TP MecaSol 2022 22

Travaux Pratiques Mécanique des Sols 1
ECOLE NATIONALE SUPERIEURE D’INGENIEURS DE TUNIS

DEPARTEMENT GENIE CIVIL
MANUEL PRATIQUE
TRAVAUX PRATIQUES DE MECANIQUE DES SOLS
Mme LAMOUCHI REZGUI Basma

1ING GC
2019-2020
ENSIT/DGC RLB 2019-2020

MANIPULATION : 1
ESSAI PROCTOR
1. BUT DE L'ESSAI
Parmi les facteurs qui conduisent à une force portante satisfaisante d’un sol employé en
remblai se trouve la «teneur en eau». L’essai PROCTOR a pour but de déterminer la teneur
en eau optimale, qui conduit à la force portante maximale, ce, pour un sol donné et des
conditions de compactage données.
Pour les ouvrages an terre tels que barrages en terre et les remblais routiers, la mise en
place du sol s’effectue par couches successives accompagnées par un arrosage d’eau. La
densification du sol en place dépend donc de l’énergie de compactage mise en oeuvre et
de la teneur en eau.
Le but de cet essai est de déterminer la teneur en eau optimale pour laquelle on atteint,
pour un compactage donné, la densité sèche maximale du sol γd.
2. PRINCIPE DE L’ESSAI
L’essai consiste à compacter dans un moule PROCTOR, et suivant un processus bien défini,
une série d’échantillons identiques et représentatifs du sol, préalablement mélangés à des
teneurs en eau croissantes. L’eau qui joue un rôle de lubrifiant, favorise la mise en place
et le réarrangement des grains.
Il existe une teneur en eau optimale permettant d’obtenir une densification maximale du
squelette solide. Cette teneur est fonction de la surface spécifique des grains et de leur
forme. Au delà de cette teneur, la densité du sol diminue : une partie de l’énergie de
compactage est reprise par l’eau; d’où un mauvais rendement énergétique du compactage.
L’essai fournit donc une série de couples de valeurs (w, γd) que l’on porte sur un graphique
orthogonal (Figure 2.). La courbe obtenue est appelée «diagramme PROCTOR». Elle
présente un maximum dont l’abscisse fournit la teneur en eau optimale recherchée,
quelques fois dénommée «optimum PROCTOR». La valeur typique de cette teneur en eau
optimale se situe entre 10 % et 20 %, avec un intervalle maximal d’environ 5% à 40%.
Les essais sont de deux types : l’essai PROCTOR normal et l’essai PROCTOR modifié (voir
tableau 1.
Tableau 1. PROCTOR normal PROCTOR modifié

Poids de la dame 2400 g 4535 g
Diamètre du mouton 51 mm 51 mm
Hauteur de chute 305 mm 457 mm
Nombre de couches 3 5
Nombre de coups par couche 25 55
.

Figure 1.
d KN/m3
Poids volumique sec
(d)max
Figure 2. Diagramme Proctor
Teneur en eau w %
Optimum Proctor

3. ETUDE EXPERIMENTALE
Dans cette étude expérimentale, nous allons réaliser l’essai PROCTOR normal. Les
manipulations sont effectuées dans un moule PROCTOR ayant les dimensions suivantes :
(Figure 3.) Diamètre = 101,6 mm Hauteur = 117 mm
La hausse d’extension sert à niveler la surface du sol après compactage.
Le déroulement de l’essai comprend plusieurs stages à savoir:
 On pèse le moule + embase sans la hausse.
 On prend 3 Kg de sol sec ne contenant pas d’éléments de dimension > 5 mm
 On place le sol dans un bac et on y ajoute de façon très progressive et tout en
mélangeant une quantité d’eau (indiquée au cours de l'essai), qui correspond
grossièrement à une augmentation de la teneur en eau de 2 à 3%. On arrête de
mélanger lorsque le sol est devenu homogène.
 On remplit le moule PROCTOR, muni de sa hausse, en trois couches successives.
Chaque couche sera compactée par 25 coups de dame «Proctor Normal»
régulièrement répartis sur toute la surface afin de réaliser un compactage
uniforme (voir Figure 1.).
 Lorsque le compactage est terminé, retirer la hausse, araser la surface supérieure
du sol à la règle et peser l’ensemble (moule + sol humide).
 On prélève deux échantillons de sol, l’un à la partie supérieure et l’autre à la base du
moule, qui servent à déterminer la teneur en eau du sol. Ces échantillons de sol sont
donc pesés avant et après séchage au four.
 On démonte l'embase du moule pour extraire le sol. Le sol humide démoulé est brisé,
pulvérisé à nouveau en éléments 5 mm pour un nouvel essai.
L’essai sera ainsi poursuivi jusqu’à ce que le poids (moule + sol) commence à décroître
Environ 5 à 6 essais sont à prévoir.
Hausse
Cylindre mm
Embase
Figure 3. Moule Proctor117
4. RESULTATS
Les calculs et les résultats peuvent être présentés dans un tableau du type suivant :

Spécifications Point n°1 Point 2 Point
Teneur en eau :
Poids total humide Pth
Poids total sec Pts
Tare PT
Poids de l'eau Pw = Pth - Pts
Poids du sol sec Ps = Pts – PT
Teneur en eau (haut) Wh = Pw/Ps
Teneur en eau (bas) wb = Pw/Ps
Teneur en eau moyenne w
Poids volumique sec :
Poids total humide Ps+m
Poids du moule vide Pmv
Poids du sol humide Psol=Ps+m - Pmv
Poids du sol sec Pss=Psol/(1+w)
Volume du moule V
d= poids sol sec/volume moule Pss/V
Tracer la courbe d = f(w) et déterminer l'optimum Proctor.
Essai1 Essai2 Essai3 Essai4 Essai5 Essai6

Pth [g] H
B
Pts [g] H
B
PT [g] H
B
Pw [g] H
B
Ps [g] H
B
w [%] H
B
wmoy [%]
Quantité d’eau ajoutée
Ps+m [Kg]
Pmv [Kg]
Psol [Kg]
Pss [Kg]
V [m3]
d [KN/m3]
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
wopt = dopt =

MANIPULATION : 2
ESSAI C.B.R.
(ESSAI D'INDICE PORTANT CALIFORNIEN)
1. BUT & PRINCIPE

Le mode de construction d’une chaussée, ou d’une piste souple (par opposition aux aires
rigides en béton), dépend :
- de l’intensité de la circulation prévue (trafic),
- des caractéristiques du sol sous-jacent.
Il doit y avoir une relation entre ces trois éléments :
1. sol sous-jacent
2. couche de fondation
3. trafic prévu.
La charge apportée par le pneu sur la chaussée poinçonne le sol de fondation. Ce
poinçonnement est d’autant plus petit que l’épaisseur de la chaussée est grande.
P : pression appliquée par le pneumatique sur le sol de fondation.
S : surcharge simulant l’action de la chaussée qui s’oppose au déplacement vertical du sol
de fondation lors de l’action du pneu.

On peut reproduire ce phénomène en compactant le matériau dans les conditions de
l’essai Proctor dans un moule CBR puis en mesurant les forces à appliquer sur un poinçon
cylindrique pour le faire pénétrer à vitesse constante dans une éprouvette de ce matériau.
Le but de l’essai C.B.R. est précisément de déterminer un indice permettant de calculer

l’épaisseur des couches de fondation en fonction des deux autres éléments.
Cet indice est l’Indice Portant Californien : en anglais ; Californian Bearing Ratio. Le
matériau étant compacté dans les conditions de l’essai PROCTOR Modifié (P.M) et saturé
d’humidité, tout en recevant une charge voisine de ce que sera la charge de service, le
poinçonner dans des conditions déterminées et mesurer les charges qui correspondent à
certaines valeurs de l’enfoncement. Comparer ces charges à celles qui produiraient les
mêmes enfoncements dans un matériau conventionnel.
L'indice iCBR se détermine en mesurant la résistance à la pénétration dans des conditions
contrôlées de densité, de teneur en eau, de chargement et en comparant les résultats
obtenus à des valeurs standardisées d'un sol type.
2. MATERIEL UTILISE.
 Un moule C.B.R; il est composé de l'embase, du moule (cylindre) et de la hausse
 Un disque d’espacement ; placé au fond du moule avant le compactage pour
limiter la hauteur de l'échantillon. Hausse
 Une dame
 Un anneau de surcharge rond
 Une presse hydraulique de 60 KN
Cylindre
2.1. Préparation de l'échantillon
 Prendre 6 Kg de sol sec Embase

 Amener le matériau à une teneur en eau égale à wopt,
Disque
2.2. Compactage

 Compacter à la teneur en eau wopt,, suivant le processus de l’essai P.M (Moule C.B.R.,
dame lourde, 5 couches, 55 coups par couche.)
 Araser. Déterminer la teneur en eau de la partie ainsi enlevée.
 Peser moule + embase + contenu, à lg près
 Retourner le moule pour fixer l’extrémité qui était en haut sur l'embase et ôter le
disque d’espacement.
2.3. Poinçonnement
 Placer un anneau de surcharge rond sur le moule
 Porter le moule sur le plateau de la presse et centrer le piston sur le trou de
l'anneau. Mettre l'aiguille de l'anneau dynamométrique à zéro
 Amener le piston au contact de l'échantillon (section du piston S = 19.335 cm²),
utiliser d'abord le réglage à vis du plateau et terminer avec la commande
hydraulique de la presse jusqu'à léger décollement de l'aiguille du comparateur
 Appliquer la charge en en mettant la presse en marche
Les charges sont lues pour les enfoncements suivants :
0,625 mm, soit au bout de 30 secondes

1,25 mm, soit au bout de 1 minute,
2,00 mm, soit au bout de 1,5 minute environ,
2,50 mm, soit au bout de 2 minutes environ,
10,0 mm, soit au bout de 8 minutes environ.
A la fin de l'essai :
 Décharger la presse, retirer les surcharges et le moule
 Tracer une courbe de pénétration. Si la courbe est à simple courbure, le C.B.R est
calculé pour 2,5 ou 5,0 mm de profondeur (i2.5, i5). Si la courbe est à deux courbures
inverses, tracer la tangente au point d'inflexion et prendre le zéro corrigé.
 A partir de cette nouvelle origine on calcule le C.B.R pour 2,5corrigé ou 5,0 corrigé mm
de profondeur.
3. INDICE PORTANT CALIFORNIEN (C.B.R)

On compare la pression qui a provoqué un certain enfoncement dans l’échantillon essayé
et celle qui provoquerait le même enfoncement dans un sol type.
L’« Indice Portant Californien » est fonction du pourcentage que représente la 1ère de ces
pressions par rapport à la seconde:
𝐏𝐞𝐬𝐬𝐚𝐢
𝐢= 𝐱𝟏𝟎𝟎
𝐏𝐭𝐲𝐩𝐞
Sa valeur est celle du plus grand de ces pourcentages correspondant respectivement aux
enfoncements 2,5 et 5,0 mm :
iCBR = max((i2.5, i5).
L’Indice Portant Californien sera donc le plus grand des deux pourcentages :
𝐅𝟐,𝟓 𝐅𝟓
𝐢𝟐,𝟓 = 𝐱𝟏𝟎𝟎 𝐞𝐭 𝐢𝟓 = 𝐱𝟏𝟎𝟎
𝟏𝟑, 𝟑𝟓 𝟏𝟗, 𝟗𝟑
F2,5 : Effort de pénétration à 2,5 mm (KN)
F5 : Effort de pénétration à 5 mm (KN)
Les valeurs retenues pour F2.5 et F5 ne sont pas toujours celles qui ont été déterminées par
l’essai, car il y a lieu de corriger les éventuelles erreurs d’expérimentation.
Pour cela, on porte sur un graphique les valeurs trouvées pour les enfoncements précisés
au dessus. Si aucune erreur n’a été commise, la courbure de la courbe moyenne varie de
façon régulière, et le centre de courbure est toujours situé du même côté de la courbe.
Toutefois, les mesures faites au voisinage de l’origine peuvent être faussées, par suite de
l’imprécision concernant l’instant où la tige de poinçonnement a réellement pris appui sur
le sol étudié. Dans ce cas, la courbe représentative présente un point d’inflexion non loin
de l’origine. Il faut alors ne pas tenir compte des 2 premiers points (0,625 et 1,25 mm)
dans le tracé de la courbe : on remplace l’origine des abscisses par le point de rencontre
de l’axe des abscisses et de la tangente à la courbe avant le point d’inflexion.
A partir de cette nouvelle origine, on reporte des segments [0 - 2,5] et [0 - 5] de même

longueur que les segments primitifs, ce qui donne les valeurs corrigées à prendre pour
F2,5 et F5. La figure suivante donne un exemple.

t [min] Enfoncement Divisions F

[mm] x 10-3[mm] [KN]
0,5 0.625
1 1.25
1,5 2
2 2.5
4 5
6 7.5
8 10
………………………………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………….…
………………………………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………….…
………………………………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………….…
………………………………………………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………………………….
ICBR = ICBRcorrigé =

MANIPULATION : 3
ESSAI DE SEDIMENTOMETRIE
1/ BUT DE L’ESSAI
La sédimentométrie complète l’analyse granulométrique réalisée par tamisage qui est
limitée aux grains de diamètre supérieur à 0.08 mm. Elle s’applique aux éléments de sol
de diamètre inférieur à 0,1 mm appelé sol fin.
Le résultat de l’essai est la courbe granulométrique de Fillers. Cette courbe se raccorde à
la courbe obtenue par analyse des gros éléments.
2 / PRINCIPE DE LA METHODE
Les grains de diamètres différents décantent dans un liquide au repos à vitesses
différentes (liées au diamètre D). La relation entre vitesses de sédimentation et diamètre
des grains est donnée par la loi de STOKES.
Lors de la décantation d’un mélange de grains de différents diamètres en suspension dans
l’eau, à un temps donné et à une profondeur donnée, les plus gros grains se trouvent à une
profondeur plus grande que ceux de diamètre inférieur. Il en résulte que la densité du
mélange eau-grains à cette profondeur est variable avec le temps, diminuant au fur et à
mesure que les grains de plus en plus fins se déposent.
Cette relation a été établie pour des éléments sphériques, aussi son application aux grains
du sol est-elle approchée car ceux-ci sont le plus souvent de forme lamellaire ou allongée.
On atteindra seulement les "diamètres équivalents".
3 / APPAREILLAGE
- Densimètre type BOUYOUCOS, gradué de 1,050 à 0,995 par divisions de 0,001 unités
de densité
- Deux éprouvettes graduées à pied de 1000 cm3 ou 2000 cm3
- Un agitateur électrique à grande vitesse (10000 t/mn)
- Un produit défloculant : l’hexamétaphosphate de sodium en solution à 5%
- Appareillage courant : thermomètre, chronomètre, balance, eau distillée, etc.
4 / PREPARATION DE L’ECHANTILLON
L’échantillon de sol à étudier provient du fond du tamis de 0,1 mm, à la fin de l’analyse
granulométrique par tamisage.
En général, on pèse 40g de sol pour une éprouvette de 1 litre, l’échantillon est ensuite
versé dans un bêcher avec 400 cm3 d’eau distillée et 30 cm3 de solution défloculante. (On
laisse imbiber 10 à 15 heures.)
On verse le contenu du bêcher en rinçant bien les parois avec une picette d’eau distillée,
dans le récipient de l’agitateur électrique où il sera malaxé pendant 5 minutes. On versera
enfin le mélange, sans rien perdre, dans l’éprouvette d’essai et on complète le niveau à
1000 cm3 d’eau distillée.

5 / MODE OPERATOIRE
- Disposer, dans une éprouvette de repos pleine d’eau, le densimètre. La tige du
densimètre sera nettoyée à l’alcool pour assurer la formation régulière du ménisque.
- Agiter le mélange dans l’éprouvette et, au temps zéro, déclencher le chronomètre et
immerger lentement le densimètre.
- Au temps 30 secondes, on lit l’indication du densimètre au sommet du ménisque de
même aux temps 1 minute et deux minutes.
- Retirer le densimètre très délicatement et le plonger dans l’éprouvette de repos.
Immerger doucement le thermomètre et repérer la température du bain après une à
deux minutes. Retirer alors le thermomètre.
- 30 secondes avant la lecture suivante, c’est à dire au temps 4’30”, immerger
doucement le densimètre pour effectuer la lecture à 5 minutes. Retirer doucement le
densimètre et plonger le thermomètre.
Recommencer suivant le même processus pour les lectures à 10’, 20’, 40’, 1h20 et 2
heures.
Remarque
 L’eau du bain doit avoir séjourné dans la salle d’expérience assez longtemps pour être
à peu près en équilibre de température ambiante.
 La lecture du densimètre s’effectue au sommet du ménisque car le bain de mélange
est opaque. Cette lecture est donc fausse (voir ci-dessous la correction de ménisque)
 La lecture du densimètre consiste à repérer le nombre R de
divisions comptées à partir de la division 1000 (affectées du R 1018
signe (-) pour les lectures inférieures à 1000). Par exemple,
la lecture 1009 se notera +9. R = +18,5
1019
 Le densimètre est étalonné pour donner des lectures justes à
20°C, c’est pourquoi on repère la température, de façon à
corriger les erreurs (voir ci-dessous la correction de
température).
 On pourra procéder à la mesure des diverses corrections (ménisque, défloculant,
température, déplacement) à la faveur des nombreux temps morts au cours de
manipulation.
6 / CORRECTI0NS
Le densimètre étant étalonné pour indiquer la densité 1,000 dans l’eau pure à 20°C, la
lecture étant effectuée dans le plan horizontal de la surface inférieure du liquide et
indiquant la densité du milieu voisin du centre de gravité du flotteur, il faut donc rétablir
ces conditions théoriques par les quatre corrections :
- de défloculant Cd (l’addition de défloculant modifie la densité du bain d’expérience).
- de température Ct (car la température du bain peut être différente de 20°C)
- de ménisque Cm (à cause de l’opacité de la suspension on ne peut pas lire le densimètre
“au bas”, mais “en haut” du ménisque)

- de déplacement des grains ½ Ce (les trois premières lectures sont justes car le
densimètre reste constamment immergé, mais pas les lectures suivantes).
Correction de Défloculant : Plonger le densimètre dans une éprouvette d’eau pure dont on
aura mesuré la température et noter son indication. Faire la même opération dans
une éprouvette identique remplie d’eau additionnée de la même centration de
défloculant que pour l’essai, et à la même température (on pourra par exemple
plonger les deux éprouvettes dans une cuve d’eau et les laisser reposer jusqu’à
équilibre de température). Noter la lecture du densimètre, calculer la différence entre
les deux lectures : c’est la correction de défloculant, comptée toujours négative, Cd<0.
Correction de Température : Chaque densimètre est étalonné en mesurant la différence de
lecture entre l’eau distillée à 20°C et chaque température possible pour l’essai
(pratiquement entre. 10 et 30°C). La correction Ct est à apporter à chaque lecture, en
fonction de la température.
Correction du ménisque : On appelle ménisque, la surface courbe que forme un liquide au
contact de la paroi solide par capillarité. La tige du densimètre, si elle est bien propre
est le siège de ce phénomène. Il faut mesurer la hauteur du ménisque par différence.
Cette différence, toujours positive, est la correction de ménisque Cm, qu’il faut ajouter
à la lecture R puisque l’observation du densimètre se fait "par-dessus".
Correction de déplacement des grains : A partir de la 4ème lecture, on immerge le
densimètre 30 secondes environ avant chaque lecture. Cette manœuvre entraîne un
déplacement vertical des grains de sol en suspension vers le haut. Ils ne parcourent
donc pas la même hauteur de chute qu’au début de l’essai. Pour uniformiser les
mesures, on considère l’élévation du niveau de la surface du bain : Ce =Vd/S avec Vd :
volume du densimètre ; S : section intérieure de l’éprouvette. Statistiquement, on
estime que la moitié seulement des grains se trouve perturbée, d’où la correction de
déplacement ½Ce = ½Vd/S.
Géométrie du densimètre.
h : hauteur du bulbe
H1 : hauteur comprise entre d’une part, la limite du
bulbe et de la tige graduée et, d’autre part la
lecture R lue au niveau de l’eau
H1
Hr : profondeur du centre de poussée dans la
Hr
suspension à l’instant t.
h
7 / PRESENTATION DES RESULTATS
Lorsqu’on utilise 40 grammes de matériau avec 1000 cm3 d’eau
distillée, le diamètre équivalent s’écrit :
𝑉1
𝐷2 = 30𝜂
𝛾𝑠 − 𝛾𝑤
avec  : viscosité de l’eau (voir tableau)
V1 : vitesse limite de chute des grains
s : poids volumique des grains solides (valeur moyenne 26,5.103 N/m3)

w : poids volumique de l’eau 10.103 N/m3
D : diamètre des particules en mètre.
𝐻𝑟 30𝜂
𝐷 = 𝐾√ 𝐾² =
𝑡 𝛾𝑠 − 𝛾𝑤
Ces grains de sol (<D) représentent un pourcentage p du poids total w de l’échantillon
sec :
𝛾𝑠 𝛾𝑤 𝑉
𝑝= . . 𝑅𝑐
10(𝛾𝑠 − 𝛾𝑤 ) 𝑤
V : volume d’eau dans l’éprouvette en m3
t : temps en secondes.
w : masse du sol en N
1 𝑉𝑑
𝐻𝑟 = 𝐻1 + (ℎ − )
2 𝑆
Recherche des caractéristiques du densimètre
1) Le volume Vd du densimètre est déterminé par introduction du densimètre dans
une éprouvette graduée et relevé de l’augmentation du volume.
2) La section S de l’éprouvette est déterminée en recherchant la distance entre deux
graduations et en divisant par cette distance le volume compris entre deux
graduations.
3) La hauteur du bulbe h
4) La distance séparant le début de la tige (ou du bulbe) de la graduation lue R, soit
H1. Ces distances peuvent être déterminées au pied à coulisses.
On calcule ensuite la profondeur effective Hr du centre de poussée (voir figure) à l’aide de
la formule :
ℎ
𝐻𝑟 = 𝐻1 + [𝑚] pour les trois premières lectures
2
Après ce sera :
1 𝑉𝑑
𝐻𝑟 = 𝐻1 + (ℎ − )
2 𝑆

Durée de Tempéra R Corrections Rc= H1 Hr D p

chute [°C] [divisions] Ct Cd Cm
[cm] [m] [mm] [%]
R+Cm+Ct+Cd
30’’
1’
2’
5’
10'
20’
40’
1h20’
2h

MANIPULATION : 4
ESSAI DE CISAILLEMENT A LA BOITE DE CASAGR.ANDE

1 / PRINCIPE
La résolution des problèmes de stabilité des sols nécessite, la détermination
expérimentale de la courbe intrinsèque du sol étudié. Cette courbe, d’après la loi de Mohr-
Coulomb est sensiblement une droite d’équation :
τ = C +σ tg
où : C : cohésion
 : Angle de frottement interne
Dans l’essai de cisaillement à la boite de Casagrande on cherche à obtenir la rupture de
l’échantillon suivant un plan imposé. L’échantillon de sol à étudier est placé dans deux
demi-boites qui peuvent se déplacer horizontalement l’une par rapport à l’autre. Un
piston coulissant dans la demi-boite supérieure permet d’exercer sur le sol un effort
normal de compression N déterminé.
La demi-boite inférieure est entraînée horizontalement à vitesse constante. La force totale

de cisaillement T est mesurée à l’aide d’un anneau dynamométrique fixé à la demi-boite
supérieure.
L’échantillon subit donc un cisaillement direct et rectiligne suivant un plan imposé sur
lequel on exerce une contrainte normale déterminée.
Si on suppose que ce plan est le plan de glissement le plus défavorable, la connaissance de
N et de T permet la détermination d’un point de la courbe intrinsèque. En effet si A est
l’aire de la surface de glissement, les composantes de la contrainte critique sont :
σc = N/A & τc = T/A
En soumettant des échantillons identiques du sol à des contraintes normales différentes,
on pourra donc tracer point par point la droite de Coulomb, chaque point figuratif

représentant le point de tangence d’un cercle de Mohr de rupture avec la courbe
intrinsèque
(Pa) (Pa)
τpic
τpic
φ
τres σ3
σ2 τres
φres
σ1
Δl C σ(Pa)
Pa
Courbe intrinsèque
τ= σ tgφ +C
φ C
 (Pa)
0 σ1 σ2 σ3
2 / APPAREILLAGE
Il comprend :
1 / une machine de cisaillement à déformations contrôlées. Elle cisaille le sol à vitesse
constante. (Réglable de 0 à 3 mm/mn) comportant essentiellement :
• un chariot porte boîte, entraîné horizontalement à vitesse constante,
entraînant lui même la demi boite inférieure et 1’éprouvette d’essai.
• un anneau dynamométrique retenant la demi-boite supérieure, dont les
déformations indiquent les efforts tangentiels développés dans le plan de
cisaillement.
• un système levier étrier, appliquant sur le piston de la boite, les charges
normales désirées, à l’aide de différents poids. (disques plats fendus,
permettant leur centrage et leur superposition sur le plateau de charge du
levier du bâti.
2 / des boites de cisaillement de section carrée ou circulaire comportant :
• une demi-boîte inférieure, munie d’une pierre poreuse plate, striée ou dentée.

• une demi-boîte supérieure.
• un piston, muni à sa base d’une pierre poreuse plate, striée ou dentée, glissant
librement dans la demi-boîte supérieure et transmettant à l’éprouvette
l’effort vertical exercé.
• deux goupilles, solidarisant les deux demi boîtes, avant l’essai.
Le piston et la demi-boite inférieure possèdent des orifices pour permettre de saturer
l’échantillon et d’effectuer des essais drainés
Les dimensions intérieures des demi boîtes sont de 60 x 60 mm pour la boite carrée, de Ø
60 mm pour la boite circulaire.
La profondeur de la demi-botte inférieure est de 2 cm environ.
3 / ESSAI SUR UN MATERIAU PULVERULENT

Pour pouvoir exécuter différents essais pendant la durée d’une séance de T.P., on
travaillera sur un sol pulvérulent sec. Dans ce cas particulier, la consolidation de
l’échantillon est immédiate et puisqu’on travaille sur un matériau sec, on obtient
directement les contraintes inter granulaires. L’influence de la vitesse de cisaillement sur
la résistance au cisaillement du sable étant nulle, on travaillera à une vitesse de
cisaillement rapide, compatible toutefois avec une lecture aisée des indications des
comparateurs. On choisira V = 0,35 mm/mn.
3.1.- Préparation des échantillons.
Mettre en place les goupilles solidarisant les 2 parties de la boite. Veiller à ce que le piston
coulisse bien dans la boite supérieure.
Les échantillons d’une même série doivent avoir comme on vient de le voir, le même poids
volumique sec initial. On obtiendra les valeurs désirées en procédant comme suit :
 Pour obtenir la faible compacité, déverser rapidement le sable dans la boite et
aplanir sa surface sans tasser. Placer ensuite la plaque poreuse et le piston en
comprimant légèrement le sable de manière à ce que la face inférieure du piston
ne soit pas en saillie par rapport à la boite.
 Pour obtenir la compacité maximum, procéder par couches successives en
compactant chaque couche. (il est bien évident que le poids de sable, dans ce cas,
est supérieur)
 Le volume de l’échantillon sera déterminé en mesurant la différence de côtes entre
les niveaux supérieurs de la boite et du piston (faire les mesures au réglet dans
chaque coin de la boîte).
 Le poids du matériau utilisé sera déterminé par différence à l’aide d’un récipient
taré. On en déduira d
3.2.- Essai proprement dit (cf. schéma )

• Ramener à zéro le piston du bâti. On pourra pour cela, faire fonctionner la marche
arrière à 3 mm/mn.
• Placer la boîte sur le bâti et l’immobiliser.

• Fixer l’anneau dynamométrique à la demi boite supérieure : dévisser au besoin le
bouton arrière pour donner à l’anneau le jeu nécessaire
• Placer l’étrier sur le piston, et à l’aide de la vis supérieure mettre le bras du levier à
l’horizontale.
• Installer le comparateur au contact de l’étrier, le mettre à zéro.
• Charger le plateau, et noter le tassement éventuel.
On vérifiera que le tassement du sable est très faible, tant dans les échantillons denses que
dans les autres.
• Remettre le comparateur à zéro.
• Vérifier que la boîte de vitesses est réglée à la vitesse désirée (0,35 mm/mn)
• Enlever les deux goupilles
• Serrer légèrement, puis desserrer ensuite les 2 vis à tête moletée. Ceci a pour effet
de soulever la partie supérieure de la boîte et de supprimer ainsi son frottement sur
la partie inférieure.
• Installer le comparateur permettant de mesurer directement l’avance du chariot
porte boîte, et le mettre à zéro.
• Mettre en marche la machine et noter sur la feuille d’essai tous les 0,5 mm lus sur le
comparateur (d’avance), les indications des comparateurs de l’anneau
dynamométrique.
• Arrêter l’essai quand le cisaillement est achevé (lorsque l’effort de traction (T)
atteint un palier).
• Ramener le chariot à sa position initiale grâce à l’inverseur de marche.
• Enlever les poids du plateau de charge.
4.3.- Exploitation des résultats

a) Pour chaque essai, tracer les courbes contrainte de cisaillement  en fonction de la
déformation horizontale Δl
b) Pour la série de 3 essais, on tracera la courbe intrinsèque du matériau.
Déterminer les valeurs de  et C correspondantes.

ESSAI N° 1 VITESSE [mm/min] CHARGE PLATEAU [Kg] CONTRAINTE MPa
Déformation l [mm]
Lecture division
Force T [N]
Section S [mm²]
Contr Cis  MPa

Lecture division
Force T [N]
Section S [mm²]

Lecture division
Force T [N]
Section S [mm²]

MANIPULATION : 5
ESSAI DE COMPRESSIBILITE
1 / BUT DE L’ESSAI
Pour évaluer les tassements d’un sol sous l’effet d’une surcharge (ex : fondation, remblai,
etc.), il est nécessaire de déterminer les caractéristiques de compressibilité de ce sol. Ces
caractéristiques sont déterminées à partir de l’essai de compressibilité à l’œdomètre,
appelé aussi essai œdométrique.
Cet essai a pour objectif essentiel d’étudier la consolidation d’échantillons de sols intacts
ou remaniés, soumis à des charges verticales, drainés suivant cette direction et maintenus
latéralement par une paroi rigide. Pratiquement cet essai permet de prévoir l’importance
et la durée des tassements des sols sous une charge donnée.
2 / COURBES DE COMPRESSIBILITE
e
A Cs
B C
Δe Cc
σc Δlogσ’ Logσ’
Figure 1. Courbe de compressibilité

Les courbes efforts-déformations obtenues à l’essai œdométrique, sont généralement
reportées sur des diagrammes de la forme (e, log(σ’)) appelées courbes œdométriques.
Dans une représentation semi-logarithmique (Fig. l), la courbe (e, log(σ’)) présente le plus
souvent deux parties sensiblement rectilignes, AB et DE, dont leurs prolongements se
rencontrent en un point C. Ce point définit la pression de consolidation du sol considéré,
désignée par σc’. C’est la pression maximale sous laquelle le sol s’est déjà consolidé au
cours de son histoire.
Par définition, l’indice de compression Cc du sol est donné par la pente de la partie droite
(DE) de la courbe, soit :
∆𝑒
𝐶𝑐 =
∆𝑙𝑜𝑔𝜎′

L’indice de gonflement du sol est donné par la pente de la partie droite (AB) de la courbe,
soit :
∆𝑒
𝐶𝑠 =
∆𝑙𝑜𝑔𝜎′
3 / COURBES TASSEMENTS-TEMPS
Pour évaluer les tassements au cours du temps, il est nécessaire de déterminer le
coefficient de consolidation Cv qui apparaît dans la théorie de consolidation et qui permet
de relier les temps de tassement à l’épaisseur de la couche de sol intéressé.
Ce coefficient est défini pour une couche à double drainage (conditions de l’essai) et de
hauteur h, par :
𝑇𝑣 ℎ²
𝐶𝑣 =
4. 𝑡
Tv étant le facteur temps et t le temps nécessaire pour atteindre un pourcentage donné de
consolidation primaire.
Il existe deux méthodes pour la détermination du coefficient de consolidation à savoir la
méthode de la racine carrée et la méthode du logarithme.
Méthode de la racine carrée :
Figure 2. Méthode de la racine carrée

On trace pour une charge donnée la courbe des lectures au comparateur en fonction de la
racine carrée du temps (Fig.2). La partie droite D1 de la courbe coupe l’axe des ordonnées
en un point Sc qui est le zéro corrigé. De ce point on trace une droite D2 de pente 1,15 fois

celle de D1. L’intersection avec la courbe donne le point correspondant à 90% de la
consolidation primaire. Le coefficient de consolidation est donné alors par :
Cv = 0,848 h²/(4.t90)
Tv(90%) = 0,848, valeur donnée par la théorie de consolidation unidimensionnelle, pour
les conditions de drainage de l’essai.
Méthode du logarithme :
A
B
Figure 3. Méthode du logarithme

On trace pour une charge donnée la courbe des lectures au comparateur en fonction du
logarithme du temps (Fig 3). L’intersection des deux portions sensiblement droites de la
courbe donne S100 (100% de consolidation). Pour obtenir le zéro corrigé Sc, on prend un
point A sur la courbe au voisinage de 0,1 mn (temps tA), un point B correspondant à 4tA et
on reporte à partir de B deux fois la distance verticale entre A et B. La lecture
correspondant à 50% de consolidation est à mi- distance entre Sc et S100.
Le coefficient de consolidation est donné par :
Cv = 0,197 h²/(4.t50)
Tv(50%) = 0,197, valeur donnée par la théorie de consolidation unidimensionnelle, pour
les conditions de drainage de l’essai.
IV / APPAREILLAGE
L’appareillage utilisé dépend de la boîte utilisée et du mode de préparation de
l’échantillon. La présente notice suppose l’emploi d’un bâti de consolidation à poids.
1- Bati De Consolidation à Poids :

- bâti à levier équilibré,
- 1 support permettant de le fixer sur le bâti,
- des masses de fonte de 1, 2, 5 et 10 kg
2- Boite Oedometrique
Voir schéma ci-joint.
3- Matériel Général
- balance sensible au centigramme,
- étuve,
- chronomètre,
- comparateur.
5 / ESSAI DE CHARGEMENT - DECHARGEMENT
On place l’échantillon dans la boîte oedométrique (après l’avoir pesé), puis on monte cette
dernière sur le bâti (prendre la teneur en eau initiale de l’échantillon avant de le mettre
dans la cellule).
On place l’étrier sur la tête du piston.
A - Chargement de l’échantillon.
Sauf spécifications contraires, adopter les charges suivantes : 1, 2, 4, 8, 16 et 32 Kg.
Placer, sans choc, une masse de 1Kg sur le plateau, mettre le chronomètre en
marche.
Les lectures seront faites sur le comparateur au bout de :
15s, 30s, 1mn, 2mn, 4mn, 8mn et 16mn.

Remettre le chronomètre à zéro, appliquer la charge suivante et procéder comme ci-
dessus.
B – Mesures en fin d’essai
Démonter l’oedomètre et calculer la teneur en eau finale de l’échantillon.
REMARQUE TRES IMPORTANTE
Pour passer d’une charge à l’autre, il faut toujours
préparer les charges de façon à doubler le poids à chaque
fois.
Ne jamais décharger le plateau au cours de l’essai.
6 / CALCULS ET RESULTATS
1. Calcul de l’indice des vides initial et de l’indice des vides final.
La teneur en eau initiale de l’échantillon étudié est calculée à partir du prélèvement
effectué au cours de la préparation de l’échantillon.
La teneur en eau finale est calculée à partir de l’échantillon après essai. Cette
caractéristique est nécessaire pour effectuer des vérifications. Soit :
H : hauteur de l’échantillon
S : section de l’échantillon
ΔH : variation de hauteur de 1’échantillon
V : volume total de l’échantillon
Vv : volume des vides
Vs : volume de solide (constant)
e : indice des vides e= Vv/Vs
w : teneur en eau
wsat : teneur en eau de saturation
γs : poids volumique des grains (en général ≈ 2,7 g/cm3)
γw : poids volumique de l’eau
L’indice “o” concerne la valeur du paramètre à l’instant initial
L’indice “f” concerne la valeur du paramètre à la fin de l’essai
L’ndice “t” indique qu’il s’agit de la différence entre état final et état initial
L’échantillon consolidé peut être considéré comme saturé, la teneur en eau finale est une
teneur en eau de saturation : ef = (γs/γw).wf
Le volume final de 1’échantillon est : Vf = (Ho – ΔHf).S
Et le volume de solide est : Vs = Vf/(1+ ef)
Toute variation de hauteur de l’échantillon correspond à une variation du volume des
vides : ΔVv = S.ΔH
Donc la variation de l’indice des vides est : Δe=ΔVv/ Vs
Donc : eo = ef +(Δe)t
Avec la variation d’indice des vides total : (Δe)t = S.(ΔH)f/ Vs
Ce qui permet de vérifier la saturation initiale : (wsat)o = . γw eo/ γs
Si l’écart entre wo et (wsat)o est trop grand, il ne faudra pas tenir compte des premières
courbes de consolidation pour déterminer le coefficient de consolidation Cv

2 - Calcul de l’indice des vides en cours de consolidation.
Il est obtenu à partir de l’indice des vides initial en tenant compte du fait que le tassement
correspond à une diminution du volume des vides
e = eo – Δe = eo – S.ΔH/Vs
S ‘il y a eu affaissement brusque au début, ne pas oublier de le retrancher à toutes les
lectures faites au comparateur.

ESSAI N° Charge sur plateau [Kg] Contrainte normale  [Pa] Log()
Temps t [min] Consolidation Calculs annexes
t Log(t) t ½ divisions H [cm] H=Ho-H [cm] Vv=SH [cm3]. e=Vv /Vs e=eo-e
0,25 -0,602 0,5
0,5 -0,301 0,7071
1 0 1
2 0,301 1,414
4 0,602 2
8 0,903 2,828
16 1,204 4
ESSAI N° Charge sur plateau [Kg] Contrainte normale  [Pa] Log()

Temps t [min] Consolidation Calculs annexes
t Log(t) t ½ divisions H [cm] H=Ho-H [cm] Vv=SH [cm3]. e=Vv /Vs e=eo-e
0,25 -0,602 0,5
0,5 -0,301 0,7071
1 0 1
2 0,301 1,414
4 0,602 2
8 0,903 2,828
16 1,204 4

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Travaux Pratiques Mécanique des Sols 1

ECOLE NATIONALE SUPERIEURE D’INGENIEURS DE TUNIS

TRAVAUX PRATIQUES DE MECANIQUE DES SOLS

Mme LAMOUCHI REZGUI Basma

ENSIT/DGC RLB 2019-2020

Tableau 1. PROCTOR normal PROCTOR modifié

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Figure 2. Diagramme Proctor

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Figure 3. Moule Proctor117

ENSIT/DGC RLB 2019-2020

Tracer la courbe d = f(w) et déterminer l'optimum Proctor.

Essai1 Essai2 Essai3 Essai4 Essai5 Essai6

ENSIT/DGC RLB 2019-2020

1. BUT & PRINCIPE

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Le but de l’essai C.B.R. est précisément de déterminer un indice permettant de calculer

2.1. Préparation de l'échantillon

 Prendre 6 Kg de sol sec Embase

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0,625 mm, soit au bout de 30 secondes

3. INDICE PORTANT CALIFORNIEN (C.B.R)

ENSIT/DGC RLB 2019-2020

A partir de cette nouvelle origine, on reporte des segments [0 - 2,5] et [0 - 5] de même

ENSIT/DGC RLB 2019-2020

t [min] Enfoncement Divisions F

ENSIT/DGC RLB 2019-2020

ENSIT/DGC RLB 2019-2020

ENSIT/DGC RLB 2019-2020

ENSIT/DGC RLB 2019-2020

ENSIT/DGC RLB 2019-2020

Durée de Tempéra R Corrections Rc= H1 Hr D p

ENSIT/DGC RLB 2019-2020

ESSAI DE CISAILLEMENT A LA BOITE DE CASAGR.ANDE

La demi-boite inférieure est entraînée horizontalement à vitesse constante. La force totale

ENSIT/DGC RLB 2019-2020

ENSIT/DGC RLB 2019-2020

3 / ESSAI SUR UN MATERIAU PULVERULENT

3.2.- Essai proprement dit (cf. schéma )

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4.3.- Exploitation des résultats

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ESSAI N° 2 VITESSE [mm/min] CHARGE PLATEAU [Kg] CONTRAINTE MPa

ESSAI N° 3 VITESSE [mm/min] CHARGE PLATEAU [Kg] CONTRAINTE MPa

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Figure 1. Courbe de compressibilité

ENSIT/DGC RLB 2019-2020

Figure 2. Méthode de la racine carrée

ENSIT/DGC RLB 2019-2020

Figure 3. Méthode du logarithme

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ENSIT/DGC RLB 2019-2020

ENSIT/DGC RLB 2019-2020

ENSIT/DGC RLB 2019-2020

ESSAI N° Charge sur plateau [Kg] Contrainte normale  [Pa] Log()

ENSIT/DGC RLB 2019-2020

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