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    Les Sols, Structures, identification et classification

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    Les Sols :

    Structure, Identification et
    classification

    A N N É E U N I V E R S I TA I R E 2 0 2 3 / 2 0 2 4 MME . MARIAME BOUCHAQOUR


    Eléments constitutifs d’un sol
    Une roche est une formation géologique
    dont les éléments sont fortement soudés
    entre eux.

    Un sol est une formation géologique


    dont les éléments ont des liaisons nulles
    (sable, gravier) ou faibles (limon,
    argile) entre eux.

    Un sol est composé de trois phases:


    • La phase solide
    • La phase liquide
    • La phase gazeuse
    Eléments constitutifs d’un sol

    • La phase solide :
    Lorsque le sol résulte de la désagrégation mécanique d’une roche, les grains du sol sont constitués de
    mêmes minéraux que la roche mère
    Lorsque le sol résulte d’un processus chimique qui s’est superposé à une désagrégation mécanique, les
    particules du sol n’ont plus la même structure cristalline que la roche mère

    • La phase gazeuse:
    L’élément gazeux joue un rôle très important en pratique, en particulier dans le compactage des sols.
    Eléments constitutifs d’un sol
    La phase liquide

    L’eau libre L’eau capillaire L’eau absorbé


    Eléments constitutifs d’un sol
    L’eau libre:
    Qui peut circuler entre les grains. Elle s’évapore
    complètement lorsque le sol est porté à une
    température légèrement supérieure à 100 C°. C’est
    l’eau libre qui constitue les nappes phréatiques.

    L’eau capillaire:
    Ce type de l’eau est retenu sous forme de ménisque au
    voisinage des points de contact entre les grains par des forces
    capillaires, créant entre ces derniers des forces d’attraction, et
    disparaît dans les mêmes conditions de température que
    l’eau libre.
    Eléments constitutifs d’un sol
    L’eau absorbée:

    Que l’on rencontre dans les sols très fins (diamètre


    moyen < 2μm). Due au problème d’absorption de
    l’eau par la phase solide, Elle n’est pas mobile,
    présente une importante viscosité qui lui confère
    des propriétés intermédiaires entre celles d’un
    solide et celles d’un liquide. Elle ne peut être
    évacuée qu’à température élevée (vers 300° C).
    Paramètres de définition des sols
    Modèle élémentaire d’un sol

    Vv= Vw+ Va ; Vv est nommé le volume des vides


    W= Ww+Ws ;
    V= Vv+ Vs;
    Paramètres de définition des sols
    Le poids volumique:

    Le poids volumique total:

    Pour les sables et les argiles, le poids volumique des grains


    Le poids volumique des grains solides:
    solides est toujours compris entre 26 et 27 KN/m3. (Sauf
    pour les sols organiques)

    Le poids volumique sec :

    Le poids volumique de l’eau :

    γd : Poids volumique sec ( le d pour la désignation ‘ dry’ en anglais)


    Paramètres de définition des sols
    Le poids volumique:

    Le poids volumique du sol saturé:

    Le poids volumique déjaugé:

    La gravité spécifique:

    La densité: Di= Ƴi/Ƴw


    Paramètres de l’état
    Ils indiquent dans quelles proportions existent les différentes phases d’un sol.
    On définit :

    La teneur en eau :

    L’indice des vides:

    Le degré de saturation:

    La porosité:

    ‐ La teneur en eau peut dépasser les 100%; En général, elle est comprise entre 1 et 15% pour les sables et 10
    à 20 % pour les argiles.
    ‐ L’indice des vides peut être supérieur à 1 ( Exemple des argiles de mexico où e= 13)
    ‐ Le degré de saturation est compris entre 0 et 100%. La valeur Sr= 0 indique que le sol est sec, la valeur Sr=
    100% indique que le sol est saturé.
    ‐ La porosité permet de savoir l’importance des vides. Elle permet de savoir si le sol est lâche ou serré.
    Paramètres de l’état
    Tous ces paramètres ne sont pas indépendants. Ils sont reliés par des relations que l’on peut
    retrouver à l’aide du modèle élémentaire.

    Exemple de formules :
    Exercices
    Exercice N° 1:
    Les échantillons provenant d’un sondage carotté dans la région de la Soukra ( Nord de la Tunisie), nous ont
    fournis les résultats suivants :

    γ = 19.1kN/m3 ; ω = 33.56% ; γs=26.8KN/m3 ;

    Question: Déterminer le poids volumique sec, l’indice des vides et le degré de saturation du sol.
    Exercice N° 2:
    Des essais de laboratoire ont été effectués sur des échantillons de sol prélevés dans la région de Bizerte (Nord de la
    Tunisie). Les paramètres mesurés pour un échantillon non saturé sont les suivants :
    •Masse volumique totale, γ: 18.5 kN/m³
    •Teneur en eau, ω: 27.45%
    •Masse volumique des particules solides, γs: 27 kN/m³
    Questions :
    1.Calculez le poids volumique sec du sol.
    2.Déterminez l'indice des vides de l'échantillon de sol.
    3.Estimez le degré de saturation du sol, sachant que la masse volumique de l'eau γw est de 10 kN/m³.
    IDENTIFICATION DES SOLS
    IDENTIFICATION DES SOLS

    Pour caractériser un sol, il faut déterminer ses paramètres de nature et ses paramètres d’état.

    ‐ Les paramètres de nature: Ce sont les paramètres intrinsèques du sol. Ils ne varient pas au cours du
    temps. On détermine le poids volumique des grains solides, la granularité, l’argilosité, les limites
    d’Atterberg, la teneur en matières organiques, etc.

    ‐ Les paramètres d’état sont en fonction de l’état du sol et caractérisent son état suite à un changement
    donné. On détermine la teneur en eau, l’indice des vides, la porosité, l’Equivalent de sable, etc.

    L’ensemble de ces paramètres se résulte de plusieurs essais géotechniques de laboratoire.


    Le poids volumique des particules solides Ƴs :

    Sa détermination se fait à l’aide d’un pycnomètre.


    Une masse de sol sec ms est introduite dans un pycnomètre
    contenant de l’eau distillée. Après avoir éliminé toutes les bulles
    d’air, on mesure le volume d’eau déplacé par les grains solides vs.
    N.B: Pour les sols (à part les sols organiques) :
    26 kN/m3 S 27 kN/m3
    Le poids volumique des particules solides Ƴs :
    Les essais granulométriques:

    Ils permettent d’obtenir la répartition en pourcentage des grains solides selon leurs
    dimensions. Deux types d’essais sont envisageables selon le sol à tester :

    ‐ Par tamisage (par voie humide ou sèche) pour les éléments de diamètre 80mm.

    ‐ Par sédimentométrie pour les éléments de diamètre 80mm.

    Les résultats sont traduits sous forme d’une courbe granulométrique, tracée dans des
    axes semi‐logarithmiques.
    La courbe granulométrique:
    La courbe granulométrique:

    A partir de la courbe granulométrique, on détermine deux paramètres:


    1‐ Le coefficient d’uniformité de Hazen:

    2‐ Le coefficient de courbure:
    Les essais effectués sur les sols pulvérulents:
    1‐ L’équivalent de sable:

    Cet essai a pour but de caractériser le degré de propreté du sable ainsi que son type.
    D’une autre manière, il permet d’identifier le poussière fine nuisible dans un matériau.

    ES= (H2/H1)×100
    Les essais effectués sur les sols pulvérulents:
    1‐ L’équivalent de sable:
    Les essais effectués sur les sols pulvérulents:
    1‐ La densité relative:
    Elle permet de caractériser la compacité d’un sol grenu et son aptitude à supporter des charges

    Avec:
    ‐ e : indice des vides du sol en place.
    ‐ emax : indice des vides du sol à l’état le plus lâche.
    ‐emin : indice des vides du sol à l’état le plus dense.
    Les essais effectués sur les sols pulvérulents:
    1‐ La densité relative:
    Les essais effectués sur les sols fins:
    1‐ Les limites d’Atterberg:
    But: ‐Caractériser l’argilosité d’un sol
    ‐ Déterminer les teneurs en eau

    ws, wl et wp sont les limites d’Atterberg déterminées en laboratoire sur la fraction du sol
    passant au tamis 0.40mm
    Les essais effectués sur les sols fins:
    1‐ Les limites d’Atterberg:
    A partir de ces paramètres, on peut déterminer:
    a‐ L’indice de plasticité
    Les essais effectués sur les sols fins:
    1‐ Les limites d’Atterberg:
    A partir de ces paramètres, on peut déterminer:
    b‐ L’indice de consistance Ic:
    Les essais effectués sur les sols fins:
    1‐ Les limites d’Atterberg:
    A partir de ces paramètres, on peut déterminer:
    c‐ L’indice de liquidité IL:
    Les essais effectués sur les sols fins:
    2 ‐ Valeur du bleu de méthylène : « VBS »
    Elle représente la quantité de bleu pouvant être adsorbée sur les surfaces internes et
    externes des particules du sol. La valeur VBS s’exprime en masse de bleu pour 100g de sol.
    But : Déterminer la propreté d’un sol et les argiles qu’il contient.
    Les essais effectués sur les sols fins:
    3‐Teneur en carbonate : % de CaCo3
    L’essai est réalisé au calcimètre Dietrich‐Fruhling afin de déterminer la teneur pondérale en
    carbonates d’un sol qui est le rapport entre la masse de carbonate contenue dans le sol à sa
    masse sèche totale.
    La détermination se fait par décomposition du carbonate de calcium CaCo3 contenu dans le sol par
    l’acide chlorhydrique.
    Les essais effectués sur les sols fins:
    4‐ Teneur en matière organique: % MO
    C’est le quotient de la masse de matières organiques contenues dans un échantillon de sol par la masse totale des
    particules solides minérales et organiques. Sa détermination se fait par calcination ( la matière organique brûle à
    partir de 550°C , donnant du dioxyde du carbone (CO2) ou du graphite ( C)).
    CLASSIFICATION DES SOLS
    Elle consiste à regrouper les sols qui ont une nature, un état et un comportement similaires
    par rapport à une application géotechnique particulière (routes, fondations, etc..)

    En première approximation, on peut adopter, lorsque les dimensions des grains sont peu
    différentes, la classification suivante selon le diamètre moyen des grains
    Pour les sols non organiques, on distingue:
    - Les sols grenus (plus de 50% des éléments solides ont un 80mm)
    ‐ Les sols fins (plus de 50% des éléments solides ont un 80mm).

    a) Les sols grenus


    On adopte la classification des laboratoires des ponts et chaussées (LPC).

    b) Les sols fins :


    On utilise le diagramme de Casagrande
    La classification des laboratoires des ponts et chaussées (LPC).

    <
    La classification des sols fins – Diagramme de plasticité:
    Exercice :
    Des essais d’identification ont été effectués sur 4 échantillons de sols différents. Les résultats sont
    comme suit:

    ‐Classifier ces sols.

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