Cours Mecanique des sol 0 Khaled MEFTAH

COURS ET EXERCICES

DE MECANIQUE DES SOLS

Khaled MEFTAH Matre assistant

Premire version : Septembre 2008

Cours Mecanique des sol 1 Khaled MEFTAH

SOMMAIRE

Chapitres

Intituls

Pages

1 Les sols : Structure Identification et classification

4

2 Hydraulique des sols 20

3 Contraintes dans les sols 28

4 Tassement et consolidation des sols 45

5 Rsistance au cisaillement des sols 56

6 Etude de la portance des fondations superficielles partir dessais de laboratoire

70

7 Pousse et bute des terres 81

Rfrences bibliographiques

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TABLE DES MATIERES

Chapitre 1 : Les Sols : Structure. Identification et classification 4

1- Elments constitutifs dun sol 4

2- Paramtres de dfinition dun sol 4

3- Identification des sols 7

4- Classification des sols 14

Exercices dapplication 17

Chapitre 2: Hydraulique des sols 20

1- Ecoulement linaire 20

2- Ecoulements plans 20

Exercices dapplication 24

Chapitre 3 : Les contraintes dans le sol 28

1- Notions de contraintes 28

2- Cercle de Mohr 29

3- Les contraintes dues au poids propre des sols 32

4- Les contraintes dues aux surcharges 34

Exercices dapplication 38

Chapitre 4 : Tassement et consolidation des sols 45

1- Notions de dformations 45

2- Relation contraintes - deformations 45

3- Tassements des sols- consolidation 46

3- Evolution du tassement en cours du temps 49

Exercices dapplication 53

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Chapitre 5 : Rsistance au cisaillement des sols 56

1- Comportement lasto-plastique des sols 56

2- Comportement cours et long terme des sols 57

3- Dtermination des paramtres de cisaillement des sols 58

au laboratoire

Exercices dapplication 65

Chapitre 6 : Portance des fondations superficielles 70

1- Introduction 70

2- Calculs de la capacit portante 72

Exercices dapplication 77

Chapitre 7 : Pousse et bute des terres 81

1- Introduction 81

2- La thorie de Rankine 81

3- Calcul des forces de pousse et de bute 86

5- Stabilit des murs de soutnement 90

6- Les rideaux de palplanches 92

Exercices dapplication 95

Rfrences bibliographiques 97

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CHAPITRE 1

LES SOLS : Structure Identification et Classification

1- Elments constitutifs dun sol

Un sol est un mlange :

dlments solides : Provienant de la dsagrgation mcanique et/ou

chimique dune roche mre.

On distingue les minraux non argileux (>2m et ayant le mme

comportement que la roche mre : Sols pulvrulents), les minraux

argileux ( kaolinite, illite et montmorillonite) et le sols organiques (vases et

tourbes)

deau : Existe sous plusieurs formes (eau de constitution, interfeuillets,

lie et libre).

de gaz : Contenu dans les vides,cest lair pour un sol sec ou mlange

dair et de vapeur deau pour un sol humide.

2- Paramtres de dfinition des sols

2-1 Modle lmentaire dun sol

Un sol tant compos de grains solides, deau et dair , on peut rassembler chaque

phase en un volume partiel unique de section unit. Les notations suivantes sont

utilises : Volumes Poids

Va Air Wa=0

Vw Eau Ww

Vs Grains solides Ws

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Va : volume de lair. Vw : volume de leau.

Vs : volume des grains solides. Vv = Va + Vw : volume des vides.

V = Vv + Vs : volume total du sol

W w: poids de leau Ws : poids des grains solides

W = Ww + Ws : poids total

2-2 Les poids volumiques

Le poids volumique (spcifique) total ou humide :

VW

=

Le poids volumique des grains solides :

sV

sW

s =

Le poids volumique du sol sec :

V

sWd =

Le poids volumique de leau :

3/1

3/10 mtmkN

wVwW

w ===

Poids volumique du sol satur

VW

sat =

Poids volumique djaug

wsat =' La gravit spcifique :

w

ssG

=

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2.3 Les paramtres dtat

Ils indiquent dans quelles proportions existent les diffrentes phases dun sol.

On dfinit :

La teneur en eau :

100% xsW

wW=

Lindice des vides :

sV

vVe=

Le degr de saturation :

100% xvV

VwSr =

La porosit :

VVv

=

Tous ces paramtres ne sont pas indpendants. Ils sont relis par des relations que lon

peut retrouver laide du modle lmetaire. Exemple de formules :

+= 1d

eds

+=1

1=

d

se

eGs

rS=

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3. Identification des sols

Pour caractriser un sol, il faut dterminer les paramtres de nature et les paramtres

dtat.

Les paramtres de nature indiquent les caracteristiques intrinsques du sol. IIs ne

varient pas au cours du temps (poids volumique des grains solides, granularit,

argilosit, limites dAtterberg, teneur en matires organiques,).

Les paramtres dtat sont fonction de ltat du sol et caractrisent le comporetement

du sol sous leffet dun chargement donn (teneur en eau, indice des vides, porosit,

Equivalent de sable,...).

Nous regroupons dans ce paragraphe les essais gotechniques de laboratoire

classiques qui permettent de caractriser un sol.

3.1 La masse volumique des particules solides s Sa dtermination se fait laide dun pycnomtre. Une masse de sol sec ms est

introduite dans un pycnomtre conteneant de leau distille. Aprs avoir limin toutes

les bulles dair, on mesure le volume deau dplac par les grains solides vs.

N.B : Pour les sols ( part les sols organiques) : 26 kN/m3 S 28 kN/m3

3.2 Les essais granulomtriques

Ils permettent dobtenir la rpartition en pourcentage des grains solides selon leurs

dimensions. Deux types dessais sont envisageables selon le sol tester :

- Par tamisage (par voie humide ou sche) pour les lements de diamtre

80m.

- Par sdimentomtrie pour les lements de diamtre < 80m.

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Les rsultats sont traduits sous forme dune courbe granulomtrique, tracee dans des

axes semi-logarithmiques, partir de laquelle on peut dterminer :

- Le cofficient duniformit de Hazen :

10

60dd

uC =

- Le cofficient de courbure :

2

6010

30

xdd

d

cC =

N.B : di : diamtre correspondant i% de pourcentage de tamisat cumul.

Fig 1.1 :Exepmle de dtermination des di :

- d10 =0.17

- d30 = 0.58

- d60= 1.80

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3.3 Essais sur sols pulvrulents

Le comportement de ces sols dpend des paramtres qui caractrisent le squelette

solide, savoir les dimensions des grains et lindice des vides. Les essais les plus

courants sont :

a) Equivalent de sable (ES%) : Permet de caractriser la propret des

sables et le type de sol analys.

. Tableau 1.1 : Caractrisation des sols partir de la valeur de E.S

ES Type de sol

0

20

40

100

Argile pure

Sol plastique

Sol non plastique

Sable pur et propre

b) Densit relative (ou indice de densit) : Permet de caractriser la

compacit dun sol grnu et son aptitude supporter des charges.

minmax

max

eeeeID

= (1.1)

Avec :

- e : indice des vides du sol en place.

- emax : indice des vides du sol ltat le plus lche.

emin : indice des vides du sol ltat le plus dense.

Tableau 1.2 : Compacit dun sol en fonction de lindice de densit

ID Compacit du sol

0

0.5

1

Tr