REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR

ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
Université Ferhat Abbas- Sé tif-1, Faculté de Technologie,
Dé partement de Gé nie Civil

Mécanique des sols I

Cours et exercices
Conformé ment au nouveau programme du ministè re de
l’enseignement supé rieur et de la recherche scientifique

Socle commun - 2ème année

Domaine : Sciences et Technologies

Par :
Dr. Guettouche Amar

2015/2016
Présentation
Ce cours est destiné aux é tudiants de 2è me anné e de socle commun. Il
pré sente les é lé ments fondamentaux de mé canique des sols aux é tudiants
non initié s avec cette discipline. Le document ne repré sente pas un substitue
aux multiples ouvrages gé né raux ou spé cialisé s du domaine, mais son
auteur souhaite qu'il constitue une synthè se conduisant le lecteur à saisir
les grandes lignes de la matiè re, à s'inté resser aux problè mes posé s ainsi que
sentir le besoin d'approfondir les connaissances par la voie noble de l'auto-
apprentissage.
L'ouvrage comporte le né cessaire pour faire le calcul pratique en termes de
principes, mé thodes, formules, tables et abaques. Dans ce contexte, il
repré sente un aide mé moire couvrant les chapitres du programme officiel, et
laissant à l'auditeur l'occasion de se concentrer sur les notions de base
plutô t que copier à la hâ te des formules et expressions peux significatives.
L'enseignant, se trouvera libé rer de la né cessité d'é crire au tableau la
majorité de ce qu'il prononce, il aura alors l'occasion de se concentrer sur
l'aspect physique et conceptuel.
Malheureusement, ayant fixé comme objectif une synthè se dans la matiè re,
beaucoup de concepts, thé ories et mé thodes restent peu dé veloppé es et
né cessitent un espace plus large pour une mise en valeur correcte.
L'inté ressé est alors invité à approfondir les notions diverses à travers la
consultation d'une liste bibliographique proposé e à la fin de l'ouvrage.
Le document est organisé en chapitres. Chaque chapitre expose le cours,
accompagné s par des exercices ré solus à la fin du chapitre.
Sans aller plus loin, notons que la disponibilité du document ne doit
dé courager l'é tudiant à assister au cours orale, car jamais un é crit ne peut
remplacer l'apprentissage de main de maître. Enfin, s'agissant de la premiè re
version du document, je serrai reconnaissant au lecteur ses corrections de
l'é crit, ses remarques, ainsi que ses suggestions.
A. Guettouche
Berhoum, le 24 janvier 2016

i
 Notations

I- GENERALITES
Sp : surface spé cifique
g : accé lé ration de la pesanteur (g = 9,81 m/s²)

II- PROPRIETES DES SOLS

a) Poids volumiques
W : poids total du sol
Ws : poids des particules solides
Ww : poids de I'eau
V : volume total (apparent)
Vs : volume des particules solides
Vv : volume des vides entre les particules
Vw : volume de l'eau
Va : volume de I'air
γs : poids volumique des particules solides
γw : poids volumique de l'eau
γ : poids volumique du sol
γd : poids volumique du sol sec
γsat : poids volumique du sol saturé
γ' : poids volumique du sol dé jaugé
ρi : masse volumique
Di : densité par rapport à l'eau
n : porosité
e : indice des vides
w : teneur en eau
Sr : degré de saturation
Id : densité relative ou indice de densité
emin : indice des vides correspondant à l’é tat le plus compact
emax : indice des vides correspondant à l’é tat le plus lâ che

ii
 b) Granulométrie
D n , dn : diamè tre à n pour cent
D : diamè tre de la sphè re (mm)
v : vitesse de chute de la sphè re (cm/min)
Drs : densité relative de la sphè re
Drl : densité relative du liquide
η : coefficient de viscosité
Cc : coefficient de courbure
Cu : coefficient d'uniformité
c) Consistance
ws : limite de retrait
wp : limite de plasticité
wl : limite de liquidité
Ip : indice de plasticité
IL : indice de liquidité
A : activité des argiles

III- COMPACTAGE
Dc : degré de compacité
wopt : teneur en eau optimale
γdopt : densité sè che optimale
D : profondeur d’influence (Consolidation dynamique)

iii
 Chapitre 1. Introduction à la mécanique des

Chapitre 1. Introduction à la mécanique des sols

1.1 Objet de la mé canique des sols (historique et domaine
d’application)
1.2 Dé finitions des sols
1.3 Origine et formation des sols
1.4 Structure des sols (sols grenus et sols fins)

1.1 Objet de la mécanique des sols

Les ouvrages utilisent le sol autant qu’un é lé ment de l’infrastructure qui
transmet la charge globale de l’ouvrage vers une couche du sol suffisamment
stable et ré sistante. De ce fait, la ré ussite de l’ouvrage relè ve de la ré ussite
du projet de fondation. Selon le type de l’ouvrage et son mode de conception,
le sol peut constituer une base d’appuis pour l’ensemble de l’ouvrage tel que
route, tunnel, barrage poids, mur de soutè nement, aé rodrome, ou un point
d’appuis pour quelques é lé ments seulement tel que bâ timent, pont, barrage
en arc .etc. La mé canique des sols est la science qui regroupe l’ensemble des
connaissances et des techniques qui permettent :
 D’identifier les caracté ristiques qui ré gissent le comportement
mé canique du sol.
 L’analyse de l’interaction sol-structure
 La ré alisation correcte des ouvrages enterré s.
A titre indicatif, la mé canique des sols traite les problè mes relatifs aux
fondations diverses, ouvrages de soutè nement, remblais et structures en
terre, stabilité des pentes et talus, route, piste d’atterrissage, tunnels,
mines… [2][7][13][14]
1.1.1 Disciplines de la mécanique des sols
Afin de ré aliser les objectifs cité s ci-dessus, plusieurs disciplines seront
né cessaires :
a- Géologie du terrain : L’é tude de la gé ologie du terrain est d’une grande
importance. En effet, elle permet d’identifier les diffé rentes couches du sol,
leurs é paisseurs et leurs pendages ainsi que la pré sence é ventuelle de nappe

1
 Chapitre 1. Introduction à la mécanique des

d’eau souterraine. D’autre part, l’é tude gé ologique des couches pré sentes
donne des descriptions qualitatives du sol, ré pond sur quelques questions
relatives à l’histoire du dé pô t et permet d’orienter les recherches
pré liminaires.
b- Caractéristiques physico-chimiques : L’é tude des caracté ristiques
physiques et chimiques des sols a montré sa grande utilité pour la pré diction
ou l’interpré tation du comportement du sol. La majorité de ces proprié té s
sont dé terminé es par des essais au laboratoire ou sur site.
c- Etude hydraulique : La pré sence d’eau dans les diffé rentes couches joue
un rô le pré pondé rant dans le comportement des sols. La dé termination du
niveau de stabilisation et l’é tude du ré gime d’é coulement permet de choisir le
maté riel de pompage et d’é puisement, comme il permet de parer aux
phé nomè nes des sables boulant. La dé termination de la nature chimique de
l’eau souterraine permet de pré voir le mode d’é tanché ité des structures
enterré es.
d- Caractéristiques mécaniques : L’analyse du comportement mé canique
des sols repose sur les conclusions des disciplines pré cé dentes ainsi que
sur des essais de laboratoire ou sur site. Cette discipline permet de
dé terminer la ré sistance du sol et sa capacité portante, et par consé quent le
choix du mode de fondation et les dimensions des é lé ments enterré s.
Enfin, elle permet de pré voir de façon quantitative la dé formation ou
tassement du sol sous la charge de l’ouvrage.
e- Recherche théorique et modélisation numérique : Dans le but de la
compré hension des phé nomè nes physiques complexes, plusieurs thé ories
ont é té dé veloppé es. Elles dé crivent les problè mes posé s par des modè les
mathé matiques rigoureux dont la ré solution fait recours aux techniques
informatiques et numé riques de plus en plus avancé es et occupe une large
partie de la recherche actuelle dans ce domaine.
f- Conception et mise en œuvre : Ce sont les techniques acquises pour la
conception et la ré alisation des ouvrages enterré s. Elle prend en compte
l’é tude des coû ts des diffé rentes solutions possibles.

2
 Chapitre 1. Introduction à la mécanique des

Autre que le savoir faire, la ré glementation en vigueur doit ê tre suivie pas à
pas pour garantir les conditions de sé curité que ce soit pendant la
ré alisation ou au cours de l’exploitation de l’ouvrage. [2][7][13]
1.1.2 Histoire de la mécanique des sols
On peut suivre l’é volution de la mé canique des sols à travers son apparition
autant qu’une science à part entiè re et le dé veloppement de ses grandes
thé ories (voir le tableau ci-contre). [1][2][7][13].
Tab.1.1 : La mécanique des sols à travers ses grandes théories.
Siècle Auteur Théorie
ème Coulomb Ré sistance au cisaillement
18
Collin Rupture dans les talus d’argile
Darcy Ecoulement de l’eau à l’inté rieur du sable
Rankine Pression des terres sur les murs de soutè nement
ème
19 Drainage horizontal, remblai compacte avec
Gregory contrefort pour stabiliser la pente des tranché es de
voies ferré es
Atterberg Limites de consistance de l’argile
ème Terzaghi Premier manuel moderne de mé canique des sols
20
Casagrande Essais sur la limite de liquidité

1.1.3 Peut-on construire avec cette terre ?

On ne peut raisonnablement ré pondre aussitô t à cette question.
Il est pré fé rable d’adopter une approche jalonné e par des questions
successives :
 Que va-t-on construire ? Un barrage, une digue ? Une route, une piste
? Un mur de clô ture ?
 Une maison de plein pied ou un bâ timent à é tage ?
 Où va-t-on construire ? En ré gion sè che ou pluvieuse ?
 Comment va-t-on construire ? Quelle technique ou savoir-faire
disponible ?
Car les sols ont des utilisations multiples :

3
 Chapitre 1. Introduction à la mécanique des

- Ils peuvent être utilisés comme matériau de construction

Exemple : Adobe, brique de terre cuite ou stabilisé e, barrage et digue en
terre, chaussé e en terre…
Il convient donc de choisir, compte tenu des zones d’emprunt et de la nature
de l’ouvrage, le type de sol qui convient, de choisir le mode d’exé cution et
é ventuellement de pré voir le contrô le de l’exé cution.
- Ils peuvent être support de fondations de bâtiment, d’ouvrage d’art et
de remblai
Il est ici question de choisir un type de fondation au sens large compte tenu
des charges à supporter, des proprié té s mé caniques du sol d’appui, du
niveau de la nappe phré atique, etc…..
En particulier, on doit pouvoir pré voir l’amplitude des tassements et vé rifier
qu’ils sont compatibles avec le bon fonctionnement de l’ouvrage.
On comprend l’importance de la gé otechnique qui a pour objet l’é tude des
comportements mé caniques du sol, et ce, indé pendamment des conditions
pratiques d’emploi.
La reconnaissance des sols permettra à l’ingé nieur ou au technicien de
pré ciser l’utilisation possible ou non d’un sol pour un ouvrage dé terminé . [3]
[12]

1.2 Définitions des sols

Dans les é tudes gé otechniques les maté riaux existant à la surface de l'é corce
terrestre sont classé s en deux grandes caté gories:
- les roches: agglomé rats de grains miné raux lié s par des forces de cohé sion
fortes et permanentes, mê me aprè s immersion prolongé e dans l'eau ⇒
Mé canique des roches.
- les sols: Un sol est un assemblage hé té rogè ne de particules ou de cristaux
aux proprié té s trè s variables : dimensions, formes, proprié té s
physicochimiques, etc..., pouvant ê tre sé paré s sous l'effet d'actions
mé caniques relativement faibles ⇒ Mé canique des sols.
 Les maté riaux de transition entre sols et roches sont nommé s SIRT
(sols induré s et roches tendres).

4
 Chapitre 1. Introduction à la mécanique des

 Les sols sont des maté riaux meubles, poreux, hé té rogè nes et souvent
anisotropes.
 Les maté riaux, miné raux ou organiques, sont gé né ralement à l'é tat de
grains ou de particules dont les formes et les dimensions sont
essentiellement variables. [2][3][9][13][14]
1.2.1 Eléments constitutifs d’un sol
Un sol est un mé lange d'é lé ments
solides constituant le squelette solide,
d'eau pouvant circuler ou non entre les
particules et d'air ou de gaz. Il est
donc, en gé né ral, constitué de trois
phases:
Fig. 1.1 : Constituants d'un sol
Sol = phase solide + phase liquide + phase gazeuse
Entre les grains du squelette, les vides peuvent ê tre remplis par de l'eau, par
un gaz ou les deux à la fois.
Le gaz contenu dans les vides entre les particules est gé né ralement de l'air
lorsque le sol est sec ou un mé lange d'air et de vapeur d'eau lorsque le sol
est humide (cas le plus fré quent).
L'eau peut remplir plus ou moins tous les vides entre les grains et ê tre
mobile (é coulement plus ou moins rapide). Lorsque l'eau remplit tous les
vides, le sol est dit saturé . Dans les ré gions tempé ré es, la plupart des sols en
place, à quelques mè tres de profondeur sont saturé s.
Lorsqu'il n'y a pas d'eau, le sol est dit sec.
L'é tude complè te des sols non saturé s, qui constituent un milieu à trois
phases, est trè s complexe. [2][3][9][13][14]

1.3 Origines et formation des sols

Les sols ont deux origines principales :
1.3.1 la désagrégation des roches : par alté ration mé canique et
physicochimique sous l'effet des agents naturels:

5
 Chapitre 1. Introduction à la mécanique des

 fissuration consé cutive à la dé compression, aux effets des chocs

thermiques ou du gel,
 attaque mé canique (chocs et frottements) dans un processus naturel
de transport gravitaire glaciaire, fluvial, marin, é olien,
 attaque chimique sous l'effet des circulations d'eaux agressives (acides
ou basiques) ;
1.3.2 la décomposition d’organismes vivants : vé gé taux (tourbes) ou
animaux (craies).
On distingue é galement :
 les sols résiduels ré sultant de l'alté ration sur place des roches ;
 les sols transportés provenant du dé pô t des produits d'alté ration
pré alablement repris par un agent physique de transport. Ce sont les sols
transporté s qui posent au concepteur d'ouvrages les problè mes les plus
dé licats.
Enfin, suivant leurs conditions de formation et de dé pô t, les sols peuvent
contenir des matiè res organiques en proportion plus ou moins é levé e.

Fig.1.2 : Origines des sols

On soulignera que les processus mé caniques ou physiques d'é volution des
roches ne permettent pas de ré duire la dimension des grains en dessous de
10 à 20 μm, car les effets mé caniques, dus aux chocs ou au frottement, lié s
à la masse des grains diminuent rapidement avec leur volume. Au-dessous

6
 Chapitre 1. Introduction à la mécanique des

de cette dimension, la fragmentation des grains se poursuit principalement

par alté ration chimique qui entraîne la destruction de certaines des liaisons
chimiques des miné raux. Elle s'accompagne d'une augmentation rapide de la
surface des grains offerte à l'attaque chimique. [2][7][13][14]

1.4 Structure des sols (sols grenus et sols fins)

Le sol est un maté riau constitué de particules. Les dimensions de ces
particules peuvent ê tre uniformes ou varié es allant des cailloux de 10 cm et
s’é tendant jusqu’aux particules fines de moins du micron.
1.4.1 Principales caractéristiques physiques des particules de sol
Les principales caracté ristiques physiques des particules de sol sont
- la dimension
- la forme
- la surface spécifique
Ces caracté ristiques influent sur les proprié té s hydrauliques et mé caniques
du sol.
a- La dimension des particules
La dimension des particules est mesuré e selon un diamè tre appelé diamè tre
é quivalent.
Le diamè tre é quivalent d’une particule est é gal à l’ouverture carré e minimale
du tamis à travers laquelle cette particule peut passer. On s’est servi pour
é tablir le diamè tre é quivalent, des tamis à mailles carré es utilisé e dans
l’analyse granulomé trique par tamisage.
b- La forme des particules
Bien qu’il existe une varié té infinie de formes, on en reconnait
habituellement deux types :
- la forme volumineuse ;
- la forme en feuillet.
 La forme volumineuse : La forme volumineuse caracté rise
gé né ralement les particules de gravier, de sable et de silt. Le diamè tre
é quivalent des particules volumineuses est gé né ralement supé rieur à
0.001mm. La plupart des particules volumineuses sont grossiè rement

7
 Chapitre 1. Introduction à la mécanique des

sphé riques et comportent des arê tes plus ou moins arrondies ou plus ou
moins angulaires. (Fig.1.3)

arrondie sous-arrondie angulaire sous-angulaire

Fig.1.3 : Quelques formes typiques de grains grossiers

 La forme en feuillet : Lorsque le rapport de sa longueur sur son

é paisseur est supé rieur à 10, on considè re qu’une particule a une forme en
feuillet. Cette forme caracté rise spé cialement les particules d’argile.
c- La surface spécifique
Par dé finition, la surface spé cifique (Sp) appelé e aussi « Aire massique »
repré sente la surface totale (As) par unité de masse (M) et on l'exprime
gé né ralement en m²/kg : Sp = surface
m²
masse ( kg )
On peut é ventuellement l'exprimer en surface par unité de volume, soit en
(m²/m3 = m-1) : Sp = surface
mm
volume ou 1
)
2
mm
(mm 3
Le tableau 1.2 pré sente la valeur moyenne de la surface spé cifique des
particules de diffé rents types de sols. [2][7][13][14]

Tab.1.2 : Surface spécifique des particules de différents types de sols.

Diamètre Epaisseur Surface spécifique

Type de sol
équivalent (mm) typique (ηm)* moyenne (m²/kg)

Sable 1à 2 1.5

Sable 0.25 à 0.5 6

Silt 0.002 à 0.05 82.5

8
 Chapitre 1. Introduction à la mécanique des

Argile :
- kaolinite 0.0003 à 0.002 50 à 100 15 000
- illite 0.0001 à 0.002 30 90 000
- montmorillonite 0.0001 à 0.001 3 800 000

*1ηm = 10-6 mm

1.4.2 Les types des sols

On identifie habituellement les diffé rents types de sols selon la dimension de
leurs particules.
En mé canique des sols, la division la plus simple consiste à regrouper les
sols en deux grandes classes :
- les sols à gros grains ;
- les sols à grains fins.
a- Les sols à gros grains : Les cailloux et les blocs, ou enrochements, ont
un diamè tre é quivalent supé rieur à 80mm. Ils se caracté risent par une trè s
grande permé abilité .
Le gravier et le sable sont constitué s de particules de roc dont le diamè tre
é quivalent varie de 0.08mm à 80mm. De façon gé né rale, ils pré sentent une
bonne permé abilité .
b- Les sols à grains fins : Le silt est composé de fines particules de roc
dont le diamè tre é quivalent varie de 0.002mm à 0.08mm, et dont on peut
observer la forme à la loupe ou au microscope optique.
L’argile est constitué e de particules cristallines qui proviennent de la
dé composition chimique des constituants de roc. Ce sont, pour la plupart
des silicates d’aluminium, de magné sium ou de fer dont les atomes sont
disposé s de façon à former des figures gé omé triques trè s ré guliè res. Leur
diamè tre é quivalent varie approximativement de 1ηm à 0.002mm ; il faut
utiliser des techniques plus sophistiqué es (comme le MEB) pour observer ces
particules. [2][7][13][14]
Chaque miné ral argileux est formé par l’empilement de cristaux
microscopiques, (feuillets). Ces feuillets sont eux-mê mes constitué s d’unité s
cristallines que l’on appelle structures fondamentales. Celles-ci se

9
 Chapitre 1. Introduction à la mécanique des

juxtaposent dans un seul plan, et c’est pourquoi les feuillets ont une surface
trè s grande par rapport à l’é paisseur. On é value l’é paisseur des feuillets et
des structures fondamentales à environ 0.5ηm (5 x 10-7mm).
Il existe deux structures fondamentales :
- la structure fondamentale té traé drique
- la structure fondamentale octaé drique

Fig.1.4. : Schéma d’un Feuillet

Fig.1.5 : Schéma d’un Feuillet
tétraédrique
octaédrique
On distingue trois grandes familles de miné raux argileux :
- la kaolinite : Cette argile est le moine dangereuse pour l'ingé nieur ;
- la montmorillonite ; susceptible de gonflement ou de retrait important
suivant les variations de teneur en eau ;
- l’illite :
couche é lé mentaire particule de kaolinite

Fig.1.6 : Représentation schématique de la kaolinite

1
 Chapitre 1. Introduction à la mécanique des

couche é lé mentaire particule de montmorillonite

Fig.1.7 : Représentation schématique de la montmorillonite

couche é lé mentaire particule d’illite

Fig.1.8 : Représentation schématique de l’illite

Dans les argiles, on peut trouver des structures en nid d’abeille et structure
floconneuse qui sont moins ré sistantes (Fig.1.9).

structure en nid d'abeille structure floconneuse

Fig.1.9 : Arrangement de sols à grains fins
Les sols relevant de ce dernier type posent des problè mes redoutables tels
que gonflement et tassement. Les grains d’argile en forme de plaquettes,
peuvent s’arranger de plusieurs façons (Fig.1.10). [2][7][13][14]

arrangement de plaquettes arrangement de groupement de

d'argile plaquettes d'argile

1
 Chapitre 1. Introduction à la mécanique des

Enchevê trement d'amas d'argile

Fig.1.10 : Différents arrangements de plaquettes d'argile.
Lorsque le sol comporte des grosseurs de grains variables (gros ou fine), les
arrangements se diversifient entre agré gats, amas et matrices (Fig.1.6). [2][7]
[13][14].

grains de silt et de sable

matrice de enchevê trement d'amas
particules argileuses d'argile avec inclusions de
silt

plaquettes de silt
matrice partiellement
et grains de sable matrice de particules discernable entre
granulaires particules
Fig.1.11 : Arrangement de particules solides de différentes grosseurs.

c- Les sols organiques:

Ils contiennent un pourcentage é levé de matiè res organiques.
MO < 3% : sol inorganique
3% < MO < 10% : sol faiblement organique
10% < MO < 30% : sol moyennement organique. [2][7][13][14]

1
 Chapitre 2. Identification et classification des

Chapitre 2. Identification et classification des sols

2.1 Caracté ristiques physiques
2.2 Caracté ristiques granulomé triques
2.3 Consistance des sols fins (limites d’Atterberg)
2.4 Classification gé otechnique des sols

2.1 Caractéristiques physiques

2. 1. 1 Modèle élémentaire d’un sol
Un sol é tant composé de grains solides, d’eau et d’air, on peut rassembler
chaque phase en un volume partiel unique de section unit. Les notations
suivantes sont utilisé es (Fig.2.1): [1][4][5][7]
Notations conventionnelles :
W : poids total du soll
Ws : poids des particules solides
Ww: poids de I'eau
V : volume total (apparent)
Vs : volume des particules solides
Vv :volume des vides entre les

Fig.2.1 : Représentation particules

conventionnelle d'un volume de Vw : volume de l'eau

sol (Poids et volumes des Va : volume de I'air

différentes phases) avec les relations:

W = Ws + Ww ; Vv=Vw + Va
V = Vs + Vv = Vs + Vw + Va

On dé finit en outre les poids volumiques qui, avec les poids et volumes,
constituent :
a- Les paramètres dimensionnels (poids volumiques) :
 le poids volumique des particules solides (de la matiè re constituant
les grains solides), noté γs : γs = Ws

Vs ; sable et argile = 26 à 27 kN/m3

 le poids volumique de l'eau, noté γw : γw = Ww

Vw = 9,81 kN/m3

1
 Chapitre 2. Identification et classification des

On prend souvent γw = 10 kN/m3. Ce qui entraîne d'emblé e 2% d'erreur

relative.
 le poids volumique du sol (ou poids volumique apparent ou poids
volumique humide), noté γ. C'est le rapport du poids total (particules solides
et eau) ou volume total du sol.

γ= W
V ; sable = 17 à 20kN/m3, argile = 16 à 22kN/m3
 le poids volumique du sol sec, noté γd :
γd = Ws
V ; sable= 14 à 18k N/m3, argile = 10 à 20 kN/m3
Si le sol est sec : γ = γd.
 le poids volumique du sol saturé, noté γsat : lorsque tous les vides
sont remplis d'eau.
W
γsat = = Ws + γw.Vv
; sable et argile = 19 à 22 kN/m3
V V

 le poids volumique du sol déjaugé, noté γ'

Il est pris en compte lorsque le sol est entiè rement immergé . Il tient compte
de la pré sence de l'eau qui remplit tous les vides et de la poussé e
d'Archimè de :
γ' = γsat – γw ; sable et argile = 9 à 12 kN/m3
On introduit aussi la notion masse volumique, noté e ρi, et plus rarement
celle de densité par rapport à l'eau, noté e Di :
Densité : Di = γi
⇒ densité sè che : Dd = γd
γw γw

b- Les paramètres sans dimensions (paramètres d’état), au nombre de

quatre, indiquent dans quelles proportions sont les diffé rentes phases d'un
sol. Ils sont trè s importants et essentiellement variables. On dé finit:
 la porosité, noté e n, qui permet de connaître l'importance des vides c’est-
à -dire de savoir si le sol est dans un é tat lâ che ou serré . Elle est dé finie comme
é tant le rapport du volume des vides au volume total.

n=
Vv ; sable : n = 0.25 à 0.5, argile : n = 0,20 à 0.80
V

La porosité est toujours infé rieure à 1. Elle peut aussi ê tre exprimé e en pour-
cent.
 l'indice des vides, noté e, dont la signification est analogue à celle de
la porosité . Il est dé fini par la relation :

1
 Chapitre 2. Identification et classification des

Vv
e= Vs ; sable : e = 0.5 à 1, argile : e = 0,3 à 1
L'indice des vides peut ê tre supé rieur à 1 et mê me atteindre la valeur 13 (cas
extrê me des argiles de Mexico).
 La teneur en eau, noté e w, est dé finie par le rapport du poids de l'eau
au poids des particules solides d'un volume donné de sol. Elle s'exprime en
pour-cent. Elle est facilement mesurable en laboratoire.

w=
Ww .100 ; sable: w = 1 à 15%, argile : w = 10 à 20%
Ws

La teneur en eau peut dé passer 100 % et mê me atteindre plusieurs

centaines de pour-cent.
 Le degré de saturation, noté Sr, indique dans quelle proportion les
vides sont remplis par l'eau. Il est dé fini comme le rapport du volume de
l'eau au volume des vides. Il s'exprime en pour-cent.
Sr = Vw
.100 ; Le degré de saturation peut varier de 0% (sol sec) à 100% (sol
Vv

saturé ).
Parmi tous les paramè tres dé finis pré cé demment, les paramè tres sans
dimensions sont les plus importants. Ils caracté risent l'é tat dans lequel se
trouve le sol c'est à dire l'é tat de compacité du squelette ainsi que les
quantité s d'eau et d'air contenues dans le sol.

Densité relative ou indice de densité, noté Id, est dé finie par
l’expression :
emax − e
Id = emax − emin

Où :
emin : est l’indice des vides correspondant à l’é tat le plus compact.
emax : est l’indice des vides correspondant à l’é tat le plus lâ che.
e : est l’indice des vides du sol en place.
L’indication de l’indice de densité permet d’avoir une idé e sur l’é tat de
compacité d’un sol donné : Id = 0 pour l’é tat le plus lâ che (e = emax) et Id =1
pour l’é tat le plus compact (e = emin). [2][7][13][14].
2.1.2 Relations entre les paramètres
Tous les paramè tres pré cé demment dé finis ne sont pas indé pendants. Les
relations les plus importantes existant entre ces diffé rents paramè tres sont
donné es comme suit : [1][2][4][5][7].
1
 Chapitre 2. Identification et classification des

[1] n = Vv [5] e = Vv
[9] w = Ww
V Vs Ws
γw
[2] n = e
[6] e = n [10] w = e. Sr.
1+e 1−n γs
γd γs
[3] n = 1 − [7] e = − 1 [11] w = γ
− 1
γs γd γd
γs− γ γs− γ
[4] n =
sat
[8] e =
sat
[12] w = Sr . γ ( 1 − 1
)
γ s− γw γ sat − γw w γ γs
d
γs
[13] Sr = Vw [14] Sr = . w
[15] Sr = w
(γ constant)
γw e wsat d
Vv

[16] γ = (1 + w)(1 – n). γs [17] γ = 1+w

.γ [18] γ = (1 + w) γd
1+e s

[19] γ = γd + n.Sr.γw γs +e.Sr .γw [21] γ = (1 – n). γs + n.Sr. γw

[20] γ = 1+e
γs
[22] γd = (1 – n) γs [23] γ = [24] γ′ = γsat − γw
d 1+e
γs − γw γs − γw
[25] γ′ = (1 − n)(γs − γw [26] γ′ = [27] γ′ = .γ
1+e γs d

2.2 Caractéristiques granulométriques

2.2.1 La granulométrie (répartition granulométrique des particules)
Pour bien dé crire un sol, il faut donc connaitre sa granulomé trie, c’est-à -dire
la ré partition de ses particules suivant leurs diamè tres é quivalents. Deux
essais de laboratoire permettent d’é tablir la granulomé trie des sols
(Fig.2.2.1) :
- l’analyse granulomé trique par tamisage ;
- l’analyse granulomé trique par sé dimentation.
a- L’analyse granulométrique par tamisage
L’essai consiste à faire passer un é chantillon repré sentatif de sol à travers
des tamis superposé s dont les ouvertures vont en dé croissant du haut vers
le bas. Les particules les plus grosses restent donc emprisonné es sur les
tamis les plus hauts (refus ou retenu), tandis que les particules plus fines se
dirigent vers les tamis inferieurs (tamisat ou passant).
Lorsque les masses retenues sur chaque tamis deviennent constantes, le
tamisage est terminé et tous les refus sont pesé s. La masse de chaque refus
est ensuite comparé e à la masse totale de l’é chantillon, ce qui permet de
calculer les pourcentages de refus cumulatif et de passant.

1
 Chapitre 2. Identification et classification des

Les ré sultats sont porté s sur un graphique semi-logarithmique ou ils

construisent une courbe granulomé trique. [7][12][13][14]
b- L’analyse granulométrique par sédimentation
Afin d’estimer la distribution granulomé trique des particules de silt et
d’argile, on procè de à une analyse granulomé trique par sé dimentation.
La mé thode consiste à mesurer le temps de sé dimentation dans une colonne
d’eau, c’est-à -dire la vitesse de chute des particules. À partir de la loi de
Stokes, on dé termine la taille des grains :

9.8D² (Drs −Drl )

v= 3η 3vη
⇒ D = √9.8 (Drs −Drl )

Où :
D= diamè tre de la sphè re (mm) ;
v = vitesse de chute de la sphè re (cm/min) ;
Drs = densité relative de la sphè re ;
Drl = densité relative du liquide ;
η = viscosité dynamique du liquide (Pa.s). [7][12][13][14]

Fig.2.2: Courbe granulométrique.

2.2.2 L’interprétation des courbes granulométriques
A premiè re vue, une courbe granulomé trique permet d’identifier les types de
sols qui composent l’é chantillon analysé . Si on examinant une courbe
granulomé trique, d’un é chantillon constitué de gravier, de sable, de silt et
d’argile, on trouve les proportions respectives de chaque type de sol
exprimé es en pourcentages. Quand on connait ces proportions, il devient

1
 Chapitre 2. Identification et classification des

possible d’attribuer au sol une appellation de la maniè re indiqué e au tableau

2.1. Ainsi, si le sol est composé de 27% de gravier, à 38% de sable, à 29% de
silt et à 6% d’argile par exemple, il porte le nom de sable silteux graveleux
avec traces d’argile. [7][13][14]
Tab.2.1 : Appellation des sols selon la proportion des types de sols.
Proportion des
Terminologie Exemples
types de sols
Gravier, sable, silt, etc.
> 35% Nom
Graveleux, sableux,
20% à 35% Adjectif
etc.
10% à 20% Un peu
Un peu de silt, de sable, etc.
< 10% Des traces
Avec des traces d’argiles, de silt,
etc.

La granulomé trie d'un sol peut ê tre caracté risé e par le coefficient
d'uniformité (coefficient de Hazen), et le coefficient de courbure:
a- coefficient d'uniformité : permet d’exprimer l’é talement de la courbe
granulomé trique : Cu = D60
D10

Où :

D60 = diamè tre effectif des particules qui correspond à 60% du

passant.
D10 = diamè tre effectif des particules qui correspond à 10% du
passant.
Selon la valeur du coefficient d'uniformité , on reconnait cinq classes de
granulomé trie (Tab.2.2):
Tab.2.2 : Classes de granulométrie de sols.
coefficient d'uniformité classes de granulométrie
Cu ≤ 2 granulomé trie trè s serré e.
2 < Cu ≤ 5 granulomé trie serré e.
5 < Cu ≤ 20 granulomé trie semi-é talé e.
20 < Cu ≤ 200 granulomé trie é talé e.
200 < Cu granulomé trie trè s é talé e.

2
 Chapitre 2. Identification et classification des

b- coefficient de courbure : permet de dé crire la forme de la courbe

granulomé trique : Cc = (D30)²
D10 × D60

Où :
D30 = diamè tre effectif des particules qui correspond à 30% du
passant.
Lorsque certaines conditions sur Cu et Cc sont satisfaites (1 ≤ Cc ≤ 3), le sol
est dit bien gradué c'est à dire que sa granulomé trie est bien é talé e, sans
pré dominance d'une fraction particuliè re.
Quand sa granulomé trie est discontinue (1> Cc > 3), avec pré dominance
d'une fraction particuliè re, il est dit mal gradué .
Les sols bien gradué s constituent des dé pô ts naturellement denses avec une
capacité portante é levé e. Ils peuvent ê tre aisé ment compacté s en remblais et
forment des pentes stables. [7][13][14]

2.3 Consistance des sols fins (limites d’Atterberg)

2.3.1 Définition
La consistance que l’on peut dé finir comme un é tat de fermeté , est lié e aux
forces de cohé sion entre les particules et ne concerne donc que les sols
cohé rents. Elle a une influence sur la ré sistance aux dé formations.
La consistance dé pend principalement de la distance qui sé pare les
particules d’un sol (plus l’indice des vides est é levé , plus la distance est
grande). En effet, les vides é tant remplis d’eau, la mesure de la teneur en
eau permet d’é valuer l’indice des vides et, par consé quent, la distance entre
les particules.
« w↗ ⇒ e↗ ⇒ particules é loigné es ⇒ consistance mole ⇒ sol dé formera
facilement »
2.3.2 Les états de consistance
On distingue quatre é tats de consistance (Fig.2.3):
a- L’état solide : Lorsque le sol est à l’é tat solide, ses particules sont en
contact les unes avec les autres, et les films d’eau adsorbé e sont trè s minces
et se touchent : il n y a pas d’eau libre entre les particules. L’assè chement
du sol ne produit aucun retrait. Le sol manifeste une trè s grande ré sistance

2
 Chapitre 2. Identification et classification des

au cisaillement et, sous l’effet d’une charge, les dé formations sont faibles
avant qu’il ait rupture. En gé nie civil, on parle de sol ayant un comportement
fragile, similaire à celui de la brique.
b- L’état semi-solide : Un sol à l’é tat semi-solide, a une faible teneur en
eau, et les liens de cohé sion entre ses particules sont trè s forts. Les films
d’eau adsorbé e, quoique encore minces, sé parent lé gè rement les particules,
de telle sorte qu’un assè chement du sol causerait un retrait. Il s’ensuit que
les dé formations du sol provoqué es par des charges sont toujours
accompagné es de fissures.
c- L’état plastique : Lorsque le sol est à l’é tat plastique, sa teneur en eau
est plus grande et ses particules sont plus é loigné es les unes des autres. Les
films d’eau adsorbé e sont beaucoup plus é pais, mais ils se touchent encore ;
la cohé sion du sol est plus faible qu’à l’é tat semi-solide. Sous de petites
charges, le sol se dé forme sans fissures. Sa consistance varie de celle du
beurre mou à celle du massif ferme : c’est un sol qu’on peut façonner à la
main.
d- L’état liquide : Lorsque le sol est à l’é tat plastique, sa teneur en eau est
si é levé qu’il n’existe pratiquement plus aucune cohé sion entre les
particules, qui sont entouré es de leur film d’eau adsorbé e et isolé es les unes
des autres par l’eau libre. Le sol peut alors se comporter comme un liquide
visqueux d’une consistance variant de celle de la soupe aux pois à celle du
beurre mou. [1][2][7][13][14]

Fig.2.3 : Etats de consistance

2
 Chapitre 2. Identification et classification des

2.3.3 Les limites d’Atterberg

Les teneurs en eau qui dé limitent les quatre é tats de consistance sont
appelé es limites de consistance ou limites d’Atterberg. Ces limites, qui
s’expriment en pourcentages, sont les suivantes :

La limite de retrait (ws) : est la teneur en eau maximale que le sol
peut avoir sans changer de volume. Cette limite sé pare l’é tat solide de l’é tat
semi-solide.

La limite de plasticité (wp) : on la dé finit comme la teneur en eau
d’un sol qui a perdu sa plasticité et se fissure en se dé formant lorsqu’il est
soumis à de faibles charges. Cette limite sé pare l’é tat plastique de l’é tat semi-
solide. elle varie de 0% à 100%, mais elle demeure gé né ralement infé rieure à
40%.

La limite de liquidité (wl) : est la teneur en eau qui sé pare l’é tat
liquide de l’é tat plastique. Elle peut atteindre 1000% dans le cas de certaines
argiles, mais dans la plupart des cas elle ne dé passe pas 100%.
Les limites de plasticité et de liquidité servent à identifier et à classifier les
sols à grains fins. Quant à la limite de retrait, elle sert à l’é tude de certains
sols dont le volume varie fortement à cause des changements de la teneur en
eau. C’est surtout dans les ré gions arides, où se trouvent des dé pô ts de la
montmorillonite (problè me de retrait-gonflement). [2][7][13][14]
2.3.4 Les indices de plasticité et de liquidité

L’indice de plasticité (Ip), qui s’exprime en pourcentage, correspond
à la diffé rence entre la limite de liquidité et la limite de plasticité :
Ip = wl – wp.
Il permet de dé terminer une zone dans laquelle on considé rera que ce sol est
à l’é tat plastique. (Fig.2.4).

L’indice de liquidité (IL), permet de savoir rapidement si un sol est à
l’é tat liquide, plastique, semi-solide ou solide. Pour é tablir cet indice, on
compare la teneur en eau naturelle (in situ) (w) d’un sol à ses limites de
plasticité et de liquidité :
w−wp w−wp
IL = wl −wp = Ip

2
 Chapitre 2. Identification et classification des


Indice de consistance (Ic), Il s’agit d’un indicateur dé rivé qui
caracté rise l’é tat hydrique d’un sol :
wl −w wl −w
IC = wl −wp = Ip

w : la teneur en eau dans son é tat naturelle et ne comportant pas d’é lé ments
supé rieur à 400 μm. [16]

Fig.2.4 : Limites d’Atterberg indice de liquidité.

2.3.5 L’activité des argiles

L’activité d’une argile (A) est é gale au rapport entre son indice de plasticité et
la fraction d’argile pré sente dans un sol donné : A = Ip
fraction d′argile

La fraction d’argile correspond au pourcentage que pré sente dans le sol le

poids des particules dont le diamè tre é quivalent est infé rieur à 0.002mm.
Les observations dé montrent que l’activité d’une argile est constante et que
chaque type d’argile à une activité qui lui est propre.
2.3.6 Le diagramme de plasticité
En 1932, Casagrande proposa un diagramme de plasticité (Fig.2.5)
permettant d’identifier les sols à grains fins à partir des limites d’Atterberg.
Le diagramme est divisé en deux zones par la ligne A, chaque zone é tant elle-
mê me subdivisé e en trois ré gions, selon la plasticité des sols. [2][7][13][14]

2
 Chapitre 2. Identification et classification des

Fig.2.5 : Diagramme de plasticité (d’après Casagrande 1948).

2.4 Classification géotechnique des sols
2.4.1 Principe des classifications des sols
Les systè mes de classification des sols sont né s du besoin des ingé nieurs
civils de disposer de renseignements suffisamment fiables sur le
comportement des sols pour pouvoir prendre des dé cisions rapides et
efficaces, surtout dans les domaines de construction routiè re et des
infrastructures des pistes d’atterrissage ou des barrages. Les systè mes de
classification des sols ont pour but de ranger les sols en familles pré sentant
les mê mes caracté ristiques gé otechniques ou des caracté ristiques trè s
voisines. Ils permettent de grouper de trè s nombreux é chantillons recueillis
au cours d’une campagne de sondages et d’é tablir des coupes gé otechniques
du terrain.
Ces coupes sont pré cieuses pour l’ingé nieur. Elles viennent complé ter les
donné es de la gé ologie, qui n’entraînent pas celles de la gé otechnique : des
sols de mê me origine gé ologique peuvent avoir des proprié té s gé otechniques
trè s diffé rentes, et ré ciproquement.
Cependant, un systè me de classification ne peut remplacer ni la
reconnaissance gé otechnique sur le site ni les essais de mesure des
proprié té s mé caniques du sol, sur place ou en laboratoire

2
 Chapitre 2. Identification et classification des

Il existe de trè s nombreux systè mes de classification des sols :

— les uns sont basé s sur l’aptitude du sol pour un emploi particulier du
gé nie civil. Ces classifications pré sentent en gé né ral l’inconvé nient de ne
pouvoir ê tre é tendues à d’autres usages que celui pour lequel elles ont é té
é tablies ;
— les autres sont basé s sur certains essais d’identification. Parmi ces
systè mes, plusieurs se ré fè rent uniquement à la granularité du sol
(diagramme triangulaire, par exemple) et diffè rent par les seuils
granulomé triques adopté s. D’autres utilisent simultané ment la granularité et
la plasticité du sol. On dé crira ici l’une de ces classifications, dite «
classification des laboratoires des ponts et chaussé es » ou « classification
LPC », qui n’est autre que la classification USCS (Unified Soil Classification
System), adapté e aux seuils granulomé triques utilisé s en France (1965), puis
la classification LPC modifié e pour mieux dé crire les sols contenant des
matiè res organiques (1974/1980). La classification des sols pour les
terrassements routiers, qui est utilisé e en France pour les é tudes de
terrassements et est souvent utilisé e dans les rapports d’é tudes
gé otechniques de tracé s, sera ensuite pré senté e. [4][6][7][13][14].
2.4.2 Classification triangulaire
Les systè mes de classification triangulaire prennent la forme de triangles
dont les cô té s portent des é chelles repré sentant les proportions de sable, de
silt et d’argile mesuré es sur un é chantillon de sol. (Fig.2.6)
Ces triangles sont divisé s en zones portant une appellation conventionnelle
selon les proportions relatives des types de sols. Seules les é chelles des
proportions d’argile, de sable et de silts (limon) figurent sur le triangle.
Utilisons le diagramme de la figure.2.6 pour classer un sol comportant 41%
d’argile, 42% de sable et 17% de silt, c’est-à -dire un sable argileux avec un
peu de silt. C’est le point sur le diagramme qui correspond à ces proportions,
mais il est situé dans la zone des argiles ; on attribue donc à ce sol
l’appellation d’argile, malgré que sa fraction argileuse ne soit pas la plus
grande. La classification triangulaire reconnait ainsi l’importance de la
matrice argileuse dans le comportement des sols. [2][7][13][14].

2
 Chapitre 2. Identification et classification des

Fig.2.6 : Classification triangulaire des sols fins (contenant moins de

30% d'éléments de diamètre supérieur à 2 mm)
2.4.3 Classification (LPC/USCS) des sols
La classification LPC (1965) utilise les ré sultats d’essais classiques
d’identification des sols :
 des critè res granulomé triques :
— les pourcentages de gravier, sable et particules fines (tamisats à 2
mm et 0,08 mm);
— la forme de la courbe granulomé trique :
• coefficient d’uniformité ou de Hazen Cu,
• coefficient de courbure Cc (ou Cz);
 les caracté ristiques de plasticité wL et IP, et la ligne A d’é quation :
IP = 0,73 (wL – 20) (relation de Cazagrande) ;
 la teneur en matiè res organiques.
La classification peut é galement s’effectuer à partir de l’observation visuelle
du sol et de tests simples de chantier. Mais il faut une grande expé rience
pour appliquer correctement cette mé thode de classification de chantier.
a- Les groupes de sols : Le systè me de classification LPC dé bouche sur 15
sols types, affecté s chacun d’un symbole à deux lettres, prises dans les trois
ensembles suivants :

2
 Chapitre 2. Identification et classification des

Tab.2.3 : Les groupes de sols.

Éléments du sol Granularité du sol Plasticité du sol
G : Grave. Le gravier est la
fraction principale
S : Sable. Le sable est la fraction
principale b : Bien gradué t : Trè s plastique
L : Limon ou limoneux m : Mal gradué p : Peu plastique
A : Argile ou argileux
T : Tourbe
O : Organique. Le sol contient des
matiè res organiques

b- La procédure de classification : La classification LPC globale est dé crite

sur l’Annexe 1. La figure 2.7 donne la classification des sols fins et le tableau
2.4 la classification des sols grenus.

Fig. 2.7 :
Classification
LPC des sols
fins en
laboratoire.
Diagramme de
plasticité

2
 Chapitre 2. Identification et classification des

Tab.2.4 : Classification des sols grenus (plus de 50 % d’éléments > 0,08

mm)
Symbole
Définitions LPC Conditions Appellations
(USCS)
Cu = D60/D10 > 4 et Grave
Gb
moins de 1< Cc = (D30)²/D10D60 propre bien
(GW)
5% <3 graduée
Plus de
d’éléments Une des conditions Grave
50% des Gm
< 0,08 mm de Gb n’est pas propre mal
éléments > (GP)
satisfaite graduée
Graves

0,08 mm
Limites d’Atterberg
ont un GL Grave
plus de au-dessous de la
diamètre > (GM) limoneuse
12% ligne A
2mm
d’éléments Limites d’Atterberg
GA Grave
< 0,08 mm au-dessus de la ligne
(GC) Argileuse
A
Cu = D60/D10 > 6 et Sable
Sb
moins de 1< Cc = (D30)²/D10D60 propre bien
(SW)
5% <3 gradué
Plus de
d’éléments Une des conditions Sable
50% des Sm
< 0,08 mm de Sb n’est pas propre mal
éléments > (SP)
satisfaite gradué
Sable

0,08 mm
Limites d’Atterberg
ont un SL Sable
plus de au-dessous de la
diamètre < (SM) limoneux
12% ligne A
2mm
d’éléments Limites d’Atterberg
SA Grave
< 0,08 mm au-dessus de la ligne
(SC) Argileux
A
Lorsque la teneur en particules fines (< 0,08 mm) est comprise entre 5% et
12% on utilise un double symbole. Par exemple : Sb-SL

2
 Chapitre 2. Identification et classification des

2.4.4 Classification LPC modifiée

Les modifications apporté es à la classification LPC/USCS portent
exclusivement sur la description des sols organiques (teneur en matiè res
organiques supé rieure à 3 %). Seuls les sols comportant moins de 10 % de
matiè res organiques continuent d’ê tre classé s comme les sols fins. Pour les
teneurs en matiè res organiques plus fortes, l’accent est mis sur le degré de
dé composition (d’humification) des fibres organiques, é valué au moyen du
test de von Post. La classification dé bouche sur vingt-deux types de sols, qui
sont :
o des sols grenus : Gb, Gm, GA, GL, Sb, Sm, SA, SL
o des sols fins : At, Ap, Lt, Lp
o des sols faiblement organiques : fO-At, fO-Ap, fO-Lt, fO-Lp
o des sols moyennement organiques : mO-a, mO-sf, mO-f
o des sols trè s organiques : tO-a, tO-sf, tO-f.
Les symboles des sols grenus et des sols fins sont les mê mes que dans la
classification LPC/USCS. Pour les sols organiques, les symboles : a, sf et f
signifient « à matiè re organique amorphe », « à matiè re organique semi-
fibreuse » et « à matiè re organique fibreuse ». L’Annexe 2 pré sente le sché ma
gé né ral de la classification des sols LPC modifié e (1974/1980), et dé taille les
modifications apporté es par rapport à la classification LPC/USCS. [2][6][7][9]
[13].

2.4.5 la classification GTR

Cette classification est la seule pré sentant un ré el inté rê t pratique et utilisé e
dans les travaux de terrassement. Son utilisation est dé taillé e dans le Guide
technique pour la ré alisation des remblais et des couches de forme ; C’est
pour cette raison qu’elle est dé signé e par classification GTR.
Cette classification, dé finit des classes de sols corré lé es avec l’aptitude au
compactage des maté riaux en fonction des conditions de chantiers et leur
comportement mé canique ulté rieur. Elle tient compte des mê mes
caracté ristiques de base que la classification LPC/USCS, mais elle est
beaucoup plus pré cise pour les particules argileuses, qui ont une grande

3
 Chapitre 2. Identification et classification des

influence sur la conduite des terrassements, et tient compte de l’alté rabilité

des maté riaux au cours du temps.
a. Classification des sols selon la nomenclature GTR (norme NF P 11
300)
On distingue 3 familles :
 les SOLS de classe : A, B, C et D
 les MATÉRIAUX ROCHEUX de classe : R
 les SOLS ORGANIQUES et SOUS PRODUITS INDUSTRIELS de
classe : F
Les 4 classes de sols (famille 1) :
 Classe A : sols fins
 Classe B : sols sableux et graveleux avec fines
 Classe C : sols comportant des fines et des gros é lé ments
 Classe D : sols insensibles à l'eau
b. Identification des sols (famille 1)
Les paramè tres retenus pour l'identification des sols sont :
 les paramètres de nature, dont les caractéristiques sont :
 granularité
 argilosité
 les paramètres de comportement mécanique, dont les
caractéristiques sont :
 ré sistance à la fragmentation
 ré sistance à l'usure
 friabilité
 les paramètres d'état hydrique :
 é tat hydrique
Chaque caractéristique sera déterminée à l'aide des essais de laboratoire...
Les principes gé né raux de cette classification sont pré senté s sur la figure
2.8.
La classification dé taillé e est dé crite dans un guide technique du LCPC et du
SETRA et dans la norme NF P 11-300. [3][6][7][13].

3
 Chapitre 2. Identification et classification des

Fig.2.8 : Structure générale de la classification GTR pour les terrassements

routiers
On retrouve l’utilisation de ce classement dans de nombreuses applications
comme le montre le tableau 2.5 ci-aprè s : [3][6][7][13].

Tab. 2.5 : Temps unitaire moyen pour des terrassements faits

manuellement (équipe de 2 manœuvres)
Temps unitaire
Classe Nature des matériaux
(h/m3)
Argiles, limons, sables argileux (ou encore
A 1,55 h/m3
terre vé gé tale)

B Sables et graves sableuses 2,20 h/m3

Sol meuble consolidé ou argiles

C et marnes en mottes (ex.: sol 3,10 h/m3
laté ritique)

Sols rocheux dé foncé s au rippeur, roche

D - Sans objet -
alté ré e

R Maté riaux rocheux de carriè res 5,00 h/m3

3
 Chapitre 3. Compactage des

Chapitre 3. Compactage des sols

3.1 Thé orie de compactage
3.2 Essais de compactage en laboratoire (essais Proctor et CBR)
3.3 Maté riel et procé dé s spé ciaux de compactage in-situ
3.4 Prescriptions et contrô le du compactage

3.1 Théorie du compactage

3.1.1 Introduction
Le sol en place est probablement trè s compressible, trè s permé able et de
faible consistance. Dans le cas où le choix d’un autre site pour l’ouvrage est
impossible, la solution possible reste la stabilisation du sol : c.à .d,
l’amé lioration des proprié té s du sol en question. Ceci peut se faire par
plusieurs mé thodes :
a- Procédé chimique : Par malaxage ou injection de produits chimiques
dans le sol tels que ciment Portland, Chaux, Asphalte, Chlorure de Calcium
ou de Sodium, ré sidus de pâ tes et papiers.
b- Traitement thermique : Par chauffage du sol.
c- Procédé électrique : En appliquant un courant é lectrique au sol.
d- Procédé mécanique : Se ré sume principalement au compactage et
densification.
e- Autres procédés : Par rabattement de nappe pour ré duire les pressions
interstitielles, ou pré charge et chargement temporaire pour ré duire les
tassements.
Les procé dé s et le maté riel de compactage constituent un thè me descriptif
favorisant des travaux bibliographiques trè s utiles pour l'é tudiant. Pour cette
raison, beaucoup de dé tailles dans ce chapitre n'ont pas é té s exposé s
laissant cette possibilité à l'é tudiant à travers des recherches dirigé es. [2][3]
[6][7][13][14].
3.1.2 Définitions
Le compactage est l’ensemble des opé rations mé caniques (apport d’é nergie
mé canique), qui conduisent à accroître la densité d’un sol. En faisant, la

3
 Chapitre 3. Compactage des

texture du sol est resserré e ce qui ré duit les dé formations et tassements et

augmente la compacité du sol et amé liore sa capacité portante. Les ouvrages
couramment concerné s par le compactage sont les remblais routiers, les
barrages en terre et les aé rodromes. La densification mé canique du sol peut
entraîner :

Modification de la granulomé trie.

Modification de la teneur en eau.

Ré duction ou é limination des risques de tassement.

Augmentation de la ré sistance du sol et la stabilité du talus.

Amé lioration de la capacité portante.

Limitation des variations de volume causé es par gel, gonflement et
retrait.
3.1.3 Théorie du compactage (théorie de Proctor)
Proctor a montré que le compactage est fonction de quatre paramè tres : la
masse volumique du sol sec, la teneur en eau, l’é nergie de compactage et le
type de sol (granulomé trie, miné ralogie,…).
Lorsque la teneur en eau est élevée, l’eau absorbe une importante partie
de l’é nergie de compactage sans aucun profit, par contre lorsque la teneur
en eau est faible, l’eau a un rô le lubrifiant important, et la densité sèche
augmente avec la teneur en eau (Fig. 3.1).
Les courbes de compactage varient avec la nature du sol (Fig. 3.2). Elles
sont trè s aplaties pour les sables, qui leur compactage est donc peu
influencé par la teneur en eau. Les maté riaux de ce genre constituent les
meilleurs remblais.
Lorsque l’énergie de compactage augmente, le poids volumique optimal
s’accroît et la teneur en eau optimale diminue (Fig. 3.3).
Les courbes de compactage admettent pour enveloppe une courbe appelé e
courbe de saturation, qui correspond à l’é tat saturé du sol (Fig.3.4). [2][3][6]
[7][13][14].
L’é quation de cette courbe est : 𝛾𝑑 = 𝛾𝑠

𝛾𝑤 𝛾𝑠 .𝑤+ 𝛾𝑤

3
 Chapitre 3. Compactage des

Fig. 3.1 : Courbe de compactage Fig. 3.2 : Influence du type de sol

Fig. 3.3 : Influence de l’énergie de

compactage
Fig. 3.4 : Courbe de saturation

3.1.4 Les effets du compactage sur certaines propriétés des sols

Le compactage augmente la stabilité des sols et leur capacité à porter des
charges, mais modifie en mê me temps certaines de leurs proprié té s. Les plus
touché es sont la structure des sols, la permé abilité , le gonflement et le
retrait, la compressibilité , ainsi que la ré sistance au cisaillement.
a- La structure des sols : On le sait, le compactage ré duit l’indice des vides.
Il densifie donc, par le fait mê me, la structure à grains uniques des sols

3
 Chapitre 3. Compactage des

pulvé rulents. Dans les sols cohé rents, il entraine plutô t une ré organisation
des particules d’argile, qui tendent à devenir parallè les et à adopter une
structure dispersé e.
b- La perméabilité : Le compactage diminuant la quantité des vides dans le
sol, une moins grande quantité d’eau peut y circuler. Si on augmente
l’é nergie de compactage, la quantité des vides diminue davantage, de mê me

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 Chapitre 3. Compactage des

que la permé abilité . Dans les sols argileux, la permé abilité la plus faible
s’obtient lorsque la teneur en eau est é gale ou supé rieure à la teneur en eau
optimale pendant le compactage. La diminution de la permé abilité constitue
un inconvé nient dans le cas des sols pulvé rulents utilisé s comme maté riaux
de fondation dont on doit é liminer l’eau rapidement.
c- Le gonflement et le retrait : En ré duisant ainsi l’indice des vides et la
permé abilité des sols, on diminue à la fois la quantité d’eau qu’ils peuvent
contenir et celle qu’ils sont susceptibles de recevoir. Ce faisant, on limite les
variations volumes causé es, entre autres, par le gonflement et le retrait. A
noter, cependant : l’argile compacté e alors que sa teneur en eau est
supé rieure à la teneur en eau optimale sera davantage sujette au retrait,
tandis que celle qui est compacté e alors que sa teneur en eau est infé rieure à
la teneur en eau optimale sera plus sujette au gonflement.
d- La compressibilité : Plus le volume occupé par les vides dans un sol est
é levé , plus la compressibilité de ce sol est grande et plus les tassements
peuvent y ê tre importants. Ainsi, en ré duisant les vides d’un sol par
compactage, on le rend moins compressible, et les risques de tassement
s’atté nuent.
e- La résistance au cisaillement : Dans les sols pulvé rulents, plus les
particules sont resserré es les unes contre les autres par le compactage, plus
le frottement et l’enchevê trement deviennent importants et plus la ré sistance
au cisaillement augmente. Dans les sols cohé rents, les forces de cohé sion
constituent le facteur principal de la ré sistance au cisaillement. Or, plus la
distance entre les particules est faible, plus les forces de cohé sion sont
é levé es. En ré duisant la distance qui sé pare les particules, le compactage
augmente donc la ré sistance au cisaillement.
De façon gé né rale, la ré sistance au cisaillement des sols argileux est plus
importante quand la teneur en eau est infé rieure à la teneur en eau optimale
pendant le compactage.
Puisqu’on augmente la ré sistance au cisaillement d’un sol en le compactant,
on y augmente é galement l’angle de frottement interne. Or, la capacité
portante des sols est directement proportionnelle à l’angle de frottement
interne. [13].

4
 Chapitre 3. Compactage des

3.2 Essais de compactage en laboratoire (Essais Proctor et

CBR)
3.2.1 But de l’essai
L’essai Proctor a pour but de dé terminer la teneur en eau optimale (wopt)
pour un sol de remblai donné et des conditions de compactage fixé es, qui
conduit au meilleur compactage possible ou encore capacité portante
maximale.
L’essai consiste à compacter dans un moule normalisé , à l’aide d’une dame
normalisé e, selon un processus bien dé fini, l’é chantillon de sol à é tudier et à
mesurer sa teneur en eau et son poids spé cifique sec aprè s compactage (Fig.
3.5).
L’essai est ré pé té plusieurs fois de suite sur des é chantillons porté s à
diffé rentes teneurs en eau.
On dé finit ainsi plusieurs points d’une courbe (w ; γd) ; on trace cette courbe
qui pré sente un maximum dont l’abscisse est la teneur en eau optimale (w opt)
et l’ordonné e la densité sè che optimale (γdopt) (Fig.3.1). [2][3][6][7][13][14].
3.2.2 Types de moules
On utilise pour ces essais deux types de moules de dimensions diffé rentes :
Le moule Proctor (Φmoule = 101,6 mm /Hsol = 117
mm) lorsque le maté riau est suffisamment fin (pas
d’é lé ments supé rieurs à 5mm ; Φ ≤ 5 mm),
Le moule CBR (California Bearing Ratio) pour des
maté riaux de dimensions supé rieures à 5mm et
infé rieures à 20mm (Φmoule = 152 mm /Hsol = 152
mm).
Avec chacun de ces moules, on peut effectuer
(é nergie normalisé e de compactage choisie)
respectivement l’essai Proctor normal (pour
Travaux de compactage en bâ timent et/ou de Fig.3.5 : Essai Proctor
barrage) et l’essai Proctor modifié (pour Travaux de
compactage routier essentiellement).
Le tableau ci-dessous pré cise les conditions de chaque essai.

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 Chapitre 3. Compactage des

Tab.3.1 : Conditions des essais Proctor normal et Modifié

Masse de Hauteur Nombre de Nombre Energie de
Essai
la dame de coups par de compactage
Proctor
(Kg) chute (cm) couche couches Kj/dm3
25 (moule
3 0,59
Proctor)
Normal 2,490 30,50
55 (moule
3 0,53
CBR)
25 (moule
5 2,71
Proctor)
Modifié 4,540 45,70
55 (moule
5 2,41
CBR)

3.3 Matériel et procédés spéciaux de compactage in-situ

3.3.1 Procédés courants de compactage
Dans les procé dé s courants de compactage, on utilise :
a- Vibration : Pour les sols pulvé rulents et granulaires, le compactage
efficace se fait par vibration en utilisant : plaque vibrante manuelle, rouleau
vibrant autopropulsé , rouleau à pneus et grosse masse en chute libre.
b- Pilons à air comprimé : Pour le compactage des couches de faibles
é paisseurs :
 Dames à explosion (grenouille) pour les terrains cohé rents ou non de
faible surface.
 Pilons de 2 à 3 tonnes monté s sur grue roulante, est utilisé pour tous
les terrains mais ne sont inté ressants que pour les faibles surfaces.
c- Rouleaux lisses : sont utilisé s pour les terrains cohé rents non
argileux.
d- Rouleaux à pneus : pour le compactage des terrains non cohé rents.
e- Rouleaux à pieds de mouton : pour les terrains cohé rents. En
particulier il est indispensable pour les terrains argileux.
f- Engins vibrant (rouleaux, sabots,…) : pour les sols à gros
grains (sables et graviers). [2][3][6][7][13][14].

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 Chapitre 3. Compactage des

3.3.2 Procédés spéciaux de compactage

Dans le cas de couches à grandes é paisseurs, on utilise des procé dé s de
compactage dynamique tels que :
a- Compactage par explosifs

Explosifs ponctuels : pour les sols pulvé rulents le compactage se fait
par cré ation d’une onde de choc de compression.

Explosifs linéaires : pour les sols cohé rents le compactage se fait par
mise en place de pieux sableux.
b- Compactage par vibroflottation
Le procé dé consiste à la gé né ration de contraintes et dé formations alterné es
d’ou ré arrangement des grains.

Tubes en vibration : se pratique pour les maté riaux trè s permé ables.

Colonnes ballastées : les colonnes sont formé es de maté riaux
pulvé rulents compacté s. Elles sont pratiqué es dans les sols cohé rents.
c- Consolidation dynamique
Elle est valable pour tout type de sol. Il s’agit de transmettre des chocs de
forte é nergie à la surface du sol à traiter (chute libre d’une masse de 10 à 30
tonnes exceptionnellement 140 tonnes d’une hauteur de 15 à 30 m). La
profondeur d’influence est dé finie par Lé onard et coll. (1980) grâ ce à
l’expression :

D = ½ √w. h [m]
Où w est la masse tombante exprimé e en tonne, h est la hauteur de chute en
mè tre. [2][3][6][12][13][14].

3.4 Prescriptions et contrôle du compactage

Malgré l’extrê me diversité des engins de compactage, il est possible de
dé gager un certain nombre de facteurs intervenant principalement sur
l’efficacité d’un engin sur un sol donné .
Nous trouverons bien sû r des facteurs propres au terrain compacté (nature,
teneur en eau,...) mais aussi des facteurs caracté risant l’engin et la sé quence
de compactage (nombre de passes, vitesse, pression de contact, fré quence et
intensité de vibration...)

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 Chapitre 3. Compactage des

Quels que soient les engins utilisés le compactage sur chantier devra
s’effectuer par couche de faible épaisseur 20 à 30cm (Travaux de
route) ou encore 10 à15 cm (Travaux de bâtiment). [2][3][6][12][13][14].

Fig. 3.6 : Domaine d’emploi des principaux engins de compactage (Tx

routier)
3.4.1. Notion de planche d’essai
Une grande partie des difficulté s des projets de terrassement vient du fait
que la mise en place d’un sol (remblai par exemple) dé pend souvent des
conditions atmosphé riques au moment des travaux.
La planche d’essai permet avant l’ouverture d’un chantier de terrassement,
de fixer les paramè tres de compactage lié à l’engin utilisé , au sol considé ré
au moment des travaux (teneur en eau, vitesse des engins, nombre de passe,
…), et ce, en vue d’obtenir la compacité à atteindre (compacité prescrite).
3.4.2. Influence de la vitesse de l’engin
Pour un engin donné et des exigences de qualité fixé es, il existe une vitesse
optimale, fonction de l’é paisseur de la couche et de la nature du maté riau
permettant d’obtenir une compacité maximale. Plus les exigences de qualité
sont sé vè res, plus la vitesse de translation optimale a une valeur ré duite.

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 Chapitre 3. Compactage des

Il est recommandé de limiter la vitesse de la plus part des compacteurs à

8km/h. Dans le cas des compacteurs vibrants, la vitesse optimale se situe
autour de 5km/h pour que les vibrations puissent agir efficacement sur
toute l’é paisseur de la couche.
3.4.3. Influence du nombre de passes
Pour un engin donné et des paramè tres de qualité fixé s, il existe un nombre
de passes optimales fonction de la vitesse de l’engin, de l’é paisseur de la
couche et de la nature du maté riau permettant d’obtenir une compacité
maximale. Plus les exigences de qualité sont sé vè res, plus le nombre de
passe optimale est é levé .
De façon gé né rale il faut 3 à 8 passes pour compacter une couche de sol de
30 cm d’é paisseur, mais ce nombre peut facilement atteindre 12 en fonction
du type de sol, de la teneur en eau et de la masse du compacteur. Si la
compacité voulue n’est pas atteinte aprè s 12 passes dans les conditions
optimales d’humidité , on conclut que les opé rations de compactage n’ont pas
atteint leur but et que le compacteur utilisé n’est probablement pas adé quat.
En pratique la teneur en eau fixé e à la valeur optimale de l’essai Proctor est
obtenue par é talonnage de la citerne à eau. Pour chaque vitesse de l’engin
considé ré on dé termine le nombre de passes permettant d’obtenir les
spé cifications prescrites. On peut ainsi repré senter la courbe (Vitesse de
l’engin, Nombre de passes) et dé terminer son optimum qui donne les
paramè tres lié s à l’engin.
3.4.4. Degré de compacité (efficacité d’un compactage par rapport à ce
qui est prescrit)
En comparant le poids volumique du sol sec sur le chantier (γ dchantier) avec le
poids volumique sec maximal (optimum Proctor γ dopt) on é tablit le degré de
compacité Dc ou pourcentage de compactage à l’aide de l’é quation : Dc =
𝗒𝐝𝐜𝐡𝐚𝐧𝐭𝐢𝐞𝐫
𝗒𝐝𝐨𝐩𝐭

Le degré de compacité est l’un des critè res sur lesquels on s’appuie pour
accepter ou refuser un compactage. Ce degré qui s’exprime en pourcentage,
tend vers 100% lorsque la valeur de (γ dchantier) tend vers celle de (γdopt). En
gé né ral le cahier des charges impose Dc ≥ 95% (voir 98 %).

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 Chapitre 3. Compactage des

Plus Dc est é levé , plus la compacité du sol est grande et plus le compactage
a é té efficace. [2][3][6][12][13][14].
3.4.5. Densitomètre à membrane
But : Mesurer les masses ou poids
volumiques apparents des sols
(humide γ, ou sec γd) en place avant
foisonnement, ou encore aprè s
tassement ou compactage.
[2][3][6][12] Fig. 3.7 : Densitomètre
à membrane.
L’essai consiste à creuser une cavité , à recueillir et peser la totalité du
maté riau extrait, puis à mesurer le volume de la cavité à l’aide d’un
densitomè tre à membrane. L’appareil est doté d’un piston qui, sous l’action
de l’opé rateur, refoule un volume d’eau dans une membrane souple é tanche
qui é pouse la forme de la cavité . Une tige gradué e permet de lire directement
le volume (fig. 3.7). [6][10][12].

4
 Annex

Annexe1 – Classification LPC/USCS des sols en laboratoire [15]

5
 Annex

Annexe 2 – Classification des sols LPC modifiée (1974/1980) [15]