NUNUSTERE DES TRANSPORTS.
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1. OMMAIRE DE RAPPORT ETUDE OU RECHERCHE U38749 Ministere Mi des Transports Direchon g n raie N de classement DU GENIE RTQ 86 11 Titre Ou raopon rarique gt dorer ration de itea ai au ble de m thyl ne en s ocechnique routi re apport d tape Ar Mos Jour Paul Flon ing Rapport final g But oe etude ou de la recherche N de dossier Appr cier la teneur en argile d un sol largir les possibi 84 27 31 lit s d utilisation des mat riaux marginaux ou limiter au ao maximum les refus de bons mat riaux Etude ou recherche linanc e par nom et adresse d l organisme Etude ou recherche r alis e par nom et adresse de l organisme Minist re des Transports X Minist re des Transports Laboratoire Central Laboratoire Central 2700 rue Einstein es 2700 rue Einstein oaar ESEO QUEBEC a _ Sainte Foy QUEBEC G1P 3W8 pr z GIP 3W8 Renseignements suppl mentaires Cette tude a fait l objet d un Lie Sr par un tudiant de l ivers ite de Sherbrooke Youssef Sabeh Elle s inscrit dans le cadre d une recherche globale entreprise depuis que ques ann es aw laboratoire Central dw MTQ et devant se DARCSMEVEE SO a Encores PES Resum du rapport K E de nas ae y Foie c PRES Les travaux r alis s au laboratoire Central du MTQ pendant l t 1985 sur l essai aw bleu de m thyl ne visaient am2. Pratique et interpr tation de l essai au bleu de m thyl ne en g otechnique routi re st 1 Introduction Les travaux de recherche r alis s pendant l t 1985 au laboratoire Central du MTQ sur l essai au bleu de m thyl ne constituent la suite logique d tu des pr c dentes La derni re Bulletin Coup d Oeil Volume 9 No 1 avait montr gu il existe pour les argiles Champlain une relation entre la valeur de bleu trouv e par l essai et le DONTCER See de particules fines donn par L analyse s dimento m trique Elle a permis en particulier de Iimiter que que peur Le nombre d essais s dimentom triques effectu s au laboratoire Central et d avoir une id e un peu plus pr cise de la teneur en argile des chantillons test s ae the La pr sente tude pr cise les limites d utilisation de l essai dans le domai ne des sols et des granulats l aide d une pr cision et d une interpr ta tion encore meilleures Le mode d emploi de l essai a ainsi t adapt et l influence sur le r sultat d essai de certains facteurs comme le pH de l chantillon de sol est mieux connue 2 Proc dure d essai 2 1 Pr paration de la solution de bleu de m thyl ne partir du processus tabli selon la norme BNQ 2560 255 une proc dure plus pr cise a t mise au point au laboratoire Central Une grande minutie doit tre apport e la pr paration de la solution
3. de bleu de m thyl ne car la qualit des cristaux de bleu de m thyl ne que l on ach te dans le commerce varie d un endroit l autre La variation la plus importante est due la diff rence entre les quantit s d eau adsorb e mais aussi entre les nombres de rol cules d eau hydrat e eau de cristallisation et entre les degr s de cristallisation La premi re source d impr cision la plus grande est mise en vidence par analyse thermogravim trique on l limine en s chant le produit 110 C pendant 24 heures juste avant la pr paration de la solution Le nombre de mol cules d eau hydrat e est aussi d termin par analyse thermogravim trique ce nombre est 2 dy 4 OU 3 et on doit choisir le produit qui a le moins de mol cules c est dire le plus pur Si ce nombre de mol cules est lev 5 par exemple il n est pas con seill de tenter de le r duire en chauffant le produit plus de 110 C une telle proc dure risquerait de le d grader au point qu il ne puisse plus se solubiliser Il est donc pr f rable de se procurer un autre produit plus pur tout au moins identique celui dont on s tait servi auparavant La troisi me so rce d impr cision s appr cie par diffrac tion des rayons X c est l chantillon le mieux cristallis avec des pics bien d finis et le moins possible de raies satellites autour des pics majeurs qui est pr f r E Mii Toute cette proc
4. dure doit tre suivie la lettre par tout laboratoire qui pr pare la solution pour la premi re fois il est en effet essentiel que la concentration s approche le plus possible de 10 g l puisque c est pour cette concentration pr cise que le calcul de la valeur de bleu s applique A titre d exemple une perte d humidit de 10 obtenue par s chage 110 C pourcentage qui a d j t rencontr au laboratoire Central indique que la concentration faite avec ce produit non s ch au pr alable aurait Ate de 9 g 1 au lieu de 10 g l cette erreur se serait r percut e sur la valeur de bleu qui aurait t surest im e de 107 Comme Ti est possible d atteindre maintenant une meilleure pr cision sur l ex cution de l essai paragraphe suivant il faut aussi chercher liminer les autres sources d impr cision En fait la norme BNQ 2560 255 ne pr cisait pas le degr de puret des cristaux de bleu employ s la norme pouvait s appliquer de la m me fa on avec un bleu solide comprenant par exemple 5 d eau adsorb e et 4 mol cules d eau de cristallisation condition que tous les praticiens utilisent ce m me produit ce qui est impensable La nouvelle norme proposera donc 4 se En z gt P r x Pr CE e k ar Dad fa ai 8 a REOR E TPE AE Mn E E EI f3 sl A re NT ieoi um ee Ra ed ne ar E e T nas EE PCM 22 rest Le LE ie i Pa a aga A I amt par aa y Fjara E afes S A mt i s 7 T te M
5. possibilit s actuelles de l essai au bleu de m thyl ne tel que pratiqu au Qu bec montrent qu il est appel devenir un outil tr s efficace dans l appr ciation de la teneur en argile des sols d une r gion donn e et en particulier dans la d termination du degr de pollution des sables et graviers Il est donc envisageable dans un avenir rapproch de pouvoir chi les possibilit s d utilisation des mat riaux marginaux ou de limiter au maxi mum les refus de bons mat riaux Pour ce faire un projet de recherche est lanc au laboratoire Central pour d finir le seuil ou les seuils selon le cas de la valeur de bleu partir duquel on pourra d cider en meilleure connaissance de causes de rejeter ou d accepter un mat riau donn user Figure l Absorbance de la dilution de deux diff rents produits en fonction de la concentration de la solution de bleu ABSORBANCE produit Fisher produit Baker Concentration mg E 7 Figure 2 Valeur de Bleu d une argile type kaolin argile Darkbell en fonction de la concentration de la solution de bleu VB Figure 3 Valeur de Bleu d un chantillon tr s k argileux en fonction du pH de sa solution pH pH initial de la solution de sol 4 6 OR Daan a S T vB Figure 4 Valeur de Bleu d un chantillon argileux a en fonction dw pH de sa solution ESR a ea us CRE fine Di A mene E ps So to V
6. RRE eee tune SUE Tes sols moins argileux on n utilise que la fraction passant le FLY de ENT d ou ER SE as ES DUT Ac LL r ages os RS ie SRE LES ne ET Pierre OU Ts i Re r ORE PEN EME 2 ee sue SEE RE ARE Re Re TRS PRES i BARRE M se tamis 400 um FES FRI mA RS RS Le AE He LS CREER LS Ere L ET Ta A TP Rates RE Re ET ms np Y r 5 m CA y A bt MER ma v rnb Re RARE Pre EP Rp tan de Res ses cage RAA RE REA ER LT R NE Cr A rei 4 ur eeta a Sup ges i p Le J lt out j E TEES pee 3 me se e er A Te bi Rite Les z M rps NSA Wa see aii ai A a ARCS 5 A a LES gt a 7 s F me RE RES a ri 5 nS s ae nye CS PER ea ne Cr LE MES Re ETS ca F ne PR Z e S Pae HERLIS 5 FE e gt ma E aa jm L AT en ER A he n RE Le principe du dosage rester le m me et Las saturation des particules ka Sis a ih PeT Cr se lt a i it vs poar KN PP i Pi CLR TS Tax ere t a a Ne de sol par les mol cules de bleu est toujours d tect e par le test de nn Pn K s A E LD la tache La dose d bler inject a par contre t adapt e au degr a _d argilosit de l chantillon Pour unm sol faiblement argileux on ne utilise une petite burette de 10 cm avec une dose de 0 5 cm quand la saturation est proche cette proximit tant appr ci e d apr s le temps que l aur ole bleu clair prend pour d
7. a surface sp cifique de L tat de charge de cette sur face ide relat ons physico chimiques du milieu faisant intervenir par exem ple la nature de l eau interstitielle ou la plasticit du sol On a ensuite une id e de la quantit d dites en rapportant la valeur de bleu VB au tamis 400 un utilis pour la pr paration on multiplie VB par Le pourcentage passant 400 um cette valeur VE tient compte de la pro 00 portion de la partie fine de l chantillon argileuse ou non par rapport aux autres composantes e a La valeur de bleu refl te en fait la fois la qualit et la quantit de la fraction argileuse d un sol mais ne pourra pas pr ciser si c est de la kaolinite ou de la montmorillonite que l chantillon contient ni la quantit exacte de tel ou tel min ral argileux amorphe ou inerte e Il ne s agit donc pas de remplacer l analyse min ralogique par l essai au bleu Par contre si on a d avance une id e des diff rentes phases min rales que l on peut trouver dans une r gion donn e ou dans une carri re donn e da valeur de bieu sera plus significative et plus facilement inter e Te pr table En d autres termes l essai au bleu ne pourra pas d cider parmi trois mat au qui ont La m me Valeur de bleu mais qui contiennent 4 de kaolinite CA i pour le premiers 2 d illite pour le deuxi me et LR de montmorillonite pour ie derni
8. e ges i A nm ar A ET y fee z ij p i LR H CEA w L ARR ee ss LIZT pH initial de la Le Our ar Mrs solution de sol2 7 7 0 gt 1 ee LS 4 VB Figure 5 Valeur de Bleu d un chantillon non argileux en fonction du pH de s a solution pH f pH initial de la solution de sol 11 5 VB
9. eert er e Aa Te a L A Per CR CS due eme NT pu 7 Es LE A A EL ST AE PA TRE TRE EEE ET A QE qu PE CES CS NE 75 ee se MR EE PS tps UT DRE Te PAL ES Re 3 es ee 12 RE LE Les PL TRES ne nr i a A g gt n es RE z i Fe a Cars de fixer la puret du bleu aucune perte d humidit par s chage 110 C et deux mol cules d eau de cristallisation eau faisant mpatie de la structure du cristal m me 110 CGI Il n est pas n cessaire de repasser par toute la aroc dore d crite plus haut chaque nouvelle pr paration Si le nouveau produit est de la m me marque on se contentera de le s cher 110 C pendant 24 h et on v rifiera sa dilution en la comparant celle de l ancien produit Il suffit pour cela de d terminer la valeur de bleu VB d un chantillon talon argile type kaolin par exemple de composition parfaitement ta blie avec la nouvelle solution et avec dl ancienne l cart entre les deux valeurs ne devra pas exc der SUP pour deux op rateurs diff rents au moins Deux autres facons plus complexes ont t d velopp es pour ajuster la nouvelle dilution l ancienne Figure l A l aide de mesures par spectrophotom tre tracer les deux droites de l absorbance c est le logarithme du rapport des intensit s lumineuses incidente et transmise des deux dilutions en fonction de la concentration partir d un bleu de m thyl ne humidit ambiante la nouvelle concentration
10. er lequel des trois sera le plus nocif c est dire le plus pr judiciable la stabilit de la chauss e Mais si on associe la valeur de bleu de l chantillon d sol au comportement m me de la chauss e cons E truite avec ce sol sous forme d une relation VB v rsus CBR par exemple on finira par trouver les trois seuils de Valeur de bleu partir desquels on pourra d cider que chacun des trois mat riaux pr cit s est trop pollu pour tre utilis en construction routi re Si les trois seuils sont voi gt Sins on en conclura que l essai au bleu d termine globalement l ensemble des deux param tres qualit et quantit c est en fait l impact de ces deux facteurs sur la scabilit finale de la chauss e qui permet l appr ciacion juste du degr de pollution des sables et graviers a La stabilit de la route est valu e pour chacune de ses couches d apr s diff rents crit res de qualit ou diff rents indices plusieurs pourront ventuellement tre choisis Les seuils de valeurs de bleu seront sans doute diff rents selon la qualit des mat riaux employ s Si les mat riaux ne contiennent pas de particules fines argileuses ma s beaucoup de particules fines inertes la valeur de bleu sera faible pourtant une trop grande quantit de ces fines risque de compromettre le bon comportement de la chauss e la recherche de cette limite va aussi faire l objet d une tude en laboratoi
11. est gale l ancienne 10 g multipli e par le rapport des pentes des deux droites de l ancien produit sur le nouveau Figure 2 Tracer la relation concentration de bleu g l versus valeur _de bleu pour le houveau produit La valeur de bleu d un chantillon talon argile type kaolin qui avait t trouv e avec l ancien produit dos 10 g l permet l aide du graphique de lire la concentration recherch e La courbe peut quand m me tre trac e pour l ancien produit ce qui pr cise la bonne valeur de bleu de l chantillon talon pour la concentration de 10 g l e On insistera en dernier lieu sur l importance de rem langer la solu tion de bleu de m thyl ne avant chaque utilisation en remuant le flacon ou l aide d un agitateur si n cessaire 2 2 Ex cution de l essai m La nouvelle pratique de l essai au bleu a fait l objet d une demande de r vision de la norme BNQ 2560 255 Elle portera sur les points sui vants pr paration de la solution de bleu de m thyl ne pr paration de l chantillon dosage mesure du pH LT Re Ve 2 La e entre les valeurs de bleu effectu es partir d un chan a e tillon humide ou seci esr ncore mal connue les deux m thodes sont RD envisag es mais la m thode sec n cessite une inbibat ion du sol au NE CN IE pr alable d au moins 24 heures Pour augmenter la pr cision de l essai RU RE EE TES Cr UNS PE SE
12. ispara tre on injecte une dose de 0 2 cm Si le degr d argilosit de l chantillon n a pas t valu correctement au d part et que c est la grosse burette de 50 cm qui a t employ e avec des doses successives de 5 cm puis 2 cm qu l cm l essai est repris avec la petite burette condition gue la valeur de bleu trouv e avec la grosse purette soit gale ou inf rieure 0 3 B Par ailleurs il est recommand d effectuer une mesure de pH de la o solution de sol avant essai pour les raisons mentionn es au pat graphe suivant 7 am Q 4 to s os J 3 Influence du pH La valeur de bleu peut tre surestim e si le pH de l chantillon est suffi samment lev Pour un sol tr s argileux VB gt 2 l tude montre figures 3 et 4 que VB augmente avec le pH partir de pH 8 pour un sol VB 3 3 partir de pH 9 pour un sol VB 2 0 et sans doute partir d un pH plus fort encore pour un sol VB moindre Pour un sol tr s peu argi leux VB 0 1 par exemple figure 5 le pH est sup rieur 12 avant que VB soit influenc e Selon le pH naturel initial de l chantillon il est augment ou abaiss ou les deux en ajoutant une base NaOH ou KOH ou R un acide HCl ou H S0 Le pH est mesur avec un pH m tre pour fins d tude mais peut tre plus simplement d termin dans le cas de la routine Pi un ruban de
13. liorer la proc dure d essai et connaitre davantage L influence du pH de l chantillon sur le r sultat de l essai L augmentation de la pr cis de l essai au bleu de m thyl ne permet maintenant de se fier davantage au r sultat de l essai dans le cas d chantillons peu argileux Il est donc pos sible d valuer le degr de pollution des sables et graviers m me si la valeur bleu ne pourra jamais pr ciser de quelle sorte de pollutiom il s agit sans faire d autres analyses plus complexes et plus co teuses Mais pour pouvoir r pondre au but recherch il suffit de conna tre le seuil ou les seuils selon la qualit des mat riaux utilis s de la valeur de bleu partir duquel on pourra d cider en meilleure connaissance de causes de rejeter ou d accepter ut mat riau donn Pour ce faire la valeur de bleu sera mise en relation pour diff rents cas de figures avec certains indices de stabilit de la chauss e gt MINISTERE DES TRANSPORTS CENTRE DE DOCUMENTATION Sa varor g 200 Rue Derhe e eo Qu bec Qu bec ES Gik 521 MESEM Tr E P A er v leur PTE ue Spy de 1 esl H Diflusion auloris er T Diftusion interdite NE o sai pr paration de la solution a DO en de bleu concentration dosage f DH teneur en argile indices x je stabilit d une chauss e Signature du directeur g n ral Date V 1773 82 02 RECHERCHES TRANSPORT
14. mesure changement de couleur x a A a at it n E ope a er i A KFA se s o me ps A ti pee a 2 s 4 che Z aos rh POLE DAE Avant de pouvoir fixer d finitivement des Limites pr cises de pH de l chan Fe Le Rue tien partir desquelles om devra contester Ta validit du r sultat de a ne HE 7 Aia o is as ar A s es 2 ew nes l essai aw bleu d autres classes de sol devront tre tudi es en particu m 0 a ue a Ca mE a Ta er sors rt M Kg AE a 2 2 E3 B2 LE ee ya au m RAA ani LUE Ce lier celles dont la valeur de bleu se situe entre o 1 et 2 0 Des analyses ri 5 5 n E e 8 devront aussi tre r alis es sur des chantillons phases min rales diff g9 r A FE 7 hi Pr RE rentes et pour diff rents pH naturels Notons que le pH d pend de la te w Ei neur en mati res organiques et que le r sultat de l essai au bleu sur un sol organique doit donc tre interpr t avec beaucoup de pr cautions cf Boust et Priv bull de liaison L P C d c 1984 4 Recherche de la qualit et quantit d argile En premier lieu on peut appr cier la qualit de l argile contenue dans l chantillon l aide de la Valeur de bleu VB trouv e par l essai puis qu elle est fonction de l activit de la partie fine de l chantillon Ce est dire de s
15. re Ces divers projets de labora toire pourront d ailleurs se poursuivre par des exp rimentations in situ 5 6 _L essai au bleu comme crit re de classification Il est possible de donner des fourchettes de valeurs de bleu VB 00 corres pondantes aux diff rents symboles de la classification unifi e Il existe aussi des relations entre la valeur de bleu VB et les pourcentages de 400 fines passant 5 2 et l m pour les sables et graviers du Qu bec la corr lation est nettement moins bonne que pour este qui a t tablie pour argiles de la mer Champlain mais m rite qu on y pr te attention Une compilation des donn es disponibles au _ laboratoire Central sera effectu e dans le courant de 1 ann e 1986 are k L ss ie RE gi Ze za 5 3 z a e A y E k SE LUS LES see de Leir 3 CDR ET E gt tee see met na re LE TX fg z La PRE nt al PS Nue 7 Re Te da dar ET are 4 Eilers e e e Taa Fe en Tee S TO T Et arnet RE rue on Ts tres CR FLE y y ai Aa J Li Les c connaissance de La valeur de bleu VB et w j s ajoute aux autres param tres de classification des sols Symbole de la classification unifi e e limite de liquidit indice de plasticit pourcentage passant 80 um etc e VB et VB 60 permettront de classifier le sol selon son activit et selon sa teneur en particules fines na ame Conclusion Les
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