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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA

RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE FERHAT ABBAS-SETIF

FACULTE DES SCIENCES DEPARTEMENT DES SCIENCES DE LA TERRE

Mémoire de fin d’études présenté en vue de l’obtention du diplôme d’ingénieur d’état en Géologie

Option : Géologie de l’Ingénieur

Thème :

Caractérisation géotechnique des granulats de la région de Sétif en vue de leur utilisation

comme matériau de ballast

Présenté par :

ARAB Karima

BOUZIANE Hadjer

Soutenu devant le jury:

Promotion : 2008/2009

Université de Sétif Université de Sétif Université de Sétif

Maître de Conférences Maître de Conférences Maître de Conférences

Président: Zighmi Karim Encadreur: Chabou Moulley Charaf Examinateur: Bendaoud Liamine

REMERCIEMENTS

A l’issue de cette étude, nous remercions le BON DIEU tout

puissant qui nous a donné tant de courage, de volonté, de patience et

d’abnégation pour mener à terme ce mémoire.

Nous remercions tous ceux qui nous ont aidés et qui nous ont

facilité la tache pendant toute la durée de nos études, surtout nos

enseignants qui ont participé à notre formation ainsi que le personnel

administratif.

Nous remercions également toutes les personnes qui ont contribué

à la réalisation de ce mémoire de fin d’études et particulièrement

notre encadreur Mr M.C.Chabou qui a suivi notre travail ainsi que

Mr L .Bendaoud pour leurs conseils et leur aide précieuse.

Nous exprimons aussi nos remerciements à :

tous les responsables de LTPES : Mr Chariaf, Mr Azzedine,

l’ingénieur Ibtissam et le technicien Fares ;

les responsables de la direction de l’Industrie et des Mines

(Sétif) ;

l’ingénieur Djamel Khalouf de l’ANGCM (Agence Nationale de

la Géologie et du Contrôle Minier) ;

les responsables des carrières (Adjal ,Bouadjil, Adel, ENOF).

Nos vifs remerciements vont aussi à tous les membres du jury qui

ont accepté d’examiner notre travail, et apporter leur juste

appréciation.

DEDICACE

Je tiens à dédier ce modeste travail à tous ceux qui m’ont entouré

de prés :

A mes chers parents : ma mère de son soutien moral et mon père

pour tout l’amour et le bien qu’il ma témoigné, pour le sacrifice

qu’il a fait durant mes années d’études.

Mon cher oncle AHMED de son amour, de conseil.

A mes chers grands-parents paternels.

A mes chers frères Redouan et Moussa.

A mes chères sœurs Amina, Loubna, Roukia et Chaymaa.

A la promotion de géologie de l’ingénieur 2008 – 2009.

A tous mes amis.

Et à tous ceux qui sacrifient leurs temps au bien être de

l’humanité et à la science.

BOUZIANE HADJER

Dédicace J’ai l’honneur de dédier ce modeste travail à : La lumière de ma vie, source de tendresse, celle qui a sacrifié et souffert pour que je réussisse.

Ma chère mère ;

Mon père qui par son courage a consacré tous ses efforts, et ses moyens pour me faire réussir dans ma vie ;

Mes chers frères : Fouad, Mohamed, Mahdi ;

Mes chères sœurs : Ghania, Hana ;

Ma nièce Rahma ;

Ma grande mère ;

Mes amis, mes collègues sans exception ;

Toute les étudiantes, et tous les étudiants de 5éme année, promotion 2008/2009 ;

Mes enseignants sans exception. Arab

Karima

04 04 05 05 05 05 05 05 06 06 06 07 08 08 10 12 13 13 13 13 13 13 14 14 14 14 14 14 15 15 16 17 19 20 21 23 23 25 26 26 26

SOMMAIRE

Introduction……………………………………………………………… CHAPITRE I : Le ballast I.1. Définition………………………………………………………………………….. I.2. Nature et origine du ballast……………………………………………………… I.3. Qualité requise pour les ballasts et leurs propriétés…………………………… - La densité………………………………………………………………………….. - La dureté ………………………………………………………………………….. - l’angularité et la rugosité…………………………………………………………... - la perméabilité …………………………………………………………………….. - l’élasticité …………………………………………………………………………. - la non gélivité……………………………………………………………………… - la dilatation………………………………………………………………………… - la rétraction/contraction…………………………………………………………… I.4. Fonctions du ballast ……………………………………………………………… I.5. Types de détériorations du ballast ……………………………………………… I.5.1. Détérioration par usure mécanique …………………………………………. I.5.2. Détérioration par pollution…………………………………………………... I.5.3. Détérioration par l’altération………………………………………………… I.6. Les caractéristiques du ballast ………………………………………………….. I.6.1. Les caractéristiques géologiques …………………………………………… a. La composition minéralogique……………………………………………… b. La Texture ………………………………………………………………….. c. L’altération………………………………………………………………….. d. La tectonique ………………………………………………………………. I.6.2. Les caractéristiques géotechniques………………………………………….. a. Les caractéristiques physiques (géométriques)…………………………….. a.1. La granulométrie……………………………………………………….. a.2. Forme des granulats……………………………………………………. a.3. L’homogénéité des granulats ………………………………………….. a.4. Propreté des granulats………………………………………………….. b. Les caractéristiques mécaniques…………………………………………… b.1. La résistance à l’attrition et à l’usure (Essai Micro-Deval)…………….

b.2. La résistance à la fragmentation par chocs et l’usure par frottement réciproque des granulats………………………………………………. b.3. Dureté relative global (DRG)…………………………………………..

CHAPITRE II: Carrières à granulats étudiées II.1. Carrière du Djebel Gustar (ENOF)…………………………………….. II.1.1. Généralités…………………………………………………………………. II.1.2. Contexte géologique régional (Vila, 1977)………………………………… a. Stratigraphie………………………………………………………………… b. Tectonique ………………………………………………………………….. II.1.3. Contexte géologique et minier du gisement du Djebel Gustar…………….. a. Stratigraphie………………………………………………………………… b. Tectonique……………………………...........................................................

27 27 28 29 30 31 34 34 34 34 34 35 36 36 39 39 39 39 39 39 41 41 41 42 43 44 44 45 45 4 8

48 48 49 50 57

58 60

c. Hydrogéologie……………………………………………………………...... d. Conditions technico-minières de l’exploitation……………………………... e. Caractéristique du matériau du gisement…………………………………….. II.2. Carrière du Djebel Youcef……………………………………………….. II.2.1. Généralités…………………………………………………………………. II.2.2. Contexte géologique régional (Leikine et al., 1988)………………………. II.2.3. Contexte géologique et minier du gisement du Djebel Youcef (K. Benouareth, 2004)………………………………………………………….

a. Stratigraphie…………………………………………………………………. b. Tectonique…………………………………………………………………... c. caractéristiques du gisement…………………………………………………

d. Réserves…………………………………………………………………….. II.3. Carrières de la région de Kef er Rand (Adjil et Bouadjil)………. II.3.2. Contexte géologique régional (Vila, 1977)………………………………... II.3.1. Généralités…………………………………………………………………. II.3.3. Contexte géologique et minier du gisement de Kef er Rand (DEBBACHE A. 2008)……………………………………………………

a. Stratigraphie…………………………………………………………………. b. Topographie du site et allure des couches…………………………………... c. Tectonique…………………………………………………………………...

d. Hydrogéologie……………………………………………………………… e. Réserves…………………………………………………………………….. CHAPITRE III: Etude expérimentale

III.1. Essai Deval………………………………………………………. III.1.1. Principe de l’essai………………………………………………………... III.1.2. Déroulement de l’essai…………………………………………………... III.1.3. Résultats expérimentaux de l’essai Deval………………………………..

III.2. Essai Los Angeles…………………………………………………. III.2.1. Principe de l’essai………………………………………………………... III.2.2. Déroulement de l’essai…………………………………………………... III.1.3. Résultats expérimentaux de l’essai Los Angeles………………………...

III.3. Dureté relative globale…………………………………………… III.4. Détermination de la teneur en carbonates …………………………... III.4.2. Préparation de l’échantillon …………………………………………….. III.4.3. Exécution de l’essai……………………………………………………... III.4.4. Résultats des essais……………………………………………………… III.5. Interprétation des résultats…………………………………………….... CONCLUSION GENERALE…………………………………………… Bibliographie……………………………………………………………... Annexe…………………………………………………………………….

Liste des tableaux

Tableau I.1. Les normes de l’exécution de l’essai Deval……………………………… Tableau I.2. Les normes de l’exécution de l’essai Micro-Deval en présence d’eau ….. Tableau I.3. Exemple d’essai Los Angeles pour du ballast utilisé en France…………. Tableau I.4. Normes des essais géotechniques des granulats du ballast ……………… Tableau III.1. Résultats des essais Deval……………………………………………... Tableau III.2. Résultats des essais Micro-Deval des échantillons de la carrière du Djebel Gustar……………………………………………………….....

Page 15 16 17 18 42 43 43 45 47 49 55

Tableau III.3. Détermination du nombre de boulets, la masse totale de la charge, et le nombre de rotations selon la classe granulaire 25/50………………… Tableau III.4. Résultats des essais Los Angels….…………………………………….. Tableau III.5. Résultats de la DRG …………………………………………………... Tableau III.6. Résultats des essais de la détermination de la teneur en carbonates…… Tableau III.7. Comparaison des valeurs de LA, Deval et DRG par rapport aux normes nationales et internationales…………………………………….

07 22 22 24 25 27 30 32 36 38 46 47 52 52 53 54 54

Liste des figures

Figure I.1. Représentation schématique d’une structure classique de voie ferrée…….. Figure I.2. Différentes contraintes que subis le ballast………………………………... Figure II.1 : Situation géographique de la carrière du Dj. Gustar…………………….. Figure II.2 : Image Landsat de la région du Djebel Gustar…………………………… Figure II.3 : Colonne stratigraphique synthétique du Djebel Gustar.............................. Figure II.4 : Carte géologique du Djebel Gustar ……………………………………... Figure II.5 : Colonne stratigraphique synthétique de la région du gisement calcaire du Djebel Gustar…………………………………………………………. Figure II.6 : Situation géographique de la carrière du Dj. Youcef……………………. Figure II.7 : Carte géologique des environs du Djebel Youcef……………………….. Figure II.8 : Situation géographique des carrières de Kef er Rand……………………. Figure II.9 : Carte géologique des environs de Kef er Rand………………………….. Figure III.1. Abaque de dureté relative globale (DRG) (d’après J.Alias ,1984 Echantillons de la carrière du Djebel Gustar-…………………………… Figure III.2. Abaque de dureté relative globale (DRG) (d’après J.Alias ,1984)- Echantillons de la carrière de Bou Adjil-………………………………... Figure III.3. Variation du coefficient de Deval sec en fonction du coefficient Los Angeles………………………………………………………………….. Figure III.4. Variation du coefficient de Deval humide en fonction du coefficient Los Angeles………………………………………………………………….. Figure III.5. Variation du coefficient de Deval sec en fonction de la teneur en CaCO3 des échantillons étudiés…………………………………………………. Figure III.6. Variation du coefficient de Deval humide en fonction de la teneur en CaCO3 des échantillons étudiés…………………………………………. Figure III.7. Variation du coefficient de Los Angeles en fonction de la teneur en CaCO3 des échantillons étudiés………………………………………….

Chapitre I

Le ballast

Chapitre I Le ballast

Ce chapitre est largement inspiré de (F. Aissat, 2000 ; L. Chanane, 2008 ; A. Fattah et

A. Ghemmour, 2002 et U. Lamalle, ).

I.1. Définition

Le ballast constitue la couche supérieure de la structure d’une voie ferrée sur laquelle

repose les traverses supportant le rail .C’est un tapis de concassé rocheux dur, élastique,

calibré, creux et compact, bloquant les traverses, dont le nivellement peut être réalisé au

millimètre en emboîtant entre eux des grands cailloux de 2 ,5 à 5 cm de taille.

Couche de ballast

C. sous ballast

Plate forme

Figure I.1. Représentation schématique d’une structure classique de voie ferrée

I.2. Nature et origine du ballast

Les granulats du ballast proviennent des produits de différentes natures (naturels ou

artificiels). Parmi les produits naturels, citons les pierres concassées, les graviers et le sable.

Parmi les produits artificiels citons les laitiers, les scories et les cendrées (d’usine ou de

dépôts de locomotives).

Les qualités et défauts des pierres concassées dérivent des caractères des roches dont

elles sont extraites :

Les roches magmatiques et métamorphiques, sont des roches massives, compactes,

exemptes de porosité, non gélive et dépourvues de stratification où de joints de

clivage, et résistent parfaitement aux agents atmosphériques (ex : porphyre, granite,

basalte, gneiss, diorite).

Les roches sédimentaires peuvent fournir des pierres suffisamment dures pour

constituer un ballast de bonne qualité. Les roches siliceuses (grés, quartzites) résistent

bien aux altérations dues aux agents atmosphériques. Les calcaires s’altèrent par

dissolution et par l’abondance des joints. Cependant, les calcaires durs peuvent donner

un ballast de bonne qualité. Les roches schisteuses, donnant de l’argile par altération,

sont peu recommandables.

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I.3. Qualité requise pour les ballasts et leurs propriétés

Un bon ballast doit présenter des qualités physico-mécaniques qui sont exprimées par les

propriétés physiques correspondant à la résistance externe et interne aux contraintes qui

s’exercent sur le matériau solide et les propriétés mécaniques correspondant à la dynamique

interne et externe d’un matériau solide .

Ces propriétés physico-mécaniques sont les suivantes :

- La densité : qui doit être élevée pour mieux résister aux différents efforts auxquels le

matériau est soumis. Un bon matériau devra avoir une densité apparente au moins égale à 2,5

g /cm³ par rapport à un optimum de masse volumique compris entre 2 et 2,8 g/cm³ .

- La dureté : le ballast doit être assez dur pour résister aux chocs ainsi qu’à l’usure par

abrasion provoqués par les charges roulantes (broiement) et pour supporter l’action

destructrice des outils de bourrage (émiettement).

- l’angularité et la rugosité : les granulats du ballast doivent présenter des surfaces assez

rugueuses et des arêtes vives pour assurer la cohésion de la masse. Elles permettent donc aux

éléments du ballast de s’assembler entre eux de façon à former un ensemble compact et

cohérent. Cette cohésion assure le contact et le frottement ballast /traverses, le bon maintien

en place et l’immobilisation de ses dernières par pénétration des arêtes vives des éléments de

ballast dans la masse des traverses (bois, rugosité ou alvéoles du béton).

- la perméabilité : le ballast doit assurer un bon drainage ou écoulement des eaux pluviales

avec une pente suffisante ; car l’eau qui reste dans le ballast y forme finalement de la boue, les

traverses qui s’appuient sont mal assises (traverses boueuses ou danseuses) ; cette eau se

congèle en hiver, d’où gonflement du ballast et soulèvement de la voie. En outre, la voie gelée

perd son élasticité.

- l’élasticité : permet d’amortir la transmission des charges reçues et d’atténuer l’amplitude

des efforts dynamiques appliqués à l’ensemble du tapis de ballast. Pour qu’elle soit bonne, il

faut que les pierrailles soient de dimensions suffisamment grandes et qu’elles soient bien

calibrées.

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Chapitre I Le ballast - la non gélivité : plus un granulat est imperméable, plus il est mieux protéger et insensible

aux effets du gel, qui se traduit par la résistance à l’écaillage et aux cycles d’imbibition-

dessiccation en présence des eaux et des solutions minérales tels que les sels fondants.

- la dilatation : sous l’effet de réchauffement (expansion thermique) ou d’humidité, le

matériau solide accuse une expansion, un gonflement ou une augmentation de son volume.

- la rétraction/contraction : elles correspondent à la réponse mécanique de

raccourcissement, qui se traduit par un durcissement suite à une diminution de volume ou de

longueur, ou bien c’est le retour du matériau solide à son état initial après dilatation.

I.4. Fonctions du ballast

Le ballast est un des éléments support de la voie, faisant partie des couches d’assise

comprenant la couche de ballast, les sous couches et la plate forme, qui contribuent à assurer

par leurs natures et leurs épaisseurs le bon comportement de la voie ferrée.

Cependant, les principales fonctions auquel le ballast est destiné, et qui sont étroitement

liées aux propriétés physico-mécaniques et géométriques, sont les suivantes :

la transmission, la répartition et la réduction sur la plate-forme et les couches sous-

jacentes des charges statiques et dynamique exercées par les roues sur le rail ;

la résistance aux forces triaxiales verticales, transversales (latérales) et longitudinales

appliquées aux traverses sous l’effet du contact roue /rail pour assurer l’ancrage et la

stabilité des rails sur la voie ferrée (figure I.2).

Les forces verticales : correspondent aux charges dynamiques surimposées

aux charges statiques. Les charges statiques sont le poids du train à l’arrêt

combiné aux poids des éléments de la superstructure de la voie (rail, attaches,

supports d’attaches et traverses), tandis que les charges dynamiques sont les

forces de traction combinées aux accélérations / freinages et aux conditions de

la voie.

Les forces transversales : correspondent aux forces de compression diffusées

ou agissantes parallèlement aux axes des traverses à partir du contact roue-rail.

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Les forces longitudinales : correspondent aux forces de compression exercées

le long des rails générées par les charges dynamiques, l’effet de l’expansion et

de contraction thermique du rail et des ondes vibratoires diffusées par les rails.

Figure I.2. Différentes contraintes que subis le ballast

Le drainage et l’évacuation rapide des eaux météoriques (zénithales) s’infiltrant dans

la voie à travers les sous couches en raison de sa granulométrie particulière. La plate

forme du terrassement doit présenter, de part et d’autre de son axe, une pente

transversale d’au moins 3 cm par mètre pour assurer l’écoulement des eaux qui

traversent la couche de ballast.

L’amortissement et l’absorption du maximum de vibration et de chocs en provenance

du contact rail-roue, en raison de son élasticité et ses propriétés rhéologiques. Ce rôle

amortisseur du ballast résulte de la dissipation d’énergie par frottement de ses grains

entre eux. La capacité d’amortissement du ballast s’accroît si l’on augmente

l’épaisseur de la couche, cette épaisseur doit être d’autant plus forte que la vitesse et le

trafic supporté par la voie sont plus élevés. Par contre, il est nécessaire que les sous-

couches (couches d’assises) et la plate-forme contribuent le moins possible à la

capacité d’amortissement. En effet ces couches plus profondes doivent avoir une durée

de vie beaucoup plus longue, estimée à plus de 25 ans que celle du ballast,

périodiquement renouvelé.

Le « bourrage » du ballast sous la traverse conserve à la voie son nivellement correct

et rapide. Il freine aussi les déplacements longitudinaux et transversaux car, dès qu'une

tendance au déplacement se manifeste, il naît un frottement résistant entre la traverse

et le ballast.

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Une fonction environnementale de plus en plus reconnue est due à de moindres

émissions acoustiques qu’une voie sur dalles en béton, ou seule la nuisance sonore

émise lors du passage de trains provient du contact roue/rail. Pour le cas du ballast à

base de matériaux basiques, cette fonction est améliorée au maximum, en raison de

l’absence des vides porositaires et fissuraux (P < 1 %) et des valeurs maximales de

l’indice de continuité (Ic > 90%) accusées par la structure des minéraux formant les roches

basiques.

I.5. Types de détériorations du ballast

Les observations et l’expérience ont montré que le ballast ne se détériore pas d’une

manière sensible sous les effets d’un seul processus, d’une cause unique. Généralement, c’est

une combinaison de plusieurs facteurs provenant de diverses origines.

L’ensemble des travaux de recherche et d’analyse issues des études réalisées jusqu’à lors

ont confirmé que les granulats du ballast provenant des roches calcaires sont très sensibles

aux détériorations physiques (usure et fragmentation) et chimiques (souillure) et les causes

principales en sont les suivantes :

l’usure mécanique ;

la pollution ;

l’altération physico-chimique.

D’autres parts, les granulats calcaires favorisent les tassements, de plus de 2 cm, après la

mise en service de la voie. Ces tassements sont souvent de grandes amplitudes et de longueurs

d’ondes, favorisant aussi des défauts inacceptables de nivellement, et augmentant par la suite

des risques de basculement et de déraillement des véhicules.

I.5.1. Détérioration par usure mécanique :

L’usure s’exprime par l’émoussement des angles sous l’effet de frottement et de chocs, sous

l’influence de l’augmentation importante des vitesses et des charges des trains (trafics

intenses), et au cours des opérations de bourrage.

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Ces détérioration se trouvent amplifiées par :

l’apparition des défauts en provenance :

des véhicules eux-mêmes (effets de balourds) ;

De la voie : variation de la rigidité verticale et défauts géométriques de

nivellement.

L’introduction de matériel de mise en œuvre et d’entretien inadapté ;

L’augmentation du trafic et des vitesses ;

L’effet du comportement du ballast qui n’est pas homogène sur toute la longueur

d’une voie, confirmant l’influence du substrat, c'est-à-dire des couches d’assise

(couche de forme et sous-couches), où à certains endroits, le ballast ne « tient » pas et

pénètre les couches d’assise, dont les matériaux se mélangent aux granulats, et ses

performances diminuent ; on parle alors de « ballast contaminé ». Or, l’augmentation

de la vitesse commerciale, la fréquence des circulations et du poids à l’essieu

pourraient accélérer l’apparition de ce phénomène et le rendre plus dangereux.

Le ballast subit les usures mécaniques dues :

aux techniques d’entretien : l’introduction de bourreuses lourdes conçues pour un

concassé de roches très résistantes provoque l’effritement du ballast de qualité

moyenne à médiocre généralement utilisé sur nos voies. Cet effritement des granulats

peut être également provoqué lors du bourrage manuel où le ballast est introduit sous

la traverse à l’aide d’une batte.

Aux défauts de nivellement et des bourrages, qui exercent une action nocive sur les

bogies de chaque véhicule qui réagissent sur les éléments de la voie (rail, traverses et

attaches) en provoquant un comportement non uniforme de l’ensemble qui se met à

osciller anormalement (phénomène de danse) transmettant des chocs intenses au

ballast.

Aux modifications des conditions d’exploitation : (1) la mise en circulation de

matériels lourds mène à l’apparition de sollicitations mécanique plus élevées, d’où le

risque d’écrasement du ballast est d’autant plus grand que le dimensionnement initial

n’a pas pris en compte cette évolution du trafic ; (2) la mise en place des trains plus

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rapides induit une augmentation de l’usure du ballast et peut en résulter une attrition

plus importante de ce dernier ; enfin (3) l’existence de défauts au niveau de la voie et

des véhicules provoque une très forte augmentation des sollicitations anormales, d’où

la désagrégation accélérée du ballast.

Au droit des joints : au niveau des joints, le ballast est très sollicité mécaniquement ;

le boudin en sautant d’un rail à l’autre, donne des coups à ce dernier, d’où

l’application brutale de la traverse sur les ballasts, qui prend une couleur particulière

(claire) et les grains s’arrondissent.

Aux produits transportés ou déversés sur la voie : des produits abrasifs, tel que le

sable quartzeux, transportés ou utilisés par les machines pour éviter le patinage,

peuvent par friction, accélérer la désagrégation du ballast.

A la structure de la plate-forme : le ballast au contact d’une plate-forme rocheuse et

dure, s’écrase et se transforme en poudre.

A la raideur verticale de la voie : la dégradation de la géométrie de la voie est

d’autant plus préjudiciable au confort des passagers que la vitesse est élevée. Or, cette

dégradation est notamment liée à la raideur verticale de la voie. Aussi, la surveillance

de l’évolution de cette valeur pourrait déboucher sur une maintenance préventive,

c'est-à-dire des interventions visant à rétablir les valeurs normales de la voie ; elles

doivent être non seulement correctes mais homogènes avant même l’apparition de

défauts, au moyen de capteurs embarqués à bord d’un véhicule circulant à grande

vitesse.

I.5.2. Détérioration par pollution

La pollution a pour effet de rigidifier la couche de ballast et de diminuer sa perméabilité.

Les causes de pollution du ballast sont multiples ; parmi lesquelles on distingue

principalement les pollutions par :

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Les fines : ce type de pollution à des sources et des origines diverses :

o pollution par les fines produites par l’altération du ballast, qui viennent

colmater ce dernier. Ce phénomène est très prononcé pour les calcaires tendres

et les roches facilement altérables ;

o pollution par les fines de la plate-forme, par exemple une plate-forme argileuse

finit presque toujours, si le dimensionnement des couches d’assise n’a pas été

correctement pensé, par contaminer la couche de ballast ;

o pollution par les fines véhiculées par l’eau : le mauvais fonctionnement ou le

sous dimensionnement du réseau de drainage provoquent l’inondation de la

voie et la stagnation des eaux induisant des dépôts de fines dans le ballast.

L’excès de pénétration des sels tels que les chlorures et les sulfates, diminue le

module d’élasticité et accroît le fluage.

Les sables : du fait de sa consistance et son déplacement sous l’action des vents,

principalement dans les zones côtières et désertiques, le sable s’introduit facilement

dans les cavités du ballast donnant lieu à deux cas distincts :

o remplissage partiel du lit de ballast par le sable ;

o lit de ballast complètement remblayé par les sables.

Les produits transportés par les wagons : constituant la principale source

d’infiltration de pollution en surface, combinée à l’usure des traverses.

La végétation : cette pollution provoque la diminution de la perméabilité et l’absence

de désherbage risque de réduire le lit de ballast.

Les zones industrielles : les poussières rejetées dans l’atmosphère par les grandes

usines sidérurgiques, les cimenteries, carrières et autres industries viennent se déposer

sur le ballast et finissent par le colmater. De plus, ces poussières renferment des

résidus chimiques qui peuvent se révéler très agressifs pour le ballast.

11


I.5.3. Détérioration par l’altération

Le ballast, sous les actions conjuguées de l’eau, du climat et d’agents polluants, subit

une altération physico-chimique, dont les effets se traduisent par une évolution de la

granulométrie (apparition de fines) et une baisse des caractéristiques mécaniques. L’eau agit

sur le ballast de différentes manières en provoquant :

La diminution de la portance dans les sols saturés accidentellement : dans les cas

d’inondations de la plate-forme, l’apparition des pressions interstitielles et l’imbibition

des matériaux sensibles à l’eau provoquent :

o une diminution de la portance de la voie ;

o un poinçonnement de la plate-forme par le ballast ;

o une remontée des fines ;

La réduction de l’élasticité du ballast : l’imbibition des fines et des granulats du

ballast lubrifie ce matériau, le frottement grain à grain diminue. Ainsi, le rôle

d’amortisseur du ballast se trouve réduit du fait de la diminution de son élasticité.

La pollution par des fines et des agents agressifs : l’eau peut véhiculer :

o Le dépôt des fines et autres tels le sable, l’argile…remplit les vides en

engendrant une forte diminution de la perméabilité globale. Ce phénomène va

en s’aggravant jusqu’à à la rigidification complète du lit de ballast.

o En présence d’agents agressifs pour le ballast calcaire, comme le gaz

carbonique et l’acide sulfurique, il y dissolution de ce dernier.

o Les effets de ces phénomènes sont d’autant plus importants que la roche de

ballast soit poreuse, perméable et que les stagnations d’eau sont plus

prolongées.

L’altération par hydratation : l’altération par hydratation entraîne la décomposition

de la roche de ballast. Pour atténuer l’effet de ce phénomène, il est indispensable de

dimensionner convenablement les ouvrages de drainage.

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I.6. Les caractéristiques du ballast

1.6.1. Les caractéristiques géologiques

a. La composition minéralogique

La connaissance précise de la composition minéralogique nous aide dans le choix des

roches de ballast. L’homogénéité de la composition minéralogique est un critère important

quant aux caractéristiques mécaniques des roches : si la composition est relativement

homogène, elle confère à la roche un bon comportement mécanique. La présence de minéraux

altérés (montmorillonite, schiste, marne,…) réduit le comportement mécanique de la roche.

b. La Texture

La texture est l’agencement des minéraux dans les roches ; pour les roches magmatiques

plutoniques qui présentent une texture grenue, le comportement mécanique est généralement

très bon. Pour les roches sédimentaires, l’homogénéité de la composition joue un rôle

beaucoup plus important que la texture.

c. L’altération

C’est le vieillissement naturel d’un matériau et son adaptation à de nouvelles conditions

physico-chimiques différentes de celle qui régnaient lors de sa formation. Elle induit des

modifications physiques, chimiques et minéralogiques dans les roches.

L’altération dépend de plusieurs facteurs et conduit à des mécanismes très diversifiés :

1. L’hydrolyse : fixation d’eau provoquant la destruction d’un corps et son remplacement

par un autre. Exemples: feldspaths → kaolinite ; Anhydrite (CaSO4) → gypse

2. L’altération météorique : à l’échelle du massif, elle se propage de haut en bas et

concerne uniquement les parties superficielles, dites stériles.

3. Altération profonde : dite aussi transformation hydrothermale ; elle se propage de bas

en haut et concerne le massif en entier. Les minéraux tels que : les argiles, les

hydroxydes de fer, zéolites, la pyrite, le charbon et les inclusions organiques peuvent,

dans le cas où ils constitueraient un pourcentage important, avoir des effets néfastes

sur les caractéristiques mécaniques des roches.

d. La tectonique :

La connaissance de la tectonique nous permettra, d’une part, de situer les roches par

rapport aux contraintes de déformation et d’autre par, de retrouver les périodes d’accalmie

ayant permis la formation de roches homogènes, massives et dures.

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I.6.2. Les caractéristiques géotechniques

a. Les caractéristiques physiques (géométriques)

a.1. La granulométrie

Les dimensions des éléments du ballast influent sur la résistance de la voie aux

sollicitations (élasticité) et sur la mise en œuvre.

Les granulométries dans les différents réseaux ferroviaires sont : 25/40 mm, 25/50

mm, et 25/55 mm. Celle utilisée actuellement en Algérie est de 25/50 mm. Elle est de 32/63

mm dans certains pays européens.

a.2. Forme des granulats

La forme des éléments de ballast utilisé pour la voie ferrée doit être polyédrique et à

arêtes vives. Une couche de ballast comportant des granulats cuboïdes ou angulaires de

dimension mixtes, confère normalement à la voie une élasticité et une résistance très élevées.

Les granulats ne doivent donc être ni trop long, ni trop plats.

Une bonne angularité des granulats permet d’augmenter le frottement intergranulaire.

L’état de surface (degré de rugosité et de friction) de granulats influe sur :

- l’aptitude à la résistance mécanique du ballast ;

- la compacité des sous-couches et les couches de formes ;

- l’adhérence avec les traverses.

a.3. L’homogénéité des granulats

De par son influence négative sur le comportement mécanique du ballast, la proportion

en poids des granulats friables ou altérés ne doit pas dépasser :

la limite normale de 3% ;

la limite absolue de 6%.

Il est bien établi que l’utilisation du ballast hétérogène, formé de roches de nature, de

dureté et d’âge différents, s’altère très rapidement.

a.4. Propreté des granulats

Le ballast doit être débarrassé de toute matière polluante (poussière, sable, fines et débris).

Le pourcentage de matière polluante ne doit pas excéder 1% de la masse granulaire. Cette

propreté peut être obtenue par lavage.

14


b. Les caractéristiques mécaniques

Le ballast est soumis à de multiples sollicitations que les traverses lui transmettent :

des charges concentrées (verticales, transversales, et longitudinales) ;

des vibrations, qu’il doit diffuser jusqu’à la plate –forme.

Le temps et l’environnement détériorent ses caractéristiques mécaniques et physiques.

Pour ses raisons, les granulats de ballast doivent satisfaire à certaines conditions relatives à

leurs résistances mécaniques tel que la dureté, celle-ci doivent être envisagé sur le double

aspect de :

la résistance à l’attrition (usure par frottement réciproque des granulats);

la résistance à la fragmentation par chocs.

b.1. La résistance à l’attrition et à l’usure (Essai Micro-Deval)

Les matériaux de la couche de ballast, sous l’effet des charges concentrées et les

vibrations, subissent des déplacements relatifs provoquant une usure par frottement aux points

de contact entre les granulats. Ce phénomène a été reproduit en laboratoire sous le nom

d’essai « Deval » ou « Micro-Deval ». L’évolution des granulats provoque l’appariation des

fines. Ainsi, l’essai consiste à mesurer la quantité d’éléments dont le diamètre est inférieur à

1,60 mm. Cet essai est effectué à sec ou en présence d’eau (MDE). Ces éléments sont produits

dans la machine Deval par les frottements réciproques et les chocs modérés des granulats

d’une prise d’essai.

Granularité 25/55 mm

Echantillon 44 pierres 5000 ± 50 g

Charge de frottement aucune

Nombre de rotation 10000 avec 2000 rotations/Heure

Maille de tamis 1,60 mm

Calcul du coefficient Deval Deval = 2800/m

m étant la masse sèche, en grammes,

de la fraction du matériau passant,

après l’essai, au tamis de 1,6 mm.

Tableau I.1. Les normes de l’exécution de l’essai Deval

15


Les normes d’essai Deval adoptées par l’Algérie sont :

-valeur normative du Deval : D>9

-Deval évalué par rapport au passant : < 1,60mm

Remarque : l’eau étant le plus souvent présente dans le ballast et favorise fortement l’usure,

ainsi c’est l’essai Deval (micro- Deval) en présence d’eau qui est plus proche à la réalité.


Echantillon 500 g

Charge de frottement 5 kg de billes de d=10 mm en acier

inox

Nombre de rotation 12000-6000 tours/heure

Maille de tamis 1,60 mm

Calcul du coefficient Deval 100*m/500

Tableau I.2. Les normes de l’exécution de l’essai Micro-Deval en présence d’eau

m : masse en gramme des éléments des dimension inférieures à 1,60 mm formés au

cours de l’essai.

b.2. La résistance à la fragmentation par chocs et l’usure par frottement

réciproque des granulats

Le ballast, sous l’effet des contraintes qui lui sont transmises, évolue par ;

frottement des granulats entre eux ;

chocs engendrés par les traverses.

Ces deux phénomènes ont été reproduits en laboratoire pour mesurer la résistance

combinée à la fragmentation par chocs et l’usure par frottement réciproque des granulats

connue sous l’appellation d’essai Los Angeles;

L’évolution du matériau sous les sollicitations précitées, provoque l’apparition des fines.

Le coefficient Los Angeles est le rapport de la quantité de fines inférieures à 1,6 mm (maille

carrée) produite dans la machine Los Angeles, et la masse de la prise d’essai.

M

mLA 100

16

Chapitre I Le ballast m : masse des éléments inférieurs à 1,6 mm produits au cours de l’essai

M : masse de matériau soumis à l’essai.

LA : coefficient Los Angeles du matériau.

Masse échantillon 5000 g

25/40 : 3000 g

40/50 : 2000 g

Charge de frottement 12 boulets

Masse de boulets 5280 g

Nombre de rotation 1000

Maille des tamis 1,60 mm


Tableau I.3. Exemple d’essai Los Angeles pour du ballast utilisé en France

b.3. Dureté relative global (DRG)

Il existe une relation entre les valeurs de l’essai Deval et l’essai Los Angeles. Cette

relation traduit la dureté relative globale d’une roche.

Dans le cas du ballast, la valeur de la dureté relative est la plus faible des deux valeurs

obtenues successivement à partir des couples de coefficients : (DS – LA) puis (DH - LA).

Dans le cas des graves, la valeur de la dureté relative est obtenue à partir du seul couple de

coefficient (MDE, LA).

Où : MDS : Micro-Deval sec ;

MDE : Micro-Deval en présence d’eau ;

LA : Los Angeles.

Le coefficient de dureté globale DRG est égal à la plus faible des deux valeurs ci-

après :

DRDR 5,0

DRmin + 2

Où : DR : moyenne arithmétique des duretés relatives = n

DR

17


18

DR : écart type = )1(

)( 2

n

DRDRi

Avec n : nombre d’échantillons soumis à l’essai.

DRmin : la plus faible valeur des duretés relatives.

La DRG est à calculer sur un minimum de 05 échantillons.

Pour un ballast de qualité, les normes admises par certains pays et compagnies concernant les

valeurs courantes du MDE, essai Los Angeles et DRG sont données dans le tableau 4.

Pays Essai LA (%) Essai MDE (%) DRG

Algérie < 40 < 35

France < 25 < 20 > 14 (Norme

Européenne)

Canadian National

Railways

< 20 / /

Southern Pacific

Transportation

Company (Canada)

< 25 / /

USA < 35 < 30

MDS < 27

> 18

Tableau I.4. Normes des essais géotechniques des granulats du ballast

Chapitre II

Carrières à granulats

étudiées

Chapitre II Carrières à granulats étudiées

II.1. Carrière du Djebel Gustar (ENOF)

20


II.1. Carrière du Djebel Gustar

II.1.1. Généralités

Le gisement de calcaire de Djebel Guestar est situé à 24 km au sud de la ville de Sétif

à proximité de la route de la Wilaya, menant de Ain Oulmène vers El Eulma (figure II.1).

Cette carrière appartient au groupe ENOF. Les coordonnées Lambert du gisement sont :

Latitude = 36°00’37’’N

Longitude = 05°33’02’’E

L’altitude du gisement est d’environ 1000 m. La carrière du Dj. Gustar exploitait du

plomb et du zinc de 1905 jusqu’en 1973 où le rendement de l’unité devenait insuffisant pour

le concentré de zinc et de plomb, ce qui entraina l’arrêt de l’exploitation de ces deux minerais.

Il a été alors décidé de reconvertir la mine en carrière d’agrégats.

La région d’étude fait partie des cartes topographiques et géologiques au 1/50.000 de Bir

El Ahrech (ex. Navarin). Cette région est caractérisée par l’existence de plusieurs lacs salés

ou Sebkha, dont les principaux sont (figure II.1 et II.2) : la Sebkhet Bazer (910 d’altitude,

superficie : 13,5 km2), et le Chott el Frain (900 m d’altitude, 15 km de long et 2,35 km de

largeur au maximum). Ces lacs forment des cuvettes qui ne sont remplies d’eau qu’à partir

des pluies d’automne. En été, ce ne sont que des croûtes blanches de sel.

La région se caractérise par un relief plat (plaines alluviales, altitude moyenne : 950 m)

où apparaît des montagnes isolées dont les principaux sont dans la région étudiée : le Djebel

Gustar (ou Guetar, sommet à 1196 m d’altitude) qui est la partie orientale du Djebel Youssef,

long de plus de 15 kilomètres et où est localisé la carrière ; le Djebel Braou (appelé aussi « le

Pain de sucre ») qui se présente sous la forme d’un piton pyramidal, dont la base à un

diamètre de 1,5 kilomètres et dont le sommet est à la côte 1263 m.

21


Figure II.1 : Situation géographique de la carrière du Dj. Gustar

Djebel Braou

Sebkhet Bazer

Djebel Djebel Youssef Gustar

Chott El Frain

Sebkhet El Hamiet

Djebel Sekrine

Figure II.2 : Image Landsat de la région du Djebel Gustar

22


II.1.2. Contexte géologique régional (Vila, 1977)

Du point de vue géologique, le Dj. Gustar appartient au domaine néritique de la plate-

forme sétifienne (ou ensemble allochtone sud-sétifien). Cet ensemble est constitué d’unités

(nappes) encore plus externes que les nappes telliennes et d’allochtonie notable, mais

moindre, structurées au Miocène moyen qu’on appelle séries de l’avant-pays allochtone ou

tellien et se placent entre les nappes telliennes au Nord et l’autochtone ou para-autochtone

atlasique au Sud.

L’ensemble allochtone sud-sétifien est constitué des séries des Djebels Guergour,

Anini, Zdimm, Youssef, Braou, Tnoutit, Sékirine, Tafourer, Agmérouel, Zana, Azraouat,

Hammam, Ain el Ahdjar, Koudiat Tella et série supérieure du Djebel Kalaoun. Ces séries sont

à matériel carbonaté et marneux du Jurassique au Miocène et se présentent sous la forme d’un

vaste empilement d’écailles limité par des accidents cisaillant.

Le Djebel Gustar représente la terminaison orientale du Djebel Youssef. L’ensemble

du Djebel Youssef possède une série carbonatée du Lias au Cénomanien.

a. Stratigraphie

Le djebel Gustar comprend la succession stratigraphique suivante (figure II.3.et II.4) :

Le Mésozoïque

Jurassique dolomitique (Dogger à Malm) : il s’agit de dolomies noires ou grises à

grain moyen, azoïques et bien litées en gros bancs de 1 à 15 m d’épaisseur.

Jurassique supérieur : masse bien litée de calcaires massifs gris en gros bancs et

fossilifères. L’âge de ces calcaires est Kimméridjien ou Portlandien.

Néocomien : il s’agit de quelques dizaines de mètres de marnes à petits bancs

calcaires fossilifères. Cette série repose sur les calcaires massifs jurassiques par

l’intermédiaire d’un hard-ground minéralisé.

Barrémien : série calcaro-dolomitique et gréseuse à grosses barres dolomitiques

rousses de 25 à 30 m d’épaisseur.

Aptien : composé de marnes jaunes surmontés de gros bancs calcaires micritiques.

23


24

Albien : représenté au col du Djebel Gustar par une cinquantaine de mètres

d’alternance de grès fins, de calcaires et lumachelles spathiques fossilifères et de

marnes et argiles.

Le Quaternaire

Glacis polygéniques (éboulis de pentes consolidés) : sur toute la périphérie du

Djebel Gustar (comme sur l’ensemble des reliefs de la région) existe une sorte de

glacis polygéniques continu, jonché de fragments de roches non roulés et mêlés de

terres de décalcification et de sables argilo-calcaire.

Quaternaire récent indéterminé : formant les terres arables qui sont installées sur

des placages limoneux et supportent un sol brun peu ou pas calcaire.

Figure II.3 : Colonne stratigraphique synthétique du Djebel Gustar. Les calcaires massifs soulignés sont ceux qui ont exploités dans la carrière di Djebel Gustar.


Figure II.4 : Carte géologique du Djebel Gustar (d’après Carte Géologique de l’Algérie au 1/50000, Bir et Ahrech)

b. Tectonique

La masse chevauchante Youssef-Braou-Tnoutit qui apparaît en fenêtre appartient à

l’ensemble allochtone sud-sétifien. Cet ensemble est situé entre les séries telliennes

marneuses et marno-calcaire (nappe de Djemila) qui les recouvrent au Nord et le domaine

plissé hodnéen au Sud. Le contact de cet ensemble avec les chaînons du Hodna (front sud-

Jurassique dolomitique Jurassique supérieur

Néocomien :

(Dogger à Malm) calcaire marnes

Aptien

Albien : Argiles, marnes,

Barrémien : calcaires, dolomies, marnes et grès

Aptien marneux

calcaire grès et biosparites

Terres arables Glacis polygéniques

Villafranchien : calcaires et cailloutis

25

Chapitre II Carrières à granulats étudiées sétifien) donne lieu à des structures tectoniques (convergentes) diversifiées : plis emboutis à

axe tordu, plis à axe décroché, plis écrasés et replissés en accordéon, failles inverses (Vila,

1977).

Le Djebel Youssef est constitué d’un anticlinal de direction Est-Ouest dont la voûte a

subi un effondrement à la terminaison oriental donnant deux rameaux constitués par Djebel

Sekkakene au Nord et Djebel Gustar au Sud.

Le massif de Djebel Youssef est découpé essentiellement par trois familles de failles ;

NE-SW, E-W et NW-SE. Sa partie orientale montre une fracturation plus intense que la partie

occidentale. On trouve aussi des failles de direction N-S.

II.1.3. Contexte géologique et minier du gisement du Djebel Gustar

a. Stratigraphie

Les calcaires exploités dans la carrière du Djebel Gustar sont ceux de l’Aptien. On

distingue de bas en haut (Achiri et Kerkour, 2007) (figure II.5) :

L’Aptien inférieur : constitué à la base par des marnes et au sommet par des calcaires

en banc de couleur gris foncé intercalés avec des rares lits argileux. L’épaisseur totale

de l’Aptien inférieur est de 60 m environ.

L’Aptien supérieur : composé de calcaires micritiques bien lités en bancs ne

dépassant pas 3 m. Ces calcaires sont riches en orbitolines à la base, surmontés de

calcaires massifs gris avec intercalation de rares lits marneux puis on passe à des

calcaires en bancs. L’épaisseur totale de l’Aptien supérieur est de 80 m environ.

Le Quaternaire : il recouvre les formations de l’Aptien dans les pentes et au pied des

versants. Il est formé d’éboulis et d’alluvions (sables, limons et graviers).

b. Tectonique

Les formations calcaires du gisement constituent le flanc sud de l’anticlinal du Djebel

Gustar avec un pendage assez doux qui varie de 10 à 15°S.

Par ailleurs, plusieurs familles de failles existent dans le secteur, dont les plus importants

sont de direction NW-SE et NE-SW. Leurs rejets est de quelques mètres. Une faille

longitudinale à fort pendage (80-85°) vers le sud existe également.

Notons enfin que les calcaires du gisement se caractérisent par deux systèmes de

fissuration de direction NW et SE.

26


Figure II.5 : Colonne stratigraphique synthétique de la région du gisement calcaire du

Djebel Gustar (Achiri et Kerkour, 2007)

c. Hydrogéologie

Lors des travaux de recherche sur la carrière, aucun sondage n’a rencontré des eaux

souterraines, ce qui s’explique par le fait que la carrière se trouve sur le versant de la chaîne

de montagne : aussi il n’existe aucun obstacle au déversement des eaux pendant la saison des

pluies.

d. Conditions technico-minières de l’exploitation

Les calcaires du gisement sont durs et stables, le coefficient de dureté est de 5 à 6 d’après

l’échelle protodiakonov.

Les conditions technico-minières sont favorable pour une exploitation à ciel ouvert, il

est à noter que dans le gisement on ne constate ni glissement de terrain, ni zone d’érosion

néanmoins il y a présence de fragmentation tectonique (fissures, failles).

27


28

e. Caractéristique du matériau du gisement

Les principaux paramètres de la roche sont :

Le poids volumétrique : ne varie que très modérément (2,54 à 2,69 t /m³), dans la

plupart des cas, il est de 2,6 t /m³.

La densité : ne change pas considérablement non plus, et varie de 2,36 à 2,91

(moyenne de 2,72).

La porosité : comprise entre 0,15 et 4,99 %, et s’établi en moyenne à 1,98%.


Carrière du Djebel Youcef

29


II.2. Carrière du Djebel Youcef


Le gisement de calcaire du Djebel Youcef est situé à environ 70 km au nord-ouest de

la ville de Sétif dans le territoire de la commune d’Ait Tizi, à la limite entre les wilayas de

Sétif et de Béjaia (figure II.6). La superficie de la carrière est de 73822 m2 et ses coordonnées

géographiques sont :

Latitude = 36°31’26’’N

Longitude = 05°07’35’’E

Figure II.6 : Situation géographique de la carrière du Dj. Youcef

La région d’étude fait partie des cartes topographiques et géologiques au 1/50.000

d’Oued Amizour.

30


II.2.2. Contexte géologique régional (Leikine et al., 1988)

Du point de vue géologique, le Dj. Youcef appartient au domaine des nappes

telliennes. Cet ensemble est constitué d’unités allochtones pelliculaires constituées

principalement de marnes dont l’âge va du Lias à l’Eocène.

La région du Djebel Youcef est constituée par les unités et les formations suivantes

(figure II.7) :

Les formations peu tectonisées

Le Mio-Pliocène : composé de conglomérats hétérogéniques transgressifs et discordants

sur des formations numidiennes et des formations du Sénonien supérieur à faciès argilo-marneux.

Les nappes de flyschs

Nappe numidienne : composée d’argiles à la base, puis d’alternances de grès

grossiers dont l’épaisseur dépasse la centaine de mètres. Cette nappe est d’âge Oligocène-

Miocène.

Les nappes telliennes

Nappe de type Barbacha : composée de Jurassique calcaro-dolomitique et de Crétacé

inférieur schisteux (pélites sombres et durs).

Nappe de type Dra el Arba : composée de Sénonien (Campanien-Maestrichtien)

marneux à petits bancs de calcaires noirs ou gris et à boules jaunes abondantes. C’est une

formation épaisse (plus de 1500 m) et fossilifère.

Nappes des unités S1 à S4 (Allochtone à faciès argilo-marneux) : composée dans la

région par de l’Albien argileux et pélitique, un Cénomanien biosparitique à niveaux

conglomératiques, du Santonien et Campanien marno-calcaire, un Maestrichtien argileux, du

Paléocène calcareux et marneux avec des calcaires à silex et enfin un Eocène moyen à argiles

noirs et minces lits de calcaires siliceux et dolomitiques.

Le Trias : constitué de masses argilo-gypseuses accompagnés parfois

d’ophites et se localise dans les contacts anormaux tangentiels.

31


Figure II.7 : Carte géologique des environs du Djebel Youcef (d’après Carte Géologique de l’Algérie au 1/50000, Oued Amizour)

Trias : argiles, grés, gypses, cargneules, sel gemme, ophites, …

Flysch Numidien

Aquitanien- Burdigalien inferieur : Grés et argiles à faciès numidien

Nappes telliennes Unité de Barbacha

Sinémurien - Carixien : calcaires massifs contenants des silex à leur sommet.

Rhétien-Hettangien : dolomies litées parfois marneuses

Domérien-Bathonien : calcaires à silex alternant avec des argiles ou des marnes.

Callovien-Tithonique : Pseudo-conglomérats, calcaires lie de vin, pélites, radiolarites et calcaires fins siliceux.

32


Néocomien : marnes et conglomérats auxquels succèdent des pélites calcareuses

Néocomien – Albien inférieur : Pélites noires à rares lits de grès fins

Albien supérieur-Cénomanien : Marnes brunes et calcaires

Unité de Dra El Arba

Campanien-Maëstrichtien : Pélites calcareuses noires à lentilles de calcaires et boules de calcaires jaunes

Unité S4

Turonien- Coniacien : Phtanites et calcaire siliceux. Santonien- Maestrichien : Marnes associées à des calcaire marneux

Albien supérieur-Cénomanien : Marnes brunes et lits de calcaires

Unité S3

Maestrichtien : Argiles noires lamellaires.

Paléocène-Eocène inférieur : A la base, calcaires associés à des marnes puis, barre de calcaire à silex.

Eocène moyen : Argiles noires et minces lits de calcaires siliceux et dolomitiques

Formations post-nappes

Burdigalien – Helvétien : conglomérats hétérogéniques transgressifs et discordants sur des formations numidiennes et des formations du Sénonien supérieur à faciès argilo-marneux.

33


34

II.2.3. Contexte géologique et minier du gisement du Djebel Youcef (K. Benouareth, 2004)

a. Stratigraphie

Les calcaires exploités dans la carrière du Djebel Youcef appartiennent à la nappe de

type Barbacha et plus précisément aux formations calcaires du Sinémurien. Il s’agit de

calcaires massifs intercalés parfois avec des traces de silex.

b. Tectonique

Le gisement présente une structure anticlinale avec un aspect massif et compact.

c. caractéristiques du gisement

La teneur en CaCO3 du gisement dépasse 90 %. La longueur maximale du gisement (selon

les limites du périmètre de la carrière) est de 400 m et sa largeur est de 400 m. Sa profondeur

atteint 95 m.

d. Réserves

Les réserves géologiques du gisement sont estimées à 5.861.325 t. Les réserves

exploitables sont de: 4.306.419 t.


Carrière de la région de Kef er Rand (Adjel et Bou Ajil)

35

Chapitre II Carrières à granulats étudiées II.3. Carrières de la région de Kef er Rand (Adjil et Bouadjil)


Le gisement de calcaire de Kef er Rand est situé au nord de Sétif entre la commune

d’Ain Roua et d’Ain Abassa (figure II.8). La formation de direction Est-Ouest longe la

nationale et s’étend sur plus de 3 km de large. Elle met en évidence par endroit des indices de

gypse, de barytine ainsi que du minerai de fer.

Figure II.8 : Situation géographique des carrières de Kef er Rand (Adjil et Bouadjil)

La région d’étude fait partie des cartes topographiques et géologiques au 1/50.000

d’Ain Roua.

36


II.3.2. Contexte géologique régional (Vila, 1977)

Du point de vue géologique, la région appartient au domaine externe des nappes. Cet

ensemble est constitué près d’Ain Roua des unités allochtones de la nappe de Djemila (Lias à

l’Eocène) et celles de l’allochtone sud-sétifien du Djebel Anini (Vraconien-Cénomanien-

Turonien).

On distingue ainsi (figure II.9) :

Les formations peu tectonisées

Alluvions récentes : composé de limons gris et de graviers formant des bandes au fond des

oueds de la région.

Quaternaire récent indéterminé : formant les terres arables qui sont installées sur

des placages limoneux et supportent un sol brun peu ou pas calcaire.

Les formations de la nappe tellienne de Djemila

Composée dans la région par les formations allant du Maestrichtien à l’Eocène

supérieur.

o Maestrichtien : composé de marnes noires.

o Danien : formé de marnes noires et de calcaires gris marneux à patine

orangée.

o Paléocène : constitué par 200 m de marnes noires ou brunes à rares

boules jaunes avec au sommet, des alternances de marnes grises et de

marno-calcaires en petits bancs.

o Yprésien – Lutétien inférieur : composé de calcaires bitumineux

blancs à cassure noire et à silex noirs.

o Eocène moyen et supérieur : constitué par une épaisse formation de

marnes brunes ou gris foncé.

Les formations du Djebel Anini (Allochtone sud-sétifien)

Constituées dans le secteur par des marno-calcaires et des marnes fossilifères du

Vraconien et du Cénomanien inférieur surmonté de dolomies, calcaires sparitiques zoogènes

et micrites fossilifères respectivement du Cénomanien moyen, du Cénomanien supérieur et du

Turonien.

37


Figure II.9 : Carte géologique des environs de Kef er Rand (d’après Carte Géologique de l’Algérie au 1/50000, Ain Roua)

38

Chapitre II Carrières à granulats étudiées II.3.3. Contexte géologique et minier du gisement de Kef er Rand (DEBBACHE A. 2008)

a. Stratigraphie

Les calcaires exploités dans les carrières de Kef er Rand appartiennent à la nappe de

Djemila et plus précisément aux formations calcaires de l’Éocène inférieur (Yprésien –

Lutétien inférieur) représenté en grande partie par des calcaires cristallins de couleur blanche

intercalés par de minces couches de marnes. On note également la présence de crevasses et de

karsts remplies d’argiles de couleur rougeâtre par les eaux de ruissellements.

b. Topographie du site et allure des couches

Le relief du site est du type montagneux peu accidenté. Il présente un dénivelé

supérieur à 100 m entre la partie basse et le sommet du gisement.

Les couches sont en général d’épaisseurs moyennes mais régulières sur toute l’étendue

des fronts en exploitation ; leurs épaisseurs varient de 0,80 à 2 m, l’épaisseur apparente des

calcaires dépasse les 150 m.

c. Tectonique

Les couches très régulières de direction Nord-Sud ont subit d’importants plissement avec

des pendages qui avoisinent 40°. De nombreuses failles apparaissent également au nord de la

région. Une faille de direction Nord-Sud relativement importante traverse le gisement.

d. Hydrogéologie

Le gisement calcaire de Kef er Rand, fait partie du bassin hydrogéologique d’Oued Atteba,

cours d’eau alimenté par des ravines qui prennent leurs sources aux niveaux des formations

montagneuses limitrophes au site. Ces cours d’eau sont à sec en été, saison marqué par des

grandes sécheresses, et en crues en hiver à cause de chutes de neiges qui alimentent les

bassins versants de l’Oued Atteba et qui se déversent dans le barrage de Kherrata.

e. Réserves

En 2004 les réserves ont été estimées à :

Réserves géologiques : 4 170 000 m³

Réserves exploitables : 2 387 500 m³

39

Chapitre III

Etude expérimentale

Chapitre III Etude expérimentale

III.1. Essai Deval

III.1.1. Principe de l’essai

L’essai permet de mesurer la résistance à l’usure par frottement des granulats, humides ou

secs dans un cylindre en rotation avec une vitesse bien déterminée.

Il consiste à mesurer la quantité d’éléments inférieurs à 1,6 mm produits dans la machine

Deval par les frottements réciproques et les chocs modérés des éléments des échantillons

pour essai de 7 kg.

III.1.2. Déroulement de l’essai

Après le concassage des 8 échantillons de roches, nous avons réalisé, avec l’aide d’un

opérateur du laboratoire géotechnique (LTPE, Sétif), les essais de Deval humide et sec,

conformément aux dernières normes françaises (NF P 18-527 Décembre 1990), édité par

l’AFNOR.

a) Préparation de l’échantillon

L’échantillon comprend au moins 15 kg de la classe granulaire 25-50 mm. Il est

ensuite lavé et séché à l’étuve à 105°C jusqu’à l'obtention de masse constante.

L’essai s’effectue sur 7000 g de granulats secs répartis de la façon suivante :

4200g de 25/40 mm.

2800g de 40/50 mm.

b) Exécution de l’essai

La prise d’essai est introduite dans le cylindre de la machine Deval, telle quelle pour

un essai Deval sec, ou avec 2,5 litre d’eau pour un essai Deval humide. On ferme le cylindre

en vérifiant son étanchéité et on lui fait subir 10 000 rotations à une vitesse comprise entre 30

tr /min et 33 tr/min.

Une fois l’essai achevé, l’échantillon est retiré du cylindre afin de le laver sur un

tamis de 1,6 mm puis de le placer dans l’étuve pendant 24 heures. La phase d’étuvage

terminée, on pèse le refus et le passant notés respectivement m’ et m.

41


Les résultats du coefficient Deval s’expriment par le rapport

DS ou DH =m

2800

Où :

m = 7000 -m’,

m étant la masse sèche, en grammes, de la fraction du matériau passant, après l’essai, au

tamis de 1,6 mm.

Il est possible d’exprimer le résultat de l’essai Deval en pourcentage d’usure :

100*7000

mD

III.1.3. Résultats expérimentaux de l’essai Deval

Les résultats de l’essai Deval des échantillons des quatre carrières sont résumés dans le

tableau suivant :

Poids (g) Carrière Date de l’essai

Type de roche

Classe granulaire Initial final <1.6mm

Coefficient Deval

20/05/09 Calcaire 1 25/50 7000 6635.4 364.4 DH = 7.68 20/05/09 Calcaire 2 25/50 7000 6845 155 DS = 18.06

Bouadjil

23/05/09 Calcaire 3 25/50 7000 6841.6 158.37 DS = 17.68 31/05/09 Calcaire 1 25/50 7000 6210.8 789.2 DH = 3.55 01/06/09 Calcaire 2 25/50 7000 6851 149 DS = 18.79

Adjel

01/06/09 Calcaire 3 25/50 7000 6841.6 158.37 DS =17,7 24/05/09 Calcaire-

marneux 1 25/50 7000 6312.3 687.7 DH = 4.07 Djebel

Gustar 24/05/09 Calcaire-

marneux 2 25/50 7000 5641.1 1358.9 DS = 2.06

26/05/09 Calcaire-marneux 1

25/50 7000 6408.5 591.5 DH = 4.33


25/50 7000 6780.5 219.5 DS = 12.7

Djebel Youssef


25/50 7000 6794.8 205.1 DS = 13.65

Tableau III.1. Résultats des essais Deval. Les numéros renvoient aux échantillons 1, 2 et

3

42


Etant donné les faibles valeurs du Deval obtenu sur les échantillons de la carrière du

Djebel Gustar, des essais Micro-Deval ont été effectué sur ces mêmes échantillons afin de

vérifier les valeurs du Deval obtenus. Les résultats sont donnés dans le tableau III.2.

Poids Date de

l’essai Nature de matériaux

Classes granulaires Initial Final <1.6mm

MD DH


10/14 500 375,3 124,7 24,94 3,20


10/14 500 397,5 102,5 20,5 4

Tableau III.2. Résultats des essais Micro-Deval des échantillons de la carrière du Djebel

Gustar

Note : il existe une corrélation entre le Deval (D) et le Micro-Deval (MD). On peut

passer de l’un à l’autre à l’aide de la formule suivante :

D = MD

80

Les résultats du MDE obtenus sont conformes à ceux que nous avions obtenus pour le

Deval.

III.2. Essai Los Angeles

III.2.1. Principe de l’essai

Il permet de mesurer la résistance combinée à l’usure par frottements réciproques et à la

fragmentation par chocs des granulats du ballast.

L’essai consiste à mesurer la quantité d’éléments inférieurs à 1,6 mm produite en

soumettant les matériaux aux chocs de boulets d’acier dans la machine Los Angeles.

Les échantillons de roches sont concassés en fragments à arêtes vives dont la fraction

granulométrique est de l’ordre de 25-50mm, enfermés dans un cylindre mis en rotation avec

un nombre déterminé de boulets d’acier de 47mm de diamètre. La taille du cylindre, le

nombre de boulets, le nombre de tours /minute et la durée de l’essai sont normalisées.

Classe granulaire

(mm) Nombre de boulets Masse totale de la

Charge Nombre de Rotations

25/50 12 5280 1000

Tableau III.3. Détermination du nombre de boulets, la masse totale de la charge, et le nombre de rotations selon la classe granulaire 25/50.

43


III.2.2. Déroulement de l’essai

Nous avons réalisé l’expérimentation des essais Los Angeles avec l’aide d’un opérateur

du laboratoire géotechnique (Laboratoire des Travaux Publics de l’Est, Sétif), sur la base des

dernières normes françaises (NF P 18-573 Décembre 1990) éditée par l’AFNOR. Nos essais

ont porté sur la classe granulométrique 25/50mm.

a) Préparation de l’échantillon

Après tamisage de l’échantillon à sec sur chacun des tamis de la classe granulaire 25-

40-50, on lave le matériau tamisé et on le sèche à l’étuve à 105°C jusqu’à masse constante.

L’essai s’effectue sur 5000 g de granulats sec répartis de la façon suivante :

3000 g de classe 25/40mm.

2000 g de classe 40/50mm.

b) Exécution de l’essai

Après l’essai de granulométrie, les tamis sont choisis en fonction de la classe

granulaire du matériau (dans notre cas la classe granulaire est de 25/50).

On introduite dans la machine une masse M=5000 g de l’échantillon avec la charge de

boulets correspondant à la classe granulaire choisie (tableau III.2).

La machine effectue le nombre de rotation à une vitesse régulière comprise entre 30 et

33 tr /min. Les granulats soigneusement recueillis dans un bac sont tamisés sur le tamis de

1,6 mm.

Finalement le refus est lavé puis séché à l’étuve à 105°C jusqu’à masse constante.

Le coefficient Los Angeles est calculé à partir de la formule suivante :

100*

M

mLA

où :

m = M-m’ : est la masse sèche de la fraction du matériau passant après l’essai au tamis de 1,6

mm.

44


III.1.3. Résultats expérimentaux de l’essai Los Angeles

Les résultats de l’essai Los Angeles des échantillons des quatre carrières sont résumés

dans le tableau suivant :

Poids Carrière Date de l’essai

Type de roche

Classe granulaire

Nombre de

boulets

Initial Final < 1.6mm

CoefficientLos-

Angeles

20/05/09 Calcaire 1 25/50

12 5000 3257 1743 34.86 Bou Adjil

20/05/09 Calcaire 2 25/50 12 5000 3321 1679 33.60 31/05/09 Calcaire 1 25/50 12 5000 2959.8 2040.2 40.8 Adjil 31/05/09 Calcaire 2 25/50 12 5000 3020 1980 39.6 25/05/09 Calcaire-

marneux 1 25/50 12 5000 3491 1509 30.18 Djebel

Gustar 25/05/09 Calcaire-

marneux 2 16/31.5 12 5000 3999.3 1000.07 20.06


25/50 12 5000 2919.2 2080.8 41.16 Djebel Youssef


25/50 12 5000 2701.1 2298.8 46

III.3. Dureté relative globale

Pour l’appréciation de la qualité d’un granulat et son utilisation comme ballast,

l’estimation des coefficients Los Angeles et Deval nécessite un classement déterminé par la

Dureté Relative Globale (DRG), qui est la plus faible des valeurs obtenues successivement à

partir des couples de coefficients : Deval Sec-Los Angeles ou Deval humide-Los Angeles.

Elle exprime la dureté relative d’un granulat selon une échelle allant de 6 à 32 sur un abaque

(figures III.1 et III.2). Dans le cas des graves et des ballasts, les valeurs obtenues sont

déterminées par la projection du couplage des coefficients de Los Angeles et de Deval (ou

MDE) pour chaque échantillon. Les résultats de la DRG sont donnés dans le tableau III.5.

45


Figure III.1. Abaque de dureté relative globale (DRG) (d’après J.Alias ,1984)- Echantillons de la carrière du Djebel Gustar-

46


Figure III.2. Abaque de dureté relative globale (DRG) (d’après J.Alias ,1984)- Echantillons de la carrière de Bou Adjil-

Site de Ain Roua Bouadjil Adjel

Site de Djebel Gustar

Site de Djebel Youcef

Type d’essai géotechnique

ECH 1

ECH 2

ECH 3

ECH 1

ECH 2

ECH 3

ECH 1

ECH 2

ECH 3

ECH 1

ECH 2

ECH 3

Essai Deval 7,68* 18,06 17,79 3,5* 18,8 17.7 4.07* 2,06 3,6* 4,33* 12,7 13,6

Essai Los-Angeles

34,86

33,6 - 40,8 39,6 - 30.18 20.06

- 41,16 46 -

Dureté Relative Globale (DRG)

7

10

-

/

/

-

9

13.5

-

/

/

-

(*) : Deval humide.

Tableau III.5. Résultats de la DRG.

47


III.4. Détermination de la teneur en carbonates III.4.1. Principe de l’essai

L'essai consiste à déterminer le volume de dioxyde de carbone (CO2) dégagé sous

l'action d'acide chlorhydrique en excès (dans des conditions de température et de pression

atmosphérique connues) par un échantillon préparé pour l'essai.

III.4.2. Préparation de l’échantillon :

Après un séchage préalable, le matériau est broyé dans le mortier afin d'obtenir une

poudre passant en totalité à un tamis d'ouverture de maille inférieure ou égale à 400µm. Le

séchage du matériau est poursuivi à une température de 105°C. Après homogénéisation, on

prélève deux prises d'essai de masse identique.

III.4.3. Exécution de l’essai

On introduit la prise d'essai, une fois pesée (de masse m) dans le flacon propre et sec.

On Met en place un système réfrigérant.

On Remplit le flacon et la burette d'eau distillée ou déminéralisée.

On Fait coïncider le niveau bas du flacon avec le zéro en partie haute de la

burette.

On Introduit environ 10 cm3 d'acide chlorhydrique concentré dans un tube à essai

placé dans le flacon (ou, selon le matériel utilisé, dans la tubulure latérale du flacon

au moyen d'une pipette à bout recourbé).

On Ouvre le robinet. On obture le flacon à réaction au moyen de son bouchon. La

tubulure qui traverse ce dernier est reliée à la partie supérieure de la burette.

On Règle le niveau du flacon sur le zéro de la burette.

On Ferme le robinet. On Met en contact l'acide chlorhydrique contenu dans le

réservoir du flacon ou dans le tube d'essai avec le matériau. Au fur et à mesure que le

dégagement gazeux exerce une pression sur l'eau de la burette, on fait coïncider, en

déplaçant le flacon, le niveau dans le flacon et la burette. On agite le flacon jusqu'à ce

que le niveau d'eau ne varie plus. On Attend 5 min environ et on place le flacon dans

le bac d'eau de refroidissement à la température ambiante.

Après équilibre de la température (environ 5 min), on amène les niveaux dans le

même plan horizontal, et on lit le volume Vb correspondant sur la burette. On Note la

température de la salle d'essai et, le cas échéant, la pression atmosphérique.

48


On s'assurer que le gaz recueilli dans la burette ne contient pas d'hydrogène sulfuré

(H2S) à l'odeur très caractéristique. Ce serait un indice que la prise d'essai contenait

des sulfures. Si cela était le cas, il faudrait refaire un essai en ajoutant à l'acide

chlorhydrique quelques centimètres cubes d'acétate de calcium à 5 % afin de

neutraliser les dégagements gazeux parasites qui s'ajoutaient à ceux du dioxyde de

carbone.

Un dégagement gazeux ininterrompu et lent peut être dû au fait que le matériau est

constitué de carbonate double de calcium et de magnésium MgCa (CO3)2 (dolomite).

Dans ce cas, l'essai doit être poursuivi pendant au moins 15 min.

III.4.4. Résultats des essais

Les résultats des essais sont présentés dans le tableau suivant :

Kef Errand Djebel Gustar (ENOF)

Djebel Youcef (Adel)

Bouadji Adjal

ECH 1

ECH 2

ECH 1

ECH 2

ECH 1

ECH 2

ECH 1

ECH 2

Vol. CaCO3 Pur

141 141 141 141 141 141 140 140

Vol .Echantillon

93 92 107 107 134 135 137 136

% CaCO3

65.95 65.25 75.88 75.88 95.03 95.74 97.86 97.14

Classification de la roche

Moyennement Calcaire

Fortement Calcaire

Calcaire Calcaire

Tableau III.6. Résultats des essais de la détermination de la teneur en carbonates.

49


III.5. Interprétation des résultats

En tenant compte des normes sur les ballasts adoptées par l’Algérie (Deval > 9 et Los

Angeles < 40%), les résultats des essais géotechniques que nous avons obtenus (tableaux

III.1, III.3 et III.4) ont donné des valeurs qu’on peut qualifiées de moyennes à médiocres

étant donné que toutes ces valeurs sont légèrement inférieures et parfois supérieures aux

limites supérieures acceptables fixées par les normes.

Les résultats des essais obtenus sur les échantillons des carrières de Bouadjil (Kef

Errand) et du Djebel Gustar sont relativement acceptables et conformes aux spécifications

exigées pour la production des granulats de ballast.

Quant aux résultats des essais obtenus pour les deux autres carrières (Adjel et Djebel

Youssef), on note une différence entre les valeurs des essais Deval qui sont relativement

acceptables compte tenu des normes adoptées par l’Algérie et certains pays, tandis que les

essais Los Angeles ont donnés des valeurs à la limite où qui dépassent les normes exigées.

Cette différences entre les deux essais (Deval et Los Angeles) peut s’expliquer par la

présence de fissures dans les échantillons analysées, ce qui peut avoir une grande influence

sur les valeurs du coefficient Los Angeles qui est très sensible à la présence de fissures dans

un échantillon, étant donné que l’essai Los Angeles vérifie la sollicitation des éléments du

ballast pas chocs.

En ce qui concerne la DRG, le critère de classement des granulats de ballast reste relatif

d’un pays à l’autre, ainsi pour :

La norme européenne : une DRG hors abaque (<6 et > 32) : le matériau est non

conforme et inutilisable ; et une DRG normative (de >6 à<32) : le matériau est

considéré comme médiocre, bon ou excellent ; un matériau avec une DRG>14, est

considéré comme excellent.

La norme américaine : une DRG hors abaque (<5 et >30) : le matériau est non

conforme et inutilisable ; une DRG normative (de >5 à < 30) : le matériau est

considéré comme médiocre, bon ou excellent ; un matériau d’une DRG>18, est

considéré comme excellent.

50


Les DRG ont été obtenues uniquement sur les échantillons des carrières de Bouadjil et du

Djebel Gustar. Elles sont de qualités médiocres par rapport aux normes françaises et

américaines. Les DRG des échantillons des deux autres carrières sont hors abaque car les

valeurs de Los Angeles dépassent la limite supérieure fixée à l’abaque.

Afin de vérifier d’éventuelles relations entre les caractéristiques géotechniques entre eux

et avec la composition chimique (teneur en carbonate) des échantillons étudiés, nous avons

tracé des courbes de variations entre les coefficients Deval (sec et humide) et Los Angeles, et

entre les coefficients Deval (sec et humide) et Los Angeles et la teneur en CaCO3 des

échantillons (figure III.3 à III.7).

La première remarque est la corrélation évidente qui existe entre le coefficient Deval sec

et la teneur en CaCO3 des échantillons (figure III.5). La valeur faible du Deval sec (2,06) de

l’échantillon du Djebel Gustar est probablement du à la valeur relativement faible de la

teneur en carbonate (65 %) de cet échantillon.

Il en de même pour le coefficient Deval humide qui montre une corrélation avec la teneur

en CaCO3 (mis à part l’échantillon de la carrière Adjal qui montre une valeur anormalement

faible du Deval humide). Cependant l’augmentation de la valeur du Deval humide en

fonction de la teneur en carbonate est moins prononcée que dans le cas du Deval sec.

Cette corrélation est moins évidente entre le coefficient Los Angeles et la teneur en

carbonate des échantillons, ce qui indique que ce coefficient est plutôt sensible à d’autres

facteurs (comme la fissuration des échantillons) qu’à la composition chimique des roches.

Enfin, la corrélation entre les coefficients Deval et Los Angeles n’est pas très évidente

dans nos échantillons.

En conclusion, selon le tableau III.7 et les figures III.3. à III.7, les résultats des essais

géotechniques des échantillons de roches étudiés dans le cadre de notre étude, montrent que :

51


Les valeurs du coefficient Los Angeles des échantillons des carrières de Bouadjil et

du Djebel Gustar sont acceptables par rapport aux normes algériennes et

américaines, tandis que celles des autres carrières ne sont pas acceptables compte tenu

des spécifications exigées.

Les valeurs du Deval sec des échantillons des carrières de Kef Errand et du Djebel

Youcef nous donnent des valeurs excellentes et conformes par rapport aux normes

algériennes et françaises.

Les DRG sont obtenues seulement des échantillons de la carrière Bouadjil et du

Djebel Gustar, et sont de qualités médiocres par rapport aux normes françaises et

américaines.

Il existe une corrélation entre les coefficients Deval (sec et humide) et la teneur en

CaCO3 des échantillons. Les calcaires pauvres en CaCO3 présentent une faible valeur

du Deval.

0

10

20

30

40

50

0 5 10 15 20

Coefficient Deval sec

Co

effi

cien

t L

os

An

gel

es

Figure III.3. Variation du coefficient de Deval sec en fonction du coefficient Los Angeles

52


0

10

20

30

40

50

0 2 4 6 8

Coefficient Deval humide

Co

effi

cien

t L

os

An

gel

es

10

Figure III.4. Variation du coefficient de Deval humide en fonction du coefficient Los Angeles

0

5

10

15

20

60 70 80 90 100

CaCO3 (%)

Co

effi

cien

t D

eval

Sec

Figure III.5. Variation du coefficient de Deval sec en fonction de la teneur en CaCO3 des échantillons étudiés

53


0

2

4

6

8

10

60 70 80 90 100

CaCO3 (%)

Co

effi

cien

t D

eval

hu

mid

e

Figure III.6. Variation du coefficient de Deval humide en fonction de la teneur en CaCO3 des échantillons étudiés

0

10

20

30

40

50

60 70 80 90 100

CaCO3 (%)

Co

effi

cien

t L

os

An

gel

es

Figure III.7. Variation du coefficient de Los Angeles en fonction de la teneur en CaCO3 des échantillons étudiés

54

Essai Los Angeles

Essai Deval

DRG Carrières

Ech.

Valeur (%)

N.A <40

NF <25

N.am < 35

Valeur N.A >9

N.F >12

Valeur N.am N.E

Ech 1

34.86 AC NAC Ac 7.68* 7 Médiocre

Ech 2

33.60 Ac NAc Ac 18.06 Ac Ac 8 Médiocre

Bouadjil

Ech 3

- - - - 17.79 Ac Ac /

Ech 1

30.18 Ac NAc Ac 4.07* 9 Médiocre

Ech 2

20.06 Ac Ac Ac 2.06 NAc 13.5 Moyenne

Djebel Gustar

Ech 3

- - - - 3.20* /

Ech 1

41.16 NAc NAc NAc 4.33* /

Ech 2

46 NAc NAc NAc 12.7 Ac Ac /

Djebel Youssef

Ech 3

- - - - 13.60 Ac Ac /

Ech 1

40.8

NAc

NAc

NAc

3.5*

/

Ech 2

39.6 Ac NAc NAc 18.8 Ac Ac /

Adjal

Ech 3

- - - - 17.7 Ac Ac /

Tableau III.7. Comparaison des valeurs de LA, Deval et DRG par rapport aux normes : algérienne (N.A), française (N.F), et américaine (N.am). Ac: Acceptable ; NAc : Non acceptable. (*) : Deval humide.

Conclusion générale



(1) Le ballast est un élément important dans la constitution de la voie ferrée, et

les granulats utilisés comme matériaux de ballast doivent être de bonnes

qualités, répondant aux exigences et aux normes internationales.

(2) La construction de la voie ferrée Sétif-Jijel nécessitera pour le ballast

l’utilisation de granulats provenant des carrières de la région. Les carrières

étudiées dans notre travail exploitent des calcaires qui proviennent des

formations allochtones du domaine externe : nappes telliennes et allochtone

sud-sétifien.

(3) Les résultats des essais géotechniques que nous avons réalisés sur des

échantillons provenant des carrières de Kef Er Rand (Bouadjil et Adjel), du

Djebel Youcef et du Djebel Gustar montrent que ces échantillons

correspondant à des granulats de ballast de qualité moyenne à médiocre par

rapport aux normes algériennes, européennes ou américaines. Ceci peut

s'expliquer par la présence de fractures ou de fissures, ou bien de diaclases

au sein des roches étudiées, étant donné le contexte géologique très

complexe de la région (mise en place des nappes durant la tectonique

alpine).

(4) Il semble exister une corrélation entre les coefficients Deval (sec et

humide) et la teneur en CaCO3 des échantillons. Des études sur un grand

nombre d’échantillons de calcaire doivent être réalisées pour confirmer

cette relation entre caractéristiques géotechniques et teneur en carbonate.

(5) Il est préférable pour le ballast d’opter pour d’autres types de roches

réputés pour leurs bonnes qualités du point de vue géotechniques, à

l’exemple des roches magmatiques. Ces roches sont abondantes dans la

région de Bejaïa (roches magmatiques de la région d’Ouest Amizour) et de

Jijel (le massif d’El Aouana).

57

Bibliographie

Bibliographie Achiri M.H., Kerkour G., (2007). Contribution à l’étude des formations crétacées du versant sud du Djebel Gustar : perspectives pour agrégats. Mémoire de PFE, Université de Sétif. 45 p. Aissat F., (2000). Propriétés géologiques du ballast utilisé par les chemins de fer algériens. Mémoire PFE, ENP, Alger. 59 p. Algran – Groupe ENOF - Gisement de calcaire Djebel Gustar. Plan d’exploitation 2009. 6 p. Alias J., (1984). La voie ferrée : techniques de construction et d’entretien. Editions Eyrolles, 514 p. Benouareth K. (2004). Gisement de calcaire Djebel Youcef. Rapport géologique. 19 p. Debbache A. (2008). Gisement de calcaires de Kef Errand. Rapport géologique. 10 p. Chanane L., (2008). Influence des qualités du ballast sur la circulation des trains. Mémoire de Magister, ISFF, Alger. 60 p. Fattah A., Ghemmour A., (2003). Influence des caractéristiques géomécaniques et pétrographiques sur la qualité d’un ballast. Mémoire PFE, ENP, Alger. 88 p. Leikine M., Gravelle M., Semroud B., (1988). Carte géologique détaillée de l’Algérie au 1/50.000, feuille n°47 Oued Amizour. Vila J.M. (1977). Carte géologique détaillée de l’Algérie au 1/50.000, feuille n°118 Bir el Ahrech (ex. Navarin) avec notice explicative détaillée (10 p.). Vila J.M. (1977). Carte géologique détaillée de l’Algérie au 1/50.000, feuille n°69 Ain Roua avec notice explicative détaillée (10 p.). Site web : Cours d’exploitation des chemins de fer, Ulysse Lamalle. http://www.tassignon.be/trains/cecf/tomeIII_I/C_E_C_F_III_I.htm

58

http://www.tassignon.be/trains/cecf/tomeIII_I/C_E_C_F_III_I.htm

Annexe

Annexes

Echantillons de la carrière de

Bou Adjil avant les essais

Echantillons de la carrière du Djebel Youcef avant les essais

Echantillons de la carrière de Bou Adjil à la sortie de la

machine Los Angeles

Echantillons de la carrière de Bou Adjil après lavage au

tamis 1,6 mm

60

Annexes

Echantillons de la carrière du Djebel Youcef après lavage au

tamis 1,6 mm. A gauche, Deval sec; à droite, Deval

humide

Echantillons à la sortie de la machine Deval sec

Echantillons à la sortie de la machine Deval humide

61

Annexes

62

Les auteurs du mémoire en

plein travail

caractérisation géotechnique des granulats de la … · caractérisation géotechnique des...

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