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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 : sVsWs = Le poids volumique du sol sec : Vs Wd = Le poids volumique de leau : 3/ 13/ 10 m t m kNwVwWw = = = Poids volumique du sol satur VWsat= Poids volumique djaug wsat =' La gravit spcifique : wss G= 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 % xsWw W= Lindice des vides : sVv Ve= Le degr de saturation : 100 % xvVVwSr = 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 : +=1 d ed s+=1 1 =dse eGsrS = 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 : 1060dduC = - Le cofficient de courbure : 260 1030xd ddcC = 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. min maxmaxe ee eID= (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 Tres lche lche moyennement dense trs compact trs bien compact Cours Mecanique des sol 10 Khaled MEFTAH Si 3.4 Essais sur les sols fins Le comportement de ces sols dpend : - de la composition minralogique (types de minreaux argileux) Les argiles sont composes dalumino-silicates hydrats. Les grains solides ont une forme de plaquette. Ils sont forms par un empilement de feuillets (composs dune superposition de couches octadriques et ttradriques constitues par un maillage dions Si, O, OH, Al et Mg) : - les feuillets 1/1 sont forms dune couche ttradrique et dune couche octadrique (kaolinite), - les feuillets 2/1 sont forms dune couche octadrique entoure de deux couches ttradriques (illite, smectite). Si Al Al 0,72 nm Si 0,96 nm Feuillet 1/1 Feuillet 2/1 Le tableau 1.3 prsente les fami