RECONNAISSANCE DES SOLS

A-  GÉNÉRALITÉS
La reconnaissance du sol comporte généralement les phases suivantes :

o une reconnaissance générale grâce à des documents comme : cartes, plans,

o une reconnaissance superficielle par une visite du site,
o des reconnaissances géophysiques,
o des reconnaissances profondes de la nature des couches,
o des essais in situ pour caractériser les couches portantes,
o des essais de laboratoire, etc.
On peut représenter la succession des ces essais comme sur le schéma suivant :

La reconnaissance superficielle
– consiste à effectuer une visite locale afin de déterminer les affleurements des couches sous-jacentes.

L’observation directe du sol et de la végétation peut aussi fournir quelques indications qu’il faut néanmoins recouper avec
d’autres sources de renseignements.

Des fouilles en cours à proximité de l’ouvrage à construire peuvent aussi apporter des renseignements intéressants ainsi que
les indications qui peuvent être fournies par l’intermédiaire d’entreprises spécialisées.

La théorie de Boussinesq permettant de calculer les contraintes créées en profondeur par des surcharges disposées à la
surface du sol montre qu’à une profondeur égale à une fois et demie la plus petite largeur de la surface de charge, les
contraintes sont de l’ordre du dixième de la surcharge. Il convient donc théoriquement de reconnaître les sols jusqu’à cette
profondeur, mais en fait, il est rare que l’on soit obligé d’aller aussi profondément, le bon sol étant trouvé auparavant.

Image 2

C-  RECONNAISSANCE DU SOL PAR MÉTHODE SISMIQUE

Définition : la méthode sismique consiste à étudier la propagation dans les différentes couches des sous-sols des ondes
élastiques provoquées par un ébranlement du sol par coups de marteaux ou petites charges explosives.

Image 3

o Le phénomène utilisé est basé sur la réflexion ou la réfraction des ondes à partir du point d’ébranlement et sur la mesure des
temps de parcours en différents points où sont placés des appareils enregistreurs (sismographes ou géophones).
o La portée maximale est d’environ 100 mètres en profondeur, et à titre indicatif, voici quelques vitesses de propagation des ondes
dans différents terrains :
- fondations superficielles sèches 500 à 1000 m/s ;

- fondations superficielles humides 1600 à 2000 m/s ;

- marne, craie, terrains tendres 1800 à 2500 m/s ;

- schistes, quartzites, calcaires durs 3000 à 5000 m/s ;

- granit 3500 à 5500 m/s ;

- glace de glacier 3700

Des sismographes (pour les ondes réfléchies) ou des géophones (pour les ondes réfractées), disposés en des points plus ou
moins éloignés, reçoivent successivement les ondes directes et mesurent la célérité de ces ondes par un dispositif électronique.
Après ça, des calculs appropriés permettent de trouver la profondeur du toit de l’horizon de réflexion (couche-miroir) et
finalement en déplaçant les points d’ébranlement sonore ou les emplacements des géophones, d’obtenir le pendage des
couches et d’identifier les terrains.

D-  RECONNAISSANCE DU SOL PAR LA MÉTHODE ÉLECTRIQUE

Définition : la méthode électrique permet de mesurer la résistivité des sols rencontrés. Chaque terrain a une résistivité propre.

Pour réaliser un sondage électrique, on envoie dans le sol, au moyen de deux électrodes impolarisables A, B, un courant
électrique, de préférence continu et d’intensité (i). On va mesurer pendant ce temps la différence de potentiel ΔV existant entre
les deux autres électrodes C, D, comme sur le schéma ci-dessus. La distance CD est par exemple égale au quart ou au tiers de
la distance AB.
La connaissance de (i) et de ΔV permet de calculer une résistivité et l’expérience montre que la partie principale de cette
résistivité correspond à celle d’un parallélépipède de terrain dont l’épaisseur est égale au quart de AB, la largeur à la moitié de
AB et la longueur à une fois et demie AB.
 

Il suffit donc d’augmenter progressivement la longueur AB tout en maintenant le même rapport entre AB et CD, pour mesurer
la résistivité apparente de couches de sol de plus en plus épais.

On obtient un graphique qui, interprété à l’aide d’abaques établis par étalonnage, permet l’identification de la nature et de
l’épaisseur maximale des couches successives.

Cette méthode n’est pas très précise, car la résistivité d’un sol varie avec sa tenure en eau, le degré de salinité de cette eau,
et, si le terrain est hétérogène, les diverses couches réagissent les unes sur les autres. Néanmoins il est établi qu’une roche
saine et compacte aura une forte résistivité. En somme, on peut commencer la reconnaissance par un sondage électrique (SE)
et implanter les forages au droit des anomalies décelées par le sondage électrique.

Une combinaison des méthodes sismique et électrique a été utilisée pour l’étude du remplissage marécageux d’un ancien petit
lac alpestre :

E-  RECONNAISSANCE DU SOL PAR LA MÉTHODE

GRAVIMÉTRIQUE
 La méthode gravimétrique est surtout utilisée pour déceler les vides importants qui peuvent se trouver
dans le sol ainsi que les contrastes de densité. En vertu de la loi de Newton, à toute variation de la
répartition des densités dans le sol correspond une différence de l’attraction de la pesanteur.
A l’aplomb d’une cavité, la valeur de g = 981 cm/s serra plus faible. Les cavités sont assimilées à des
sphères ou à des volumes simples ; l’espacement des mesures dépend de la profondeur à laquelle on
cherche les cavités, des dimensions des cavités et des densités des terrains.

On peut centraliser les essais sismiques, électriques et gravimétriques sous le titre de reconnaissance
géophysique d’un sol sur un tableau comme ci-dessous :

F-   RECONNAISSANCE DU SOL PAR SONDAGES

Définition : les sondages sont des forages réalisés avec beaucoup de soin et avec des outils permettant de remonter à la
surface des échantillons de terrain prélevés en profondeur.

Les sondages visent essentiellement à reconnaître les couches des terrains, les nappes d’eau éventuelles à traverser et à
rechercher la zone de terrain valable (bon sol) pour asseoir la fondation.

Les sondages peuvent être exécutés :

o soit à ciel ouvert : puits, tranchées, gradins ;

o soit par forages mécaniques réalisés à l’aide de matériels divers, plus ou moins perfectionnés.
Dans un sol apparemment normal la profondeur des sondages est déterminée en première approximation par les règles
suivantes :

o 3 fois la largeur des semelles ou des massifs, avec un minimum de 6 m,

o 1,5 fois la largeur de la construction pour un radier général ;
o 2 fois la largeur de la construction pour un groupe de pieux ;
Il faut quadriller le terrain à bâtir et situer les forages aux croisements de mailles dont le côté ne dépassera pas 30 m.
L’expérience des premiers forages décidera du rapprochement des points d’investigation et l’on recommande de procéder à un
sondage tous les 400 m².

L’alignement des forages permet de dresser des coupes géologiques longitudinales et transversales du terrain, comme sur la
figure :

Le but visé étant la recherche du bon sol, on serait tenté de s’arrêter au niveau de la couche de terrain supposée valable pour
asseoir la fondation, mais ce terrain bien que de nature résistante, peut être de faible épaisseur ou reposer sur une couche très
compressible, fluente ou affouillable :

1- Sondages par puits blindés

Dans ce cas il s’agit de creuser des puits carrés (1,20 à 1,50 m de côté) ou circulaire (de diamètre 1,20 m au moins). On
commence par disposer à même le sol un cadre à oreilles de préférence (comme en détail «a» ci-dessous), qui permettra le
démarrage immédiat du blindage indispensable :

Ce type de sondage exécuté manuellement coûte cher et n’est utilisable que pour des investigations peu profondes, ne
dépassant pas 10 m.
 2- Sondage par tranchée exécutée en gradins
C’est une méthode propre à l’exploration des terrains où doivent s’implanter les voies ferrées, les chaussées, les canaux, etc.

Ce type de sondage permet d’observer le terrain in situ, d’en prélever des échantillons pour des essais de laboratoire et même
d’effectuer des essais sur place avec un pénétromètre ou un chargement à la table.

3- Sondages sommaires
Ils sont réservés aux bâtiments légers et lorsque le bon sol présumé se trouve à proximité du niveau des fondations projetées.
Dans ce cas on peut sonder l’épaisseur de la couche à l’aide de procédés rudimentaires, tels que :

o barre à mine enfoncée à la masse (une volée de 10 coups par exemple) ;

o tige adaptée au marteau pneumatique ;
o tarière placée sur trépied et munie d’une sonde, d’un trépan, etc.
L’inconvénient majeur de ces procédés est qu’ils sont limités à de très faibles profondeurs et qu’ils ne permettent pas de définir
la nature des couches traversées.

4- Sondages profonds
Ces forages visent essentiellement le prélèvement d’échantillons intacts, appelés carottes, et destinés à subir des essais en
laboratoire.

Le diamètre du forage sera petit, en général par mesure d’économie, tout en permettant d’obtenir des carottes d’au moins 50
mm diamètre.

Matériel utilisé
On peut distinguer :

Les outils d’attaque :

– soit par percussion, afin de disloquer le terrain à l’aide de trépans divers, comme sur la figure suivante. Les trépans
comportent deux parties :

o une tige qui agit par son propre poids ;

o un gros ciseau en acier forgé ;

- soit par rotation, avec des tarières (jusque F 30 à 40 cm) pour les sols meubles ;

- soit par les tubes sondeurs : ce sont des outils qui travaillent à la manière d’un foret dans le métal, ils attaquent la roche par
cisaillement et en détachent des copeaux et de ce fait nécessitent une poussée 5 à 10 fois plus forte que celle nécessaire à
l’outil de percussion, ce qui implique le refroidissement de l’outil ;

Les outils de curage

 – qui remontent les déblais grâce à la trousse coupante dont est dotée leur base :

L’équipage au niveau du sol

Qui comporte :

- soit un chevalement (une chèvre) auquel est suspendue, par l’intermédiaire d’un câble passant sur une poulie, une sondeuse
actionnée par un treuil qui procède par embrayages et débrayages successifs (sondage par percussion dit alternatif) ;

- soit un équipement léger et démontable, qui peut même être monté sur un véhicule : Jeep, tracteur ou camion ;

- soit l’adaptation de l’équipement de forage au bout du balancier rétro d’une pelle hydraulique : par exemple la tarière et son
moteur de rotation,
 Le tubage ou éventuel des parois des forages
On peut trouver :

o tubes d’acier enfoncés à l’aide d’un mouton suspendu à la chèvre ;

o tubes d’acier enfoncés par vérin hydraulique et rotation ;
o soit par louvoiement pour des sondages de forte section ;
Une sonde de niveau d’eau
Qui dans le cas d’une nappe phréatique, permet de relever la cote de profondeur grâce à un montage électrique.
 

5- Avantages des sondages forés avec du matériel moderne

- On peut multiplier les points d’auscultation surtout pour les zones douteuses, et le prix de revient demeure inférieur à celui de
sondages réalisés par puits à ciel ouvert ;

- On peut réaliser dans un même forage d’autres essais et prélèvements, outre le carottage : par exemple effectuer un essai de
charge sur le fond de forage, ou un essai de perméabilité en place, ou prélever des échantillons d’eau à différentes profondeurs
pour connaître son agressivité éventuelle, et même procéder à des essais d’injection de certaines couches de terrain afin
d’évaluer l’ordre de grandeur des quantités de coulis nécessaires ultérieurement ;

- Certains hardis précurseurs ont même songé à descendre des caméras miniatures de télévision dans le forage qui
révéleraient les fissures éventuelles ;

6- Traduction et interprétation des sondages

En principe il s’agit de prendre des attachements figurés détaillés, précis, de chaque sondage réalisé et de tenir
soigneusement à jour un carnet de sondages qui permettra d’établir des coupes géologiques du terrain qu’on pourra ensuite
interpréter.

Le code de figuration du Bureau des Recherches Géologiques et Minières (BRGM) – est un ensemble de représentations
conventionnelles des divers terrains vus en coupe, codifiés par l’Office central de la Documentation Géologique, comme ils sont
représentés sur le tableau n° 2, ci-dessous.

Pour établir un relevé de sondage de reconnaissance les données suivantes sont nécessaires:

o date du sondage ;
o vitesse d’avancement ;
o les couches de terrain rencontrées ;
o les niveaux d’eau éventuels,
o nature de l’outil utilisé,
o incidents survenus ;
o débit d’une venue d’eau, etc.
D’habitude, un seul relevé de sondage ne donne aucune idée de l’étendue des diverses couches, mais par recoupement de
divers forages alignés et assez rapprochés, on peut dresser une coupe géologique, véritable section du sol selon un plan
sécant vertical, avec les indications suivantes:

- les bancs dans ce cas peuvent être numérotés d’après les numéros correspondant au texte descriptif qui accompagne la
coupe en général ;

- aussi comme dans le cas d’un profil en long de tracés de canalisation ou d’une route, les cotes d’altitude peuvent figurer en
ordonnée, tandis qu’en abscisse on peut coter les distances séparant les sondages, le rapport des échelles étant de 5 à 1
comme sur la figure suivante.
 
 

7- Pratique du carottage dans les sondages forés

Le prélèvement des carottes est réalisé au moyen d’appareillages très divers, appropriés à la consistance des couches
rencontrées :
 Il existe de nombreux types de carottiers : à piston, à bille, à clapets, à cloche, etc. et le diamètre des carottes varie selon le
terrain à découper de 50 à 60 mm pour les couches dures et jusqu’à 400 mm pour les sols pulvérulents. En même temps la
longueur des carottes peut être de 60 à 150 cm.
G-  RÉSULTATS PRATIQUES DE LA RECONNAISSANCE DU
SOL
 Pour le terrain exploré
La synthèse des résultats obtenus par les diverses reconnaissances permet d’établir la coupe géologique
des diverses couches rencontrées avec l’indication des taux de travail admissibles respectifs, et celles des
anomalies nécessitant des injections de stabilisation,

Rôle de l’architecte :
- décide des emplacements préférentiels d’implantation des divers bâtiments d’un ensemble selon les
charges respectives qu’ils transmettent au sol : tours, groupe scolaire, pavillons, soit en définitive d’élaborer
le plan-masse fonctionnel le plus économique parce que conçu selon les possibilités réelles du sous-sol,
- à chaque fondation les dimensions optimales, il assure la stabilité de l’ouvrage, tout en évitant des
fondations abusives et coûteuses,
- dans le cas de présence de nappe phréatique, il choisit les liants appropriés capables de résister aux
eaux agressives éventuelles et de prévoir l’importance des épuisements nécessaires,
Indications pratiques générales résultant de la mécanique des sols
Pour les sols des fondations, les terrains peuvent être classifiés ainsi :

a) Les remblais
à moins d’être anciens et bien tassés, sont impropres à supporter des constructions lourdes et durables et
devront être traversés pour retrouver le bon sol. Dans ce cas les contraintes généralement admises sont :

o remblais non tassés - 0 Mpa ;

o remblais récents, comprimés par couches arrosées - 0,02 à 0,06 Mpa ;
o remblais anciens et consolidés - 0,05 à 0,1 Mpa ;
b) Les terrains compacts incompressibles
Constituent d'excellents supports, lorsqu’il s’agit de roches dures, en masses profondes, compactes et
homogènes. Dans ce cas les résistances sont :

o les granits et autres roches ignées - 2,5 à 4 Mpa ;

o les calcaires, grès, schistes - 0,7 à 1,5 Mpa ;
Dans le cas d’importantes fissures, de cavités creusées par l’eau, ou de stratifications peu favorables, il est
recommandé de réduire de moitié la contrainte admissible.

c) Les terrains cohérents

Tels que argiles, marnes, sable argileux, plus ou moins compacts, nécessiteront une étude sérieuse car
leur portance peut varier considérablement selon la teneur en eau et leur consistance. Dans ce cas on
trouve :

o terrain mou, pétrissable à la main - 0,02 à 0,06 Mpa ;

o terrain consistant, difficile à pétrir - 0,08 à 0,15 Mpa ;
o terrain compact qui s’émiette - 0,15 à 0,30 Mpa ;
o terrain dur ou en masse compacte - 0,30 à 0,40 Mpa;
Les terrains compressibles et affouillables
 – telles que terre végétale, terres fluentes (vases, limons), tourbe, glaise et marnes très plastiques,
constituent de très mauvais terrains qu’il faut traverser en général si l’on veut trouver un bon sol pour des
constructions durables. Dans ce cas ils peuvent avoir des contraintes dépassant rarement la valeur de 0,06
Mpa.

Indications à retenir de l’étude des conditions de tassement des sols

1. Dans les terrains argileux cohérents, ce tassement dit de consolidation, résulte de l’expulsion de l’air et
de l’eau inclus dans la couche intéressée, et cela sous les charges de l’ouvrage. Le phénomène plus ou
moins lent varie avec nombreux paramètres : composition de l’argile, sa compacité, sa plasticité, la forme et
les dimensions en plan de la fondation et aussi les caractéristiques des sols sous-jacents et latéraux.
2. Dans les terrains non cohérents (par exemple sable et graviers relativement secs) l’équilibre du sol se
produit assez rapidement au fur et à mesure de la construction de l’ouvrage, mais le tassement
est fonction de l’épaisseur de la couche et aussi de la forme des dimensions de la fondation.
3. En pratique de faibles tassements, de l’ordre de 5 à 30 mm ne sont pas dangereux lorsqu’ils sont
progressifs et réguliers. Le tassement prévu, calculé, ne doit en aucun cas mettre en cause la stabilité de la
construction.
  

Comment se répartissent les pressions dans le sol

La charge appliquée sur le sol d’assise par la fondation crée des contraintes non seulement sur la surface
de contact mais aussi à l’intérieur des couches inférieures.

La répartition de ces efforts varie selon le degré de cohésion et d’homogénéité du terrain et aussi selon la
forme et les dimensions du massif de fondation.

La répartition des pressions dans un plan horizontal situé à une profondeur (h) de la surface d’assise
s'effectue comme sur le schéma :

Dans ce cas la courbe des efforts épouse la forme d’une cloche et, des formules complexes données par
Boussinesq et Frölich, permettent de déterminer les contraintes aux différents points du plan considéré.

Dans le plan vertical, Boussinesq a traduit cette répartition des pressions en courbes d’égales pressions
délimitant des bulbes de terrain, d’allures très variables selon la forme de la fondation et ses dimensions :

CARACTÉRISTIQUES ET CLASSIFICATION DES SOLS

INTRODUCTION :
En 1947, le Professeur A. Casagrande écrivait (1) que les deux chapitres les plus controversés de l'étude géotechnique des
sols étaient :

o la classification des sols - Chapitre le plus confus ;

o la résistance au cisaillement des sols – Chapitre le plus difficile.
Nous nous garderons de prendre position sur le point 2, mais croyons pouvoir dire que le «Chapitre » de la classification des
sols reste encore controversé et le restera probablement toujours.

Toutefois, plutôt que de voir chaque ingénieur appeler les sols à «sa manière» et utiliser un système de classification plus ou
moins personnel, il apparaît indispensable que nous adoptions un système de classification unique — même imparfait — qui
devra être appliqué «servilement et intelligemment».

Le système de classification dont je vais parler semble être le plus complet et le mieux adapté à nos problèmes. Evidemment, il
est déjà et sera encore critiqué par certains utilisateurs (ou plutôt par ceux qui ne veulent pas faire « l'effort» de l'utiliser) qui
trouvent qu'il s'applique mal ou même pas du tout à « leurs » sols locaux. Nous pensons qu'il faut dire aujourd'hui à ces derniers
qu'il sera certainement possible — à l'aide de quelques retouches et modifications à faire après un certain temps d'utilisation —
de mieux adapter le système de classification à certains cas particuliers.

QU'EST-CE QU'UNE CLASSIFICATION GEOTECHNIQUE DES SOLS ?

QUELLE EST SON UTILITE ?
Une classification géotechnique des sols a pour but de ranger les sols par catégories présentant les mêmes caractéristiques
géotechniques ou du moins des caractéristiques géotechniques voisines.

C'est ainsi que les Allemands (2), par exemple, associent directement à la classification une appréciation sur la gélivité.
Les Américains (3) vont jusqu'à donner pour chaque type de soi de la classification, une appréciation sur : sa valeur en tant
que couche de fondation ou couche de base, sa sensibilité au gel, ses caractéristiques drainantes, ses possibilités de tassement
et de gonflement, la fourchette moyenne des densités sèches, C.B.R., modules de réactions atteints sur chantier, etc. Il semble
utile de préciser que des formations géologiques identiques peuvent donner des sols très divers du point de vue géotechnique,
et inversement, des formations géologiques diverses peuvent donner des sols analogues du point de vue géotechnique.
(*) Unified Soil Classification System (U.S.A.).
(1) American Society of Civil Engineers, juin 1947, page 783.
 (2) Cf. document ZTVE-StB 59 ou article de M. Dùcker dans Strasse und Autobahn - N° 1, 1964, page 2.
(3) Cf. tableau II-2, page 66 du « Soils Manual » (The Asphalte Institute) donné « à titre indicatif » dans l'Annexe VI du
document - Reconnaissance Géotechnique des Tracés d'Autoroutes
Ceci ne veut pas dire que l'indication de la formation géologique n'intéresse pas le géotechnicien.

Au contraire, elle doit être donnée systématiquement pour :

— d'une part compléter la description du sol (à côté de la désignation locale et d'une désignation géotechnique détaillée
dont je dirai quelques mots),

— d'autre part fournir un renseignement directement utilisable par le géotechnicien. Par exemple, les sables éoliens sont
la plupart du temps peu compacts, à granulometrie très serrée et à base de grains « ronds-mats ». Ou bien, pour les
problèmes de tassement il est intéressant de savoir si le sol a été soumis à la surcharge d'un glacier, etc.
Pour en revenir à l'utilité d'une classification géotechnique, nous dirons encore qu'elle fournit un langage à l'aide duquel les
connaissances d'une personne sur les caractéristiques générales d'un sol donné peuvent être transmises à d'autres personnes
d'une manière claire et concise, — donc sans avoir à entrer dans de longues descriptions et analyses détaillées.

Enfin, la classification est encore un instrument de travail qui permet de regrouper méthodiquement les très nombreux
échantillons d'une campagne de sondage en vue d'établir les coupes géotechniques du terrain. C'est d'ailleurs à ce moment-là
que l'utilisateur devra faire preuve dans sa synthèse « d'intelligence dans son application servile» du système de classification
— en ayant par exemple présent à la mémoire la dispersion des résultats de nos essais classiques de laboratoire (tamisage et
limites d'Atterberg).

QUELS SONT LES SYSTEMES DE CLASSIFICATION QUI EXISTENT ?

Ils sont nombreux et il ne peut donc être question de les décrire ici. Indiquons simplement qu'il en existe plusieurs qui sont
basés uniquement sur la granularité (en représentation triangulaire par exemple) et plusieurs qui utilisent à la fois la granularité
et la plasticité des matériaux. Parmi ces derniers nous avons retenu la classification U.S.C.S. (Unified Soil Classification
System) qui nous paraissait la plus satisfaisante.

POURQUOI AVONS-NOUS PREFERE LE SYSTEME U.S.C.S. ?

Pour les quatre raisons suivantes :

1) Son utilisation, après quelques temps de pratique est relativement simple

2) Il est assez complet; en effet, 15 sols types sont retenus, affectés chacun d'un symbole composé de deux lettres.

Par ailleurs, plusieurs combinaisons sont possibles par l'emploi de doubles-symboles: pour classer les sols dans lesquels la
granularité autant que la plasticité des éléments fins jouent un rôle, et pour classer les sols n'appartenant pas franchement à
l'un des 15 sols types. Le système est donc « souple ».

3) Il est «parlant» car ses symboles sont les abréviations d'une terminologie couramment utilisée par l'ingénieur par
exemple Gb = grave bien graduée.

4) Il est adopté par d'autres pays européens, par exemple la Suisse, l'Allemagne, l'Autriche...

SUR QUELS ELEMENTS GRANULOMETRIQUES ET DE PLASTICITE

EST BASE LE SYSTEME DE CLASSIFICATION U.S.C.S. ?
Ce système dû au Professeur A. Casagrande, est basé uniquement sur des caractéristiques granulométriques pour les sols
contenant un pourcentage de fines suffisamment faible pour ne pas affecter le comportement géotechnique du matériau. Il est
basé uniquement sur des caractéristiques de plasticité pour les sols dans lesquels les fines jouent un rôle prépondérant. Le
recours simultané aux caractéristiques granulométriques et de plasticité se fera pour les sols compris entre ces deux
catégories.

Les caractéristiques granulométriques retenues sont :

o les pourcentages de graviers, de sable et de fines ;
o la forme de la courbe granulométrique.
Les caractéristiques de plasticité retenues sont :
o la limite de liquidité et
o l'indice de plasticité.

 
----------------------------------------------------------
 Eléments granulométriques
Quelles sont les dimensions correspondant aux graviers, sables et fines ?
Les classes granulométriques utilisées actuellement en France sont celles définies par Atterberg en 1905. Les «diamètres» d
des particules sont les suivants :

Cailloux d > 20 mm

Graviers mm 2mm< d < 20 mm

Gros sable 0,2 mm < d < 2 mm

Sable fin 0,02 mm < d < 0,2 mm

Limon 0,002 mm < d < 0,02 mm

Argile d < 0,002 mm

Ces classes granulométriques, dont les seuils sont fixés arbitrairement, diffèrent sensiblement d'un pays à un autre et même —
dans un pays — d'un organisme à un autre (Tableau 2). En particulier, les seuils retenus dans la classification U.S.C.S.
d'origine ne correspondent pas aux seuils utilisés en France puisque cette classification U.S.C.S. porte sur :
Graviers d > 4,76 mm

Sable 0,074 mm < d < 4,76 mm

Fines (limon et argile) d < 0,074 mm

Le Tableau 2 explique pourquoi nous avons remplacé dans la classification U.S.C.S. d'origine 4,76 mm par 2 mm pour le seuil
entre gravier et sable ; en effet ce seuil de 2 mm est adopté par de nombreux pays.

La dimension 0,074 mm a été remplacée par le tamis français le plus voisin, c'est-à-dire 0,08 mm.

La classification U.S.C.S. ne fait pas la différence du point du vue granulométrique — entre limon et argile. Cette différenciation
se fera à l'aide des limites d'Atterberg. Signalons simplement, en passant, que le seuil de 0,002 mm étant fréquemment retenu
par divers pays, il n'y a pas lieu d'envisager sa modification et nous sommes alors amenés à considérer que la classe
granulométrique des limons serait telle que 0,002 mm < d < 0,08 mm

En se reportant encore au tableau 2, nous constatons d'ailleurs que, pratiquement, seules les divisions retenues en France
fixent la limite supérieure des limons à 0,02 mm. Les autres pays hésitent entre 0,05 et 0,06 mm et on comprend dès lors que
les auteurs américains aient décidé de fixer à 0,074 mm (0,08 mm) le seuil entre sable et «fines», cette dimension
correspondant au tamis le plus fin couramment utilisé.

En conclusion donc, du point de vue granulométrique, la classification utilisera :

1) le pourcentage de tamisât à 0,08 mm ;

2) le pourcentage de tamisât à 2 mm -; et en plus

3) deux coefficients permettant d'apprécier la forme de la courbe granulométrique et calculés à partir de cette dernière :
o le coefficient d'uniformité

o le coefficient de courbure 2 (ou de Hazen)

D10, D30 et D60 représentent les diamètres des grains à 10, 30 et 60 % de tamisat (4).

Eléments de plasticité
Comment sont utilisées les limites d'Atterberg pour classer les sols plastiques ?
 Ces sols sont classés à l'aide d'un diagramme de plasticité établi en portant en ordonnées l'indice de plasticité et en abscisses
la limite de liquidité.

En reportant ainsi de très nombreux résultats de limites d'Atterberg, Casagrande a obtenu la figure 1 a, la figure 1 b ayant été
obtenue par Cooling, Skempton et Glossop (5) sur des sols britanniques.

On remarque sur ces figures que :

1) d'une manière générale les argiles se situent au-dessus d'une droite « A » d'équation :
 

l p = 0,73 (WL — 20).

 Font exception les argiles du type «Kaolin» peu plastiques, qui entrent souvent dans la composition des limons ;

2)     les sols contenant des matières organiques se situent au-dessous de la droite « A ».
 C'est en se basant sur les graphiques de la figure 1 que Casagrande a établi le diagramme de plasticité de la figure 2 qui sera
utilisé pour classer les sols  plastiques.

REMARQUE IMPORTANTE : Les graphiques de la figure 1 sont obtenus en réalisant les limites d'Atterberg sur matériaux
n'ayant pas subi de séchage à l'étuve à 105°C. Il ne faut pas oublier qu'on a malheureusement pris l'habitude d'exécuter les
limites d'Atterberg sur des matériaux ayant séché plusieurs heures dans une étuve à 105°C. Ce séchage influençant
sensiblement les résultats finales.
Mode Opératoire du Laboratoire Central (L.C. P.C.) demande de l'éviter.

LA CLASSIFICATION PROPREMENT DITE, SON UTILISATION

La classification L.P.C. * utilise soit les résultats classiques d'essais de laboratoire (tamisage, limites d'Atterberg), soit
l'appréciation visuelle et des tests simples sur le chantier. Disons tout de suite qu'il faut une grande expérience pour employer
correctement la méthode rapide ou méthode de chantier.

Les symboles utilisés sont les suivants :

a) Eléments du sol
G = Grave, le gravier est la fraction principale

S = Sable, le sable est la fraction principale

L = Limon ou limoneux

A = Argile ou argileux

T = Tourbe

O = Organique, le sol contient des matières organiques.

b) Granulométrie du sol
b = bien gradué, toutes les dimensions de grains sont représentées — aucune ne prédomine

m = mal gradué — une (ou plusieurs) dimension(s) de grains prédomine(nt).

c) Plasticité du sol
t = très plastique (limite de liquidité élevée)

p = peu plastique (limite de liquidité faible).

Cette méthode prévoit trois étapes pour classer un sol :

1) détermination des caractéristiques fondamentales du sol qui se fera par la granulométrie et par la détermination de
l'influence de l'eau sur les caractéristiques des grains très fins.

2) classification du sol, qui obtient une dénomination type et un symbole de groupe ;

3) description du sol, nécessaire pour différencier éventuellement deux sols classés dans le même groupe.
 Détermination des caractéristiques fondamentales
— La composition granulométrique : en laboratoire, la courbe granulométrique est établie par tamisage, alors que sur chantier
(ou méthode rapide) on se contente de l'appréciation des tamisats à 0,08 mm et à 2 mm.

— La plasticité : elle est déterminée en laboratoire par les limites d'Atterberg ; l'appréciation sur chantier (ou méthode rapide)
se fera par les essais d'agitation, de consistance et de résistance à sec.

— La teneur en matières organiques : elle est mesurée en laboratoire ; sur chantier, elle est appréciée par la couleur (foncée),
l'odeur, l'aspect spongieux, la texture fibreuse.

Classification du sol (tableau 1)

Subdivision préliminaire
Une première subdivision, d'après la proportion des grains inférieurs et supérieurs à

0,08 mm, permet de distinguer :

— les sols grenus : plus de 50 % des éléments > 0,08 mm.

— les sols fins : plus de 50 % des éléments < 0,08 mm.

Classification des sols grenus (tableaux 3 et 4)

Les sols grenus sont eux-mêmes divisés en deux grandes catégories :

— les graves : plus de 50 % des éléments supérieurs à 0,08 mm ont un diamètre

> 2 mm.

— les sables : plus de 50 % des éléments supérieurs à 0,08 mm ont un diamètre

< 2 mm.

Cette division est complétée par la méthode de laboratoire de la façon suivante (tableau 3) :

Moins de 5 % d'éléments inférieurs à 0,08 mm.

Les sols sont alors classés d'après la valeur des deux coefficients suivants : Cu et Cc définis au paragraphe :
« Eléments granulométriques ».
(5) American Society of Civil Engineers, March 1948, page 406.
* Etant donné les modifications déjà apportées à la classification U.S.C.S. d'origine, et celles que nous serons amenés à apporter
ultérieurement pour mieux l'adapter à nos sols, nous proposons de l'appeler dorénavant classification L.P.C. (Laboratoires des Ponts et
Chaussées).

FOISONNEMENT ET TASSEMENT DU SOL

1- FOISONNEMENT
Le foisonnement des terres est l’augmentation de volume consécutive à l’ameublissement provoqué par l’extraction. En effet
ordinairement la terre extraite d’une fouille occupe un volume supérieur à celui de l’excavation.

Foisonnement passager :
C’est celui que l’on obtient à partir d’un déblai sans tasser la terre.

Foisonnement permanent :
C’est celui qui reste après damage et tassement de la terre mise en place.

Foisonnement de quelques terrains

 

  POIDS FOISONNEMENT
 NATURE DE TERRES t/ m3 PASSAGER % PERMANENT %

       

Sable fin, sec…………….. 1.4 10 3

       

Terre végétale………….... 1.6 10 3

       

Terre très compacte …….. 1.7 25 10

       

Argile sèche …………….. 1.5 50 15

       

Argile humide……………. 1.8 25 8

Exemple :
si l’on extrait un volume de 1m3 de terre très compacte, on obtiendra un monticule de 1.25m3. Si l’on remet cette terre en
place, après tassement, il restera quand même un volume de 1.10m3.

2- TASSEMENT DU SOL
Le tassement du sol est sa déformation verticale due à l'application des contraintes extérieures telles que les remblais,
les fondations ou son propre poids.
Les tassements peuvent être uniformes ou différents d’un point à l’autre selon la nature du sol en place. Dans les sols non
saturés, les tassements sont presque instantanés mais dans les sols saturés, ils peuvent s’étendre sur quelques secondes
dans les sols sableux-graveuleux, jusqu’à plusieurs dizaines d’années dans les argiles peut perméables. Pour vérifier la
conformité des structures vis-à-vis des conditions de sécurité et de service, on doit faire un calcul de tassement.
Conséquences sur les structures
o   Tassements uniformes
 

Tassement uniformément réparti

Les tassements uniformément repartis affectent peu la structure, les mouvements qui en résultent peuvent cependant
endommager les services et accessoires tels que les conduites d'eau et les passages souterrains.

o   Tassements différentiels

 

Tassement différentiel

Un tassement différentiel est un mouvement d’enfoncement du sol qui n’est pas uniforme. Il peut de ce fait provoquer des
dislocations des maçonneries comme l'apparition de fissures. C’est un grave facteur de désordre qui est la plupart du temps
irrémédiable.
Même lorsque le sous-sol est assez uniforme, les charges unitaires différentes sur les fondations peuvent provoquer un
tassement différentiel très important.
 Ordre de grandeur des tassements admissibles

Causes
Parmi les causes des tassements, il y a :

o   La dessiccation des couches superficielles : Les périodes de sécheresse font évaporer l’eau naturellement présente dans
les sols entraînant, dans certains cas, une réduction de leur volume. Cette réduction n’est jamais uniforme et ce pour diverses
raisons : l’hétérogénéité du sol d’assise des fondations, les différences d’ensoleillement selon les façades du bâtiment, la
présence de terrasses ou d’ouvrages annexes, etc. Le phénomène de dessiccation entraîne un retrait du sol sous l’assise de
l’édifice, qui se manifeste par des désordres plus ou moins importants.
o   Des désordres analogues peuvent être provoqués par la présence au voisinage immédiat du bâtiment d’arbres dont les
racines pompent l’eau jusque sous les fondations, ou par des variations du niveau de la nappe le cas échéant.

o   Dans de nombreux cas, l’effet de ces différents facteurs se manifeste sur de longues périodes, rendant difficile la
détermination des causes réelles.

o   L’affouillement du sol de fondation consécutif à la rupture de réseaux enterrés.

o   L’apport de liquides dans les zones au voisinage immédiat du bâtiment agit également sur l’assise des fondations, le sol
devient saturé et perd une grande partie de sa résistance mécanique : la reprise des charges n’est plus uniforme et entraîne
des tassements différentiels.

o   Fondations inadaptées : Le rapport inadéquat entre la pression exercée sur le sol d’assise et la portance du terrain est une
cause fréquente de tassement structurel. La présence de sols compressibles ou sous-consolidés est également une cause de
graves désordres. Les tassements ne sont pas immédiats et s’opèrent lentement sous l’effet de la descente de charge du
bâtiment. La stabilisation des tassements peut prendre de nombreuses années, voire des décennies, pour les sols organiques
compressibles.

o   Remblais : Les terrains remaniés ou rapportés perdent leur capacité portante ; les tassements différentiels qui en résultent
peuvent causer des désordres importants à moyen ou à long terme.
o   De nombreuses autres causes peuvent entraîner des désordres aux bâtiments tels que les éboulements et glissements de
terrain, la modification des niveaux hydriques dus par exemple à la réalisation d’ouvrages voisins, de drains, de rabattage de
nappe etc., la cohabitation de modes de fondation différents, le cas d’un bâtiment sur sous-sol et d’un agrandissement sur vide
sanitaire,

o   L’absence de fondations, c'est le cas de certains bâtiments anciens.

o   La surcharge de remblais en limite d’une construction, exemple: cas d’un rez-de-chaussée surélevé où l’on crée un talus
pour porter une terrasse.

o   Les vibrations produites par le trafic routier ou par des machines.

o   L’hétérogénéité du niveau de consolidation des différents sols constituant l’assise d’un même bâtiment.
 Tassements par retrait-gonflement
Tassement par retrait et gonflement

Le retrait par dessiccation des sols argileux lors d’une sécheresse prononcée et/ou durable produit des déformations de la
surface du sol (tassements différentiels). Il peut être suivi de phénomènes de gonflement au fur et à mesure du rétablissement
des conditions hydrogéologiques initiales ou plus rarement de phénomènes de fluage avec ramollissement.

La nature du sol est un élément prépondérant : les sols argileux sont a priori sensibles, mais en fait seuls certains types
d’argiles donnent lieu à des variations de volume non négligeables. La présence d’arbres ou d’arbustes au voisinage de
constructions constitue un facteur aggravant en raison de l’absorption de l’eau du sol par les racines.

Une sécheresse durable, ou simplement la succession de plusieurs années déficitaires en eau, sont nécessaires pour voir
apparaître ces phénomènes.

Tassements des sols grossiers

Dans des sols de type grenus, le tassement du aux charges des structures ou des bâtiments est un phénomène rapide, voire
quasi immédiat. En effet, les réarrangements entre les grains de sol, s’effectuent aussitôt que les charges sont appliquées. Les
tassements ainsi obtenus sont généralement considérés comme un comportement quasi élastique.

Tassements des sols fins

Par contre, les mêmes charges appliquées à des sols cohérents à grains fins et saturés (argiles, limons,…), vont provoquer un
tassement à plus long terme. En effet, l’eau présente dans le matériau mettra beaucoup de temps à être évacuée. Elle subira
d’abord un phénomène de surpression avant de s’évacuer par les pores du sol et de permettre à la structure du terrain de se
déformer. Ces tassements à long terme des sols cohésifs sous des charges constantes, sont appelés tassements de
« consolidation ». Les sols fins présentent une faible perméabilité, par conséquent l’évacuation des pressions interstitielles est
un processus très lent, qui peut s’étendre sur une durée relativement importante selon la distance à parcourir. Pour exemple, un
sol composé de 10m d’argile saturée mettra environ 30 ans à tasser sous une surcharge.

TALUS NATUREL DES TERRES

DÉFINITION :
 C’est la pente, ou inclinaison, donnée aux parois des terres pour éviter leur éboulement. Il dépend de la nature du terrain.

STABILITÉ DES TALUS

La terre mise en tas, lorsqu’elle n’est pas retenue, forme avec la terre, est appelé angle de talus naturel.

Lors des fouilles, si le talus que l’on veut réaliser fait avec l’horizontale un angle inférieur ou égale à l’angle naturel, aucune
précaution particulière ne doit être prise.

Si au contraire l’angle est supérieur à l’angle naturel. Il y a danger d’éboulement et il convient de prendre des dispositions pour
les éviter.

D’une manière générale, lors de l’exécution des terrassements en remblai, le rapport admis entre la base et la hauteur est de 3
à 2.

ANGLE DE TALUS NATUREL DE QUELQUES TERRAINS

ANGLE DU TALUS NATUREL
 
TERRAIN TERRAIN
NATURE DE TERRES
SEC MOUILLE

     
Sable fin…….………….…….. ± 25° ± 15°

     

Terre végétale………….…….... ± 40° ± 30°

     

Terre très compacte ……..….. ± 50° ± 40°

     

Argile ………...…………….. ± 40° ± 15°

     

Cailloux, éboulis……………. ± 50° ± 40°