chapitre_1-2-3-4
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8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
1/107
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
2/107
Annexe
Annexe
Annexe
Annexe
CÉOTECHNIQUE
SOMMAIRE
tNtrOdUCtiON
QU EST.CE
QUE
LA
GÉOTECHNIQUE
chapitre
PnopruÉrÉs
pHystQUES
ESsoLS
r
-
oÉrruïoN DES oLs ÉlÉtvtENTS
oNSTtrulFS
uN soL
2
-
cARAcrÉnrsreuEs
HysreuEs
ES
oLS
g
-
cARAcrÉnrsreuEs
TMENSToNNELLES
4. STRUCTUREES
SOLS
5
-
ESSAISD DENTIFICATIONROPRES UX SOLSGRENUS
6.
ESSAISD DENTIFICATIONROPRES
UX
SOLSFINS
7
.
AUTRES
SSAIS
8
.
CLASSIFICATIONES SOLS
Relations
ntre aractéristiques
hysiques
Granulométrie
Eléments
e classificationes
argiles
Autres
ssais
com
léments)
Chapitre
l
HYDRAULIQUE
OUTERRAINE
r
-
Ét-ÉrueNTSHyDRAULTQUE
ourERRAtNE
e
-
ÉooULEMENTSRTDTMENSToNNELS
HvDRAULIoUE
ES
putrs
g
.
ÉCOULEMENTSIDIMENSIONNELS
Éruoe oes
nÉSEAUX
ÉooUTEMENT
4
.
EFFETSMÉCANIQUESE L
EAU
SUR LES
SOLS
INTERACTION
LUIDE-SQUELETTE
s - EFFETS E LAcAprLmnrrÉDANS ESsoLS
Annexe :
Condition e continuité
Annexe : Débit
e
pompage
Démonstration
e Tcharny
chapitre
ll
LA DÉFoRMATtoN
ES SOLS
1
-
CONTRAINTES
ANS ES
SOLS
2
.
CALCUL DES CONTRAINTESDUES AUX
SURCHARGES
3
-
coMPRESSrBrLrrÉes
soLs
4
-
CALCUL
DES TASSEMENTS
MÉTHODE ES
COUCHES
s
.
rnÉonlE DE LA
coNSoLIDATtoN E TERZAGHI
r rnÔHLIcH
6
-
DURÉEDES TASSEMENTS
7
-
CONSOLIDATIONECONDAIRE
8
.
DISPOSITIONSONSTRUCTIVESTASSEMENTS
DMISSIBLES
Annexes1 à 4: Abaques e Steinbrenner,e Newmark, Ôsterberg,e Fadum
Annexe
5
:
Chargeuniforme e
longueur
nfinie
Diffusion
implifiée es
contraintes
Annexe
6
: Tables
de
U
en
fonction
de
Tu
et de
Tu
en fonction
de
U
Annexe
7
:
Ordres
de
grandeur
des
assements
dmissibles
chapitre
lV
LA RÉslsTANcE AU
CTSATLLEMENT
ÉrUOe
EN LABORATOTRE
1
.
NOTIOruS ÉTTIENTAIRES
UR
LA RUPTURE
ES
SOLS
2
.
RAPPELS
UR
LES
CONTRAINTES
CONVENTIONS
3
.
CRITÈRE
DE MOHR.COULOMB
4.
MESURE U LABORATOIREES
CARACTÉRISTIQUES
E RUPTURE
5
.
REMARQUES
UALITATIVES
Annexe :
Ordres
de
grandeur
de
la
cohésionet de l angle
de frottement
nterne
BIBLIOGRAPHIE
Géotechnique
-J.
Lérau
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
3/107
QU EST.CE
UE
LA
GEOTECHNIQUE
La
Géotechniquest
ensemble
esactivitésiées
aux
applications
e
a
Mécanique
es
Sols,de
la Mécanique
es Roches
t de
la
Géologie e l lngénieur.
a Mécanique
es
Sols
étudieplus particulièremente comportementes sols sous leurs aspects ésistance t
déformabilité.
A
partir
essais
e
aboratoires
t n
situde
plus
en
plusperfectionnés,
a
Mécanique
es
Sols
ournit
ux
constructeurs
esdonnées écessaires
our
étudieres
ouvrages
e
génie
ivil
et de bâtiment t assurereur
stabilité n onction
es
solssur esquels
ls
doivent
tre
ondés,
ou avec
esquels
ls
seront onstruits
barrages
n
remblais);
eci ant
duranta
progression
es
travaux
grands
errassements)
u après
ise
en service
esouvrages.
LES
DOMAINES
APPLICATION
La Mécanique
es
Sols
oue
un
rôle
essentiel ans acte
de construire
our
ous
es
travaux
e bâtiment
t de
génie
ivilen relation
vec es
sols
ou
esmettant
n æuvre.
Les
sols
peuvent
.
supporteres
ouvragesfondations
uperficielles,
ondations
rofondês
.. .
.
êtresupportésmurs
e soutènement,
ideaux
e
palplanches,
..
.
constituerouvrageui-même
remblais,
igues, arrages,
..
On
peut
citer
par
exemple
-
les
ondationsesbâtiments,
esouvrages art, esensemblesndustriels..-
les
ouvragese soutènement
murs,
ideaux
e
palplanches,
..),
-
les unnels
t
ravaux
outerrains
ans
es
sols,
-
les
barrages t digues
n
erre,
-
la
stabilité es
pentes
aturelles
t des alus
et
es
ravaux
e stabilisation,
-
lesouvrages
ortuaires
t maritimes
fondations
e
quais,
omportement
esbrise-lames,
..),
-
les
errassements
es
outes,
utoroutes,
oies errées,
-
I amélioration
t
e renforcement
essols,
-
la
protection
e
environnement.
Géotechnique
-
J. Lérau
Avril
2006
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
4/107
Chapitre
PROPRIETES
PHYSIQUES
DES
SOLS
1
-
DÉFINITIoN ES SoLS
ÉIÉuerurs coNSTITUTIFS
.UN
SoL
1 1 OÉrrrurrroruES
oLs
Dans esétudes éotechniqueses matériaux xistant la surface e l écorceerrestre
sontclassés n deux
grandes
atégories
-
les
roches
agglomérats
e
grains
minérauxiés
par
des orces
de cohésion
ortes
et
permanentes,
ême
après
mmersion
rolongée
ans eau
+ Mécanique
es oches.
-
les
sols:agrégats
e
grains
minéraux
ouvant
treséparés
ous
effet
d actionsmé-
caniques
elativementaibles
+
Mécanique
es
sols.
Les
matériaux
e
transition
ntre
sols et roches
ont
nommés
SIRT
(sols
ndurés
t
rochesendres).
On
notera
que
e
géologue
ppelle
ols
ous
es matériaux
e trouvant
la
surface
e
l écorceerrestre.
Lessolssontdes matériauxmeubles,
oreux,
étérogènes
t souvent
nisotropes.es
matériaux, inéraux u organiques,
ont
généralement
l état
de
grains
u de
particules
ont
les ormes t esdimensions
ontessentiellementariables.
1
2-
ÉlÉuerurs
oNSTrrulFS
uN
ol
Un
solest un mélange éléments
olides onstituant
e
squeletteolidê,
eau
pouvant
circuler u
non
entre
es
particules
t d air
ou de
gaz.
l
estdonc, n
général,
onstitué
e rois
phases:
sol
=
phase
olide
phase
iquide
phase
azeuse
Entre
es
grains
u
squelette,
esvides
peuvent
tre
emplis
ar
de eau,
par
un
gaz
ou
les
deuxà
la
ois.
Le
gaz
contenu ans
es
vides
entre
es
particules
st
généralement
e I air orsque
e
sol estsecou un
mélange
air et de vapeur
eau orsquee
sol
est
humide
cas
e
plus
ré -
quent)
f ig.3-a).
L eau
peut
emplir
lus
ou moins ous esvides
entre es
grains
t êtremobile
écoule-
mentplusou moins apide). orsque eau emplitous esvides,esolestditsaturé. ans es
régionsempérées,a
plupart
essolsen
place, quelques
mètres
e
profondeur
ont
saturés.
Lorsqu il y
a
pas
d eau,
e
solestdit sec.
L étude omplète
essols
non
saturés,
ui
constituent
n
milieu
trois
phases,
st
rès
complexe.
2
.
CARACTÉR|STIQUES
HYSIQUES ES
SOLS
2. 1
.
DESCRIPTION
Avant
d analyser
e
comportement écanique
es sols, l
est
nécessaire
e définir
er-
tains
paramètres ui
se
rapportent
ux
diverses
roportions
ans esquelles
e trouvent
e
squeletteolide, eau
et
air
onstituante
sol.
Pour
elaconsidéronsa représentation
uivante
un sol
dans
aquelle
es rois
phases
sont éparéesfig.1) .
Géotechnique
-J.
Lérau
-
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5/107
- c . t - 2 -
Poids
Volumes
W a = 0
ww
ws
arr
va
Vv7
VV
vs
Représentation
onventionnelle 'unvolume
de sol
Poids
et volumesdes différentes
hases
-
Figure1
-
Notations onventionnelles
W :
poids
otal
du soll
Ws :
poids
es
particules
olides
Vs
Ww poids e 'eau2
avec
es elations
W = W s + W w
V v = V y y + V g
V
= V s + V v - V s + V w + V a
On
définit n outre
es
poids
olumiques
ui,
avec es
poids
et
volumes,
onstituentes
paramètres
imensionnels
.
le
poids
olumique
es
particules
olides
de
a matière
onstituant
es
grains
olides),
noté
yg
y,
=
I sableet argile
=
26à 27 kN/m3
v . \
La
phase
olide essolsest constituée
rincipalement
e siliceet
d'alumine. es
élé-
ments
imples
i
et
Al
ayantdes
masses
tomiques
rès
voisiness,e
poids
olumique
es
sols
évolue ansune
plage
rès
étroite.
es
solsorganiquest les
sols
métallifères
ont
exception
ces
valeurs.
.
le
poids
olumique
e
'eau,
oté
6,
Y w = S = 9 , 8 1
k N / m 3
vw
On
prend
ouvent
w
10 kN/m3.
e
qui
entraîne
'emblée
o/o
'erceurelative.
.
le
poids
olumique
u sol
(ou
poids
olumique
pparent u
poids
olumique
umide),
noté
.
C'est
a
somme es
poids
es
particules
olides
t de
'eau
d'unvolume
nité e
sol.
=
-U l -
sab le=17à20kN/ms
arg i le :=16à22kN/mg
V \
.
le
poids
olumique
u solsec,
noté
64
WS
yO
=
Ti
sable=14
à
18kN/m3
argi le := 0
à20
kN/m3
V
W
vw
va
volumeotal
apparent)
volume
es
particules
olides
volume esvidesentre esparticules
volume
e 'eau
volume
e
'air
'W
pourweight'w
pour
water
"
respectivement
8
et
27
g/mole
'd
pour
ry
Géotechnique
-
J.
Lérau
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
6/107
- c . r - 3 -
Si
le
solestsec
y
=
yo.
.
le
poids
olumique
u
solsaturé, oté
sat
orsque
ous es
vides
ont
emplis
'eau.
sableet argile
=
19
à 22 kN/m3
+ densité
sèche Do
Yo
Yw
par
apport I'eau,notéeD,
d e n s i t é : D ,
J L
' l w
=
w * . 1 0 0
WS
s r = f . r o o
W
V
sat
=
-
W'+Y*.vu
V
.
le
poids
olumique
u soldéjaugé, oté
'
ll
est
pris
en compte
orsque
e
sol est entièrementmmergé.
l tient
comptede la
présence
e 'eau
qui
emplitous esvides
t
de
a
poussée
'Archimède
Y'
=
Ysat Yw
sableet argi le =
9
à 12 kN/m3
On
ntroduit
ussi a notionmasse olumique,
otée
,
et
plus
arement
elle
e densité
On obserueraue e vocabulaireourant tilisé ans e milieu rofessionnelu B.T.P.
confond
ssez
acilement
oids
olumique,
asse olumique
t densité.
Les
paramètres
ansdimensions,
u nombre
e
quatre,
ndiquent
ans
quelles
ropor-
tions ont esdifférentes
hases
'un sol. ls
sont
rès
mportants
t
essentiellementariables.
On définit
a
porosité,
otée
n,
qui permet
e
connaître'importance
es
vides
c'est à
dire
de savoir i
le
sol est dansun état âche
ou serré.Elle
est définie
omme
tant e rapport
duvolume esvides
u
volumeotal.
n
=
vv
s a b le l î = o ' 2 5 à o ' 5 0
V
a r g i l e : n = 0 , 2 0 à 0 , 8 0
La
porosité
st
oujours
nférieure
1.
Elle
peut
aussi
treexprimée
n
pour-cents.
Les
sollicitationsuxquelles
ontsoumis es
sols
produisent
es variations
u
volume
des
videsVv
qui
entraînent es variations
u volume
apparent ;
aussi
préfèret-on
ouvent
rapportere volume
es
vides
non
pas
au
volume
pparent
e
'échantillon
ais
au
volume
es
pafticules
olides,
equel
peut
être considéré
omme
nvariant.
n
définit
lors 'indice
des
vides, oté
e, dont
a
signification
stanalogue
cellede a
porosité.
l
estdéfini
ar
a relation
@
+
;ili:;:=3:331
-
L'indice
esvides
peut
être
supérieur 1
et même
atteindre
lavaleur 3
cas
xtrême es
argiles e Mexico).
La
eneur
n eau,notée
w, est
définie
ar
e rapport
u
poids
de
'eau
au
poids
des
par-
ticules olides 'unvolume onné e sol.Elles'exprime n pour-cent.lleest acilement e-
surable n abora toire.
s a b l e
w =
1 à 1 5 Y "
a r g i l e r w = 1 0 à 2 0 Y o
La teneur
en eau
peut
dépasser 100
"/o
et
même
atteindre
plusieurs
entaines e
pour-cents.
Le degré e saturation,oté
51,
ndique
ans
quelle
roportion
es
vides
ont emplis
ar
l 'eau.
l estdéfini ommee rapport
uvolume
e 'eau
au volume
esvides.l
s'exprime
n
pour-cent.
Le
degréde
saturation
eut
varier
de 0 %
(sol
sec)à 100
/"
(sol
saturé).
Géotechnique
-
J. Lérau
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
7/107
- c . t - 4 -
Parmi ous es
paramètres
éfinis
récédemment,
es
paramètres
ans
dimensions
ont
les
plus
mportants.ls
caractérisent'état
dans
equel
e
trouve e
sol c'est
à dire 'état
de
compacitéu squeletteinsi
ue
es
quantités
'eauet
d'aircontenues
ans
e
sol.
2
.2 -
RELATIONSNTRE ESPARAMÈTRES
Tous es
paramètresrécédemment
éfinis e
sont
pas
ndépendants.
es relations
es
plus mportantesxistant ntre esdifférentsaramètresontdonnées nannexe.
ll est rès
pratique
'utiliser
e
schéma e la représentation
onventionnelle
'un
sol du
paragrapherécédent our
détermineru démontrer
es
elations.
Pour caractériseromplètement
n sol la
connaissance
e
trois
paramètres
ndépen-
dants st
nécessaire;e
poids
olumique
e
'eau
étant
onnu.
ar
exemple
-
un
paramètre uantifiant
e
poids
olumique
y
ou
ys
ou
yo,
-
un
paramètre uantifiant
'importance
esvides
e ou n,
-
un
paramètre uantifiant
a
présence
'eau
w
ou
Sy.
Nous
avons
u
que
e
poids
olumique
es
particules
olides
en
dehors
es
particules
organiquest
métalliques)arie
entredes imites
ssez
proches
26
kN/m.
y.
<
27 kN/m3).
On
peut
donc
e
considérer
ratiquement
ommeconstant
on prend
en
général s
-
26,5
kN/me).
ans
e cas es
paramètres
ariablest indépendants'unsolse réduisent deux.
2
.3.
OÉTENMINATION
ES
CARACTÉNISTIOUESHYSIQUES
Lorsqu'on
e
rouve
n
présence
'un sol,
l
faut out
d'abord
étermineresvaleurs
e
trois
paramètres
ndépendants.
ompte
enu
de la
dispersionnévitable,
l
convientéaliser
n
nombre mportant
e
mesures
onton
prend
a valeur
moyenne.
es
mesures
e font
généra-
lement n aboratoire.
2-3
-
1
-
Déterminatione ateneuren
au
pondérale) (norme
FP
94-050)
C'est
a
caractéristiquea
plus
acile
à déterminer.
La teneur
en eause détermine
ar
deux
pesées.
Une
première
esée
e l'échantillon
l'étatnitial onnea massem
de
'échantillon
umide
t une
deuxième
esée,
près
assage
l'étuve
à
105'C
pendant
4heures
évaporation
e
I'eau
ibre
et de l'eau
apillaire),
onne a
masse èche e 'échantillon s.
*
-
t*
. 1oo
=
W*
.
1oo
ms
W.
aVeC f f iw= f f i - f f i .
2
-
3
-.2
Détermination
u
poids
olumique
(norme
F P
94-053)
ll fautdéterminera massem
et le volume otal
V
de
l'échantillon.
our
déterminer
e
dernier n utilise
'une
es roisméthodes
uivantes
.
Méthode
ar
mmersion
ans 'eau
Un
échantillon
e
orme
imple, e masse
omprise
ntre
,1
et
0,5
kg
est
pesé
m)puis
recouvert
'unecouche e
paraffine
po r nins
0,88
g/cm3).
ne
deuxième
esée
m/
permet
de
déterminer
a masse
de
la
couchede
paraffine
t de calculer onvolume.Une roisièmepesée, ydrostatique,e l'échantillonecouverteparaffinem'o) ermet e calculerevolume
de l'échantillonecouvert
e
paraffine.
e volume
de
paraffine
tant
connu,on
en déduit e
volume
de
'échantillon
V
=
Vrol*paraffine
-
Vparafine
=
ffip
-
ffi'p
ff ip
-ffi
Pp
L'échantillon
e sol
n'est
pas
emanié,l
està l'état aturel.
.
Méthode
e
a rousse
oupante
On effectue n
poinçonnement
vecune rousse
oupante
ans
'échantillon.
es aces
de la
prise
d'essai
ont arasées ux
extrémités. e volume
V de la
prise
d'essai
st
égal au
produit
e
I'aire
e
a
section 'entrée
e
a rousse
oupante
ar
sa
hauteur.
L'échantillone sol est égèrementemanié ar e passage e la trousse oupante,l est
cependant
onsidéré
l'état
aturel.
Pw
Géotechnique
-
J. Lérau
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
8/107
- c . t - s -
.
Méthode u
moule
L'échantillon,
réparé
elonun
processus
éfini,
emplit
e
moule
usqu'à
ébordement.
L'extrémité
upérieure u
moule,
de dimensions
onnues,
st
arasée
à la règle.
C'est a
méthode
tilisée
ans 'essai
roctor
norme
NF
P
94-093).
L'échantillon
e solest emanié.
2 - 3 - 3 - Déterminationupoids olumiqueesparticulesolides , (normeNF P g4-0S4)
Le
problème
stde mesurer
e volume
es
grains
olides, r,
constituant
'échantillon
e
sol.
Cettemesure
steffectuée
énéralement
u
pycnomètre
fig.
2).
Une
masse
onnuems
de sol
séché
parpassage
l'étuve
à 105'C
usqu'à
masse
constante)
st ntroduite
ans
un
récipient
ontenant
e 'eau
distillée.
nagitateur
agnétique
sépare es
particules
es
unes
des autres.
es
bulles
d'air ibérées
ont
aspirées
ar-un
ide
d'air
trompe
eau).Après
'êtreassuré
u'aucune
ulle
'airn'est
piégée
ntre
es
particules
solides,
n détermine
vec
un
rès
grand
oin e
volume
'eaudéplacée
ar
es
particules
oli-
des.
Le volume
e a
phase
olide
Vs,
égalau vo-
lume
d'eau déplacée
ar
le
sol,
est déterminé
ar
pesée.
ril1
: masse
du
pycnomètre
contenant l'eau
repère
e
distillée t e
barreau
magnétique,
fi12 masse
du
pycnomètre
ontenant
e
sol
l'eau
distillée
t e
barreau agnétique.
f f i2=
IT l t+ ms
-
P* 'Vs
avec ms masse
es
particules
olides,
pw
masse
olumique
e
'eau
distillée,
V, : volume
es
particules
olides.
\, _
IT11ffis
-l î2
-
p *
p, = T.. = ---m..- p* :+ ys ps.g
Vs lTlt *
ffis
-
ffi2
L'erreur
elative
ur
e résultat
st
de
'ordre
de
quelques
0-4.
3
.
CARACTERISTIQUES
IMENSIONNELLES
3 - 1 . F O R M E
On
peut
distinguerrois
atégories
e ormes
-
les
particules
phériques
cubiques
arrondies
anguleuses)
casdes
sols
grenus
sables),
-
les
particules
n
plaquettes
casdessols ins
argiles),
-
les
particules
n
aiguilles.
3 .2 - DIMENSIONS
Supposons n
sol dont es
grains
olides
nt
des dimensions
eu
différentes
es
unes
des
autres
sol
dit à
granulométrie
niforme).
Suivant
a taille
des
grains
on définit es
catégories
e
sols
suivantes
basées
ur
le
nombre
ella
progression
éométrique
e rapport
0)
Sols
grenus
ols ins
Enrochement
Cailloux Graves
Grossable
Sable in
Limon
Argile
Ultrargile
Pycnomètre
-
Figure
-
Géotechnique
-
J. Lérau
0,2mm
2pm
00
mm 20
mm
0,02mm
20
pm
0,2
pm
diamètre
es
grains
écroissants
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
9/107
- c . r - 6 -
3
.
3
.
CARACTÉRISTIQUESRANULOMÉTRIQUES
3
-
3
-
1
-
Courbe
ranulométrique
La façon a
plus
courante e représenteres
résultats
es
essais e tamisage
t
de sé-
dimentométrie'onsiste tracer
unecourbe
ranulométrique.
lle eprésente
e
poids
es ami-
satscumulés
échelle
rithmétique)
n
onction
u diamètre
u du diamètre
quivalent,
,
des
particules
olides
échelle
ogarithmique).
a
courbe
ranulométrique
onne e
pourcentage
npoidsdesparticulese taille nférieureu égaleà un diamètre onné pourcentageu poids
total
de
la matière
èchede l'échantillon
tudié). es
coordonnées
emi-logarithmique
ermet-
tent
une
représentation
lus précise
es fines
particules
ont I'influence
st capitale
ur le
comportementessols.
La
granulométrie
'un sol
peut
être
caractérisée
ar
un coefficient'uniformité
u
coeffi-
cientde
Hazen
11
Doo
\ r u -
(Dy
ouverture u
amis
aissant
asser
o/o
du
poids
es
grains).
D1e
stappelé
iamètre
fficace.
Pour
Cu
>
2, la
granulométrie
st diteétalée,
our
Cu
<
2 la
granulométrie
st dite uni-
formeouserrée.
Plus a
granulométrie
st serrée
lus
a
pente
de
la
partie
médiane
e
a
courbe
st
pro-
noncée.
On
définit
ussi
e
coefficiente courbure
Lorsque
ertaines onditions
ur
Cu
et
Cs sontsatisfaites,e
sol est
dit bien
gradué
'est
à dire
que
sa
granulométrie
st bien étalée,
ans
prédominance
'une raction
particulière.
Quand
a
granulométrie
stdiscontinue,
vec
prédominance
'une raction
articulière,
l
estdit
mal
gradué.
Lessols biengradués onstituent esdépôtsnaturellementenses vecune capacité
portante
levée.
ls
peuvent
tre
aisément ompactés
n remblais
t forment
es
pentes
ta-
bles.
3
-
3
-
2
-
Surface
pécifique
'On
appelle
urface pécifiquea
surface es
grains
par
unitéde masse.
Elle
dépend
principalement
e la taille
es
grains dans
nemoindremesure
e
la
forme
des
grains).
ll e
peut
varier
de
0,3
nl?g
pour
es
sables
ins
à
plusieurs
entaines
e mz/g
pour
es
argiles
e
typeMontmorillon
teo.
4
-
STRUCTURE ES SOLS
4
-
1
-
STRUCTURE
ES
SOLS
PULVÉRULENTS
sols renus)
D
>
20
pm
(exemple
les
sables).
Les
grains
e détachentesuns
desautres ous eur
poids.
Les
principales
orces nteruenant
ans
'équilibre
e
la
structure
ont es orces
de
pe-
santeur; 'est
par
des
réactions
e contact
rain
à
grain
qu'un
ensemble
table
peut
exister.
Cette tabilité erad'autantmeilleure
ue
e nombre
e contacts
era
élevé
sol
bien
gradué).
Dans e
cas de sols
humides
on
saturés
fig.
3-a)
l'eau
est
retenue,
ous orme
de
ménisques
u voisinage
es
points
e
contacts ntre es
grains,
ar
des orces
de
capillarité;
elle crée entre ces derniers
des
forces
d'attraction. e
matériau
présente
ne cohésion
capillaire
châteaux
e sable).Les orces
capillaires
ont négligeables
evant es forces
de
pesanteur.
u
Des rappels
ur e tamisage
et
a
sédimentométrie
ont
présentés
l'annexe
.
o
La
salleGC
110 mesure
environ120m'
Géotechnique
-
J.
Lérau
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
10/107
- c . t - 7 -
4
-
2
-
STRUCTURE
ES
ARGILES
rappels)
D . 2 r m .
Les
particules
estent
ollées
esune
auxautres. e
sol
présente
necohésion:
l
a
l'ap-
parence
'un
solide
et ne se désagrège
as
sous 'effet
de la
pesanteur
u
d'autres orces
appliquées.es
particules
ont ormées
ar
un empilement
e euillets.
lles
nt une orme
de
plaquettes.
La surface es plaquettestantchargée égativement,es particulesontsoumises
des forces
d'attraction ntergranulaires
iverses.
forces
électriques',
orces
de Van
der
Waalss.
es
orcessonten
général
aibles t
diminuent
apidement
orsque
a
distance
ug-
mente,
n admet
qu'elle
ontnégligeables
partir
d'une
distance
e
0,4
pm.
Pour
qu'elles
puissent
voirune
nfluence
ur
e
compoftement
u sol l est nécessaire
ue
es
grains
e
ce
solaient
desdimensionsrès
petites.
ll
se crée autour des
particules
e
sol une
pellicule
'eau adsorbée
u eau Iiée
d'épaisseur
peu près
constante
=
0,01
pm) (fig.
3-b).
Elle
est maintenue
la
surface
es
grains
par
des forces
d'attraction
moléculaires.
es
dipôles
d'eau
sont
orientés
perpendiculairement
la
surface es
grains.
Cetteeau
présente
es
propriétés
rès
ditférentes
decelles
e
'eau
ibre:
-
elle
a
une rès orte
densité 1,5
-
elleest iéeà la
particule
ellenese déplace assous 'effet e agravité),-
sa
viscositérès
élevée,
ui
ui confère
es
propriétés
ntermédiaires
ntre
celles 'un
liquide
t celles 'un
solide, stà l'origine
e
certains omportements
es
sols
argileux
fluage,
ompression
econdaire,..
-
ellenes'évacue
u'à
empérature
levée
vers
00'C.).
La
couche 'eau
adsorbée
oue
un
rôle
de lubrifiant
ntre es
grains.
Son
nfluence
st
considérable
ur es
propriétés
écaniques
u sol.
ménisgue
d'eau
film
d'eau
adsorbée
atr
+
vapeur
'eau
eau ibre
a
-
Sol
humide
t non
saturé
b
-
Particule
e sol rès
in
-
Figure
-
Orientationes
oarticules
On distingue eux ypes ondamentaux
'orientation
-
I'orientation
loculée
bord
ontreace),
tructure
n
"châ-
teau
de cartes"
fig.
4
-
a).
-
l'orientation
ispersée
face
ontreace)
fig.
a
-
b).
Les
particules
es
sédiments
rgileux aturels
nt
une
orientation
lus
ou
moins
loculée
uivant
u'elles
e sont
déposées
n milieumarin
uen eau
douce.
a
-
Orientationloculée
7
Des moléculesélectriquement eutrespeuventconstituerdes dipôles les centresdes chargespositiveset négatives
sont
distincts).Les orces électriques
'exercententre
es
dipôles.
o
Forces
d'attractionentre molécules
dues
aux champs électriques
ésultant
du mouvement
des électrons
sur leurs
orbites;
arient
nversement
roportionnellement
une
puissance
levée
de a
distance.
Géotechnique
-
J.
Lérau
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
11/107
- c . t - 7 -
4
-
2
-
STRUCTURE
ES
ARGILES
rappels)
D . 2 r m .
Les
particules
estent
ollées
esune
auxautres. e
sol
présente
necohésion:
l
a
l'ap-
parence
'un
solide
et ne se désagrège
as
sous 'effet
de la
pesanteur
u
d'autres orces
appliquées.es
particules
ont ormées
ar
un empilement
e euillets.
lles
nt une orme
de
plaquettes.
La surface es plaquettestantchargée égativement,es particulesontsoumises
des forces
d'attraction ntergranulaires
iverses.
forces
électriques',
orces
de Van
der
Waalss.
es
orcessonten
général
aibles t
diminuent
apidement
orsque
a
distance
ug-
mente,
n admet
qu'elle
ontnégligeables
partir
d'une
distance
e
0,4
pm.
Pour
qu'elles
puissent
voirune
nfluence
ur
e
compoftement
u sol l est nécessaire
ue
es
grains
e
ce
solaient
desdimensionsrès
petites.
ll
se crée autour des
particules
e
sol une
pellicule
'eau adsorbée
u eau Iiée
d'épaisseur
peu près
constante
=
0,01
pm) (fig.
3-b).
Elle
est maintenue
la
surface
es
grains
par
des forces
d'attraction
moléculaires.
es
dipôles
d'eau
sont
orientés
perpendiculairement
la
surface es
grains.
Cetteeau
présente
es
propriétés
rès
ditférentes
decelles
e
'eau
ibre:
-
elle
a
une rès orte
densité 1,5
-
elleest iéeà la
particule
ellenese déplace assous 'effet e agravité),-
sa
viscositérès
élevée,
ui
ui confère
es
propriétés
ntermédiaires
ntre
celles 'un
liquide
t celles 'un
solide, stà l'origine
e
certains omportements
es
sols
argileux
fluage,
ompression
econdaire,..
-
ellenes'évacue
u'à
empérature
levée
vers
00'C.).
La
couche 'eau
adsorbée
oue
un
rôle
de lubrifiant
ntre es
grains.
Son
nfluence
st
considérable
ur es
propriétés
écaniques
u sol.
ménisgue
d'eau
film
d'eau
adsorbée
atr
+
vapeur
'eau
eau ibre
a
-
Sol
humide
t non
saturé
b
-
Particule
e sol rès
in
-
Figure
-
Orientationes
oarticules
On distingue eux ypes ondamentaux
'orientation
-
I'orientation
loculée
bord
ontreace),
tructure
n
"châ-
teau
de cartes"
fig.
4
-
a).
-
l'orientation
ispersée
face
ontreace)
fig.
a
-
b).
Les
particules
es
sédiments
rgileux aturels
nt
une
orientation
lus
ou
moins
loculée
uivant
u'elles
e sont
déposées
n milieumarin
uen eau
douce.
a
-
Orientationloculée
7
Des moléculesélectriquement eutrespeuventconstituerdes dipôles les centresdes chargespositiveset négatives
sont
distincts).Les orces électriques
'exercententre
es
dipôles.
o
Forces
d'attractionentre molécules
dues
aux champs électriques
ésultant
du mouvement
des électrons
sur leurs
orbites;
arient
nversement
roportionnellement
une
puissance
levée
de a
distance.
Géotechnique
-
J.
Lérau
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
12/107
- c . t - 8 -
Lesargilesmarines
nt en
général
nestructure
lus
ouverte
ue
es
argiles
éposées n
eaudouce.
La consolidation
t les efforts
e cisaillement
endent
à orienteres
particules
uivant'arrangement
ispersé.
L'orientationes
particules
oue
un rôle mportant
ur
les
propriétés hysiques
t mécaniques.
es
notions
sur
l'orientationesparticulesrgileusesermettent'expliquer
qualitativement
es
phénomènes
omplexes
iés
à la
conso-
lidation
t à
la résistance
es
aroiles.
=1
lu
b
-
Orientation
ispersée
Particules
e
solargileux
-
Figure
-
Ordres e
grandeur
escaractéristiques
éométriques
es
principales
amilles
'argiles
Nature
Diamètre
Epaisseur
Surface
pécifiques
Kaolinite
o
l l l i te
1
Montmoriltonite
2
0 , 3 à 3 p m
0 , 1 2 p m
0,05à 1pm
D/3
à D/10
D/10
D/100
10à
20 m2/g
80à
100
m?g
iusqu'à 00mzls
Les
argiles encontrées
n
pratique
ont
ormées
e
mélanges
e minéraux
rgileux
e
rattachant
ces rois amilles
cf.
annexe
).
4 .3 .
SOLS
ORGANIQUES
Lorsquees
grains
sont constitués
e matière
rganique,
e
sol
est
dit organique.
a
présence
ans es
sols
de
matières
rganiques,
ui
sont
à l'origine
e extures
âches
t
d'une
importante
étention
d'eau,
confèrent
à ceux-ci
une
grande plasticité
et
une
grande
compressibilité.
our
des études
d'ouvrages
mportants
ù le
critère
de
compressibiiité
st
prépondérant
remblai
ur
sol compressible
ar
exemple),
e
dosage
e matières
rganiques
dessols
appelés
supporter
e els
ouvrages
st ndispensable.
La ourbe,
ésultat
e la
décomposition
esvégétaux,
st un
exemple
e sol
organique;
elleestpresquexclusivementomposéee ibres {;étales.
5
-
ESSAIS
D'IDENTIFICATION
ROPRES
UX
SOLS
GRENUS
5
-
1
-
ESSAT
'ÉQUVALENT
E
SABLE
norme
NF
p
18-598)
'
L'essai
'équivalent
e sable,
ésigné
ar
e
symbole
.S.,
a
pour
but
d'évaluer
a
pro-
portion
elative
'éléments
ins
contenus
ans e
sol
et dont a
présence
n
quantité
otable
peut
modifier
e
comportement
écanique.
C'est un
essaiempirique,
imple, apide
t ne
nécessitant
u'un
appareillage
rès
élé-
mentaire.
l
permet
e contrôler
ur
place
a
constance
e certaines
ualités
e matériaux
is
en
æuvre
urchantier
une
cadence
apide.
l
est rès
argement
tilisé,
n
particutier
n
géo-
technique
outière.
L'essai onsiste opérer ur 'échantillonesol(fractionu matériau ont eséléments
sont nférieurs
5
mm)
un lavage
nergique
e manière
te
séparer
e
ses matières
ines.
L'éprouvette
ontenant e
sol et la
solution
avante
est
soumise
à
gO
cycles
de ZO
cm
d'amplitude
n
30
secondes.
a
solution
tilisée
, en
outre,
un
pouvoir
loculant
ur es
argiles
et es
colloides' .
s
surface pécifique
u ciment
=
1 m2/g
10
du chinois ao
ing, ieuoù l'on extrayait etteargile, e kao,élevée,et ing,colline11
de
'l l l inois
US A
t2
de Montmorillon
Vienne)
France
'
particules
rès
petites
estant
n suspension
ans 'eau
et dont
afloculation
roduit
n
gel.
Géotechnique
-J.
Lérau
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
13/107
- c .
- 9 -
On
laisse a
solution
e décanter
fig.
5). Le
sable
rai se dépose
ans
e fond
de a burette
us-
qu à
un niveau
,
qui
peut
êtremesuré.
u-dessus
du
sable, e dépose
e
loculat onflé
ar
a
solution.
On
peut
distinguer
n deuxième
iveau
1
qui
sé -
pare
e iquide
ontenant
e loculat
u
iquide
rans-
parent e solutionavante écanté. n déterminee
rapport
entre a hauteur
du
dépôtsolide
h2
et la
hauteur
u niveau
upérieur
u loculat
1.
L équivalent
e
sableest
par
définition
F l o c u l o f
oé .pô r
s o l r d e
E.s .
b
. roo
h1
Essai
d équivalent
e sable
-
Figure
5
-
La valeur
de l équivalent
e
sable
hute rès
apidement
ès
qu il
y
a un aible
pourcen-
tage
de
imon
u
d argile
ans e
sol
pulvérulent.
Ordres e
grandeur
Nature
Equivalent
e
sable
Sable
pur
et
propre
Sol
non
plastique
Sol
plastique
Argile
ure
E.
S.
=
100
E . S . =
4 0
E . S . =
2 0
E . S . =
0
5
-
2
-
INDICE
E
DENSIÉ
(norme
F
p
94-059)
Pour
donner
ne dée
de l état
de
compacité
ans equel
e trouve
un
sol
grenu
à l état
naturel,
ndéfinit indice
e densité
I n
=
e m a x - ê
e
êmax
-
êmin
êmax
et epln
sont
déterminés
par
des
essais
de laboratoire.
L essai
onsiste mettre
en
place
e
matériau
éché
dans
un moule
de votume
onnu,
selon
une
procédure
ien
définie
avec
une
hauteur
e chute
nulle).
On
peut
ainsi
calculer
on
poids
volumique
minimal.
Une surcharge
tatique
e 10 kPa
est
ensuite
ppliquée
fin
de
procéder
u
compactage
e l échantillon
ar
vibration.
n calcule
lors
son poid s
olumique
maximal.
pour
un sol âche
=
emax
+
lD
=
0.
Pour
un
solserré
ê
=
ernln
â
lD
=
1.
ll
Le
comportement
es
sols
grenus
épend
resque
niquement
e l état
de compacité
ll dans equel e rouveesqueletteolide.Dans e
cas
d un matériau
héorique
onstitué
e
sphères
e même
diamètre
n
peut
définir euxassemblages
articuliers
orrespondant
er,n
et
êmax
fig.
6) :
Géotechnique
-
J. Lérau
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
14/107
-
c .
-
10
GOO
ti<
.tb{._Li)
ceoo
d.=nl2
-
a
-
Etat e moins
e
compact
assemblage
ubique
une
sphère
n contact vec
six autres phères
une
sphère
n contact
vec
douze
autres
phères
b
-
Etat e
plus
comoact
ass@eto:
êmax
=
0,92
(nr ,
=
47,6
o/o)
êr;n
=
0,35
(nrin
=
25,9Yo)
Assemblage
e sphères
e même
diamètre
-
Figure
-
6
.
ESSAIS
D'IDENTIFICATION
ROPRES
UX SOLS
FINS
6
.
1
-
LIMITES 'ATTERBERG
ll
C'est
'un
desessais
'identificationes
plus
mportants.
Ces
imites
ontmesurées,
vecun
appareillage
ormalisé,
ur e mortier,
'est
à dire a
fraction
e sol
qui
passe
u amis
de 0,40mm.
On
peut
considérer
uatre
étatscaractérisant
a
consistance
es sols ins.
Pour
des e-
neurs
en eau
décroissantes
.l'état
liquide:
e
sola une
oonsistance
rès aible.
l
a l'abpect
'un luide,
l tend
à se
niveler uivant Éesurface orizontale.esparticuleslissentacilementes'unes ur esau-
tres
fig.7-a).
.
l'état
plastique
Le
sol a une
consistance
lus
mportante.
l
ne end
plus
à se niveler.
Soumis de faibles
ontraintesl
se déforme
argement
ans
se rompre.
l
garde
a
déforma-
tion
aprèssuppression
es contraintes.
es
particules
nt mis
en commun
eurs
couches
d-
sorbées;
orsqu'il
y
a déformationes
particules
estent
ttachées
es
une
aux
autres
sans
s'éloigner
fig.7-b).
.
l'état solide
avec
etrait)
Le
sol retrowe
sa forme nitiale
près
suppression
es
.contraintes
petites
éformations
lastiques).
.
l'étatsolide ans etrait;
es
particules
rrivent
u contact
n
quelques
oints
n chas-
sant 'eauadsorbée;
e
sol ne
change
lus
devolume
uand
a eneur
n eau
diminue
fig.
7-c).
a
-
Etat iquide
b
-
Etat
plastique
c
-
Etat
solide
ans etrait
Divers
tats
'un
sol
in
-
Figure
-
La ransition
'un état
à un autre
est
rès
progressive,
'est
pourquoi
oute
entative
our
fixer a
limiteentredeux
états
omporte ne
part
d'arbitraire.
éanmoins,
n utilise
es imites
définies arAtterbergtpréciséesnsuite arCasagrande.
to
appeléaussi
assemblage
en
tas
de boulets
Géotechnique
-J.
Lérau
A,
=
îEl3
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
15/107
- c .
- 1 1 -
On définit
-
la
imite e
iquidité,
otée
ws
qui
sépare état iquide
e état
plastique,
-
la
imite e
plasticité,
otéewp
qui
sépare état
plastique
e
état
solide,
-
la
imite e retrait, otée
ws
qui
sépare étatsolide
vec etrait
e état
solide ans
retrait.
état solide
état
plastique
état iquide
W
croissant
0
wç1s
\)
WP
WL
k-
tp-|
Dans es sols
en
place,
a
teneur
n eaunaturelle
nsl
st
généralement
omprise
ntre
ws et wp, rès
près
de
wp.
6
-
1
-
1
-
Limite e iquidité
w1
6-
1
-
1
-
1
-MéthodedeCasagrande
déterminationàlacoupelle-
ormeNF
94-051).
Pourdéterminera limite e iquidité,nétend urunecoupelle necouche u matériau
dans aquelle
n
race
une ainure u moyen
un nstrument
n
orme
de V
(fig.
8).On
mprime
à
la
coupelle eschocs emblables
n comptante
nombre
e chocsnécessaires
our
ermer
la
rainure
ur
1 cm,
on
mesure
lors a eneur
n
eaude a
pâte.
coupelleue
de côté
coupelle ue
de face
outil
à rainurer
Appareillage
our
a
détermination
e a imite
e iquidité
-
Figure
-
Par
définition,
a
imite
e
iquidité
st
a
eneur
n eau
qui
correspond
une ermeture
n
25
chocs.
Si on étudie
a relation
ui
ie e
nombre
e chocsN
à
la teneur
en eauw,
on
constate
que
a
courbe eprésentative
e
cette
elation
st une
droite
en coordonnées
emi-logarithmi-
ques
échelle
rithmétique
our
es eneurs
n eau, ogarithmique
our
e
nombre
e
chocs)
lorsquee nombrede chocsest compris ntre15 et 35. On réalise inqessaisqui doivent
s échelonner
égulièrement
ntre15
et
35 ou, mieux,
ntre20
et
30
chocs.
La
droite a
plus
représentative
stensuite
racée
partir
es
points
xpérimentaux
fig.
9).
tu
S
pour
shrinkage
retrait
Géotechnique
-
J. Lérau
sans retrait
avec
etrait
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
16/107
- c . l - 1 2 -
Limite
e iquidité
-
Figure
-
Pour e même ntervalle
esvaleurs
e N, a ormule
pprochée
wr
=
*
[-l -)o't"
[ 2 5 '
représente
galement
ssezbien es résultats
xpérimentaux.
n
peut
donc
employer
vec
prudence
ette
elation
ui permet
e déterminer
a limite
de liquidité
l'aide
d'une
ou deux
mesures
eulement.
6
-
1
-
1
-2-
Méthode
u cônede
pénétration
norme
F P
94-0SZ-1)
La relation
entre a teneur
en eau
du
sol remanié
et
la
pénétration
endant
inq
secondes,
ousson
propre
oids,
'uncônenormalisé
angle
u
sommet
e
30o,masse
e
80
g),
ombé
en chute ibre,
est
déterminéexpérimentalement.
n
porte
en abscisse
es
eneurs
en eau
(en
"/")
et
en ordonnée
es
pénétrations
orrespondantes
u cône
en
mm),
es
deux
échelles
étant linéaires.
a droite a
plus
représentative
st tracée
à
partir
des
points
expérimentaux.ardéfinitiona imite e liquidité st a teneur n eaudu solquicorrespond
une
profondeur
e
pénétration
u
cônede 17
mm.
6
-
1
-
2
-
Limite
e
plasticité
p
(norme
NF
P
94-051)
'
Pour
déterminer
a
limite
e
plasticité,
n
roule
'échantillon
n orme
e cylindre
u'on
amincit
rogressivement
fig.
10).
La imite
e
plasticité
st ateneur
en
eau
du cylindre
ui
se
briseen
petits
ronçons
e 1
à 2 cm
de long
au moment
ù son
diamètre
tteint
mm. l
faut
donc éaliser
es
rouleaux
e
3
mm
de diamètre
ans
pouvoir
aire
de rouleaux
lus
ins.
On
exécute
n
général
eux
essais
our
déterminer
ette imite.
Détermination
e a imite
e
plasticité
-
Figure
0
ll
Ces
deux
imites
ont
d'une
mportance
ondamentale
n
géotechnique
ar
elles ndi-
ll
quent
a
sensibilité
'unsol
aux
modifications
e
sa eneur
n
eau.
6
-
1
-
3
-
lndice e
plasticité
p
(norme
FP
94-051).
L'indice e
plasticité,
oté
p,
est
e
paramètre
e
plus
couramment
tilisé
our
caractéri-
ser 'argilositéessols.
ll s'exprime
ar
a relation
ti
,
aa
0
c
h
a
J
É
t .
Nombre
e
chocs
Géotechnique
-J.
Lérau
I p =
w L - w p
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
17/107
-
c .
-
13
ll mesure'étendue
u domaine e
plasticité,
omaine
endant
equel
n
peut
ravailler
e
sol.
l
a une
grande
mportance
ans ous es
problèmes
e
géotechnique
outière;
l est
préfé-
rable
u'il
soit
e
plus
grand
ossible.
Le
GTR92
(Guide
echnique
our
a Réalisation
es emblais
t des
couches e orme
septembre992) etient
our
p es
seuils 'argilosité
uivants
faiblement
rgileux
moyennement
rgileux
argileux très
argileux
lp
( )
0 1 2
6
-
1
-
4
-
Ordres
e
grandeur
Nature
wr-
)
( )
p
( )
P
Limon
Argileimoneuse
eu
plastique
Argile
lastique
Argile
e
Mexico
Bentonitel6
24
40
114
500
710
1 7
24
29
125
54
7
1 6
85
375
656
6
-
2
-
VALEUR
DE BLEUDE UÉrHVlÈrue
VBS
(norme
F
p
94-068)
ll
s'agit
ussi
'un
paramètreermettant
e caractériser'argilosité
'un
sol.
Sonapplica-
tion
est
récente.
Ce
paramètre,
otéVBS
(valeur
e bleudu sol), eprésente
a
quantité
e
bleude mé-
thylène
pouvant
'adsorber ur les surfaces
xternes
t
internes
es
particules
rgileuses
contenues ans
a fraction
u sol considéré;
'estdoncune
grandeur
irectement
iée
à
la
sur-
face
spécifiqueu sol.
L'essai onsiste introduire
rogressivement
u bleude méthylène
ansune
suspen-
sionde sol
maintenue
n agitation.
n
prélève
ériodiquement
ne
goutte
e la
suspension
que
'on dépose ur un
papier
hromatographique.ès
qu'une
auréole leutée
e développe
autour e
la tache
ainsi ormée
n
peut
considérer
ue
'adsorption
u bleude méthylène
ur
lesparticules 'argileest terminée. n effet,c'est 'excès e bleude méthylène ui apparaît
dans
'auréole.
La VBS raduit
globalement
a
quantité
t la
qualité
activité)
e
la
fraction
rgileuse
u
sol.
Elle
'exprime n
grammes
e bleu
pour
100
g
desol.
.
Ordres
e
grandeur
sols
ableux
sols imoneux
ols
imoneux-argileux
ols rgileux
sols
rès
rgileux
VBS
0,2
2,5
7
-
AUTRESESSAIS
Des
essais omplémentaires,
résentés
n annexe ,
peuvent
tre éalisés.
l
s'agit e
- l'analyse inéralogique,
-
la eneur
n
matière
rganique,
-
la eneur
n carbonatee calcium.
8
.
CLASSIFICATION ES SOLS
Classer
n sol consiste I'identifier
râce
à des mesures
uantitatives
t à
lui
donner
n
nom
afinde
e rattacher
un
groupe
e solsde caractéristiques
emblables.
Apparentéela
classificationméricaine
.S.C.S.
Unified
oilClassification
ystem),a
classification
es
Laboratoires
es Ponts
t Chaussées
L.P.C.)
tilisée n France
'appuie
ur
essentiellement
ur
'analyse
ranulométrique
t sur
es
caractéristiques
e
plasticité
e la rac-
tion ine,
complétée
ar
des
essaisrès
simples
couleur,
deur,
ffets e
'eau,
tc.).
16
minéral rgileux hixotrope
u
groupe
des smectites
de
FortBenton
Montana
USA).
Géotechnique
-
J.
Lérau
25
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
18/107
-
c .
-
14
La
classification
TR 92 utiliséedans les travaux
de terrassement
st aussi très
largementépandue.
Les
solssontdésignés
ar
e
nom
de
la
portion
ranulométrique
rédominante
ualifiée
par
un adjectif
elatif
ux
portions
econdaires.
8 .1 .SOLS
A
GRANULOMÉTRIE
NIFORME
V o i r $ 3 - 2
8 .2 - SOLSA GRANULOMÉTRIEON UNIFORME
On
distinguerois
grands
ypes
de
sols
-
les
sols
grenus
plus
de
50
% des
élémentsn
poids
80
pm,
-
les
sols
ins
plus
de
50
"/o
deséléments
n
poids
<
80
pm,
-
les
solsorganiquesont a eneur
nmatière
rganique
st
>
à
10yo.
I - 2 - 1 - S o l s g r e n u s
La
classificationes
sols
grenus
e fait
par
a
granulométrie
t
les
imites
'Atterberg.
Elle
est
précisée
ans
e ableau
i-après
fig.
1
1) .
Lorsque
5
o/o
<
o/o
intérieur
0,08
mm
<
12
o/"
+ on
utiliseun double
symbole
-
pour
es
graves
Gb-GL
Gb-GA
Gm-GL
Gm-GA
-
pour
es
sables
Sb-SL Sb-SA
Sm,SL
Sm-SA
CLASSIFICATION
.P.C.DES
SOLS
GRENUS
-
Figure 1
-
tt
LigneA
du diagramme e
plasticité
voir
igure12
Géotechnique
-
J.
Lérau
Définitions
Symboles
Conditions
Désignations
oéotechnioues
o
UJ
OL
o
E
E
o
o
o E
^ E
9 C \ l
E A
Ë E
o
,6
. o E
a (
€ E
à e 5
o ?
i 5
c
@
5
d
E
E
r o @
È 3
€ ;
e 9
o o
E E
o
:o
E
Gb
c u = b t 4
etc.
-
ffi:
compris
ntre
et3
gravepropre
bien
graduée
Gm
Unedes
conditionse
Gb
non
satisfaite
gravepropre
mal
graduée
E
E
\ o o
R-
o^
Ë o
o V
O a
O C
- oo - E
.o
:o
GL Limites
d'Atterberg
u-dessous
e la ligne
A17
grave
limoneuse
GA
Limites
'Atterberg
u-dessus
e
la ligne
A17
grave
argileuse
@
uJ
J
o
o
E
E
æ
o
o t
^ E
9 Â l
g V
g e
È . 6
o E
o ( Û
, 8 8
s 5
o
r.ô C
o o
E
a
E
Ê
E
1 0 O
î À ?
8 ;
9 9
o o
E E
g
:o
o
sb
c u = b t 6
et c.
-
f:*:
compris ntre1
et 3
sable
propre
bien
gradué
Sm
Une des conditions
e Sb non
satisfaite
sable
propre
mal
gradué
E
E
s 8
S o
O V
o g
a c
f c )
E . E
.o
:o
tt
SL
Limites
d'Atterberg
u-dessous
e
la ligne
A17
sable
limoneux
SA
Limites
'Atterberg
u-dessus
e la ligneA17
sable
argileux
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
19/107
-
c . - 1 5
8 - 2 - 2 - S o l s f i n s
La classification
essols
insutilisees
critères
e
plasticité
iés
aux imites
d'Atterberg.
Elle
est
précisée
ans e
diagrammee
plasticité
i-après
fig.
12).
Selon
a
position
ans e
diagramme
u
point
eprésentatif
yant
pour
abscisse
a limite
de liquidité
et
pour
ordonnée
'indice
de
plasticité,
n définit
quatre
grandes
catégories
principales:
- les imonsrèsplastiques
-
les imons
eu
plastiques
-
les
argilesrès
plastiques
-
les
argiles
euplastiques
l-r
Lp
,\
Ap
,/
Argi tes
res
plast
--l at
rques
raQ
i1
5\*:
aa
\Q
-0 .
çe/
Argiles
euptastiques
Yu^orl
s rès
p
U(i5
A p
l
L t
peu pla
-r4- *lt-p
.
e tso ts
o r o a n i o u e s
s t i (ues '0
R
.
|
'
. t
I
JC IS
Org
n tques
t
rès
ptast iques
I
|
,.rl
I I
l i I I
r0
20 30
40
50 60
70 80
90
100
w L
Abaque
e
plasticité
e
Casagrande
CLASSIFICATION
.P.C.
DES
SOLS
FINS
-
Figure
2
Remarque
Les
mots
argile
et
limon
ne
représentent
lus
ci
des
classes
ranulométriques,
mais
sont iés
aux
valeurs
es imites
'Atterberg.
l
s'agit
donc
d'une
ctassification
asée
ur
la
plasticité
'est
à dire a nature
minéralogique
es
particules
e
sol
et non
de eur
dimensions.
8-2-3-So lsorgan iques
Teneur
n
matière
rganique
%)
Désignationéotechnique
0 - 3
3 - 1 0
10
30
> 3 0
Sol norganique
Sol
aiblement
rganique
Solmoyenne
rganique
Sol rès
orqanique
fo
mO
to
Vase
Sol
ourbeux
Tourbe
t P
6 0
5 0
4 0
3 0
2 0
r 0
Géotechnique
-
J. Lérau
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
20/107
t5l
t6l
11 l
n
tzl
n
ANNEXE
t3l
n
l4l
n
[13]
Sr
[16]
y
t lel
Y
l T l Q =
I 8 l
Q =
l14l
sr
=
l17l
y
-
t2ol
y
-
[23]
Yo
[26]
T'
=
K *
vs
n
1 - .
Y t
- 1
Yo
Ys Ysat
Ysat Yw
Y r w
Y w e
1 + w
_ . v ^
1 + g
' ù
y r + e . S r . y *
1 + e
Ys
1 + e
Y s - Y w
1 + e
-
c .
|
-
1 6
ENTRE CARACTERISTIQUES
PHYSIQUES
ELATIONS
= W
V
= e
1 + e
= 1 - Y d
ys
=
Ys Ysat
Y s - Y w
= v w *
w
=
(1
+w)
(1
-
n)
y.
-
Y o + n . S r . y *
Yo
(1
-
n)Y.
ô -
@ =
l'9.|
{[
=
Ww *
w.
t l 0 l
w
=
ê .
Sr .
u
Ys
l 1 1 l
r =
Y
- 1
Yo
l 1 2 l w = S r . y * ( a - a l
Yo Ys
t15l
Sr
=
w
(yo
onstant)
wsat
[ 18 ]
y
-
(1
+w)
y6
l24l
Y
=
Ysat-Yw
l 2 7 l y ' =
Y s - Y w
. r o
ys
l 2 1 l
y
-
( 1
n )
y s + h . S , . y *
l22l
l25l
=
( 1
n )
( Y r - Y * )
: relation e définition
ANNEXE
GRANULOMÉTRlE
Les
grains
d'un sol ont des
dimensions
rès
variables
ouvant
ller
de
la
dizaine
e
centimètres u micromètre.
n essai d'identificationmportant
onsiste
à étudier a
gra-
nulométrieu sol,c'està dire a distributionesgrains uivanteurdimensionn déterminant
parpesée
'importanceelative
es
classes e
grains
e dimensions
iendéf nies.
1
-
TAMISAGE
Pour es
sols
grenus
n utilise ne
série e
passoires
t de
amis.
Les rous
des
passoires
nt un diamètreariant
e 100
à 6,3
mm.
L'ouverturentérieure
des
mailles
es
amis arie
de
12,5mm
à 40
pm.
Par
définitione
diamètre 'une
particule
st
égalà
I'ouverturentérieure
esmailles
u
plus
petit
amis
a aissant
asser.
Quand
n
se sert
de
passoires,
l faut
connaître
es
dimensions
es
amis
équivalents.
étant e
diamètre
es
trous
de
la
passoire,
'ouverture
ntérieure
es
mailles
u tamis
équivalent
st égale
àD|1,25
(résultat
e Féret).
n utilise,
ar
exemple,
ndifféremment
n amis
e
10
mmou
une
passoire
de12,5mm.
On
commenceoujours
ar passer
'échantillon
ansuneétuve
à
105 C
usqu'à
poids
constant e façonà déterminere poidsde l'échantillonec.On procède nsuite u tamisage
proprement
it, soit à sec,soit
sous
'eau,
à l'aide
d'une colonne
e
tamis
soumise
des
v
*
Géotechnique
-J.
Lérau
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
21/107
- c . t - 1 7 -
vibrations.
a
quantité
e
matériauetenue
ur
e
tamis
est
appelée efus,
elle
qui passe.au
travers u
amis
estappeléeamisat.
Le
amisage
sec n'est
précis
uepour
es matériaux
énués
e cohésion
omme es
sables
u
es
graviers.
n
présence
'un
sol
imoneux
u
argileux,l
faut
effectuer
n amisage
sous
I'eau.
Le
matériau
doit alors être mis
à tremper
pendant
un temps
suffisant
pour
désagréger ottes
t agglomérats.
ette
opération
eut
durer
de
quelques
inutes
plusieurs
heures. près amisage, n passede nouveaues amiset leurs efusà l'étuveavantde les
peser.
2
-
SÉDIMENTOMÉTRIE
Lorsque a dimension
es
particules
st inférieure
80
pm
le
tamisage
'est
plus
possible.
n a alors
ecours
la sédimentométrie.
etteméthode
stbasée
ur a oi
de
Stokes
qui
exprimea vitesse
imite
e chuted'une
particule
phérique
ans
un liquide isqueux
n
fonction
u diamètre e a
particule
fig.
1).
Cette
elation
'écrit
u = Y l ] T t {
D z
1 8
p
v
avec:
v:
vitesse
e décantation,
D : diamètre e aparticule,
y*
:
poids
olumique
u iquide
tilisé
eau
+
défloculant),
p
:
viscosité
ynamique
u iquide.
Cette
ormule
onne
ar
exemple
our
a
décantation
e
particules
'un
poids
olumique
e
26,5
N/m3
ans
e 'eau
à
zOC
(p
=
1o-3Pa.s)
:+
v
(cm/s)
9000D2
(D
exprimé
n
cm).
En
pratique,pour
pouvoir
appliquer
a loi
de
Stokes, l
convient
d'opérer sur
une suspension
e faible
concentration
(enviion
0
g/litre)
et sur des
particules
e dimension
nférieure'à
100
pm.
Par
convention,e diamètre
'une
particule
st égal
au
diamètre
e
la
particule
phérique
e
même
poids
olumique
ui
a
la même
itesse
e décantation;l
est
appelé iamètre
quivalent
le
motdst mportant ar esparticulesrès inessont rèsaptatie+
.
Le
procédé
onsiste
mesurer
différentes
poques,
l'aide
d'undensimètre,
a
densité 'une
suspension
'unsol
(f ig.2).
On
opère
sur une
suspensionnitialement
omogène.
a
décantation
des
particules
étruit
cette homogénéité,
es
particules
es
plus
grosSes
ombant
e
plus
apidement.
une
profondeur
donnée
n
mesuree
densité
de
a
suspension
n
onction
u emps
.
A cette
profondeur
(=
v.1;
-
il n'y a
plus
de
particules
e
diamètre
upérieur
D tel
que
1 8
. H
D
=
;:: '-1:
i ;car
la
sédimentation
e ces
particules
été
plus
(Ys
Yw
)
rapide,
- lepoids olumiquee asuspension'écrit Sédimentométrie
-
Figure
-
Y . W s * Y w
v - v ' W '
ys
ô ' Y * =
avec:
poids
es
particules
e diamètre
à D
poids
otal
t
des
particules
olides
Loi
de
Stokes
-
Figure
1
-
densimètre
\g
ffi
v -
V : volume
e
a
suspension
on détermine
=
+
.
Ys
Tw
.
(ô
-
1)
en onction
u emps.
Ws
Ys
Yw
Géotechnique
-
J.
Lérau
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
22/107
-
c .
-
18
ANNEXE
3
ELEMENTS
DE CLASSIFICATIONS
ES
ARGILES
On distingue
rois
grandes
amilles.
La kaolinite
Le
feuillet
e
kaolinite
ésulte
e la liaison
'une
couche
tétraédrique
1)
avec une couche
octaédrique
2),
la liaison
se
faisant
par
es
atomes
d'oxygène
fig.
1).
La
particule
e
kaolinite
est formée
d'un empilement
e
ces feuillets,
e l'ordre
d'une
centaine.
es euillets
ont iés
es
uns
aux autres
ar
des iaisons
du type
hydrogène
onc
des liaisons
elativement
ortes;
l
en
résulte
ue
'empilement
st difficile
dissocier.
e minéral
st
par
conséquent
table et l'eau
ne
peut
ni
circuler
ntre es
euillets
i
provoquer
n
gonflement
u
un
retrait
des
particules.
es
argiles
sont es
moins
angereuses
our
'ingénieur.
I
I
Structure
e a kaolinite
- Figure -
Les
smectites
dont
a
montmorillonite)
Même ype
structural
ue
es
llites,
mais
avec rès
peu
de cations
*
nterfoliaires.
l
en
résulte
es
iaisons
xtrêmement
âches
ntre es euillets
e
quipermet
des
molécules
'eau
de se
glisser
ntre es
euillets
n
provoquant
es
gonflements
pectaculaires
S
à
6 couches
de molécules
'eau).
Les
solsdont a
eneur
n montmorillonite
stélevée
ont
susceptibles
e
gonflements
u de retraits
mportants
uivantesvariations
e eneur
n
eau.Les
particules
e
montmorillonite
nt des dimensions
rès
aibles,
eur
surface
pécifique
st dont
rès
élevée
d'où
une
activité uperficielle
ntense.
cette amille
ppartient
a
bentonite
ourarment
utili-
sée
comme
ouede orage
t dans 'exécution
e
parois
moulées.
Les
i l l i tes
Leur
structure
st très
proche
de
celle
du mica
branc.
Une
couche
ctaédrique
st
prise
ntre
deuxcouches
étraédriques.
es
dernières
ont
occupéespar
es
Si4*
ont
un
peu
moins
e 1
sur4
est rèmplacé
ar
des Alo*.
La neutralité
lectrique
st
rétablie
par
I'interposition
e
cationsK*
entre es
couches
étraédriques
il
apparaît
ainsi
des liaisons
oniques
aibles
entre
les
feuillets,
sutfisantes
outefois
our
es
bloquer.
lons
K+
i/
liai on
assez f,orte
L'atome
'aluminiumu
feuillet
ctaédrique
ui
se trouve
ous
orme
d'un
4;+++
peut
être emplacé
ar
d'autres ons
comme
Mg++,
principalement
ans
a
montmorillonite
t
dans
l'illite.
l
en résulte
n déséquilibre
lectrique
ui
est
compensé
ar
'adsorption
n
surface
e
cations
Ca**,
Li+,K+, Fe++.
Aux
extrémités
e a
particule
'argile,
l
y
a
également
es
dés-
équilibres
lectriques
t adsorption
e cations.
Ces
cations
its échangeables
ouent
un
rôle
important
ans e comportement
esargiles.
a
f 3 À
- *
.c
I
n .
Liaison
/co*e
\Ll'alson
faible
Géotechnique
-
J. Lérau
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
23/107
-
c .
-
19
ANNEXE 4
AUTRES
SSAIS
coMPLÉmerurs
1
-
ANALYSErruÉnnLocteuE
L'analyseminéralogiqueaitappel l'observationumicroscopelectronique,l'étude
par
diffraction
es
ayons ,
à
I'analyse
himique.
L'analyseminéralogique
'un
sol est
généralement
n essai
qui
apporte
eaucoup
d'informations,
ar
le
comportement
es sols fins
est fonction
de leur
composition
iné-
ralogique.
ar exemple
ne
orte
eneur
en
montmorillonite
ndiquera
n sol
très
sensible
l'eau
pouvant
onnerieu
à des
gonflements
u des etraits
mportants.
2
-
TENEUR NMATIÈRE
RGANIQUE
Les matières
rganiquesont rès variées
et
il
est de
ce
fait
quasiment
mpossible
e
déterminer
ar
desessais imples
hacune esvariétés.
n se contente
'undosage
ondéral
global.
Plusieurs éthodes
e dosage
ont
possibles.
Méthode
lassique
Les matières rganiquesontoxydées ar un mélange e bichromatee potassiumt
d'acide
ulf rique oncentré.
Méthodehermique
Celle-ci
ait
appel I'analysehermique
ifférentielle
A.T.D.),
éthode
lus
ongue
mais
plusprécise ue
a méthode
lassique.
Test
d'humidification
e
VonPost
Le est
de
VonPost
permet
'estimere
degré e décomposition
es
matières
rganiques
des sols
par
rétérence
une
échelle 'humidification
mpirique
omportant
ix classes
Ht
à
H1g
la
classe
H1
correspond
une
masse
égétale
on humidifiée,
a
classe
HtO
à un
so l
organiqueotalement umidifié,
l'état
e
pâte.
L'essai
onsiste comprimer
necertaine
uantité
e
matériau
t à observer
a nature
t
la couleur u iquide uien sort, ue 'on ompare uneéchelle réétablie.l peutêtre éalisé
la main
ou à l'aide
'un ystème écanique.
3
-
TENEUR
N
CARBONATEE
CALCIUM
La
déterminatione la teneur
en
CaCO3 'effectue
u
calcimètre ietrich
Frùling.
L'essaiconsiste mesurer
l'aide
d'une burette
gaz
le volume
de
CO2dégagé
ar
a
réaction
u
HCI
ur e carbonate
e calcium
ontenu
ans
'échantillon.
L'acide
hlorhydrique
iluédécomposee
carbonate
e calcium
elon a réaction:
CaCO3 2 HCI
-+
CaCl2
H2O+
CO2v
La eneur
en
CaCOs
'un
sol
in
est un
bon
ndice
e sa
résistance
écanique
t de sa
sensibilitéI'eau.
Suivant
a
valeur
e cette eneur,e
compoftement
u solévolue
epuis
elui
d'uneargile
usqu'à
elui 'une oche,a
valeur
e
ransition
tant ux
alentours
e
60
-
70
o/ .
Teneur
n
CaCOs
/ )
Désignation
éotechn
que
0
-
1 0
10
30
3 0 - 7 0
7 0 - 9 0
90
100
Argile
I
Argile
marneuse
Sols
Marne
Calcaire arneuxl
^
calcaire
I
F{ocnes
Géotechnique
-
J. Lérau
Avril
2006
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
24/107
Chapitre
l
HYDRAULIQUE
OUTERRAINE
T
.
ÉuÉnaENTsD,HYDRAULIQUE
SoUTERRAINE
1
.
1
-
HYPOTHÈSES
ET DÉFINITIONS
ONDAMENTALES
1
-
1
-
1
-
Hypothèsesdebase-
Condition
econtinuité
L'étude de l'écoulement
de
I'eau
dans es sols repose
sur les rois
hypothèses
uivantes
1. Le
solestsaturé.
2. L'eau
et
es
grains
ont
ncompressibles.
3.
La
phase
iquide
stcontinue.
Soitun
volume
uelconque
e
sol saturé
V),
imité
ar
unesurface
S)
et traversé
ar
un
écoulement
fig.
1). Dans
un
ntervalle
e temps
onné.dt, n volume
'eau
dV1
pénè-
tre
à
I'intérieur
e
(S)
et unvolume
'eaudV2
en sort.
Si
on
suppose
ue
es
grains
'ont
pas
bougé, 'est
à dire
si
(V)
est
un
domaineixe
de
'espace,
t
en
vertu
de I'hypothèse
,
le volume 'eauVrlyontenu ans S) reste emême.
Par
suite,dVr
=
dVe.Le
débit
est conservé.
C'est
a condition
e
continuité.
- ,,c"Ll
."",iiÏ;d'eau
(*ar=:àr'
X---R&"tiE?YV=vs+vw
- - : j - -
1 1
dV1 olume 'eau
entrant
-
Figure
-
Pour
explicitera
condition
e continuité,
onsidérons
n
parallélépipède
lémentaire
e
sol,
imité
ar
une
surface
S),
de
côtés x,
dy et dz.
Soit
Û
vr,
vy,vz)
a
vitesse
e 'eau
au centre
M de cet
élément
e volume
fig.
2).
L'eau
pénètre ar
a facette
ABCD
avec
unevitessê
vx
-
A'B'C'D'
vecunevitessê v; *
1.}k
O*
2 ô x
ll
en estde même
pour
es
autres
acettes.
1
2
$'*-
o*
et sort
oar
ra facette
ôx
'o*
î
&a*
àx -
Géotechnique
-
J.
Lérau
-
8/17/2019 chapitre_1-2-3-4
25/107
- c . n - 2 -
Au
otal, e volume
'eau
entrant
ans
e
parallélépipède
endant
'interualle
e emps
t
s'écri t
dVr
[tu*
+
]
o*l.oy.dz+(vy-
++dy).dz.dx
(vz
+
*
