Identification des sols

L’analyse granulométrique a pour but de déterminer les proportions pondérales des grains de différentestailles dans le sol. Elle s’effectue par tamisage (tamis à maille carrée) pour les grains de diamètre supérieur à 80m et par sédimentométrie pour les grains plus fins. L’essai consiste à laisser une suspension de sol se déposer au fond d’une éprouvette pleine d’eau. Plus les grains sont fins, plus la vitesse de décantation est lente conformément à la loi de Navier Stokes sur la vitesse deb chute de billes sphériques dans l’eau. La mesure de la densité de suspension à des intervalles de temps variables permet de calculer la proportion des grains de chaque diamètre.

Un mode de représentation commode des résultats de l’analyse granulométrique est la COURBEGRANULOMETRIQUE. Elle représente pour chaque dimension de particule, le poids (ou masse) des particules de cette taille ou de tailles inférieures. Ce poids est exprimé en pourcentage par rapport au poids total de la matière sèche de l’échantillon étudié. Cette courbe est tracée en coordonnées semi-logarithmique.

Identification des sols Classes granulaires et analyse granulométrique et sedimentométrique

Lôindice de plasticit® mesure lô®tendue du domaine de plasticit® du sol. Il sôexprime donc par la relation : 0 = ω − ω� � �

Université Djillalai Liabès

Faculté de Technologie

Département LMD-ST

2ème Licence GC et TP Mécanique des sols

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2.2 - GRANULOMÉTRIE

La courbe granulométrique représente le pourcentage en poids des grains de dimension inférieure à D en fonction de la dimension D d'un grain. On l'obtient par tamisage pour les grains de dimension supérieure à 80 µm et par densimétrie pour les grains de dimension inférieure à 80 µm. En densimétrie, D est le diamètre d'une sphère de même poids que le grain. En

tamisage c'est la maille du tamis.Soit Dx la dimension de grain correspondant à x % en poids de tamisat (ce

qui passe au travers du tamis). On appelle coefficient d'uniformité (ou de HAZEN) le rapport D60 /D10.Un sol tel que D60 /D10 < 3 est dit à granulométrie uniforme ; un sol tel que D60 /D10 > 3 est dit à granulométrie étalée.Par exemple, sur la courbe de la figure 2 ci-après : D60 = 0,5 mm et D10 = 4 µm. D’où D60 /D10 = 125.

0,2µ 0,01 0,1 0,2 1 2 5 10 50 100 200mm

100%

50%

0%

Argile Silt Sable Graviers Cailloux

200,021µ 2µ

Figure 2 - courbe granulométrique

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Exercice N°3

L’analyse granulométrique par tamisage à sec d’un échantillon de sol sableux a donné des résultats

suivants :

Tamis (mm) 5 3.15 2 1.6 0.8 0.4 0.2 0.1

Refus (N) 0 0.16 0.26 0.1 1.48 5.96 3.66 1.2

On demande de tracer la courbe granulométrique, de déterminer le coefficient d'uniformité ainsi que la nature de la granulométrie sachant que le poids total de l’échantillon est de 13.28 N.

Identification des sols

Les limites d’ATTERBERG sont déterminées uniquement pour les éléments fins d’un sol (fraction passantau tamis de 0,4 mm), car se sont les seuls éléments sur lesquels l’eau agit en modifiant la consistance du sol. L’essai consiste donc à faire varier la teneur en eau de cette fraction de sol et en observer sa consistance.

Limites d’Atterberg

Selon la teneur en eau, le sol se comportera comme un solide, un matériau plastique (capable de se déformer beaucoup sans casser) ou un liquide. On détermine plus particulièrement les valeurs suivantes :

� La limite de plasticité ( �ω )

� la limite de liquidité ( �ω )

La limite de plasticité(ω ) est définie comme la teneur en eau d’un sol qui a perdu sa plasticité et se�

fissure en se déformant lorsqu’il est soumis à de faibles charges. Cette limite sépare l’état plastique de l’état semi-solide. En générale elle ne dépasse pas 40%.

La limite de liquidité ( �ω ) est la teneur en eau qui sépare l’état liquide de l‘état plastique.

Ces limites sont désignées sous le nom de limites d’ATTERBERG. Il existe en fait 5 limites d’ATTERBERG. Les deux ici mentionnées sont les principales et les trois autres, quoique intéressantes, sont peu utilisées.

La connaissance de ces limites est importante pour l’exécution de travaux de terrassements (fouille, tranchéee, …). En particulier, si le matériau doit être utilisé après remaniement (remblais, barrage en terre, …), leur détermination revêt une importance considérable.

2.3.2. Indices de plasticité et de Consistance

l’indice de plasticité Ip : C’est la différence entre la limite de liquidité et la limite de plasticité. L’indice de plasticité mesure l’étendue du domaine de plasticité du sol. Il s’exprime donc par la relation :

0 = ω − ω� � �

L’indice de plasticité caractérise la largeur de la zone où le sol étudié a un comportement plastique.

Indice de plasticité �0Etat- du sol

0 - 5 Non plastique

5 - 15 Peu plastique

15 – 40 Plastique

> 40 Très plastique

������2���&����11�9���/�.0�����(��4���/���(20�1.��1��.0��(�0�����������1/���/�� +

Un sol, dont l’indice IP est grand, est très sensible aux conditions atmosphériques, car plus IP est grand plus le gonflement par humidification de la terre et son retrait par dessiccation seront importants.

IP précise donc aussi les risques de déformation du matériaux.

Indice de consistance Ic La comparaison de la teneur en eau naturelle ω d’un sol et des limites D’ATTERBERG permet de se faire une idée de l’état d’une argile qu’on peut caractérisé par son indice de consistance : ��

��

ω� −ω = �

ω −ω� �

0

0ω −ω= �

��

Indice de consistance "0Etat- du sol

> �"0Solide

� < < �"0Plastique

< �"0Liquide

Tableau 2.7 : Etat du sol en fonction de l’indice de consistance

L’indice de consistance croît en même temps que la consistance du sol. A partir de 1, le sol peut être éventuellement réutilisé en remblai (on peut travailler).

2.6 - CLASSIFICATIONS DES SOLSNous présentons ci-après trois types de classifications très couramment utilisées :- l'abaque triangulaire de Taylor, qui utilise seulement la granulométrie, et

qui permet de baptiser un sol (argile, limon, sable, limon argilo-sableux...) (voir figure 4) ;

- le diagramme de Casagrande qui concerne les seuls sols fins et qui fait intervenir les limites d'Atterberg (figure 5) ;

- la classification normalisée NFP 11.300 de septembre 1992 (tableau 1) qui remplace l'ancienne classification dite RTR (Recommandations pour les Terrassements Routiers) réalisée par le LCPC et le SETRA, très utilisée en géotechnique routière et qui donne des renseignements pratiques sur l'aptitude des sols à être utilisés en remblai. Les sols d’indice faible (par exemple A1) sont les plus sensibles à l’eau.

Exemple : le sol dont la courbe granulométrique a déjà été montrée en figure 2 possède 7% d’argile, 15% de silts, 57% de sable et 21% d’éléments plus grossiers. Ramenés aux éléments de dimension inférieure à 2 mm, les pourcentages deviennent 9% pour l’argile, 19% pour les silts et 72% pour les sables. Ce sol est donc un limon sableux au sens de la classification triangulaire de la figure 4. Si l'on dispose en outre de la valeur de son indice de plasticité (supposons IP = 20) ce sol est dans la catégorie A2 de la classification NFP 11.300. Remarquons que, son d35 étant proche de 0,08 mm, une faible variation de sa granulométrie pourrait le faire passer dans la catégorie B6.

Figure 4 - classification triangulaire des sols fins (contenant moins de 30% d'éléments de diamètre supérieur à 2 mm)

% silts (2 à 50 µ m)% argile(< 2 µ m)

% sable (> 50 µ m)

argile

silt

limonsilteux

limonargileux

limon arg-silteux

limonsableux

limonargilo-sableux

limon

argilesableuse

argilesilteuse

sablesabl e limoneux

10

20

30

50

60

70

80

90

100

100

90

80

70

60

50

40

20

10

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

30

40