Détermination de l'angularité des gravillons et des sables

RÉSUMÉ
Détermination de l'angularité
des gravillons et des sables
JACQUES GARNIER
Assistant
Laboratoire régional de Rouen
JACQUES ROBERT
Ingénieur-géologue
Laboratoire régional de Toulouse
L'angularité des granulats d'origine alluvionnaire
est systématiquement évoquée,
lorsque l'on aborde les problèmes de frottements
inter-granulaires dans les assises de
chaussées et les caractéristiques de glissance
des revêtements routiers.
L'article présente un essai, basé sur ia mesure
d'un temps d'écoulement du matériau qui tend
à quantifier ce paramètre. L'auteur donne
quelques exemples de résultats obtenus aveccette
méthode : cet essai, associé à des mesures
de maniabilité sur les matériaux composites
(granulats traités aux liants hydrauliques ou
bitumineux et bétons), devrait permettre
d'élaborer de nouvelles spécifications dans
ce domaine.
MOTS CLÉS : 36 Angularité Gramtlat
Alluvitm Sable Gravillon Essai -
Mesure Temps - Roche concassée Écoulement
du sol.
Bull, liaison Labo. P. et Ch. - 104 - nov.-déc. 1979 - Réf. 2415
Présentation
CLAUDE TOURENQ
Chef de la section de minéralogie
et pétrographie appliquées
Laboratoire central
Un matériau alluvionnaire dont les éléments
ont été roulés lors du transport par les cours d'eau est
plus ou moins arrondi; lorsque Von concasse ces
éléments, on crée des angles et le matériau voit son
« angularité » augmenter.
Ainsi on appelle indice de concassage la
proportion en poids d'éléments supérieurs au D du
granulat élaboré contenue dans le matériau d'origine
soumis au concassage, et rapport de concassage le
rapport entre la plus petite dimension du matériau
soumis au premier concassage et le D du granulat
obtenu.
Les seules notions actuellement utilisées du
point de vue des spécifications sur les granulats
nécessitent de connaître parfaitement les conditions
d'élaboration des granulats, ce qui n'est pas toujours
le cas.
Ces notions ne peuvent tenir compte de la
forme et de l'état de surface des éléments qui
pourtant contribuent d'une façon non négligeable
aux conditions de frottement entre éléments.
Il est évident que pour les matériaux issus de
roches massives, le problème de Vangularité au sens
strict ne se pose pas, mais celui de l'état de surface
demeure.
L'importance de Vangularité est double:
— Pour des assises de chaussées non traitées, elle
favorise la stabilité mécanique en augmentant
l'angle de frottement interne. Pour les assises
traitées avec des liants à prise lente cet aspect est
encore très important car ces assises sont circulées
dès la mise en œuvre ; si la prise est rapide, cet effet
est d'autant moins important qu'il y a plus de liant et
que celui-ci est plus rigide. Mais si des problèmes de
difficulté de compactage se posent, il ne faut pas
67

» 100
1 90
3
S 80
I 60
S 50
c
y 40
O
Û- 30
oublier que l'angularité n'est pas un facteur favorable.
— Pour les couches de roulement des chaussées, l'angularité est favorable à l'adhérence du
pneumatique, rupture du film d'eau et drainage : les matériaux entièrement roulés sont exclus de ces
couches.
L'essai proposé dans cet article, et qui reprend un essai déjà utilisé en Hongrie pour les sables
et mis au point par M. Reznak, est basé sur la mesure du temps d'écoulement des granulats à travers
un orifice déterminé. Il a l'avantage d'être très simple, reproductible et rapide.
La mesure qui en résulte intègre deux propriétés différentes : l'angularité et l'état de surface des
éléments. Mais comme en fait l'état de surface est aussi bénéfique que l'angularité, en ce qui concerne
aussi bien le frottement interne que le contact pneumatiques couches de surface des chaussées, cela ne
peut que donner plus d'intérêt à la méthode proposée.
Cet essai permettra en outre, dans le cas des roches massives, d'introduire des différences au
niveau de l'état de surface, et cela peut avoir une certaine importance vis-à-vis des problèmes de
maniabilité.
Si l'indice de concassage semble assez facile à remplacer par un essai d'écoulement, il n'en est
pas de même pour le rapport de concassage où des recherches sont encore nécessaires.
20
10
Enfin, la rapidité et la précision de l'essai lui ouvrent des perspectives pour l'étude de la
maniabilité des matériaux composites.
Il n'existe pas de méthode simple pour mesurer l'angularité
d'un ensemble de particules. Les indices d'émoussé de
cailloux, ou d'arrondi de Wadell, Krumbein ou Wentworth
se déterminent grain par grain ce qui est toujours très long.
Certains pays utilisent la mesure de la porosité intergranulaire
du matériau compacté dans des conditions déterminées,
mais la sensibilité de cette méthode est faible.
Les seules notions couramment utilisées dans ce domaine
en France sont « le rapport de concassage » et « l'indice de
concassage» (fîg. 1) dont l'application concrète nécessite
la connaissance de l'élaboration du matériau, parfois difficile
à appréhender.
Par ailleurs, ces notions tiennent compte de l'apparition
des nouvelles arêtes vives dues au concassage et pas de la
CAILLOUX GRAVIERS GROS SABLE SABLE FIN
\
II
-Grave d'origine
I I INI
\ I I Uli
Y • - Grave obtenue
\
• V
\
\
\ \
\
\
\
a mm 200 100 50 20 10 5 1 0,5 0,2 0,1 50 ß 20 M
le du O/D = % en poids d'éléments > D dans la grave d'origine = 53.
68
R c = d grave d'origine 10 =Q5
D grave obtenue 20
Fig. 1. - Indice et rapport de concassage.
nature des nouveaux états de surface créés (plans de rupture).
Or ces deux aspects, arêtes vives (macrorugosité) et état de
surface (microrugosité) des granulats concassés, influent
sur l'angle de frottement interne, donc sur la stabilité mécanique
des assises et sur l'état de surface des couches de
roulement.
Pour remédier à ces insuffisances, le Laboratoire de Rouen
a entrepris une étude, tendant à mettre au point une mesure
englobant l'angularité et l'état de surface des granulats.
Nous appellerons angularité dans la suite de ce texte l'ensemble
de ces deux propriétés.
Des essais triaxiaux préliminaires ont montré qu'il existe
une différence d'angle de frottement interne d'environ 7°
entre un matériau entièrement roulé et une roche massive
concassée. Mais le manque de sélectivité et la dispersion
des résultats de l'essai triaxial nous ont orientés vers une
méthode basée sur la mesure du temps d'écoulement d'une
masse déterminée de matériau à travers un orifice calibré.
Bien qu'il soit souhaitable de faire les mesures sur un
matériau O/D, cela n'a pu être réalisé et il a fallu séparer
sable et gravillons pour deux raisons essentielles :
— la ségrégation produite au cours de l'écoulement d'un
0/D provoquait une dispersion importante des mesures ;
— l'écoulement par simple gravité des gravillons dans un
entonnoir n'est pas régulier, des blocages de gravillons se
produisant pour des raisons de rapport de dimensions entre
le matériau et l'orifice.
Il faut en effet dire que tous les essais effectués, tant pour
les gravillons que pour les sables, ont en commun le souci
de freiner le plus possible l'écoulement du matériau sans
provoquer son arrêt, afin de dilater au maximum la plage de
mesure entre les matériaux peu et très anguleux.

Nous avons donc mis au point deux essais :
— la mesure du temps d'écoulement à l'angulomètre pour
les gravillons de 4 à 20 mm, qu'on appellera angularité des
gravillons ;
— la mesure du temps d'écoulement à Ventonnoir pour les
sables de 0 à 4 mm, qu'on appellera angularité des sables.
ANGULARITE DES GRAVILLONS
Pour les gravillons, il a été fait appel à une énergie vibratoire
pour permettre un écoulement régulier, la dimension
de l'orifice d'écoulement pouvant varier avec la granulante
du gravillon par l'intermédiaire d'une trappe coulissante
réglable.
Afin que la lecture de ces lignes ne soit pas trop fastidieuse,
nous n'exposerons pas les difficultés rencontrées pour la
mise au point du matériel de mesure, mais nous nous
attacherons simplement à résumer les principaux résultats
obtenus, après avoir décrit sommairement le matériel, dénommé
angulomètre, dans sa version finale.
LE MATÉRIEL - PRINCIPE DE MESURE
1 - Le matériel
L'angulomètre se compose d'une table à balourds et d'un
ensemble d'écoulement (fig. 2).
La table vibrante
La table à balourds à suspension visco-élastique génère
une vibration circulaire d'une fréquence voisine de 50 Hz.
Le plan de vibration est confondu avec le plan de symétrie
verticale de l'appareil; le sens de rotation du balourd a
tendance à projeter les matériaux vers l'avant du couloir de
descente. L'amplitude de la vibration est constante et reproductible
pour une masse de matériau donnée. Elle est
fixée à 0,5 mm par l'intermédiaire de balourds de
135 grammes.
Ensemble d'écoulement (fig. 3)
— Fixé sur une embrase support, un tube porte échantillon
comporte à sa base un orifice calibré par une trappe
coulissante, un obturateur et un couloir d'écoulement.
— L'embase monobloc en duralumin est fixée sur le plateau
de la table vibrante.
— Ce support forme le couloir d'écoulement (1) du matériau,
dont la pente est de 10°. Pour faciliter le nettoyage, les
flancs du couloir en polychlorure de vinyle (PCV) peuvent
être retirés.
— Le volet fixe (2) de la trappe règle la hauteur d'ouverture
de façon continue de 0 à 60 mm ; la largeur est de
90 mm. L'obturateur (3) à déclenchement instantané par
ressort libère le flux de matériaux.
Le tube porte échantillon en PCV est amovible. Sa capacité
est d'environ 7 1, son diamètre de 125 mm (4).
2 - Principe de mesure
— Échantillon pour essai
L'essai est réalisé sur un gravillon d/D. Pour ce faire le
granulat est lavé et séché. La masse de l'échantillon est de
10 kg.
Hauteur hors tout: 1 225 mm, largeur: 400 mm
Profondeur: 500 mm, hauteur de la table: 556 mm
Surface au sol de la table: 400 x 400 mm
Fig. 2 - Angulomètre
Fig. 3 - Détail de l'ensemble de mesure.
69
Tube
Trappe réglable
Couloir
d'écoulement
Table vibrante

— Réalisation de l'essai
Le principe de l'essai consiste à mesurer le temps d'écoulement
d'une masse M constante de gravillons. Afin de
réaliser la mesure en régime d'écoulement permanent, on
élimine le début et la fin du flux de matériau. La détermination
du temps d'écoulement se fait alors sur 7000 g de
granulats, à l'aide d'une balance et de tares simulant un
seuil bas de 1000 g et un seuil haut de 8 000 g. Le résultat de
l'essai est la moyenne de dix mesures successives, réalisées
sur le même échantillon pour essai.
PRINCIPAUX RÉSULTATS OBTENUS
1 - Loi d'écoulement
Compte tenu de la masse de matériau soumis à l'essai, et de
son action éventuelle sur l'amplitude de la vibration, il a
d'abord été vérifié expérimentalement que l'écoulement
du gravillon était régulier, après avoir éliminé le début et la
fin du flux de granulats.
Pour une hauteur de trappe et une fraction d/D données,
cette hypothèse s'est trouvée confirmée comme l'indique
la figure 4 pour les quatre matériaux testés.
Temps d'écoulement (s)
0 I l I I I I I
2 3 4 5 6 7 8 Masse matériau
écoulée (kg)
Fig. 4 - Temps d'écoulement = f (masse matériau écoulée).
2 - Influence de la hauteur de trappe
Afin d'optimiser la plage de mesure entre des granulats
d'angularité différentes, la hauteur de trappe (donc l'ouverture
de l'orifice) la plus favorable pour permettre
l'écoulement le plus lent et le plus régulier possible a été
déterminé expérimentalement. On a trouvé que le plus
grand écart de temps d'écoulement entre un matériau roulé
et un matériau concassé correspondait à une ouverture de
trappe égale à trois fois la dimension D des plus gros gravillons.
70
3 - Influence de la granularità interne du gravillon
Il est bien connu que, outre l'angularité, différents paramètres
peuvent modifier le frottement interne des granulats.
La granularité est, sans nul doute, un paramètre prépondérant,
et il était important d'étudier l'influence de la granularité
du gravillon.
A cette fin, des granulats 4/20 ont été recomposés suivant
les courbes granulométriques extrêmes susceptibles d'être
rencontrées en application des fuseaux des directives
SÉ TRA-LCPC. La courbe la plus haute correspond à celle
définie pour une grave non traitée 0/20 sableuse. La courbe
la plus basse correspond à celle définie pour une gravelaitier
0/20 à 20 % de laitier. Le tableau I précise les courbes
4/20 obtenues à partir de ces courbes 0/20. Elles sont
désignées par la suite par courbe haute et courbe basse.
Les essais ont été réalisés sur des matériaux de la Vallée de
l'Adour concassés et roulés. Les résultats obtenus sont
présentés dans le tableau II.
TABLEAU I
Tamis (mm) 20 14 10 6,3 4
Courbe haute
Grave non traitée 0/20 sableuse 100 64 42 16 0
Courbe basse
Grave-laitier 0/20 à 20 % de laitier 100 56 28 6 0
TABLEAU II
Temps d'écoulement
moyen (s)
4/20 Adour roulé courbe basse 66,5
4/20 Adour roulé courbe haute 58,1
4/20 Adour concassé courbe basse 84
4/20 Adour concassé courbe haute 85
Dans cet exemple, la variation de la courbe interne ne
semble pratiquement pas modifier le temps d'écoulement
pour les granulats concassés (on peut penser que dans ce
cas l'angularité du matériau présente une influence prédominante
sur le frottement interne des granulats). En revanche,
pour les granulats roulés on enregistre une différence
de 8,4 s, mais le temps d'écoulement reste très inférieur à
celui des gravillons concassés.
La variation du temps d'écoulement liée à la courbe interne
est relativement faible par rapport à l'écart entre le temps
d'écoulement du matériau concassé et du matériau roulé.
On négligera donc ce paramètre dans l'exploitation de
l'essai.
4 - Influence de l'aplatissement des grains
Afin de déterminer l'influence du coefficient d'aplatissement
(NF P 18-561)*, il a été incorporé des pourcentages
variables de plaquettes dans deux matériaux préalablement
déplatés suivant le critère G/E ^ 1,58.
* Oct. 1978, Granulats - Mesure du coefficient d'aplatissement.

Les granuláis utilisés pour cet essai proviennent des alluvions
de la Garonne (roulés) et de la carrière de quartzite de
Chailloué (concassés), les résultats obtenus sont présentés
sur la figure 5.
Temps d'écoulement (s)
160 -
150
140
130
120
6/10 Chailloué concassé
A... tm = 153 s
».
,tv'
6/10 Garonne roulé
At max
0 10 15 20 25
Fig. 5 - Influence de l'aplatissement des gravillons.
I
1
= 3 % de t m
tm = 127 s
= 4 % de tm
i ^
30
A (%)
On observe que dans la zone considérée (10 à 30 % d'éléments
plats), le coefficient d'aplatissement à une influence
relativement faible. On négligera donc ce paramètre lors
des mesures d'angularité.
5 - Dispersion et sélectivité de l'essai
L'exploitation des résultats obtenus sur différents matériaux
permet d'affirmer que la dispersion de l'essai d'écoulement
à l'angulomètre est peu élevée. Les coefficients de
variation calculés sur les temps moyens d'écoulement de
dix mesures successives ont toujours été inférieurs à 5 %.
En ce qui concerne la sélectivité de l'essai, c'est-à-dire son
aptitude à différencier des matériaux roulés de matériaux
concassés, des mesures systématiques ont été réalisées sur
des granuláis d'origines très variées. La figure 6 présente
quelques résultats obtenus sur des fractions 4/10 et 4/20.
Outre la bonne sélectivité de l'essai, cette figure laisse
apparaître que les rapports de temps d'écoulement des
fractions 4/10 et 4/20 pour un même matériau, sont voisins
de 2, c'est-à-dire dans le rapport des ouvertures de trappe
(30 à 60 mm).
Cette constatation permet d'entrevoir une exploitation
plus simple de l'essai qui consisterait non plus à utiliser les
ouvertures de trappe les plus sélectives pour différencier
les matériaux sans créer de blocage, mais les ouvertures de
trappe qui permettraient d'obtenir des temps d'écoulements
voisins (que l'on pourrait confondre) quelle que soit
la granularité de l'échantillon testé, homogène en angularité.
Afin de déterminer les hauteurs de trappe adéquates, des
essais d'écoulement ont été réalisés sur des granulats de
même angularité et de granularité variable. La figure 7
présente un exemple des résultats obtenus. Sans entrer
Temps d'écoulement (s)
210
200
190
J2 1180
170
160
150
1 1140
130
20 -
110
Garonne concassé
-Dordogne
concassé
Granulats 4/10
Silex concassé
Arques la Bataille
Schiste concassé
Vaubadon
Temps d'écoulement (s)
Grès f elspathique
Silex concassé (Seine)
Porphyre concassé _ ,„ ,, ,
y o u t r^ Corneenne (Bourguenolles)
Durance concassé
Quartzite Chailloué-Silex nature (Seine)
Weiler Weyersheim
Bas-Rhin)
Quartzite concassé
Vignats
Quartzite concassé
(La Ferrière-aux-Étangs)
Adour concassé
Loire roulé
Adour roulé
Durance roulé
60
Granulats 4/20
dans les détails, cette expérimentation a permis de
conclure que malgré une sélectivité un peu moins bonne de
l'essai, il était possible d'obtenir un même temps d'écoulement
quelle que soit la granularité, en adoptant:
— une hauteur de trappe de 42 mm pour les gravillons de 4
à 14 mm,
— une hauteur de trappe de 60 mm pour les gravillons
dont le D serait égal à 20 mm (4/20).
D'un point de vue pratique, les spécifications actuelles
seraient alors traduites en seuil de temps d'écoulement.
6 - Reproductibilité des mesures
Le temps d'écoulement à l'angulomètre pouvant être sujet
à variations en fonction de la hauteur de trappe et de la
vibration, il nous a semblé nécessaire de définir un matériau
étalon dont le temps d'écoulement, déterminé avant
chaque série de mesures, permettrait de s'assurer que
l'appareillage fonctionne dans des conditions normales.
Bien que semblant être l'étalon idéal, les billes de verre ne
conviennent pas, leur écoulement trop rapide dans l'angulomètre
se produisant spontanément sans vibration. Il
71

nous a donc semblé préférable de choisir
un autre matériau étalon: la fraction
0,63/1 mm obtenue à partir du sable défini
par la norme Afnor NF P 15-403* (sable
de Leucate) présente suffisamment de garantie
sous l'aspect de l'angularité pour
être retenue.
Les temps d'écoulement de ce sable, déterminés
sur deux appareils construits par
l'atelier de prototypes de Rouen, permettent
de considérer comme acceptables les
appareillages dont les temps d'écoulement
avec ce matériau seraient compris entre :
— 54 et 60 s pour une hauteur de trappe
de 60 mm,
— 81 et 87 s pour une hauteur de trappe
de 42 mm.
7 - Conclusions
Les granulats entrant dans la composition
des matériaux utilisés dans les couches de
chaussées ou dans les ouvrages en béton,
doivent satisfaire à certaines conditions
relatives à leur angularité.
L'essai réalisé à l'angulomètre permet de
mesurer le temps pour qu'une masse prédéterminée
de gravillons s'écoule dans
des conditions définies. La détermination
de ce temps permet d'apprécier indirectement
l'angularité du matériau. Il prend
en compte :
— la forme globale du matériau,
— l'état et le nombre des arêtes,
— l'état de surface du granulat (microrugosité).
On appellera ce temps : angularité des gravillons.
Après étalonnage et réglage de l'ouverture,
il est possible d'établirune classification
des différents granulats les uns par
rapport aux autres, selon leur temps
d'écoulement.
Temps d'écoulement (s)
100 S
APPLICATION DE LA MÉTHODE. PREMIERS
RÉSULTATS OBTENUS PAR LE LABORATOIRE
DE TOULOUSE
En 1977 et 1978, plusieurs séries de mesures ont été effectuées
sur des granulats 4/10 de caractéristiques distinctes,
et choisies afin de déterminer les relations éventuelles
entre temps d'écoulement à l'angulomètre et indice de
concassage (le) ou rapport de concassage (Rc) ; sur ces
mêmes granulats, des comptages pétrographiques, des
mesures d'aplatissement et des comptages grain à grain de
faces cassées ont été réalisés pour connaître la nature, la
forme et la rugosité des divers prélèvements testés. Les
principaux résultats obtenus sont schématisés dans le tableau
III.
72
*Juil. 1963. Technique des essais. Sable normal et mortier normal.
Fig. 7 - Influence de la
temps d'écoulement des
plates).
¡ti
hauteur de trappe sur le
matériaux (matériaux dé-
4/20 Vaubadon
4/20 Chailloué
..L°/14Chailloué
• - • í y ^ ñ
4 / é
cùmû e
Hauteur de trappe (mm)
On constate que le concassage à coefficient de réduction
faible améliore rapidement la forme et le coefficient de
frottement des gravillons, alors que pour un concassage
plus poussé ceux-ci n'évoluent presque plus; en effet,
lorsque le passe de 0 à 100, les temps d'écoulement
augmentent de 43 % tandis que lorsque Rc passe de 1 à 4 ils
n'augmentent plus que de 3 %. On pourrait donc, si l'essai
à l'angulomètre traduit bien l'angularité des granulats,
faire l'économie de concassages intenses à condition que la
présence de faces rondes ne soit pas, pour les couches de
roulement, incompatible avec les caractéristiques nécessaires
pour lutter contre la glissance.
On s'aperçoit, par ailleurs, que la nature minéralogique
conditionne nettement les temps d'écoulement par l'intermédiaire
des états de surface : entre un matériau très
siliceux (garonne) et un matériau très calcaire (hers), et
quel que soit le degré de concassage, il y a toujours le

Lieu
Garonne
Agout
Ariège
Hers
Garonne
Agout
Ariège
Hers
Garonne
Agout
Ariège
Hers
Garonne
Agout
Ariège
Hers
Garonne
Agout
Ariège
Hers
Brut d'origine
Caractères
pétrographiques
principaux
Tableau
Siliceux divers très roulés
Quartz très abondants
Granités abondants
Calcaires abondants
Siliceux divers très roulés
Quartz très abondants
Granités abondants
Calcaires abondants
Siliceux divers très roulés
Quartz très abondants
Granités abondants
Calcaires abondants
Siliceux divers très roulés
Quartz très abondants
Granités abondants
Calcaires abondants
Siliceux divers très roulés
Quartz très abondants
Granités abondants
Calcaires abondants
CD
CD
co
SS
CO
Ü
c
o
Ü
Roulés
(le = 0)
lc= 25
lc= 60
lc= 100
soit
Rc= 1
Rc= 4
-«I
D) ED
O
a> to
T3 a)
O
-.o CO
o~- **-
'"'CO
-o ai
1 §
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rr
0
66
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89
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16
15
11
19
12
7
11
12
12
7
9
12
c
o
E
o
o
Ü
•tu
XI
to
Q.
E
a>
t—
101
123
119
133
125
123
133
150
146
135
158
171
174
152
178
188
179
154
185
198
même écart. L'essai à l'angulomètre de Rouen a l'avantage
de prendre en compte, en plus, l'importance du paramètre
état de surface.
La faible dispersion obtenue, coefficient de variation 5 %,
et les nombreuses mesures effectuées sur les échantillons à
concassage déterminé, permettent de penser que cet essai
doit constituer un très bon essai de contrôle de l'angularité
des gravillons.
ANGULARITÉ DES SABLES
La méthode utilisée est basée sur le même principe que
celui décrit dans le cas des gravillons, l'accélération du
matériau n'étant due qu'à la gravité. Elle intéresse les
sables compris entre 0 et 4 mm.
LE MATÉRIEL ET LE PROCESSUS DE L'ESSAI
Le matériel utilisé pour étudier le phénomène d'écoulement
est constitué (fig. 8 et 9) :
— d'un entonnoir dont les parois ont une pente de 30° et
dont l'extrémité est percée d'un orifice de dimension variable
en fonction de la granularité à tester,
— d'un pied support avec anneau pour poser l'entonnoir,
— d'un récipient pour réceptionner le matériau,
— d'une série de tamis et d'un chronomètre.
Dans l'entonnoir on introduit une masse définie de sable à
tester (1 000 g) parfaitement sec après avoir bouché l'orifice.
On libère alors l'orifice de l'entonnoir en actionnant
simultanément le chronomètre pour déterminer le temps
jusqu'à l'écoulement des derniers grains.
h = 30 cm
•
-Pied support
Récipient
Fig. 8 et 9 - Matériel utilisé pour déterminer
le temps d'écoulement des
sables.
RECHERCHE DE L'OUVERTURE OPTIMALE DE
L'ORIFICE DE L'ENTONNOIR EN FONCTION DE
LA DIMENSION DES GRAINS
Comme pour les gravillons, il existe une ouverture optimale
de l'orifice de l'entonnoir. Celle-ci a été déterminée
expérimentalement et il a été convenu de retenir :
— l'ouverture de 12 mm pour les sables de 0 à 2 mm,
— l'ouverture de 16 mm pour les sables de 0 à 4 mm.
Au cours des essais, il est apparu que la granularité était
particulièrement importante et il a semblé nécessaire de
distinguer deux aspects dans l'exploitation de cet essai :
a) ou bien l'on souhaite mesurer la stricte angularité, et il
est nécessaire de travailler à granularité parfaitement définie,
b) ou bien l'on réalise un essai d'écoulement intégrant
l'angularité et la granularité, qui peut présenter un plus
grand intérêt dans son application pratique.
DÉTERMINATION DE L'INDICE
D'ANGULARITÉ
De nombreux sables alluvionnaires étant dépourvus de
fines, nous avons retenu l'exécution de l'essai sur la fraction
80 u.m/2 mm qui est commune à tous les sables. Dans
ces conditions, le diamètre optimal de l'orifice de l'entonnoir
est de 12 mm (compte tenu de D). Il est alors intéressant
de caractériser l'angularité de l'échantillon par l'indice
d'angularité.
Temps d'écoulement de 1 000 g de 80 u.m/2 mm
j du sable
A
Temps d'écoulement de 1 000 g de billes de verre
de même granularité
Les temps déterminés sont les moyennes de cinq essais
successifs effectués sur la même prise d'essai.
La figure 10 présente quelques résultats obtenus pour trois
courbes granulométriques différentes.
73

Loire concassé
(mauvaise forme)
Seine concassé
Calcaire concassé
Seine naturel
Sable du Perche
Billes de verre 1
Courbes
On constate que l'indice d'angularité permet d'établir un
classement entre les sables, en les comparant au modèle
parfaitement •< roulé -> que représentent les billes de verre.
Ainsi tin indice d'angularité de 2 par exemple, signifie que
l'échantillon testé s'écoule deux fois moins vite que les
billes de verre de même granularité. En outre, la variation
d'environ 10 r A de l'indice d'angularité entre les courbes I
et 3 permet de vérifier l'influence de la granularité.
On serait alors tenté de ramener tous les échantillons testés
à une granularité type pour la détermination de l'indice
d'angularité. Cependant, le classement entre les matériaux
semblant rester le même quelle que soit la granularité. il
nous semble préférable de conserver la fraction granulométrique
80 um/2 mm du sable d'origine, afin de ne pas
modifier la répartition pétrographique et donc l'angularité
entre ces limites.
Dans ces conditions, il faudra donc à chaque fois recomposer
un échantillon de billes de verre de même courbe granulométrique
que le matériau testé, afin de calculer 1 A.
ESSAI D'ÉCOULEMENT INTÉGRANT
L'ANGULARITÉ ET LA GRANULARITÉ DES
SABLES
La granularité et l'angularité interviennent simultanément
dans le frottement interne d'un matériau et dans la vitesse
d'écoulement d'un sable à travers l'orifice de l'entonnoir.
Il semble donc intéressant d'effectuer une mesure globale
intégrant ces deux paramètres pour appréhender le comportement
éventuel d'un matériau composite (traitement
au bitume ou aux liants hydrauliques) à sa mise en œuvre.
On définit alors l'angularité du sable comme étant le temps
d'écoulement de I 000 g de sable à travers un orifice:
— de 12 mm pour le 0/2.
— de 16 mm pour le 0/4.
Dans cette optique et à l'occasion de différents chantiers
ou études de formulation, des essais réalisés sur différents
sables ont mis en évidence l'intérêt de cette méthode simple
pour déterminer, a priori, les difficultés susceptibles
d'être rencontrées pour le compactage d'un béton bitumineux
ou d'une grave hydraulique.
74
0,2 0,1 50 M 20 ju
Fig. 10 - Indice d'angularité
de différents sables.
INFLUENCE DES FINES SUR L'ANGULARITE
DES SABLES
En conservant un même sable support en faisant varier la
teneur en fines, on constate (fig. 11 et 12) que l'angularité
du sable croît peu avec la teneur en fines jusqu'à 10 c
< et
fortement au-delà. On est alors amené à considérer que
jusqu'à 10 rr les fines sont libres entre les plus gros éléments
et jouent un rôle moins important, alors qu'au-delà
elles les écartent les uns des autres, le frottement s'effectuant
dans ce cas par leur intermédiaire.
La première conclusion à tirer est qu'il faudra comparer les
sables à teneur en fines égales. Si, en plus, on fait varier la
nature des fines en recomposant le sable de la façon suivante
:
Matériau 80 um à 2 mm 0 à 80 um
Matériau A
Matériau B
Matériau C
Calcaire concassé
Silico-calcaire roule
Silico-calcaire roulé
Calcaire concasse
Calcaire concasse
Fine silico-calcaire
roulée
les résultats présentés sur la figure 13 permettent de
constater:
— Zone de 0 à 10 C
A de fines
Pour les matériaux A et C homogènes pétrographiquement
entre 0 et 2 mm. l'évolution du temps d'écoulement est la
même. L'écart constaté est dû à la différence d'angularité
de la fraction 80 um/2 mm.
Pour les matériaux B et C composés pétrographiquement
de fraction sable (80 um/2 mm) identiques, mais de fines
différentes, l'évolution du temps d'écoulement montre que
la nature des fines a de l'importance. L'écart constaté
entre B et C au-delà de 10 '.'< de fines est dû à la différence
d'angularité de la fraction 80 um/2 mm.
Au-delà de 10 '/< de fines,
fines est confirmée.
'influence prépondérante des

Fig. 11 - Courbes granulométnques des sables testés Fig. 12 - Indice du pourcentage de fines
sur le coefficient d'écoulement.
CONCLUSIONS
L'essai d'écoulement à travers un orifice calibré, permet
de meltre en évidence le frottement interne lié à l'angula-
rité et à la granularité d'un sable.
L'exploitation la plus théorique tendant à définir l'indice
d'angularité du matériau s'effectue sur la fraction 80 uni/
2 mm du sable avec un entonnoir dont l'orifice est de
12 mm. Cet indice est défini comme étant le rapport du
CE
temps d'écoulement de l 000 g de matériau par le temps
d'écoulement de I 000 g de billes de verre de même granu­
larité.
Une exploitation plus concrète doit être effectuée en inté­
grant les paramètres d'angularité et de granularité afin de
prévoir les difficultés susceptibles d'être rencontrées au
cours de la mise en œuvre des matériaux. On définit alors le
temps d'écoulement qui permet une classification des sa­
bles 0/2 et 0/4 les uns par rapport aux autres, sous l'aspect
du frottement interne, comme étant l'angiilarité des sables.
75

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