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 »

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.

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

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.

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.

La solution floculante est composée, pour une quantité de 1 litre, de :

• 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.

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

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

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

Le piston mesureur est composé de :

• 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.

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

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)  :

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.

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.

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.

Chaque cylindre est laissé ensuite au repos pendant 20 mn.

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 .

L’équivalent de sable est donné par la formule :

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.

Les préconisations en matière de propreté pour les sables utilisés dans les bétons sont les suivantes :

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 : SE > 60.