Essais sur le sol

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Laboratoire

Préparation 1° série 1/16

Première série d’essais :

Identification, Classification et Compactage des sols Cette première série est consacrée à la caractérisation des sols, c’est-à-dire à la description de la composition des sols et à la détermination de leurs propriétés physiques. La détermination de ces caractéristiques constitue une des premières étapes de la campagne de reconnaissance géotechnique ; elles permettent de déterminer à quelle famille de terrains appartient le sol d’assise et peuvent donner des informations, par corrélations, sur certaines de ces propriétés hydrauliques et mécaniques. Les essais qui constituent cette série sont effectués en Laboratoire, sur des échantillons prélevés dans le sol en place.

1- Caractéristiques granulométriques 1.1 - La courbe granulométrique Une des premières étapes de la caractérisation d’un sol consiste à évaluer sa composition à partir de sa courbe granulométrique ; il s’agit d’un graphique qui indique, pour une dimension donnée d d’un grain (portée en abscisse), le pourcentage en poids des grains de dimension inférieure (tamisât, passant) ou supérieure (refus) à d. La courbe est tracée en coordonnées semi-logarithmiques, de façon à donner une représentation plus précise des particules fines (qui influent énormément sur le comportement des sols). On obtient les données nécessaires au tracé de cette courbe grâce à l’analyse granulométrique ; elle est obtenue : -

pour la fraction de sol dont les grains sont > 80 µm : par tamisage sur une série de tamis de maille décroissante ; pour la fraction de sol dont les grains sont < 80 µm : par un essai de sédimentation (méthode basée sur le temps de sédimentation des particules solides en suspension dans un fluide).

Pour plus d’informations sur l’analyse granulométrique, on se reportera au mode opératoire et aux documents correspondant à la manipulation proprement dite. Première série d’essais : Etude des sols

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Préparation 1° série 2/16

1.2 – Interprétation des courbes : Soit Dx le diamètre pour lequel le tamisât est de x % (ex: D30 = diamètre du tamis pour lequel on obtient 30 % de passant). On définit alors les caractéristiques de la courbe granulométrique suivantes : -

le coefficient de Hazen (ou coefficient d’uniformité) : Cu =

D 60 D 10

Ce coefficient permet de savoir si la granulométrie est étalée ou serrée, notamment en ce qui concerne les sables.

-

le coefficient de courbure : Cc =

(D 30 ) 2 D 60 × D 10

Ce coefficient vient en complément de Cu dans la classification des sols LCPC (voir tableau de classification des sols LCPC) afin de déterminer si la granulométrie est bien graduée ou mal graduée ( un sol est mal gradué si une fraction de grains prédomine).

-

continuité - discontinuité : On dit que la courbe granulométrique est continue si entre deux granulats élémentaires consécutifs présents il manque au plus 3 granulats élémentaire. Il y a discontinuité si l’abscence porte sur plus de 3 granulats élémentaires

1.3 – Quelques exemples de courbes granulométriques : 1: Granulométrie étalée et discontinue (alluvions de sables et graviers) 2: Granulométrie étalée et continue (arène granitique) 3: Granulométrie serrée (sable de Fontainebleau) 4: Limon argileux 5: Argile limoneuse 6: Argile pratiquement pure (bentonite) Première série d’essais : Etude des sols

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Préparation 1° série 3/16

2 – Les limites d’Atterberg Comme nous l’avons vu précédemment, l’eau à une influence capitale sur le comportement des sols argileux, car elle joue sur leur plasticité et leur cohésion. 2.1 – Les divers états d’un sol: La consistance (et donc le comportement) d”un sol varie dans des proportions importantes en fonction de la teneur en eau; ceci est lié à l’importance plus ou moins grande des couches d’eau adsorbées autour des ses grains et plus généralement aux propriétés colloïdales des argiles et à leur proportion dans le sol considéré : -

si la teneur en eau es élevée, les forces de cohésion ne sont pas assez importantes pour maintenir en place les particules de sol. Ce dernier se comporte sensiblement comme un fluide (boue). Il est a l’état liquide (le sol tend à s’étaler si on le dépose sur une surface horizontale).

-

Si la teneur en eau diminue, le sol peut être modelé sans qu’il s’effrite et conserve sa forme. Les particules sont rapprochées car l’eau adsorbée est mise en commun (les grains sont reliés entre eux par des molécules d’eau. Le sol est alors à l’état plastique.(posé sur une surface horizontale, il ne s’étale pas mais n’offre aucune résistance à l’action d’une charge même très faible.)

-

Si la teneur en eau diminue encore, les grains deviennent très rapprochés; le sol ne peut plus être modelé et se fend lorsqu’on le travaille, c’est l’état solide. Cet état peut se découper en deux sous-états :

Lorsque la quantité d’eau est relativement importante la pellicule d’eau qui entoure les grains tend à les repousser et augmente le volume apparent; si l’on sèche un tel sol le volume diminue : il y a retrait.C’est l’état solide avec retrait. La déformabilité du sol est beaucoup plus faible qu’à l’état plastique. Lorsque la quantité d’eau devient encore plus faible, la rigidité du corps augmente encore mais son volume ne change pas alors que la teneur en eau diminue. On parle d’état solide sans retrait. Les trois shémas cicontre résument les états possibles d’un sol.

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Préparation 1° série 4/16

2.2 – Les limites d’Atterberg Le passage entre les différents états vus précédemment s’effectue de façon progressive, sans frontière bien marquée. C’est le Suédois Atterberg qui au début du XXième siècle a défini des limites entre ces états, et Casagrande a repris plus tard ce concept et mis au point des essais normalisés permettant de déterminer les teneurs en eau pour lesquelles la transition s’effectue. La connaissance des limites d’Atterberg permet (par corrélations) de présumer le comportement d’un sol donné (en fonction de la nature et de la quantité d’argiles qu’il contient) lorsqu’il est soumis à différentes sollicitations. On distingue trois limites conventionnelles : -

la limite de liquidité WL : teneur en eau qui sépare l’état liquide de l’état plastique,

-

la limite de plasticité WP : teneur en eau qui sépare l’état plastique de l’état solide,

-

la limite de retrait WR : teneur en eau qui sépare l’état solide avec retrait de l’état solide sans retrait (elle correspond à la quantité d’eau juste nécessaire pour combler les vides d’un sol lorsque celui-ci est à son volume minimum).

2.3 – Interprétation des limites d’Atterberg En général, dans leur état naturel, les sols ont une teneur en eau W0 comprise entre WP et WL. 2.3.1 – Indice de plasticité : IP = WL - WP Cet indice donne une indication sur l’étendue du domaine plastique. Un ordre de grandeur de cet indice est donné par la relation de Casagrande : IP= a.WL-b; Avec, pour les sols français : a ≈ 0,7 et b ≈ 9.

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Préparation 1° série 5/16

Avec l’indice de plasticité on peut classer un sol suivant son degré de plasticité : Degré de plasticité du sol Sol non plastique Sol peu plastique Sol plastique Sol très plastique

IP

0à5 5 à15 15 à40 >40 Ordres de grandeur:

Ip>30 20