Geo Technique

UNIVERSITE MOHAMED PREMIER  ECOLE SUPERIEURE DE TECHNOLOGIE Oujda

Filièr Filièree Genie Genie Civil Cours de Géotechnique

Essais d’identification des sols

Pr. Alae-Eddine BARKAOUI

Méthodes de classification géotechnique des sols

La classification se fait à l ’aide des essais d ’identification. Les principaux sont les suivants :

-- l’ana analys lyse e gr granul anulomé ométri trique que ; -- l’éq équi uivval alen entt de sa sabl ble e; -- l’indi dicce de dens nsiité ;

-- la dé détter ermi mina nati tion on de dess li limi mittes d ’Att tterb erber ergg ; -- la valeur de bleu de méthylène ; -- la tene neur ur en mati tièr ère e or orgganiqu que e; -- la teneur en CaCO3.

1. L’analyse granulométrique

Les grains d’un sol n’ont pas tous la même dimension, et pour les identifier on utilise l’an anal alys yse e gran granul ulomé ométr triq ique, ue, c'es c'est-à t-à-d -dir ire, e, l’étude de la répartition des grains suivant suivant leur taille taille granul granulomét ométriq rique. ue. Elle s’eff effectu ectue e pa parr : -- ta tami misa sagge (N (NFF P 94 94-0 -056 56)) po pour ur les sol olss grenus (> 0,0 ,08 8 mm). 0,08m 8mm) m).. -- sé sédi dime ment ntom omét étri rie e (N (NFF P 94 94-0 -057 57)) po pour ur les les so sols ls fi fins ns (< 0,0

1. L’analyse granulométrique 1.1. Sols grenus: Granulométrie par tamisage (NF P94-056)

3 tamis montés

1. L’analyse granulométrique 1.1. Sols grenus:

Un tamis est constitué d'une tôle métallique perforée de mailles carrées. Les tamis sont désignés par la taille des mailles qui est normalisée. Les tamis sont également repérés par un numéro d'ordre appelé module. Le

premier tamis 0,08 mm a comme module le numéro 20, le suivant a le module 21 et ainsi de suite selon une progression arithmétique de raison 1.

1. L’analyse granulométrique 1.1. Sols grenus:

A chaque maille correspond un module et réciproquement:

tamis

0,08

0,100

0,125

0,160 0,200

0,250 0,315

0,4

0,5

0,63

module

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

tamis

0,80

1

1,25

1,60

2

2,50

3,15

4

5

6,3

8

module

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

tamis

10

12,5

16

20

25

31,5

40

50

63

80

1. L’analyse granulométrique 1.1. Sols grenus: Le tamisage à sec n ’est précis que pour les matériaux dépourvus de cohésion comme les sables ou les graviers. En présence d ’un sol limoneux ou argileux, il faut effectuer un tamisage sous l’eau. Le matériau doit alors être immergé pendant un temps suffisant pour désagréger les agglomérats. Cette opération peut durer de quelques minutes à plusieurs heures. Après tamisage, par une tamiseuse, on passe de nouveau les tamis et leurs refus à l’étuve avant de les peser.

tamis avec refus

La quantité de matériau retenue sur le tamis est appelée refus, celle qui passe au travers du tamis est appelée tamisat (passant).

1. L’analyse granulométrique 1.1. Sols grenus: La courbe granolométrique, on détermine en particulier : la dimension des plus gros éléments dmax ; le pourcentage de tamisat inférieur à 2 mm, le pourcentage de tamisat inférieur à 80 μm ; les dimensions dN pour N fixé, N (en pour cent) désigne la dimension des grains dont le pourcentage N est de dimension inférieure à dN (N = 10, 30, 50, 60 et 90) ;

1. L’analyse granulométrique 1.1. Sols grenus: Le facteur d'uniformité de Hazen : C u

d 60 

d 10

Pour Cu > 2, la granulométrie est dite étalée ou bien gradué. (c'est-à-dire que toutes les tailles de grains entre les plus grosses et les plus fines de

ce sol sont présentes),

Pour Cu < 2, la granulométrie est dite uniforme ou serrée (mal gradué). Plus la granulométrie est serrée plus la pente de la partie médiane de la courbe est   prononcée.

Le facteur de courbure :

d  

2

C c



30

d 60 .d 10

1. L’analyse granulométrique

1. L’analyse granulométrique

1

dmax

20 mm

2

< 2 mm

66 %

3

< 80 μm

4%

4

d10

0,14 mm

5

d30

0,55 mm

6

d50

1,35 mm

7

d60

1,94 mm

8

d90

6 mm

9

CU

13,8 mm

1. L’analyse granulométrique

1

dmax

20 mm

2

< 2 mm

66 %

3

< 80 μm

4%

4

d10

0,14 mm

5

d30

0,55 mm

6

d50

1,35 mm

7

d60

1,94 mm

8

d90

6 mm

9

CU

13,8 mm

1. L’analyse granulométrique 1.1. Sols grenus:

Appareillage de tamisage

Dispositif malaxeur 

de lavage

avec arroseur,

Jeu de tamis emboîtables à mailles d’ouverture carrées conforme à la norme NF ISO 565 



Couvercles et fonds de tamis

Récipients en matériau non altérable, brosse, pinceau… 



Balances

Étuve ou enceinte thermique (50° à 105°C) 

Résultats

Résultats

1. L’analyse granulométrique 1.2. Sols fins: (sédimentométrie) (NF P94-057) L’analyse granulométrique s’effectue par sédimentométrie lorsque la dimension des particules est inférieure à 80 µm. L’essai consiste à laisser une suspension de sol se déposer au fond d ’une éprouvette pleine d’eau. Plus les grains sont fins, plus la vitesse de décantation est lente conformément à la loi de Stokes sur la vitesse de chute de billes dans l ’eau. Ainsi pour une particule sphérique de diamètre D tombant dans l’eau :

v

   s



  w



. D

18 

 

étant la viscosité dynamique de l ’eau = 10 -3 Pa .s (=N.s/m2 ) à 20  C ;

v la vitesse limite de chute de la particule (cm/s) ;

° 

2

1. L’analyse granulométrique 1.2. Sols fins: Le procédé consiste à mesurer à différentes époques, à l ’aide d’un densimètre, la densité d’une suspension d’un sol.

1. L’analyse granulométrique 1.2. Sols fins: La mesure de la densité de suspension à des intervalles de temps variables permet de calculer la proportion des grains de chaque diamètre. NB : La vitesse de sédimentation constitue un paramètre physique qui permet de séparer physiquement des particules de tailles différentes.

1. L’analyse granulométrique 1.2. Sols fins: Après un temps t, il ne subsiste à la profondeur H de la suspension que des particules dont la vitesse de sédimentation est inférieure à H/t. Le diamètre de ces particules est donc inférieur ou égal à :

 D



C est la constante de Stockes =

 H  / C .t 

   s

   

w

18 

qui dépend de :  Différence de densité entre les particules et liquide,  la viscosié du liquide,  l accélération de la pesanteur. ’

1. L’analyse granulométrique 1.2. Sols fins:

1. L’analyse granulométrique 1.2. Sols fins: Méthode par diffraction et diffusion laser Cette méthode fait appel aux théories de Fraunhofer et de Mie. Elle a été mise au point en 1969 pour répondre à une demande de l'industrie cimentière. Des instruments de hautes technologie peuvent analyser en 10 s des échantillons de moins d'1g de matériaux. Le sol est mis en suspension aqueuse ou dispersé dans un jet d'air puis exposé à une source laser, un détecteur mesure en bout de chaîne le spectre de diffraction des particules.

1. L’analyse granulométrique 1.2. Sols fins: Méthode par diffraction et diffusion laser: Principe Les particules passent à travers un rayon laser fixe. Chaque particule diffracte la lumière selon un angle qui est fonction de sa taille. La lumière diffractée est recueillie par un détecteur multi-éléments. L’image de diffraction obtenue est transformée en utilisant un modèle optique et une procédure mathématique appropriés (théorie de Mie ou théorie de Fraunhofer). Le résultat, illustré sous forme de courbe semi-logarithmique, est une distribution de particules en volume (diamètre d’une sphère de volume équivalent).

1. L’analyse granulométrique

2. Essai d'équivalent de sable Sols grenus:

Si le sol grenu contient des particules d'argile ou de limon on pourra déterminer la proportion relative de sol fin et de sol grenu par l'essai

d'équivalent de sable (P 18-598).

Il consiste à placer l'échantillon de sol dans une éprouvette contenant de l'eau et une solution lavante destinée à  disperser les particules fines et à secouer l'ensemble. Il se forme un dépôt solide au fond de l'éprouvette et un floculat. On fait les mesures visuellement ou à l'aide d'un piston.

2. Essai d'équivalent de sable La valeur de l’équivalent de sable (ES) est le rapport multiplié par 100, de la hauteur de la partie sableuse sédimentée h2, à la hauteur totale du floculat et de la partie sableuse sédimentée h1. Fraction < 5 mm ESV (visuel) = 100 . (h'2 / h1) ES (piston) = 100 . (h2 / h1)

ES = 0 Argile pure ES = 20 Sol plastique ES = 40 Sol non plastique ES = 100 Sable pur et propre

La valeur de PS doit selon les cas être supérieure à 60 ou 65. L'essai dit "équivalent de sable piston" permet de mesurer le degré de propreté du sable (PS)

3. L’indice de densité (norme NF P 94-059)

Pour donner une idée de l état de compacité dans lequel se trouve un sol grenu à ’

l état naturel, on définit l indice de densité (I D ) ou densité relative (D r  ) : ’

’

 I  D

e

emax



emax





e

emin

min : indice des vides dans l état le plus compact ;

e

’

max

: indice des vides dans l état le moins compact (le plus lâche) ;

e

: indice des vides en place (en général, pour un sable 0,4