Réalisation Essais Laboratoir Et in Situ Des Sols AC CTTP-BTP-CTTP

7/23/2019 Ralisation Essais Laboratoir Et in Situ Des Sols AC CTTP-BTP-CTTP

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OFPPT

ROYAUME DU MAROC

SECTEUR: BTP

SPECIALITE:TECHNICIENSPECIALISECONDUCTEURDETRAVAUX :TRAVAUXPUBLICS

NIVEAU:TECHNICIEN SPECIALISE

MODULE 12

RALISATIONSDESESSAIS

EN LABORATOIREETINSITUDESSOLS

Office de la Formation Professionnelle et de la Promotion du TravailDIRECTION RECHERCHE ET INGENIERIE DE FORMATION

RESUME THEORIQUE&

GUIDE DE TRAVAUX PRATIQUES


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OFPPT/DRIF/CDC /BTP 2

REMERCIEMENTS

La DRIF remercie les personnes qui ont contribu llaboration du prsent document.

Pour la supervision:

M. Khalid BAROUTI Chef projet BTPMme Najat IGGOUT Directeur du CDC BTP

M. Abdelaziz EL ADAOUI Chef de Ple Btiment

Pour la conception:

M. Pavel Tsvetanov Formateur animateur CDC/BTP

Pour la validation :

M. Pavel Tsvetanov Formateur animateur CDC/BTP

Les utilisateurs de ce document sont invits

communiquer la DRIF toutes les

remarques et suggestions afin de les prendreen considration pour lenrichissement et

lamlioration de ce programme.

DRIF


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SOMMAIRE :

Prsentation du module .I. Rsum de thorie :

1. Types des roches et solsA. Gnral its .B. Roches ge et origine C. Roches magmatiques ...D. Roches mtamorphiques .E. Roches sdimentaires ..F. Formations superficielles ..G. Proprits physiques des sols H. Proprits hydrauliques des sols

I. Proprits mcaniques des sols ..2. Reconnaissance des sols

A. Gnralits B. Reconnaissance de base C. Reconnaissance sismiques D. Reconnaissance lectriques ..E. Reconnaissance gravimtriques F. Reconnaissance par sondages .G. Rsultats pratiques de la reconnaissance du sol

3. Essais des sols in situA. Lessai la table B. Lessai la plaque (ou la vrin)..C. Lessai au scissomtre (ou vanne-test)D. Lessai pressiomtrique (ou pressiomtre Mnard)E. Lessai de pntration dynamique F. Lessai de pntration statique ..G. Lessai de pntration normalis (SPT) H. Lessai de permabil it I. Lessai deau ponctuelle type Lefranc

II. Guide de travaux pratique : TP n :1. Prlvement dchantillons ..

2. Masse volumique apparente dun sol en place ..3. Les limites dAtterberg 4. La limite de retrait 5. Essai Proctor 6. Essai C.B.R. (Californien Bearing Ratio) .7. Essai de sdimentomtrie ..

III. Evaluation de fin de module .IV. Liste b ibliographique .


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Rsum de Thorie etGuide de travaux pratique

MODULE 12: RALISATION DES ESSAIS EN LABORATOIRE ETIN SITU DES SOLS


Dure : 60 heures

OBJECTIF OPERATIONNEL DE PREMIER NIVEAU

DE COMPORTEMENT

COMPORTEMENT ATTENDU

Pour dmontrer sa comptence, le stagiaire doit Raliser des essais des

sols in situ et en laboratoire, selon les conditions, les critres et les

prcisions qui suivent.

CONDITIONS DEVALUATION

A partir :

Des connaissances accumules,

Des rgles quil doit suivi,

De travail individuel,

A laide :

Des essais laborer, Des relations des calculs des rsultats,

Des tableaux et abaques de calcul.

CRITERES GENERAUX DE PERFORMANCE

Le respect des rgles dlaboration des essais;

Utilisation correcte de lquipement de laboratoire;

Interprtation correcte des rsultats; Appliquer les rsultats obtenus aux travaux sur chantier;

Le respect des rgles technique de ralisation douvrage par rapport

de la ncessit des essais des sols.


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OBJECTIF OPERATIONNEL DE PREMIER NIVEAU

DE COMPORTEMENT

PRECISIONS SUR LECOMPORTEMENT ATTENDU

A. Connatre les essais des sols in situ.

B. Connatre les essais des sols en

laboratoire.

C. Matriser les rsultats des essais.

D. Appliquer les rsultats des essais surles travaux dun chantier.

CRITERES PARTICULIERS DEPERFORMANCE

Dfini tion et ralisation correcte des

essais in situ :

- essai de la table,

- essai au vrin,

- pntromtre dynamique,

- pntromtre statique,

- forage, etc.

Dfini tion et ralisation correcte des

essais en laboratoire :

- masse volumique apparente;

- limite dAtterberg;

- essai Proctor;

- essai Californian Bearing Ratio;

- essai de Casagrande;

- essai de sedintomtrie; etc.

Interprtation des rsultats des essais

par :

- analyse statistique;

- relations des calculs;

- utilisent des tableaux et abaques;

- choisir les matriaux et les types des

fondations par rapport des sols.

Connatre les suivantes gnralits :- les types des roches et des sols;

- reconnatre un type de sols;- savoir le comportement dun sol sur

charge;- pouvoir dimensionner une semelle en

concordance avec les rsistances

dun sol.


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PRESENTATION DU MODULE

Le module : REALISATION DES ESSAIS DES SOLS IN SITU ETEN LABORATOIRE , sapprend pendant 60 heures

Ce module est conu autour du processus de la construction debtiments. Les thmes dvelopps recouvrent la fois des mthodesdes essais des sols in situ, des mthodes des essais des sols enlaboratoire et la manire dinterprtation des rsultats pour les travauxsur chantier.

Limportance des grandes tapes de droulement des activitsdapprentissage des Ralisation des essais des sols in situ et enlaboratoire, est de connatre le but et les objectifs suivantes :

Savoir les types des roches et des sols ;

Identifier les types des sols daprs leurs caractristiques ;

Comprendre limportance des essais des sols pour lesbtiments ;

Matriser les rgles dexcution des essais des sols ;

Etre conscient des effets des charges dun ouvrage sur le sol ;

Grer et organiser les essais des sols sur un chantier.

Dure : 60heures

Thor ie = 40 %

Pratique = 60 %


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MODULE N 12:

REALISATION DES ESSAIS EN LABORATOIREET IN SITU DES SOLS

I. RESUME THEORIQUE


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I. 1. TYPES DES ROCHES ET SOLS

I. 1. A. Gnralits :

Dfinitions : La gotechnique est ltude des proprits physiques,hydrauliques et mcaniques des sols et des mthodes decalcul permettant de prvoir leur comportement souslaction de leau et des charges, en vue de leur application la construction.La mcanique des sols tudie les dformations souscharge et la rsistance la rupture des matriaux naturels,sur chantillons, mais surtout en place et en masse. Cettediscipline est du ressort du gotechnicien, qui doit rpondre

aux demands de lingnieur civil.

Les dsordres, mme mineurs, touchant les fondations dune constructionsont toujours graves car ils mettent en cause la prennit de louvrage. Lesconfortations rendues ncessaires ultrieurement, notamment les reprises ensous-uvre, sont des travaux compliqus, dlicats et onreux. Si leconstructeur contemporain est totalement conscient de limportance de laconnaissance du sol de fondation, alors la gotechnique devient un outilncessaire toujours dans son activit.

Historique de la gotechnique :

- en 1773, Charles Augustin Coulomb a nonc pour la premire fois la loidfinissant la rsistance au cislement des sols,

- en 1832, Moreau a fond des btiments dans les sols vaseux du port duBayonne sur des puits de sable qui rduisaient fortement les tassements,

- en 1846, Alexandre Collin invente un appareil de cisaillement avec lequelil exprimente activement les argiles et il met en vidence la fois lanotion de cohsion et linfluence dterminante de la tenure en eau,

- au Venise, dans les terrains limoneux de la lagune on battait des longspieux jointifs en bois pour constituer un caisson monolithique sur le toitduquel on pouvait asseoir les btiments plus lourds,

- en 1925, lingnieur viennois Terzaghi a engag la mcanique des solssur une voie raliste et efficace. Confront aux difficiles problmes defondation dans les limons du Danube, il comprit que seulelexprimentation, mme imparfaite, permettrait dexpliquer lecomportement sous charge des matriaux naturels et que toute loi devaitprendre appui sur des rsultats dessais, en mme temps que surlobservation des ouvrages construits,

- aujourdhui les rgles de la construction sont devenues strictes etcontraignantes. Avant le dbut des travaux toutes les donnes du projetdoivent tre dfinies, tout doit tre expliquer par le dtaille, parce quechaque diffrence avec le devis ou le calendrier entrane des protestationset souvent lintervention des juristes.


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De lors, il est devenu impossible, sous peine de prendre des risquesgraves, de sen remettre au hasard, limprovisation ou lapproximation,notamment en ce qui concerne les difficults attendre du terrain dassise dela future construction.

Buts viss :

Avant dentreprendre ltude dun projet de construction et afin de pouvoirdcider du mode de fondation appropri qui assurera la stabilit de louvrage, touten tant le plus conomique, il est indispensable pour le Matre duvre deconnatre les suivantes aspects :a) La nature les caractristiques physiques et mcaniques des couches de

terrains en prsence, cest--dire leur constitution et leur consistance ; celapermettra de dterminer leur force portante et le constructeur sera clair surle tenue des terres au cours des fouilles.

b) Leur superposition et leur inclinaison ventuelle (pendage), la prsence descouches plus ou moins impermables pouvant entraner des risques deglissement, il sagit donc de dresser la coupe gologique plus exacte possibledu sol intress.

c) Leur paisseur et la rgularit des couches afin que la transmission et larsorption des efforts soient assures dans les meilleures conditions ; celapermettra dvaluer le degr de tassement craindre ventuel lement.

d) Les nappes deau ventuelles quil faudra traverser pour atteindre le bon sol eten particulier la dtermination de leur niveau de stabilisation, leur rgime, leurchimique, afin de prvoir le mode dtanchit des parties enterres delouvrage, et pour le constructeur limportance des puisements. De plus, letaux de rs istance du sol varie avec son degr dhumidit.

Il ne faut pas oublier que Matre duvre et Entrepreneur ont leurresponsabilit engage pendant 10 ans, en ce qui concerne toutdommage survenant louvrage qui serait imputable un vice du soldassise de la construction concerne.

I. 1. B. Roches ge et origine :

Dfinitions: dans le langage gotechnique, la roche est une formationgologique dure, ayant des lments fortement souds entreeux. De ce point de vue, les roches et les massifs rocheuxconstitus sont pour le constructeur, des terrains des choix pourla fondation des ouvrages.

Par opposition, les sols sont des formations meubles, deconsolidation faible, voire nulle et dont les caractristiquesmcaniques sont mdiocres.


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Au niveau gntique, un sol peut tre envisage de deux manires :- comme produit daltration physique et/ou chimique, dune roche

consolide prexistante ;

- comme un sdiment, cest--dire comme une formation non encoreconsolide, par exemple un sable ou une vase ;

On divise lhistoire gologique en res, elles-mmes divises en systmes : Lre prcambrienne a un ge de plus 4.55 millions dannes ; Lre primaire (ou palozoque) a les systmes : - carbonifre,

- dvonien,- silurien,- cabrien,

et un ge de 350 millions dannes ;

Lre secondaire (ou msozoque) a les systmes : - crtacique,- jurassique,- triasique,

et un ge tour de 140 millions dannes ; Lre tertiaire (ou cnozoque) - qui a les systmes : - nogne,

- exogne,et un ge de 65 millions dannes ;

Lre quaternaire qui a les systmes : - holocne,- plistocne,- villafranchien,

et un ge de 2.5 millions dannes ;

Avec laide des isotopes on peut valuer lge dune roche comme a :

- jusqu 50.000 ans avec la proportion de carbone 14 ;- jusqu 250.000 ans avec uranium ;- jusqu 400.000 ans avec le potassium ;- au-del avec largon .

On reconnat classiquement trois origines possibles aux roches de lcorceterrestre : Les roches magmatiques qui proviennent de la cristallisation dun

magma de haute temprature, dont le facteur dterminant est la vitesse decris tallisation ; ce sont des roches dorigine profonde ;

Les roches mtamorphiques qui la consquence de la transformationdes roches sdimentaires ou magmatiques sous leffet de tempratureleves, de fortes pressions et/ou dapports chimiques dorigine profonde ;

Les roches sdimentaires sont le rsultat du dpt dans des milieuxaqueux (mer, laque, lagune, etc.) de sdiments varient ; ce sont desroches dorigine superficielle.


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I. 1. C. Les roches magmatiques

Dfinition : les roches magmatiques sont des roches issues de la

cristallisation complte ou partielle dun magma profond et pourcette raison, on les appelle : roches endognes, cristallines,plutonique, ignes, ruptives, etc.

Le magma est un mlange htrogne de substances minrales fondues et degaz, contenant potentiellement tous les minraux de la roche laquelle il pourra donner naissance.


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La destine normale dun magma est de cristalliser en donnant naissance des roches magmatiques. Donc pour se refroidir, un magma dorigine profonddoit montrer vers la surface, au travers de la lithosphre et cest au cours de

cette ascension que labaissement graduel de sa temprature va provoquer lacristallisation progressive des divers minraux, dans lordre inverse de leurtemprature de fusion.

Le nom qui est attribu une roche magmatique est fonction de deuxparamtres principaux :

- sa composition minralogique,- sa structure.


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I. 1. D. Les roches mtamorphiques

Dfinition : ces roches rsulte dune transformation de roches

sdimentaires ou des roches magmatiques sous leffet defacteurs physiques ou chimiques, soit :

- des actions mcaniques ;

- une augmentation de la temprature ;- Laugmentation conjointe de la temprature e de la pression ; etc.


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On entend par mtamorphisme lensemble des changements intervenantdans un matriau ltat solide, portant sur la composition minralogique et lastructure solide dune roche dj consolide, lorsque celle-ci doit sadapter

des conditions physiques et chimiques diffrentes de celles de son milieu degense.

Dans le dynamo mtamorphisme les roches nont subi que des effortsmcaniques, lexclusion dlvation de temprature ou de modification deleur environnement chimique. Dans ce cas, les roches de type argiles oumarnes sont compactes, indures et affectes par lapparition de clivages deschistosit et elles donnent des schistes ardoisiers vert, noir ou rouge, selonles impurets quelles contiennent ; ou des amplites (ou schistes bitumineux)colors en noir par les matires organiques qui y sont incluses.

Le thrmomtamorphisme se produit lorsque la roche originelle a subiseulement leffet dune importante lvation de temprature. Il apparat dansdes sdiments mis au contact dune coule de lave, encore dans les sitesdimpact de mtorites, ou encore dans les enclaves des roches conservesau sein dun magma en voie de surrection vers la surface terrestre. Cest unphnomne exceptionnel et trs localis qui se manifeste par une cuisson trsintense et rapide de la roche.

Le mtamorphisme de contact est d lintrusion, au travers de couchesgologique, dun magma chaud en voie de surrection. Cest donc unmtamorphisme qui se dveloppe localement, lintrieur du batholitemagmatique.

Le mtamorphisme gosynclinal est le plus important par lampleur desmodifications subies par les roches quil affecte et par le volume de matriauxtransforms. Il concerne des vastes ensembles, de forte paisseur (plusieurskilomtres) des roches sdimentaires. Dans ce cas les roches subies la foisles effets dune augmentation de temprature et de pression. On peut trouverdans ce cas des roches comme : micaschiste ou micas, gneiss grenats,quartzites.

I. 1. D. Les roches sdimentaires

Dfinition :les roches sdimentaires sont le rsultat dune sdimentation,cest--dire dun dpt de matriaux, en m ilieu aqueux dans lagrande majorit des cas. Ce sont des roches exognes etlocalises la surface de la lithosphre dont elles nereprsentent pas quune trs faible paisseur. Par contre ellescouvert une grande partie de la surface du globe, ce quiexplique leur apparente abondance.


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Les milieux aqueux de sdimentation peuvent se diviser en basant sur lasalinit de leau en :

- Milieu marin, ouvert ou ferm ;

- Milieu saumtre : lagune, estuaires et deltas ;- Milieu deau douce : lacs, tangs ou cours deau ;

Matriaux dorigine dtritiques ils sont constitus par des dbris arrachs des roches continentales, transports par des vecteurs fluides (lair ou leau), etdposs dans un milieu de sdimentation. Ils sont de nature et de granulomtrietrs varie : alluvions grossires et fines des rivures, vases destuaires, sablesmarins, argiles des grands fonds, etc.

Matriaux dorigine chimique ou biochimique ce sont des matriaux desprcipitations in situ, dont la formation rsulte de processus chimiques, provoqusou non par lactivit dorganismes aquatiques. Les roches formes parcristallisation progressive dans une solution amene saturation par vaporationsont lorigine des couches de sel gemme ou de gypse. A la cause des algueschlorophyllienne qui forme du bicarbonate de calcium soluble et alors lecarbonate de calcium se dpose sur le fond sous la forme de trs fines cristallitesde calcite, constituant une boue carbonate ; et par diagense cette boue donneultrieurement des roches calcaires lithographiques.


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Matriaux dorigine organique Un grand nombre danimaux aquatiques vivent lintrieur dune coque carbonate ou siliceuse, dont ils emprunte-la matirepremire au milieu ambiante. Lorsquils meurent, la partie molle disparat tandis

que la partie dure se dpose sur le fond. Laccumulation de ces parties et leurcimentation par des sdiments dorigine dtritique ou biochimique est susceptiblede donner naissance des roches dites dorigine organique. Par exemples leshydrocarbures et les charbons sont le rsultat de la putrfaction de matiresorganiques (dbris ligneux, algues) aprs enfouissement dans les fonds marins,lacustres ou lagunaires, puis transformations chimiques complexes.

Classification des roches sdimentaires

Roches dtritiques sont des roches siliceuses, qui sont divises-en

deux grandes catgories :- meubles,- consolides,

Roches meubles aprs la dimension de leurs grains sont :

- le ballast qui comporte des blocs anguleux, soit des galetsarrondis, souvent associ des graviers ;

- les sables sont constitus essentiellement des grains des quartz,minral inaltrable ;

- les limons, vases et boues sont constitues dun mlange detrs fins grains de quartz et de cristallites argileux , y sont mls,

dans le cas de limons, des collodes ferrugineux et dans le cas desvases des matires organiques et humiques ;

- les argiles sont constitues de cristallites appartenant desespces minrales diffrentes : kaolinite, illite, montmorillonite, quisont toutes des silicoaluminates ;

Roches consolides ces roches sont composes des lments desroches meubles runis par un ciment de mme nature diffrente.

- les conglomrats ou rudites sont des alluvions grossires decours deau, soit formations de rivage qui ont t consolides ;

- les grs ou arnites sont des sables consolids, souds par unciment ;

- les plites ou lutites sont des vases, des boues ou des limonsconsolids par serrage, puis lapidification.

Roches carbonates ont comme matriaux de base : le carbonatede calcium ou le carbonate mixte de calcium et magnsium,dnomm dolomite.

les calcaires dorigine chimique ou biochimique,comprennent :

- les calcaires lithographiques qui sont forms par serrage duneboue carbonate trs fine ;


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- les calcaires oolithiques et pisolithiques sont forms en milieumarin peu profond et agit, par concrtions des fines couchescarbonates autour dun nucleus maintenu en suspension par

lagitation de leau et il prend laspect dune masse dufs depoissons do leur nom ;

- les calcaires noduleux sont constitus des nodules calcairesplus ou moins pteux, souvent dforms, souds, et contenant destraces ferrugineuses ;

- les tufs et travertins calcaires sont formations des prcipitationschimiques des sources ou des torrents, dont leau est trs chargeen carbonates et ils contiennent souvent des fossiles de vgtaux ;

les calcaires dorigine organique sont forms pour une part plusou moins importante de tests carbonats danimaux lis par unciment galement carbonat et on peut trouver les suivantes formes :

- les calcaires foraminifres,- les calcaires gastropodes,- les calcaires polypiers,- les calcaires entroques,- la craie,

les calcaires impurs comprennent les calcaires contenant desproportions dlments non carbonats, comme :

- les marnes sont des roches intermdiaires entre lescalcaires et les argiles, composes denviron 50% de chacunde ces lments ;

- les dolomies sont des roches constitues presqueexclus ivement dun minral, la dolomite ;

- les cargneules constituant un type particulier de rochescarbonates, souvent associes aux dpts de milieux desdimentation lagunaire (gypse en particulier) .

I.1. F. Formations superficielles

Dfinition :sont des ensembles htrognes de formations meubles duquaternaire, qui constituent des placages dpaisseur etdextension variable, gnralement rduites sur lesoubassement rocheux.

Les principales formations superficielles sont :- la terre vgtale,- la tourbe,- les vases,- les alluvions,- les moraines.


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a) Terre vgtale est une formation superficielle dont le monde vivant tire sonalimentation par le biais de la vgtation. Sommairement la terre vgtale estun mlange dune partie minrale (sables, silts, argiles, dbris de roches) et

dune partie organique constitue des reliquats de la vie vgtale et animalede la surface.La terre vgtale est toujours une roche meuble comportant un fortpourcentage de vide, donc trs compressible et cette situation est aggravepar lexistence de la phase organique qui est trs sensible aux variationsdhumidit. La ralisation dune fondation ncessite toujours le dcapagepralable de la couverture de terre vgtale, mme pour une constructionlgre.

b) La tourbe cest une formation dorigine entirement vgtale qui prendnaissance dans les fonds des valles humides et les dpressions marcages,

donc dans des zonez plus ou moins priodiquement inondables. La tourbe seconstitue par couches annuelles successives. Cest une formation spongieuse,souple, extrmement compressible et donc un matriau bannir de touteassise de fondation superficielle.

c) Les vasses peuvent tre dfinies comme des argiles en formations dansdes zones de sdimentation calme. Ce sont des formations relativementhomognes, constitues de particules argileuses dissminent, formant unetrame trs lche, gorge deau. Au fil des annes, la boue vaseuse prend unpeu de consistance, mais il faut attendre une dure dordre gologique pourque ce matriau mou, sans portance, devienne une argile consistante.

d) Limons sont constitus de fines poussires argileuses et siliceusestransportes par les vents et parfois remanies par les eaux. Lpaisseur esttrs variable : de quelques centimtres plusieurs mtres. Compte tenu deleur porosit importante, les limons sont des formations compressibles et cedautant plus que leur teneur en argile est plus grande.

e) Eboulis les boulis rocheux tapissent le pied des escarpements rocheux etdes versants de valles couronnes par des surplombs des roches dures, diacasses. Le jeu des diaclases, laction de leau et gel, celle de la gravit,

explique ce phnomne classique drosion, qui est lorigine de ladestruction et du recul des falaises. Au pied du versant, les boulis sontconstitus des blocs anguleux qui ont dval le versant et atteint dautant plusfacilement le bas de la pente quil est plus gros. Ces blocs constituent un talusnaturel dont langle sur horizontale est trs voisin de langle de frottementinterne du milieu. Un talus dboulis doit faire lobjet dune reconnaissancemettant en vidence ses caractristiques gomtriques, gologiques,hydrogologiques et gotechniques.


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f) Les alluvions sont des matriaux issus de lrosion des reliefs ettransports par les torrents et les rivires. Mis en suspension dans leau deces cours deau, ces matriaux qui vont des galets aux particules fines, enconstituent le dbit solide. Les torrents de haute montagne sont capables decharrier de gros blocs qui vont se dposer en aval ds que la turbulence deleau est devenue trop faible. La pente gnrale dun rseau hydrographiquediminue avec laltitude, do une capacit de transport plus faible et unesdimentation dlments plus fins dans le cours moyen. Alors les torrents quidbouchent dans une valle transversale accumulent sous forme de cnes lesmatriaux grossiers quils transportaient. Les alluvions prsententsommairement les caractristiques suivantes :- lments arrondis par lusure lie au transport,- htrognit ptrographique,- htrognit granulomtrique,- stratification entrecroise,- prsence dans la couche alluviale dune nappe aquifre,

Les formations alluviales sont en gnral trs permables. Les problmestechniques poss par les alluvions dpendent surtout de leurgranulomtrie :

Les alluvions grossires ou moyennes (sables, gravier, galets) reprsentantdes assises de trs bonne portance, trs peu compressible ;

Par contre, les alluvions fines (limons argileux, vases) sont des assises trsdangereuses.


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g) Les moraines reprsentent un reliquat de lrosion glaciaire et sont formesdes lments rocheux tombs sur le glacier depuis le haut des versants ouarrachs par le glacier aux versants de sa valle dcoulement ainsi que de

matriaux fins issus de laltration et de lusure des roches de ces versants.La constitution dune moraine et par consquent sa permabilit donc soncomportement mcanique sont trs variables.

I. 1. G. Proprits physiques des sols

a) Gnralits

De point de vue de la gotechnique, les sols peuvent tre classes-en :- roches qui sont les terrains qui ne subissent pas de modifications

notables en prsence de leau. Ce sont en gnral des matriaux

compacts, durs et rsistants, qui ne peuvent tre rduits enmorceaux qu la suite de trs gros efforts mcaniques ; commesupports des fondations ils sont pratiquement indformables.

- sols meubles sont rsultants de laltercation physico-chimiquedes roches en place, leur compacit naturelle est en gnrale trsfaible. Ces terrains sont transforms en se dcomposant en petitesparticules friables et ils sont susceptibles de dformation sous lesfondations.

De point de vue de leur cohsion, les sols peuvent tre :- sols cohrents comme : argiles, marnes, etc.-

sols pulvrulents comme : sables, graviers, etc.

b) Paramtres volumtriques Dans un sol on peut rencontre les trois tats des matires :

- solide dans les grains auxquels leau peut tre fixechimiquement,

- liquide eau libre pouvant tre expulse relativement facile parapplication dune pression,

- gazeux lair, dont le poids est admis 0.

Dans ce cas, le volume total dun sol est :

Volume total=volume des grains + volume de leau + volume de lair

c) Paramtres massiques

Le poids spcifique des grains (s) est le poids par unit de volume desgrains du sol. Les principaux lments qui peuvent tre trouver dans un sol

- silice - Si O2 - une densit de 2,65 t/m3;

- alumine Al2 O3 une densit de 4.00 t/m3;

- carbonate Ca CO3 une densit de 2,71 t/m3;

Les proportions de ces lments variant relativement peu, et on admet enpremire approximation un poids spcifique moyen de 2,7 t/m

3.


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Le poids spcifique apparent humide, est le poids de tous lments dusol y compris leau, par unit de volume. Etant donn que tous les sols fin ont undgre de saturation proche de 100%, il est possible de classer ces sols en

fonction de leur poids spcifique apparent humide (), comme a :< 1,80 t/m

3 trs mauvais sols ;

1,80 < < 1,95 t/m3 mauvais sols ;

1,95 < < 2,05 t/m3 sols moyens ;

2,05 < < 2,15 t/m3 bons sols ;

> 2,15 t/m3 trs bons sols ;

d) Teneur en eau

Cest le poids de leau divis par le poids de la matire solide sche :

Poids de leau PwW = ------------------------------------ = ------- (%)Poids de la matire sche Ps

West gnralement exprim en % et peut dpasser 100% (thoriquementil peut varier de 0 ). Daprs lordre de grandeur on trouve :

W> 45%- trs mauvais sols ;30 < w < 45% - mauvais sols,20 < W < 30 % -sols moyens ;12 < W < 20 % -bons sols ;W < 12% -trs bons sols.

e) Le diamtre du grain composition granulomtrie

La classification des sols la plus rpandue est celle de Atterberg, base surune progression gomtrique de raison 1/10 :

- les blocs rocheux : d > 200 mm,- les cailloux : 200 < d < 20 mm,- les graviers : 20 < d < 2 mm,- les sables gros et fins : 2 < d


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I. 1. H. Proprits hydrauliques des sols

a) Permabilit

Darcy a tabli en 1856 une loi sur la permabilit :- pour leau circulant dans un sols permable, la perte de charge (s) sur la

longueur (L) est gnralement proportionnelle au dbit (Q), soi t :

gradient i = s/L = V / K o V = Q / A la vitesse dcoulement du fluide

Donc le compactage et la vibration ayant pour but de rduire le volume desvides dans un sol , ont une incidence sur la permabilit.

I. 1. I. Proprits mcaniques des sols

Dfinition : les caractristiques mcaniques des sols ont pour but dedfinir leur comportement face aux sollicitations extrieures. Larupture dun sol intervient par compression et cisaillement. Lesol peut tre considr comme un milieu pseudo lastique oles dformations sont sensiblement proportionnelles auxsollicitations.

a) CisaillementDans un sol satur, lapplication dune charge se porte dans un premiertemps sur leau interstitielle, puis progressivement elle se reporte sur le

squelette solide du milieu et la rapidit de report est fonction de lapermabilit du sol considr.

Lquilibre limite dun sol est dfin i par le passage de ltat lastique ltatplastique et il se traduit par lapparition des grandes dformationsirrversibles, cest--dire par la rupture. Cet quilibre limite est dfini par la loide Coulomb :

= C + X tg ; o on trouve :

- rsistance au cisaillement du sol considre, pour une contrainte normale,C cohsion,

- contrainte normale applique la facette de glissement ;


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- angle de frottement interne du milieu,

Daprs les valeurs de Cet on peut avoir les trois cas suivants :

- C 0 ; = 0 ; donc sol purement cohrent ;- C 0 ; 0 ; sol quelconque ;

- C = 0 ; 0 ; sol pulvrulent ;

Daprs langle de frottement interne, on peut avoir :

a) CompressibilitDans ltude des fondations, il faut se proccuper des deux lmentssuivants :- la contrainte admissible de compression dun sol sous la fondation,- les tassements prvisibles ou les dformations de ce sol sous leffet des

charges appliques,

Ces caractristiques sont mesures laide de lodomtre de Terzaghi : un chantillon du sol est comprim par lintermdiaire dun piston entre deux

pierres poreuses qui permettent deffectuer le drainage de lchantillon ;

des comparateurs placs latralement permettent la mesure desdformations ; les mesures effectues permettent de tracer la courbeodomtrique dun sol ;

Le module dlasticit (E) peut avoir les suivantes valeurs :- sable : 10 300 N/mm ;- argile raide : 1,5 10 N/mm ;- argile molle : 0,1 1 N/mm ;

et encore les valeurs comme dans les tableaux suivants :


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b) Rsistance et stabilit des solsDans la pratique professionnelle, les sols sont classs sommairement entrois grandes catgories en fonction de leur rsistance et de leur stabilit :

Terrain de mauvaise qualit impropre la construction : terrevgtale, tourbe, vase, craie lacustre, remblayages, avec contrainteadmissible de 0 0,15 N/mm ;

Terrain de qualit moyenne sable fin et moyenne, glaise, argile,marne humide, avec contrainte admissible de 0,15 0,3 N/mm ;

Terrain de bonne qualit sable gros, gravier, glaise, marne non-humide, avec contrainte admissible de 0,3 2 N/mm,

c) TassementLorsquune construction ayant une structure rigide se tasse dune manireuniforme, il ny a pas, en gnral de risque pour louvrage. Par contre, si en

diffrant points, il y a des tassements diffrencies, et si la structure nest passuffisamment rigide, il peut se produire des dsordres graves.

Les tassements maximaux et les tassements diffrentiels doivent trerduits aux valeurs permettant de satisfaire aux conditions suivantes :- louvrage ne doit pas subir de dsordres de structure nuisible,- les tassements ne doivent provoquer aucun dsordre dans les

ouvrages vois ins lis ou non louvrage intress ;- ils ne doivent pas perturber le fonctionnement des services

utilisateurs ;

Pratiquement on admet les valeurs suivantes :

- tassement total ou absolu:- murs en maonneries 2 5 cm ;- poutraisons 5 10 cm ;- silos, chemines, radiers 8 30 cm ;

- tassement diffrentiel entre deux points distants dune longueur (L):- circulations dengins 0,0100 L- fonctionnement des machines 0,0030 0,0002 L- fonctionnement des grues sur rails 0,0030 L

- coulement de leau dans canalisations 0,01 0,02 L

- scurit vis--vis de la fissuration :- murs en maonnerie 0,0010 0,0005 L- poutres en bton arm 0,0025 0,0040 L- voiles en bton arm 0,0030 L- poutres continues en acier 0,0020 L- poutres isostatiques en acier 0,0050 L

Dans le tableau suivant sont donnes les principales caractristiques dessols en conformit avec les normes internationales :


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I.2. RECONNAISSANCE DES SOLS

I.2. A. Gnralits

La reconnaissance du sol comporte gnralement les phases suivantes :- une reconnaissance gnrale par tous documents tel que : cartes, plans,- une reconnaissance superficielle par une vis ite du site,- des reconnaissances gophysiques,- des reconnaissances profondes de la nature des couches,- des essais in situ pour caractriser les couches portantes,- des essais de laboratoire, etc.

On peut reprsenter graphique la succession des ces essais comme sur le

schma suivant :


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I.2. B. Reconnaissance de base du sol

Une bonne consultation des cartes gographiques et gologiques est-la

premire opration effectuer et dans ce cas on peut utiliser des cartes chelle 1/50.000 ou 1/25.000 qui sont fait niveau national. Par lectures desces plans on peut observer les affleurements des couches gologiques, avecdes particularits, tel que failles, effondrements gologiques, etc.

Avec laide des cartes hydrogologiques on trouve des renseignements sur ladistribution des eaux souterraines et sur le comportement mcanique desroches.

La reconnaissance superficielle consiste effectuer une visite locale afinde dterminer des affleurements des couches sous-jacentes.

Lobservation directe du sol et de la vgtation peut aussi fournir quelquesindications quil faille nanmoins recouper avec dautres sources derenseignements.

Des fouilles en cours proximit de louvrage construire peuvent aussiapporter des renseignements intressants ainsi que les indications qui peuventtre fournies par l intermdiaire dentreprises spcialises.

La thorie de Boussinesq permettant de calculer les contraintes cres enprofondeur par des surcharges dispose la surface du sol montrent qu uneprofondeur gale une fois et demie la plus petite largeur de la surface decharge, les contraintes sont de lordre du dixime de la surcharge. Il convientdonc thoriquement de reconnatre les sols jusqu cette profondeur, mais enfait, il est rare que lon soit oblig daller aussi profondment, le bon sol tant

trouv auparavant.


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I.2. C. Reconnaissance du sol par mthode sismique

Dfinition : la mthode sismique consiste tudier la propagation dans les

diffrentes couches des sous-sols des ondes lastiques provoquespar un branlement du sol par coups de marteau ou petites chargesexplosives.

Le phnomne utilis est bas sur la rflexionou la rfractiondes ondes partir du point dbranlement et sur la mesure des temps de parcours en diffrantpoints o sont placs des appareils enregistreurs (sismographes ou gophones).

La porte maximale est denviron 100 mtres en profondeur, et titre indicatif,voici quelques vitesses de propagation des ondes dans diffrents terrains :

- fondations superficielles sches 500 1000 m/s ;- fondations superficielles humides 1600 2000 m/s ;- marne, craie, terrain tendres 1800 2500 m/s ;- schistes, quartzites , calcaires durs 3000 5000 m/s ;- granit 3500 5500 m/s ;- glace de glacier 3700 m/s ;


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Des sismographes (pour les ondes rflchies) ou des gophones (pour lesondes rfractes), disposs en des points plus ou moins loigns, reoiventsuccessivement les ondes directes et mesure la clrit des ces ondes par un

dispositif lectronique. Aprs a, des calculs appropris, permettant de trouver laprofondeur du toit de lhorizon de rflexion (couche-mirroir) et finalement endplaant les points dbranlement sonore ou les emplacements des gophones,dobtenir le pendage des couches et didentifier les terrains.

I.2. D. Reconnaissance du sol par le mthode lectrique

Dfinition : la mthode lectrique consiste dans la mesure de la rsistivitdes sols rencontrs. Chaque terrain a une rsistivit propre.

Pour raliser un sondage lectrique on envoie dans le sol, au moyen de deuxlectrodes impolarisables A, B, un courant lectrique, de prfrence continu et

dintensit (i), pendant lon mesure la diffrence de potentiel V existant entredeux autres lectrodes C, D, comme sur la schma ci-dessus. La distance CDest par exemple gale au quart ou au tiers de la distance AB.

La connaissance de (i) et de V permet de calculer une rsistivit etlexprience montrent que la partie principale de cette rsistivit correspond celle dun paralllpipde de terrain dont lpaisseur est gale au quart de AB, lalargeur moiti et la longueur une fois et demi AB.

Il suffit donc daugmenter progressivement la longueur AB tout en maintenantle mme rapport entre AB et CD, pour mesurer la rsistivit apparente decouches de sol de plus en plus pais. On obtient un graphique qui interprt laide dabaques tablir partalonnage, permet lidentification de la nature et de lpaisseur maximale descouches successives.


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Cette mthode nest pas trs prcise, car la rsistivit dun sol varie avec satenure en eau, le degr de salinit de cette eau, et si le terrain est htrogne, lesdiverses couches ragissent les unes sur les autres ; nanmoins il est tabli

quune roche saine et compacte aura une forte rsistivit. En somme, on peutcommencer la reconnaissance par un sondage lectrique (SE) et implanter lesforages au droit des anomalies dceles par le sondage lectrique.

Une combinaison des mthodes sismique et lectrique a t utilise pourltude du remplissage marcageux dun ancien petit lac alpestre :

I. 2. E. Reconnaissance du sol par le mthode gravimtrique

La mthode gravimtrique est surtout utilise pour dceler les vides importants

qui peuvent se trouver dans le sol ainsi que les contrastes de densit. En vertu dela loi de Newton, toute variation de la rpartition des densits dans le solcorrespond une diffrence de lattraction de la pesanteur.

A laplomb dune cavit, la valeur de g = 981 cm/s serra plus faible. Les cavitssont assimiles des sphres ou des volumes simples ; lespacement desmesures dpend de la profondeur laquelle on cherche les cavits, desdimensions des cavits et des densits des terrains.

On peut centraliser les essais sismiques, lectriques et gravimtriques sous letitre de reconnaissance gophysiques dun sol sur un tableau comme ci-dessous :


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I. 2. F. Reconnaissance du sol par des sondages

Dfinition : les sondages sont des forages raliss avec beaucoup de soin etavec des outils permettant de remonter la surface du sol deschantillons de terrain prlevs en profondeur.

Les sondages visent essentiellement reconnatre les couches des terrains, lesnappes deau ventuelles traverser et rechercher la zone de terrain valable

(bon sol) pour asseoir la fondation. Les sondages peuvent tre excut :

- soit ciel ouvert : puits , tranches, gradins ;- soit par forages mcaniques raliser laide de matriels divers, plus ou

moins perfectionns ; Dans un sol apparemment normal la profondeur des sondages est dtermine en

premire approximation par les rgles suivantes :- 3 fois la largeur des semelles ou des massifs, avec un minimum de 6 m,- 1,5 fois la largeur de la construction pour un radier gnral ;

2 fois la largeur de la construction pour un groupe de pieux ;


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Il faut quadriller le terrain btir et de situer les forages aux croisements demailles dont le ct ne dpassera pas 30 m. Lexprience des premiers foragesdcidera du rapprochement des points dinvestigation et lon recommande de

procder un sondage tous le 400 m. Lalignement des forages permet de dresser des coupes gologiques

longitudinales et transversales du terrain, comme sur la figure :

Le but vis tant la recherche du bon sol, on serait tent de sarrter au niveau dela couche de terrain suppose valable pour asseoir la fondation, mais ce terrainbien que de nature rsistante, puisse tre de faible paisseur ou reposer sur unecouche trs compressible, fluente ou affouillable :


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a) Sondages par puits blinds dans ce cas il sagit de creuser des puitscarrs (1,20 1,50 m de ct) ou circulaire (de diamtre 1,20 m au moins). Oncommence par disposer mme le sol un cadre oreilles de prfrence

(comme en dtaille a ci-dessous), qui permettra le dmarrage immdiat dublindage indispensable :

Ce type de sondage excut manuellement cot cher et nest pas utilisable quepour des investigations peu profondes, ne dpassant pas 10 m.


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b) Sondages par tranche excute en gradins cest une mthode propre lexploration des terrains o doivent simplanter les voies ferres, leschausses, les canaux, etc.

Ce type de sondage permette dobserver le terrain in situ, den prlever deschantillons pour des essais de laboratoire et mme deffectuer des essais surplace avec un pntromtre ou un chargement la table.

c) Sondages sommaires sont rservs aux btiments lgers et lorsque le bonsol prsum se trouve proximit du niveau des fondations projetes. Dansce cas on peut sonder lpaisseur de la couche laide des procds

rudimentaires, tels que :- barre mine enfonce la masse (une vole de 10 coups par exemple) ;- tige adapte au marteau pneumatique ;- tarire place sur trpied et munie dune sonde, dun trpan, etc.

Linconvnient majeur de ces procds est quils sont limits de trs faiblesprofondeurs et quils ne permettent pas de dfinir la nature des couchestraverses.

d) Sondages profonds ces forages visent essentiellement le prlvementdchantillons intacts, appels carottes, et destins subir des essais enlaboratoire.

Le diamtre du forage sera petit, en gnral par mesure dconomie, tout enpermettant dobtenir des carottes dau moins 50 mm diamtre.

Matriel utilis on peut distinguer :Les outils dattaque il sagit soit par percussion, afin de disloquer le

terrain laide de trpans divers, comme sur la figure suivante. Lestrpans comportent deux parties :

- une tige agit par son propre poids ;- un gros ciseau en acier forg ;


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- soit par rotation, avec des tarires(jusque 30 40 cm) pour les sols meubles ;

- soit par les tubes sondeurs sont des outils quitravail la manire dun foret dans le mtal, ilattaque la roche par cisaillement et en dtachedes copeaux et de ce fait ncessite une pousse5 10 fois plus forte que celle ncessaire loutilde percussion, ce qui implique le refroidissementde loutil ;


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Les outils de curage qui remontent les dblais grce la troussecoupante dont est dote leur base :

Lquipage au niveau du sol qui comporte :- soit un chevalement (une chvre), auquel est suspendue par

lintermdiaire dun cble passant sur une poulie, une sondeuseactionne par un treuil qui procde par embrayages et dbrayages

successifs (sondage par percussion dit alternatif) ;- soit un quipement lger et dmontable, qui peut tre mme mont sur

un vhicule : Jeep, tracteur ou camion ;- soit ladaptation de lquipement de forage au bout du balancier rtro

dune pelle hydraulique : par exemple la tarire et son moteur derotation,

Le tubage ou ventuel des parois des forages on peut trouver :- tubes dacier enfonce laide dun mouton suspendu la chvre ;- tubes dacier enfonce par vrin hydraulique et rotation ;- soit par louvoiement pour des sondages de forte section ;


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Une sonde de niveau deau qui dans le cas dune nappe phratique,permet de relever la cote de profondeur grce un montage lectrique.

e) Avantages des sondages fors avec du matriel moderne- On peut multiplier les points dauscultation surtout pour les zones

douteuses, et le prix de revient demeure infrieur celui de sondagesraliss par puits ciel ouvert ;

- On peut raliser dans mme forage dautres essais et prlvements, outrele carottage : par exemple effectuer un essai de charge sur le fond deforage, un essai de permabilit en place, prlever des chantillons deau diffrentes profondeurs pour connatre son agressivit ventuelle, etmme procder des essais dinjection de certaines couches de terrainafin dvaluer lordre de grandeur des quantits de coulis ncessaireultrieurement ;

- Certains hardis prcurseurs ont mme song descendre des camrasminiatures de tlvision dans le forage et qui rvleraient les fissuresventuelles ;

f) Traduction et interprtation des sondagesEn principe il sagit de prendre des attachements figurs dtaills, prcis, dechaque sondage ralis et de tenir soigneusement jour un carnet desondages qui permettra dtablir des coupes gologiques du terrain quonpourra ensuite interprter.

Le code de figuration du Bureau des Recherches Gologiques et Minires(BRGM) est un ensemble de reprsentation conventionnelle des diversterrains vus en coupe, codifie par lOffice central de la DocumentationGologique, comme ils sont reprsents sur le tableau n 2, ci-dessous.

Pour tablir un relev de sondage de reconnaissance sont ncessaires lessuivantes donnes :

- date de la sondage ;- vitesse davancement ;- les couches de terrain rencontres ;- les niveaux deau ventuels,- nature de loutil utilis,- incidents survenus ;- dbit dune venue deau, etc. Dhabitude, un seul relev de sondage ne donne aucune ide de ltendue

des diverses couches, mais par recoupement de divers forages aligns etassez rapprochs, on peut dresser une coupe gologique, vritable section dusol selon un plan scant vertical, avec les suivantes indications :- les bancs dans ce cas peuvent tre numrots daprs les numros

correspondant au texte descriptif qui accompagne la coupe en gnral ;- aussi comme dans le cas dun profil en long de trac de canalisation ou

dune route, les cotes daltitude peuvent figurer en ordonne, tandis quenabscisse on peut coter les distances sparant les sondages, les rapportsdes chelles tant de 5 1 comme sur la figure suivante


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g) Pratique du carottage dans les sondages forsLe prlvement des carottes est ralis au moyen dappareillages trs divers,appropris la consistance des couches rencontres :


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Il exis te nombreux types de carottiers : piston, bille, clapets, cloche,etc. et le diamtre des carottes varient selon le terrain dcouper de 50 60 mmpour les couches dures et jusqu 400 mm pour les sols pulvrulents. En mme

temps la longueur des carottes peut tre de 60 150 cm.


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I.2. G. Rsultats pratiques de la reconnaissance du sol

Pour le terrain explor :

la synthse des rsultats obtenus par les diverses reconnaissances permetdtablir la coupe gologique des diverses couches rencontres aveclindication des taux de travail admissibles respectifs, et celles des anomaliesncessitant des injections de stabilisation,

larchitecte de dcider des emplacements prfrentiels dimplantation desdivers btiments dun ensemble selon les charges respectives quilstransmettent au sol : tours, groupe scolaire, pavillons, soit en dfinitivedlaborer le plan-masse fonctionnel le plus conomique parce que conuselon les possibilits relles du sous-sol,

de dcider par architecte chaque fondation les dimensions optimales quiassurent la stabilit de louvrage, tout en vitant des fondations abusives etcoteuses,

dans le cas de prsence de nappe phratique, de choisir les liants appropriscapables se rsister aux eaux agressives ventuelles et de prvoirlimportance des puisements ncessaires,

Indications pratiques gnrales rsultant de mcanique des sols

Au point de vue des sols des fondations, les terrains peuvent tre classifis :a) Les remblais moins dtre anciens et bien tasss, sont impropres

supporter des constructions lourdes et durables et devronttre traverses pour retrouver le bon sol. Dans ce cas lescontraintes gnralement admises sont :

- remblais non tasss - 0 Mpa ;- remblais rcents, comprims par couches arroses - 0,02 0,06 Mpa ;- remblais anciens et consolids - 0,05 0,1 Mpa ;

b) Les terrains compacts incompressibles constituent excellents supports,lorsquil sagit de roches dures, en masses profondes,compactes et homognes. Dans ce cas les rsistances sont :

- les granits et autres roches ignes - 2,5 4 Mpa ;- les calcaires, grs, schistes - 0,7 1,5 Mpa ;

Dans le cas dimportantes fissures, de cavits creuses parleau, ou de stratification peu favorable, il est recommand derduire de moi ti la contrainte admissible.

c) Les terrains cohrents tels que argiles, marnes, sable argileux, plus oumoins compacts, ncessiteront une tude srieuse car leurportance peut varier considrablement selon la teneur en eauet leur consistance. Dans ce cas on trouve :

- terrain mou, ptrissable la main - 0,02 0,06 Mpa ;- terrain consistant, difficile ptrir - 0,08 0,15 Mpa ;- terrain compact et smiette - 0,15 0,30 Mpa ;- terrain dur ou en masse compacte - 0,30 0,40 Mpa ;


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d) Les terrains compressibles et affouillables tels que terre vgtale, terresfluentes (vases, limons), tourbe, glaise et marne trsplastiques, constituent de trs mauvais terrains quil faut

traverser en gnral si lon veut trouver un bon sol pour desconstructions durables. Dans ce cas ils peuvent descontraintes dpassant rarement la valeur de 0,06 Mpa.

Indications retenir de ltude des conditions de tassement des solsa) Dans les terrains argileux cohrents, ce tassement dit de consolidation,

rsulte de lexpulsion de lair et de leau inclus dans la couche intresse,et cela sous les charges de louvrage. Le phnomne plus ou moins lentvarie avec nombreux paramtres : composition de largile, sa compacit, saplasticit, la forme et les dimensions en plan de la fondation et aussi lescaractristiques des sols sous-jacents et latraux.

b) Dans les terrains non cohrents (par exemple sable et graviersrelativement secs) lquilibre d sol se produit assez rapidement au fur et mesure de la construction de louvrage, mais le tassement est fonction delpaisseur de la couche et aussi de la forme des dimensions de lafondation.

c) En pratique de faibles tassements, de lordre de 5 30 mm ne sont pasdangereux lorsquils sont progressifs et rguliers. Le tassement prvu,calcul, ne doit en aucun cas mettre en cause la stabilit de la construction.

Comme se rpartissent les pressions dans le sol- La charge applique sur le sol dassise par la fondation cre des

contraintes non seulement sur la surface de contact mais lintrieur descouches infrieures.

- La rpartition de ces efforts varie selon le degr de cohsion etdhomognit du terrain et aussi avec la forme et les dimensions dumassif de fondation.

- La rpartition des pressions dans un plan horizontal situ uneprofondeur (h) de la surface dassise est comme sur le schma :


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- Dans ce cas la courbe des efforts pouse la forme dune cloche, et desformules complexes qui sont donnes par Boussinesq et Frlich,permettant de dterminer les contraintes aux diffrents points du plan

considr.- Dans le plan vertical, Boussinesq a traduit cette rpartition des pressions

en courbes dgales pressions dlimitant des bulbes de terrain, dallurestrs variables selon la forme de la fondation et ses dimensions :


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I. 3. ESSAIS DES SOLS IN SITU

Dfinition : les essais des sols in situ sont essais de chargement qui ont

pour but de dterminer sur place la courbe des dformations enfonctions des charges. Ils tendent reproduire, autant que fairese peut, les conditions de travail relles du sol sous unefondation superficielle.

I. 3. A. Lessai la table

Cet essai nest pratiquement plus utilis car il a linconvnient dtre long, etncessite un dispositif encombrant.

Cet essai est pratiqu sur un sol dassise de fondation et le chargement estconduit si possible jusqu rupture du terrain par poinonnement et permet enprincipe de calculer la contrainte limite et le taux de travail admissible .

Malgr, les rsultats obtenu nont souvent pas de signification valable dans lecas o les couches portantes comporteraient une couche sous-jacentecompressible qui ne sera pas intersecte par la courbe de rpartition despressions.


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I. 3. B. Lessai la plaque (ou la vrin)

Cet essai est pratiqu en technique routire, lorsquil sagit seulement de dfinir

la dformabilit de lassise. Les charges mises en uvre sont plus rduites quepour lessai la table et alors cet essai est plus lger, plus rapide et plusconomique.

La plaque en contact avec le terrain est surmonte dun ft rigide, de diamtreinfrieur ou gal celui de la plaque.

La mise en charge peut tre obtenue soit directement par un plateau dechargement, soit indirectement par lintermdiaire dun vrin et dun appui quifournit la raction.

Pour un lautre type dessai au vrin, on peut appliquer sur les paroislatrales dune tranche, dun puits ou dune galerie, en interposant des plateauxde surfaces appropries qui sappuient sur le terrain aplani au pralable, et aubesoin dresser par un gobetis de ciment.

On fait agir progressivement le vrin en maintenant chaque charge constantependant une mme dure (1 ou 2 heures) et on note lenfoncement du piston enfonction des charges ce qui permet de tracer un graphique.

Mais on ne peut associer avec certitude les dformations horizontales auxcontraintes admissibles verticalement, moins quil ne sagisse de sols rocheuxnon fissurs.


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On peut galement appliquer le vrin directement sur le fond de fouille enutilisant soit une poutre de raction ancre dans les parois, soit une tablecomportant une charge de raction, soit mme un camion comme point dappui

comme sur la figure suivante :

On parvient ainsi dterminer soit la valeur de surcharge ncessaire pourprovoquer un tassement convenu (par exemple 10 cm), soit la charge critiquedont le dpassement cre un tassement continu irrversible.

Avec lextensomtre cordes vibrantes on peut aussi dterminer lescontraintes sollicitant une paroi de galerie, de tranche ou de puits.

Dans ce cas on dispose en croix une srie dextensomtres dans la paroi dela couche intresse. On pratique une saigne tour autour (ou seulement au-dessus selon le but vis) ce qui dcomprime la roche garnie dextensomtre etentrane lallongement des cordes vibrantes.


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On scelle bain de mortier un ou plusieurs vrins plats dans la saigne et onle met en pression jusqu annuler les dformations des extensomtres.On obtient ainsi la pression qui rgnait dans le terrain, selon les directions

dsires. Il faut prciser quil existe aujourdhui une multitude de modles decapteurs de pression corde vibrante.

On peut reprsenter ce type dessai comme sur la figure suivante :

I. 3. C. Lessai au scissomtre (ou vanne-test)

Cet essai sutilise depuis 1948 en Sude et Allemagne seulement pour leterrain trs mou, dans les argiles molles par exemple.

Cet essai consiste mesurer avec cet appareil le couple de torsion, laprofondeur demande, provoquant la rupture du sol. On admet aussi que la force portante du sol correspondant est

approximativement gale deux ou trois fois la valeur de cette cohsion.

Cet essai est rapide et il est valable pour des sols saturs deau, mous. Un scissomtre comporte une tige de torsion munie sa base de 4 pales deforme diverses (rectangle, ovode, cercle, secteur circulaire, trapze, etc.) quicisaillent un cylindre de terrain (avec un diamtre au tour de 10 cm)permettant ainsi la mesure de la cohsion in situ des argiles molles satures,en valuant le moment ncessaire pour provoquer la rotation de la sonde.

On peut reprsenter un scissomtre comme sur la figure suivante :


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Lessai avec le rhotest est plus pratique que celui avec le scissomtre car ilpermet de mesurer la contrainte de cisaillement du sol (comme le scissomtre) et lacomposante normale de la contrainte le long de la surface de cisaillement. Dans cecas lappareil est compos dun tube creux de 8 10 cm de diamtre extrieur et de80 cm longueur. A la partie infrieure, on retrouve des ailettes parallles au tube sur20 30 cm de long ; entre le tube et les ailettes une membrane cylindrique decaoutchouc arm que lon gonfle pour appliquer au sol que lon cisaille par rotationdu tube, permet de mesurer la pression latrale.


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I. 3. D. Lessai pressiomtrique (ou le pressiomtre Mnard)

Cet essai consiste mettre en charge latralement le terrain par

lintermdiaire dune sonde descendante dans un avant-trou de mme diamtre.Cette sonde est dilatable par application dune pression interne croissante. Ondtermine les dformations correspondantes en mesurant la variation de volumede la cellule centrale.La dilatation de la cellule est obtenue par injection deau sous pression dansune cellule de mesure en caoutchouc intercale entre deux cellules de garde demme diamtre, remplies dair, de manire assurer une rpartition sensiblementuniforme des contraintes et des dformations au droit de la cellule de mesure. La sonde a un diamtre de 6 cm et la pression est applique suivant uneprogression arithmtique, par paliers.

Cet appareil ne permet pas de mesurer de manire continue les variations dersistance du sol et alors les couches molles, trs minces (50 60 cm paisseur)risquent de ne pas tre dtectes.

Linterprtation des rsultats est assez dlicate, mais cet essai permet jusqula fin de calculer des fondations superficielles et profondes, ainsi que des petitstassements.


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I. 3. E. Lessai de pntration dynamique

Cet essai consiste tout simplement enfoncer par battage un pieu de toutes

petites dimensions. Comme le frottement latral introduit une variable dont il estdifficile de tenir compte et de ce point de vue lappareil Couard est le meilleur utiliser, parce que dans ce cas le frottement latral est rduit sa plus simpleexpression grce lemploi de manchons olive, dun diamtre gal celui de lapointe et reliant les diffrents lments du train de tiges.

Un lautre type dappareil utilis pour cet essai est le pntromtre dynamiquelger manuel, et consiste battre une tige mtallique de dimensions variable(1 3 m longueur et 3 5 cm diamtre) ou des lments superposs de 1 mpar exemple.

Dans ce cas on peut ainsi atteindre les couches profondes de 10 15 m, sousrserve de ne pas avoir traverser des couches plus dures.

Lnergie de battages (poids de mouton X hauteur de chute) doit tresuprieure 1200 joules.

Les rsultats obtenus peuvent tre faux par certains facteurs :- reflux du sol autour de la pointe et dcompression au-dessus de celle-ci ;- dans les sols immergs et peu permables, une partie de lnergie de

battage se transmet leau interstitielle ;


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- le frottement latral autour de la tige sajoute la rsistance la pointe etil est difficile de sparer ces deux facteurs ;

En pratiquant des mesures tous les 50 cm, on peut tracer la courbe

denfoncement, qui montre par exemple qu des enfoncements rguliers,correspond une couche de rsistance constante.

Un ce type de pntromtre est figur sur le schma suivant :


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. 3. F. Lessai de pntration statique

Dans ce cas lenfoncement lent de la tige ( une vitess e de 10 60 cm/min)

seffectue laide dun vrin et la conception de lappareil permet de mesurersparment la rsistance la pointe et le frottement latral.


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Cet appareil a t imagin par les Hollandais en 1932 et permet de raliser desessais de poinonnement du sol en place, de mesurer sparment et de manirecontinue (tous 25 cm par exemple) la raction du sol sous pointe (cest--dire

leffort de pointe qui provoque le poinonnement du terrain) et le frottement latral(ou la pousse du sol sur les parois du tubage) en enregistrant leffort totaldenfoncement de lensemble de lappareil (tous les mtres par exemple).

Les appareils existant sont trs nombreux et se diffrencient surtout par le faitque :

- la pointe est mobile ou fixe par rapport au ft ;- la raction sous la pointe est transmise soit par procd hydraul ique ou

lectrique, soit par le train des tiges coulissantes :

- lensemble de lappareillage est plus ou moins encombrant, etc.


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En dfinitive, le pntromtre permet de dterminer rapidement le niveau optimalconvenant tel mode de fondation, en relation avec la force portante respectivedes couches traverses quil aura identifies.

I. 3. G. Lessai de pntration normalis (SPT)

Cet essai a t tabli par lingnieur viennoise Terzaghi en 1925 et consiste enfoncer par battage le carottier de prlvement dchantillons intacts utilis cette poque. Aprs avoir enfonc ce carottier de 15 cm, on compte le nombre decoups dun mouton de 63.5 kg (140 livres en mesures anglaise) tombant dunehauteur de 76 cm (30 pouces), pour un enfoncement supplmentaire de 30 cm etce chiffre caractrise le sol.

Il est certain que cette mesure est relie langle de frottement interne des solspulvrulents, mais par suite de lapparition des pressions interstitielles lorsquelessai se fait dans les sols peu permables, sa corrlation avec lescaractristiques des sols cohrents est loin dtre nette.

I. 3. H. Lessai de permabilit

Pratiquement seules des mesures de permabilit bien faites en situ permettentpar comparaison avec les mesures de laboratoire, excutes sur chantillonsintacts, de prciser lhtrognit du sol.

Dans le cas dargiles est trs s imple, parce que si elle est homogne, leurpermabilit est si faible quaucune mesure en situ nest possible.

Par contre, si un tel essai donne des rsultats, cest bien que la couche soitfissure, soit quelle comporte des horizons de sable fin, mme trs peu pais.

Dans ces ceux cas des pizomtres peuvent montrer quune nappe aquifre niveau libre bien dtermin baigne un massif a priori pratiquement tanche.

Les massifs alluvionnaires de sable et gravier sont dans la majorit des casconstitus par une superposition de couches gros et petits lments.

Par rapport la cause que la permabilit est proportionnelle environ le carrde la diamtre des grains, une couche dont les grains sont par exemple trois foisplus gros que les grains de la couche voisine, a une permabilit environ 10 foisplus forte.

Il rsulte que pour lcoulement des eaux la couche petits grains se comportecomme une couche tanche.

Cette constatation est extrmement importante car la forme des lignes de courantet quipotentiels de lcoulement est totalement diffrente en milieu stratifi et lesdbits aussi mme.

Des essais deau ponctuels type Lefranc prcisent plus mieux lhtrognit queles essais prcdents.


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I. 3. I. Lessai deau ponctuelle type Lefranc

Cet essai consiste raliser une poche de forme plus ou moins bien connue, la

base dune colonne tanche :

Un pompage ou une injection de leau dans le tube provoque une dnivellation (h)

du niveau. Alors avec une relation de la forme suivante :Q = C x K x h; o :

Q est le dbit de leau,Cest un coefficient dpendant de la forme de la cavit,K est la permabilit cherche,

Cette mthode ne donne des rsultats satisfaisants que si la poche estrelativement petite par rapport lpaisseur de la couche o elle se trouve.


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Cet essai mme sil est simple est en ralit dune ralisation trs dlicate. Onrisque en effet un colmatage des parois de la poche quand on injecte de leau, oulamorce dun renard et une remonte de sable dans la colonne quand on pompe,

comme sur la figure ci-dessus. Ltude des massifs alluvionnaires trs pais (plusieurs dizaines des mtres par

exemple) peut conduire par raison dconomie mettre en uvre un dispositifinspir des puits filtrants et interprts suivant la mthode Lefranc, comme sur lafigure suivante :

- Dans ce cas au lieu de passer par lintermdiaire dun dbit pour avoir lapermabilit, on peut mesurer directement la vitesse de lcoulement.


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I. 4. ESSAIS DES SOLS IN LABORATOIRE

Dfinition : les essais des sols in laboratoire, sont des essais qui

ncessite des outils ou des conditions spciales pour treeffectues, et alors leur excution in situ nest pas possibleou ne donne des rsultats errons.

Les principaux essais des sols qui sont faites en laboratoire sont les suivantes :a) Mesure de poids spcifique apparent des grains solides ;b) Mesure de la teneur en eau naturelle ;c) Calcul du poids spcifique apparent sec ;d) Mesure du poids spcifique apparent des grains solides ;e) Calcul de la teneur en eau de saturation ;f) Calcul de lindice des vides ;g) Dtermination des limites dAtterberg ;h) Calcul de lindice de plasticit ;i) Calcul de lindice de consistance ;j) Analyse granulomtrique ;k) Mesure de la rsistance au cisaillement (lessai Casagrande);l) Dtermination de langle de frottement intrieur ;m) Lessai lodomtre (de Terzaghi) pour permabilit et

compressibilit ;n) Essai de compression simple (CBR) ;o) Lessai Proctor ; etc.

Tous ces types des essais sont traits plus dtaill dans la partie de travauxpratiques o ils sont dcries par rapport aux suivantes points de vue :

- leur but et leur importance pour lactivit dun chantier ;- prparation de lchantillon ;- le principe de lessai ;- matriel utilis ;- processus dessai ;- rsultats des essais ;- feuilles de calculs ;- interprtation des rsultats ;

- abaques et tableaux des valeurs normalises ;

Ces essais en laboratoire sont ncessaires parce que les mthodes dereconnaissance des sols et des essais in situ qui sont effectues jusquemaintenant de donne des informations ce qui concerne la succession descouches des sols en profondeur, leur paisseur, leur disposition danslemplacement btir mais trs peu ce qui concerne les caractristiquesphysiques, chimiques et mcaniques de chaque types de sols.

Ces derniers sont importants pour choisir le type de fondations adopt, leursurface, leur profondeur en sol, la technologie de mise en uvre, etc.


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MODULE N 12:

REALISATION DES ESSAIS EN LABORATOIRE

ET IN SITU DES SOLS

II. GUIDE DES TRAVAUX PRATIQUES


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II.1. Travaux Pratique n 1 : PRELEVEMENT DECHANTILLONS

1. 1. Objectif vis : prlever sur le chantier, la carrire ou dans situ, des

quantits rduites de matriaux pour les essais, maisqui doivent reprsentent rellement les caractristiquesde lensemble du matriau dans lequel on fait leprlvement.

1. 2. Dure du TP : 4 heures ;

1. 3. Matriel par quipe :

a) Equipement :

- chantillonneur de sable ;- appareil de prlvement ;- carottier pour terres ;- bacs mtalliques de prlvement ;

b) Matire duvre :- sables ;- granulats ;- sols in situ ;

1. 4. Description du TP :

Les essais que lon fait en laboratoire portent ncessairement sur desquantits rduites des matriaux, qui sappellent chantillons, mais quidoivent tre reprsentatif pour toute la quantit de matriau qui on veutlemploye.

Ce prlvement dchantillons se fait en deux temps :a) prlever sur le chantier, la carrire ou in situ dune quantit de

matriaux nettement plus grande que celle qui serra utilise pourlessai proprement dit, quantit qui sera emporte au laboratoire ;

b) Au laboratoire, prlever dans la quantit reue la fraction qui

correspond lessai faire (par exemple : 5 kg de gravillon pour uneanalyse granulomtrique, 120 g de sable pour un essai dquivalentde sable, etc.)

Chacun de ces deux chantillonnages doit donner un prlvement aussireprsentatif que possible de lensemble, et dans ce point de vue, lepremier est beaucoup plus embarrassant que le second.

1. 5. Droulement du TP :

a) Prlvement in situ des chantillons


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Tas de sable dhabitude un tas de sable nest pas homogne, et alors on enprendra de prfrence une partie au bas du tas, une partie enhaut et 3 parties lintrieur du tas, laide dun appareil

comme sur la figure suivante :

Pour faire le prlvement, aprs lenfoncement dappareil dansle tas de sable on doit fait une rotation pour dcoupe unecarotte et puis toutes ces diverses fractions seront mlangesavec soin dans le bac de prlvement.

Tas de gravier le problme est analogue, mais lhtrognit est moindreet lemploi du tube prlvement est difficile. Alors dans cecas on se conte de prenne une partie au bas, une partie enhaut et une partie mi-hauteur du tas.

Echantillon de terre pour faire ce prlvement on doit utiliser dispositifs de

carottage comme sur le schma suivant :


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Ces dispositifs sont placs la bute dune tige pour pouvoirtre actionnes en rotation comme sur la figure suivante :

b) Echantillonnage en laboratoire

Il est dj tabli que in situ on doit prlever une quantit plus grande (Q) dematriau et en laboratoire lessai doit tre fait sur une quantit plus faible (q).

Pour sparer cette quantit (q) plus reprsentative pour (Q), on peut utiliserdeux procds assez satisfaisants :

- par quartage,- laide de lchantillonneur,

Premire fois on doit prparer lchantillon :- sil sagit dun chantillon trop mouill il faut scher partiellement, mais une

temprature pas trs leve, et on doit respecter les suivantes rgles :Ne pas scher lalcool,Le mieux est le schage lair, mais cest long ;Sil faut chauffer, il est ncessaire un thermostat pour ne pas dpasser

60C pour argile et 100C pour un corps non argileux ;- sil sagit dun chantillon trop sec, il conduira une perte dlments fins etalors il faut lhumecter ;

- il fait aussi briser les ventuelles mottes ou simili cailloux, mais avec attentionpour ne pas briser les lments qui les composent ;

La mthode de sparation par quartage

Comme lindique le nome, on doit diviser lchantillon en quarts.


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- Pour a on doit placer lchantillon bien homognis dans un bacmtallique bords peu levs et ltaler sur une surface plane.

- A laide dune truelle on partage dabord en deux moitis (1) et aprs a

en 4 quarts (2) sensiblement gaux.- On doit liminer les fractions A et D et runir les fractions opposes B et C

et on a ainsi la moiti de lchantillon primitif.- Si cette quantit (1/2) est encore trop importante, on doit suivi les mme

processus, do un chantillon reprsentatif gal au de la quantitprimitive, et ainsi de suite.

- On peut illustrer cette mthode comme sur la figure suivante :

La mthode de sparation par lemploi dchantillonneurDans ce cas on utilise un dispositif avec plusieurs cloisons transversales qui

constituent dentonnoirs, dirigs alternativement dun ct lautre. Le matriau tudier est vers sur lchantillonneur laide dune pelle

spciale et recueillie dans deux petits bacs.

Chaque moiti reprsentative de lensemble, peut tre encore partage endeux, puis encore en deux, etc.

On peut illustrer cette mthode avec la figure suivante :


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II.2. Travaux Pratique n 2 : MASSE VOLUMIQUE APPARENTE EN PLACE

2. 1. Objectif vis : la dtermination de la masse volumique apparente dun sol

en place, qui reprsente la masse de lunit de volumeconstitu par la matire du corps et les vides qu'ellecontient. Cet essai est rglement par la norme franaise :NF P 94 061 2.

2. 2. Dure du TP :4 heures ;

2. 3. Matriel ncessaire :

a) Equipement :

- un densitomtre membrane comme sur la figure suivante :

- balance prcise au 1/1000 de la masse pese ;- une plaque de base suffisamment rigide pour supporter sans dformation

le poids de loprateur ; cette plaque est perce en son centre dun orificemuni dune collerette destine recevoir lembase du corps dappareil ;

- une plaque de transport pour la protection de la membrane ;- quatre piquets dancrage au moins (des valets) ;- matriel de creusement (pelle, piochons, burin, couteau, marteau, etc.) ;- matriel de prlvement (sacs, main cope, feuille plastique, pinceau) ;


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2. 4. Description du TP :

Lessai consiste creuser une cavit, recueillir et peser la totalit du matriau

extrait, puis mesurer le volume de la cavit laide dun densitomtre membrane.

Lappareil est dot dun piston qui sous laction de loprateur, refoule unvolume deau dans une membrane souple, tanche, qui pouse la forme de lacavit.

Une tige gradue permet de lire directement le volume.

Le principe de lessai peut tre illustr sur la figure suivante :

2. 5. Droulement du TP :

a) Prparation de lappareil contient les suivantes oprations :- fixer la membrane sur lembase du cylindre ;- rempli r lappareil deau et sassurer quaucune bulle dair ne subsiste dans

le cylindre ;- purger ventuellement selon le mode opratoire prescrit par le

constructeur ;- vrifier ltanchit du dispositi

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