une autoroute nécessite des matériaux durables. Les
fondations d'une route subissent des chocs violents si la
chaussée est soumise à une circulation rapide des poids lourds
tels que tracteurs, semi-remorques de 50,000 kg, de trains
routiers à 9 essieux d'une masse totale de 60,000 kg. Des
spécifications doivent donc être imposées pour réduire ce type
de sollicitations.
1.2.2 Revêtements
La couche de roulement, et de façon moindre, la couche de
base, subissent des chocs par 1'intermédiaire des roues. La
charge à l'essieu, la pression de gonflage et l'utilisation de
pneus à crampons sont avec la vitesse des éléments
destructeurs importants.
Le granulat fin constitue avec le liant (et le filler)
l'ossature du mélange bitumineux comme tel face au trafic
lourd, lent et intense, il doit être apte à résister à de
fortes pressions sans s'écraser. Dans les zones de freinage,
d'accélération et de virage, il est soumis à des
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 12
sollicitations complexes comportant des contraintes
(compression et cisaillement) qui croissent puis s'annulent
rapidement. Il subit des chocs violents provoqués par la
circulation rapide de poids lourds (trains routiers de plus 50
tonnes, camions porteurs avec remorque). La fragmentation est
importante dans le cas de pneus à crampons. Requirand cite
l'exemple du passage d'un million de véhicules de tourisme,
équipés de ces pneus sur quatre roues, qui ont arraché 50
tonnes de matériaux au kilomètre. Il est certain qu'une
partie de ces matériaux concerne le granulat fin qui compose
une fraction importante de la couche de roulement observée.
• Comparativement aux fondations non traitées, l'utilisation du
bitume limite les mouvements relatifs des fragments mais sans
les supprimer. Jusqu'où devrons-nous accepter des particules
friables, tendres ou altérées dans des couches bitumineuses de
base de surface ?
1.2.3 L'essai de friabilité
L'essai de friabilité NQ 2560-080 nous permet de sélectionner
des matériaux de meilleure viabilité pour contrer les
dégradations précitées. Dans cet essai, la fraction 5-160 est
soumise dans un cylindre micro Deval, à une action de
fragmentation et surtout de pression élevée au moyen de billes
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 13
d'acier beaucoup plus grande (6 à 100 fois) que les particules
de la prise d'essai. Cet essai classe les granulats fins
suivant leur résistance à la rupture aux chocs en présence
d'eau.
2.0 ESSAIS ET ANALYSE DES RÉSULTATS
2.1 Provenance des matériaux étudiés
La priorité de l'échantillonnage a été donnée aux granulats
provenant des carrières de l'unité géologique des Basses
Terres du Saint-Laurent car celle-ci est la plus circulée et
la plus habitée. Les calcaires sont exploitées dans plus de
trente carrières et-représentent au moins 60% de la production
des granulats au Québec. Leur qualité varie selon les unités
exploitées et le nombre d'opérations de concassage subies.
Nous avons prélevé volontairement certains échantillons dans
le produit du concassage primaire alors que d'autres ont été
sélectionnés dans des réserves du concassage tertiaire. Ceci
avait pour but d'obtenir une étendue significative de valeurs
qui nous permettra, comme on le verra, de mieux évaluer des
granulats de qualité extrême. Onze (11) des dix-huit (18)
sources échantillonnées font partie de cette unité des Basses
Terres du Saint-Laurent. L'annexe (A) indique les lieux de
prélèvements.
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 14
Un échantillon de sable de pierre représentatif des dépôts
exploités dans le Plateau Laurentien a été retenu pour notre
étude. Dans cette unité géologique, le grain de quartz est
abondant. On sait que, règle générale, les différents
processus qui conduisent de la roche massive (ici largement de
composition granitique) aux sables sont suffisamment agressifs
vis-à-vis des minéraux pour que seuls subissent les plus
résistants; c'est ainsi que les formations sableuses de cette
unité géologique sont constituées de quartz, minéral reconnu
comme très résistant. Monsieur G. Chevassu (1969) mentionne
que la présence en abondance de ce minéral dans le gros
granulat est presque toujours favorable à l'obtention d'un bon
résultat Deval humide à condition qu'il joue un rôle actif.
Il est donc possible de trouver dans ces sables quartzeux des
bonnes résistances à l'attrition et à l'altération.
Dans les Appalaches, cinq (5) carrières déservant les régions
des villes de Sherbrooke et Québec ont été échantillonnées.
L'exploitation de trois d'entre elles se situe dans les
formations sédimentaires de grès. Nous avons identifié dans
ces formations: des wackes feldspathiques, des arkoses, des
quartzites, des grauwackes ... Les deux autres carrières
exploitent des larges bandes de roches vertes, de schistes à
chlorite et à séricite, de schistes quartzo-feldspathiques et
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 15
de roches carbonatées. La criblure de ces deux sources
contiennent ces constituants avec des éléments durs, mous,
feuilletés, doux et sensibles à l'eau.
2.2 Essais et analyse des résultats
Pour caractériser les propriétés des 18 sources
échantillonnées, les essais suivants ont été effectués:
Essai de friabilité NQ 2560-080
. - Essai de densité et absorption NQ 2560-150 pour fin de
comparaison, la prise d'essai es\; exempte d'éléments
inférieurs à 80 /im
Essai de durabilité à la désagrégation par une solution
de sulfate de magnésium NQ 2560-450
Essai d'attrition « Résistance of fine aggregate to
dégradation by abrasion in the micro Deval apparatus -
Method LS 629 - Ontario Ministry of Transport, 1201
Wilson Ave, Downsview, Ontario, M3M 1J8
Un essai doit étaler largement des valeurs qu'il fournit. S'il
donne des résultats voisins à des matériaux ayant des
comportements très différents, il n'est évidemment pas bon.
Les essais de friabilité, d'attrition sont plus
discriminatoires que l'essai MgSo^. Les résultats sont
présentés au tableau 1. Les intervalles obtenus sont
successivement 48,5, 27,2 et 22,6.
o >
T A B L E A U 1 - R É S U L T A T S D E S E S S A I S
É C H A N T 1 N A T U R E M . D . E . F R I A B . A B S . D E N S . M g S o 4 M O D . F I N .
% P 1 6 0 % P 8 0 % F R A C T I O N 5 - 8 0 %
A P - 0 4 5 C a l c a i r e 1 2 . 8 1 2 . 5 2 9 . 1 1 . 1 4 2 . 6 4 8 . 2 4 . 1 3
A P - 0 4 6 C a l c a i r e 2 1 . 6 1 9 . 0 3 3 . 0 0 . 6 3 2 . 6 7 5 . 3 3 . 7 7
A P - 0 6 4 C a l c a i r e 2 4 . 6 2 0 . 0 3 7 . 9 0 . 3 9 2 . 6 8 4 . 3 3 . 0 7
A P - 0 7 2 C a l c a i r e 2 9 . 5 2 6 . 0 4 3 . 9 1 . 0 8 2 . 6 6 1 8 . 7 2 . 9 6
1 A P - 0 7 0 C a l c a i r e 3 5 . 0 2 6 . 2 4 7 . 4 0 . 9 2 2 . 6 8 1 2 .8 2 . 7 1
1 A P - 0 6 9 C a l c a i r e 3 7 . 3 2 9 . 2 4 9 . 9 0 . 6 4 2 . 6 9 1 3 . 0 2 . 7 8
1 A P - 0 6 8 C a l c a i r e 3 5 . 5 2 9 . 2 5,0.5 0 . 6 2 2 . 6 7 8 . 6 2 . 8 0
A P - 0 4 4 C a l c a i r e 3 0 . 7 2 8 . 8 5 6 . 7 1 . 6 3 2 . 6 1 2 2 . 5 3 . 2 5
1 A P - 0 6 5 C a l c a i r e 3 7 . 8 3 6 . 1 6 2 . 7 1 . 3 2 2 . 6 3 2 4 . 9 3 . 4 4
1 A P - 0 7 4 D o l o r a i e 1 6 . 7 1 6 . 5 3 6 . 8 0 . 6 9 2 . 7 9 3 . 6 3 . 2 4
1 A P - 0 7 8 D o l o m i e 1 6 . 5 1 5 . 9 3 8 . 4 0 . 8 6 2 . 7 6 5 . 4 B . 3 4
1 A P - 0 5 6 G r è s 2 3 . 9 1 4 . 1 2 7 . 0 0 . 6 1 2 . 6 6 4 . 6 3 . 9 1
1 A P - 0 5 5 G r è s 2 9 . 2 1 7 . 7 2 8 . 0 0 . 9 0 2 . 6 7 2 1 . 0 3 . 3 7
A P - 0 5 4 G r è s 3 0 . 8 1 8 . 1 2 9 . 3 0 . 9 0 2 . 6 7 1 4 . 3 3 . 2 9
A P - 0 5 9 R o c h e v e r t e 3 5 . 1 1 2 8 . 0 5 1 . 7 0 . 6 1 2 . 6 6 4 . 3 3 . 2 3
A P - 0 5 8 R o c h e v e r t e 4 0 . 0 1 3 4 . 8 5 8 . 4 0 . 7 6 2 . 8 1 4 . 1 3 . 1 5
i A P - 0 5 0 C o r n è e n n e s 1 0 . 7 1 8 . 1 1 4 . 2 0 . 3 9 2 . 7 8 2 . 3 3 . 6 4
1 A P - 0 7 6 S a b l e g r a n i t i q u e 2 1 . 7 1 1 2 . 5 2 4 . 3 0 . 2 4 2 . 7 3 2 . 5 2 . 9 8
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CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 17
2.2.1 Essai de durabilité MgSo^
Traditionnellement, cet essai a servi de repère de la qualité
de durabilité des granulats. Les corrélations empiriques entre
les résultats et les propriétés des granulats sont
contradictoires et non concluants. Le terme "durabilité" est
inapproprié aux propriétés mécaniques de friabilité et
d'attrition. De façon générale, les éléments schisteux des
graviers des Appalaches se montrent résistants à cet essai
mais apparaissent diversement sensibles à la production de
fines phyllilteuses. Il est susceptible d'entraîner des
pertes supplémentaires sur des calcaires car la solution
. fraîche semble contribuer à une dissolution chimique
préférentielle sur-Jes argiles et les cristaux de dolomie
éparpillés dans une matrice. Nous avons noté, dans le passé,
des pertes anormalement élevées sur des calcaires dolomitiques
argileux, durs et tenaces. D'autre part, des échantillons de
grès ont montré des comportements diamétralement opposés alors
que leur valeur d'absorption est identique. En outre, l'essai
est peu fiable. Des organismes ont rapporté, pour des pertes
moyennes à élevées, des difficultés à reproduire les résultats
d'essai d'un même matériau dans des laboraboires différents.
Pour ces raisons, cet essai de durabilité ne devrait pas
servir de critère de base de sélection et de spécifications de
granulats. La valeur moyenne de plusieurs (cinq par exemple)
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 18
résultats de cet essai pourrait servir de complément
d'évaluation d'un granulat marginal dont l'utilisation mérite
d'être pesé soigneusement pour préserver la qualité d'un
ouvrage soumis à des cycles mouillage-séchage alternatifs.
2.2.2 Essai de friabilité, résultats et discussion
Dans les criblures de calcaire, l'étendue des résultats est de
29,1 à 62.7. Les meilleurs coefficients: 29.1, 33.0 et 37.9
correspondent à une exploitation d'un faciès de calcaire fin
à texture mudstone alors que les valeurs les plus élevées sont
identifiées à un faciès de calcaire argileux massif entrecoupé
d'interlits de shale calcaireux. Les valeurs intermédiaires:
47.4, 49.9 et 50.5 ont été obtenues de trois (3) carrières qui
exploitent le groupe Chazy. Dans cette unité géologique, on
trouve des grainstones de grains fins à gros avec matrice
cristalline, des wackstones argileux à grains moyens, des
packstrones dolomitiques. L'abondance de différents faciès
pétrographiques peut expliquer les résultats moyens de la
friabilité. Il faut souligner toutefois que le produit du
concassage tertiaire d'une zone homogène (calcaire gréseux à
grains fins...) peut révéler, comme noté dans le passé, des
valeurs plus basses. Les pertes les plus élevées sont de 56.7
à 62.7. Ces deux échantillons ont été prélevés dans deux
carrières exploitant une formation de Trenton Supérieur qui
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 19
renferme du shale calcaireux et de l'argilite (sous forme
d'interlits). Tel qu'indiqué au tableau 1, ces composants
donnent lieu à des valeurs élevées en absorption (1.63 et
1.32) et en perte de MgSo^ (22.5 et 24.9). Cette avidité en
eau, cette vulnérabilité à la cristallisation sulfatique et à
la friabilité identifient une zone de qualité pour laquelle
une criblure montre des risques quant à une contribution
significative de la durée d'une route.
Avec les roches vertes, la friabilité est de 51.7 et 58.4.
Ces valeurs sont les plus élevées parmi les dix-huit sources
analysées. Ces roches feuilletées peuvent être séparées en
feuillets minces de séricite, chlorite et graphite. Ceux-ci
sont mous, anisotropes (forme), flexibles et friables.
L'action des concasseurs, de l'équipement de chantier libère
ces minéraux dont les caractéristiques sont peu satisfaisantes
aux composantes des couches d'une route.
En France, une valeur de 40 est prescrite pour les couches
d'une route soumise à un trafic inférieur à 150 poids lourds
journalier, par contre une valeur à 20 est requise pour une
circulation supérieure à ce volume de poids lourds. En
consultant le tableau 1, on constate qu'il est possible de
rencontrer ces exigences au Québec. Tel qu'indiqué, une roche
CARACTÉRISAI ION DE GRANULATS FINS .20
du type cornéenne, exploitée dans la région de Montréal
présente un coefficient très bas: 14.2. En dehors du contexte
de la présente étude, des valeurs de 18 et 19 ont été obtenues
d'une carrière sise près de Québec dans une formation
d'andésite. Pour des revêtements fortement circulés, des
granulats fins à haute performance peuvent être également
définis par un coefficient inférieur à 20. Ce qui permettra
de mieux résister aux sollicitations du trafic lourd et
intense.
Un granulat doit être apte à résister à de fortes pressions
sans s'écraser surtout s'il s'agit de matériaux entrant dans
la composition d'une couche à structure ouverte ou d'une
couche de revêtement bitumineux. On ne peut se permettre une
friabilité qui contribue à la détérioration d'une route. Il
nous faut des granulats qui conserveront leur angularité, leur
forme, leur dimension. L'essai NQ 2560-080 va nous permettre
de faire une sélection.
2.2.3 Essai d'attrition, résultats et discussion
La résistance à l'attrition est une caractéristique
primordiale. Il faut éviter que les matériaux de fondations
s'enrichissent en fines par:
le compactage durant la construction des routes;
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 21
les effets combinés du trafic de l'eau et les
alternances de gel et dégel, une fois la route mise en
service.
En outre, l'usure d'un pavage peut être prématurée par la
présence de:
fragments dont les composants sont mal soudés;
- ' minéraux de faible dureté et sensibles à l'eau;
de concentration de minéraux micacés.
À l'intérieur d'un revêtement, il est vrai que le frottement
(mutuel) est fortement réduit et Tattrition est moins à
redouter. Par contre, les contraintes peuvent être presque
aussi élevées que dans les fondations.
Pour éviter des dégradations, il importe de choisir des
granulats durs, tenaces et les plus insensible possible à la
présence d'eau. À partir de composition pétrographique et de
description de texture, les valeurs inférieures à 30 (passant
No 160) à l'essai Micro Deval semble, grosso modo, répondre à
une zone de qualité satisfaisante (voir tableau 1).
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 22
2.2.3.1 Granulats calcaires
Deux carrières exploitant des calcaires fins et massifs à
texture mudstone ont comme résultat 12.8 et 21.6. Un
échantillon de granulat de wackstone et mudstone silicieux a
révélé un micro Deval de 24.6. D'autre part, pour une autre
zone de qualité, des calcaires argileux massifs et shales
calcaireux (Trenton Supérieur)) montrent des valeurs de 30.7
et 37.8. Pour ce même niveau de qualité, des échantillons
prélevés dans trois carrières distinctes, exploitant la
formation Laval du groupe Chazy, ont des coefficients (passant
No 160) de 35.0, 35.5 et 37.3, des grainstones à grains moyens
et des wackstones avec interlits de shale prédominent dans ces
exploitations.
2.2.3.2 Roches vertes
Deux échantillons ont été prélevés dans une carrière où on
exploite une formation de roches vertes et des larges bandes
de schistes à séricite, chlorite et graphite. Le concassage
de ces schistes micacés durs et mous libère des minéraux
feuilletés, des paquets phylitteux, des particules riches en
fines aiguilles ou lamelles. Ces matériaux qui sont
hydrophiles gonflants, anisotrophes (forme) mous et
lubrifiants passent dans le granulat fin produit et modifient
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 23
les qualités mécaniques d'un matériau. En présence d'eau, le
frottement mutuel de ces grains épaufre les arêtes, produit
des éléments particulièrement fins (et par conséquemment
nocifs) broie des matériaux tendres. Les résultats obtenus
sur ces échantillons sont de 35.1 et 40 (Passant 160) et
correspondent à la zone extrême) de qualité identifiée
également dans le groupe de formation Chazy.
2.2.3.3. Le sable alluvionnaire
L'essai semble superflu dans le sable siliceux riche en
quartz. Ce minéral est un des minéraux "survivants" de
l'action intense de 1'intempérisme (mouillage, séchage, gel,
dégel, froid) et d€ l'érosion (vent, glace, l'eau courante,
vague). L'attrition est dans ce cas à son maximum. Par
contre au Québec, il faut souligner que ces agents d'érosion
et d'intempérisme, agissant simultanément ou successivement
ont laissé dans des proportions variables des grains de
feldspath et comme minéraux accessoires des particules de
hornblende de mica et de magnétite. Nos sables de composition
granitique ont montré à date une résistance très satisfaisante
pour différents usages. Nos observations nous incitent à
qualifier de bonne performance ces matériaux dont le
coefficient est inférieur à 25 (passant 160 nm).
CARACTÉRISAI ION DE GRANULATS FINS 24
2.3.3.4 Considérations générales de l'essai d'attrition
L'essai qui a été utilisé pour cette étude est discriminant.
(Le tableau No 1 le confirme). Il détecte des matériaux qui
peuvent s'user par frottement réciproque dans une fondation ou
causer des mini-dislocations ou mini-glissements dans un
revêtement sous l'action du trafic. L'annexe C décrit cet
essai intitulé : "LC 21-101 Granulats Fins - Détermination du
coefficient d'usure par attrition à l'aide de l'appareil Micro
Deval.
2.2.4 Essais de densité et d'absorption
Ces essais peuvent être considérés, à l'occasion, comme moyens
complémentaires à l'évaluation de la qualité d'un granulat.
Souvent dans les calcaires, une absorption élevée indique une
piètre qualité de granulats. Pour notre étude, des
absorptions (passant 5 mm, retenu 80 /xm) supérieures à 1.3%
montrant des granulats vulnérables à 1'attrition et à la
friabilité. Les absorptions moins élevées nous montrent pour
ces deux propriétés divers comportements. (Voir tableau 1).
Les roches vertes font parties des matériaux les moins
résistants à la friabilité et à l'attrition. Leur pourcentage
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 25
en absorption est peu élevé {<0.76) et ne peut servir de
critère discriminatoire de qualité.
2.2.5 Étude de corrélations
2.2.5.1 Expression des résultats de l'essai Micro Deval.
L'analyse de régression a permis de retracer quelques
corrélations significatives. Certaines d'entre elles
concernent l'expression des résultats de l'essai Micro Deval.
Le tableau suivant montre des corrélations excellentes 0.96,
0.93 entre les pourcentages de particules passant les tamis
160 Mfn et 80 fim obtenues avec les prises d'essais 5 mm-80 /xm
et 5 mm- 160 im.
ESSAI MICRO DEVAL - COEFFICIENT DE CORRÉLATION ENTRE LES
POURCENTAGES PASSANT LES TAMIS 160 mn et 80 um
PRISE D'ESSAI COEFFICIENT DE CORRÉLATION (polynôme du premier degré)
FIGURES
5 mm - 80 /um 0.96 lA
5 mm - 160 /xm 0.93 IB
Nous savons que la prise d'essai 5 mm - 160 um est la plus
facile de préparation et que la détermination passant le ternis
160 jum entraîne moins d'erreurs (colmatage durant le lavage)
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 26
que le tamis 80 /iin. Pour ces raisons l'expression des
résultats de l'essai Micro Deval doit être traduite avec le
tamis 160 /nm. Cette recommandation est corroborée par une
autre analyse de régression illustrée à la figure IC. Celle-
ci montre la relation entre les pourcentages passant le tamis
160 des prises d'essai 5 mm-160 /xm et 5 mm-80 nm. Le
coefficient de corrélation est de 0.87. Avec ces trois
corrélations significatives, la perte à l'essai au Micro Deval
est donc définie par le tamisage 160 /xm.
2.2.5.2 Corrélations entre les essais
L'analyse de régression a montré d'autres relations
cohérentes. La figure 2B, Micro Deval vs friabilité pour les
granulats calcaires, indique un coefficient de corrélation de
0.86 { N = 11). ce coefficient peut être plus élevé pour une
carrière de pierre de ce type. Une telle relation peut servir
à la vérification du réalisme du résultat d'un des deux
essais. La figure 2 concerne l'ensemble des granulats (N=18)
pour lequel il y a moins d'interdépendance entre ces deux
propriétés. Le coefficient de corrélation est de 0.78. Une
autre relation significative pour les onze (11) sources de
granulats calcaires est celle entre les résultats des essais
MgSo^ et friabilité. La mise en graphique des résultats
apparait à la figure 3. Le coefficient de corrélation obtenu
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 27
est 0.82. La signification de ce degré est bonne et confirme
que T o n peut remplacer l'essai MgSo^, qui est longue (9
jours) et imprécise, par l'essai de friabilité dont le mode
opératoire est plus simple, rapide (1 journée) et fidèle. Ces
propos sont complémentaires aux recommandations citées à
l'article 2.2.1.
Les tableaux suivants montrent des coefficients, de
corrélation linéaire, non significatifs.
ENSEMBLE DES ÉC HANTILLONS (N = 18}
PROPRIÉTÉS COEFFICIENT DE CORRÉLATION
Micro Deval et pertes à l'essai MgSO/.
0.48
Micro Deval et Module de finesse ..
0.60
Micro Deval et Densité 0.29
Friabilité et MgSO^ 0.44
Friabilité et module de finesse
0.47
Densité et pertes à l'essai MgSO^
0.63
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 28
GRANULATS CALCAIRES
PROPRIÉTÉS COEFFICIENTS DE CORRÉLATION
Micro Deval et Pertes ' à l'essai MgSo^
0.65
Micro Deval et Module de finesse
0.68
Micro Deval et Densité 0.45
Micro Deval et Absorption
0.14
Friabilité et Module de finesse
0.49
Densité et Pertes à l'essai MgSO^
0.68
Densité et Absorption 0.56
Friabilité et Absorption
0.48
Friabilité et Densité 0.43
2.3 Hypothèse de classement de qualité
L'impact créé par le passage de véhicules durant la
construction de route ou la vie durant, peut engendrer la
rupture d'un granulat. Ces transformations sont reliées à la
nature, à la texture, aux proportions et dimensions des
minéraux constituants mais aussi à leur dureté. Selon
Hartley, 1974, Panet et Tourenq 1971, cette dureté intervient
directement au niveau du comportement mécanique : plus grande
est la proportion en minéraux de dureté élevée, meilleure est
la résistance à l'usure et à la fragmentation. Ces deux
phénomènes sont toujours présents quelle que soit la technique
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 29
utilisée et la position de la couche dans la chaussée. Il est
difficile de connaître l'importance relative de ces deux types
d'évolution d'où la nécessité de les prendre globalement en
compte. Pour un usage (ou une spécification) donné, on peut
tolérer un matériau qui s'use plus s'il se fragmente moins et
réciproquement.
Le Laboratoire central des ponts et chaussées et le Service
d'études techniques des routes et autoroutes de France ont
réalisé et diffusé des documents dans lesquels on définit la
dureté des granulats au moyen d'un graphique dont l'ordonné
est associé aux résultats d'un essai d'usure par attrition et
l'abscisse, aux résultats d'un essai de fragmentation.
Avec la figure 4, on distingue quatre (4) classes de
résistance mécanique définies par les limites suivantes:
Classes Friabilité Micro Deval
Durs et tenaces < 40 < 30
Friables >40 < 30
Tendres < 40 > 30
Tendres et friables
> 40 > 30
45.00 j
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35.00 :
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GRANULATS FINS . M i C R O - D E V A L E T F R I A B I L Î T E FIGURE 4 o 3»
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I ' t i I 1 t I l I I
60.00 70.00
co o
CARACTÉRISATION DE GRANULATS FINS ^ 3i
Le granulat fin ne peut plus être une "poubelle" ou un fourre-
tout qui permet à un entrepreneur de se débarasser de toutes
ses productions. La sélection de granulats durs et tenaces
est maintenant possible et s'impose. La viabilité d'une route
est reliée à l'absence de production Jde fines hydrophiles, f (
plastiques, gonflantes, de sable dont la fiabilité augmente la
f '
rétention' en eau. Aussi les minéraux d'altération, les
éléments schisteux contenant des minéraux feuilletés, des
paquets phylliteux sont à éviter. Les essais de friabilité et
d'attrition vont nous permettre d'éviter passablement ces
écueils.
3.0 MISE EN ÉVIDENCE DE LA MAUVAISE QUALITÉ DE GRANULATS FINS
Route 255 à Halifax-Sud, Compté de Méaantic.
3.1 Détérioration précoce d'une chaussée
Le district 27 de Plessisville a constaté en 1985 une
détérioration d'un pavage, posé un an auparavant, qui montrait
des fissures, des ornières et des zones de faïencage. Selon
les études du Service des Sols et Chaussées et du Laboratoire
central, le granulat fin dégradable est responsable de cette
détérioration. En 1987, des travaux de sondage, pour fins
d'échantillonage dans les fondations, ont été effectués. Les
granulométries obtenues après compactage de ces fondations.
CARACTÉRISATION DE GRANULATS FINS ^ 32
lors de la construction de route et celles révéléës par
l'analyse de ces sondages ont comparées. Il a été constaté
que la granulométrie du gros granulat des fondations
inférieures et supérieures n'a pas changé. D'ailleurs, les
valeurs de micro Deval de cette fraction sont respectivement
de 23,1 et 21,2 et correspondent à des matériaux résistants à
l'attrition. Par contre, pour cette même période, le granulat
fin s'est dégradé. Le passant au tamis 80 fim est passé de
14,5 à 22, 3% pour la fondation inférieure et de 12,7% à 23,6%
pour la fondation supérieure. Un échantillon prélevé en 1991
pour la présente étude a montré une friabilité de 40,7 et une
attrition de 33,0 (Voir figure 5). Ce qui correspond à la
classe tendre et friable que nous avons définie précédemment.
Cette classe de qualité, que nous pouvons maintenant définir,
sera donc dans l'avenir, à proscrire pour éviter cette
dégradation qui a affecté la viabilité d'une route.
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 33
4iDD
i 4000 çn S - 3m
5 3100 tn en g
jî SUD
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1DJ]D
FIGURE 5
GRANULATS FIN3 . MiCRO-DEYAL ET FRL\31LiTE
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1D.00 2Di]0 3D.0D _4D.0D ' ' 5a.DD ' " " BDiiD " ' " TDiJD
FfflABlLiTE
3.2 Concassage et amélioration de la qualité d'un gravier non
conforme.
Les Appalaches contiennent des bancs de gravier schisteux dont
le micro Deval du gros granulat est hors spécification. Le
banc exploité pour les fondations de la route 265 est un
exemple : son micro Deval est de 45 à l'état brut. Après
concassage, le gros granulat est de bonne qualité, lé micro
Deval est de 23. Les particules fragiles, hydrophiles,
tendres, altérables, plastiques sont libérées et passent dans
le granulat fin (voir figure 6 ). Celui-ci est devenu nocif
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 34
par concassage et ne devrait pas être incorporé dans une
structure de route.
FIGURE 6
Route 265 - Banc Lamontagne Municipalité .de Bernieryi
Comté de Mégantic
PÉTROGRAPHIE DU GROS GRANULAT ET INFLUENCES DU PRODUIT DU CONCASSAGE DANS LE GRANULAT FIN
CONSTITUANTS PRINCIPAUX Grès et Quartzite durs et friables (35 à 55%).
Schiste à séricite et chlorite tendre et dur (50 à 55%) schiste argileux (3 à 10%) . ^ y
CARACTÉRISTIQUES T T Les grès offrent une plus faible résistance à l'attrition.
Ces schistes contiennent des minéraux feuilletés, des paquets phylitteux, des microlits, des vides, des microfissures.
REMARQUES: Suite au concassage, le micro deval du gros granualt est passé de 45 à 23. Les particules libérées (fragiles, hydrophiles, tendres, altérables plastiques,...) vont dans le granulat fin qui devient une «poubelle» ou un milieu ignoré pour la construction de route.
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 35
Pour éviter un échec de Temploi d'un gravier non conforme du
type employé pour la route 265 et ne pas polluer le granulat
fin par des particules nuisibles, la solution suivante peut
être envisagée :
A - Tamisage à 10 mm du gravier
B - Concassage des éléments supérieurs à 10 mm.
Élimination par tamisage des particules inférieures
à 10 mm.
C - Combinaison de A et B, c'est-à-dire combiner le
tamisat à 10 mm et le produit du concassage du gros
granulat dont on s'est débarassé des particules
nuisibles par tamisage.
D'ailleurs l'annexe B explique en détail par un devis traitant
de l'élimination de fines nuisibles produites par concassage.
Ce mélange ternaire peut être accompagné du remplacement total
par une criblure ou un sable de bonne qualité si la partie
sable initiale est non conforme aux exigences prescrites pour
la friabilité et l'attrition.
4.0 CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS
Le granulat fin représente une fraction importante de
plusieurs couches de la structure routière. Il est soumis à
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS M
des contraintes par le compactage durant la construction et
par les effets du trafic une fois la route en service. Pour
éviter les mini-glissements et mini-dislocations, qui vont
affecter la viabilité d'une chaussée, il importe d'avoir des
matériaux durables. Les résultats de l'essai de friabilité
(NQ 2560-080) et de l'essai de résistance à l'attrition
(DHO LC 21-101) vont nous permettre de réduire la quantité de
particules friables, tendres, altérées, micacées... Des
spécifications s'imposent; les quatre classes de qualité
définies à l'article 2.3 peuvent servir de référence.
L'essai de durabilité ou MgSO^ (NQ 2560-450) ne devrait pas
servir de critère de base et de spécifications de granulats.
Le terme "durabilité" est inaproprié aux propriétés mécaniques
de friabilité et d'attrition. L'essai a été critiqué pour ses
possibilités de réactions chimiques avec des granulats de
calcaire et pour sa consistance dans les indices de précision
de répétabilité et de reproductibilité.
Pour garder les granulats durs et tenaces existant dans la
partie sable d'un gravier, dont le gros granulat est de
mauvaise qualité et qui peut par concassage "polluer" cette
partie sable, le MTQ doit envisager d'utiliser un devis
semblable à celui indiqué en annexe.
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS ^
La prise d'essai de Tessai Micro Deval est définie par la
fraction 5 mtn -160 /xm. Les résultats obtenus corrèlent très
bien avec la fraction 5 mm - 80 ^m et les opérations
montrent moins de difficultés dans la préparation.
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 38
5.0 RÉFÉRENCES
Normes de contrôle qualitatif des granulas pour la construction routière -
École de Technologie Supérieure - Montréal - Gilbert, Trépanier, Windisch
- 1981
Spécifications relatives aux granulats pour chaussées Setra - LCPC - 1984.
Étude de l'utilisation d'un gravier hors spécification dans les fondations
d'une route - Guy Dallaire - Février 1990 - Ministère des Transports du
Québec.
Ontario Ministry of Transport Résistance of fine aggregate to dégradation
by abrasion in the micro Deval apparatus - Methode LS 629.
G. Chevassu, 1969 - Bulletin de liaison des laboratoires Routiers - No 41
- page 43-45.
Requirand R. - 1970 - Bulletin de liaison des laboratoires Routiers - No
49.
Hartley A. - A review of the geological factors influencing the mechanical
properties of road surface aggregates - 1974 . Q. JR. Eng. Geol., vol. 7.
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 39
Panet et Tourenq - Bulletin de liaison , Laboratoire des Ponts et
chaussées No 53. Les essais de granulats. Connaissances actuelles et
orientation des recherches.
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 40
6.0 REMERCIEMENTS
Je remercie Monsieur Viateur Blanchette, Madame Anne Laverdière, Madame
Monique Gauthier, Monsieur Pierre Langlois et Guy Tremblay qui ont rendu ce
projet possible.
MICRO D E V A L PRISE D'ESSAI : 5mm - 8 0 a m
RELATION ENTRE LES POURCENTAGES PASSANT L E S TAMIS 160[im ET 80|im 40.0 q
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GRANULATS FINS MICRO-DEVAL ET FRIABILITE
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GRANULATS FINS DE CALCAIR MICRO-DEVAL ET FRIABILITE
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GRANULATS FINS DE CALCAIRE FRIABILITE ET P E R T E S A L'ESSAI Mg304
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CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 48
PROVENANCE DES MATÉRIAUX ÉTUDIÉS
SOURCES MUNICIPALITÉS
VerreauU-Frontenac Beauport
Union des Carrières et Pavages Charlesbourg
Carrière Page Construction St-Louis-de-France
Demix Montréal-Est
Simard-Beaudry Ile-de-Laval
Lagacé Laval Ile-de-Laval
Demix Laval Ile-de-Laval
Saint-Barthelemy • Saint-Barthélemy
Meloche Côteau-du-Lac
Mirabel (Demix) Mirable
BML Montmagny
BML Saint-Jean-Chrysostome
Hébert, Ascot-Canton Sherbrooke
Mont Saint-Bruno (Desourdy) Saint-Bruno
Les Sables L.G. New Glasgow
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 49
ANNEXE B
CARACTÉRISATION DE GRANULATS FINS ^
GRAVIER
GROS GRANULATS NON CONFORMES
DEVIS DE TRAITEMENT D'ÉLIMINATION
D E P A R T I C U L E S N U I S I B L E S P R O D U I T E S
P A R C O N C A S S A G E
1. INTRODUCTION
Les gisements de matériaux meubles situés au sud du fleuve
Saint-Laurent et du Lac Saint-Jean contiennent des éléments
schisteux ou argileux qui, par concassage produisent des
fines hydrophiles plastiques, gonflantes et altérables. Ces
fines qui nuisent au comportement des fondations sont en
grande partie composées de minéraux micacées tels que:
chlorite, séricite et graphite. Elles contribuent à augmenter
la rétention en eau, l'imperméabilité, le soulèvement par le
gel et réduire la portance des matériaux de fondations. Le
but de ce devis est de définir une méthode d'élimination de
ces fines nuisibles.
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 51
Les matériaux alluvionnaires qui montrent:
1 . au micro Deval du gros granulat, une valeur supérieure à
30 ou
2. plus de 12% de passant le tamis 80 um dans la fraction
inférieure à 5 m m .
sont soumis au traitement défini ci-après à l'article 3.
3. TRAITEMENT
3a) Le gravier est d'abord tamisé pour obtenir un granulat
fin ayant moins de " 15% de particules retenues sur le
tamis 5 m m .
3b) les particules retenues du tamisage de 3a sont concas-
sées.
3c) le produit résultant du concassage est tamisé pour se
débarrasser du granulat fin. Toutes les particules
inférieures à 10 mm sont mises de côté et n'entrent pas
dans la fabrication des fondations.
CARACTÉRISATION DE GRANULATS FINS ^ ^
3d) les refus au tamisage de 3c sont mélangés avec le
Tamisat de 3 a) selon des proportions qui répondent aux
exigences granulométriques de fondations spécifiées au
CCDG.
4. PLAN D'OUVRAGE
Pour le banc de gravier qui sera exploité, l'entrepreneur
soumet une description, avec schéma de fonctionnement, des
moyens utilisés dans le but d'obtenir:
a) Le granulat fin initial non concassé.
b) D'éliminer le granulat fin obtenu du concassage et
tamisage pour fondation inférieure ou supérieure selon
le cas.
c) Un système de recomposition par lequel les débits de
granulats fins et de gros granulats se maintiendront
dans une plage caractérisée par une régularité de dosage
pour le mélange.
s .
d) Granulométries
Le fuseau de régularité défini par la zone dans laquelle
doivent se situer 95% des courbes obtenues, doit se
CARACTËRISATION DE GRANULATS FINS 53
situer à l'intérieur du fuseau de spécification. Il sera
établi à partir de la courbe moyenne de fabrication en
respectant les écarts suivants:
Tamis Ouverture du fuseau de régularité en % de passant
Calibre 0/20 Calibre 0-80
80 mm 0
56 mm + 9
28 mm 0 + 9
10 mm + 4 + 5
5 mm + 3 + 4
1.25 mm + 3 + 4
315 mm + 3 + 4
80 um + 2 + 3
f) La proportion de granulat fin dans les fondations est de 45%.
CARACTÉRISATION DE GRANULATS FINS ^
ANNEXE C
LC 21-101
GRANULATS FINS
Détermination du coefficient d'usure par attrition à l'aide de l'appareil Micro-Deval
LC 21-101
GRANULATS FINS
Détermination du coefficient d'usure par attrition à l'aide de l'appareil Micro-Deval
MARS 1993
LC 21-101
1. OBJET
1.1 La présente norme concerne une méthode de détermination d'une perte d'usure par attrition en présence d'eau à l'aide de l'appareil micro-Deval.
2. DOMAINE D'APPLICATION
La présente norme s'applique aux granulats fins, sensibles à l'eau, qui contiennent des particules plus ou moins métamorphisées de dureté variables, et micacées à différents degrés. Ces granulats fins sont soumis à des déplacements relatifs par le compactage durant la construction de routes ou des effets du trafic une fois la route mise en service.
Elle fournit les renseignements utiles pour juger de la résistance à la désagrégation de granulats sujets à l'action des intempéries particulièrement en cas d'information insuffisante sur le comportement en service de ces granulats.
3. DOCUMENTS
3.1 NQ 2560-350 - Détermination par lavage de la quantité de particules passant au tamis 80um.
3.2 NQ 2560-040 - Analyse granulométrique par tamisage.
3.3 ASTM E-11 Standard Spécification for wire-cloth Sieves for testing purposes.
3.4 LS 619 - Method of test for the résistance of fine aggregate do dégradation by abrasion in the micro-Deval apparatus-MInistry of transportation, Ontario.
4. PRINCIPE
L'essai consiste à provoquer, dans un broyeur contenant des granulats de grosseur déterminée, une attrition en milieu humide par des frottements des granulats entre eux sous une charge abrasive constituée de billes d'acier.
La masse de la charge abrasive et la composition granulométrique du granulat doivent satisfaire à des exigences bien spécifiques.
LC 21-101
APPAREILLAGE
5.1 Appareil micro-Deval
L'appareil micro-Deval (voir figure 1) est constitué d'une ou de plusieurs jarres cylindriques. Ces jarres doivent etre en acier inoxydable et avoir les dimensions approximatives suivantes: 193 mm de diamètre intérieur, 172 mm de longueur, 3 mm d'épaisseur et une capacité de 5,03 litres. L'intérieur des jarres doit être lisse et ne doit présenter aucune saillie. Leurs couvercles doivent etre munis de joints en caoutchouc pour assurer leur étanchéité.
Les jarres sont placées sur deux arbres horizontaux caoutchoutés qui les entraînent en rotation. Ces arbres sont reliés au moteur par un système composé de roues dentées, de chaînes, d'une courroie en V et d'un réducteur de vitesse. Le moteur doit développer une force suffisante pour assurer aux cylindres une vitesse de rotation de 100 tours/minute +- tours/minute durant 2 heures (12000 tours). La vitesse de rotation des cylindres doit être vérifiée régulièrement afin de pouvoir remédier aux variations occasionnées par l'usure des rouleaux d'entraînement ou du système de transmission.
5.2 Tamis
5.2.1 - Diamètre de 200 mm
Les tamis de 5mm, 2.5 mm, 1.25 mm, 630 um, 315 um, 160 um et 80 um doivent satisfaire aux exigences de la norme NQ 1530-060.
5.2.2 - Diamètre de 300 mm
Les tamis de 5 mm, 315 um et 160 um doivent répondre aussi à ces
exigences.
5.3 Balance
La balance doit avoir une capacité suffisante pour satisfaire aux exigences sur la masse minimale de chaque prise d'essai, tout en étant précise à 1,0 g.
5.4 Étuve
On doit utiliser une étuve de dimension adéquate et capable de maintenir une température de 110°C +- 5°C.
LC 21-101
5.5 Aimant
On doit utiliser un aimant de force et de dimension suffisantes pour retirer la charge abrasive constituée des billes d'acier.
5.6 Charge abrasive
Elles est constituée de billes sphériques en acier inoxydable et mantensitique dont la composition est : c> 0.12%, Mn < 1.00%, si < 1,00% et Cr dont la teneur est comprise entre 16.0% et 18.0%. Cet acier correspond au type 430 de 1a norme ASTM A 314-84. Chaque jarre requiert uné charge abrasive est de 1250 g +- 5 g de ces billes de diamètre de 9.5 mm +- 0.5 mm.
6. PRÉPARATION DES ÉCHANTILLONS
L'échantillon pour essai est tamisé à sec, au tamis 5 mm. Au moyen d'un diviseur à couloirs, préparer :
700 g de matériau pour l'essai micro-Deval;
500 g de matériau pour l'analyse granulométrique. Dans le cas d'un matériau uniforme ou très fin, une quantité de 250 g est préférée.
7. PRISE D'ESSAI
Elle est de 500 g et préparée de la façon suivante:
a) Tamiser par voie humide l'échantillon sur les tamis 5 mm et 160 um.
b) Sécher à l'étuve à 100°C +- 5'C jusqu'à l'obtention d'une masse constante le retenu du tamis 160 um.
c) Homogénéiser et peser à 0.1 g près 500 g le produit du tamisage et de séchage.
Remarque : Dans le cas d'un différend portant sur la précision de résultats entre des laboratoires, l'échantillon pour essai est confectionné selon la moyenne des granulométries déterminées par chacun de ces laboratoires.
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d) Les 500 grammes de matériaux sont saturés durant 24 ± 4 heures, dans 350 ml d'eau soit:
a) immédiatement dans la jarre cylindrique (fig 1) auquel on ajoutera, après la période d'immersion, un volume de 400 ml ou
b) dans un contenant d'un litre (environ). Dans ce cas-ci, le tout est déversé, après la période d'immersion dans la jarre. Une quantité de 400 ml d'eau dans un flacon-laveur sert au transport complet de la prise d'essai dans la jarre.
Dans les deux cas, la jarre possédera un volume total de 750 ml d'eau.
La charge abrasive est constituée de 1250 grammes de billes d'acier de 9.5 mm +- 0,5 mm.
e) Le couvercle est fixé de façon étanche et le cylindre est mis en rotation pour une période de 15 minutes +- 10 sec à un rythme de 100 tr/minutes sur l'appareil micro-Deval.
f) A la fin des rotations, le contenu du cylindre est recueilli dans un récipient. L'intérieur est bien lavé pour récupérer tout le contenu.
g) La totalité du contenu du récipient est versée sur trois (3) tamis dont le diamètre est de 300 mm :
le 5 mm pour retirer la charque abrasive. Un aimant peut aider à cette opération.
le tamis 315 um pour alléger le tamis 160 um dont on aura besoin la teneur des particules passantes.
Toutes ces opérations impliquent un lavage sous un jet d'eau jusqu'à eau claire.
h) Les particules retenues sur les tamis 315 um, 160 um sont récupérées. Elles sont séchées à une température de IIO'C +- 5'C jusqu'à masse constante.
i) Les refus des tamis 315 et 160 sont tamisés à sec sur une tamiseuse mécanique pendant 10 minutes. Ils sont pesés au dixième près
LC 21-101
8. EXPRESSION DES RÉSULTATS
Le coefficient est exprimé par la teneur de particules passant le tamis 160 um.
Il est déterminé par la formule suivante : 100 (500 - m)
500 ou m est la masse totale des particules retenues sur les tamis dont les ouvertures sont égales et supérieures au tamis 160 um.
9. FIDÉLITÉ
9.1 Répétabilité
Deux résultats obtenus par le même opérateur seront considérés comme suspects s'ils diffèrent par plus de
- 3.1 pour des valeurs inférieures à 12; - 4.0 pour des valeurs supérieures à 12 et inférieures à 30.
9.2 Reproductibilité
La relation linéaire établie entre les valeurs de 10 et 30 est la suivante :
R = 0.3 X + 1.0
ou 7 est la valeur moyenne obtenue d'un même matériau.
LG 2 1 - 1 0 1
D i m e n s i o n s en milliraècres
Volume -
5,03 litres
u c
es
193 0 int.
te
515
A - / m
1 - Protecteur 2 - Bâti 3 - Koue dentée 4 - Chaîne 5 - Courroie en V
6 Réducteur 7 - Mo t e u r 8 - Base du moteur 9 - Rouleau entraîneur
10 - Rouleau entraîné
FIGURE 1 - SCHÉMA DE L'APPAREIL MICRO-DEVAL ET DE LA JARRE
M I N I S T E R E D E S T R A N S P O R T S
QTR A 048 702
