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Université Hassiba Benbouali de Chlef Faculté de Génie Civil et d’Architecture

Université Hassiba Benbouali de Chlef Faculté de Génie Civil et d’Architecture Département de Génie Civil Filière : Niveau : TP : Génie Civil 1ème année M. Géot. Essais Géotechniques 1 Dr. FLITTI A. Page | 1 TP 3 : Analyse granulométrique des sols Méthode par sédimentation (NF P 94-057) 3.1 Objectif L’objectif de ce TP est de déterminer la distribution pondérale de la taille des particules fines d’un sol passant à travers le tamis de 80 µm. L’analyse granulométrique par sédimentation complète l’analyse granulométrique par tamisage d’un sol (NF P 94-056). 3.2 Principe de l’essai Lors de la décantation de grains solides en suspension dans l’eau, les grains les plus gros chutent plus rapidement que les plus petits. La vitesse de sédimentation des grains est directement liée à leur diamètre D (loi de Stockes). Par convention, la loi de Stockes est appliquée aux éléments d’un sol pour déterminer des diamètres équivalents de particules. 3.3 Équipement nécessaire - Une balance, un tamis à maille carrée de 80 µm d’ouverture, un bac, une étuve, - Un mortier avec pilon muni d’une extrémité en caoutchouc, - Un agitateur mécanique avec son récipient (sa vitesse peut atteindre 10000 tr/min), - Un défloculant (une solution à 5 % d’hexamétaphosphate de sodium préparée et conservée à l’abri de la lumière depuis moins d’un mois), - Deux éprouvettes cylindriques en verre transparent, graduées, d’une contenance minimale de 2500 cm3 et de diamètre intérieur de 85 mm ± 5mm, - Eau distillée ou déminéralisée, - Un agitateur manuel, - Un densimètre, il doit être de forme torpille (voir fig. 3.1), - Deux thermomètres, - Un chronomètre. 3.4 Mode opératoire Les opérations décrites ci-dessous sont successivement à réaliser dans une salle d’essai dont la température doit être contrôlée : 3.4.1 Préparation de la prise d’essai - Le tamisat, au tamis de 80 µm, de l’échantillon de sol, est recueilli avec son eau de lavage dans un bac. Le tout est mis à décanter. Une fois redevenue claire, l’eau du bac est siphonnée avec précaution sans entraîner d’éléments fins. - Le bac et son contenu sont ensuite placés dans une étuve jusqu’à séchage à poids constant. Après le séchage, désagréger le tamisat avec le pilon dans le mortier, puis l’homogénéiser. Ensuite, prélever une prise d’essai de 80 g ± 10 g. - Introduire la prise d’essai dans le récipient utilisé avec l’agitateur mécanique, puis ajouter 500 cm3 d’un mélange constitué de 440 cm3 d’eau distillée ou déminéralisée et 60 cm3 d’une solution à 5 % d’hexamétaphosphate de sodium. Laisser imbiber pendant au moins 15 h à la température ambiante. - La prise d’essai est dispersée dans la solution d’eau et de défloculant au moyen de l’agitateur mécanique qui doit fonctionner pendant au moins 3 min à 10000 tr/min. 3.4.2 Exécution de l’essai A. Démarrage de l’essai - Verser la suspension dispersée dans une éprouvette d’essai immédiatement après la fin de l’agitation mécanique. - Rincer le récipient ainsi que l’arbre et les palettes de l’agitateur avec de l’eau distillée ou déminéralisée. Le liquide de rinçage est recueilli dans l’éprouvette afin d’éviter de perdre une partie de l’échantillon de sol lors du transfert. - Compléter par de l’eau distillée ou déminéralisée à la température ambiante jusqu’à 2000 cm3. - Verser 2000 cm3 de la même eau distillée ou déminéralisée dans une seconde éprouvette témoin et y plonger le thermomètre et le densimètre parfaitement propres. - Agiter vigoureusement verticalement la suspension au moyen de l’agitateur manuel pour obtenir une concentration uniforme sur toute la hauteur de l’éprouvette. - Retirer l’agitateur manuel et déclencher au même moment le chronomètre : par convention il s’agit du début de l’essai. - Plonger le densimètre avec précaution dans la suspension immédiatement après le déclenchement du chronomètre. B. Exécution des mesures : - Effectuer les lectures depuis le début de l’essai aussi longtemps que nécessaire, aux temps suivants : 30 s, 1, 2, 5, 10, 20, 40, 80, 240, 1440 min. A chaque lecture, noter la densité de la solution à 0,0001 près et la température de l’eau se trouvant dans l’éprouvette témoin à 0,1 °C près. - Toutes les lectures du densimètre doivent être faites au sommet du ménisque (voir fig. 3.2). - Exécuter les trois premières lectures (0,5, 1 et 2 min) sans retirer le densimètre de la solution. - À partir de la troisième lecture (t = 2 min), retirer le densimètre de la solution après chaque mesure, le nettoyer puis le plonger dans l’éprouvette d’eau distillée ou déminéralisée. - À partir de la quatrième lecture (t = 5 min), plonger le densimètre avec précaution dans la solution au minimum 30 s avant la mesure. 3.5 Expression des résultats Pour chaque mesure, le pourcentage pondéral d’éléments inférieurs ou égaux à D contenus dans la suspension et le diamètre équivalent D des plus grosses particules non sédimentées sont déterminés comme suit : 3.5.1 Calcul du pourcentage d’éléments inférieurs ou égaux à D A l’instant t, le pourcentage d’éléments inférieurs ou égaux à D contenus dans la suspension, par rapport à la masse de la prise d’essai à l’état sec, est calculé selon la formule suivante : Vs p = × m ρs ρs − ρw ρt × ρw × [ w − 1] Où : p est le pourcentage des particules de diamètre inférieur ou égal à D ; Vs est le volume de la suspension ; m est la masse de sol sec prélevée sur le tamisat à 80 µm ; ρs est la masse volumique des grains solides; ρw est la masse volumique de l’eau distillée ou déminéralisée à la température d’essai ; ρt est la masse volumique de la suspension à l’instant t : ρt = Rc × ρw = (R + Ct + Cm + Cd) ρw Où : Rc est la lecture corrigée du densimètre à l’instant t ; R est la lecture du densimètre, au sommet du ménisque, à l’instant t ; Ct est la correction due aux variations de température en cours d’essai ; Cm est la correction due au ménisque ; Cd est la correction due au défloculant ; 3.5.2 Calcul du diamètre équivalent D Le diamètre équivalent D des plus grosses particules non sédimentées à l’instant t est calculé comme suit : 1 D = [ × g 18 η ρs − ρw Ht 0,5 × ] t Où : D est le diamètre équivalent des particules ; g est l’accélération de la pesanteur ; t est le temps écoulé depuis le début de l’essai. ρw est la masse volumique de l’eau distillée à la température d’essai θ. Conventionnellement : ρw = 999 kg/m3 lorsque : 12 °C ≤ θ ≤ 18 °C ; ρw = 998 kg/m3 lorsque : 18 °C < θ < 24 °C ; ρw = 997 kg/m3 lorsque : 24 °C ≤ θ < 30 °C. ρ η est la viscosité dynamique de la solution à l’instant t : 0,00179 η = 1 + α θ + β θ2 Figure 3.1 : Densimètre torpille. Figure 3.2 : Lecture du densimètre. Figure 3.3 : Caractéristiques géométriques du densimètre. Où : θ est la température (en °C) de l’éprouvette témoin à l’instant t ; α= 0,03368 ; β= 0,00022. Ht est la profondeur effective du centre de poussée du densimètre à l’instant t : Ht = H − 100 × H1 × (R + Cm − 1) − Hc Où : R est la lecture du densimètre (sommet du ménisque) à l’instant t ; H1 est la distance séparant la graduation 1,0000 de la graduation 1,0100 ; - H est la distance séparant le milieu du bulbe du densimètre de la graduation 1,0000 : H = H0 + 0,5 x h1 Remarque : H0, H1 et h1 étant des caractéristiques géométriques du densimètre obtenues lors d’étalonnage de l’appareillage (voir fig. 3.3). - Hc est le déplacement du niveau de la solution lié à l’introduction du densimètre dans l’éprouvette d’essai : o Pour les trois premières lectures : Hc = 0, o A partir de la quatrième lecture : Hc = 0,5 (Vd / A). où : A est l’aire de la section droite de l’éprouvette d’essai ; Vd est le volume du bulbe du densimètre. 3.6 Travail demandé 1. Effectuer une analyse granulométrique, par sédimentation, d’un sol fin passant à travers le tamis à maille carrée de 80 µm d’ouverture. 2. Calculer le diamètre équivalent D et le pourcentage d’éléments inférieurs ou égaux à D pour chaque mesure, puis tracer la courbe granulométrique. 3. Commenter les résultats. uploads/Litterature/ tp-essais-geotechniques-1-tp-3-analyse-granulometrique-par-sedimentation.pdf