ESSAI A LA PLAQUE

1- But de l’essai

L’essai consiste à mesurer à l’aide d’un appareillage défini. Le déplacement vertical du point de la surface du sol situé à l’aplomb du centre de gravité d’une plaque rigide chargé. Ce déplacement est appelé déflexion (W).

2- Domaine d’application

Cet essai est destiné à la mesure de la déformabilité des plate-formes de terrassement constituées par des matériaux dont les plus gros éléments ne dépassent pas 200 mm.

3- Appareillage

3.1 Appareillage spécifique

a- Dispositif de mise en charge de la plaque

Ce dispositif comprend :

- Un massif de réaction, constitué par un véhicule lestable permettant un chargement de 7000 daN (≈ 7 tonnes) sur la plaque. Les points d’appui de ce massif sur le sol doivent se situer à une distance > à 2 mdu point où se fait la mesure.

- Un dispositif de mise en charge hydraulique constitué par un groupe moto-pompe actionnant un vérin. Ce dispositif doit permettre de réaliser les cycles de chargement tels qu’ils sont définis.

- Une plaque de 600 mm de diamètre. Les dimensions, forme et matière de cette plaque doivent conformes à celles indiquées. Une liaison à couche doit être prévue entre la plaque et la tige de commande du vérin.

b- Dispositif de mesure

* Dispositif de mesure de la déflexion

Il est constitué d’une poutre Benkelman équipé d’un capteur de déplacement (type comparateur potentiométrique) de 10 mm de course. Ce capteur est relié à un enregistreur XY de type courant et commande le déplacement du stylet de l’enregistreur en fonction de la déflexion du sol. Un tel capteur permet également un contrôle visuel de la déflexion en lisant directement sur le cadran gradué en 1/100 mm l’indicateur donnée par l’aiguille l’extrémité du fléau de la poutre Benkelman prend appui sur une tige coulissant à l’intérieur de la plaque. Un gardage précis de la tige dans la plaque doit être assuré.

* Dispositif de mesure des charges

Il comporte d’une part, un peson à jauges 0 – 10 000 daN relié à l’enregistreur XY qui commande le déplacement du stylet en fonction de la charge appliquée et, d’autre part, un manomètre intercalé dans le circuit hydraulique (ou essentiellement un anneau dynamométrique sur la tige du vérin) qui permet un contrôle visuel de la charge appliquée sur la plaque afin de respecter, en particulier, les vitesses de montée en charge.

3.2 Appareillage d’usage courant

· Véhicule couvert auto-moteur, charge utile ≈ 800 kg

· Règle en acier, mètre et décamètre à

· Chronomètre

· Tunnel en tôle d’aluminium destiné à la protection de la poutre Benkelman (soleil, pluie ou vent)

· Craie, pinceaux et peinture

· Récipients de sable et de plâtre, bidon d’eau

· Pelle, pioche, truelle, spatule, basse à poils doux.

· Boîtes hermétiques pour prélèvement d’échantillons.

4- Mode opératoire

- A l’aide d’une règle en acier, débarrasser l’emplacement de la plaque que tout le matériau foisonné ; terminer avec une brosse doucement.

- Régulariser la surface ainsi apprêtée en y répandant une couche aussi mince que possible d’un sable propre 0/1 mm légèrement humide

- Exécuter au centre de la couche d’interposition, à l’aide d’une spatule, une petite cuvette circulaire de 2 cm de rayon, dont le rôle est d’éviter que la pige de mesure ne soit au contact de la couche d’interposition, mais qu’elle reprise bien sur le sol.

- Si l’on craint que le matériau flue sous la pige lors de l’application de la charge, provoquant ainsi une fausse lecture de la déflexion, on rigidifiera la surface de la cuvette en y déposant, à la spatule, une mince couche de plâtre. On devra attendre la prise de celui-ci avant de poursuivre l’essai (5mm). Cette précaution pourra également envisagée pour les matériaux comportant une faible proportion d’éléments 0/5 mm. Dans ce cas, la pige pourrait en effet, durant la charge, glisser de l’élément sur lequel elle repose et tomber dans un vide.

- Parfaire ensuite la mise en place de la plaque sur le sol, en lui faisant subir deux ou trois rotations alternatives de 30° environ.

- Après la mise en place de la plaque, installer la poutre Benkelman, en s’assurant que ses points d’appui sur le sol sont situés à une distance au moins égale à 2,5 m de ceux du massif de réaction. Installer, si nécessaire, le tunnel de protection de la poutre Benkelman.

- Placer ensuite le peson électronique entre la face d’appui du vérin de la plaque.

- Réaliser les branchements électriques entre le capteur, le peson électronique et l’enregistreur XY

- Terminer la mise en place de la plaque en lui appliquant, durant une dizaine de secondes, une charge de 850 daN correspondant à une pression moyenne sous la plaque de 0,3 bar. Relâcher cette charge et amener le stylet de l’enregistreur XY au point 0 du système de coordonnées

- Positionner la feuille d’essai sur la table de l’enregistreur. Les dispositions relatives à la position initiale de référence étant établies

- Un premier opérateur met en action le dispositif de chargement de la plaque de façon à obtenir les cycles de chargement et déchargement définis ci-après.

- Un deuxième opérateur s’assure du bon déroulement de l’enregistrement de la courbe charges-déformations.

L’essai est alors conduit de la manière suivante :

Premier cycle de chargement

- Charger la plaque à la vitesse de 80 daN/s environ jusqu’à obtenir une pression moyenne sous la plaque de 2,5 bars, ce qui correspond à une charge totale de 7065 daN. Lorsque cette pression est atteinte, attendre la stabilisation de la déflexion.

- On considère que la stabilisation est atteinte lorsque les variations de la déflexion sont inférieures à 0,02 mm / mm

Supprimer alors la charge sous la plaque en 2 et 3 secondes environ

Second cycle de chargement

- De la même manière que pour le premier cycle, charger la plaque à la vitesse de 80 daN/s jusqu’à obtenir une pression moyenne sous la plaque de 2 bars, ce qui correspond à une charge totale de 5650 daN

Lorsque la stabilisation de la déflexion est atteinte, l’essai proprement dit est terminé ; procéder aux manœuvres de déchargement, relevage de la plaque rangement du matériel et passer au point de mesure suivant.

Mesuré alors sur la feuille d’essai les valeurs des déflexions obtenues après stabilisation, soient

W₁ (mm), déflexion de la suite du premier chargement

W₂ (mm), déflexion de la suite du second chargement

Précautions à prendre

- Durant l’attente de la stabilisation, maintenir la charge sous la plaque aussi constante que possible.

- L’opérateur chargé de réaliser les cycles de chargement doit noter à la fin de chaque cycle, les valeurs de la charge appliquée et de la déflexion correspondante indiquées par le manomètre ou l’anneau dynamométrique et le comparateur potentiométrique ; cette précaution permet de contrôler le bon fonctionnement de la chaîne de mesure.

- Si par incident de manœuvre, la valeur de la charge appliquée pour l’un ou l’autre des deux cycles de chargement est légèrement supérieure à celle indiquée précédemment, conserver cette valeur mais la valeur du module correspondant devra être recalculée d’après la formule générale indiquée.

- Noter également sur la feuille d’essai tout détail ou incident pouvant influencer les résultats numériques ou graphiques, tels que : averse durant l’essai, passage d’un engin lourd à proximité du point d’essai, vent, soleil etc. En particulier, noter le temps de la stabilisation de la déflexion si celui-ci est supérieur à 2 mm.

- A la fin de l’essai, il est conseillé dans le cas des sols sensibles à l’eau de prélever environ 1500g de matériau au point d’essai, afin de déterminer sa teneur en eau et éventuellement les limites d’Atterberg, en vue de l’interprétation des résultats numérique.

Calculs

La formule à utilisée est la suivante :

EV2 = 90/Z2

avec :
Z2 : enfoncement de la plaque en mm
EV2 : portance minimale du sol en MPa

On peut retenir la déformation du premier chargement (à 0,25MPa) pour calculer EV1.

On utilise la formule suivante :

EV1 = 112,5/E1

Avec :
EV1 en MPa
E1 en mm

Le rapport EV2 / EV1 permet d’apprécier la qualité du compactage.