Équivalent de sable

L’équivalent de sable est un indicateur, utilisé en géotechnique, caractérisant la propreté d’un sable ou d'une grave. Il indique la teneur en fines, éléments de diamètre inférieur à 0,5 mm, d’origine essentiellement argileuse, végétale ou organique à la surface des grains. Ce terme désigne également l’essai qui permet de déterminer cet indicateur. On parle d’ « essai d’équivalent de sable piston » ou, plus simplement, d’ « essai d’équivalent de sable »

Trois essais d'équivalent de sable qualifiant trois propretés de sables différents

Propreté

Lorsque l’on frotte des granulats non lavés dans la main (du sable ou des gravillons), on peut constater des traces de poussière sur les doigts. Il s’agit de particules argileuses de petites dimensions. Celles-ci sont susceptibles d’être nuisibles à la qualité du mélange ou de la pâte que l‘on veut obtenir à partir du granulat, comme du béton ou un mélange bitumineux. D’autres particules peuvent également avoir ce même effet néfaste, comme des scories, du charbon, des particules de bois, des feuilles mortes ou des fragments de racines^[1].

Dans le domaine du béton, ces particules perturbent l’hydratation du ciment et entraînent des défauts d’adhérence entre les granulats et la pâte^[2].

Dans les mélanges bitumineux, comme les enrobés bitumineux ou les enduits superficiels, un défaut de propreté peut conduire également à une perte d’adhérence du granulat avec le liant et donc à un désenrobage.

La propreté des sables est évaluée par deux essais complémentaires : l’équivalent de sable (codé SE sur le plan européen) et l'essai dit au bleu . Tant que l'essai d’équivalent de sable donne de bons résultats (SE > 60) c’est que le sable est propre. Si le résultat est mauvais, cela peut être dû au piégeage accidentel de fines inertes (calcite, quartz) dans le floculant ou à la présence d’un excès d’argiles. Pour le savoir on effectue alors, et seulement si le résultat de l’SE est mauvais, un essai dit au bleu basé sur l’adsorption de bleu de méthylène qui ne se fixe que sur les argiles^[2].

Principe

L’essai consiste à verser un échantillon de sable et une petite quantité de solution floculante dans un cylindre gradué et d’agiter de façon à détacher les revêtements argileux des particules de sable de l’échantillon. On complète alors le sable en utilisant le reste de solution floculante afin de faire remonter les particules de fines en suspension au-dessus du sable. Après 20 min, les hauteurs des produits sont mesurées. L’équivalent de sable est le rapport hauteur du sable sur hauteur totale, exprimé en pourcentage^[3].

Réactifs

La solution floculante est composée, pour une quantité de 1 litre, de^[3] :

• 219 g de chlorure de calcium cristallin, CaCl₂.6H₂O ou 111 g de chlorure de calcium anhydre, CaCl₂ ;
• 450 g de glycérine à 99 % de glycérol, de qualité de réactif pour laboratoire ;
• 12,5 g formaldéhyde en solution, 40 % en volume, de qualité de réactif pour laboratoire ;
• 350 ml eau distillée ou déminéralisée.

L’opérateur dissout le chlorure de calcium cristallin dans les 350 ml d'eau distillée ou déminéralisée. Il laisse refroidir à température ambiante et, si nécessaire, il filtre à l'aide d'un papier à filtrer à grosses ou moyennes mailles. Il ajoute la glycérine et le formaldéhyde en solution et dilue à 1 l de solution avec de l'eau distillée ou déminéralisée, puis il mélange vigoureusement^[3].

Une solution lavante, obtenue en diluant 125 ml de solution concentrée dans 5 l avec de l'eau distillée ou déminéralisée, est également préparée^[3].

Appareillage

Appareillage pour l'essai d'équivalent de sable

Les deux éléments d’appareillage principaux sont deux cylindres gradués, dans lesquels sera répété de manière similaire l’essai, et un piston mesureur^[4].

Les deux cylindres sont en verre ou en plastique transparent, de hauteur 40 cm, munis d’un bouchon en caoutchouc et gradués^[3].

Le piston mesureur est composé de^[5] :

• une tige de 44 cm de longueur ;
• une embase de 2,5 cm de diamètre, dont la surface inférieure est plate, lisse et perpendiculaire à l'axe de la tige et qui comporte latéralement trois vis de centrage du piston dans le cylindre;
• un manchon, de 1 cm d'épaisseur, qui s'adapte sur le cylindre gradué et permet de guider la tige, en même temps qu'il sert à repérer l'enfoncement du piston d'essai dans le cylindre.
• un poids fixé à l'extrémité supérieure de la tige pour donner à l'ensemble du piston d'essai, hormis le manchon, une masse totale de 1 kg.

Un tube laveur est également utilisé. De longueur 50 cm et de diamètre intérieur 4 mm, il permettra de faire circuler la solution lavante dans l’échantillon à tester^[6].

Quelques autres outils peuvent être utilisés comme une spatule, une règle, un tamis, un entonnoir, etc.

Mode opératoire

Préparation

L'essai doit être réalisé sur la fraction 0/2 mm à une teneur en humidité inférieure à 2 % et à une température de 23 °C. w étant la teneur en humidité du sable (pourcentage en masse sèche), la masse de chaque éprouvette doit être égale à en (grammes) ^[7] :

Remplissage, agitation et lavage

L’opérateur remplit chacun des deux cylindres gradués d’une solution lavante, jusqu'au trait repère inférieur figurant sur le cylindre. Il verse une éprouvette de matériau dans chaque cylindre à l’aide d’un entonnoir, puis laisse reposer pendant 10 min pour humidifier l'éprouvette. Après avoir fermé le cylindre, il le dispose ensuite sur une machine d'agitation et procède à l’agitation de chaque cylindre pendant 30 secondes^[7].

Le tube laveur est ensuite descendu dans le cylindre de façon à ce qu'il traverse le sédiment au fond du cylindre. Le cylindre étant maintenu en position verticale, l’opérateur irrigue le sable avec la solution lavante, ce qui favorise la remontée des fines et des éléments argileux. Tout en faisant subir au cylindre un lent mouvement de rotation, l’opérateur remonte lentement le tube laveur^[7].

Quand le niveau de liquide avoisine le trait repère supérieur gravé sur le cylindre, relever lentement le tube laveur et réguler le flux de façon à maintenir le liquide au niveau du trait repère supérieur jusqu'à ce que le tube soit complètement retiré et le flux interrompu^[7].

Chaque cylindre est laissé ensuite au repos pendant 20 min.

Mesurages et résultats

Après repos, la hauteur h1 du niveau supérieur du floculat par rapport au fond du cylindre gradué est mesurée. Le piston est ensuite abaissé dans le cylindre jusqu'à ce que l'embase repose sur le sédiment, ce qui permet de mesurer la hauteur h2, distance entre la face inférieure de la tête du piston et la face supérieure du manchon ^[8].

L’équivalent de sable est donné par la formule^[9] :

Ce calcul est fait pour chacun des cylindres. Si les deux valeurs obtenues diffèrent de plus de 4, le mode opératoire d'essai doit être répété.

L'équivalent de sable (SE) de l’échantillon testé est la moyenne des valeurs obtenues pour chaque cylindre, arrondie au nombre entier le plus proche^[9].

Préconisations

Les préconisations en matière de propreté pour les sables utilisés dans les bétons sont les suivantes^[1] :

En ce qui concerne le béton routier, qu’il s’agisse d’un béton balayé, strié, imprimé, désactivé ou bouchardé, les préconisations sont les suivantes^[10] : SE > 60.

Notes

Voir aussi

Articles connexes

• Mécanique des roches - Géotechnique - Sol - Analyse granulométrique
• Sable - Grave - Granulat - Filler

Bibliographie

Normes

• Europe : Norme EN 933-8:1999 - Tests for geometrical properties of aggregates — Part 8: Assessment of fines — Sand equivalent test, Directive 89/106/EEC, corpus technique CEN/TC 154, ratifiée le 19 février 1999.
• France : Norme NF EN 933-8 - Essais pour déterminer les caractéristiques géométriques des granulats – Partie 8 : Évaluation des fines — Équivalent de sable, Paris, Association Française de Normalisation (AFNOR), août 1999, 16 p. , remplace les normes expérimentales françaises P 18-597, de décembre 1990 et P 18-598, d’octobre 1991.

Ouvrages

• AFNOR, Les granulats, Paris, l’Association Française de Normalisation (AFNOR), août 1999, 24 p. 
• Les granulats - (Cours de génie civil), IUT Genoble, coll. « Supports de formation en ligne » 
• Prof. J.P. DELISLE, F. ALOU, Matériaux de construction 1, Lausanne, octobre 1978 ,
• Georges Dreux, Jean Festa,, Nouveau guide du béton et de ses constituants, Paris, Edition Eyrolles, 1998 ,
• Raymond Dupain, Roger Lanchon,, Jean-Claude Saint-Arroman, A Capliez, Granulats, sols, ciments et béton :Caractérisation des matériaux de génie civil par les essais de laboratoire, Editions Casteilla, 2004 ,
• Michel Venuat, La pratique des ciments, mortiers et béton, Paris, Edition Le Moniteur, 1989 ,
• Le béton routier : formulation, fabrication et transport, Paris, SFIC, Cimbéton, l’ATILH et Bétocib, coll. « Infociments, base documentaire de référence sur les ciments et les béton » .
• Les granulats, Strasbourg, Académie de Nancy-Metz, 27 p. .

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