CHAPITRE 12

LE COMPACTAGE DES SOLS

12. 1 Introduction
12. 2 Le compactage des sols
12. 3 Exécution et contrôle du compactage
12. 4 Portance d’un sol
12. 5 Application

12. 1 Introduction

Les sols constituent souvent un matériau de base pour la construction d’ouvrages en terre (les
remblais, les digues), les structures de chaussée (Figure 1) et les pistes d’aérodromes. Dans
tous les cas, et après une mise en place adéquate, le sol considéré doit posséder de bonnes
caractéristiques mécaniques pour qu’il ne soit pas sujet à :
- des déformations excessives, c’est le cas des couches de roulement d’une chaussée où
elles ne doivent pas dépasser des valeurs limites ;
- un risque de fatigue, c’est le cas des couches de roulements d’une chaussée ;
- une rupture éventuelle, c’est le cas des remblais.

C o u c h e d e ro u le m e n t
C ouche de base

Couche de fondation

sol de fondation

Figure 1. Différentes couches d’une structure de chaussée

Lors de la mise en place du sol choisi on lui fait subir souvent une amélioration de ses
caractéristiques mécaniques. L’amélioration peut être envisagée de deux façons :
- ajouter au sol un liant (bitume, chaux, ciment, laitier, etc..) qui a la propriété de combler
les vides existant dans le sol, ce qui aura pour effet l’augmentation de sa rigidité et
permettre une meilleure répartition des charges. En outre, l’attrition des gros éléments due
essentiellement à l’action des charges roulantes sera très réduite.

1
- Utiliser le compactage : un procédé économique qui est souvent adapté pour la
construction des remblais.
12. 2 le compactage des sols
Le compactage est une réduction de volume (presque instantanée) du sol ; elle est due à une
diminution des vides remplis d’air. Cette réduction ne s’accompagne pas d’une expulsion
d’eau et la teneur en eau du sol n’est beaucoup modifiée. C’est la différence fondamentale
entre le compactage et la consolidation d’un sol. Les moyens de compactage utilisés dans la
pratique sont variés : charges vibrantes, pressions, chocs, etc.. .
12. 2. 1 Etude du compactage au laboratoire Essai Proctor
Le compactage dépend de :
- l’énergie de compactage ;
- procédé utilisé ;
- la teneur en eau du sol.
C’est en 1933 que Proctor a montré l’importance de la teneur en eau pour le compactage des
sols fins et des sols intermédiaires. L’essai qu’il a mis au point consiste à étudier, pour une
énergie de compactage fixée, l’évolution du poids spécifique du sol sec en fonction de la
teneur en eau.
Le principe de l’essai est de compacter un échantillon de sol par damage en plusieurs couches
(figure 2), dans un moule de dimensions bien définies {13}.

Dame

Moule métallique
Couche de
sol compacté

Figure 2. Principe de compactage d’un sol

Il existe deux essais de compactage dont les spécifications sont données dans le tableau 1.

Nombre de
Spécifications Poids de la Hauteur de Nombre de
coups par
des essais dame (Kgf) chute (cm) couches
couche
Proctor normal 2, 48 30,5 3 25
Proctor modifié 4,535 45,7 5 25

Tableau 1. Caractéristiques des essais Proctor

2
 Figure 3. Influence de l’énergie de compactage sur l’optimum Proctor

L’essai Proctor modifié correspond à une énergie de compactage élevée, il est

recommandé pour les matériaux destinés à la construction des structures de chaussée et des
pistes d’aérodromes.

L’essai Proctor normal correspond à une énergie de compactage modérée, il est

conseillé pour les sols choisis pour la construction des remblais, digues, barrages en terre, etc..
.
Influence de l’energie de compactage : pour un sol donné, lorsque l’énergie de
compactage augmente le poids spécifique du sol sec maximum augmente aussi, et les
sommets des courbes Proctor deviennent plus aigus (figure 3).

Courbe de saturation : c’est l’enveloppe des courbes de compactage qui correspond à

l’état du sol saturé (figure 4a). L’équation de cette courbe est :

ω 1 1
= γw  −  1
100  γd γs 

où ω est exprimée en pourcentage.

Sur la figure 4b, on représente les allures des allures des courbes Proctor obtenues
pour certains types de sols.

3
 Sable argileux
γd γd bien gradué
Courbe de
saturation Argile limoneuse
Limon
non organique
Argile
très plastique

ω
Figure 4a. Courbe de saturation Figure 4b.Courbes Proctor types ω

Figure 4.

12.2.2 Les effets du compactage

Le compactage augmente le poids spécifique du sol et améliore ses caractéristiques

mécaniques. Ses performances dépendent aussi de la granulométrie du sol.

1.2.2.2.1 Sols grenus

La densité relative des augmente, il en est de même pour la résistance au cisaillement,

et la déformabilité du sol diminue. Le compactage est facilité lorsque la granulométrie du sol
est étalée avec des grains de forme arrondie

1.2.2.2.2 Sols fins

Outre la résistance au cisaillement et la déformabilité le compactage a une influence

aussi sur la perméabilité et la compressibilité de ce type de sols.
• La résistance au cisaillement et les déformation : lors d’un essai de cisaillement triaxial,
réalisé sur un échantillon remanié d’un sol fin, on constate que le déviateur maximum
augmente avec l’énergie de compactage pour les faibles teneurs en eau (figure 5). Pour les
fortes teneurs en eau, l’énergie de compactage n’a pratiquement pas d’influence sur la
résistance au cisaillement. Il y a donc intérêt à compacter le sol à des teneurs en eau
faibles.

4
 E3
E2
E1

Teneur en eau
Densité
sèche

E2 < E3
E1 < E 2
E1
Teneur en eau

Figure 5. Influence de l’énergie de compactage sur la résistance au cisaillement

• La compressibilité : D’après la forme des courbes Proctor, deux échantillons d’un même
sol peuvent être compactés à deux teneurs en eau différentes pour une même densité
sèche. D’où le sol le compressible est celui pour lequel la teneur en eau est la plus élevée.

• La perméabilité : Suivant la teneur en eau du sol compacté, la perméabilité du sol est

élevée si sa teneur en eau est faible, elle est faible lorsque sa teneur en eau est élevée. Ceci
est dù à la structure des argiles {5} comme l’illustre la figure 6. Aux faibles teneurs en eau
les particules d’argile ont une structure floculée, alors qu’aux fortes teneurs en eau les
particules sont plus orientées. Il s’en suit alors que :
- pour les barrages en terre, où la perméabilité verticale doit être faible, il faut compacter
plutôt du coté humide c - à - d à une teneur en eau élevée ;
- pour les travaux routiers, où les sols doivent être perméable pour faciliter le drainage, il
faut alors compacter du coté sec où la teneur en eau est faible.

5
 γd

Floculée Orientée
ω

Figure 6. Structure d’un sol fin compacté en fonction de sa teneur en eau

12.3 Exécution et contrôle du compactage

Sur chantier, le compactage est réalisé généralement par les rouleaux à pneus pour les sols
fins, et par les engins vibrants pour les sols grenus. Cependant, au moment des travaux, on
procède au contrôle du compactage pour apprécier la qualité du sol compacté. En pratique, le
compactage réalisé est jugé bon s’il correspond à un taux de 90 0 0 à 95 0 0 de la densité sèche
maximale qui a été déterminée préalablement au laboratoire. Nous décrivons, ci – dessous,
deux moyens pour vérifier la qualité du compactage sur chantier.

12.3.1 contrôle par mesure de la densité sèche et de la teneur en eau

Immédiatement après le compactage, on mesure en de nombreux points de la zone considérée

la densité sèche et la teneur en eau du sol.
- pour la teneur en eau, on utilise la méthode classique qui consiste à déterminer la qualité
d’eau dans un échantillon de sol par étuvage à la température de 105°C.
- pour la densité sèche, on la détermine après avoir calculé le poids spécifique apparent du sol
en place. Ce dernier est déterminé après éxécution d’un trou dans le sol pour lequel on mesure
le poids du sol y extrait. Le volume du trou est mesuré suite à son remplissage à l’aide d’un
matériau de remplacement (huile, bitume). On utilise aussi le densimètre à membrane pour la
mesure du poids spécifique apparent du sol.
De nos jours, on fait appel parfois à des moyens modernes pour la détermination directe du
poids spécifique d’un sol, tel que l’absorption de rayon Gamma par le sol.

12.3.2 contrôle par l’essai de plaque

Cet essai consiste à mesurer le déplacement vertical d’une plaque circulaire sous l’action d’un
chargement croissant. Sur la figure 7, on représente un exemple de courbe « contrainte –
déplacement » relatif à cet essai. A partir de cette courbe, on calcule (selon la norme
considérée) le module de réaction du sol K R défini par :
p = KR w

6
où :
p est la contrainte appliquée ;
w est le déplacement vertical du sol.

Figure 7. Résultats d’un essai de plaque

12. 4 Portance d’un sol
Dans les travaux routiers, on détermine toujours la portance des sols de fondation d’une
structure de chaussée. La portance est la résistance au poinçonnement mesurée à partir de
l’essai C.B.R (Californian Bearing Ratio). Le sol est placé dans un moule par compactage,
puis il est poinçonné par un piston rigide de section égale à 19,3 cm 2 , à vitesse
d’enfoncement 1, 27 mm mn . L’indice de portance du sol, est le rapport entre les pressions
produisant un même enfoncement dans le sol à étudier d’une part, et dans un autre matériau
type d’autre part. cet indice est par définition le plus grand des deux rapports suivants :
P2,5 P5
,
0, 7 1, 05
P2,5 et P5 sont respectivement les pressions (exprimées en MPa) correspondant à 2,5 mm et à
5mm d’enfoncement.
L’indice CBR constitue l’un des facteurs essentiels qui interviennent dans le
dimensionnement d’une structure de chaussée. Cet indice caractérise la classe du sol de
fondation suivant la valeur de sa portance :
CBR < 5 : la portance est mauvaise ;
5 < CBR < 10 : la portance est moyenne à assez bonne ;
10 < CBR < 15 : la portance est bonne ;
CBR > 15 : la portance est excellente.

En pratique, l’indice CBR est déterminé pour deux états du sol : normal et immergé. On
retient souvent la valeur du CBR à l’état immergé, caril correspond aux conditions
d’exploitation les plus défavorables.

12.5 Application
a) Tracer, à, partir des données suivantes, la courbe relative à un essai Proctor normal réalisé
sur une argile :

ω( %) 10,1 11,7 13,0 15,2 16,8 18,0

γ d ( KN m 3 ) 16,5 17,9 19,0 18,8 17,9 16,7

b) Déterminer la marge à ne pas dépasser pour la teneur en eau, en vue d’assurer un
compactage correspondant à 90% de la densité sèche maximale.
c) Quelle est la quantité d’eau à prévoir pour assurer le compactage de 100 m 3 de cette argile
dont la teneur en eau initiale est égale à 2,5% ?
d) Tracer, dans le plan ( γ d , ω) , la courbe de saturation de cette argile en considérant un poids
spécifique des grains solides : γ s = 27 KN m3 .
Réponses
a) Le tracé de la courbe Proctor permet de trouver : ωopt = 13, 9% , et γ max
d = 19, 2 KN m 3 .

7
 b) Un compactage correspond à 90% de la densité sèche maximale
donne : γ 90
d = 0, 9 γ d
max
= 17, 28 KN m3 . Sur la courbe Proctor cette valeur correspond à
une marge de la teneur en eau donnée par : 12,1% ≤ ω ≤ 16% .
c) En considérant ω = ωop , il faut prévoir lors du compactage une quantité d’eau égale
à : Ww = ( ωop − 0, 025 ) Ws
Le volume du sol sera compacté à l’optimum Proctor, d’où : Ws = Vγ max
d , d’où on
détermine : Ww = 218,88KN , ou un volume d’eau environ égal à Vw = 21, 9m3 .
d) La courbe de saturation correspond à une teneur en eau saturée déterminée à partir de
l’équation (1). Le tracé de la courbe de saturation sera fait avec les couples de valeurs
suivantes :

ω( %) 23,6 18,8 15,6 16,2 18,8 22,8

γ d ( KN m 3 ) 16,5 17,9 19,0 18,8 17,9 16,7