Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

INTRODUCTION La mécanique des sols est une discipline scientifique qui a pour v

INTRODUCTION La mécanique des sols est une discipline scientifique qui a pour vocation l'étude et la description des comportements du matériau "sol" lorsque celui-ci est soumis à des sollicitations mécaniques, qu'elles soient naturelles ou induites par l'homme. La connaissance de ces comportements est nécessaire à l'estimation prévisionnelle de la stabilité des constructions, des remblais, des déblais ou encore des ouvrages qui modifieraient le déplacement de l'eau dans le sol. La connaissance précise des caractéristiques mécaniques du sol sont indispensables à la conception des fondations de tout bâtiment ou ouvrage d'art. La mission du "mécanicien des sols" devrait donc chronologiquement être la première devant être accomplie dans le cadre de la conception d'un projet de construction. Son activité est en relation directe avec celle du bureau d'étude qui concevra la structure du projet. La mécanique des sols rejoint la résistance des matériaux et la mécanique des milieux continus, elle manipule donc des notions mathématiques parfois complexe issues de la modélisation formelle d'une part mais également des formulations d'origine empirique élaborées à partir d'observations expérimentales. CHAPITRE 1 DÉFINITIONS ET NOTIONS DE BASE Le sol L'introduction ci-avant évoque le "matériau sol", en effet, dans le cadre de cette discipline, le terme "sol" ne désigne plus, comme en langage courant, la surface sur laquelle nous circulons, mais bien le matériau qui la constitue, ainsi que les couches sous jacentes. On dira donc "du sol" comme on dit "du béton". Le sol désigne donc tous les matériaux rencontrés en place à l'exception des roches. Constitution d'un sol. Un sol est un mélange à trois phases. • Une phase solide : les grains de sol; la plupart du temps de nature minérale et provenant de la désagrégation des roches de l'écorce terrestre par l'action physico- chimique des agents atmosphériques, l'érosion fluviatile ou marine. Cette phase solide peut parfois contenir des débris végétaux (ou même animaux) en quantités diverses, ces sols sont alors dits organiques. • Une phase gazeuse : les espaces qui existent entre les grains constitutifs du sol sont occupés par de l'air, lorsque le sol est sec, souvent d'avantage chargé en CO2 que l'air atmosphérique. • Une phase liquide : le plus souvent constituée d'eau (sauf pollution), dont la composition chimique peut être fortement influencée par les sols qu'elle a traversé. L'eau joue un role majeur dans les caractéristiques mécaniques des sols. Un sol est dit saturé lorsque la totalité des vides intergranulaires sont occupés par de l'eau. Cette description est quantifiable. Pour cela, on définit un ensemble de paramètres qui peuvent être aisément déduits de la représentation symbolique ci-après: Fig.1 N.B. Attention, la phase solide représentée à la figure ci-dessus matérialise le volume réel occupé par les grains de sol, il faut donc se représenter Vs comme entièrement rempli de matériaux, sans vides, comme si l'on avait fondu les grains en une masse continue. Les différentes grandeurs représentées à la figure 1 ont les significations suivantes (notations conventionnelles) : Ws : poids des grains solides Ww : poids de l'eau Wa : poids de l'air = 0 Vs : volume des grains solides (att. remarque ci-dessus). Vv : volume de vide (entre les grains) Vw : volume de l'eau Va : volume de l'air V : Volume total. On a évidemment : W=Ws+Ww Vv=Va+Vw V=Vs+Vv=Vs+Va+Vw On définit ensuite les différends poids volumiques ( γ : lettre grecque gamma): Poids volumique total : = W V Poids volumique des grains solides: s= Ws Vs Poids volumique du sol sec (dry) : d= Ws V Poids volumique de l'eau : w= WW VW =10kN/m³ Porosité et indice de vide. La porosité n est le rapport du volume de vides au volume total: n= Vv V L'indice des vides e est le rapport du volume des vides au volume des grains solides: e= Vv Vs Exercice : e et n sont univoquement liés, écrivez les relations mathématiques qui les lient. air eau solide W Wa=0 Ww Ws Va Vw Vs Vv V Teneur en eau et degré de saturation. La teneur en eau ω d'un sol est définie comme le rapport du poids de l'eau au poids des grains solides : = Ww Ws Le degré de saturation Sr est le rapport du volume d'eau au volume des vides, il indique dans quelle proportion les vides sont remplis par de l'eau : Sr= Vw Vv La teneur en eau et l'indice de vides peuvent être exprimés en %, il faut alors multiplier leurs valeurs par 100. Exercice : un sol dont la totalité des vides intergranulaires sont occupés par de l'eau est dit "saturé", son degré de saturation vaut alors___, ou encore _______%. Relations entre les paramètres. Degré de saturation : Sr=Sr⋅w w ⋅1/Ws 1/ Ws = Vw Vv ⋅w w⋅1/Ws 1/Ws donc, Sr= Ww Wwsat ⋅ 1/Ws 1/Ws = Ww /Ws Wwsat/Ws il vient finalement, Sr=  sat Wwsat et ωsat désignant respectivement poids de l'eau à saturation et teneur en eau à saturation. Teneur en eau : sat= Wwsat Ws = Vv⋅w Vs⋅s =e ⋅ w s comme Sr=  sat , alors =Sr⋅e⋅ w s Les différents poids volumiques pouvant caractériser un sol en place. Sec : d= Ws V = Ws⋅Vs V⋅Vs =s⋅ Vs V =s⋅ V−Vs V =s⋅1−n Humide : h= W V = W⋅Ws V⋅Ws =d ⋅W Ws =d⋅ WwWs Ws =d⋅1 Saturé : sat=W V = WsWw V =d Ww V =d Vv⋅w V =dn⋅w Immergé : imm= W−V⋅w V =W V −w=sat−w La constitution minérale des sols détermine évidemment la valeur de γs. Cette valeur varie dans des limites assez proches car les minéraux constitutifs des sols courants sont eux-mêmes caractérisés par des poids spécifiques relativement proches. On pourra dans la plupart des cas poser l'hypothèse γs=26,5 kN/m³ Mesures en laboratoire. Teneur en eau ω Un échantillon de 30 à 50g (pour les limons ou les argiles) ou de 1 à 3 kg est pesé (W), il est ensuite étuvé à 105°C jusqu'à ce que son poids reste constant, ce qui signifie que la totalité de l'eau qu'il contenait est évaporée et il est pesé à nouveau (Wd ou Ws). La différence W-Wd=Ww donne donc les poids Ww de l'eau contenue dans l'échantillon à l'instant de la première pesée. L'expression de la teneur en eau est donc immédiate : . = W−Wd Wd Indice des vides e. Si V est le volume de l'échantillon ci-dessus, on a h= W V et d= Wd V Si l'on a γs (que l'on peut poser égal à 26,5 kN/m³), on trouve e= Vv Vs = V−Vs Vs = V− Wd s Wd s = V Wd s −1 Exercices. 1. Un sol sec a un indice des vides e=0,65 et un poids spécifique de grains solides γs=26,5 kN/m³. Déterminer son poids spécifique total. 2. Connaissant e et γs pour un sol saturé, déterminer ω et γ. 3. Donner la relation entre ω, γd, γs, et γw pour un sol saturé. 4. Déterminer le degré de saturation d'un sol connaissant W, Ws, V, γs et γw. 5. Un échantillon d'argile saturée a une masse de 1526 g, après passage à l'étuve, son poids n'est plus que de 1053 g. Le constituant solide des grains a un poids volumique de 26,5 Kn/m³. on demande la teneur en eau ω, l'indice des vides e, la porosité n, et le poids volumique humide γh. CHAPITRE 2 DESCRIPTION, STRUCTURE ET CLASSIFICATION DES SOLS. Description des grains de sol. Sols grenus et sols fins. Pour le "mécanicien des sols", les sols, supposés constitués chacun de grains minéraux identiques de même dimension peuvent être, en première approximation, qualifiés de fins ou de grenus suivant que la dimension de leurs grains est inférieure ou supérieure à 20 µm (0,02 mm). Cette classification très schématique permet de distinguer deux familles de sols du point de vue de leur description mais surtout du point de vue de leur comportement. En effet, les grains des sols grenus glissent et roulent les uns sur les autres et ne se transmettent les uns aux autres que des efforts de compression (ex : un sable). Les grains des sols fin, au contraire, peuvent exercer les uns sur les autres de véritables forces d'attraction intergranulaires, essentiellement d'origine électrostatiques. Un tel sol présentera donc une résistance à la traction, appelée cohésion. Les sols fins sont ainsi également appelés sols cohérents (ex : les argiles). Les sols rencontrés dans la réalité ne sont bien évidemment pas constitués exclusivement de particules de même dimension. On rencontrera donc un éventail de sols allant des sols purement cohérents aux sols grenus. Sols organiques. Lorsque les grains constitutifs du sol sont constitués de matière organiques, le sol est alors qualifié d'organique. Les caractéristiques mécaniques de ces sols sont le plus souvent extrêmement médiocres. Citons à titre d'exemple la tourbe, constituée de débris végétaux en décomposition (il s'agit d'une formation très récente), fréquemment rencontrée dans les plaines alluviales, éventuellement au sein de structures géologiques complexes appelées sédimentation entrecroisée, où l'on observe un entrelacs de corps lenticulaires alternativement constitués de tourbe et de sables uploads/Ingenierie_Lourd/ geotechnique-note.pdf