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S a v o i r s T e c h n o l o g i q u e s A s s o c i é s

LES SOLSPARTIE

06

SOMMAIRE

Laboratoire

GENIE

CIVIL

CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DES SOLS :………………………………………….....

CLASSIFICATION DES SOLS SELON LA NORME NF P 11-300 OU G.T.R. :……………..

ANALYSE GRANULOMETRIQUE D’UN SOL:

LIMITES D’ATTERBERG A LA COUPELLE ET AU ROULEAU :...…………..…….………….

LIMITES D’ATTERBERG AU CONE DE PENETRATION :...……………..…….………….

VALEUR DE BLEU DE METHYLENE D’UN SOL :………………………………………………

ESSAI PROCTOR :….…………………….…….

ESSAIS C.B.R. :………………………………...

COEFFICIENT DE FRAGMENTABILITE DES MATERIAUX ROCHEUX :………………………

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE D’UN SOL EN PLACE :……..…..…..…………………

ANALYSE MECANIQUE DES SOLS :………..

ESSAI DE CISAILLEMENT A LA BOITE :……

11

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Lycée Pierre Caraminot 19300 EGLETONS B.T.S. TRAVAUX PUBLICS

NOTES PERSONNELLES

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CARACTÉRISTIQUES PHYSIQUES DES SOLS

1. GÉNÉRALITÉS

1.1. Utilisation du sol :

Le sol constitue le matériau de base utilisé en génie civil. Il sert de :

* Support pour les ouvrages : toutes les structures réalisées transmettent leurs charges au sol de fondation par l'intermédiaire de fondations superficielles ou profondes.

* Matériau de construction : exploité en carrières ou dragué en rivière, il entre dans la fabrication des bétons ( granulats ), est utilisé pour la fondation des chaussées, la réalisation de barrages, de digues, de remblais, etc...

1.2. Définition d'un sol :

Un sol est constitué par un agrégat naturel de grains minéraux pouvant être séparés par des actions mécaniques légères ( trituration ou agitation sous l'eau...).

Le sol est un matériau meuble, poreux, non homogène situé à proximité de la surface de la terre.

On distinguera les sols des roches qui peuvent être définies comme des agglomérats de grains minéraux liés par des forces de cohésion fortes et permanentes.

2. CONSTITUANTS D'UN SOL

Un sol est en général constitué de 3 phases :

* une phase solide dont les grains solides, dans leur arrangement naturel constituent le squelette,

* une phase liquide ( eau ),

* une phase gazeuse ( en général de l'air ).

2.1. Phase solide :

Les grains solides proviennent de l'altération de la roche mère. Ces grains ont des dimensions supérieures à 2 m.

Les particules les plus fines ( d < 2 m ) sont issues d'une désagrégation mécanique de la roche mère puis, après dissolution sous l'action de l'eau, sont le résultat d'une altération chimique.

Ces grains constituent l'élément fondamental de l'analyse des sols. Leur taille, leur forme, leur enchevètrement sont capitals pour le comportement du sol, et ne dépendent pas des conditions extérieures.

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Dénominations adoptées en fonction de la grosseur des grains :

d < 2 m argile

2 m < d < 20 m limon

20 m < d < 0,2 mm sable fin

0,2 mm < d < 2 mm sable grossier

2 mm < d < 20 mm gravier

d > 20 mm cailloux

2.2. Phase liquide :

L'eau existe sous différentes formes dans les sols :

* Eau de constitution : elle fait partie du réseau cristallin et est difficilement déplaçable,* Eau liée : elle est maintenue à la surface des grains par des forces d'attractions moléculaires. Epaisseur moyenne: 1 à 5 mm. Ce phénomène n'est important que pour les grains fins,* Eau capillaire : retenue par les pores du sol par les forces de capillarité,* Eau libre : cette eau remplit l'espace resté libre des pores et interstices. Elle s'écoule dans le sol et obéit aux lois de l'hydraulique.

2.3. Phase gazeuse :

Lorsque le sol n'est pas saturé, la phase gazeuse est constituée par un mélange d'air, de vapeur d'eau et éventuellement de gaz provenant de la décomposition de matières organiques.

3. PARAMÈTRES DÉFINISSANT L'ETAT D'UN SOL

Les paramètres permettent de quantifier les différentes phases ( solide, liquide, gazeuse ) entrant dans la composition d'un sol.

W = masse totale V = volume total

Ws = masse des grains solides Vs = volume des grains solides

Ww = masse de l'eau Vw = volume de l'eau

Va = volume de la phase gazeuse

Volume des vides : Vv = Vw + Va

Volume de l'échantillon de sol : V = Vs + Vw + Va = Vs + Vv

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W

0

Ww

Ws

Va

Vw

Vs

VvV

GAZ

LIQUIDE

SOLIDE

3.1. Masses volumiques ( ou spécifiques ) :

# masse volumique apparente du sol : g = W / V # masse volumique du sol sec : gd = Ws / V# masse volumique du solide : gs = Ws / Vs

Ce poids spécifique est sensiblement constant quel que soit la nature des minéraux

inclus dans le sol : gs »27 kN / m3

3.2. Paramètres sans unité :

# teneur en eau : w = Ww / Ws ( exprimé‚ en % )

# indice des vides : e = Vv / Vs# porosité : n = Vv / V# degré de saturation : Sr = Vw / Vv ( exprimé en % )

3.3. Relations entre les différentes valeurs:

Définition n e g gd

Teneur en eau w

Ww

Ws

Porosité n -

Masse volumique apparente g

-

Masse volumique apparente sèche

gd

-

Masse volumique des grains gs

3.4. Ordres de grandeur des différents paramètres :

gd ( en kg/dm3 ) g ( en kg/dm3 ) w ( en % ) e

sable serré saturé

sable lache saturé

argile raide

argile molle

bentonite

1,7

1,2

2,1

1,7

2,0-2,1

1,7-1,8

1,27

23

42

22

45

194

0,58

1,25

0,60

1,20

5,20

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tourbe 1,1 450 12

CLASSIF ICATION DES SOLSs e l o n l a N O R M E N F P 1 1 - 3 0 0 O U G . T . R .

1. GÉNÉRALITÉS

Les sols sont classés d'après leur nature, leur état et leur comportement.

1.1. Paramètres de nature :

Ce sont des paramètres qui ne varient pas ou peu ni dans le temps, ni au cours des manipulations:

# la granularité‚# l'indice de plasticité‚# la valeur au bleu de méthylène ( sur la fraction 0/50 mm).

1.1.1. La granularité :

# le Dmax. : Dimension maximale des plus gros éléments contenus dans le sol.

Seuil retenu : 50 mm. Cette valeur permet de distinguer les sols fins, sableux et graveleux ( £ 50 mm ), des sols grossiers.

# tamisat à 80 mm ( ou % de fines ) : Ce paramètre permet de distinguer les sols riches en fines des sols sableux et graveleux.

Seuils retenus :

* 35 % : Au-delà de 35 % de tamisat à 80 mm, les sols ont un comportement assimilable à celui de leur fraction fine.* 12 % : C'est le seuil conventionnel permettant d'établir une distinction entre les matériaux sableux et graveleux pauvres ou riches en fines.

# tamisat à 2 mm : Permet la distinction entre les sols à tendance sableuse et les sols à tendance graveleuse.

1.1.2. L'indice de plasticité Ip : Ce paramètre caractérise l'argilosité des sols.

Seuils retenus :

* 12 : Limite supérieure des sols faiblement argileux.* 25 : Limite supérieure des sols moyennement argileux.* 40 : Limite entre sols argileux et très argileux.

1.1.3. La valeur de bleu de méthylène VBS :

Il s'agit d'un autre paramètre permettant de caractériser l'argilosité ( ou la propreté ) du sol.

On détermine la VBS ( valeur de bleu du sol ) à partir de l'essai au bleu de méthylène à la tache sur une fraction 0/2 mm. La valeur trouvée est rapportée à la fraction 0/50 mm par une règle de proportionnalité.

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Seuils retenus :

* 0,1 : Seuil en dessous duquel on peut considérer que le sol est insensible à l'eau. Ce critère doit cependant être complété par la vérification du tamisat à 80 mm qui doit être £ 12 %.

* 0,2 : Seuil au-dessus duquel apparaît à coup sûr la sensibilité à l'eau.

* 1,5 : Seuil distinguant les sols sablo-limoneux des sols sablo-argileux.

* 2,5 : Seuil distinguant les sols limoneux peu plastiques des sols limoneux de plasticité moyenne.

* 6 : Seuil distinguant les sols limoneux des sols argileux.

* 8 : Seuil distinguant les sols argileux des sols très argileux.

1.2. Paramètres de comportement mécanique :

L'introduction dans la classification de ces paramètres résulte du fait que des sols de nature comparable peuvent se comporter de manière relativement différente sous l'action des sollicitations subies au cours de leur mise en oeuvre.

Les paramètres de comportement mécanique à prendre en compte dans la classification des sols sont la valeur LOS ANGELES LA, et la valeur MICRO DEVAL en présence

d'eau MDE, ou la valeur de friabilité des sables FS pour les sols sableux

Seuils retenus :

* 45 pour les valeurs LA et MDE.

* 60 pour les valeurs FS.

1.3. Paramètres d'état :

Il s'agit des paramètres qui ne sont pas propres au sol, mais fonction de l'environnement dans lequel il se trouve.

Pour les sols meubles sensibles à l'eau, le seul paramètre d'état considéré dans la classification est l'état hydrique : son importance est capitale vis-à-vis de tous les problèmes de remblai et de couche de forme.

1.3.1. Différents états hydriques considérés :

* L'état très humide ( th ) : Etat d'humidité très élevé ne permettant plus la réutilisation du sol dans des conditions technico-économiques normales.

* L'état humide ( h ) : Etat d'humidité élevé autorisant toutefois la réutilisation du sol en prenant des dispositions particulières ( aération, traitement, etc...) estimées comme normales dans le contexte technico-commercial actuel.

* L'état d'humidité moyenne ( m ) : Etat d'humidité optimale ( minimum de contraintes pour la mise en oeuvre ).

* L'état sec ( s ) : Etat d'humidité faible mais autorisant encore la mise en oeuvre en prenant des dispositions particulières ( arrosage, sur compactage, etc... ) estimées comme normales dans le contexte technico-économique actuel.

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* L'état très sec ( ts ) : Etat d'humidité très faible n'autorisant plus la réutilisation du sol dans des conditions technico-économiques normales.

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1.3.2. Paramètres utilisés pour caractériser l'état hydrique :

On peut utiliser l'un ou l'autre des trois paramètres suivants :

* La position de la teneur en eau naturelle ( wn ) de la fraction 0/20 du sol par

rapport à l'Optimum Proctor Normal ( wopn ) exprimée par le rapport :

wn-------wopn

* La position de la teneur en eau naturelle (wn ) par rapport aux limites

d'Atterberg ( wl et wp ) qui s'exprime par l'indice de consistance ( Ic )

wl - wnIc = ------------ wl - wp

* L'indice portant immédiat ( IPI ) qui exprime la valeur du poinçonnement CBR mesurée sans surcharges ni immersion sur une éprouvette de sol compacté à l'énergie Proctor Normal.

Seuils retenus :

Ils sont détaillés dans les tableaux de la classification des sols figurant au paragraphe suivant.

2. TABLEAUX DE CLASSIFICATION DES SOLS

Les tableaux ci-après, extraits de la norme NF P 11-300, définissent la classification des sols répartis entre 4 classes :

* Classe A : sols fins,

* Classe B : sols sableux et graveleux avec fines,

* Classe C : sols comportant des fines et des gros éléments,

* Classe D : sols insensibles à l'eau.

NORMES À C ONSULTER :

NF P 11 - 300 : Classification des matériaux utilisables dans le construction des remblais et des couches de forme d'infrastructures routières.

NF P 94 - 051 et 052 : Détermination des limites d'Atterberg

NF P 94 - 068 : Détermination de la valeur de bleu de méthylène d'un sol par l'essai à la tache.

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NF P 94 - 078 : Indice CBR Immédiat, Indice Portant Immédiat, etc...

NF P 94 - 093 : Essai Proctor normal - Essai Proctor modifié.

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Classe A Tableau 1 - Classification des sols fins

Classement selon la nature Classement selon l’état hydrique

Paramètres de nature

Premier niveau de classification

Classe


Deuxième niveau de classification

Sous classe fonction de la nature

Paramètres d’étatSous classe

fonction de l’état

A1 IPI (*) £ 3 ou wn 1,25 wOPN A1 th

VBS £ 2,5 (*) Limons peu plastiques, loess, 3 < IPI (*) £ 8 ou 1,10 £ wn < 1,25 wOPN A1 h

ou silts alluvionnaires, sables fins 8 < IPI £ 25 ou 0,9 wOPN £ wn < 1,1 wOPN A1 m

Ip £ 12 peu pollués, arènes peu 0,7 wOPN £ wn < 0,9 wOPN A1 splastiques... wn < 0,7 wOPN A1 ts

Dmax £ 50 mm IPI (*) £ 2 ou Ic (*) £ 0,9 ou wn 1,3 wOPN A2 th

et A 12 < Ip £ 25 (*) A2 2 < IPI (*) £ 5 ou 0,9 £ Ic (*) < 1,05 ou 1,1 wOPN £ wn < 1,3 wOPN

A2 h

Tamisat à ou Sables fins argileux, limons, 5 < IPI £ 15 ou 1,05 < Ic £ 1,2 ou 0,9 wOPN £ wn < 1,1 wOPN A2 m

80 mm > 35% Sols fins 2,5 < VBS £ 6 argiles et marnes peu plastiques 1,2 < Ic £ 1,4 ou 0,7 wOPN £ wn < 0,9 wOPN A2 s

arènes... Ic > 1,3 ou wn < 0,7 wOPN A2 ts

IPI (*) £ 1 ou Ic (*) £ 0,8 ou wn 1,4 wOPN A3 th

25 < Ip £ 40 (*) A3 1 < IPI (*) £ 3 ou 0,8 £ Ic (*) < 1 ou 1,2 wOPN £ wn < 1,4 wOPN A3 h

ou Argiles et argiles marneuses, 3 < IPI £ 10 ou 1 < Ic £ 1,15 ou 0,9 wOPN £ wn < 1,2 wOPN A3 m

6 < VBS £ 8 limons très plastiques... 1,15 < Ic £ 1,3 ou 0,7 wOPN £ wn < 0,9 wOPN A3 s

Ic > 1,3 ou wn < 0,7 wOPN A3 ts

A4 th

Ip > 40 (*) A4 Valeurs seuils des paramètres d’état, A4 h

ou Argiles et argiles marneuses, à définir à l’appui d’une étude spécifique A4 m

VBS > 8 très plastiques... A4 s(*) Paramètres dont le choix est à privilégier

9

Classe B Tableau 2 - Classification des sols sableux ou graveleux, avec fines

C L A S S I F I C A T I O N A U T I L I S E R P O U R L E S R E M B L A I S

C L A S S I F I C A T I O N A U T I L I S E R P O U R L E S C O U C H E S D E F O R M E

Classement selon la nature Classement selon l’état hydrique Classement selon le comportement



Classe




Paramètres d’étatSous classe fonction de

l’état

Paramètres de comportement

sous classe fonction du

comportement

tamisat à 80 mm £ 12%

tamisat à 2 mm > 70% B1 Matériaux généralement insensibles à l’eau FS £ 60 B11

0,1 £ VBS £ 0,2 Sables silteux... FS > 60 B12

IPI (*)£ 4 ou wn 1,25 wOPN B2 thFS £ 60 B21 th

B FS > 60 B22 th

Dmax £ 50 mm 4 < IPI (*) £ 8 ou B2 hFS £ 60 B21 h

et Sols tamisat à 80 mm £ 12% B2 1,10 wOPN £ wn < 1,25 wOPNFS > 60 B22 h

Tamisat à sableux et tamisat à 2 mm > 70% 0,9 wOPN £ wn < 1,10 wOPN B2 mFS £ 60 B21 m

80 mm £ 35% graveleux VBS > 0,2 Sables argileux FS > 60 B22 m

avec fines (peu argileux)... 0,5 wOPN £ wn < 0,9 wOPN B2 sFS £ 60 B21 s

FS > 60 B22 s

wn < 0,5 wOPN B2 tsFS £ 60 B21 ts

FS > 60 B22 ts

tamisat à 80 mm £ 12% tamisat à 2 mm > 70%

B3 Matériaux généralement insensibles à l’eauLA £ 45 et MDE £ 45

B31

0,1 £ VBS £ 0,2 Graves silteuses...

LA > 45 et MDE > 45

B32

(*) Paramètres dont le choix est à privilégier

0

Classe B (suite) Tableau 2 - Classification des sols sableux ou graveleux, avec fines C L A S S I F I C A T I O N A U T I L I S E R P O U R L E S R E M B L A I S


Classement selon la nature Classement selon l’état hydrique Classement selon le comportementParamètres de

nature Premier niveau de

classification

ClasseParamètres de natureDeuxième niveau de

classification

Sous classe

fonction de la nature

Paramètres d’étatSous classe fonction de

l’état

Paramètres de comportement

sous classe fonction du

comportement

IPI (*)£ 7 ou wn 1,25 wOPN B4 th LA £ 45 et MDE £ 45 B41 thLA > 45 et MDE > 45 B42 th

7 < IPI (*) £ 15 ou B4 h LA £ 45 et MDE £ 45 B41 htamisat à 80 mm £ 12% 1,10 wOPN £ wn < 1,25 wOPN LA > 45 et MDE > 45 B42 htamisat à 2 mm £ 70% Graves 0,9 wOPN £ wn < 1,10 wOPN B4 m LA £ 45 et MDE £ 45 B41 m

VBS > 0,2 argileuses LA > 45 et MDE > 45 B42 m( peu 0,6 wOPN £ wn < 0,9 wOPN B4 s LA £ 45 et MDE £ 45 B41 s

argileuses )... LA > 45 et MDE > 45 B42 swn < 0,6 wOPN B4 ts LA £ 45 et MDE £ 45 B41 ts

LA > 45 et MDE > 45 B42 tsDmax £ 50 mm IPI (*)£ 5 ou wn 1,25 wOPN B5 th LA £ 45 et MDE £ 45 B51 th

et Sols LA > 45 et MDE > 45 B52 thTamisat à sableux et tamisat à 80 mm 5 < IPI (*) £ 12 ou B5 h LA £ 45 et MDE £ 45 B51 h

80 mm £ 35% graveleux compris entre 12 et 35% Sables et 1,1 wOPN £ wn < 1,25 wOPN LA > 45 et MDE > 45 B52 havec fines tamisat à 2 mm £ 70% graves très 12 < IPI (*) £ 30 ou B5 m LA £ 45 et MDE £ 45 B51 m

VBS < 1,5 (*) silteux... 0,9 wOPN £ wn < 1,10 wOPN LA > 45 et MDE > 45 B52 mou Ip £ 12 0,6 wOPN £ wn < 0,9 wOPN B5 s LA £ 45 et MDE £ 45 B51 s

LA > 45 et MDE > 45 B52 swn < 0,6 wOPN B5 ts LA £ 45 et MDE £ 45 B51 ts

LA > 45 et MDE > 45 B52 tsIPI (*) £ 4 ou wn 1,3 wOPN ou Ic £ 0,8 B6 th

tamisat à 80 mmcompris entre 12 et 35%

4 < IPI (*) £ 10 ou 0,8 < Ic £ 1 ou 1,1 wOPN £ wn < 1,3 wOPN B6 h

VBS > 1,5 (*)Sables et

graves argileux

10 < IPI £ 25 ou 1 < Ic £ 1,2 ou 0,9 wOPN £ wn (*) < 1,1 wOPN B6 m

ou Ip > 12 à très argileux 0,7 wOPN £ wn (*) < 0,9 wOPN ou 1,2 < Ic £ 1,3 B6 swn (*) < 0,7 wOPN ou Ic > 1,3 B6 ts

(*) Paramètres dont le choix est à privilégier

B4

B

B6

B5

Classe C Tableau 3 - Classification des sols comportant des fines et des gros éléments

Classement selon la nature



ClasseParamètres de nature



Classement selon l’état hydrique et le comportement

Matériaux anguleux comportant une fraction 0/50 mm > 60 à 80% et matériaux roulés.

La fraction 0/50 est un sol de classe A

C1Ai

Argiles à silex, éboulis, moraines, alluvions

grossières...

Le sous-classement, en fonction de l’état hydrique et du comportement des sols de cette classe, s’établit en considérant celui de leur fraction 0/50 mm qui peut être un sol de la classe A ou de la classe B

* 1 er exemple : un sol désigné C1A2h est un sol qui est : soit entièrement roulé, soit entièrement ou partiellement anguleux; sa fraction 0/50

Dmax > 50 mm

et tamisat à

80 mm > 12%

ou

C

Solscomportant des fines et

Matériaux anguleux comportant une fraction 0/50 mm > 60 à 80% et matériaux roulés.

La fraction 0/50 est un sol de classe B

C1Bi

Argiles à silex, argiles à meulière, éboulis,

moraines, alluvions grossières...

représente plus de 60 à 80% de la totalité du matériau. Dans les deux cas, sa fraction 0/50 mm appartient à la classe A2

avec un état hydrique h.

* 2 ème exemple : un sol désigné C1B42m est un sol qui est : entièrement ou partiellement anguleux; sa fraction 0/50 mm représente moins de 60 à 80% de la totalité du matériau.

si le tamisat à

80 mm £ 12%

la VBS est > 0,1

des gros éléments

Matériaux anguleux comportant une fraction 0/50 mm £ 60 à 80%.

La fraction 0/50 est un sol de classe A

C2Ai

Argiles à silex, argiles à meulière, éboulis, biefs

à silex...

La fraction 0/50 mm est un sol de la classe B42 se trouvant dans un état hydrique m.Les différents sous-classes composant la classe C sont :

Matériaux anguleux comportant une fraction 0/50 mm £ 60 à 80%.

La fraction 0/50 est un sol de classe B

C2Bi

Argiles à silex, argiles à meulière, éboulis, biefs

à silex...

C1A1

C1A2

C1A3

C1A4

C2A1

C2A2

C2A3

C2A4Etat th, h, m, s ou ts

C1B11

C1B12

C1B31

C1B32

C2B11

C2B12

C2B31

C2B32

Matériaux généralement insensibles à l’état hydrique

C1B21

C1B22

C1B41

C1B42

C1B51

C1B52

C1B6

C2B21

C2B22

C2B41

C2B42

C2B51

C2B52

C2B6

Etat th, h, m, s ou ts

Classe D Tableau 4 - Classification des sols insensibles à l’eau

C L A S S I F I C A T I O N A U T I L I S E R P O U R L E S R E M B L A I S


Classement selon la nature Classement selon l’état hydrique



ClasseParamètres de

nature



Valeurs seuils retenues Sous classe

Dmax £ 50 mmet

D1 FS £ 60 D11

tamisat à 2 mm > 70%

Sables alluvionnaires propres, sables de dune... FS > 60 D12

D

Dmax £ 50 mmet

D2 LA £ 45 et MDE £

45

D21

VBS £ 0,1et

tamisat àSols

insensibles

tamisat à 2 mm £ 70%

Graves alluvionnaires propres, sables... LA > 45 et

MDE > 45D22

80 mm £ 12% à l’eau

Dmax > 50 mmD3 LA £ 45

et MDE £ 45

D31

Graves alluvionnaires grossières propres, dépôts

glaciaires,...LA > 45 et MDE > 45

D32

Matériaux insensibles à l’eau; mais leur emploi en couche de forme nécessite la mesure de leur résistance mécanique (Los Angelès - LA - et/ou Micro Deval en présence d’eau - MDE -) ou Friabilité des sables (FS).

Tableau synoptique de classification des matériaux selon leur nature

Roches carbonatées

Craies R1

Calcaires R2

Roches Roches argileuses Marnes, argilites, pélites...

R3

MATERIAUX sédimentaires Roches siliceuses Grés, poudingues, brèches...

R4

ROCHEUX Roches salines Sel gemme, gypse R5Roches

magmatiques et

métamorphiques

Granites, basaltes, andésites..., gneiss..., schistes métamorphiques et ardoisiers...

R6

MATERIAUX PARTICULIERS Sols organiques, sous-produits industriels F

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* Matériaux pour lesquels la mesure de l'Ip est à retenir comme base de classement. Pour les autres

matériaux on utilisera la VBS.

** C1 : matériaux roulés et matériaux anguleux peu charpentés ( 0/50 > 60 à 80 % )

C2 : matériaux anguleux très charpentés ( 0/50 £ 60 à 80 % )

A N A L Y S E G R A N U L O M E T R I Q U E D ' U N S O L

1 DEFINITION

Il s'agit de déterminer la répartition en poids des grains du sol suivant leur analyse granulométrique.

On distinguera les particules pouvant être séparées par tamisage (d < 0,08 mm) et les particules fines pour lesquelles le tamisage est impossible. On a alors recours à l'essai de sédimentométrie.

2. ANALYSE GRANULOMÉTRIQUE

L'essai s'effectue sur le matériau à le teneur en eau à laquelle il se trouve, afin d'éviter un risque de perte d'éléments fins du matériau, etc...

Il faut préparer 2 échantillons :

# L'un de masse M1h pour déterminer la masse sèche de l'échantillon soumis à l'analyse granulométrique,

# L'autre de masse Mh pour effectuer cette analyse.

2.1. Détermination de la masse sèche de l'échantillon :

# Pesée de l'échantillon M1h,

# Séchage à l'étuve, sur plaque chauffante ou au four,

# Pesée de l'échantillon sec : M1s

# La masse sèche Ms de l'échantillon soumis à l'analyse granulométrique est calculée de la manière suivante :

M1sMs = -------- * Mh

M1h

2.2. Lavage de l'échantillon :

# L'échantillon humide est versé sur un ou plusieurs tamis de décharge, protégeant le tamis de lavage.

# La maille du tamis de lavage correspond à la plus petite maille de la colonne utilisée pour l'analyse granulométrique, soit le tamis de 0.080 mm.

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# On lave le matériau, en veillant à ce que l'eau ne déborde pas du tamis de lavage.

# Le tamisat est en principe éliminé avec les eaux de lavage.

# Le refus récupéré est séché: soit Ms1 sa masse

2.3. Tamisage de l'échantillon :

# Verser le matériau lavé et séché dans la colonne de tamis. Cette colonne est constituée par l'emboîtement des tamis, en les classant de haut en bas dans l'ordre de mailles décroissantes, et en ajoutant un fond plein et un couvercle.

# Agiter manuellement ou mécaniquement cette colonne, puis reprendre un à un les tamis en adaptant un fond et un couvercle. Agiter chaque tamis.

# Verser le tamisat recueilli sur le fond sur le tamis immédiatement inférieur.

2.4. Pesées :

# Peser le refus du tamis ayant la plus grande maille: soit R1 la masse de ce

refus.

# Ajouter le refus obtenu sur le tamis immédiatement inférieur. Soit R2 la

masse du refus cumulé.

# Poursuivre la même opération avec tous les tamis de la colonne pour obtenir les masses des différents refus cumulés

# Peser le tamisat sur le fond . Soit Tn sa masse.

2.5. Calculs :

# Les résultats sont portés sur une feuille d'essai.

# Les masses des différents refus cumulés Ri sont rapportées à la masse totale

de l'échantillon pour essai sec Ms.

# Les pourcentages de refus cumulés obtenus sont inscrits sur la feuille d'essai.

Ri ------- * 100

Ms

# Les pourcentages de tamisats correspondants sont égaux à :

Ri100 - {------- * 100}

Ms

2.6. Tracé de la courbe granulométrique :

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Il suffit de porter les divers pourcentages des tamisats ou des différents refus cumulés sur une feuille semi-logarithmique :

* en abscisse : les dimensions des mailles, échelle logarithmique

* en ordonnée : les pourcentages sur une échelle arithmétique.

La courbe doit être tracée de manière continue et peut ne pas passer par tous les points

3. INTERPRETATION DES COURBES

La forme de la courbe granulométrique obtenue apporte les renseignements suivants :

# La dimension D du plus gros granulat,# La plus ou moins grande proportion d'éléments fins,# la continuité ou la discontinuité de la granularité.

Soit Dx le diamètre correspondant au pourcentage x %. On définit :

* L'étalement de la granulométrie par le coefficient d'uniformité de HAZEN.

D60Cu = ------ D10

Pour Cu < 2 : granulométrie uniforme

Pour Cu > 2 : granulométrie étalée

* Le coefficient de courbure

D302

Cc = -------------- D10 * D60

page 127_________________________________________________________________________


NORME A CONSULTER

NF P 94-056 : Sols : reconnaissances et essais - Analyse granulométrique d’un sol - Méthode par tamisage.

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Selon la forme de la courbe, on dira que la granulométrie est :

granulométrie étalée granulométrie serrée

granulométrie continue granulométrie discontinue

granulométrie bien graduée granulométrie mal graduée

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LIMITES D 'ATTERBERG À LA COUPELLE ET AU ROULEAU

1. DÉFINITIONS

Le comportement d'un sol varie dans des proportions importantes en fonction de sa teneur en eau.

Pour une valeur élevée de la teneur en eau, le sol se comporte à peu prés comme un liquide ; c'est de la boue: les forces de cohésion ne sont pas assez importantes pour maintenir les particules en place.

Quand la teneur en eau diminue, vient la phase plastique ; on peut encore modeler la terre sans qu'elle s'effrite, elle conserve sa forme.

Puis on ne peut plus modeler la terre: elle se fendille au cours du travail: c'est la phase solide.

On peut encore subdiviser cette phase solide. Lorsque la quantité d'eau demeure relativement importante, la pellicule d'eau qui enveloppe les grains repousse ces grains et augmente le volume apparent ; de sorte que, si l'on sèche un tel sol, il y aura retrait. Tandis que, pour une teneur en eau encore plus faible, l'eau ne repoussera plus les particules du sol, et le volume sec sera égal au volume humide: ce sera la phase solide sans retrait.

Les teneurs en eau qui correspondent au passage de l'un à l'autre de ces états sont respectivement :

# la limite de liquidité wl,

# la limite de plasticité wp,

# la limite de retrait wr,

On appelle indice de plasticité la différence Ip = wl - wp. C'est l'étendue de l'intervalle pendant lequel on peut " travailler " le sol.

On appelle indice de consistance Ic le rapport ( wl - w ) / Ip, w étant la teneur en eau du sol à l'état naturel.

Phase solide Phase plastique Phase liquide

sans retrait avec retrait

Indice de plasticité

Ip = wl - wp

0 wr wp wl 100 %

Sol sec Limite deretrait

Limite deplasticité

Limite deliquidité

eau pure

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2. PRÉPARATION DE L'ÉCHANTILLON

On utilise une " pâte " de sol ne comportant que les éléments fins qui passent à travers le tamis de 0,4 mm.

Il ne faut pas sécher le sol avant de le tamiser: on modifierait le comportement de certaines particules.

On opère par voie humide:

# Placer le sol dans le tamis, sur un récipient plus grand,

# Verser doucement de l'eau, et laver au pinceau,

# Laisser reposer; décanter,

# Laisser sécher jusqu'au point désiré, sans chauffer

3. LIMITE DE LIQUIDITÉ

3.1. Matériel utilisé :

# Appareil de CASAGRANDE

Coupelle métallique ( calotte sphérique ) qui tombe de 10 mm sur un socle en bois de dureté bien déterminée.

# Outil à rainurer

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3.2. Mode opératoire :

3.2.1. Préparation de l'échantillon :

Amener, par tâtonnement, l'échantillon à une teneur en eau légèrement supérieure à la limite de liquidité.

3.2.2. Mise en place de l'échantillon :

# Répartir la pâte à la spatule, de façon homogène, dans la coupelle.

# La pâte recouvre le fond de la coupelle sauf sur une partie d d'environ 3 cm.# Epaisseur f au centre: 15 à 20 mm, pourtour sensiblement horizontal.

3.2.3. Essai :

# Faire une rainure dans l'axe de la coupelle en tenant l'outil sensiblement perpendiculaire à cette coupelle,# Tourner la manivelle, 2 chocs par seconde. Compter le nombre de chocs N tout en observant le fond de la rainure. Arrêter lorsque les lèvres de la rainure se rejoignent sur une longueur de 1 cm environ.# Si le nombre de chocs est inférieur à 15, laisser sécher l'échantillon puis recommencer l'essai,# Si le nombre est supérieur à 35, ajouter un peu d'eau ( bien mélanger ), puis recommencer l'essai,# Si 15 £ N £ 35, déterminer la teneur en eau. Pour cela:

* Prélever à l'aide de la spatule un peu de pâte de chaque côté des lèvres de la rainure,* Placer ce prélèvement dans une coupelle de masse Mt,

* Peser immédiatement, soit Mth,

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* Porter à l'étuve pour dessiccation complète ( ou sur plaque chauffante ),* Peser sec, soit Mts.

Mth - Mts Masse de l'eauw = -------------- = ----------------------- Mts - Mt Masse sèche

Par définition, la limite de liquidité wl est la teneur en eau qui correspond à la fermeture de 1 cm pour un nombre de chocs N égal à 25.

Mais le nombre de chocs N aura rarement été 25. Il faut donc recommencer en faisant varier la teneur en eau.

On tracera alors la droite moyenne ajustée sur les couples de valeurs obtenus (lg N - w) et on déduira wl correspondant à N = 25.

3.2.4. Calculs et résultats :

Les quantités étant peu importantes, il est souhaitable d'obtenir le centigramme pour les pesées de l'échantillon.

Pour le calcul des teneurs en eau: 1 chiffre décimal pour chaque prise, la limite de liquidité obtenue pour une valeur N égale à 25 étant arrondie à l'entier le plus proche.

4. LIMITE DE PLASTICITÉ

La limite de plasticité wp est inférieure à wl; il faut donc laisser l'échantillon sécher un peu plus.

Quand le moment est venu, faire une boulette de pâte et la transformer en un cylindre en la roulant sur une surface plane propre, lisse, sèche et non absorbante ( à la main ou à l'aide d'une plaque plane, un aller et retour par seconde ) .

# Par définition, la limite de plasticité wp est la teneur en eau du rouleau qui se fissure au moment où son diamètre atteint 3 mm ± 0,5 mm.

Le rouleau terminé doit avoir 10 cm de longueur et ne doit pas être creux. la limite de plasticité est atteinte lorsque, simultanément, le rouleau se fissure et que son diamètre atteint 3 mm ± 0,5 mm.

Si aucune fissure n'apparaît, le rouleau est réintégré à la boulette. La pâte est malaxée et légèrement séchée.

Si la limite de plasticité est atteinte, déterminer la teneur en eau du rouleau.

Faire un minimum de 2 essais et, si les valeurs s'écartent de plus de 2% de la valeur moyenne, refaire un essai.

Pour le calcul des teneurs en eau: 1 chiffre décimal pour chaque prise, la limite de plasticité obtenue en faisant la moyenne arithmétique des teneurs en eau étant arrondie à l'entier le plus proche.

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5. INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS

Voir cours intitulé " CLASSIFICATION DES SOLS selon la norme NF P 11-300 "

NORME A CONSULTER

NF P 94-051 : Sols : reconnaissance et essais - Détermination des limites d'Atterberg Limite de liquidité à la coupelle - Limite de plasticité au rouleau.

LIMITES D 'ATTERBERG AU CÔNE DE PÉNÉTRATION

1. DÉFINITIONS

Il s’agit de déterminer la limite de liquidité des sols sur la fraction passant au travers du tamis à maille carrée de 400 mm d’ouverture nominale.

2. APPAREILLAGE

2.1. Matériel pour la préparation du sol:

# Etuve de séchage# Balance de précision,# Plaque lisse en marbre ou matériau équivalent# tamis de 400 mm d’ouverture nominale# spatule, couteau, coupelles et bacs

2.2. Matériel pour la réalisation de l’essai:

L’appareil représenté ci-dessus se compose:

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Dispositif de mesuredu déplacement

Gaine de guidagede la tige

Dispositif de blocagede la tige tige

Cône

Sol

Récipient

Socle

Support

Dispositif de réglage del’horizontalité

* d’un socle avec dispositif de réglage de l’horizontalité et une tige verticale sur laquelle coulisse une pince de blocage,* d’un cône de pénétration constitué d’une tige solidaire d’un cône, de masse toitale de 80 g,* d’un dispositif de mesure du déplacement du cône,* d’un récipient cylindrique rigide, intérieur 55 mm, hauteur 35 mm.

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3. MODE OPERATOIRE

3.1. Préparation du sol:

Après échantillonnage du sol et homogénéisation, mettre à imbiber une masse m de matériau dans un récipient d’eau pendant 24 h. ( avec m > 0,2 D ).

Cette masse doit permettre de recueillir au moins 200 g de particules solides après tamisage au tamis de 400 mm.

Une fois imbibé, le matériau est tamisé par voie humide au tamis de 400 mm. L’eau de lavage et le tamisat sont recueillis dans un bac, puis décantés pendant 12 h. L’eau excédentaire est évaporée à une température inférieure à 50 °C.

3.2. Essai de pénétration:

# Régler l’horizontalité du socle,

# Malaxer sur une surface lisse la totalité du tamisat précédemment préparé afin d’obtenir une pâte homogène et presque fluide,

# Remplir le récipient avec une partie de cette pâte au moyen d’une spatule, en prenant soin de ne pas emprisonner de bulles d’air. Araser afin d’obtenir une surface lisse et plane,

# Mettre en place le récipient et ajuster la pointe du cône - propre et lisse - au centre. La pointe doit affleurer la surface du sol.

# Régler le dispositif de mesure, puis libérer le cône et le laisser s’enfoncer dans le sol pendant 5s ± 1s. Il se bloque automatiquement en fin de cycle.

# Noter l’enfoncement, puis prélever un échantillon de sol dans la zone de pénétration du cône. Cette prise d’essai doit être placée dans une coupelle de masse connue, pesée immédiatement puis mise à sécher afin de déterminer sa teneur en eau.

# Répéter cette opération au moins 4 fois avec des teneurs en eau différentes à chaque fois, de manière à encadrer la valeur d’enfoncement de 17 mm, tout en étant situés dans l’intervalle de 12 mm à 25 mm.

4. EXPRESSION DES RESULTATS

La limité de liquidité wl est la teneur en eau du matériau qui correspond conventionnellement à un enfoncement de 17 mm du cône. Elle est déterminée à partir de la droite moyenne ajustée sur les couples de valeurs mesurées enfoncement - teneur en eau, et arrondie au nombre entier le plus proche.



NORME A CONSULTER

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NF P 94-052-1 : Sols : reconnaissance et essais - Détermination des limites d'Atterberg partie 1 : Limite de liquidité - Méthode du cône de pénétration.

VALEUR DE BLEU DE METHYLENE D'UN SOL

1. DÉFINITION

Les argiles contenues dans un sol ont la propriété de fixer le bleu de méthylène proportionnellement à leur surface spécifique.

L'essai consiste à mesurer par dosage la quantité de bleu de méthylène pouvant s'adsorber sur la prise d'essai. Cette valeur est rapportée proportionnellement à la fraction 0/50 mm du sol considéré.

2. APPAREILLAGE ET MATÉRIEL D'ESSAI

# Agitateur à ailettes tournant entre 400 et 700 t/mn.

# Dispositif de dosage permettant d'injecter des volumes de 2, 5 et 10 cm3

# Papier filtre blanc avec teneur en cendre < 0,01 %.# Baguette de verre de 8 mm de diamètre

# Récipient de 3,000 dm3 et de diamètre 155 mm# Solution de bleu de méthylène de qualité médicinale à 10 g/l# Matériels courants : balance, tamis, chronomètre, etc

3. PRÉPARATION DE L'ÉCHANTILLON

# Si le Dmax du matériau est £ 50 mm, prélever une masse m de matériau à sa teneur

en eau naturelle telle que : m > 200 Dmax ( m en grammes, Dmax en millimètres ).

# Si le Dmax du matériau est > 50 mm ,prélever 10 kg de sa fraction 0/50 mm.

# Si le Dmax de l'échantillon prélevé est 5 mm:

* Séparer par tamisage et si nécessaire par lavage la fraction 0/5 mm contenue dans cet échantillon.

* Déterminer la proportion pondérale C de la fraction 0/5 mm sèche contenue dans

le matériau ( ou dans sa fraction 0/50 mm lorsque Dmax > 50 mm ). Cette

proportion peut-être lue sur la courbe granulométrique du matériau.

# Homogénéiser la fraction 0/5 mm ainsi séparée et préparer trois prises d'essai sensiblement égales et de l'ordre de:

* 30 à 60 g dans le cas de sol très argileux à argileux,

* 60 à 120 g dans le cas de sol moyennement à peu argileux.

# Introduire la 1ère prise d'essai de masse m1 dans le récipient de 3,000 dm3 et ajouter

500 cm3 d'eau déminéralisée. Placer le récipient sous l'agitateur et le faire tourner

pendant au minimum 5 mn à 700 t/mn.page 137

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# La 2è prise de masse m2 sert à déterminer la teneur en eau de chacune des prises

d'essai.

# La 3è prise est conservée dans un récipient hermétique pour renouveler l'essai sii nécessaire.

4. MODE OPÉRATOIRE

La prise d'essai étant imbibée:

* Mettre l'agitation à 400 t/mn pendant toute la durée de l'essai.

* A l'aide du dispositif de dosage, introduire dans la suspension 5 à 10 cm3 de solution de bleu.

* Au bout de 1 min., prélever à l'aide de la baguette une goutte de suspension et la déposer sur le papier filtre.

* Le test est dit positif si, dans la zone humide, apparaît autour du dépôt central une auréole bleu claire. Il est dit négatif si l'auréole est incolore.

* Injecter successivement des doses de 5 à 10 cm3 jusqu'à ce que le test devienne positif.

* A partir de ce moment, effectuer des tests toutes les minutes sans ajout de solution.

* Si l'auréole disparaît avant la 5è min., procéder à de nouvelles injections de 2 à 5 cm3, chaque addition étant suivie d'essais effectués de minute en minute

* L'essai est terminé lorsque le test reste positif pendant 5 min. Noter le volume total V de solution nécessaire pour atteindre l'adsorption totale.

5. CALCULS ET EXPRESSION DES RÉSULTATS

Les grandeurs mesurées au cours de l'essai sont :m1 : Masse humide de l'échantillon constituant la première prise d'essai ( en

grammes )m2 : Masse humide de l'échantillon servant au calcul de la teneur en eau ( en

grammes )m3 : Masse sèche de l'échantillon m2 ( en grammes )

V : Volume de la solution de bleu de méthylène utilisé ( en centimètres cubes ) La valeur au bleu du matériau testé est:

VBS = B/m0 * C * 100

avec B = masse de bleu introduite = V * 0,01C = Proportion de la fraction 0/5 mmm0 = masse sèche de la prise d'essai = m1 / (1+w)

w = teneur en eau de l'échantillon = ( m2 - m3 ) / m3

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NORME A CONSULTER

NF P 94-068 : Sols : reconnaissance et essais - Détermination de la valeur de bleu de méthylène d'un sol par l'essai à la tache

ESSAI PROCTOR

1. BUT DE L'ESSAI

Il s'agit de déterminer la teneur en eau optimale conduisant à une force portante maximale pour un sol donné, selon des conditions de compactage précises.

On compacte des échantillons de sol dans un moule normalisé, en adoptant diverses valeurs de teneur en eau.

Pour chaque essai, déterminer la masse volumique apparente correspondante.

Porter les résultats sur un graphique et tracer une courbe passant au mieux par les points trouvés.

L'abscisse du maximum de cette courbe représente la teneur en eau optimale wopt, et son ordonnée la masse volumique apparente sèche optimum opt

2. MATERIEL UTILISE

2.1. MOULE

C'est un tube métallique cylindrique, ouvrable en deux demi-coquilles que l'on peut fixer sur une base, et muni d'une hausse.

Il existe 2 moules : * le moule PROCTOR, utilisable pour les sols fins* le moule C.B.R., utilisé le plus souvent.

Moule D (mm) H (mm)

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PROCTOR 101,6 116,5

C.B.R. 152 152,5 dont disque d'espacement, épaisseur 36 mm soit hauteur utile = 116,5 mm

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2.2. DAME

2 dames sont utilisées en fonction de l'intensité de compactage désiré :

* la dame P.N. pour l'essai PROCTOR NORMAL

* la dame P.M. pour l'essai PROCTOR MODIFIE

Type (mm) Masse (g) Hauteur de chute (mm)

P.N. 50 2490 305

P.M. 50 4535 457

3. PREPARATION DE L'ECHANTILLON

3.1. QUANTITE A PRELEVER

Elle dépend du moule utilisé.

La courbe étant définie par au moins 5 à 6 points, il faudra prélever un minimum de:

* pour le moule PROCTOR : 15 kg de sol

* pour le moule C.B.R. : 33 kg de sol

Le matériaux doit être soigneusement prélevé, et amené à une teneur en eau inférieure à wopt.

En principe, le premier essai doit se faire à une teneur d'environ 4%.

L'échantillon est ensuite fractionné en 6 parts, chaque part étant malaxée de manière à obtenir des échantillons parfaitement homogènes.

3.2. CHOIX DU MOULE

Il dépend de la grosseur des plus gros grains du sol, c'est à dire D.

# Si D £ 5 mm (et seulement dans ce cas), moule PROCTOR mais moule C.B.R. conseillé.

# Si 5 < D £ 20 mm, utiliser le moule C.B.R. Conserver le sol intact, avec tous ses constituants.

# Si D > 20 mm, tamiser à 20 mm et peser le refus

* Si refus £ 30 %, effectuer l'essai dans le moule C.B.R. sans le refus ( échantillon écrêté à 20 mm) et appliquer une correction sur les valeurs trouvées,

* Si refus > 30 %, l'essai PROCTOR ne peut être fait.

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4. CONDITIONS DE COMPACTAGE

L'énergie de compactage dépend de la dame et du moule utilisés.

On fait varier le nombre de couches de remplissage, et le nombre de coups de dame par couches:

* Essai PROCTOR NORMAL : remplissage en 3 couches.* Essai PROCTOR MODIFIE : remplissage en 5 couches.

Pour que toute la surface soit uniformément touchée, on compactera ainsi:

* Moule PROCTOR : 3 cycles de 8 coups répartis, plus un dernier coup au centre, soit 25 coups par couche.* Moule C.B.R. : 8 cycles de 7 coups répartis, six approximativement tangents à la périphérie et le 7è au centre, soit 56 coups par couche.

Les quantités approximatives de matériaux à introduire par couche sont les suivantes:

Moule Essai P.N.( 3 couches )

Essai P.M.( 5 couches )

PROCTOR 650 g 400 g

C.B.R. 1700 g 1050 g

5. MODE OPERATOIRE

# Assembler le moule sur son embase. Ajouter le disque d'espacement pour le moule C.B.R..

# Peser moule + embase à 5 g prés ( P1 ). Adapter la hausse.

# Introduire la 1ère couche et effectuer le compactage. Scarifier la surface supérieure afin d'assurer la liaison avec les couches suivantes.

# Procéder de même pour les couches suivantes.

# Après compactage de la dernière couche, enlever la hausse. Le sol compacté doit dépasser le bord supérieur du moule de 1 cm environ.

# Araser soigneusement. Nettoyer le moule et peser l'ensemble ( P2 )

# Démouler le sol et prélever 2 prises en haut et en bas de l'échantillon. Déterminer leurs teneurs en eau et faire la moyenne ( w1 ).

# Calculer sa masse volumique apparente sèche :

Msèche P2- P1 1

d1 = ------------------ = ------------- * ------------------

vol. moule 1 + w1 vol. moule

# Reporter un premier point dont les coordonnées sont w1 et d1 sur la courbe.page 142

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# Pour avoir un deuxième point, augmenter la teneur en eau de 2 %, et recommencer les mêmes opérations.

# Après avoir reporté un nombre de points significatifs, tracer le courbe et en déduire wopt et dopt

6. NOMBRE D'ESSAIS A EXECUTER

La masse volumique sèche maximale est atteinte lorsque la variation de la masse de sol humide est nettement inférieure à la quantité d'eau ajoutée.

Il faut donc effectuer au moins deux essais après avoir déterminé cette valeur.

7. PRESENTATION ET EXPLOITATION DES RESULTATS

Présenter les résultats et les calculs sur une feuille selon le modèle donné.

Tracer la courbe obtenue à l'aide des valeurs et déterminer wopt et dopt.

En pratique, il faut mettre en oeuvre la totalité des remblais à une teneur en eau égale à wopt et.compacter jusqu'à ce que la masse volumique apparente soit dopt. Pour cela, contrôler fréquemment le teneur en eau w des remblais qui arrivent sur chantier.

NORME A CONSULTER

NF P 94-093 : Sols : reconnaissance et essais - Détermination des références de compactage d’un matériau - Essai Proctor normal - Essai Proctor modifié

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ESSAIS C .B.R.

1. DÉFINITIONS

Les essais C.B.R. permettent, selon le processus utilisé, la détermination :

* de l'Indice CBR après immersion ( I. CBR immersion )

* de l'Indice CBR immédiat ( I. CBR immédiat )

* de l'Indice Portant Immédiat ( IPI )

d'un sol ou d'un matériau utilisé dans la construction des ouvrages en terre ou des assises de chaussées.

La méthode CBR donne une évaluation de la portance, c'est-à-dire de l'aptitude des matériaux à supporter les charges

L'indice recherché est un nombre sans dimension exprimant le rapport entre les pressions produisant un enfoncement donné dans le matériau étudié d'une part et dans le matériau type d'autre part.

2. APPAREILLAGE

2.1. Matériel de confection des éprouvettes

Il comprend :* le moule CBR, les dames et le matériel de compactage Proctor normal et modifié avec l'ensemble des accessoires ( rehausse, disque d'espacement, règle à araser,...),

* le matériel d'usage courant : balance, bacs, étuve ou plaque chauffante,...

2.2. Matériel de poinçonnement

Il comprend :

* une presse de compression de 50 kN minimum et de 60 mm de course,

* cette presse doit être équipée :

# d'un poinçon cylindrique en acier de 19,35 cm2 de section et de 20 cm de longueur,

# d'un dispositif permettant la manoeuvre de la partie mobile de la presse à la vitesse de 1,27 mm/min.

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# d'un dispositif dynamométrique permettant de mesurer les efforts de poinçonnement.

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3. EXÉCUTION DE L'ESSAI

3.1. Confection des éprouvettes

# On choisit les différents ensembles de conditions d'état du sol : masse volumique sèche, teneur en eau, état de saturation pour lesquels on veut réaliser l'essai.

# Préparer 5,5 kg de matériau lorsqu'on recherche l'I.CBR immédiat ou l'IPI, et 7 kg pour l'I.CBR immersion.

# Cette quantité de matériau est introduite dans le moule CBR et compactée selon les conditions de l'essai Proctor.

# Le moule est ensuite retourné et la plaque de base est mise sur l'autre face. Le disque d'espacement est extrait.

3.2. Exécution du poinçonnement

3.2.1. Détermination de l'IPI :

# Placer l'ensemble sur la presse, en position centrée par rapport au piston.

# Procéder au poinçonnement de la manière suivante :

· Approcher la face supérieure de l'éprouvette vers le piston jusqu'à ce qu'il vienne affleurer le matériau.

· Régler la mise à zéro du dispositif dynamométrique et celle du comparateur mesurant l'enfoncement du poinçon.

· Exécuter le poinçonnement en maintenant une vitesse de pénétration à 1,27 mm/min.

· Noter les efforts de poinçonnement correspondant aux enfoncements de 1,25 - 2 - 2,5 - 5 - 7,5 et 10 mm et arrêter le poinçonnement à cette valeur.

· L'éprouvette est alors démoulée, pesée et introduite dans l'étuve réglée à 105 °C pour déterminer sa teneur en eau.

3.2.2. Détermination de l'I. CBR immédiat :

# Placer l'ensemble sur la presse, interposer dans le volume libéré par le disque d'espacement deux surcharges de 2,3 kg, la surcharge en une pièce placée sur l'échantillon et celle en deux pièces au-dessus.

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# Exécuter le poinçonnement comme indiqué précédemment.

page 147_________________________________________________________________________


3.2.3. Détermination de l'I.CBR immersion :

# Placer un papier - filtre à la surface puis disposer au - dessus le disque de gonflement et les surcharges comme indiqué précédemment.

# Fixer le trépied support de comparateur sur le bord supérieur du moule et positionner le comparateur au centre du trépied.

# Placer l'ensemble dans le bac d'immersion de telle sorte que l'eau recouvre de 1 à 2 cm l'éprouvette. Effectuer la mise à zéro du comparateur.

# Après 4 jours d'immersion, mesurer la hauteur de gonflement Dh indiquée par le

comparateur. Laisser égoutter quelques minutes et déposer le trépied, le comparateur, les surcharges et le disque de gonflement.

# Placer l'ensemble sur la presse, replacer les surcharges comme précédemment et procéder au poinçonnement.

4. CALCULS ET RÉSULTATS

* Reporter sur un graphe effort - déformation les valeurs de poinçonnement mesurées pour les enfoncements prévus.

* Si la courbe présente une concavité vers le haut au démarrage, il y a lieu de corriger l'origine de l'échelle des enfoncements.

* Calculer les valeurs suivantes :

Effort de pénétration à 2,5 mm d'enfoncement ( en kN ) --------------------------------------------------------------------- * 100

13,35

Effort de pénétration à 5 mm d'enfoncement ( en kN ) ------------------------------------------------------------------- * 100

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20

* L'indice recherché est par convention la plus grande de ces deux valeurs.

* L'indice recherché étant déterminé, préciser sur la feuille d'essai :

· le type d'indice trouvé

· la masse volumique sèche de l'éprouvette exprimée en valeur absolue et en pourcentage de la densité sèche maximum Proctor du sol

· la teneur en eau de confection de l'éprouvette exprimée en valeur absolue et en pourcentage de la teneur en eau optimum Proctor du sol

· dans le cas de l'I.CBR immersion, calculer le gonflement linéaire relatif G :

Dh

G = ------ * 100

H

Dh : gonflement mesuré

H : hauteur initiale de l'éprouvette, soit 127 mm

· préciser la teneur en eau après immersion de l'éprouvette.

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NORME A CONSULTER

NF P 94-078 : Sols : reconnaissance et essais - Indice CBR après immersion - Indice cbr immédiat - Indice portant immédiat.

COEFF IC IENT DE FRAGMENTABIL ITE DES MATERIAUX ROCHEUX

1. DÉFINITION

Le coefficient de fragmentabilité constitue un des paramètres représentatifs du comportement de certains matériaux rocheux se traduisant par une évolution continue de leur granularité depuis leur extraction jusqu’au terme de leur mise en oeuvre et qui se poursuit encore durant la vie des ouvrages.

Le coefficient de fragmentabilité est un des paramètres d’identification retenu pour la classification des matériaux utilisables dans la construction des remblais et des couches de forme d’infrastructures routières.

2. PRINCIPE DE L’ESSAI

L’essai consiste à déterminer la réduction du D10 d’un échantillon de granularité d/D donnée soumis à un pilonnage conventionnel.

Cette réduction s’exprime par le rapport :

D10 du matériau avant pilonnageFR = ------------------------------------------------------

D10 du matériau après pilonnageD10 : Dimension des grains en-dessous de laquelle se situe

10% de la masse d’un matériau granulaire ( en millimètres ).

Ce rapport est précisément le coefficient de fragmentabilité du matériau.

3. APPAREILLAGE ET MATÉRIEL D’ESSAI

On utilise le matériel spécifique à l’essai PROCTOR, à savoir le moule CBR et la dame Proctor Normal, ainsi qu’une colonne de tamis de mailles : 1, 2, 5, 10, 16, 20, 40, 50, (ou 63) et 80 mm et une balance de portée supérieure à 3 kg.

4. PRÉPARATION DES ECHANTILLONS

# Prélever un échantillon représentatif de la nature et de l’état hydrique du matériau rocheux considéré par prélèvement. Préparer la fraction d/D qui sera soumise à l’essai.

# Cette fraction est obtenue en fragmentant, si nécessaire, l’échantillon à l’aide d’un marteau, puis en procédant à son tamisage au travers des tamis suivants:

* 10 et 20 mm pour les matériaux issus des roches argileuses du type marnes, argilites, pelites...

* 40 et 80 mm pour les matériaux issus de roches argileuses du type schistes sédimentaires et des roches magmatiques et métamorphiques altérées.

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# Les refus aux tamis de 20 et 80 mm peuvent être réintégrés dans la prise d’essai après fragmentation au marteau et repassage aux travers des tamis respectifs 10/20 mm ou 40/80 mm

# La prise d’essai doit être de 2 kg ( à un élément près ). Elle doit être conservée à l’abri de l’évaporation si l’essai de fragmentabilité n’est pas exécuté immédiatement après la préparation de la fraction d/D.

5. EXÉCUTION DE L’ESSAI

# Pour tracer la courbe initiale avec 3 points, tamiser la fraction 10/20 mm préalablement préparée au travers du tamis de 16 mm, ( ou la fraction 40/80 mm au travers du tamis de 50 ou 63 mm ) puis peser et noter les refus à ces tamis.

# Reconstituer er réhomogénéiser la fraction d/D après ce tamisage et l’introduire dans le moule CBR. Les éléments sont arrangés manuellement . La surface supérieure doit être aussi régulière que possible.

# L’ensemble moule et prise d’essai est placé sur la machine Proctor, et on applique à la surface de l’échantillon 100 coups de dame Proctor Normal distribués régulièrement.

# Après pilonnage, procéder au démoulage et à la désagrégation manuelle des éléments éventuellement agglutinés, puis tamiser l’échantillon au travers des tamis suivants:

* 1, 2, 5 et 10 mm lorsque la fraction soumise à l’essai est une fraction 10/20 mm* 5, 10, 20 et 40 mm lorsque la fraction soumise à l’essai est une fraction 40/80 mm

# Procéder à la pesée des refus sur chacun des tamis.

6. CALCULS ET EXPRESSION DES RÉSULTATS

# A partir des résultats des pesées des refus aux différents tamis définis précédemment, établir les courbes granulométriques de la fraction soumise à l’essai respectivement avant et après pilonnage.

# Déterminer, sur ces courbes, les valeurs respectives du D10 du matériau avant et après pilonnage.

# Calculer le coefficient de fragmentabilité FR selon l’expression:

D10 avant pilonnageFR = ------------------------------- D10 après pilonnage



NORME A CONSULTER

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NF P 94-066 : Sols : reconnaissance et essais - Coefficient de fragmentabilité des matériaux rocheux

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MASSE VOLUMIQUE APPARENTE D'UN SOL EN PLACE

1. DÉFINITION

Il s'agit de déterminer la masse volumique apparente d'un sol en place : avant foisonnement ou après tassement selon les cas.

2. MATÉRIEL UTILISE : LE DENSITOMETRE A MEMBRANE

C'est un cylindre dans lequel coulisse un piston.

A sa base on adapte une membrane en caoutchouc ( donc dilatable ). Le piston est actionné par un tube qui le traverse, et qui est terminé par un bouchon purgeur et une poignée.

Une graduation à vernier permet de mesurer avec précision le déplacement du piston.

Dimensions usuelles :

* Surface de la section: 100 cm2,

* Vernier au 1/10 de millimètre,

* Précision de 1 cm3,

* Si la longueur est de 30 cm, on peut donc mesurer des volumes de 3 dm3.

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3. DÉROULEMENT DE L'ESSAI

3.1. Préparation de l'appareil :

# Mettre la membrane en place: attention, elle est fragile!# Poser l'appareil sur la plaque de transport et le remplir d'eau,

# Eliminer les bulles d'air par le bouchon purgeur.

3.2. Préparation du terrain et mise en place du densitomètre :

# Il est nécessaire de dresser le sol à l'emplacement où on désire mesurer la masse volumique. Ne pas laisser de cailloux ou autres éléments susceptibles de percer la membrane.

# Fixer solidement la plaque de référence du densitomètre sur le sol à l'aide de chevillettes ou autres accessoires,

# Enlever l'appareil afin d'ôter la plaque de protection de la membrane.

3.3. Réalisation de l'essai :

# Remettre l'appareil en place et appuyer sur la poignée: la membrane vient au contact de la surface du sol,

# Dés que la résistance est nette, non élastique si les bulles d'air ont bien été éliminées, lire au vernier le volume de référence V1,

# Oter l'appareil et creuser un trou dans le sol à travers l'orifice de la plaque,

# Recueillir avec le plus grand soin la totalité des éléments ainsi extraits et les peser dans l'état où ils se trouvent, c'est - à - dire humides: soit Mh,

# Replacer l'appareil sur la plaque de référence et appuyer sur la poignée: la membrane vient remplir exactement la cavité : lire au vernier le volume V2,

3.4. Calculs et résultats :

# Déterminer par séchage sur plaque chauffante, à l'étuve ou au four, la teneur en eau w du sol extrait,

# Calculer le volume de la cavité : V = V2 - V1,

La masse volumique apparente humide est :

Mh

gh = ---------- V

La masse volumique apparente sèche est :

ghgd = ----------

1 + w

NORME A CONSULTER

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NF X 31-502 : Qualité des sols : Mesure de la masse volumique apparente - Densitomètre à membrane.

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ANALYSE MECANIQUE DES SOLS

1. NOTIONS ELEMENTAIRES DE MECANIQUE DES SOLS

Les sols saturés sont constitués de deux phases: * l'eau* les particules solides

Chacune de ses deux phases est incompressible sous les contraintes auxquelles peuvent être soumis les sols.

Le comportement mécanique des sols est donc lié aux possibilités de déplacement des constituants entre eux :

* circulation de l'eau entre les grains : * perméabilité* déplacement des grains entre eux : * tassement, rupture.

1.1. La perméabilité :

Elle caractérise la possibilité pour l'eau de circuler rapidement dans le sol. Elle dépend de la dimension des espaces entre les grains : Plus le sol contient d'éléments fins, plus l'écoulement est difficile et la perméabilité est alors faible.

1.2. La compressibilité :

Elle caractérise la possibilité pour un sol de réduire le volume de son squelette solide. Ceci n'est possible que par réduction de l'espace interstitiel entre les grains, et donc évacuation de l'eau qui s'y trouvait.

Deux aspects sont à distinguer :

* l'intensité du tassement possible, dépendant essentiellement de la compacité initiale du sol.

* la vitesse à laquelle le tassement va se dérouler, vitesse liée essentiellement à la perméabilité du sol.

1.3. La résistance :

Elle caractérise l'aptitude du sol à supporter des charges sans se déformer de manière importante.

La rupture d'un sol se produit par dislocation du squelette et non des grains eux-mêmes. Deux phénomènes s'opposent aux déplacements des grains :

* les actions de contact entre les grains ( frottement ) qui sont fonction des charges appliquées.

* l'adhérence des grains entre eux ( cohésion ) qui est due aux liaisons chimiques crées par l'eau. Ce phénomène ne devient sensible que pour des sols contenant une proportion importante due aux liaisons chimiques crées par l'eau. Ce phénomène ne devient sensible que pour des sols contenant une proportion importante d'éléments fins.

On définit donc la résistance d'un sol par sa cohésion C et son angle de frottement j qui sont ses caractéristiques intrinsèques.

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2. CONSOLIDATION : DRAINAGE ET RÉSISTANCE DES SOLS

La mise en charge d'un sol saturé provoque immédiatement la mise en pression de l'eau interstitielle. Cette pression interstitielle ( U ) décroît au fur et à mesure de l'écoulement de l'eau. Il se produit un transfert de la charge initialement reprise par l'eau ( pression U ) vers la partie solide ( contrainte effective s' ) Ce phénomène peut être illustré par le mécanisme ci-dessous :

REMARQUES :

La pression interstitielle revient à son niveau d'origine qui dépend de la profondeur sous la nappe phréatique.

Selon la perméabilité du sol, cette consolidation est plus ou moins longue.

Si on procède au chargement et à l'essai d'un sol sans laisser le temps nécessaire à la consolidation, et sans permettre à l'eau de circuler pendant l'essai ( essai non consolidé - non drainé : essai UU ), la charge étant reprise par l'eau interstitielle, on ne mobilisera pratiquement aucun frottement et seule apparaîtra la cohésion à court terme. ( Cu ).

Si on procède à un pré chargement suffisamment long ( consolidation ), mais sana laisser à l'eau la possibilité de circuler pendant l'essai ( non drainé : essai CU), les surpressions de l'eau interstitielle pendant la déformation du sol affaiblira le frottement ( jcu ) et modifiera la cohésion ( Ccu ).

Si on procède sur un échantillon consolidé à un essai suffisamment lent pour laisser les surpressions se dissiper ( essai CD ), on obtient alors le maximum de frottement ( j ) et la cohésion à long terme ( C ). Ces valeurs sont les valeurs intrinsèques du sol.

Pour les sols grenus, le drainage et la consolidation sont quasiment impossibles.

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ESSAI DE C ISAILLEMENT A LA BOITE

1. BUT DE L'ESSAI

Il s'agit de déterminer les caractéristiques mécaniques d'un sol en procédant au cisaillement rectiligne d'un échantillon sous charge constante.

L'essai de cisaillement permet de tracer la courbe intrinsèque du sol étudié, et de déterminer son angle de frottement interne j et sa cohésion C.

Ces valeurs servent entre autre à déterminer la contrainte admissible par le sol dans le cas de fondations superficielles et la poussée du sol sur un mur de soutènement.

2. PRINCIPE DE L'ESSAI

L'échantillon de sol à étudier est placé entre deux demi-boites qui peuvent se déplacer horizontalement l'une par rapport à l'autre.

Un piston permet d'exercer sur le sol une contrainte normale s déterminée.

La demi-boite inférieure est entraînée horizontalement à vitesse constante. La force totale de cisaillement F est mesurée à l'aide d'un anneau dynamométrique fixé à la demi-boite supérieure.

Un comparateur mesure la déformation verticale de l'échantillon.

L'échantillon subit donc un cisaillement direct et rectiligne suivant un plan imposé sur lequel on exerce une contrainte normale déterminée.

3. EXÉCUTION DE L'ESSAI

3.1. Saturation et consolidation de l'éprouvette :

3.1.1. Sol pulvérulent - sable et gravier

L'essai s'effectue sur le sable sec ou saturé. Dans ce cas là, réaliser des essais drainés (CD).

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Anneau dynamométrique

Comparateur

TT

Sol

s s

Avant l’essai

Après l’essai

Schéma de la boite de cisaillement

3.1.2. Sol cohérent - limon et argile

# Saturation - consolidation : l'échantillon étant mis en place dans la boite de cisaillement, procéder à sa saturation sous la pression de consolidation choisie.

Pour cela, placer la boite sur le bâti, les deux demi-boites étant maintenues fixes l'une par rapport à l'autre à l'aide des goupilles.

Mettre les poids nécessaires pour obtenir la pression de consolidation désirée.

Mettre de l'eau dans la boite, placer la touche du comparateur sur le piston et noter le tassement produit pendant le temps de consolidation.

# Pression de remise en état pour essai non consolidé et non drainé ( UU ) :Dans le but de remettre l'échantillon de sol dans un état de contraintes voisin de celui dans lequel il était en place, appliquer la même contrainte effective que celle que supportait l'échantillon en place.

# Pression de consolidation à appliquer :Pour un essai consolidé drainé ou non drainé ( CD ou CU ), consolider 4 échantillons du sol à étudier sous 4 pressions différentes (en général de l'ordre de 50 - 100 - 200 - 300 kPa)

# Temps de consolidation :Il faut laisser l'éprouvette sous la charge pendant 24 heures, afin que la pression interstitielle se soit dissipée.

Une fois déchargée, l'échantillon doit être immédiatement soumis au cisaillement.

4. DÉROULEMENT DE L'ESSAI

4.1. Mise en place de l'échantillon dans la boite : Les deux demi-boites étant verrouillées, on place successivement :

* le fond de boite,* une pierre poreuse,* une plaque striée, les stries étant perpendiculaires au sens de cisaillement.(les plaques perforées permettent les essais drainés, les plaques pleines sont utilisées pour les essais non drainés )* l'échantillon de sol,* une plaque striée identique à la première,* une pierre poreuse,* le piston.

4.2. Mise en place de la boite sur la machine : # Placer l'étrier de charge sur le piston de la boite,

# Placer le comparateur vertical et le mettre à zéro,

# Monter l'anneau dynamométrique sur la machine, le relier à la boite et compenser les jeux en mettant l'anneau légèrement en traction et en ramenant lentement le comparateur de l'anneau au zéro,

# Appliquer sur l'éprouvette la charge désirée, en principe :

* Pour un sol pulvérulent : 100 - 200 - 300 kPa.* Pour un sol cohérent :

- essai non consolidé, non drainé : 50 - 100 - 200 - 300 kPa- essai consolidé, drainé ou non : appliquer les mêmes pressions que pour la consolidation de l'éprouvette.

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# Désolidariser les deux demi-boites en enlevant les goupilles,

# Mettre en route à la vitesse désirée.

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4.3. Vitesse d'essai :

# Sols pulvérulents : 1,5 mm / min

# Sols cohérents :- essais non drainés, consolidés ou non ( UU ou CU ): 1,5 mm / min- essai drainé ( CD ) : vitesse la plus lente

4.4. Lectures :

# Lire, à intervalles réguliers ( toutes les 15 secondes ) les indications du comparateur de l'anneau, éventuellement du comparateur de déplacement horizontal et du comparateur vertical.

# Arrêter l'essai lorsque la contrainte de cisaillement est devenue constante ou lorsqu'on a une déformation horizontale de 10 % environ.

4.5. Fin de l'essai :

# Enlever les poids du plateau de charge,# Débloquer l'anneau dynamométrique,# Enlever la boite du chariot et sortir l'éprouvette de la boite,# Mesurer le poids spécifique final,# Déterminer la teneur en eau de l'échantillon,# Nettoyer soigneusement les pierres poreuses et la boite.

5. CALCULS ET RÉSULTATS

5.1. Effort de cisaillement :

Convertir, si nécessaire, les lectures de l'anneau en kN

5.2. Détermination de la surface cisaillée :

Pendant l'essai, la surface cisaillée diminue proportionnellement au déplacement des demi-boites. La section corrigée A' de l'éprouvette à l'instant t est :

A' = l ( l - Dl )

avec l : longueur de l'éprouvette ( 6 cm )

Dl = V . t

avec V : Vitesse de cisaillement

5.3. Contrainte de cisaillement :

Ft = ---- A'

On trace ensuite, pour chaque essai, les courbes de contraintes en fonction des déplacements et on détermine la valeur de la contrainte de cisaillement maximale.

Reporter ensuite chaque point sur un graphique ayant pour abscisse la contrainte normale s et pour ordonnée la contrainte de cisaillement t . Tracer la courbe intrinsèque du sol étudié.

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5.4. Courbes intrinsèques :

5.4.1. Cas d'un sol pulvérulent :

0

Les points relatifs à chaque pression normale sont alignés et la droite qui les joint passe par l'origine. 3 points suffisent en principe avec une approximation convenable.

5.4.2. Cas des sols cohérents :

0

Essai non consolidé - non drainé

La courbe intrinsèque obtenue est une droite parallèle à l'axe des contraintes normales. Elle est caractérisée par son ordonnée à l'origine Cu.

0

Essai consolidé non drainé

La courbe intrinsèque est approximativement une droite inclinée sur l'axe des contraintes normales. On la caractérise par son ordonnée à l'origine Ccu et

par son angle avec l'axe des abscisses jcu

0

Essai consolidé drainé

On obtient également approximativement une droite inclinée sur l'axe des contraintes normales. Elle fournit la cohésion effective C' et l'angle de frottement effectif j'.

NORME A CONSULTER

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t

t

t

t

s

s

s

s

jc

j'

Ccu

C’

Cu

NF P 94-071-1 : Sols : reconnaissance et essais - Essai de cisaillement rectiligne à la boite - Cisaillement direct.

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