Cour Géotechnique Chap1.pdf

Novembre 2021 Cours géotechnique UTC 104 1
UTC 104 : GEOTECHNIQUE
• Qu’est-ce que c’est?
• Partage d’expériences?
• Cas concrets?
• Vos attentes?

CENTRE INP- HB / LE CNAM
CODE UE : UTC 104
INTITULE DU COURS : GEOTECHNIQUE (UTC 104)
Objectifs du cours :
Maîtriser les concepts fondamentaux de comportement des sols;
Fournir les bases nécessaires à la compréhension du comportement des sols
pour pouvoir concevoir;
Construire et contrôler les ouvrages avec lesquels le sol a une interaction
importante.

Programme du cours
Chapitre I : Généralités sur les sols
I. Origine et formation des sols
II. Identification et classification des sols
III. Reconnaissance des sols
IV. Géotechnique routière
Chapitre II : L’eau et les contraintes dans le sol
I. L’eau dans le sol et hydraulique des sols
II. Contraintes dans le sol – postulat de Terzaghi
III. Contraintes dues aux surcharges

Programme du cours
Chapitre III : Comportement des sols (Les déformations)
I. Tassement et Consolidations des sols
II. Etude du tassement des sols en laboratoire (essai à l’oedomètre)
III. Calcul de Tassement (méthode des essais en laboratoire)
Chapitre IV : Comportement des sols (La rupture)
I. Rupture des sols – critère MOHR-COULOMB
II. Mesure des caractéristiques de rupture (En laboratoire et in-situ)
III. Contraintes sur un écran – Etat limite de poussée et de butée
IV. Stabilité de pentes
Evaluation: Examen final de 3h sans document

CHAPITRE 1 : GENERALITES SUR LES SOLS
I. Origine et formation des sols
II. Identification et classification des sols
III. Reconnaissance des sols
IV. Géotechnique routière

Pas de Génie Civil, Minier ou de
BTP sans étude du SOL !!!
(support de fondation ou
matériau de construction)

BÂTIMENT
Fondations superficielles
Fondations profondes

Ponts et échangeurs

Tunnels, galeries, ouvrages d’art

Routes

Chemins de fer, aérodromes

Remblais Barrages

UTILITE D’UNE ETUDE DE SOL

1. DEFINITION DE LA GEOTECHNIQUE
Selon la norme français NFP 94-500 de novembre 2013, la géotechnique est « I'ensemble des
activités liées aux applications de la Mécanique des Sols, de la Mécanique des Roches et de la
Géologie de l'lngénieur ». La Mécanique des Sols étudie plus particulièrement le comportement
des sols sous leurs aspects résistance et déformabilité.
A partir d'essais de laboratoires et in situ de plus en plus perfectionnés, la Mécanique des Sols
fournit aux constructeurs les données nécessaires pour étudier les ouvrages de génie civil et de
bâtiment et assurer leur stabilité en fonction des sols sur lesquels ils doivent être fondés, ou
avec lesquels ils seront construits (barrages en remblais); ceci tant durant la progression des
travaux (grands terrassements) qu'après mise en service des ouvrages.

1. DEFINITION DE LA GEOTECHNIQUE
La géotechnique s'appuie principalement sur les différentes sciences de la terre suivantes :
 la géologie qui retrace l'histoire de la terre, précise la nature et la structure des matériaux ainsi que leur
évolution dans le temps ;
 l’hydrogéologie, partie spécialisée de la géologie ;
 la mécanique des sols et des roches ;
 la rhéologie des matériaux ;
 la géophysique qui permet d’approcher par des mesures physiques certaines caractéristiques de structure
et propriétés des matériaux de l’écorce terrestre ;
 la dynamique des sols qui étudie le comportement des matériaux soumis à des sollicitations dynamiques ;
 la géochimie qui analyse la composition chimique des eaux et des matériaux.

2. IMPORTANCE DE LA GEOTECHNIQUE
Le sol:
Supporte les fondations d’ouvrages ;
Sert comme matériau de construction (barrages, remblais) ;
Contient des ouvrages souterrains (tunnels) ;
Reçoit des matériaux a stocker (déchets industriels et nucléaires) ;
Sert à extraire des minéraux et autres ressources de production de l’énergie et des matériaux.

2. IMPORTANCE DE LA GEOTECHNIQUE :
EXEMPLES D’APPLICATION DE LA MECANIQUE DES SOLS

CONSEQUENCES

Renversement de
bâtiment annexe
Désordres liés à la géotechnique : Cocody ;
Abidjan 2010; sources LBTP
Impact d’une fouille sur des constructions voisines (Abidjan, Biétry 2015)
Fissures sur mur

ATTENTE DES DIFFERENTS ACTEURS
 MOA : veut un project ficelé, dans un delai très court
 MOE : avec moins de temps et de moyens, demande a I’entrepreneur un engagement sur la
conception, le coût et un auto-contrôle
 Entrepreneur : prend les marchés au forfait malgré les incertitudes, recherche les aleas pour s’en sortir
 BE : En raison de la mise en concurrence par appel d’offres cherche à réaliser une étude selon les
conditions fixés par le MOA en faisant des économiques sur les différents postes cernés par l’étude
avec pour risque la non maîtrise du projet
 Laboratoire : cherche à réaliser une campagne complète pour minimiser les risques géotechniques et
assurer la durabilité de l’ouvrage avec pour conséquence une augmentation du coût des études
géotechniques.

Observer
Intervenir Mesurer
Construire, traiter, réhabiliter, … Campagnes de reconnaissance (Essais labo et in situ)
Comprendre
Comparer, Analyser,…
Modéliser
3. LA DEMARCHE DU GEOTECHNICIEN
(Sciences expérimentales)

ORIGINE ET FORMATION DES
SOLS

1. Origine et formation des sols
Les sols et les roches se présentent sous forme d’agrégats de particules généralement
minérales, mais parfois organiques, de taille et de forme variables. La nature et l’intensité des forces
qui lient les particules de l’agrégat dépendent de la nature du matériau. On ne traitera ici que des sols,
qui peuvent être définis comme des agrégats dans lesquels les particules sont faiblement liées et
peuvent être séparées par agitation ou trituration dans l’eau.
Les sols ont deux origines principales:
-la désagrégation des roches par altération mécanique ou physicochimique sous l’effet des agents
naturels: fissuration consécutive à la décompression, attaque mécanique dans un processus naturel
de transport, attaque chimique sous l’effet de circulations d’eaux;
-la décomposition d’organismes vivants : végétaux (tourbes) ou animaux (craies).
On distingue également les sols résiduels (altération surplace des roches), les sols transportés (dépôt
de produit d’altération); les formations géologiques de roches tendres.

2. Définition
Le géologue qualifie de sols tous les matériaux se trouvant à la surface de l’écorce terrestre.
Lors des études géotechniques, les matériaux à la surface de l’écorce terrestre sont classés en deux
grandes catégories:
⁻ Les roches : agglomérats de grains minéraux liés par des forces de cohésion fortes et permanentes,
même après immersion prolongée dans I’eau , cette 1ère catégorie fait l’objet de la Mécanique des
roches.
- Les sols: agrégats de grains minéraux pouvant être séparé sous l'effet d'actions mécaniques
relativement faibles, cette 2e catégorie est l’objet de le Mécanique des sols dont nous traiterons
tout au long de ce cours.
- Les matériaux de transition entre sols et roches sont nommés SIRT (sols indurés et roches tendres).
En définitive on retiendra que le sol est le résultat de la désagrégation physique et/ou chimique
d’une roche-mère . On distingue ainsi selon leur mode de formation:
- Les sols sédimentaires: résultat de l’accumulation de minéraux transportés par le vent ou l’eau;
-Les sols d’altération: Résultat de la l’altération d’une roche mère.

Le sol est un agrégat de particules minérales dont
les vides peuvent être remplis de liquide et/ou de
gaz. C’est donc un milieu triphasique:
- Phase gazeuse : air, vapeur d’eau et/ou gaz;
- Phase liquide : eau ou pétrole;
- Phase solide : particules minérales (Fines ou grossières
provenant de la désagrégation physique ou chimique de la roche) et
organiques (décomposition de végétaux ou organismes vivants).
3. Constituants
La définition d’un sol repose donc sur une description précise de ces trois phases.

4. Diagramme des phases
Afin d’analyser le comportement d’un sol il est nécessaire de définir certains
paramètres qui se rapportent aux divers proportions des constituants du sol ainsi qu’aux
propriétés des particules et de l’intensité de leur liaison avec l’eau. Pour cela on
considère la représentation suivante d’un sol dans laquelle les trois phases sont
séparées:

5. Paramètres d’état
Les paramètres d’état sont des caractéristiques qui définissent l’arrangement dans
le sol des différentes phases (les particules solides, l’eau et du gaz). Ils sont très importants
en mécanique des sols et essentiellement variable.
Poids volumiques Paramètres sans dimensions

6. Relations entre les paramètres d’état
Tous les paramètres
précédemment définis ne sont pas
indépendants. Il est très pratique
d'utiliser le diagramme des phases
pour les déterminer ou démontrer les
relations les reliant.
Quelques relations entre les paramètres d’état d’un sol

7. Paramètres indépendants
Pour caractériser complètement un sol, la connaissance de trois
paramètres indépendants est nécessaire; le poids volumique de l'eau étant
connu. Par exemple :
- Un paramètre quantifiant le poids volumique : g ou gs ou gd
- Un paramètre quantifiant I'importance des vides : e ou n
- Un paramètre quantifiant la présence d'eau : w ou Sr

IDENTIFICATION ET CLASSIFICATION
DES SOLS

1. Identification des sols
Identifier un sol, c’est déterminer un ensemble de propriétés physiques,
mécaniques ou chimiques qui permettent de le caractériser. Ces propriétés
sont déterminées par des essais simples et rapides, appelés « essais
d’identification ». Ces essais conduisent à une description précise et chiffrée du
sol.
On distingue classiquement deux grandes catégories d’essais d’identification :
- les essais qui traduisent les propriétés des particules du sol et l’intensité de
leurs liaisons avec l’eau. Ces essais caractérisent la nature du sol et sont
réalisés sur des échantillons intacts ou remaniés;
- les essais qui répondent de l’arrangement et de la répartition des phases
(squelette solide, eau, air). Ces essais caractérisent l’état du sol et ne peuvent
être réalisés que sur des échantillons intacts .

2. Propriétés des particules du sol et essais correspondants
Les propriétés des particules d’un sol déterminent sa nature. La nature d’un
sol est déﬁnie par:
- sa granularité;
- sa plasticité ou son équivalent de sable;
- la nature de ses particules (minéraux, matières organiques).
Les essais permettant de déterminer ces caractéristiques peuvent être
effectués sur des échantillons intacts ou remaniés.

2.1 Analyse granulométrique
La granularité se déﬁnit comme la répartition de la dimension moyenne des
particules du sol, exprimée en pourcentage de la masse totale du matériau.
Analyse granulométrique par tamisage
Analyse granulométrique par sédimentation

Formes types de courbes granulométriques
Soit Dp le diamètre correspondant à p% de passant, on
définit:
 Le coefficient d’uniformité de Hazen : Cu = D60/D10
le coefficient de courbure : Cc =( D30)/(D60 x D10)
Le diamètre efficace : D10
Courbe granulométrique. Déﬁnition des paramètres
D10, D30 et D60

Les classes granulaires sont déﬁnies sur la base
de critères purement granulométriques. Le
tableau ci-contre indique les classes utilisées
traditionnellement en France et les classes
recommandées par la Société Internationale de
Mécanique des Sols et des travaux de
fondations (SIMSTF).

2.2 Limites d’Atterberg
Lorsque l’on fait décroître progressivement la teneur en eau d’un échantillon de sol,
on constate qu’il passe successivement par plusieurs états, dont la description a été
proposée par l’agronome suédois Atterberg :
— un état liquide, à teneur en eau élevée. Le sol se répand lorsqu’on le dépose sur une
surface plane. Il ne possède aucune résistance. Ses particules sont pratiquement séparées
par l’eau ;
— un état plastique, Le sol est stable naturellement mais, dès qu’un effort lui est appliqué,
il subit de grandes déformations, en grande partie irréversibles, sans variation notable de
volume et sans apparition de fissures. Le sol est malléable et conserve la forme qu’on lui
donne. Lorsqu’on le triture, il peut perdre une partie de sa résistance. Certains sols, dits
thixotropes, ont la propriété de récupérer avec le temps une partie de leur résistance ;
— un état solide, Le sol a le comportement d’un solide. L’application d’un effort n’entraîne
que de faibles déformations. Le passage à l’état solide s’effectue d’abord avec réduction du
volume ou retrait, puis à volume constant, sans retrait.

2.2 Limites d’Atterberg
Les teneurs en eau séparant les divers états de consistance du sol dépendent de la
nature du sol. On les appelle:
- limite de liquidité wL : limite entre l’état liquide et l’état plastique ;
- limite de plasticité wP : limite entre l’état liquide et l’état solide ;
-limite de retrait ws : limite entre l’état solide avec retrait et l’état solide sans retrait.
Les limites de liquidité, de plasticité et de retrait sont déterminées au moyen d’essais
conventionnels. Les essais s’effectuent sur le mortier du sol (fraction inférieure à 420 µm).
A partir de ces limites on définit :
- l’indice de plasticité : Ip = Wl – Wp
- l’indice de consistance : Ic = (Wl - W)/Ip
- l’activité du sol : A = Ip/(%<2m)

2.3 Equivalent sable
L’équivalent sable permet de caractériser globalement la
proportion des particules fines ou très fines dans le sol. Il
prolonge en fait la notion d’indice de plasticité pour les
valeurs faibles de cet indice, où il perd sa signification. Il
s’effectue sur la fraction inférieure à 5mm. Après
agitation de l’échantillon dans une solution floculante, on
le laisse reposer et on mesure h1 et h2.
On définit : ES = 100 x h2/h1
L’ES d’un sable propre est voisin de 100, et tombe à 40 et
moins en présence de quelques pour-cent de fine
argileuse. Au-dessous de 40, l’équivalent de sable n’est
plus une grandeur significative, s’orienter plus vers les
limites d’Atterberg pour caractériser ces sols.
ES  0 Argile pure
ES  20 sol plastique
ES  40 sol non plastique
ES  100 sable pur et propre

2.4 Teneur en matières organiques
La teneur en matières organiques CMO est le rapport de la masse de la matière organique
présente dans le sol à la masse totale des matières solides du sol. La méthode classique de
détermination de la masse des matières organiques consiste à les oxyder par un mélange
d’acide sulfurique concentré et de bichromate de potassium porté à ébullition. La mesure de
la « perte au feu » remplace souvent la méthode précédente. Elle consiste à sécher le sol à
l’étuve à 105°C, puis à le passer au four à 550°C pour brûler toute la matière organique.
Suivant leur teneur en matières organiques, les sols peuvent être qualiﬁés de :
- faiblement organiques si CMO < 10 %
- moyennement organiques si 10 % < CMO < 30 %
- fortement organiques si 30 % < CMO
Les tourbes ont des teneurs en matières organiques comprises 50% et 100%.

2.5 Autres caractéristiques de nature
Analyse minéralogique : Nature des ions en solution dans l’eau du sol nature des
minéraux constitutifs du squelette solide du sol.
Degré d’humification des matière organiques: Il décrit l’état de décomposition
des matières organiques en présence par référence à une échelle empirique à 10
classes notées H1 (peu humifiée) à H10 (totalement humifié).
Teneur en calcaire (chaux) : elle définit l’influence la résistance mécanique et la
sensibilité à l’eau
Teneur en Carbonate de calcium: elle permet de différencier les sols fins
calcaires.
etc.

3. Caractéristiques d’état et essais correspondants
L’arrangement et de la répartition des phases (squelette solide, eau, air)
d’un sol sont défini par la connaissance de:
- son poids volumique apparent ou poids sec ou spécifique;
- son indice de vide ou sa porosité;
- sa teneur en eau ou son degré de saturation.
Les caractéristiques d’état d’un sols sont déterminées sur des échantillons
intacts ou non remaniés.

3.1 Teneur en eau
La teneur en eau se mesure conventionnellement en portant le sol à la
température de 105°C jusqu’à ce que sa masse se stabilise. Cela correspond au
départ de l’eau libre du sol. L’échantillon de sol est pesé avant et après son
passage à l’étuve. Pour les sols contenant des matières organiques, la
température d’étuvage est limitée à 60°C, pour éviter de brûler les matières
organiques. C’est aussi le cas des sols contenant du gypse (le gypse perd son
eau de constitution vers 65°C).

3.2 Poids volumique apparent
Pour déterminer le poids volumique apparent, il faut déterminer la
masse m et le volume total V de l'échantillon. Pour la détermination ce
volume on utilise l'une des trois méthodes suivante:
-Méthode par immersion dans l’eau (échantillon intact)
-Méthode de la trousse coupante (échantillon légèrement remanié);
-Méthode du moule (échantillon remanié, méthode utilisée dans l’essai
Proctor).

3.3 Poids volumique des particules solides
La détermination du poids des particules solides se résume à la détermination du
volume des grains solide. La mesure de ce volume est effectuée au pycnomètre.

3.4 Autres caractéristiques d’état
Connaissant la teneur en eau, les poids volumiques il est aisé de déterminer les
autres paramètres d’état en utilisant les formules les reliant.

4 Classification des sols
Les systèmes de classiﬁcation des sols ont pour but de ranger les sols en familles
présentant les mêmes caractéristiques géotechniques ou des caractéristiques
très voisines.
Il existe de très nombreux systèmes de classiﬁcation des sols :
- les uns sont basés sur l’aptitude du sol pour un emploi particulier du génie
civil. Ces classifications présentent en général l’inconvénient de ne pouvoir être
étendues à d’autres usages que celui pour lequel elles ont été établies ;
- les autres sont basés sur certains essais d’identification. Parmi ces systèmes,
plusieurs se réfèrent uniquement à la granularité du sol et diffèrent par les seuils
granulométriques adoptés. D’autres utilisent simultanément la granularité et la
plasticité du sol.

4.1 Pourquoi une classification des sols
Les différents systèmes de classification des sols proposés jusqu’a présent ont été
établit avec le souci de servir l'ingénieur dans les différents domaines du Génie Civil
(Travaux de fondations, géotechnique routière, travail en site maritime, etc).
Pourquoi une classification
des sols?
Servir l’ingénieur et lui permettre de cerner
les caractéristiques des sols lors de la
construction de divers ouvrages (barrages
en terre, assise de chaussées …etc)
La mise en exergue des
caractéristiques intrinsèques des sols
Servir l’ingénieur et lui permettre
d’harmoniser les modes de jugements vis-à-
vis des différents sols
Déceler le comportement des sols
vis-à-vis de certains facteurs

4.2 Paramètres pour la classification des sols
Critères de
classification des sols

4.3 Classification LBTP
Le système de classiﬁcation LBTP, mis au point par le Laboratoire du Bâtiment et
des Travaux Publics, a été conçu spécifiquement pour les sols ivoiriens et
essentiellement pour une utilisation dans les projets routiers.
Ce système de classification utilise les résultats des essais d’identification ainsi
l’origine de formation des sols:
-Le pourcentage de fine (% de particules de diamètre inférieur à 0,08 mm); le
squelette (% de particules de diamètre > 2 mm);
-L’indice de plasticité (l’étendue de la zone plastique) IP;
-La teneur en matière organique;
-L’origine de formation du sol (résiduel ou déposé; nature des grains solide le
constituant).

4.3 Classification LBTP

4.4 Classification LCPC
Le système de classiﬁcation LCPC, mis au point par les Laboratoires des Ponts et
Chaussées, est utilisée en France pour les études de terrassements et est souvent
utilisée dans les rapports d’études géotechniques de tracés routiers.
Ce système de classification utilise les résultats des essais d’identification :
-Le pourcentage de gravier, sable et particules fines (Tamisat à 2mm et 0.08
mm);
-La forme de la courbe granulométrique (Coefficient d’uniformité et de
courbure);
-Les caractéristiques de plasticité (limite de liquidité, indice de plasticité);
-La teneur en matière organique.

4.4 Classification LCP
Classiﬁcation LPC/USCS
des sols en laboratoire

Classiﬁcation des sols ﬁns
en laboratoire

4.5 Classification Triangulaire selon l’abaque de Taylor
Le système de classification
triangulaire à partir de l’abaque de
Taylor, utilise uniquement les résultats
de la granulométrie:
-Pourcentage d’argile (< 2 mm)
-Pourcentage de limons (2 à 5 mm)
-Pourcentage de sable (> 50 mm).

4.6 Classification GTR
Elle tient compte des mêmes caractéristiques de base que la classiﬁcation LPC/USCS,
mais elle est beaucoup plus précise pour les particules argileuses, qui ont une
grande inﬂuence sur la conduite des terrassements et tient compte de l’altérabilité
des matériaux au cours du temps.

4.7 Classification GTR
Structure générale de la classiﬁcation GTR pour les terrassements routiers

Exercices d’applications
Des essais réalisés sur un échantillon de sol remanié ayant une teneur en eau à l’état naturel de 21.5%, ont
donné les résultats suivants :
 Analyse granulométrique
Tamis (mm) 2,5 1,25 0,63 0,315 0,160 0,080 0,050 0,020 0,002
100 99,90 99,80 99,30 98,60 85,30 65,30 43,50 31
T (%)
 Limites d’Atterberg :
Limite de liquidité = 31.00 % et Limité de plasticité = 24.80 %.
1) Déterminer les indices de plasticité, de liquidité. Commenter
2) Classer ce sol d’après la classification LBTP

Exercices d’applications
Exercice 2
Un échantillon d’argile saturé a une masse de 1200g après passage à
l’étuve sa masse n’est que de 800g. Le constituant solide des grains a
une densité de 2,7. On demande :
La teneur en eau, l’indice des vides, la porosité, le poids volumique
humide, la densité humide et le poids volumique déjaugé.

RECONNAISSANCE DES SOLS

1. Définition et objectifs
La reconnaissance des sols est une étude "in situ" et "en
laboratoire" qui permet de définir l'ensemble des caractéristiques physiques,
mécaniques et chimiques des terrains en place.
Elle permet de :
- obtenir des renseignements généraux sur le sol: nature, position, épaisseur et pendage
des couches, niveau de la nappe phréatique, etc;
- identifier ainsi les risques liés à la nature des sols;
- étudier les relations contraintes et déformations des différentes couches pour prévoir au
mieux leur comportement;
- optimiser les coûts du projet;
- assurer la pérennité de l’ouvrage et garantir la sécurité des personnes.

2. Les Techniques de reconnaissance des sols
Lors des études géotechniques, Les techniques
de reconnaissance utilisées peuvent être réparties en deux classes:
- les méthodes géophysiques: résistance électrique, vitesse de propagation
des ondes, magnétisme du sol, etc
- les méthodes directes: forages, excavation, sondages et essais in-situ et
essais en laboratoire sur des échantillons prélevés in-situ.

3. Quelques moyens d’investigations

GEOTECHNIQUE ROUTIERE
(COMPACTAGE DES SOLS)

1. Définition
La géotechnique routière est l'application de la géotechnique au domaine routier.
Elle concerne :
- les travaux de terrassement (utilisation du sol comme matériaux de construction en
déblai/remblai);
- les soutènements et stabilisation de talus;
- les fondations des ouvrages d’art.
Une étude géotechnique vise à reconnaître au droit d'un aménagement existant ou à
construire:
- la nature et la répartition des terrains;
- les caractéristiques et comportements des matériaux;
- les caractéristiques hydrauliques du site.

2. Déroulement d’un projet géotechnique routier
Un projet géotechnique routier se déroule suivant les étapes suivantes:
- Réalisation des reconnaissances géotechniques des sols en place;
- Classification des sols selon les exigences des cahiers de charges du projet;
- Réalisation des études des ouvrages d’arts, structures de chaussées, soutènements, etc;
- Définition des conditions de mise en place des matériaux;
- Contrôle qualité et réception des plateformes sur chantier.
La réussite d’un projet routier est intrinsèquement liée à une bonne classification des sols suite
à la campagne géotechnique. En plus de la classification des sols suivant les résultats des
essais classiques d’identification, il est nécessaire d’évaluer leur portance et les conditions de
leur utilisation en matériaux de remblai.

3 Le compactage : définition
Le compactage des sols est une technique utilisée en génie civil visant à améliorer la
qualité des sols pour la construction (portance et déformabilité). Il consiste en l’application
d’une manière dynamique ou statique de charges sur un sol donné afin de réduire les
espaces poreux d'air et d’eau du sol et lui permettre d'atteindre des caractéristiques
souhaitées.
Le « compactage » est une réduction pratiquement instantanée du volume du sol dû
à la réduction des vides d’air. Il n’y a aucune expulsion d’eau ce qui différencie le
compactage de la consolidation.
L’élimination des vides dans le sol permet d’obtenir une masse compacte qui résiste
à des charges importantes sans subir de déformations majeures. Le compactage améliore
la portance d’un sol support d’un ouvrage.

3. Le compactage : définition

3 Le compactage : Objectif
L'Objectifs du compactage consiste à assurer la compacité exigée des chaussées
par les normes, et cahiers de charges durant la réalisation des travaux. Ces exigences
consistent essentiellement à la résistance à l'orniérage et la faible déformabilité pour les
couches élémentaires de la plate-forme.
Un bon compactage permet de:
- Réduire la déformation: Faibles tassements et résistance à l’orniérage des couches;
- Diminuer la perméabilité des sols: limite l’agressivité de l’eau sur les sols
- Augmenter les poids volumiques des couches: Avec W constant et V diminuant on a
g et gd qui augmentent.
- Améliorer les caractéristiques mécaniques du sols: portance, modules de
déformation, résistance à la compression et au poinçonnement, etc

3. Théorie du compactage
L’ingénieur américain Proctor (1933), qui a mis au point l'essai de
compactage a montré que le compactage dépend spécialement des
paramètres suivants :
- la teneur en eau et le poids volumique;
- l’énergie de compactage;
- la nature du sol.

3. 1 Influence de la teneur en eau et du poids volumique
Courbe Proctor: teneur en eau
fonction de la densité sèche. L’énergie
de compactage étant constante pour
chaque essai de compactage.
Sr = ( .gs) / ( . w)

3. 2 Influence de l’énergie de compactage
Pour un sol donné, la densité sèche
optimum croît avec l’énergie de
compactage, tandis que la teneur en eau
à l’optimum diminue.
Les courbes de compactage sont limitées
à leur extrémité droite par la valeur de
l'abscisse w = wsat

3. 3 Influence de la nature du sol
Un sol (fins) dont le compactage sera
fortement influencé par la teneur en eau
présentera une courbe de compactage
avec un maximum très marqué. A
l'inverse, un sol (grenu) dont la teneur en
eau influence peu le compactage, sera
caractérisé par une courbe de
compactage très plate.

3. 4 Résumé sur l’influence de l’énergie de compactage, la
teneur en eau et la nature du sol
En résumé on retiendra que:
 Si la teneur en eau est trop élevée, l’eau absorbe l’énergie de compactage, et si la
teneur en eau est trop faible, l’eau ne peut pas lubrifier les grains de sol.
 Si l’énergie de compactage augmente, le poids volumique optimal augmente et la
teneur en eau optimale diminue.
 Les courbes de compactage sont plus aplaties pour les sols grenus peut sensibles
à l'eau. Ces courbes admettent pour enveloppe une courbe appelée courbe de
saturation, qui correspond à l’état saturé du sol.

4 L’essai PROCTOR
Le principe de l’essai Proctor
consiste à humidifier un matériau
à plusieurs teneurs en eau et à le
compacter avec une énergie
normalisée. Pour chaque valeur
de teneur en eau considérée, on
détermine la densité sèche du
matériau, et on trace la courbe de
la densité sèche en fonction de la
teneur en eau (Courbe Proctor).

5 Eléments à prendre en compte pour le compactage
Pour assurer un compactage optimal il y a lieu de procéder à l’adéquation de ce compactage à
plusieurs facteurs et objectifs fixés:
1) Objectif du compactage (utilisation
de la couche compactée, nature des
sollicitations auxquelles sera sollicitée
la couche…etc)
4) Du matériels à choisir pour réaliser le
dit compactage (il existe plusieurs types
de matériels pouvant être utilisés)
2)Des matériaux à compacter (ces
matériaux sont soigneusement étudié, et
classé)
3) Epaisseur compactée (les
caractéristiques du matériel et nombre
de passe dépend également de
l’épaisseur à compacter)

5.1 Objectif du compactage
Il existe plusieurs niveaux de qualités de compactage, ces types de compactage sont
définis selon l’usage finale du sol compacté. En effet , un sol par exemple destiné à supporter
une chaussée d’autoroute qui est très sollicitée en trafic, ne sera pas traité comme le sol destiné
à supporter une voie non classé dans laquelle le trafic est assez faible.
Cas de la chaussée :

5.1 Objectif du compactage
On peut distinguer alors 4 types de qualité de compactage, ces types de qualités sont les suivant :
 Q1 : ( ρdm >= 100% et ρdfc>= 98%) de ρ(opm)
• Q2 : ( ρdm >= 97% et ρdfc>= 95%) de ρ(opm)
 Q3 : ( ρdm >= 98,5% et ρdfc>= 96%) de ρ(opn)
 Q4 : ( ρdm >= 95% et ρdfc>= 92%) de ρ(opn)
N.B :
 ρ(opm) est la masse volumique sèche optimale de l’essai Proctor modifié.
 ρ(opn) est la masse volumique sèche optimale de l’essai Proctor normal.
Il est du ressort de l’ingénieur alors de choisir la qualité de compactage requise
selon l’utilisation finale du sol.

5.2 Matériaux à compactés
La connaissance des matériaux à compacter, leurs caractéristiques intrinsèques,
mais aussi leur comportement vis-à-vis du compactage est indispensable pour réussir
l’opération de compactage.
L’identification aussi de l’état hydrique du sol à compacter est majeure pour
l’opération de compactage, du fait que l’obtention du résultat optimal suppose une teneur
en eau donnée du sol au moment du compactage.
5.3 Epaisseur compactée
L’épaisseur compactée forme un facteur très prépondérant dans l’opération de
compactage, en effet il existe une épaisseur optimale pour laquelle on atteindra l’objectif de
compacité escompté avec une énergie moindre.
Il n y a pas d’épaisseur standard à adopter pour le compactage, pourtant il est de
convention aujourd’hui d’effectuer le compactage en couches allant de 20 à 30 cm.

5.4 Matériel à choisir
Il existe plusieurs types de compacteurs, selon le Guide des Travaux
Routiers (GTR 92) ces compacteurs ont été classés en six famille selon leur
efficacité .
5.4.1 Compacteurs à pneus (Pi)
Le classement est fait selon la Charge par roue (CR) :
 P1 : CR entre 25 et 40 KN
 P2 : CR entre 40 et 60 KN
 P3 : CR supérieure à 60 KN
Les roues des compacteurs Pi sont lestables pour
atteindre la charge par roue maximale prévue par le
constructeur

5.4.2 Compacteurs vibrants à cylindres lisses (Vi)
Ils sont classés selon le paramètre (
 M1 : masse totale s’appliquant sur la génératrice du
cylindre.
 L : longueur de la génératrice du cylindre en cm.
 A0 : amplitude théorique à vide calculable par
A0=1000x avec :
 me : moment des excentriques de l’arbre à balourd
 M0 : masse de la partie vibrante sollicitée par le
balourd

5.4.2 Compacteurs vibrants à cylindres lisses (Vi)
V1: (M1/LAo) compris entre 1 et 25 et Ao >0.6 ou
supérieur à 25 et 0.6 <Ao<0.8
V5: (M1/LAo) supérieure à 70 et Ao >1.6

5.4.3 Compacteurs mixtes (VPi-Pj)
ils sont constitués d’un cylindre vibrant et d’un
nombre suffisant de roues nécessaire à la
contribution à l’opération de compactage, en
recouvrant l’ensemble de la largeur de la
génératrice du cylindre (intervalle entre deux
surfaces de contact <= à la largeur d’un pneu),
Pour les classifier on les considère comme étant la
somme d’un compacteur mono cylindre vibrant et
d’un compacteur à roue, la classe est alors indiquée
comme suit (VPi-Pj)

5.4.4 Compacteurs vibrant à pieds dameurs (VPi)
Ils sont considérés comme étant des modèles dérivés
des compacteurs vibrant à cylindres lisses, ils sont
classés en 5 classes comme pour ces derniers
(VPi avec i allant de1 à 5).
5.4.5 Compacteurs statiques à pieds dameurs (SPi)
Le classement est fait selon la charge statique par unité
de largeur du ou des cylindres dameurs :
 SP1 : M1/L est entre 30 et 60 Kg/cm.
 SP2 : M1/L est entre 60 et 90 Kg/cm.

5.4.6 Compacteurs à plaques vibrantes (PQi)
L’ensemble des plaques vibrantes est classifié (PQ1
à PQ4), ces plaques sont classifiée tenant compte
de la pression statique (Mg/S) sous la plaque.
Les petites plaques PQ1 et PQ2 ne sont prise en
compte dans le guide de compactage des tranchés.
 PQ3 : Mg/S entre 10 et 15 Kpa
 PQ4 : Mg/S supérieure à 15 Kpa

5.5 Paramètre définissant un type de compactage :
Paramètres définissant les modalités de compactage:
 Q : quantité de sols compacté pendant un intervalle de temps (heure ou jours)
 D : Distance parcourue en compactage (calculé sur chantier en insérant un compteur
kilométrique sur le compacteur).
 L : largeur de compactage.
 S : surface balayée par le compacteur pendant le même temps (=D*L).
 Q/S : Grandeur indiquée dans le tableau de compactage (en m3/m2), l’intensité de
compactage est d’autant plus grande que cette grandeur est petite.
 e : épaisseur maximale de la couche compactée.
 V : vitesse de translation.
 n : nombre de passes (une passe correspond à un aller ou retour du compacteur).
 N : nombre d’application de la charge n.
On peut en se basant sur ces éléments calculer le débit d’un compacteur comme suit :
Qprat = k*(Q/L)*L*(N/n),
k étant un facteur multiplicatif compris entre 0,5 et 0,7 tenant compte du rendement du
compacteur.

5.5 Paramètre définissant un type de compactage :
Le GTR 1992 a fournis des tableaux permettant pour toutes les classes de matériaux et de
compacteurs de calculer les différents paramètres précités.
Compacteur
Modalité
P1 P2 P3 V1 V2 V3 V4 V5
Energie de
compactage
moyenne
Code
Q/S 0,06 0,090 0,120 0,066 0,085 0,135 0,181 0,225
e 0,35 0,45 0,65 0,35 0,50 0,30 0,80 0,45 1,10 0,55 1,35
V 3,0 3,0 3,0 2,0 2,0 3,0 2,0 3,0 2,0 3,0 2,0
N 6 5 6 7 6 3 6 3 7 3 6
Q/L 300 450 600 110 170 675 270 900 360 1125 450

Exercice d’Application
Pour un sol de classe B1 utilisé en remblais q4 avec un compacteur P1 dont la largeur de
compactage est de 2m avec N/n=1 et k=0,6.
1) Calculez le débit pratique du compacteur.
2) Pour une épaisseur compactée de 30 cm, et dans les même conditions calculés quel est le
nombre de passes à réaliser.
3) Quel sera le temps mi par notre compacteur pour la mise en œuvre d’une quantité de 50000 m3
du même sol.
4) Quel sera le nombre de compacteurs du même type nécessaires pour terminer la mise en œuvre
de 50000 m3 en 1 semaine.
5) Dans ce dernier cas de figure est ce que le compactage avec le compacteur P1 serait
économique? Commentez.

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