Un remblai mal compacté garde des vides. Sous le poids d'une route ou d'un bâtiment, ces vides se referment et la plateforme s'affaisse. L'essai Proctor cherche, pour un sol donné, l'humidité qui permet de serrer ses grains au maximum.
L'essai CBR prend le relais. Il mesure ce que ce sol compacté supporte comme charge, de quoi régler l'épaisseur d'une chaussée. On voit ici comment les deux se déroulent et comment se lisent leurs résultats.
Sommaire
- Ce que mesurent les essais Proctor et CBR
- Le déroulement d'un essai Proctor, étape par étape
- Le Proctor normal et le Proctor modifié n'ont pas la même énergie
- La teneur en eau optimale donne la densité la plus forte
- Lire une courbe Proctor et juger sa marge de manoeuvre
- L'essai CBR mesure la portance du sol compacté
- Ce que le chantier fait des résultats Proctor et CBR
- Les normes qui encadrent les essais Proctor et CBR
- Les essais Proctor et CBR en bref
- Des documents publics sur les essais Proctor et CBR
- Questions fréquentes
Ce que mesurent les essais Proctor et CBR
Les deux essais répondent à deux questions qui se suivent. Le Proctor cherche dans quelles conditions un sol se compacte le mieux. Le CBR mesure la charge que ce sol, une fois compacté, supporte sans s'enfoncer.
Ils travaillent tous les deux sur un sol prélevé au chantier ou en sondage, puis compacté en laboratoire dans un moule. Ils font partie des essais de laboratoire qui identifient et classent un sol. Là où l'analyse granulométrique trie les grains et où les limites d'Atterberg jugent la plasticité d'une argile, le Proctor et le CBR regardent ce que devient le sol une fois serré.
| Essai | Question posée | Résultat livré |
|---|---|---|
| Proctor | À quelle humidité ce sol se compacte-t-il le mieux | Teneur en eau optimale et masse volumique sèche maximale |
| CBR | Que supporte ce sol une fois compacté | Indice de portance, en pourcentage |
Le premier fixe la cible. Le second dit ce que vaut le résultat.
Le déroulement d'un essai Proctor, étape par étape
Le principe tient en une idée. On compacte le même sol plusieurs fois, chaque fois à une teneur en eau différente, sous une énergie rigoureusement identique, et on regarde laquelle donne la densité la plus forte.
Préparer le matériau
Le sol est préparé selon la norme, écrêté à 20 mm, puis divisé en cinq ou six parts humidifiées de façon croissante, de la plus sèche à la plus humide.
Compacter dans le moule
Chaque part est damée en couches successives, sous une dame de masse et de hauteur de chute fixées. Le nombre de coups par couche est imposé, 25 dans le moule Proctor, 56 dans le moule CBR, plus large.
Peser et étuver
On pèse le sol compacté et on relève son volume pour calculer sa masse volumique. Un prélèvement passé à l'étuve donne la teneur en eau réelle de la part.
Reporter les points
Chaque part fournit un point, teneur en eau en abscisse, masse volumique sèche en ordonnée.
Tracer la courbe
Les points reliés dessinent une courbe en cloche. Son sommet marque l'optimum Proctor, le couple teneur en eau optimale et masse volumique sèche maximale.
À noter : l'essai s'applique aux matériaux dont le plus gros élément ne dépasse pas 20 mm. Au-delà, tant que la proportion de cailloux supérieurs à 20 mm reste inférieure ou égale à 30 %, l'essai se fait sur la fraction 0/20 et le résultat est corrigé.
Le Proctor normal et le Proctor modifié n'ont pas la même énergie
Même essai, deux versions. Ce qui change, c'est l'énergie appliquée au sol. Trois paramètres la fixent : la masse de la dame, sa hauteur de chute, le nombre de couches. Le nombre de coups par couche, lui, reste identique dans les deux versions.
| Paramètre | Proctor normal OPN | Proctor modifié OPM |
|---|---|---|
| Masse de la dame | 2 490 g | 4 535 g |
| Hauteur de chute | 305 mm | 457 mm |
| Nombre de couches | 3 | 5 |
| Densité obtenue | Masse volumique sèche maximale plus basse | Masse volumique sèche maximale plus haute |
| Teneur en eau optimale | Plus élevée | Plus basse |
| Référence pour | Remblais, couches de forme, plateformes | Assises de chaussée, matériaux fortement sollicités |
Mettez ces chiffres bout à bout et le rapport saute aux yeux. Une dame près de deux fois plus lourde, tombant de 50 % plus haut, sur cinq couches au lieu de trois : le Proctor modifié applique environ quatre fois et demie l'énergie du Proctor normal.
Résultat sur le même sol : la courbe se déplace vers le haut et vers la gauche. Densité maximale plus forte, humidité optimale plus faible.
Attention : un chiffre de densité ne veut rien dire sans sa référence. Un compactage annoncé à 96 % de l'OPM et un compactage à 96 % de l'OPN ne décrivent pas le même serrage. Vérifiez toujours quelle version sert de base au marché.
La teneur en eau optimale donne la densité la plus forte
Le couple optimal n'est pas un réglage de confort. Il décide de la tenue de l'ouvrage dans le temps.
Trop sec, les grains ne glissent pas les uns sur les autres et refusent de se réarranger. Les vides restent nombreux, la densité plafonne bas. Trop humide, l'eau en excès occupe la place et absorbe une partie des coups de dame. Passé l'optimum, la densité redescend.
Entre les deux, une teneur en eau précise donne le serrage le plus fort. C'est celle-là que le chantier vise.
Ce qui fait rater la teneur en eau visée sur le terrain
- Un sol détrempé après trois jours de pluie, qu'il faut aérer ou attendre.
- Un stock laissé au soleil en août, trop sec, qui réclame un arrosage maîtrisé avant compactage.
- Une extraction en pleine nappe, où le matériau sort déjà au-dessus de son optimum.
- Un arrosage superficiel sur un sol argileux, qui mouille la surface sans atteindre la masse.
Lire une courbe Proctor et juger sa marge de manoeuvre
La courbe se lit d'un coup d'oeil. En abscisse, la teneur en eau. En ordonnée, la masse volumique sèche. Les points relevés dessinent une cloche dont le sommet donne l'optimum.
Un sommet net signale un sol qui n'accepte qu'une plage d'humidité étroite. Un sommet étalé laisse au compacteur une marge plus large. Cette marge, le guide des terrassements du Cerema la traduit autrement : par la sensibilité à l'eau.
Les sols sensibles à l'eau
Les sols fins peu plastiques, limons et loess, changent brutalement de consistance pour de faibles variations de teneur en eau, en particulier quand leur humidité naturelle approche l'optimum Proctor normal. Une averse suffit à basculer le chantier.
Les sols insensibles à l'eau
À l'autre bout, les sables et les graves propres, avec moins de 5 % de fines et une valeur au bleu inférieure à 0,2, sont classés insensibles à l'eau. Ils se compactent par presque tous les temps.
Cette lecture ne remplace pas la courbe. Elle dit ce qu'on peut en attendre en conditions réelles de chantier.
L'essai CBR mesure la portance du sol compacté
Le CBR, pour California Bearing Ratio, mesure la portance du sol compacté, sa résistance à l'enfoncement sous charge.
Un piston de 50 mm de diamètre est enfoncé à vitesse constante dans l'éprouvette. On relève l'effort nécessaire aux enfoncements de 2,5 mm et de 5 mm, puis on le rapporte à celui qu'il faudrait sur un matériau de référence. Le résultat s'exprime en pourcentage. Plus l'indice est haut, plus le sol porte, ce qui allège l'épaisseur de chaussée à prévoir, à trafic, climat et matériaux comparables.
La norme française couvre trois indices issus du même appareillage.
| Indice | Moment de la mesure | Ce qu'il sert à décider |
|---|---|---|
| IPI, indice portant immédiat | Juste après compactage, sans attente | Si les engins de chantier peuvent circuler sur le sol |
| CBR immédiat | Sur éprouvette compactée, sans immersion | La portance du sol support à son état de mise en oeuvre |
| CBR après immersion | Après quatre jours sous eau | La tenue du sol détrempé, et son gonflement éventuel |
Bon à savoir : l'indice portant immédiat ne sert pas qu'au chantier. Le guide des terrassements l'utilise pour classer l'état hydrique d'un sol. Pour un limon peu plastique de classe F1, un IPI inférieur ou égal à 3 range le matériau en très humide, donc inutilisable en l'état. Entre 8 et 25, il est en état moyen, et s'emploie sans difficulté particulière. Le même sol change de verdict selon son humidité du jour.
Un indice CBR n'est donc jamais une propriété fixe du sol. Il dépend de la teneur en eau, de la densité et du degré de saturation au moment de l'essai. Toute valeur n'a de sens qu'accompagnée de ces conditions.
Ce que le chantier fait des résultats Proctor et CBR
La masse volumique sèche maximale du laboratoire devient le mètre étalon du terrain. Le marché fixe un pourcentage à atteindre, et le contrôle vérifie qu'il est tenu.
Ces objectifs portent un code, hérité du guide des terrassements édité par le Cerema. Deux d'entre eux reviennent presque toujours.
| Objectif | Où il s'applique | Densité moyenne de la couche | Densité en fond de couche |
|---|---|---|---|
| q4 | Corps de remblai, purges, partie supérieure des terrassements | 95 % de l'optimum Proctor normal | 92 % de l'optimum Proctor normal |
| q3 | Couche de forme, remblais contigus aux ouvrages d'art | 98,5 % de l'optimum Proctor normal | 96 % de l'optimum Proctor normal |
Deux précisions qui évitent les malentendus. La densité en fond de couche est celle mesurée sur les huit derniers centimètres, et c'est elle qui garantit vraiment l'objectif. Et ces règles de compactage valent pour des remblais de moins de 15 mètres de hauteur : au-delà, une étude spécifique s'impose.
Le compactage réellement obtenu se mesure ensuite sur place. Le contrôle du compactage se fait au gamma-densimètre, au densitomètre à membrane ou au pénétromètre. Ces mesures de terrain prolongent la référence de laboratoire, elles ne la remplacent pas.
Les normes qui encadrent les essais Proctor et CBR
Deux normes françaises encadrent les essais, une troisième référence encadre l'emploi des sols.
- NF P 94-093 définit la détermination des références de compactage d'un matériau, teneur en eau optimale et masse volumique sèche maximale, dans ses versions normale et modifiée.
- NF P 94-078 décrit la mesure de l'indice CBR après immersion, de l'indice CBR immédiat et de l'indice portant immédiat, sur éprouvette compactée dans le moule CBR.
- Le guide des terrassements classe les matériaux et fixe les conditions de leur emploi en remblai et en couche de forme.
Sur ce dernier point, une mise à jour mérite d'être connue. Le guide des terrassements, appelé GTR depuis 1992 et révisé en 2000, a été remanié dans une édition 2023 publiée par le Cerema en deux fascicules. Sa classification des sols, des roches et des matériaux alternatifs est désormais alignée sur la norme européenne NF EN 16907-2, tout en conservant les spécificités françaises comme les états hydriques.
La norme NF P 11-300, elle, reste citée dans le champ d'application des deux normes d'essai ci-dessus. Un rapport de laboratoire qui la mentionne n'est donc pas périmé pour autant.
Les essais Proctor et CBR en bref
| Repère | Proctor | CBR |
|---|---|---|
| Ce qu'il mesure | Les conditions de compactage du sol | La portance du sol compacté |
| Résultat | Teneur en eau optimale et masse volumique sèche maximale | Indice de portance en pourcentage |
| Lecture | Courbe en cloche, sommet à l'optimum | Rapport à un matériau de référence |
| Variantes | Normal OPN et modifié OPM | IPI, CBR immédiat, CBR après immersion |
| Norme | NF P 94-093 | NF P 94-078 |
| Usage | Fixer la densité à viser sur le chantier | Dimensionner les chaussées et juger la traficabilité |
Avant de valider une analyse, quelques points méritent d'être cherchés dans le rapport.
Ce qu'un bon rapport Proctor et CBR doit montrer
Des documents publics sur les essais Proctor et CBR
Le document de référence est consultable librement. Le fascicule 2 du guide des terrassements, publié par le Cerema, rassemble en annexes la classification des sols, les conditions d'utilisation en remblai et en couche de forme, et les modalités de compactage.
Vous y trouverez les tableaux qui font le lien entre l'essai de laboratoire et le chantier : les seuils d'IPI qui définissent l'état hydrique de chaque classe de sol, et les objectifs de densification exprimés en part de l'optimum Proctor.
Avec ces repères en main, voici les questions qui reviennent le plus souvent.
Questions fréquentes
Qu'est-ce que l'essai Proctor
Comment se déroule un essai Proctor
Quelle différence entre le Proctor normal OPN et le Proctor modifié OPM
Qu'est-ce que la teneur en eau optimale
Qu'est-ce que la masse volumique sèche maximale
Comment lit-on une courbe Proctor
À quoi sert l'essai CBR
Quelle différence entre l'indice CBR et l'indice portant immédiat
Quelle différence entre l'essai Proctor et l'essai CBR
Quel taux de compactage vise-t-on sur un chantier de remblai
Quel est le prix d'un essai Proctor
Quelles normes encadrent les essais Proctor et CBR
À retenir
- L'essai Proctor donne la teneur en eau optimale et la masse volumique sèche maximale d'un sol, pour une énergie de compactage donnée.
- Le Proctor modifié applique environ quatre fois et demie l'énergie du normal : dame de 4 535 g au lieu de 2 490 g, chute de 457 mm au lieu de 305 mm, 5 couches au lieu de 3.
- Une densité annoncée n'a de sens qu'avec sa référence. 96 % de l'OPM et 96 % de l'OPN ne décrivent pas le même serrage.
- La norme NF P 94-078 couvre trois indices : l'IPI mesuré tout de suite, le CBR immédiat, et le CBR après quatre jours d'immersion.
- Sur chantier, l'objectif q4 vise 95 % de l'optimum Proctor normal en moyenne et 92 % en fond de couche. La couche de forme, elle, vise q3.
Pour aller plus loin
Trier les grains et mesurer la plasticité : les essais d'identification Mesurer la portance d'une plateforme avec l'essai à la plaque Les appareils utilisés dans un laboratoire de géotechnique