GÉOTECHNIQUE 1

INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES A PPLIQUEES DE TOULOUSE Département de Sciences et Technologies Pour l'Ingénieur 3 ème année ­ Ingénierie de la Construction GÉOTECHNIQUE 1 Cours ­ Chapitres 1 Jacques Lérau Maître de Conférences Année universitaire 2005 ­ 2006
GÉOTECHNIQUE 1 SOMMAIRE Introduction QU'EST­CE QUE LA GÉOTECHNIQUE ? Chapitre I PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES SOLS 1 ­ DÉFINITION DES SOLS – ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS D' UN SOL 2 ­ CARACTÉRISTIQUES PHYSIQUES DES SOLS 3 ­ CARACTÉRISTIQUES DIMENSIONNELLES 4 ­ STRUCTURE DES SOLS 5 ­ ESSAIS D' IDENTIFICATION PROPRES AUX SOLS GRENUS 6 ­ ESSAIS D' IDENTIFICATION PROPRES AUX SOLS FINS 7 ­ AUTRES ESSAIS 8 ­ CLASSIFICATION DES SOLS Annexe 1 : Relations entre caractéristiques physiques Annexe 2 : Granulométrie Annexe 3 : Eléments de classification des argiles Annexe 4 : Autres essais (compléments)
Géotechnique 1 ­ J. Lérau ?
QU'EST.CEQUE LA GEOTECHNIQUE
La Géotechnique
est I'ensemble
desactivitésliéesaux applications
de la Mécanique
des
Sols,de la Mécanique
des Rocheset de la Géologiede l'lngénieur.
La Mécanique
des Sols
étudie plus particulièrement
le comportement
des sols sous leurs aspectsrésistanceet
déformabilité.
A partird'essaisde laboratoires
et in situde plusen plusperfectionnés,
la Mécanique
des
pourétudierles ouvragesde géniecivil
Solsfournitaux constructeurs
les donnéesnécessaires
et de bâtimentet assurerleurstabilitéen fonctiondessolssur lesquelsils doiventêtrefondés,
(barrages
ou aveclesquelsils serontconstruits
en remblais);
cecitantdurantla progression
des
qu'aprèsmiseen servicedesouvrages.
travaux(grandsterrassements)
LES DOMAINESD'APPLICATION
La Mécaniquedes Sols joue un rôle essentieldans I'actede construirepourtous les
travauxde bâtimentet de géniecivilen relationaveclessolsou les mettanten æuvre.
Lessolspeuvent
. supporterlesouvrages: fondations
profondês
superficielles,
fondations
, ...
. êtresupportés
: mursde soutènement,
rideauxde palplanches,
...
. constituer
I'ouvrage
lui-même
: remblais,
digues,barrages,
...
On peutciterparexemple:
- lesf ondations
desbâtiments,
desouvrages
d'art,desensembles
industriels
...
- lesouvrages
(murs,rideauxde palplanches,
de soutènement
...),
- lestunnelset travauxsouterrains
danslessols,
- les barrageset diguesen terre,
- la stabilitédespentesnaturelles
et destaluset lestravauxde stabilisation,
- lesouvragesportuaires
(fondations
et maritimes
de quais,comportement
desbrise-lames,
...),
- lesterrassements
desroutes,autoroutes,
voiesferrées,
- I'amélioration
et le renforcement
dessols,
- la protection
de l'environnement.
Avril2006
Géotechnique1 - J. Lérau
ChapitreI
PROPRIETESPHYSIQUESDES SOLS
1 - DÉFINITIoNDES SoLS . ÉIÉuerurs coNSTITUTIFSD.UNSoL
1- 1- OÉrrrurrroru
DESsoLs
Dansles étudesgéotechniques
les matériauxexistantà la surfacede l'écorceterrestre
sontclassésen deuxgrandescatégories
:
- les roches: agglomérats
de grainsminérauxliés par des forcesde cohésionforteset
permanentes,
prolongée
mêmeaprèsimmersion
dansI'eau+ Mécanique
desroches.
- les sols:agrégatsde grainsminérauxpouvantêtreséparéssousl'effetd'actionsméfaibles-+ Mécanique
caniquesrelativement
dessols.
Les matériauxde transitionentresols et rochessont nommésSIRT (solsinduréset
rochestendres).
On noteraque le géologueappellesolstous les matériauxse trouvantà la surfacede
l'écorceterrestre.
Les sols sontdes matériauxmeubles,poreux,hétérogènes
et souventanisotropes.
Les
matériaux,
minérauxou organiques,
sontgénéralement
à l'étatde grainsou de particules
dont
lesformeset lesdimensions
sontessentiellement
variables.
1 -2- ÉlÉuerurscoNSTrrulFSD'uNsol
Un sol est un mélanged'éléments
solidesconstituant
le squelette
solidê,d'eaupouvant
circulerou nonentrelesparticules
et d'airou de gaz.ll estdonc,en général,
constitué
de trois
phases:
sol = phasesolide+ phaseliquide+ phasegazeuse
Entreles grainsdu squelette,
lesvidespeuventêtreremplisparde l'eau,par un gazou
lesdeuxà la fois.
Le gaz contenudansles videsentreles particules
est généralement
de I'air lorsquele
sol est sec ou un mélanged'air et de vapeurd'eaulorsquele sol est humide(casle plusfréquent)(fig.3-a).
L'eau peutremplirplusou moinstouslesvidesentreles grainset êtremobile(écoulementplusou moinsrapide).Lorsquel'eauremplittouslesvides,le sol est dit saturé.Dansles
régionstempérées,
la plupartdessolsen place,à quelquesmètresde profondeur
sontsaturés.
Lorsqu'iln'ya pasd'eau,le sol estdit sec.
L'étudecomplètedessolsnon saturés,qui constituent
un milieuà troisphases,est très
complexe.
2 . CARACTÉR|STIQUES
PHYSIQUESDES SOLS
.
2. 1 DESCRIPTION
Avantd'analyserle comportement
mécanique
des sols,il est nécessaire
de définircertains paramètresqui se rapportentaux diversesproportions
dans lesquellesse trouventle
squelette
solide,l'eauet l'airconstituant
le sol.
Pourcelaconsidérons
la représentation
suivanted'un sol danslaquellelestroisphases
(fig.1).
sontséparées
Géotechnique
1 -J. Lérau
-c.t-2Volumes
Poids
Wa=0
W
arr
va
ww
Vv7
ws
vs
VV
V
Représentationconventionnelle
d'un volume de sol
Poidset volumesdes différentesphases
- Figure1 Notationsconventionnelles:
W : poidstotal du soll
Ws : poidsdesparticules
solides
Ww : poidsde I'eau2
avecles relations:
W=Ws+Ww
volumetotal(apparent)
Vs volumedesparticules
solides
volume
vides
des
entreles particules
W
vw volumede l'eau
va volumede I'air
Vv=Vyy+Vg
V =Vs+Vv-Vs+Vw+Va
qui, avecles poidset volumes,constituent
On définiten outreles poidsvolumiques
les
paramètres
dimensionnels
:
. le poidsvolumique
desparticules
solides(de la matièreconstituant
lesgrainssolides),
notéyg
y, = I!
v
.
sableet argile: = 26à 27 kN/m3
\
principalement
La phasesolidedes solsest constituée
de siliceet d'alumine.Les élémentssimplesSi et Al ayantdesmassesatomiques
trèsvoisiness,
le poidsvolumiquedessols
évoluedansune plagetrèsétroite.Lessolsorganiques
et les solsmétallifères
font exception
à
cesvaleurs.
. le poidsvolumique
de I'eau,notéy6,
Y w = Svw
=9,81
kN/m3
On prendsouventyw- 10 kN/m3.Ce quientraîned'emblée2o/od'erceur
relative.
. le poidsvolumique
du sol (ou poidsvolumique
apparentou poidsvolumique
humide),
notéy. C'estla sommedespoidsdesparticules
solideset de I'eaud'unvolumeunitéde sol.
Uls a b l e: = 1 7 à 2 0 k N / m s a r g i l e : = 1 6 à 2 2 k N / m g
! = -V
\
. le poidsvolumique
du sol sec,notéy64
y O=
WS
Ti
'W pour
weight
'w pourwater
"
respectivement28 et 27 g/mole
'd pour
dry
Géotechnique1 - J. Lérau
s a b l e: = 1 4 à 1 8k N / m 3 a r g i l e : =1 0à 2 0 k N / m 3
-c.r-3Si le solest sec : y = yo.
. le poidsvolumiquedu sol saturé,notéysatr lorsquetouslesvidessontremplisd'eau.
Ysat=
W - W'+Y*.vu
V
V
sableet argile: = 19 à 22 kN/m3
. le poidsvolumique
du soldéjaugé,
notéy'
ll est pris en comptelorsquele sol est entièrementimmergé.ll tient comptede la
présence
de l'eauqui remplittouslesvideset de la poussée
d'Archimède
:
Y' = Ysat
sableet argile:= 9 à 12 kN/m3
Yw
aussila notionmassevolumique,
On introduit
notéep,et plusrarement
cellede densité
parrapportà I'eau,notéeD,:
=l J, w
L
d e n s i t é :' D
+
densitésèche : Do - Yo
Yw
que le vocabulaire
On obseruera
courantutilisédansle milieuprofessionnel
du B.T.P.
poidsvolumique,
confondassezfacilement
massevolumiqueet densité.
Lesparamètres
sansdimensions,
au nombrede quatre,indiquent
dansquellesproporphasesd'un sol. lls sonttrèsimportants
tionssontlesdifférentes
et essentiellement
variables.
On définitla porosité,notéen, qui permetde connaîtrel'importancedes videsc'est à
direde savoirsi le sol est dansun état lâcheou serré.Elleest définiecommeétantle rapport
du volumedesvidesau volumetotal.
sablelî=o'25ào'50
vv
n =
a
rgile:n=0,20à0,80
V
La porositéesttoujoursinférieure
à 1.
Ellepeutaussiêtreexpriméeen pour-cents.
Les sollicitations
auxquelles
sontsoumisles sols produisent
des variations
du volume
des videsVv qui entraînentdes variationsdu volumeapparentV; aussipréfèret-onsouvent
rapporter
le volumedesvidesnonpasau volumeapparent
de l'échantillon
maisau volumedes
pafticules
solides,lequelpeut être considéré
commeinvariant.
On définitalorsl'indicedes
vides,notée, dontla signification
estanalogueà cellede la porosité.ll estdéfiniparla relation:
=+
@
-
;ili:;:=3:331
L'indicedesvidespeutêtresupérieur
à 1 et mêmeatteindre
la valeur13 (casextrêmedesargilesde Mexico).
La teneuren eau,notéew, est définiepar le rapportdu poidsde l'eau au poidsdesparticulessolidesd'un volumedonnéde sol.Elles'exprimeen pour-cent.
Elleestfacilement
mesurableen laboratoire.
!!=
w*.100
WS
s a b l er w = 1 à 1 5 Y "
argilerw=10à20Yo
La teneur en eau peut dépasser 100 "/o et même atteindre
plusieurscentainesde pour-cents.
Le degréde saturation,
noté51,indiquedansquelleproportion
lesvidessontremplispar
l'eau.ll estdéfinicommele rapportdu volumede l'eauau volumedesvides.ll s'exprimeen
pour-cent.
sr=f.roo
Géotechnique1 - J. Lérau
Le degréde saturationpeutvarierde 0 % (sol sec)à 100"/"
(solsaturé).
-c.t-4Parmitous les paramètres
définisprécédemment,
les paramètres
sansdimensions
sont
les plus importants.
lls caractérisent
l'étatdanslequelse trouvele sol c'est à dire l'étatde
compacité
du squelette
ainsiquelesquantités
d'eauet d'aircontenues
dansle sol.
2 .2 - RELATIONS
ENTRELESPARAMÈTRES
précédemment
Tousles paramètres
définisne sontpas indépendants.
Les relationsles
plusimportantes
paramètres
existantentrecesdifférents
sontdonnéesen annexe.
ll est trèspratiqued'utiliserle schémade la représentation
conventionnelle
d'un sol du
paragraphe
précédent
pourdéterminer
ou démontrer
cesrelations.
Pour caractériser
complètement
un sol la connaissance
de trois paramètresindépenle poidsvolumique
dantsestnécessaire;
de l'eauétantconnu.Parexemple:
- un paramètre
quantifiant
le poidsvolumique: y ou ysou yo,
- un paramètre
quantifiant
I'importance
desvides: e ou n,
- un paramètre
quantifiant
la présence
d'eau: w ou Sy.
Nousavonsvu que le poidsvolumique
des particules
solides(endehorsdes particules
varieentredes limitesassezproches(26 kN/m. . y. < 27 kN/m3).
organiques
et métalliques)
On peut donc le considérerpratiquement
commeconstant(on prenden généralys - 26,5
kN/me).Dansce cas les paramètres
variableset indépendants
d'un sol se réduisent
à deux.
2 .3. OÉTENMINATION
DES CARACTÉNISTIOUES
PHYSIQUES
présence
Lorsqu'onse trouveen
d'un sol,il fauttoutd'aborddéterminer
lesvaleursde
troisparamètres
indépendants.
Comptetenude la dispersion
inévitable,
il convientréaliserun
nombreimportantde mesuresdonton prendla valeurmoyenne.Cesmesuresse font généralementen laboratoire.
2-3 - 1 - Détermination
de lateneureneau(pondérale)
w (normeNF P 94-050)
plus
la
facileà déterminer.
C'estla caractéristique
La teneuren eau se déterminepar deuxpesées.Unepremièrepeséede l'échantillon
à
pesée,aprèspassage
l'étatinitialdonnela massem de l'échantillon
humideet unedeuxième
à
l'étuveà 105'Cpendant24heures(évaporation
de I'eaulibreet de l'eaucapillaire),
donnela
massesèchede l'échantillon
ms.
t*
W*
* . 1oo=
. 1oo
ms
aVeC ffiw=ffi-ffi.
W.
y (normeNF P 94-053)
2 - 3 -.2- Détermination
du poidsvolumique
ll faut déterminer
la massem et le volumetotalV de l'échantillon.
Pourdéterminer
ce
dernieron utilisel'unedestroisméthodes
suivantes
:
. Méthodeparimmersion
dansI'eau:
Un échantillon
de formesimple,de massecomprise
entre0,1 et 0,5 kg est pesé(m)puis
= 0,88g/cm3).Unedeuxièmepesée(m/ permet
recouvertd'unecouchede paraffine(po"r"nins
de déterminerla massede la couchede paraffineet de calculerson volume.Une troisième
pesée,hydrostatique,
de l'échantillon
recouvert
de paraffine(m'o)permetde calculerle volume
de l'échantillonrecouvertde paraffine.Le volumede paraffineétantconnu,on en déduitle
volumeV de l'échantillon
:
V = Vrol*paraffine - Vparafine =
ffip - ffi'p
ffip -ffi
Pw
Pp
L'échantillon
de sol n'estpasremanié,il està l'étatnaturel.
. Méthodede la troussecoupante:
On effectueun poinçonnement
avecunetroussecoupantedansl'échantillon.
Lesfaces
de la prised'essaisont araséesaux extrémités.
Le volumeV de la prised'essaiest égal au
produitde I'airede la sectiond'entréede la troussecoupanteparsa hauteur.
L'échantillon
de sol est légèrement
remaniépar le passagede la troussecoupante,il est
cependant
considéré
à l'étatnaturel.
Géotechnique1 - J. Lérau
-c.t-s. Méthode
du moule:
préparéselonun processus
L'échantillon,
défini,remplitle moulejusqu'àdébordement.
L'extrémitésupérieuredu moule,de dimensionsconnues,est araséeà la règle.C'est la
méthodeutiliséedansI'essaiProctor(normeNF P 94-093).
L'échantillon
de sol est remanié.
2 - 3 - 3 - Détermination
du poidsvolumique
desparticules
solidesy, (normeNF P g4-0S4)
Le problèmeest de mesurerle volumedesgrainssolides,Vr, constituant
l'échantillon
de
sol.Cettemesureesteffectuée
généralement
(fig.2).
au pycnomètre
Une masseconnuems de sol séché(par passageà l'étuveà 105'Cjusqu'àmasse
constante)
est introduite
dansun récipient
contenant
de l'eaudistillée.Un agitateur
magnétique
sépareles particulesles unesdes autres.Les bullesd'airlibéréessontaspiréespar-unvide
d'air(trompeà eau).Aprèss'êtreassuréqu'aucune
bulled'airn'estpiégéeentrelesparticules
solides,on détermine
avecun trèsgrandsoinle volumed'eau déplacéepar les particules
solides.
Le volumede la phasesolideVs, égalau volumed'eau déplacéepar le sol, est déterminépar
pesée.
ril1 : masse du pycnomètre contenant l'eau repèrede
distilléeet le barreaumagnétique,
fi12i massedu pycnomètrecontenantle sol
l'eaudistillée
et le barreau
magnétique.
f f i 2 = I T l t+ m s - P * ' V s
avec ms: massedesparticules
solides,
pw : massevolumique
de l'eaudistillée,
V, : volumedesparticulessolides.
\,
"-
-lî2
_ IT11*ffis
p*
p, = T.. = ---m..Vs
lTlt * ffis
p*
- ffi2
Pycnomètre
- Figure2 -
:+ ys- ps.g
L'erreurrelativesur le résultatestde l'ordrede quelques10-4.
3 . CARACTERISTIQUES
DIMENSIONNELLES
3-1.FORME
On peutdistinguer
troiscatégories
de formes:
- les particules
sphériques
/ cubiques(arrondies
/ anguleuses)
: casdessolsgrenus(sables),
- les particules
en plaquettes
: casdessolsfins(argiles),
- lesparticules
en aiguilles.
3 .2 - DIMENSIONS
Supposonsun sol dont les grainssolidesont des dimensions
peu différentes
les unes
desautres(soldit à granulométrie
uniforme).
Suivantla tailledes grainson définitles catégoriesde sols suivantes(baséessur le
nombre2 ella progression
géométrique
de rapport10):
Sols grenus
Enrochement Cailloux Graves Gros sable
200mm
20 mm
Géotechnique1 - J. Lérau
Sablefin
0,2mm
Limon
0,02mm
20 pm
ols fins
Argile
2pm
Ultrargile
0,2 pm
diamètre
des
grainsdécroissants
-c.r-63 . 3 . CARACTÉRISTIQUES
GRANULOMÉTRIQUES
granulométrique
3 3 1 Courbe
La façonla pluscourantede représenter
les résultatsdes essaisde tamisageet de sédimentométrie'
consisteà tracerunecourbegranulométrique.
Ellereprésente
le poidsdestamisatscumulés(échellearithmétique)
en fonctiondu diamètre
ou du diamètreéquivalent,
D, des
particules
solides(échellelogarithmique).
La courbegranulométrique
donnele pourcentage
en
poidsdes particulesde tailleinférieureou égaleà un diamètredonné(pourcentage
du poids
totalde la matièresèchede l'échantillon
étudié).Lescoordonnées
permetsemi-logarithmique
plus précisedes fines particulesdont I'influenceest capitalesur le
tent une représentation
comportement
dessols.
par un coefficient
La granulométrie
d'un sol peutêtrecaractérisée
d'uniformité
ou coefficientde Hazen:
Doo
11
\ru-
%
o/o
(Dy: ouverture
du tamislaissantpassery du poidsdesgrains).
D1eest appelédiamètreefficace.
PourCu > 2, la granulométrie
est dite étalée,pourCu < 2 la granulométrie
est dite uniformeou serrée.
Plusla granulométrie
est serréeplusla pentede la partiemédianede la courbeest prononcée.
On définitaussile coefficient
de courbure:
Lorsquecertainesconditions
sur Cu et Cs sontsatisfaites,
le sol est dit biengraduéc'est
que
granulométrie
prédominance
à dire
sa
est bien étalée,sans
d'unefractionparticulière.
estdiscontinue,
Quandsa granulométrie
avecprédominance
d'unefractionparticulière,
il estdit
malgradué.
Les sols bien graduésconstituent
des dépôtsnaturellement
densesavec une capacité
portanteélevée.lls peuventêtreaisémentcompactés
en remblaiset formentdes pentesstables.
3 - 3 - 2 - Surfacespécifique
'On appellesurfacespécifique
la surfacedes grainspar unitéde masse.Elle dépend
principalement
de la tailledes grains(dansune moindremesurede la formedesgrains).Elle
peutvarierde 0,3 nl?g pourles sablesfins à plusieurscentainesde mz/gpourles argilesde
typeMontmorillon
iteo.
4 - STRUCTURE
DES SOLS
4 - 1 - STRUCTURE
DES SOLS PULVÉRULENTS
(solsgrenus)
D > 20 pm (exemple: lessables).
Lesgrainsse détachentles unsdesautressousleurpoids.
Les principales
forcesinteruenant
dansl'équilibre
de la structuresont les forcesde pesanteur;c'estpar des réactionsde contactgrainà grainqu'unensemblestablepeut exister.
quele nombrede contactsseraélevé(solbiengradué).
Cettestabilitéserad'autantmeilleure
Dansle cas de sols humidesnon saturés(fig.3-a) : l'eauest retenue,sousformede
ménisques
au voisinagedes pointsde contactsentreles grains,par des forcesde capillarité;
elle crée entre ces derniersdes forces d'attraction.Le matériauprésenteune cohésion
capillaire(châteauxde sable).Les forcescapillaires
sont négligeables
devantles forcesde
pesanteur.
u Des rappels
sur le tamisageet la sédimentométrie
sont présentésà l'annexe2.
o
La salleGC 110 mesureenviron120m'
Géotechnique1 - J. Lérau
-c.t-74 - 2 - STRUCTURE
DES ARGILES(rappels)
D.2!rm.
Lesparticules
restentcolléesles uneauxautres.Le sol présenteunecohésion:il a l'apparenced'un solideet ne se désagrègepas sous l'effet de la pesanteur
ou d'autresforces
appliquées.
Lesparticules
sontforméespar un empilement
de feuillets.Ellesont uneformede
plaquettes.
La surfacedes plaquettes
étantchargéenégativement,
les particulessont soumisesà
des forces d'attractionintergranulaires
diverses.: forcesélectriques',forces de Van der
Waalss.Ces forcessont en généralfaibleset diminuentrapidement
lorsquela distanceaugmente,on admetqu'ellesontnégligeables
à partird'unedistancede 0,4 pm. Pourqu'elles
puissentavoirune influencesur le compoftement
que les grainsde ce
du sol il est nécessaire
sol aientdesdimensions
trèspetites.
ll se crée autour des particulesde sol une pelliculed'eau adsorbéeou eau Iiée
d'épaisseurà peu prèsconstante(= 0,01pm) (fig.3-b). Elleest maintenue
à la surfacedes
grains par des forces d'attraction moléculaires.Les dipôles d'eau sont orientés
perpendiculairement
à la surfacedesgrains.Cetteeau présentedes propriétés
trèsditférentes
de cellesde I'eaulibre:
- ellea unetrèsfortedensité: 1,5
- elleestliéeà la particule
(ellene se déplacepassousl'effetde la gravité),
- sa viscositétrès élevée,qui lui confèredes propriétés
intermédiaires
entrecellesd'un
liquideet cellesd'un solide,està l'originede certainscomportements
dessolsargileux:
fluage,compression
secondaire,
...
- ellene s'évacuequ'àtempérature
élevée(vers300'C.).
La couched'eau adsorbéejoue un rôlede lubrifiant
entreles grains.Son influenceest
considérable
sur les propriétés
mécaniques
du sol.
ménisgue
d'eau
film d'eau
adsorbée
atr +
vapeurd'eau
eau libre
a - Sol humideet nonsaturé
b - Particule
de soltrèsfin
- Figure3 -
Orientation
desoarticules
On distingue
deuxtypesfondamentaux
d'orientation
:
- I'orientation
floculée(bordcontreface),structure
en "châteaude cartes"(fig.4 - a).
- l'orientation
(facecontreface)(fig.a - b).
dispersée
Lesparticules
dessédiments
argileuxnaturelsont une
plus ou moinsfloculéesuivantqu'ellesse sont
orientation
déposées
en milieumarinou en eaudouce.
7
a - Orientation
floculée
Des moléculesélectriquementneutrespeuventconstituerdes dipôles(les centresdes charges positiveset négatives
sont distincts).Les forces électriquess'exercententre les dipôles.
o Forces
d'attractionentre moléculesdues aux champs électriquesrésultantdu mouvementdes électronssur leurs
orbites;varientinversementproportionnellement
à une puissanceélevéede la distance.
Géotechnique1 - J. Lérau
-c.t-8Lesargilesmarinesont en généralunestructureplus
ouvertequelesargilesdéposées
en eaudouce.
La consolidation
et les effortsde cisaillement
tendent
à orienterles particules
suivantI'arrangement
dispersé.
joue un rôleimportantsur
L'orientation
des particules
les propriétésphysiqueset mécaniques.
Ces notionssur
permettent
l'orientation
desparticules
argileuses
d'expliquer
qualitativement
desphénomènes
complexes
liésà la consolidationet à la résistance
desaroiles.
b - Orientation
dispersée
Particules
de sol argileux
- Figure4 -
=1
lu
Ordresde grandeurdescaractéristiques
géométriques
desprincipales
famillesd'argiles
Nature
Diamètre
Epaisseur
1o
Kaolinite
lllite11
0,3à3pm
0 , 1à 2 p m
0,05à 1 pm
D/3à D/10
D/10
D/100
12
Montmoriltonite
Surfacespécifiques
10à 20 m2/g
80 à 100m?g
iusqu'à800 mzls
Lesargilesrencontrées
en pratiquesontforméesde mélangesde minérauxargileuxse
rattachant
à cestroisfamilles(cf.annexe3).
4 . 3 . S O L SO R G A N I Q U E S
Lorsqueles grainssont constituésde matièreorganique,le sol est dit organique.La
présencedansles solsde matièresorganiques,
qui sontà l'originede textureslâcheset d'une
importanterétentiond'eau, confèrentà ceux-ci une grande plasticitéet une grande
compressibilité.
Pour des étudesd'ouvragesimportantsoù le critèrede compressibiiité
est
prépondérant
(remblaisur sol compressible
par exemple),le dosagede matièresorganiques
dessolsappelésà supporter
de telsouvragesest indispensable.
La tourbe,résultatde la décomposition
desvégétaux,est un exemplede sol organique;
elleest presqueexclusivement
composée
de fibresv{;étales.
5 - ESSAISD'IDENTIFICATION
PROPRESAUX SOLS GRENUS
5 1 ESSAT
D'ÉQUVALENT
DESABLE (normeNF p 18-598)
'
L'essaid'équivalent
de sable,désignépar le symboleE.S.,a pourbut d'évaluerla proportionrelatived'élémentsfins contenusdansle sol et dont la présenceen quantiténotable
peutmodifierle comportement
mécanique.
C'est un essaiempirique,
simple,rapideet ne nécessitant
qu'un appareillage
très élémentaire.ll permetde contrôlersur placela constance
de certainesqualitésde matériauxmis
en æuvresur chantierà unecadencerapide.ll esttrèslargement
utilisé,en particutier
en géotechnique
routière.
L'essaiconsisteà opérersur l'échantillon
de sol (fractiondu matériaudontles éléments
sont inférieursà 5 mm) un lavageénergiquede manièreà te séparerde ses matièresfines.
L'éprouvettecontenantle sol et la solutionlavante est soumiseà gO cycles de ZO cm
d'amplitude
en 30 secondes.
La solutionutiliséea, en outre,un pouvoirfloculantsur lesargiles
et lescolloides'".
s
surfacespécifiquedu ciment: = 1 m2/g
10
du chinoiskao ling,lieu où l'on extrayaitcetteargile,de kao, élevée,et ling,colline
11
- USA
de l'lllinois
t2
(Vienne)- France
de Montmorillon
'" particules
très petitesrestanten suspensiondans I'eauet dont lafloculationproduitun gel.
Géotechnique
1 -J. Lérau
- c .l - 9 On laissela solutionse décanter(fig.5). Le
sablevrai se déposedansle fondde la burettejusqu'à un niveauh, qui peutêtremesuré.Au-dessus
du sable,se déposele floculatgonfléparla solution.
On peutdistinguer
un deuxièmeniveauh1 qui séparele liquidecontenant
le floculatdu liquidetrans- F l o c u l o f
parentde solutionlavantedécanté.On détermine
le
rapportentre la hauteurdu dépôtsolideh2 et la
hauteurdu niveausupérieur
du floculath 1.
L'équivalent
de sableestpardéfinition
:
oé.pôr
solrde
E . s=
. b .roo
h1
Essaid'équivalentde sable
- Figure5 -
La valeurde l'équivalent
de sablechutetrès rapidement
dès qu'ily a un faiblepourcentagede limonou d'argiledansle sol pulvérulent.
Ordresde grandeur:
Nature
Sablepuret propre
Sol nonplastique
Sol plastique
Argilepure
Equivalent
de sable
E. S.= 100
E.S.= 40
E.S.= 20
E.S.= 0
5 - 2 - INDICEDE DENSIÉ (normeNF p 94-059)
Pourdonnerune idéede l'étatde compacité
danslequelse trouveun sol grenuà l'état
naturel,
on définitl'indicede densité:
Ien =
emax-ê
êmax - êmin
êmax et epln sont déterminés par des essais de laboratoire.
L'essaiconsisteà mettreen placele matériauséchédansun moulede votumeconnu,
selonuneprocédure
biendéfinie(avecunehauteurde chutenulle).On peutainsicalculerson
poidsvolumiqueminimal.Une surchargestatiquede 10 kPa est ensuiteappliquéeafin de
procéderau compactage
par vibration.On calculealorsson'poid's
de l'échantillon
volumique
maximal.
pourun sol lâchee = emax:+ lD = 0.
Pourun solserré ê = ernln:â lD = 1.
Le comportement
des sols grenusdépendpresqueuniquement
de l'étatde compacité
ll
solide.
ll danslequelse trouvele squelette
Dansle cas d'un matériauthéoriqueconstituéde sphèresde mêmediamètreon peut
particuliers
définirdeuxassemblages
correspondant
à er,net êmax(fig.6) :
Géotechnique1 - J. Lérau
- c . I - 1 0-
GOO
2t<.,x. >i<
".tb{._Li)
ceoo
d.= nl2
A,= îEl3
- a - Etatle moinsle compact:
b Etatle pluscomoact:
assemblage
cubique:
ass@eto:
unesphèreen contactavecsix autressphères unesphèreen contactavecdouzeautressphères
êmax= 0,92 (nr", = 47,6 o/o)
êr;n = 0,35 (nrin = 25,9 Yo)
Assemblage
de sphèresde mêmediamètre
- Figure6 6 . ESSAISD'IDENTIFICATION
PROPRESAUX SOLS FINS
6 . 1 - LIMITESD'ATTERBERG
C'estI'un desessaisd'identification
lesplusimportants.
ll
Ceslimitessontmesurées,
avecun appareillage
normalisé,
sur le mortier,c'est à direla
fractionde sol qui passeau tamisde 0,40mm.
On peutconsidérerquatreétatscaractérisant
la consistance
des solsfins. Pourdes teneursen eaudécroissantes
:
.l'état liquide:Le sol a uneoonsistance
trèsfaible.ll a l'abpectd'un fluide,il tendà se
nivelersuivantuÉesurfacehorizontale.
glissentfacilement
Les particules
les'unessur les autres(fig.7-a).
. l'étatplastique: Le sol a uneconsistance
plusimportante.
ll ne tendplusà se niveler.
Soumisà de faiblescontraintes
il se déformelargement
sansse rompre.ll gardesa déformation aprèssuppression
des contraintes.
Les particules
ont mis en communleurscouchesadsorbées;lorsqu'ily a déformationles particulesrestentattachéesles une aux autressans
(fig.7-b).
s'éloigner
. l'état solide(avecretrait): Le sol retrowe sa forme initialeaprèssuppression
des
(petitesdéformations
.contraintes
élastiques).
. l'étatsolidesansretrait;lesparticules
arriventau contacten quelques
pointsen chassantl'eauadsorbée;
le sol ne changeplusde volumequandsa teneuren eaudiminue(fig.7-c).
a - Etatliquide
b - Etatplastique
c - Etatsolidesansretrait
Diversétatsd'unsolfin
- Figure7 La transition
d'un étatà un autreesttrèsprogressive,
c'est pourquoi
toutetentativepour
fixerla limiteentredeuxétatscomporteune partd'arbitraire.
Néanmoins,
on utiliseles limites
définiesparAtterberg
et précisées
ensuiteparCasagrande.
to
appeléaussiassemblage"en tas de boulets"
Géotechnique1 -J. Lérau
- c .l - 1 1 -
On définit:
- la limitede liquidité,
notéewsquiséparel'étatliquidede l'étatplastique,
- la limitede plasticité,
notéewp quiséparel'étatplastique
de l'étatsolide,
- la limitede retrait,notéews qui séparel'étatsolideavecretraitde l'étatsolidesans
retrait.
étatplastique
état solide
sansretrait
avecretrait
état liquide
W croissant
0
wç1s
\)
WP
k-
WL
tp-|
Dansles solsen place,la teneuren eau naturellewnslêst généralement
compriseentre
ws et wp,très prèsde wp.
6 - 1 - 1 - Limitede liquiditéw1
(déterminationàlacoupelle6- 1 - 1 - 1 -MéthodedeCasagrande
normeNFP 94-051).
Pourdéterminer
la limitede liquidité,
on étendsur unecoupelleunecouchedu matériau
danslaquelleon traceunerainureau moyend'un instrument
en formede V (fig.8).On imprime
à la coupelledeschocssemblables
en comptantle nombrede chocsnécessaires
pourfermer
la rainuresur 1 cm,on mesurealorsla teneuren eaude la pâte.
coupelle
vue de côté
coupellevue de face
outilà rainurer
pourla détermination
Appareillage
de la limitede liquidité
- Figure8 Pardéfinition,
la limitede liquiditéest la teneuren eauqui correspond
à unefermetureen
25 chocs.
Si on étudiela relationqui lie le nombrede chocsN à la teneuren eau w, on constate
que la courbereprésentative
de cetterelationest une droiteen coordonnées
semi-logarithmiques (échellearithmétique
pourles teneursen eau, logarithmique
pourle nombrede chocs)
lorsquele nombrede chocsest comprisentre 15 et 35. On réalisecinq essaisqui doivent
s'échelonnerrégulièrement
entre15 et 35 ou, mieux,entre20 et 30 chocs.La droitela plus
représentative
estensuitetracéeà partirdespointsexpérimentaux
(fig.9).
tu
S pour shrinkage: retrait
Géotechnique1 - J. Lérau
-c.l-12ti
,
aa
0
c
h
a
É
J
0
t.
Nombrede chocs
Limitede liquidité
- Figure9 Pourle mêmeintervalle
desvaleursde N, la formuleapprochée
wr- = * [-l!-)o't"
[25'
représente
égalementassezbien les résultatsexpérimentaux.
On peut doncemployeravec
prudencecetterelationqui permetde déterminer
la limitede liquiditéà l'aide d'une ou deux
mesuresseulement.
(normeNF P 94-0SZ-1)
6 - 1 - 1 -2- Méthodedu cônede pénétration
La relationentre la teneuren eau du sol remaniéet la pénétrationpendantcinq
secondes,
sousson proprepoids,d'uncônenormalisé
(angleau sommetde 30o,massede 80
g), tombéen chutelibre,est déterminée
expérimentalement.
On porteen abscisseles teneurs
en eau (en "/")et en ordonnéeles pénétrations
correspondantes
du cône(en mm), les deux
échellesétant linéaires.La droite la plus représentative
est tracée à partir des points
expérimentaux.
Par définition
la limitede liquiditéest la teneuren eau du sol qui correspond
à
uneprofondeur
de pénétration
du cônede 17mm.
6 - 1 - 2 - Limitede plasticitéwp (normeNF P 94-051)
' Pourdéterminer
la limitede plasticité,
on roulel'échantillon
en formede cylindrequ'on
(fig.10).La limitede plasticité
amincitprogressivement
est lateneuren eaudu cylindrequi se
briseen petitstronçonsde 1 à 2 cm de longau momentoù son diamètreatteint3 mm. ll faut
doncréaliserdes rouleauxde 3 mm de diamètresanspouvoirfairede rouleauxplusfins.On
exécuteen généraldeuxessaispourdéterminer
cettelimite.
Détermination
de la limitede plasticité
- Figure10Ces deux limitessontd'une importance
fondamentale
en géotechnique
car ellesindill
quent
la
d'un solauxmodifications
sensibilité
de sa teneuren eau.
ll
6 - 1 - 3 - lndicede plasticitélp (normeNF P 94-051).
L'indicede plasticité,
notélp, est le paramètre
le pluscouramment
utilisépourcaractériser l'argilosité
dessols.
ll s'exprimeparla relation
:
Ip= wL-wp
Géotechnique1 -J. Lérau
- c . I - 1 3pendantlequelon peuttravailler
ll mesurel'étenduedu domainede plasticité,
domaine
le
sol. ll a une grandeimportance
danstousles problèmes
de géotechnique
routière;il est préférablequ'ilsoitle plusgrandpossible.
pourla Réalisation
Le GTR92 (GuideTechnique
desremblaiset descouchesde formeseptembre
1992)retientpourlp lesseuilsd'argilosité
:
suivants
faiblement
argileux moyennement
argileux
argileux
trèsargileux
lp (%)
0
1
2
25
6 - 1 - 4 - Ordresde grandeur
Nature
wr- (%)
Wp (%)
l P (%)
Limon
peuplastique
Argilelimoneuse
Argileplastique
Argilede Mexico
Bentonitel6
24
40
114
500
710
17
24
29
125
54
7
16
85
375
656
6 - 2 - VALEURDE BLEU DE UÉrHVlÈrue: VBS (normeNF p 94-068)
permettant
ll s'agitaussid'unparamètre
de caractériser
l'argilosité
d'unsol.Sonapplicationest récente.
notéVBS (valeurde bleudu sol),représente
Ce paramètre,
la quantitéde bleude méthylènepouvants'adsorbersur les surfacesexterneset internesdes particulesargileuses
contenues
dansla fractiondu sol considéré;
c'estdoncunegrandeurdirectement
liéeà la surfacespécifique
du sol.
progressivement
L'essaiconsisteà introduire
du bleude méthylène
dansune suspenmaintenue
sion de sol
en agitation.
On prélèvepériodiquement
une gouttede la suspension
que I'on déposesur un papierchromatographique.
Dèsqu'uneauréolebleutéese développe
que I'adsorption
autourde la tacheainsiforméeon peutconsidérer
du bleude méthylène
sur
les particulesd'argileest terminée.En effet,c'estl'excèsde bleu de méthylènequi apparaît
dansl'auréole.
La VBS traduitglobalement
la quantitéet la qualité(activité)de la fractionargileusedu
sol.Elles'exprime
en grammes
de bleupour100g de sol.
. Ordresde grandeur:
solssableuxsolslimoneuxsolslimoneux-argileux
solsargileux solstrèsargileux
VBS
0,2
2,5
7 - AUTRESESSAIS
présentés
Desessaiscomplémentaires,
en annexe4, peuventêtreréalisés.ll s'agitde
- l'analyse
minéralogique,
- la teneuren matièreorganique,
- la teneuren carbonate
de calcium.
8 . CLASSIFICATION
DES SOLS
grâceà des mesuresquantitatives
Classerun sol consisteà I'identifier
et à lui donnerun
nomafinde le rattacher
à un groupede solsde caractéristiques
semblables.
(Unified
Apparentée
à la classification
américaine
U.S.C.S.
SoilClassification
System),
la
(L.P.C.)utiliséeen Frances'appuiesur
classification
des Laboratoires
des Pontset Chaussées
granulométrique
essentiellement
sur I'analyse
et sur lescaractéristiques
de plasticité
de la fracpardesessaistrèssimples(couleur,
tionfine,complétée
odeur,effetsde l'eau,etc.).
16
minéralargileuxthixotropedu groupedes smectites(de FortBenton- Montana- USA).
Géotechnique1 - J. Lérau
- c . | - 1 4La classification
GTR 92 utiliséedans les travauxde terrassementest aussi très
largementrépandue.
Les solssontdésignéspar le nom de la portiongranulométrique
prédominante
qualifiée
par un adjectifrelatifauxportionssecondaires.
8.1.SOLS A GRANULOMÉTR
UINEI F O R M E
Voir$3-2
8 .2 - SOLSA GRANULOMÉTRIE
NON UNIFORME
troisgrandstypesde sols:
On distingue
- lessolsgrenus: plusde 50 % deséléments
en poids> 80 pm,
- lessolsfins : plusde 50 "/odesélémentsen poids< 80 pm,
- lessolsorganiques
dontla teneuren matièreorganique
est> à 10yo.
I-2-1-Solsgrenus
La classification
des sols grenusse fait par la granulométrie
et les limitesd'Atterberg.
(fig.11).
Elleestprécisée
dansle tableauci-après
Définitions
E
E
E
E
o
o
o
^
r
E
9 C \ l
o
UJ
OL
o
E
A
i 5
c
@
5
^
1
E
9 Â Vl
g e
È
. o. E6
0
9
o
E
o ( Û
s 5
r.ô
C
o
o
E
a
E
ffi:
compris
entre
1et3
Désignations
oéotechnioues
gravepropre
biengraduée
gravepropre
malgraduée
Gm
Unedesconditions
de Gb nonsatisfaite
GL
Limitesd'Atterbergau-dessousde la ligneA17
grave
limoneuse
GA
Limitesd'Atterbergau-dessusde la ligneA17
grave
argileuse
C
O
cu=bt6
et c. f:*:
9
o
E
g
:o
o
sable propre
bien gradué
sb
comprisentre1 et 3
s 8
S
O
o
sablepropre
malgradué
Sm
Une des conditionsde Sb non satisfaite
SL
Limitesd'Atterbergau-dessousde la ligneA17
sable
limoneux
SA
Limitesd'Atterbergau-dessusde la ligneA17
sable
argileux
E
E
, 8 8
o
etc. -
E
E
o
o^
o
V
a
îÀ?
8 ;
g
o
o
\ o
RË
o
O
Ê
E
t
cu=bt4
Gb
E
O
E
E
æ
o
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o
.oE
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- o
o - E
.o
:o
d
J
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E
à e? 5
uJ
o
a ( !
€
@
€ ;
e 9
Ë E
.o
. o ,6
E
o
@
o
È 3
E
Conditions
Symboles
o
V
g
a
c
f c )
E . .oE
:o
tt
Lorsque5 o/o< o/ointérieurà 0,08 mm < 12 o/"+ on utiliseun doublesymbole
- pour les graves: Gb-GL
Gb-GA
Gm-GL
Gm-GA
- pour les sables: Sb-SL
Sb-SA
Sm,SL
Sm-SA
CLASSIFICATIONL.P.C.DES SOLS GRENUS
- F i g u r e1 1 tt
LigneA du diagrammede plasticité- voir figure12
Géotechnique1 - J. Lérau
- c . l - 1 58-2-2-Solsfins
La classification
dessolsfins utiliseles critèresde plasticité
liésaux limitesd'Atterberg.
Elleestpréciséedansle diagramme
de plasticité
ci-après(fig.12).
Selonla positiondansle diagramme
du pointreprésentatif
ayantpourabscissela limite
de liquiditéet pour ordonnéeI'indice de plasticité,on définit quatregrandescatégories
principales:
- leslimonstrèsplastiques l-r
- les limonspeuplastiques Lp
- lesargilestrèsplastiques ,\
- lesargilespeuplastiques Ap
tP
60
,/
50
raQ
t
A r g i t e st r e s p l a srques
--l
at
40
aa
i1
5\*:
\Q
-0.
çe/
30
Argilespeuptastiques
Yu^orlstrèsp
A lp l
2 0
Lt
-r4-"*lt-p
r 0
. etsots
o r o a n i o u e -s
peu plas t i ( u e s ' 0R
r0
20
30
40
U (i 5
50
.
'
|
. t
I
I
I
J C I SO r ga n t q u e s
t rès ptastiques
I
| ,.rl
l"i I I
60
70
80
90
100
wL
Abaquede plasticitéde Casagrande
CLASSIFICATION
L.P.C.DESSOLSFINS
- Figure12Remarque: Les mots argileet limonne représentent
plus ici des classesgranulométriques,
maissontliésaux valeursdes limitesd'Atterberg.
ll s'agitdoncd'une ctassification
baséesur
la plasticité
c'est à direla natureminéralogique
desparticules
de sol et nonde leurdimensions.
8-2-3-Solsorganiques
Teneuren matièreorganique
(%)
Désignation
géotechnique
0-3
3-10
1 0- 3 0
>30
Solinorganique
Solfaiblement
organique fo
Vase
Solmoyenne
organique mO Soltourbeux
Soltrèsorqanique
to
Tourbe
Géotechnique1 - J. Lérau
- c . | - 1 6-
ANNEXE
RELATIONS ENTRE CARACTERISTIQUESPHYSIQUES
1 1 ln
= W*
V
tzl n =
e
1+e
t3l n =
1 - Y d
ys
l4l n =
Ys - Ysat
Ys-Yw
t5l
ô -
t6l
@ =
K *
vs
n
1-.
lTlQ=
Yt -1
I8lQ=
Ys- Ysat
Ysat- Yw
Yo
l'9.| {[ =
Ww
w.
*
t l 0 l w = ê . S r .f u
Ys
l 1 1 lr r =
Y -1
Yo
l12lw=Sr.y*(a-al
Yo
w
Ys
[13] Sr = v w *
Y r w
l14l sr =
t15l Sr =
[16] y = (1+w) (1 - n)y.
1+w
l17l y - _1 .+vg^ ' ù
- ( 1+ w ) y 6
[18] y
tlel Y - Y o + n . S r . y *
yr+e.Sr.y*
t2ol y 1+e
l 2 1 l y - ( 1- n ) y s + h . S , . y *
l22l Yo - (1 - n)Y.
Ys
[23] Yo- 1 + e
*
l24l Y = Ysat-Yw
w
l25l
v = ( 1- n ) ( Y r - Y * )
Y w e
[26] T' =
Ys-Yw
1+e
l27ly'=
wsat
(yoconstant)
Y s - Y w. r o
ys
* : relationde définition
ANNEXE2
GRANULOMÉTRlE
Les grainsd'un sol ont des dimensions
très variablespouvantallerde la dizainede
centimètresau micromètre.Un essai d'identification
importantconsisteà étudier la granulométrie
du sol,c'est à direla distribution
desgrainssuivantleurdimension
en déterminant
par peséeI'importance
relativedesclassesde grainsde dimensions
biendéfinies.
1 - TAMISAGE
Pourlessolsgrenuson utiliseunesériede passoires
et de tamis.
Lestrousdes passoires
ont un diamètre
variantde 100à 6,3 mm.L'ouverture
intérieure
desmaillesdestamisvariede 12,5mm à 40 pm. Pardéfinition
le diamètre
d'uneparticule
est
intérieure
égalà I'ouverture
desmaillesdu pluspetittamisla laissantpasser.Quandon se sert
de passoires,il faut connaîtreles dimensions
des tamiséquivalents.
D étantle diamètredes
trousde la passoire,
I'ouverture
intérieure
des maillesdu tamiséquivalent
est égaleàD|1,25
(résultat
de Féret).On utilise,parexemple,
indifféremment
un tamisde 10 mm ou unepassoire
d e 1 2 , 5m m .
toujourspar passerl'échantillon
On commence
dansuneétuveà 105"Cjusqu'àpoids
constantde façonà déterminer
le poidsde l'échantillon
sec.On procèdeensuiteau tamisage
proprement
dit, soit à sec, soit sousl'eau, à l'aide d'une colonnede tamissoumiseà des
Géotechnique
1 -J. Lérau
-c.t-17La quantitéde matériauretenuesur le tamisest appeléerefus,cellequi passe.au
vibrations.
traversdu tamisest appeléetamisat.
Le tamisageà sec n'est précisque pourles matériaux
dénuésde cohésion
commeles
sablesou lesgraviers.En présence
d'un sol limoneuxou argileux,il fauteffectuerun tamisage
sous I'eau. Le matériaudoit alors être mis à tremperpendantun temps suffisantpour
peutdurerde quelquesminutesà plusieurs
désagréger
motteset agglomérats.
Cetteopération
heures.Aprèstamisage,on passede nouveaules tamiset leursrefusà l'étuveavantde les
peser.
2 - SÉDIMENTOMÉTRIE
Lorsquela dimensiondes particulesest inférieureà 80 pm le tamisagen'est plus
possible.
On a alorsrecoursà la sédimentométrie.
Cetteméthodeestbaséesur la loi de Stokes
qui exprimela vitesselimitede chuted'une particule
sphérique
dansun liquidevisqueuxen
fonctiondu diamètrede la particule
(fig.1).
Cetterelations'écrit:
u = Y l ] Tpt { vD z
18
avec:v: vitessede décantation,
D : diamètrede la particule,
y* : poidsvolumique
du liquideutilisé(eau+ défloculant),
p : viscositédynamique
du liquide.
Cetteformuledonneparexemplepourla décantation
de
particules
d'un poidsvolumique
de 26,5kN/m3dansde I'eauà
Loi de Stokes
zOC (p = 1o-3Pa.s) :+ v (cm/s)= 9000D2 (D expriméen cm).
- Figure1 pratique,
pour
pouvoirappliquerla loi de Stokes,il
En
convientd'opérer sur une suspensionde faible concentration
(enviion20 g/litre)et sur des particulesde dimensioninférieure'à
100 pm. Par convention,le diamètred'une particuleest égal au densimètre
diamètrede la particulesphérique
de mêmepoidsvolumiquequi a
la mêmevitessede décantation;
il estappelédiamètre
(le
équivalent
motdst importantcar les particules
trèsfinessonttrèsaptatie+
. Le procédéconsisteà mesurerà différentes
époques,
à l'aide
d'un densimètre,
la densitéd'unesuspension
d'un sol (fig.2).On
opèresur une suspensioninitialement
homogène.La décantation
des particulesdétruitcette homogénéité,
les particulesles plus
grosSes
tombantle plusrapidement.
A uneprofondeur
H donnéeon
mesurele densitéô de la suspension
en fonctiondu tempst.
A cetteprofondeur
H (= v.1;
- il n'y a plusde particules
de diamètre
supérieur
à D tel que
1
8
"i;car
u
.
H
D = ;::'-1:
la sédimentation
de ces particules
a été plus
( Y s- Y w ) t
rapide,
- le poidsvolumique
de la suspension
s'écrit:
Sédimentométrie
- Figure2 v-v'W'
\g
ffi
Y.Ws*Yw
ô'Y*=
ys
avec:
poidsdesparticules
de diamètre< à D
poidstotalft desparticules
solides
V : volumede la suspension
y = + . Ys'Tw . (ô - 1)enfonction
on détermine
du temps.
Ws Ys-Yw
v-
Géotechnique1 - J. Lérau
- c . | - 1 8ANNEXE 3
ELEMENTS DE CLASSIFICATIONSDES ARGILES
On distingue
troisgrandesfamilles.
La kaolinite
Le feuilletde kaoliniterésultede la liaisond'une couche
tétraédrique(1) avec une coucheoctaédrique(2), la liaisonse
faisantpar les atomesd'oxygène(fig. 1). La particulede kaolinite
est forméed'un empilement
de ces feuillets,de l'ordre d'une
centaine.Lesfeuilletssontliés les uns aux autrespar des liaisons
du type hydrogènedonc des liaisonsrelativement
fortes; il en
résulteque l'empilement
est difficileà dissocier.Le minéralest par
conséquent
stable et l'eau ne peutni circulerentreles feuilletsni
provoquerun gonflementou un retraitdes particules.
ces argiles
pourl'ingénieur.
sontlesmoinsdangereuses
a
-*
f 3 À
.c
I n.
Liaison
/co*e
\Ll'alson
faible
I
I
Structure
de la kaolinite
- Figure1 Lessmectites(dontla montmorillonite)
que les illites,maisavectrès peu de cationsK* interfoliaires.
Mêmetypestructural
ll en
résultedes liaisonsextrêmement
lâchesentrelesfeuilletsce qui permetà desmolécules
d'eau
de se glisserentreles feuilletsen provoquant
des gonflements
(S à 6 couches
spectaculaires
de molécules
d'eau).Lessolsdontla teneuren montmorillonite
estélevéesontsusceptibles
de
gonflements
ou de retraitsimportants
suivantlesvariations
de teneuren eau.Lesparticules
de
montmorillonite
ont des dimensions
très faibles,leur surfacespécifiqueest dont très élevée
d'où une activitésuperficielle
intense.A cettefamilleappartient
la bentonitecourarmentutiliséecommebouede forageet dansI'exécution
de paroismoulées.
Les illites
Leur structureest très prochede celle du mica branc.Une
coucheoctaédrique
est priseentredeuxcouchestétraédriques.
Ces
dernières
sontoccupéespardes Si4*dontun peu moinsde 1 sur 4
est rèmplacépar des Alo*.La neutralitéélectriqueest rétabliepar
I'interposition
de cationsK* entre les couchestétraédriques
: il
apparaîtainsi des liaisonsioniquesfaibles entre les feuillets,
sutfisantes
toutefoispourlesbloquer.
lons K+
i/
liai"on
assez f,orte
L'atomed'aluminium
du feuilletoctaédrique
qui se trouvesousformed'un 4;+++peut
être remplacépar d'autresionscommeMg++,principalement
dansla montmorillonite
et dans
l'illite.ll en résulteun déséquilibre
qui est compensé
électrique
par l'adsorption
en surfacede
cationsCa**, Li+,K+, Fe++.Aux extrémités
de la particuled'argile,il y a également
desdéséquilibresélectriques
et adsorption
de cations.Ces cationsdits échangeables
jouentun rôle
important
dansle comportement
desargiles.
Géotechnique1 - J. Lérau
- c . | - 1 9ANNEXE 4
- coMPLÉmerurs
AUTRES
ESSAIS
1 - ANALYSE
urruÉnnLocteuE
L'analyseminéralogique
faitappelà l'observation
au microscope
électronique,
à l'étude
pardiffraction
desrayonsX, à I'analysechimique.
L'analyseminéralogique
d'un sol est généralement
un essaiqui apportebeaucoup
d'informations,car le comportement
des sols fins est fonctionde leur compositionminéralogique.
Par exempleune forteteneuren montmorillonite
indiqueraun sol très sensibleà
l'eau pouvantdonnerlieuà desgonflements
ou desretraitsimportants.
2 - TENEURENMATIÈRE
ORGANIQUE
Les matièresorganiques
sonttrès variéeset il est de ce fait quasimentimpossible
de
pardesessaissimpleschacunedesvariétés.On se contented'undosagepondéral
déterminer
global.Plusieurs
méthodesde dosagesontpossibles.
Méthodeclassique
Les matièresorganiques
sontoxydéespar un mélangede bichromate
de potassiumet
d'acidesulfuriqueconcentré.
Méthode
thermique
Celle-cifaitappelà I'analyse
thermique
(A.T.D.),
différentielle
méthodepluslonguemais
plusprécisequela méthode
classique.
Testd'humidification
de VonPost
Le testde Von Postpermetd'estimer
le degréde décomposition
desmatièresorganiques
des sols par rétérenceà une échelled'humidification
empiriquecomportant
dix classesHt à
H1g(la classeH1 correspond
à une massevégétalenon humidifiée,
la classeHtOà un sol
organique
totalement
humidifié,
à l'étatde pâte.
L'essaiconsisteà comprimerunecertainequantitéde matériauet à observerla natureet
la couleurdu liquidequien sort,queI'oncompareà uneéchellepréétablie.
ll peutêtreréaliséà
la mainou à l'aided'unsystèmemécanique.
3 - TENEUREN CARBONATE
DE CALCIUM
- Frùling.
La détermination
de la teneuren CaCO3s'effectueau calcimètreDietrich
L'essaiconsisteà mesurerà l'aide d'une buretteà gaz le volumede CO2dégagépar la
réaction
du HCIsurle carbonate
de calciumcontenudansl'échantillon.
L'acidechlorhydrique
diluédécompose
le carbonate
de calciumselonla réaction:
CaCO3+ 2 HCI -+ CaCl2+ H2O+ CO2v
La teneuren CaCOsd'un sol fin est un bon indicede sa résistance
mécanique
et de sa
sensibilité
à I'eau.Suivantla valeurde cetteteneur,le compoftement
du solévoluedepuiscelui
d'uneargilejusqu'àceluid'uneroche,la valeurde transition
étantauxalentours
de 60 - 70 o/".
Teneuren CaCOs(/")
0 - 10
1 0- 3 0
30-70
70-90
90 - 100
géotechn
Désignation
ique
Argile
I
Argilemarneuse
I
Marne
Sols
Calcaire
marneuxl ^
F{ocnes
calcaire
I
Avril2006
Géotechnique1 - J. Lérau