Wikigeotech:Le Dmax

Généralités

Le Dmax est selon la norme NF P11-301 le terme utilisé pour désigner la dimension des plus gros éléments (grains ou blocs) qui composent un sol ou un matériau rocheux après son extraction ou son élaboration (Figure 1). D'apparence simple, la définition mérite cependant des explications car les éléments dans la nature sont rarement sphériques, plus souvent de forme allongées. Il convient donc de s'accorder sur la dimension à prendre en compte.

En géotechnique, la dimension la plus souvent choisie est le diamètre pris non pas dans la plus grande longueur mais dans le sens où le bloc resterait bloqué dans une maille de tamis, ce qui paradoxalement peut correspondre à une des plus petites dimensions. Dans le cas de blocs allongés, le technicien manipule le bloc en imaginant quel diamètre bloquerait le bloc si on le passait à la main dans un gabarit à maille carrée.

Il est bien évident que le Dmax est estimé très exactement lorsque les échantillons sont prélevés dans des sondages à la pelle mécanique ou sur des sites à l'air libre. Par contre, dans les moyens de sondages tels que tarière ou carottage, le Dmax est forcément limité par le diamètre de l'outil. Il devient difficile sauf à faire des suppositions, de donner une idée précise du Dmax.
exemple de bloc carotté : le Dmax ne peut pas être estimé sans faire de supposition.

Figure 1 : représentation des fraction granulométriques dans un matériau de type sol ou roche après élaboration

L'analyse granulométrique permettra de comprendre la répartition des différentes classes granulaires dans le matériau. La représentation de cette analyse se fait sous la forme graphique présentant les pourcentages de refus cumulés (de 0 à 100%) en fonction des mailles des tamis (en mm). Le graphe est présenté sous la forme logarithmique pour l'axe des abscisses (Figure 2).
Deux normes sont principalement utilisées pour la classification en terrassement : NF P94-056 (tamisage par voie sèche après lavage) et NF P 94-057 (analyse granulométrique par sédimentation). Il en existe d'autres référentiels moins utilisées dans le domaine des sols et des roches : l'analyse granulométrique laser, la granulométrie par voie humide.

Figure 2 : exemple de courbe granulométrique type et quelques repères de maille de tamis couramment utilisées en terrassement

Dans le domaine des granulats, les normes d'essais sont différentes de même que l'évaluation du Dmax.

Le Dmax et les règles de prélèvement d'échantillon

Pour être représentatif, un échantillon doit permettre d'identifier toutes les classes granulométriques qui le compose. Pour cela, les règles de prélèvement imposent de prélever des quantités d'échantillons dont le poids sera dépendant du Dmax observé. Des règles anciennes évoquaient 200 fois le grand D, c'est-à-dire pour un matériau de Dmax = 31,5 mm il fallait prélever 200×31,5 = 6 000 grammes soit 6 kg de matériaux - pour un matériau de Dmax = 100 mm il fallait prélever 200×100 = 20 000 grammes soit 20 kg de matériaux. La norme concernant l'analyse granulométrique (NF P94-056) précise mieux les quantités nécessaires pour réaliser cet essai dans un tableau. Il est évident que pour faire plus d'essais que la simple analyse granulométrique, la masse nécessaire doit être augmentée d'autant.

tamis (mm)	5	6,3	8	10	12,5	16	20	25	31,5	40	50	63	80
masse (kg)	0,3	0,4	0,5	0,8	1,2	2	3	5	8	12	20	30	50

Il est clair à la lecture du tableau que plus le Dmax augmente plus la quantité de prélèvement doit être élevée afin de réaliser les analyses les plus représentatives du matériau en place. Plus le nombre d'essais sera important, plus la quantité à prélever le sera également.
D'autres essais imposent des critères dépendants du Dmax : la taille des éprouvettes dans les essais de traitement, le choix du moule pour l'étude Proctor, l'essai de cisaillement à la boîte de Casagrande limité à un certain Dmax etc.

Évaluation du Dmax sur site

L'évaluation visuelle se fait approximativement, en référence aux diamètres classiquement utilisés : 50, 63, 70, puis au-delà souvent de 10 en 10 : 80, 90, 100 etc… Il n'est pas utile d'être précis au centimètre. Par contre on indiquera dans la coupe de sondage si la quantité de gros éléments, de taille supérieure à 50 mm est très largement supérieure à 50 % du volume (auquel cas il s'agira d'un C2) ou très largement inférieure à 50 % (auquel cas il s'agira d'un C1). L'estimation du pourcentage se fait visuellement sur la base des volumes et non pas des masses (car c'est plus compliqué). L'utilisation d'un gabarit ou d'un mètre ruban peut s'avérer utile pour préciser les ordres de grandeur.

Le Dmax dans le Guide des Terrassements Routiers de 1992

La détermination du Dmax est indispensable pour juger de la pertinence des ateliers de terrassements utilisables et notamment pour évaluer l'épaisseur des couches élémentaires et les conditions de malaxage éventuel avec un liant. C'est également un paramètre important à connaître pour apprécier la représentativité des essais de laboratoire. Toutefois la détermination de ce paramètre peut tolérer une certaine imprécision et en règle générale une estimation visuelle est suffisante.
En dessous de 50mm, le Dmax est facilement évalué d'après la lecture de la courbe granulométrique de l'échantillon (Figure 3). Au-delà de 50mm l'estimation visuelle sera souvent réalisée sur le terrain et permettra de compléter si besoin le résultat de l'analyse granulométrique et précisera notamment la classification en classe C ou D3. Le seuil de 50mm correspond à une limite entre la partie du matériau qui aura une influence nette sur la sensibilité à l'eau (la fraction 0/50mm) et celle qui n'est pas sensible (la fraction 50/D). La connaissance du Dmax est essentiellement importante dans le cas de terrassements dans des déblais rocheux qui nécessitent une phase d'élaboration avant toute opération de valorisation.

Figure 3 : Exemple de courbe granulométrique et évaluation du Dmax en géotechnique

Il est ainsi important de définir un Dmax (diamètre des plus gros blocs) admissible pour une mise en oeuvre en remblai ou en couche de forme.
Pour les remblais, l'action sur la granularité (G) telle que définie dans le GTR (pages 39-40) demande d'éliminer tous les blocs > 800 mm pour une mise en œuvre sans traitement ou > 250 mm pour une mise en œuvre avec traitement.
Pour un usage en couche de forme, l'action sur la granularité définie dans les pages 55-56, impose une limite au Dmax à 100mm pour une mise en œuvre sans traitement ou 50 mm pour une mise en œuvre avec traitement.

Le Dmax et l'épaisseur des couches

Le GTR recommande de ne pas mettre de blocs de taille supérieure à 800 mm en remblai car au-delà de cette taille, il reste des vides non négligeables sous le bloc. Ces vides ne peuvent pas être comblés au cours du régalage ou du compactage et qu'il y a donc un risque réel de tassements différentiels par la suite (la nature a horreur du vide, c'est bien connu : aux premiers épisodes d'infiltration, les matériaux vont tasser et fluer vers la zone à combler…Figure 4).

Figure 4 : stade 1 : création des vides sous des blocs de trop grosse taille - stade 2 : évolution du phénomène avec comblement des vides par du matériau foisonné et apparition de zones de tassement en surface

La taille est un élément d'information mais ce n'est pas suffisant, la forme du bloc est également à prendre en compte bien que seul Dmax soit considéré comme une contrainte en temps normal. Des blocs plats vont également poser problèmes (sauf s'ils évoluent au compactage) car ils se mettent à plat lors du régalage : l'agencement des blocs entre eux n'est pas optimum et il restera des vides.

Figure 5 : mise en oeuvre de matériau grossier en couche de forme

Le Dmax intervient également comme règle implicite dans le critère de compactage des couches : on préconise en général que le Dmax soit inférieur ou égal au 2/3 de l'épaisseur de la couche compactée. Sur les photos de la Figure 5, le Dmax est trop important par rapport à l'épaisseur de la couche : cela représente une anomalie. Exemple : pour une couche de 35 cm (350mm), le Dmax ne devra pas dépasser 230 mm. Pour une couche de 80 cm (800mm), le Dmax ne devra pas dépasser 500mm. Lorsque le Dmax est plus important que les 2/3 de l'épaisseur de la couche, les gros blocs forment des points durs, et au pire dépassent la couche compactée. On appelle cela des « têtes de chat ». Ceci n'est pas du tout acceptable en couche de forme car cela génère des hétérogénéités de portance et une mauvaise altimétrie.

La ségrégation

Un matériau dont la courbe granulométrique est trop étalée, principalement en couche de forme, est toujours mal géré en phase chantier : des phénomènes de ségrégation se manifestent avec d'un côté des plages de matériaux trop creux et grossier, et d'un autre côté des plages de matériaux fins (Figure 6). Ce phénomène n'est pas grave à court terme. Mais à long terme, les zones enrichies en fines vont s'humidifier préférentiellement et avoir un comportement en module qui va chuter beaucoup plus que les zones charpentées. Par la suite, ces zones deviennent des points faibles dans la structure. Le GTR préconise certaines règles permettant de limiter voire d'éviter ce phénomène (Figure 7). Ce contexte impose l'utilisation d'engins de poussage de forte puissance (bouteur). Les niveleuses deviennent inopérantes dans ces cas.

Figure 6 : A droite : ségrégation se manifestant en surface d'une couche compactée. A gauche, on voit nettement les gros blocs qui roulent et se sont concentrés en bordure du tas. Ce phénomène est à l'origine de la ségrégation au sein des matériaux.

Figure 7 : extrait du GTR, illustrant le mode de régalage des couches en matériau fortement charpentés

Figure 8 : explication de l'apparition des phénomènes de ségrégation au sein d'une couche composée en matériaux fortement charpentés

En cas de présence de très gros blocs dans les déblais, le GTR recommande une élaboration complémentaire. Ci-dessous l'extrait du GTR avec application de codes par rapport aux actions sur la granularité pour une mise en oeuvre en remblai :

Rubrique	Code	Conditions d'utilisation
G action sur la granularité	0	Pas de conditions particulières à recommander
G action sur la granularité	1	Élimination des éléments > 800mm
G action sur la granularité	2	Élimination des éléments >250mm pour traitement
G action sur la granularité	3	Fragmentation complémentaire après extraction

• Code 1 : élimination des blocs de taille supérieure à 800 mm pour une mise en remblai
• Code 2 : élimination des blocs de taille supérieure à 250 mm car cette taille est incompatible avec les engins de malaxage (charrue, pulvimixeurs…) : des éléments de taille trop importante risquent d'endommager le matériel ou se bloquer entre les dents des outils de malaxage.
• Code 3 : élaboration par fragmentation : les blocs sont conservés mais leur taille est réduite.
  

Exemple d'élimination des gros blocs (code 1 et 2 du GTR)

au bouteur : les gros blocs sont repérés visuellement par le conducteur d'engin et poussés de côté. Le stockage se fait de part et d'autre de l'infrastructure (simple accumulation) à la main : les gros blocs sont repérés visuellement et éliminés par des agents de manutention. Leur poids doit pouvoir être compatible avec cette opération manuelle. Le stockage se fait à proximité de l'infrastructure (simple accumulation). au godet cribleur : il existe des godets de pelle spécialement ajourés pour permettre un criblage par reprise de stocks existants. En général l'opération s'effectue sur une plateforme isolée du chantier car elle nécessite la création d'un stock de départ et entraîne la création d'un stock final avant reprise.

Exemple de stocks de blocs éliminés

exemple de stock de perrons siliceux dans la craie du Gâtinais. Certains blocs ont été conservés pour une mise en valeur paysagère (giratoires) les autres ont été évacués. Exemple de stockage de poudingues siliceux issus de la formation d'argile à Silex dans le Vendômois, poussés par deux bouteurs (le gilet est posé sur un bloc et donne l'échelle). Les plus gros ont été conservés sur place (en crête de talus) dans le cadre d'une démarche du conservatoire géologique local. D'autres ont été utilisés dans des giratoires. Le reste a été évacué.

Exemple d'élaboration et de fragmentation (code 3 du GTR)

concasseur mobile, casse-cailloux, brise-roche hydraulique, concasseur fixe, chenillage, éclatement hydraulique d'un bloc de silex (perron)

Exemple d'élimination des gros blocs (code 1 et 2 du GTR)

au bouteur : les gros blocs sont repérés visuellement par le conducteur d'engin et poussés de côté. Le stockage se fait de part et d'autre de l'infrastructure (simple accumulation)
à la main : les gros blocs sont repérés visuellement et éliminés par des agents de manutention. Leur poids doit pouvoir être compatible avec cette opération manuelle. Le stockage se fait à proximité de l'infrastructure (simple accumulation).
au godet cribleur : il existe des godets de pelle spécialement ajourés pour permettre un criblage par reprise de stocks existants. En général l'opération s'effectue sur une plateforme isolée du chantier car elle nécessite la création d'un stock de départ et entraîne la création d'un stock final avant reprise
exemple de stocks de blocs éliminés (perrons siliceux dans la craie du Gâtinais). Certains blocs ont été conservés pour une mise en valeur paysagère (giratoires) les autres ont été évacués
Exemple de stockage de poudingues siliceux issus de la formation d'argile à Silex dans le Vendômois, poussés par deux bouteurs (le gilet est posé sur un bloc et donne l'échelle). Les plus gros ont été conservés sur place (en crête de talus) dans le cadre d'une démarche du conservatoire géologique local. D'autres ont été utilisés dans des giratoires. Le reste a été évacué