NTO LEEAA CENTRALE Jécanique des ‘Ouvrage réalisé sous la responsabilité du cégep de Chicoutimi, en collaboration avec le cégep de Baie-ComeauDonnées do eatalogage avant publication (Canada) Robitate, Vincent Mécaniqne des sls: théorte et priqee ‘Comprend des re biog et. nde. Penutics Shaan ha ea coe san 2-80119-6596 1, Sot, Mécanique der, 9 Sele Phyigue, 9. Sele Mums. 4 resee pédologiquts 5 Céotechsique. he Tvembiay. Dente i. Tie 1a710.262 1967 east ‘e97-98080-0 Le Centre cottgia! de développement de matériel dlactique a apporté un soutien edagegigue et Prancler 31a realisation de cet cuorage, Responsabilité du projet pour le CCDMD : Charles Gravel Coordination du projet pour le Colfége : Alain Bouchard Révislon sclentifique : CUbert Bédacd, Perre Jean, Jeary Mare Simard ‘Revision linguistique : Annick Morin, Mictele Rac Correction d'épreaves : Annick Morin, Marie Théorét ‘Typographle : Dominique Chabot, Carole Deslandes Montage | Dominique Chabot. Uise Marceau, Nathalie Ménard Miustrations : Robert Seguin Maquette de Ia couverture : Olena Lytvyn Photo de 1a couverture : Géopac ine. ‘Mécanique des sols - Théorle et pratique ‘© Medulo Sateur, 1907 1233, av, Dana. bureau 200 Mont-Royal (Québec) Canada H3P 24 ‘Tatepinone : 1514) 738-9818 ‘Talécopleur : (514) 738-5888 Dépet legal -Bubliotnéque nationale du Québec, 1997 ‘Bpbliothéque nationale du Canada, 1997 ISBN 2-89113-658-6 reson sannenevmn Imprime au Canada 12.3.4.51G 01.0009 98 07 —-—- AVANT-PROPOS Ge vue de la technologle, croissance démographique peut ée facteur potentil de progres, En eflct, elle Saccompagne ‘Souvent dune occupation plus élendue du terre et d une demande acerite die biens ot de services. Pour répondre & cette demande, tes communauté owent former cavardage de chercheurs, de technologues et 'ingeoieurs qul ‘uront pour lache de découvrir et de mettre en crunte tes proshutts et kes ‘untages gol pourrent combler les besoins de it population en habitation, en ‘eau, en alimentation, on hygiene, en énergie et en communication. Norabre de ‘Ces bespins sont satiafaits par Tingénierie citie, dont Tobjectif est la production ‘Souvrages et d infrastructures dans les secteurs du biciment, du ransport, de Taycranlique er de Vaygiene publique De prime abord fon dilérents, les ouvrages réalisé par les eiférents secteurs| de Lingénierte civile — voles de communication, barrages, charpentes de bbatinents systémes Calimentation en eat potable, aystémes de disposition des fecuix ustes, ete. — ont tous en commun Fullsstion du sol en place, soit comme fassise porteuse, sll comme matértau de construction. Cest pourquol ‘ous les Drogrunmes denselgnement collegaux et univeritaires en génke ctl comportent plusteurs cours de mécanique dea sols et de geotechnique. D'aleurs, en genie iv, on dit souvent que la quale globale d'un ouvrage dépend dabord de la ‘qualité de oes fondatiors. AA prior, le sol eensidéré comme un matértax peut sembler molns intéressant ue Te béton ou acier, deux matériaux dont le comportement mecaniqee ‘Srespond 4 mervelle aa models théorique d'analyse des efforts et défarmations ‘Apron soulement, car la nature divertize des sols, leurs prozretés physiques, ‘écaniques et hydrauliques ainat que ler comportement comme materiau de Construction en fen un sujet néputsable etude et de recherche. ty a quelques années, ta seule documentation disponible pour notre tenssignement provenalt di mule unversilare. On ¥ touvatt un vaste cheb ouvreges de reffvence, la plupartécritsen anglais: exzellents yotumes, tals fqul ne épondalent pas svafment & nos besoans, Jes une musant trop su 38 théorie, les autres lant consaerés uniquement aux essais de laboratotre. En. futee, les normes auquelles Us ré‘éralent élaient dorigine amérieaine ou anise. {Nous nous sommes done mis au travail danse but de produlre un ouvrage sur la mécanique des sols axé spécialement sur Tenseiguement collegial. Nous y_ couvrons de la maniere Ia phis compiete possible tous les aspects essentils de Is mécanique des sols et de la geotechnigue. que nous avons regroupés en cing partesIV avant propos {es proprietés physiques distinclves des sols, celles sur lesquelles sont fondés les enepau systémes de classification, sont etudies en profonden dans ia Drenlére partic. Les tecluniques te mesure en laboratoire de ees propriits sont exposées en détall et une attention spéciate est aecordée 4 étude de ia are prticutiere des agites et de leurs propnétes La deuseme partie est consacrée & influence de Yeat sor le comportement des sels. Nous y distinguans tes types de nappes aquitres. nous decrivons es propridtstydrauliques des sols, dont certaines ont une iniluerice mange se ‘es plheroménes ewnltration et ecoulemient, et nous traltons des preblenes instabiite attribuables a a presence de fea, Phisteure sections de cette partic sont consaertes 4 Ta description des essals de mesure des propclctée Fhydaoligues des sas, en laborntaie ef sur le ters Gomme la geoteehnique déborde largement te cadre plus resteeint de expirinenttion en laboraoite, tate lc tlete parle fet cones ie reconnaissance des ol lets, Nous txamitonsearuinsecee nechaleg avestigaion des ses ct pareulicement te techniques ek taser ae <échantitonnage, Nous eudions ss es meCiogen de mesure tee ropes dy sol en place, propristes dont revaluation est ue prose ln ereptten ‘es fondacons ourage de gente cee la quatrigme partic porte sur Yetude des propriétes rageaniques des sols. On ‘eut faclemont y vulr une analogie avec un des demaincs les pias mveneea ta Bene, a théorie des structures et de la fésistance des raslériaume Bs elle, ‘comme on Je terait pour tout matériau sellicite par une surcharge, joes _xpliquons les relations entre les canteaintes ix deformation et la uplare dane les sols et nous présentons plusieurs essals de mesure de la resstancr tes sol inst que des methodes d valuation du tassement, en laboratae et sr Ie ‘a chnquleme parte est consacree auxcappiteations géotechotques. Bllecomporte n-hapltr Important sorts theore, les echigues ele contle du compacage Les deux derniers chapltres tennent len Gasse de reserence humide * 1° ‘on peut alors tracer une evurbe détalonnage & partir des valeurs x ety et trouver féqualion de la droite qui nows permettra dtablir a table étalonnage. eityre 1? hontre ta course datalonnage réalisée A partir dessals sur apparel Speedy de notre exemple reste encore & exprimer la teneur en eat, cest-andire le poutcentage de la Inasee deat par rappart & la masse séche, ce que Ton fait au ragyen de Téquation sulvante vs stg we yabcg «300 Puts on complete la table détalonnage de 'apparet! Speedy (tableau 1.4) 4 Taide de equation de la courbe d'élalonnage: si, par exemple, le cadran Wes CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU SOL 21 ETALONNAGE DUN APPAREIL SPEEDY owe poomat eaten z i i i tito Ean oe22 cuaprrar1 indique une veleur de 5 % (9, le pourcentage d'eau sur la masse humide (yi sera ce asace = 0.985 098 (6) - 0. ‘Aims, par rapport a la masse sol see, Ta leneur en eat réelle (4) sera de 4.53 . Ton agg «100 = 4.745% ‘De cette fagon. on pourra ealculer ies teneurs en eau corresponcant & checun ‘des degrés inserils sur be manomeéir. En thtorte la table détalonnage est établle pour la vie de I apparel. Toutefols, Tusure pouvant modifier la sensibfite du manonsétre, fest pertinent de Ia venir ou de la relaie selon les conditions dulltisation de Lappazel. ‘reblean 14 Tobie detalonnage dun appari Speedy. Dae: 50206 "apport W580) a: ROS ‘tedution 0 820% eu02% or oi cov deen SSE mas nt fant aloseSpext 'y+0905 908%—0:30 “Teneur en eau (pat apport la masse sche: wie gatas x 100 9= aes Tou wen | Terman oan mmonote feo ‘Nrlaranosbche we rear tech oe cent = LES CARACTERIGTIQUES PHYSIQUES DU GOL 23 1.7 LE DEGRE DE SATURATION (Om le sai, le sol est un mien poreux comportant des vides, Or, pour eonaitre Je degré de saturation du sol (5), 11 faut ealeuier la proportion di volume ces vides qui est cecupée par eau 100 Un sol totalement sec a un degré de saturation de 0%, tandis quiun aol complétement immergé et dont tous les videa sant remplis d'eau est sature a 100 Le sol sous la nappe phréatique a done tn S, 6a & 100 % alors que le 0! humide situé au-cessus de la nappe a un degré de saturation variable. Le tableau 1.5 élabll une relation entre Tela des sabies e¢ leur degre desaturation Comme te cegré de saturation a une grande influence sur Ia capacité de support d'un scl, Tun des objectifs des études géotechniques ext dvaluer ee degré en, vérilant la profondeur de la nappe agulfre ‘Tablean 1.5. Degré de satureton des sabes, cube 5 oe 3 Legh hide bas mise 5 Heute sis Diesmpe re sae 0 1.8 LBS RELATIONS ENTRE LES CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DES SOLS Les caractéristiques quien a éadiées dans ce chapitre apparaitrontfréquerment dans ia description des autres proprictes et dea comportements des acls. C'est pourquoi i sera toujours nile de se referer a annexe § pour avoir acces rapidement aux ééfintions de ces caractéristiques fondamentales, Dans ce chapitre, nous avons vu quitet possibte de déterminer, par des essais, Ja denstte et la teneur en eau ces sels. Phas loin, au chaplee 13. nous borderons diferentes méthodes de mesure des masses volunniques du soe24 cuarrmes place, Par contre, il nexiste pas dessats, que ce sot en laborataire 02 sur le terrain, qui ne servent qui mesurer le degré de saturation, lindlce des ides ow 2 porosite des sols, Crs caracteristques, on les déduit des premieres a fade sles quelques relations mathematiques présenttes & Tannexe 6. Ces relaons font ne importance considérable, car on les emploe fequerament lors d'essais ‘sant & évaluer les proprigtés physiques ou mécaniques des sok ‘Lobjectf des exemples sulvants eat de permettre au lecteur de se farniariser avec le unites dont on se sett pour designer les earsetéristigues physiques ddes sols, et dapprécier ordre de grandeur des valeurs exprimant ces ‘earuclératiques, en appliquant les relations présealées & Yannene 6. Exemple 1 ‘Ona prélevé 779.1 ¢ dun sol sablonneux humide. Le volume de lexeavation ‘correspandant au prélévement de échantllon est de 405 ei. Apres séchage, la masse est reduile 4607.2 g Des essals demontrent que la densité des ‘rains (G01 D) est de 2.65, ‘Avec ees données. calculons: ~ a masse volusnique totale et 1a masse vohuralgue du £01 se (pet te pokds voluoque total. ~ la teneur en eau (ul, ~ Vindice des videa (3, ~ br poresité (i le degré de saturation (5) La masse votumique totale et ta masse volumique du sol sec Déttons Ho oat cateuls 200g 1909 ka? as SAK 1.7m gp? on 1701 Wg? poids olumtgue total Belg Calcul 17 = 1908 kg/m? 9,81 m/s Toe f= 18.73 N/a? ‘Uns CARACTERISTIQUES PHYSIGUES DU SOL 25 La teneur en eau Relation caleat w= WO Bem 9,109 al gfe {La teneur en eau stexpaime en pourcentaye. w= 10,99 indice des vides Relations % B 165 gen? Pe Caleut La porosité Le degré de saturation Relation Se=wG, 9,109%2.65 A Le deré de saturation stexprime en pourcentage. 5, ~ 59,5% Calcul26 cuaprrmes zxemple 2 nous voulons Reprenons tes Connées dh premier exemple, Cate fl Tepisits ia cneur en cou correspondent une saturation oles Relation S.e= WG, Paisque, dans un état de saturation totale, S, égale 100%, la relation devient > tha G wen Z 8. 20.4% 2:65 “904 ‘Quelle masse eau doit-on ajuter Féchantillon de exemple 1 pour Famener Bm état de sataration otale? cateut ae Jeet. egale 30.4% e que w égle 10.9%, aut pour attends Ia rae eile supmenter ts teneur en eae de a difference ete 20,8% c as on roa | Cosco Smal oti oa} Tignse 4.4 Appareil de Casserande, ‘Om estime de fagon arbitralre que le sol a alteint ia mite de Hiquldite torsque la ‘coupelle, tembat d'une hauteur de 10-mm, doit frapper la base 25 fois pour felermer, sur une distance de 13 mim, ue rainure qul a é€ pratiquée dans Féchantillon de'so qrelle conten En pratique, iL est presse impossible de fournir Féchantilion Ia teneur en cat texacte qui va permetire de referer la alnure en 25 coups. Pour contourner ce probleme, on répete Tessal a plusieurs reprises en changeant chaque fels la eneur en eat de Téchantillon, Plus Ia tenour en eau sera grande. molns 1 faudra de coups aur la base pour feferme: la ratnure. Ben que cst essai soit assez simple @ realise, on ne peut obtente de résultats constants quapres une periode @entrainement, Les principaux facteurs qui peuvent conduite A dey Gearts appstclables por rapport la limite de Mquiasté fescomptée sont = la préparation de Péchantilon de so! en vueobtenir un mélange parfakcement homogene: = lahauteur de chute de In coupelle qui dott étre ajustée a 10 mm exactemer = la quantit et Yepaisseur de sol dans la coupelle; ia vitesse de chute dela coupelle, qui delt etre de 120 coups par minute: es vartations indésirables de la teneur en cau durant Feesal;, la propreté du matériel tout au long de Lessal Lcossisrance 103 |DéfreramvAT10% D6 LA LIMITE DE LIQUIDITE A.'AIDE DE L'APPAREIL be Casaaranne, Description de Nossal ‘On proce & Tessal avee un échantslion de sol cont la masse doit atteindre ‘environ 300 g. On depose Féchantilon dans un bo! de porcelaine et on Je Femanle compistement a Vaide d'une spatule pour obtenir un mélange hhomogene. aut gustertappareil de Casagrande ce {acon ce que la hauteur de chute, cest-andire la distance entre le point d'mapact de la coupelle et la base, seit exactement de 10 ma AYalde dune spattle, on étend le ool Horizontalemnent ‘dans ia coupelle propre, lorsque celle-t repose sar la base wotr Ia figure 3, Cest au point dimpact qu'on doit retouver lépalsseur maximale du sol dans la coupelte, une épalsseur denvion 10 ram. Quant a ta raintre, on la reuse dans les0! dun seul mouvement, Faide d'un outta rainures (On actlonne alors ta manivele & ralson de dewx coups par secunde, ce quit eniraine le soulévement et la chute de la coupelle sur la base. Larsque la raiaure se referme sur une distance de 12.2 13 mm, on nate le nombte de ‘coups puts on recommence les operations afin de verifier le résultat. Son reléve, & un coup pees. Je méme nombre de coups les deux fos, on mesure ia ‘eneur en eau cit Sol dans la coupelle On répéte habituellement Fessal au complet 2 01 3 fois en fatsant varie les (eneurs en cau solt par asséchement, soit par addilon eau, de fagom couvrir une plage de Coupe allan de 15.835 Une fofs Feasai {erminé, on insert sur ust graphique (voir Ja igure 4.5) les feneurs en eau en ordonnée (y) et le logarthme duu nombre de coups en lbscisse (3. ce qui permet de tracer une drafte. La limite de Uquldité (4) est determinée par le point sur la droite qul correspond 4 25 cotips, La valeur fobtenue est arrondie a Tuite pres Exemple de calcul Déterminons la valeur de Ja Unite de Kquigité dune angie & partir des sésuliats sulvars, obtenus lors des essals avec [apparel de Casagrande esa 7 z a @ ‘Masts durée wseeg | 12a | 99 | 1ase9 Massoréspientsoitunice | 90809 | secng | zraoe | 20159 asso répion + sa s00 asieg | zarsp | 227g | 25379 Ne de ceuse Ey 20 2 e104 caarrrar + DETERMINATION DES LIMITES D’ATTERBERG {APPAREIL DE CASAGRANDE) Poti 360575 Lunt ei iso Be [ara] ae eee pe Nase dele cane) ar ass eer ae |Wcss sean at Paes ls col Tepren su 09 50 {Figare #6 Rappor de laborisre —apparell de Casagrande, TACONSISTANCE 105 Solstion 1. On calcule I teneur en eau dans fe so apnés chaque ess we... 00.98 4-26.16 0 suet 26,18 §= 15.56 6) = 45,0 % Hausen 748.0% Wscayn 580% | Wang = 58.0% 2. Onreporte sar un graphique (igure 4.5) chaque teneur en eau avec le nombre de coups correspondant. Dans notre exemple, la valeur de le limite. de Tiquidite est de 31% 4.6.2 La détermination de la limite de liquidité a l'aide du pénétrométre a cone suédois Dans cet ess assujett aa norme BNQ 2501-092, on estimedefagan arbitrate {ue la te de quite est atetate lorsque le cdine sero de 10 nm dans lun echantillonée sol Le penetromete cone suddois eat ast figure 46) ‘Tout comme dans essai précédent, fest pratquement (apessibie de donne: ‘au sol une teneur en cau qui permette woblenir directement la limite. de Liquiaité. On devra done repsierTessat a plustenrs reprises avec des eneus en ‘cau difzentes, Plus la teneur en eats du so aera deve, plus le cone senfoncer, Mecano rearon Dispos de acto >] EE -— bane tasters cine — spent noe da086 ace igure 4.6 Pentwanetre & oboe suédois,