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  • Institut dEnseignement de Promotion Sociale de la CommunautFranaise

    IEPSCF Namur Cadets Place de lEcole des Cadets, 6 5000 NAMUR

    Mcanique des sols

    Charg de cours : Pierre VASSART pierre.vassart @ iepscf-namur.be

    Anne scolaire 2017/2018

    1

    mailto:pierre.vassart@iepscf-namur.bemailto:pierre.vassart@iepscf-namur.bemailto:pierre.vassart@iepscf-namur.be

  • Pour viter ceci ...

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    MECANIQUE DESSOLS

  • Bibliographie

    Cours pratique de mcanique des solsJ. Costet et G. SangleratEdition Dunod

    Elments de mcanique des solsF. SchlosserPresses de l'cole nationale des Ponts et chausses

    Exercices de mcanique des solsF. SchlosserPresses de l'cole nationale des Ponts et chausses

    Sites consults

    Site CSTC

    Site INSA Toulouse (https://moodle.insa-toulouse.fr)

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  • CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DES SOLS

    CLASSIFICATION DES SOLS

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  • GENERALITES

    On dsigne par le vocable sol tous les matriaux existants la surface de l'corceterrestre.

    D'une manire gnrale, on peut les classer en 2 catgories : les roches, les sols.

    Les roches sont des matriaux compacts, durs et rsistants qui ne peuvent tre rduits enmorceaux qu' l'aide de trs gros efforts mcaniques. Les sols, au contraire, sont desmatriaux susceptibles d'tre soit spars en grains, soit dforms, la main ou par la miseen oeuvre d'une nergie mcanique relativement faible.

    Une distinction entre un sol et une roche peut encore tre faite en considrant qu'un solplong dans l'eau se dsintgre relativement vite alors qu'une roche reste intacte.

    Les sols sont en fait le rsultat d'une altration physico-chimique des roches qui se sonttransformes en une masse de petites particules. Ces particules peuvent rester en place etconstituer ce que l'on appelle le sol rsiduel ou tre transportes par l'eau et le vent.Les sols rsiduels ont dans une certaine mesure la stabilit des roches d'origine, alors que lessols transports sont meubles et souvent de faible portance ( l'exception des graviers quipeuvent supporter des surcharges trs importantes car ils n'ont subi qu'une transformationphysique et non chimique).

    Certains sols qu'on dit organiques peuvent contenir des dbris vgtaux ou animaux en plusou moins grande quantit. C'est notamment le cas de la tourbe qui est presque uniquementcompose de dbris vgtaux.

    5

  • DESCRIPTION ET MESURES DES PROPRIETES PHYSIQUES DES SOLS

    1. Composition d'un sol

    Un sol en place est constitu de grains solides baignant dans de l'eau, de l'air ou unensemble de ces deux lments.

    On peut encore considrer qu'un sol est constitu de grains, qu'entre ces grains, on ades vides qui peuvent tre remplis par de l'eau, de l'air ou les deux.

    C'est donc dans le cas le plus gnral un complexe de trois phases : solide, liquide etgaz.

    Notons encore que lorsque tous les vides sont remplis d'eau, le sol est dit satur, cequi est dans la pratique gnralement le cas dans nos rgions, pour la plupart des solsen place quelques mtres de profondeur.

    2. Paramtres de dfinition des sols

    Les paramtres de dfinition des sols sont :

    le poids volumique apparent h = poids d'une unit de volume du solconsidr avec tout ce qu'elle contient : les grains, l'eau et l'air ;

    le poids volumique sec d = poids des grains contenu dans l'unit devolume prleve ;

    le poids volumique de l'eau w=10 kN /m3 : indpendant de la nature de

    l'chantillon prlev ; le poids volumique de la matire constitutive des grains s que l'on

    dtermine l'aide d'un pycnomtre (V.P.L.) ; la porosit n = rapport du volume des vides au volume total occup par le

    sol ; l'indice des vides e = rapport du volume des vides au volume des grains

    solides; le degr de saturation S r = rapport du volume occup par l'eau au volume

    total des vides ; la teneur en eau w = rapport du poids de l'eau au poids de la matire sche.

    Voir page suivante.

    Les paramtres de dfinition des sols ont une grande importance. Ils dfinissent en effet l'tat du sol, c'est--dire l'tat de compressibilit (lche ou serr) dans lequel se trouve le squelette ainsi que les quantits d'eau et d'air que contient le sol.

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  • PARAMETRES DE DEFINITION DES SOLS

    Poids volumiques

    W s : poids de la phase solideW w : poids de l'eauW=W s+W w : poids total de l'chantillonV s : volume de la phase solideV w : volume de l'eauV a : volume de l'airV v=V w+V a : volume des videsV=V s+V v : volume total de l'chantillon

    h=WV

    : poids volumique apparent

    d=W sV

    : poids volumique sec

    w=10 kN /m3 : poids volumique de l'eau

    s=W sV s

    : poids volumique de la matire constituant les grains solides

    le poids volumique des grains solides (en dehors des particules organiques) varie dans des limites assez faibles : 26 kN /m3 s 28 kN /m

    3

    Porosit Indice des vides

    Porosit n :

    Indice des vides e :

    Relations entre e et n :

    7

    e=V vV s

    n=V vV

    e= n1n

    n= e1+e

  • Degr de saturation et teneur en eau

    Degr de saturation :

    si sol sec : V w=0 S r=0 si sol satur (tous les vides remplis d'eau) : V w=V v S r=1

    Teneur en eau :

    Relations entre S r et w :

    Mesures en laboratoire

    Les paramtres de dfinition des sols se dterminent l'aide de mesures en laboratoireeffectues sur des chantillons de sol non remanis, de l'ordre de 30 50 g pour les limonsou argiles, 1 3 kg pour les graviers et sables.

    On procdera comme suit : on pse l'chantillon ( W) ; on mesure son volume ( V) ; on le passe ensuite l'tuve (ce qui revient le scher) jusqu' ce que le poids reste

    constant ( Ws).

    Si le poids volumique s des grains solides est connu (dtermination l'aide dupycnomtre), on peut dterminer l'ensemble des paramtres de dfinition.

    Pycnomtre

    Le pycnomtre est un flacon. Pour dterminer la densit et partant le poids volumique d'un solide, on ralise sur une

    8

    S r=V wV v

    w=W wW s

    w=S r .e .w

    s

  • balance adapte les 3 peses suivantes : pycnomtre rempli d'eau jusqu'au trait de jauge + solide ct M1 ; pycnomtre contenant le solide et rempli d'eau jusqu'au trait de jauge M2 ; pycnomtre rempli d'eau jusqu'au trait de jauge M3 .

    Masse du solide : M s=M 1M 3 Masse d'eau occupant le mme volume : M w=M 1M 2

    Densit du solide =M sM w

    .

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  • Exercices

    1. Un chantillon d'argile satur pse 1526 g. Aprs passage l'tuve, il ne pse plus que1053 g. Le constituant solide des grains a une densit de 2,7. On demande de calculer :

    le poids volumique apparent de l'chantillon ; le poids volumique sec ; la teneur en eau w ; l'indice des vides e ; la porosit n.

    2. Un chantillon de sol pse 129,1 g et a un volume de 56,4 cm3. Le poids des grains est de121,5 g. Le constituant solide des grains a une densit de 2,7. On demande :

    la teneur en eau w ; l'indice des vides e ; le degr de saturation Sr.

    3. Un chantillon satur a un volume total de 1450 cm3. Aprs passage l'tuve, on constateune perte de poids de 609 g. Le constituant solide des grains a une densit de 2,65. Ondemande de dterminer :

    la porosit n ; l'indice des vides e ; le poids volumique sec ; le poids total de l'chantillon ; le poids volumique apparent de l'chantillon ; la teneur en eau w.

    4. Un chantillon d'argile sature pse 35,4 g l'tat naturel et 24,2 g aprs schage l'tuve. Le poids volumique des grains est de 26,2 kN/m3. On demande de dterminer les caractristiques suiva