Cours et exercices de mecanique des sols

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  • 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

  • Cours Mecanique des sol 2 Khaled MEFTAH

    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

  • Cours Mecanique des sol 3 Khaled MEFTAH

    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

  • Cours Mecanique des sol 4 Khaled MEFTAH

    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

  • Cours Mecanique des sol 5 Khaled MEFTAH

    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

    =

  • Cours Mecanique des sol 6 Khaled MEFTAH

    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=

  • Cours Mecanique des sol 7 Khaled MEFTAH

    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.

  • Cours Mecanique des sol 8 Khaled MEFTAH

    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

  • Cours Mecanique des sol 9 Khaled MEFTAH

    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