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UNIVERSITÉ BADJI MOKHTAR – ANNABA- FACULTÉ DES SCIENCES DE L’INGÉNIEUR DÉPARTEM

UNIVERSITÉ BADJI MOKHTAR – ANNABA- FACULTÉ DES SCIENCES DE L’INGÉNIEUR DÉPARTEMENT DE GÉNIE CIVIL Mesure des caractéristiques physiques des sols SOURCES MODES OPÉRATOIRES DU LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSSÉES sanglerat – internet 5 MESURE DES CARACTERISTIQUES PHYSIQUES D’UN SOL 1/ GENERALITES La mécanique des sols étudie les problèmes d’équilibre et de déformation des masses de terre meuble de différentes natures, soumises à l’effet d’efforts intérieurs et extérieurs. Elle permet au constructeur d’estimer la résistance d’un sol pour les besoins constructifs et, si nécessaire, d’améliorer certaines caractéristiques de cette résistance. Sous sa forme actuelle, la mécanique des sols se présente sous deux aspects nettement différents l’un de l’autre :  On peut étudier le sol en place, tel qu’il est, avec ses qualités et ses défauts, en vue de l’étude et de la réalisation rationnelle des fondations de constructions ;  On peut d’autre part, considérer le sol comme un matériau de construction destiné à réaliser des ouvrages et lui donner alors, par des manipulations et des dosages étudiés, les qualités qui lui permettront de se comporter convenablement, compte tenu de sa destination et du but poursuivi. Que le sol soit étudié sous l’un ou l’autre de ces aspects, le constructeur le considère et l’étudie de la même manière qu’il considère d’autres matériaux tels que le béton et l’acier. Tel est le but de la mécanique des sols que l’on appelle parfois aussi géotechnique. 2/ DESCRIPTION DES CARACTERISTIQUES PHYSIQUE DES SOLS En mécanique des sols, on étudie plus particulièrement les terrains meubles, qui sont constitués par des grains de matières minérales, végétales ou animales, tels que le quartz, la silice, les coquillages fossiles, l’humus, etc. L’étude des roches présente moins d’intérêt pour le constructeur car, en général, elles sont susceptibles de supporter de fortes pressions tout en se déformant peu. Seules, d’importantes constructions comme les barrages, peuvent faire appel à la mécanique des roches. On est ainsi amené à étudier des ensembles constitués par des grains laissant entre eux des interstices qui sont remplis de gaz ou de liquide. Le gaz est en général l’air et le liquide, l’eau. La masse se présente ainsi sous trois phases : solide, liquide et gazeuse. En un point quelconque, chaque phase se trouve dans un état d’équilibre particulier. On appelle terre, l’ensemble des ces trois phases. Ses propriétés ne dépendent pas seulement de la phase solide ; elles sont fortement influencées par la présence et la nature des fluides liquides et gazeux. On appelle sol, un massif de terre se trouvant dans un état de compacité et de structure déterminé. 2.1/ Schéma des différentes phases VOLUMES POIDS V Vv Va PHASE GAZEUSE AIR Pa M P Ps Pe Pa V Vs Ve Va Vv POIDS DES DIFFERENTES PHASES : Poids total du sol (trois phases). : Poids des grains solides. : Poids de l’eau. : Poids de l’air (négligeable). VOLUMES DES DIFFERENTES PHASES : Volume total du sol (trois phases). : Volume occupé par les grains solides. : Volume occupé par l’eau. : Volume occupé par l’air. : Volume des vides = (Va +Ve). Ve PHASE LIQUIDE EAU Pe VS PHASE SOLIDE GRAINS PS Le sol est caractérisé par les paramètres suivants : 2.2/ Paramètres dimensionnels Le poids spécifique total (ou apparent) du sol  C'est le poids l’unité de volume du sol, eau et air compris. On dit aussi poids spécifique humide. P  V Le poids spécifique des grains solides s C'est le poids l’unité de volume de grains solides. Il est de l’ordre de 2,65 g/cm3 pour les sables et on a une valeur moyenne statistique de l’ordre de 2,70 g/cm3 pour les argiles. Ps s Vs Le poids spécifique de l’eau e C'est le poids de l’unité de volume de l’eau (environ 1 g/cm3 ou t/m3). Pe e 6 Ve Le poids spécifique du sol sec d C'est le poids de l’unité de volume du sol exempt d’eau interstitielle. Ps d V Le poids spécifique déjaugé (ou immergé) du sol ' C'est le poids de l’unité de volume du sol sous une nappe d’eau, compte tenu de la poussée d’Archimède. ’e N.B./ On introduit ainsi la notion de densité par rapport à l’eau et l’on parle de densité sèche (d/e) ou densité humide (/e). Il faut savoir qu’en mécanique des sols, la terminologie courante confond assez facilement les masses, les poids et les densités. 2.3/ Paramètres sans dimensions La porosité n : C'est le rapport du volume des vides au volume total du sol. Vv n V La compacité c : C'est le rapport du volume des grains solides au volume total du sol. Vs c V L’indice des vides e : C'est le rapport du volume des vides au volume des grains solides. Vv e Vs La teneur en eau  : C'est le rapport du poids de l’eau contenue dans un certain volume de sol au poids des éléments solides compris dans le même volume. La teneur en eau est exprimée en pourcentage. Pe  x 100 Ps Le degré de saturation Sr : C'est le rapport du volume effectivement occupé par l’eau au volume des vides, exprimé en pourcentage. Pour un sol saturé : Vv = Ve et Sr = 1. Pour un sol sec : Ve = 0 et Sr = 0. Ve Sr x 100 Vv 2.4/ Relations entre les grandeurs Soit un élément de sol tel que le volume des grains solides Vs soit égal à l’unité. Le poids des grains de ce sol est par définition égal à s (Ps = sVs et Vs = 1) et le volume des vides a pour mesure la valeur de l’indice des vides (e = Vv/Vs et Vs = 1 implique e = Vv). e VIDES Pe Ce schéma permet d’établir les relations suivantes : Sr = Ve/Vv Ve = Sr Vv et comme Vv = e, on aura Ve = e.Sr Pe e.Ve e.Sr.e Ps s  = --------- = ------------ et d = ------- d = ---------- Ps s s V 1 + e Par suite, e = s (1/d - 1/s) et Sr.e (1/d - 1/s) 1 SOLIDES Ps = s Poids spécifique déjaugé : ’ = e P/V) - e - e + (Ps + Pe) : (Vs +Ve), Comme le sol est saturé : Sr = 1 donne Ve = Vv = e et Pe = e.e Ce qui donne : s -e s d 1 d ’ = ---------- ; d = --------- implique ------- = ----------- et ’ = ------ (s -e) 1 + e 1 + e s 1 + e s P (s + Pe) Ve  = ------ = --------------- et Sr = -------- Ve = Sr.Vv = e.Sr et Pe = e e.Sr V (Vs + Vv) Vv Il vient : s + e e.Sr s + e e.Sr .s   = ------------------- et (1 + e) = ---------------- ce qui donne : d = ----------------- = -------------------------- 1 + e s + e e.Sr 1 + (e e.Sr)/s  d = ---------- et  ‘ =  - e devient  ‘ = d (1 + ) - e 1 +  7 Vv Vv e Porosité : n = ---------- = ------------ = ---------- V Vv + Vs 1 + e s + e e.Sr Poids spécifique total = ------------------ = d + n.e.Sr 1 + e e AIR P=s+eeSr EAU eeSr  GRAINS s 3/ MESURE DES CARACTERISTIQUES PHYSIQUE DES SOLS 3.1/ Détermination des poids spécifiques total  et sec d 3.1.1/ Méthode de l’anneau volumétrique Cette méthode est utilisée soit en laboratoire soit in situ. Le prélèvement s’effectue à l’aide d’un anneau volumétrique (ou carottier) dont les dimensions et les formes sont étudiées de manière à modifier le sol aussi faiblement que possible. Description des carottiers de mesure : destinés à la mesure rapide des poids spécifique du sol à éléments fins, in situ ou sur des prélèvements intacts, ils sont enfoncés dans le sol par frappe au maillet sur la tête amovible. Deux trous percés dans la tête permettent à l’air de sortir et servent à observer le remplissage. Le diamètre du tube est sensiblement égal à la hauteur pour chacun des modèles de telle manière que le volume soit un nombre exact pour faciliter les calcules. Connaissant le volume intérieur V du carottier et sont poids à vide T, la seule pesée du carottier plein de sol et correctement arasé P1 permet de déterminer le poids spécifique total (ou apparent) du sol : P1 - T  = ----------- V La pesée de l’échantillon après séchage à l’étuve donne son poids sec Ps et l’on obtient ainsi : Ps d = ------- V Dans le cas des sols cohérents, on peut découper un bloc de sol de poids P et en déterminer le volume V par immersion dans un liquide de ce bloc recouvert d’un mince film de paraffine. La même technique est employée pour les éléments rocheux ( = P/V). 3.1.2/ Méthode au densitomètre Cette méthode, uploads/Ingenierie_Lourd/ caracteristiques-physiques 1 .pdf