Chapitre 1

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Chapitre 1

  1. 1. INSTITUT  NATIONAL  DES SCIENCES APPLIQUEES DE TOULOUSE  Département de Sciences et Technologies Pour l'Ingénieur  3 ème année ­ Ingénierie de la Construction  GÉOTECHNIQUE  1  Cours ­ Chapitres 1  Jacques Lérau  Maître de Conférences  Année universitaire 2005 ­ 2006
  2. 2. Géotechnique 1 ­ J. Lérau  GÉOTECHNIQUE  1  SOMMAIRE  Introduction  QU'EST­CE  QUE  LA  GÉOTECHNIQUE  ?  Chapitre I  PROPRIÉTÉS  PHYSIQUES  DES  SOLS  1 ­ DÉFINITION  DES  SOLS – ÉLÉMENTS  CONSTITUTIFS  D' UN  SOL  2 ­ CARACTÉRISTIQUES  PHYSIQUES  DES  SOLS  3 ­ CARACTÉRISTIQUES  DIMENSIONNELLES  4 ­ STRUCTURE  DES  SOLS  5 ­ ESSAIS  D' IDENTIFICATION  PROPRES  AUX  SOLS  GRENUS  6 ­ ESSAIS  D' IDENTIFICATION  PROPRES  AUX  SOLS  FINS  7 ­ AUTRES ESSAIS  8 ­ CLASSIFICATION  DES  SOLS  Annexe 1 : Relations entre caractéristiques physiques  Annexe 2 : Granulométrie  Annexe 3 : Eléments de classification des argiles  Annexe 4 : Autres essais (compléments)
  3. 3. QU'EST.CEQUE LA GEOTECHNIQUE? LaGéotechniqueestI'ensembledesactivitésliéesauxapplicationsdela Mécaniquedes Sols,de la MécaniquedesRocheset de la Géologiede l'lngénieur.La MécaniquedesSols étudieplus particulièrementle comportementdes sols sous leurs aspectsrésistanceet déformabilité. A partird'essaisdelaboratoireset insitudeplusenplusperfectionnés,la Mécaniquedes Solsfournitauxconstructeurslesdonnéesnécessairespourétudierlesouvragesdegéniecivil et de bâtimentet assurerleurstabilitéenfonctiondessolssurlesquelsilsdoiventêtrefondés, ouaveclesquelsilsserontconstruits(barragesenremblais);cecitantdurantlaprogressiondes travaux(grandsterrassements)qu'aprèsmiseenservicedesouvrages. LES DOMAINESD'APPLICATION La MécaniquedesSolsjoue un rôleessentieldansI'actede construirepourtousles travauxdebâtimentetdegéniecivilenrelationaveclessolsoulesmettantenæuvre. Lessolspeuvent . supporterlesouvrages:fondationssuperficielles,fondationsprofondês, ... . êtresupportés: mursdesoutènement,rideauxdepalplanches,... . constituerI'ouvragelui-même: remblais,digues,barrages,... Onpeutciterparexemple: - lesfondationsdesbâtiments,desouvragesd'art,desensemblesindustriels... - lesouvragesdesoutènement(murs,rideauxdepalplanches,...), - lestunnelsettravauxsouterrainsdanslessols, - lesbarragesetdiguesenterre, - lastabilitédespentesnaturellesetdestalusetlestravauxdestabilisation, - lesouvragesportuairesetmaritimes(fondationsdequais,comportementdesbrise-lames,...), - lesterrassementsdesroutes,autoroutes,voiesferrées, - I'améliorationet lerenforcementdessols, - laprotectiondel'environnement. Géotechnique1 - J. Lérau Avril2006
  4. 4. ChapitreI PROPRIETESPHYSIQUESDES SOLS 1 - DÉFINITIoNDES SoLS. ÉIÉuerurs coNSTITUTIFSD.UNSoL 1- 1-OÉrrrurrroruDESsoLs Danslesétudesgéotechniqueslesmatériauxexistantà la surfacede l'écorceterrestre sontclassésendeuxgrandescatégories: - lesroches: agglomératsde grainsminérauxliéspardesforcesde cohésionforteset permanentes,mêmeaprèsimmersionprolongéedansI'eau+ Mécaniquedesroches. - lessols:agrégatsdegrainsminérauxpouvantêtreséparéssousl'effetd'actionsmé- caniquesrelativementfaibles-+ Mécaniquedessols. Les matériauxde transitionentresolset rochessont nommésSIRT(solsinduréset rochestendres). On noteraquele géologueappellesolstouslesmatériauxse trouvantà la surfacede l'écorceterrestre. Lessolssontdesmatériauxmeubles,poreux,hétérogèneset souventanisotropes.Les matériaux,minérauxouorganiques,sontgénéralementà l'étatdegrainsoude particulesdont lesformesetlesdimensionssontessentiellementvariables. 1-2- ÉlÉuerurscoNSTrrulFSD'uNsol Unsolestunmélanged'élémentssolidesconstituantlesquelettesolidê,d'eaupouvant circulerounonentrelesparticulesetd'airoudegaz.ll estdonc,engénéral,constituédetrois phases: sol = phasesolide+ phaseliquide+ phasegazeuse Entrelesgrainsdusquelette,lesvidespeuventêtreremplisparde l'eau,parungazou lesdeuxà lafois. Legazcontenudanslesvidesentrelesparticulesestgénéralementde I'airlorsquele solestsecou unmélanged'airet devapeurd'eaulorsquele solesthumide(casle plusfré- quent)(fig.3-a). L'eaupeutremplirplusou moinstouslesvidesentrelesgrainset êtremobile(écoule- mentplusoumoinsrapide).Lorsquel'eauremplittouslesvides,lesolestditsaturé.Dansles régionstempérées,laplupartdessolsenplace,à quelquesmètresdeprofondeursontsaturés. Lorsqu'iln'ya pasd'eau,lesolestditsec. L'étudecomplètedessolsnonsaturés,quiconstituentunmilieuà troisphases,esttrès complexe. 2 . CARACTÉR|STIQUESPHYSIQUESDES SOLS 2. 1 . DESCRIPTION Avantd'analyserle comportementmécaniquedessols,il estnécessairede définircer- tainsparamètresqui se rapportentaux diversesproportionsdanslesquellesse trouventle squelettesolide,l'eauetl'airconstituantlesol. Pourcelaconsidéronsla représentationsuivanted'unsoldanslaquellelestroisphases sontséparées(fig.1). Géotechnique1 -J. Lérau
  5. 5. - c . t - 2 - Poids Volumes W a = 0 ww ws arr va Vv7 VV vs Représentationconventionnelled'unvolumede sol Poidset volumesdesdifférentesphases - Figure1 - Notationsconventionnelles: W : poidstotaldu soll Ws: poidsdesparticulessolides Vs Ww: poidsdeI'eau2 aveclesrelations: W = W s + W w V v = V y y + V g V = V s + V v - V s + V w + V a On définiten outrelespoidsvolumiquesqui,aveclespoidset volumes,constituentles paramètresdimensionnels: . le poidsvolumiquedesparticulessolides(dela matièreconstituantlesgrainssolides), notéyg y, = I! sableetargile: = 26à27kN/m3 v . La phasesolidedessolsestconstituéeprincipalementde siliceet d'alumine.Lesélé- mentssimplesSi etAl ayantdesmassesatomiquestrèsvoisiness,le poidsvolumiquedessols évoluedansuneplagetrèsétroite.Lessolsorganiqueset lessolsmétallifèresfontexceptionà cesvaleurs. . lepoidsvolumiquedeI'eau,notéy6, Y w = S = 9 , 8 1 k N / m 3 vw Onprendsouventyw- 10kN/m3.Cequientraîned'emblée2o/od'erceurrelative. . le poidsvolumiquedu sol(oupoidsvolumiqueapparentou poidsvolumiquehumide), notéy. C'estlasommedespoidsdesparticulessolidesetdeI'eaud'unvolumeunitédesol. ! = -Ul- sable:=17à20kN/ms argile:=16à22kN/mg V . lepoidsvolumiquedusolsec,notéy64 WS yO= Ti sable:=14 à 18kN/m3 argile:=10à20kN/m3 VW W vw va volumetotal(apparent) volumedesparticulessolides volumedesvidesentrelesparticules volumedel'eau volumedeI'air 'W pourweight 'w pourwater " respectivement28 et 27 g/mole 'd pourdry Géotechnique1 - J. Lérau
  6. 6. - c . r - 3 - Si lesolestsec: y = yo. . lepoidsvolumiquedusolsaturé,notéysatr lorsquetouslesvidessontremplisd'eau. sableet argile: = 19à 22 kN/m3 + densitésèche: Do- Yo Yw parrapportà I'eau,notéeD,: densité:D,=JL' l w ! ! = w * . 1 0 0 WS s r = f . r o o W VYsat= - W'+Y*.vu V . lepoidsvolumiquedusoldéjaugé,notéy' ll est pris en comptelorsquele sol est entièrementimmergé.ll tientcomptede la présencedel'eauquiremplittouslesvidesetdelapousséed'Archimède: Y' = Ysat Yw sableet argile:= 9 à 12 kN/m3 Onintroduitaussilanotionmassevolumique,notéep,etplusrarementcellededensité On obserueraquele vocabulairecourantutilisédansle milieuprofessionneldu B.T.P. confondassezfacilementpoidsvolumique,massevolumiqueetdensité. Lesparamètressansdimensions,au nombrede quatre,indiquentdansquellespropor- tionssontlesdifférentesphasesd'unsol.llssonttrèsimportantsetessentiellementvariables. On définitla porosité,notéen, qui permetde connaîtrel'importancedesvidesc'est à diredesavoirsi le solestdansunétatlâcheou serré.Elleestdéfiniecommeétantle rapport duvolumedesvidesauvolumetotal. n = vv sablelî=o'25ào'50 V argile:n=0,20à0,80 Laporositéesttoujoursinférieureà 1. Ellepeutaussiêtreexpriméeenpour-cents. Lessollicitationsauxquellessontsoumislessolsproduisentdesvariationsdu volume desvidesVv qui entraînentdesvariationsdu volumeapparentV; aussipréfèret-onsouvent rapporterlevolumedesvidesnonpasauvolumeapparentdel'échantillonmaisauvolumedes pafticulessolides,lequelpeutêtreconsidérécommeinvariant.On définitalorsl'indicedes vides,notée,dontlasignificationestanalogueà celledelaporosité.ll estdéfiniparla relation: @=+ ;ili:;:=3:331- L'indicedesvidespeutêtresupérieurà 1 et mêmeatteindre lavaleur13(casextrêmedesargilesdeMexico). Lateneureneau,notéew, estdéfinieparle rapportdupoidsde l'eauaupoidsdespar- ticulessolidesd'unvolumedonnédesol.Elles'exprimeenpour-cent.Elleestfacilementme- surableenlaboratoire. s a b l er w = 1 à 1 5 Y " a r g i l e r w = 1 0 à 2 0 Y o La teneur en eau peut dépasser 100 "/oet même atteindre plusieurscentainesde pour-cents. Ledegrédesaturation,noté51,indiquedansquelleproportionlesvidessontremplispar l'eau.ll estdéfinicommele rapportduvolumedel'eauauvolumedesvides.ll s'exprimeen pour-cent. Le degréde saturationpeutvarierde 0 % (solsec)à 100"/" (solsaturé). Géotechnique1 - J. Lérau
  7. 7. - c . t - 4 - Parmitouslesparamètresdéfinisprécédemment,lesparamètressansdimensionssont lesplusimportants.lls caractérisentl'étatdanslequelse trouvele solc'està direl'étatde compacitédusqueletteainsiquelesquantitésd'eauetd'aircontenuesdanslesol. 2 .2 - RELATIONSENTRELESPARAMÈTRES Touslesparamètresprécédemmentdéfinisnesontpasindépendants.Lesrelationsles plusimportantesexistantentrecesdifférentsparamètressontdonnéesenannexe. ll esttrèspratiqued'utiliserle schémade la représentationconventionnelled'unsoldu paragrapheprécédentpourdétermineroudémontrercesrelations. Pourcaractérisercomplètementun sol la connaissancede troisparamètresindépen- dantsestnécessaire;lepoidsvolumiquedel'eauétantconnu.Parexemple: - unparamètrequantifiantlepoidsvolumique:y ouysouyo, - unparamètrequantifiantI'importancedesvides: e oun, - unparamètrequantifiantlaprésenced'eau: w ouSy. Nousavonsvu quele poidsvolumiquedesparticulessolides(endehorsdesparticules organiqueset métalliques)varieentredeslimitesassezproches(26kN/m.. y. < 27 kN/m3). On peutdoncle considérerpratiquementcommeconstant(on prenden généralys - 26,5 kN/me).Danscecaslesparamètresvariableset indépendantsd'unsolseréduisentà deux. 2 .3. OÉTENMINATIONDESCARACTÉNISTIOUESPHYSIQUES Lorsqu'onsetrouveen présenced'unsol,ilfauttoutd'aborddéterminerlesvaleursde troisparamètresindépendants.Comptetenude la dispersioninévitable,il convientréaliserun nombreimportantdemesuresdonton prendlavaleurmoyenne.Cesmesuressefontgénéra- lementenlaboratoire. 2-3 - 1 - Déterminationdelateneureneau(pondérale)w (normeNFP 94-050) C'estlacaractéristiquelaplusfacileà déterminer. Lateneuren eause déterminepardeuxpesées.Unepremièrepeséede l'échantillonà l'étatinitialdonnelamassem del'échantillonhumideetunedeuxièmepesée,aprèspassageà l'étuveà 105'Cpendant24heures(évaporationde I'eaulibreet de l'eaucapillaire),donnela massesèchedel'échantillonms. * - t* . 1oo= W* . 1oo ms W. aVeC ffiw=ffi-ffi. 2 - 3 -.2- Déterminationdupoidsvolumiquey (normeNFP 94-053) ll fautdéterminerla massem et le volumetotalV de l'échantillon.Pourdéterminerce dernieronutilisel'unedestroisméthodessuivantes: . MéthodeparimmersiondansI'eau: Unéchantillondeformesimple,demassecompriseentre0,1et0,5kgestpesé(m)puis recouvertd'unecouchedeparaffine(po"r"nins= 0,88g/cm3).Unedeuxièmepesée(m/ permet de déterminerla massede la couchede paraffineet de calculersonvolume.Unetroisième pesée,hydrostatique,de l'échantillonrecouvertdeparaffine(m'o)permetdecalculerlevolume de l'échantillonrecouvertde paraffine.Le volumede paraffineétantconnu,on en déduitle volumeV del'échantillon: V = Vrol*paraffine - Vparafine= ffip - ffi'p ffip -ffi Pp L'échantillondesoln'estpasremanié,ilestà l'étatnaturel. . Méthodedelatroussecoupante: On effectueunpoinçonnementavecunetroussecoupantedansl'échantillon.Lesfaces de la prised'essaisontaraséesauxextrémités.LevolumeV de la prised'essaiest égalau produitdeI'airedelasectiond'entréedelatroussecoupanteparsahauteur. L'échantillondesolestlégèrementremaniéparle passagede latroussecoupante,il est cependantconsidéréà l'étatnaturel. Pw Géotechnique1 - J. Lérau
  8. 8. - c . t - s - . Méthodedumoule: L'échantillon,préparéselonunprocessusdéfini,remplitle moulejusqu'àdébordement. L'extrémitésupérieuredu moule,de dimensionsconnues,est araséeà la règle.C'estla méthodeutiliséedansI'essaiProctor(normeNFP 94-093). L'échantillondesolestremanié. 2 - 3 - 3 - Déterminationdupoidsvolumiquedesparticulessolidesy, (normeNFP g4-0S4) Leproblèmeestdemesurerlevolumedesgrainssolides,Vr, constituantl'échantillonde sol.Cettemesureesteffectuéegénéralementaupycnomètre(fig.2). Unemasseconnuems de sol séché(parpassageà l'étuveà 105'Cjusqu'àmasse constante)estintroduitedansunrécipientcontenantdel'eaudistillée.Unagitateurmagnétique sépareles particuleslesunesdesautres.Lesbullesd'airlibéréessontaspiréespar-unvide d'air(trompeà eau).Aprèss'êtreassuréqu'aucunebulled'airn'estpiégéeentrelesparticules solides,ondétermineavecuntrèsgrandsoinlevolumed'eaudéplacéeparlesparticulessoli- des. Levolumedela phasesolideVs,égalauvo- lumed'eaudéplacéepar le sol,estdéterminépar pesée. ril1 : masse du pycnomètre contenant l'eau repèrede distilléeetlebarreaumagnétique, fi12i massedu pycnomètrecontenantle sol l'eaudistilléeetlebarreaumagnétique. ffi2= ITlt+ ms - P*'Vs avec ms: massedesparticulessolides, pw: massevolumiquedel'eaudistillée, V, :volumedesparticulessolides. , _ IT11*ffis -lî2 " - p * p, = T.. = ---m..- p* :+ ys- ps.g Vs lTlt * ffis - ffi2 L'erreurrelativesurlerésultatestdel'ordredequelques10-4. 3 . CARACTERISTIQUESDIMENSIONNELLES 3 - 1 . F O R M E Onpeutdistinguertroiscatégoriesdeformes: - lesparticulessphériques/ cubiques(arrondies/ anguleuses): casdessolsgrenus(sables), - lesparticulesenplaquettes: casdessolsfins(argiles), - lesparticulesenaiguilles. 3 .2 - DIMENSIONS Supposonsun soldontlesgrainssolidesontdesdimensionspeudifférenteslesunes desautres(soldità granulométrieuniforme). Suivantla tailledes grainson définitles catégoriesde solssuivantes(baséessur le nombre2 ella progressiongéométriquederapport10): Solsgrenus olsfins Enrochement Cailloux Graves Grossable Sablefin Limon Argile Ultrargile Pycnomètre - Figure2 - Géotechnique1 - J. Lérau 0,2mm 2pm200mm 20mm 0,02mm 20pm 0,2 pm diamètredes grainsdécroissants
  9. 9. - c . r - 6 - 3 . 3 . CARACTÉRISTIQUESGRANULOMÉTRIQUES 3 - 3 - 1 - Courbegranulométrique Lafaçonla pluscourantede représenterlesrésultatsdesessaisdetamisageet de sé- dimentométrie'consisteà tracerunecourbegranulométrique.Ellereprésentelepoidsdestami- satscumulés(échellearithmétique)enfonctiondudiamètreoududiamètreéquivalent,D,des particulessolides(échellelogarithmique).Lacourbegranulométriquedonnele pourcentageen poidsdesparticulesde tailleinférieureou égaleà un diamètredonné(pourcentagedu poids totalde la matièresèchede l'échantillonétudié).Lescoordonnéessemi-logarithmiquepermet- tent une représentationplusprécisedes finesparticulesdontI'influenceest capitalesur le comportementdessols. Lagranulométried'un solpeutêtrecaractériséeparuncoefficientd'uniformitéoucoeffi- cientdeHazen: 11 Doo ru- % (Dy: ouverturedutamislaissantpassery o/odupoidsdesgrains). D1eestappelédiamètreefficace. PourCu> 2, la granulométrieestditeétalée,pourCu< 2 la granulométrieestditeuni- formeouserrée. Plusla granulométrieestserréeplusla pentede la partiemédianedela courbeestpro- noncée. Ondéfinitaussilecoefficientdecourbure: LorsquecertainesconditionssurCuet Cssontsatisfaites,lesolestditbiengraduéc'est à dire que sa granulométrieest bienétalée,sansprédominanced'unefractionparticulière. Quandsagranulométrieestdiscontinue,avecprédominanced'unefractionparticulière,il estdit malgradué. Lessolsbiengraduésconstituentdesdépôtsnaturellementdensesavecunecapacité portanteélevée.lls peuventêtreaisémentcompactésen remblaiset formentdespentessta- bles. 3 - 3 - 2 - Surfacespécifique 'On appellesurfacespécifiquela surfacedesgrainspar unitéde masse.Elledépend principalementde la tailledesgrains(dansunemoindremesurede la formedesgrains).Elle peutvarierde 0,3nl?g pourlessablesfinsà plusieurscentainesde mz/gpourlesargilesde typeMontmorilloniteo. 4 - STRUCTUREDES SOLS 4 - 1 - STRUCTUREDES SOLSPULVÉRULENTS(solsgrenus) D > 20pm (exemple: lessables). Lesgrainssedétachentlesunsdesautressousleurpoids. Lesprincipalesforcesinteruenantdansl'équilibrede la structuresontlesforcesde pe- santeur;c'estpardes réactionsde contactgrainà grainqu'unensemblestablepeutexister. Cettestabilitéserad'autantmeilleurequelenombredecontactsseraélevé(solbiengradué). Dansle casde solshumidesnonsaturés(fig.3-a): l'eauest retenue,sousformede ménisquesau voisinagedespointsde contactsentrelesgrains,pardesforcesde capillarité; elle crée entreces derniersdes forcesd'attraction.Le matériauprésenteune cohésion capillaire(châteauxde sable).Lesforcescapillairessontnégligeablesdevantlesforcesde pesanteur. uDesrappelssur le tamisageet la sédimentométriesontprésentésà l'annexe2. o La salleGC 110mesureenviron120m' Géotechnique1 - J. Lérau
  10. 10. - c . t - 7 - 4 - 2 - STRUCTUREDESARGILES(rappels) D . 2 ! r m . Lesparticulesrestentcolléeslesuneauxautres.Lesolprésenteunecohésion:il a l'ap- parenced'un solideet ne se désagrègepassousl'effetde la pesanteurou d'autresforces appliquées.Lesparticulessontforméesparunempilementdefeuillets.Ellesontuneformede plaquettes. La surfacedesplaquettesétantchargéenégativement,lesparticulessontsoumisesà des forcesd'attractionintergranulairesdiverses.: forcesélectriques',forcesde Van der Waalss.Cesforcessonten généralfaibleset diminuentrapidementlorsquela distanceaug- mente,on admetqu'ellesontnégligeablesà partird'unedistancede 0,4pm. Pourqu'elles puissentavoiruneinfluencesurle compoftementdusolil estnécessairequelesgrainsdece solaientdesdimensionstrèspetites. ll se crée autourdes particulesde sol une pelliculed'eau adsorbéeou eau Iiée d'épaisseurà peuprèsconstante(= 0,01pm) (fig.3-b).Elleestmaintenueà la surfacedes grains par des forces d'attractionmoléculaires.Les dipôles d'eau sont orientés perpendiculairementà lasurfacedesgrains.Cetteeauprésentedespropriétéstrèsditférentes decellesdeI'eaulibre: - ellea unetrèsfortedensité: 1,5 - elleestliéeà laparticule(ellenesedéplacepassousl'effetdelagravité), - sa viscositétrèsélevée,quiluiconfèredespropriétésintermédiairesentrecellesd'un liquideetcellesd'unsolide,està l'originedecertainscomportementsdessolsargileux: fluage,compressionsecondaire,... - ellenes'évacuequ'àtempératureélevée(vers300'C.). Lacouched'eauadsorbéejoueun rôlede lubrifiantentrelesgrains.Soninfluenceest considérablesurlespropriétésmécaniquesdusol. ménisgue d'eau film d'eau adsorbée atr+ vapeurd'eau eaulibre a - Solhumideet nonsaturé b - Particuledesoltrèsfin - Figure3 - Orientationdesoarticules Ondistinguedeuxtypesfondamentauxd'orientation: - I'orientationfloculée(bordcontreface),structureen"châ- teaudecartes"(fig.4-a). - l'orientationdispersée(facecontreface)(fig.a- b). Lesparticulesdessédimentsargileuxnaturelsontune orientationplusou moinsfloculéesuivantqu'ellesse sont déposéesenmilieumarinoueneaudouce. a - Orientationfloculée 7 Des moléculesélectriquementneutrespeuventconstituerdes dipôles(lescentresdes chargespositiveset négatives sontdistincts).Lesforcesélectriquess'exercententreles dipôles. o Forcesd'attractionentre moléculesdues aux champs électriquesrésultantdu mouvementdes électronssur leurs orbites;varientinversementproportionnellementà unepuissanceélevéede la distance. Géotechnique1 - J. Lérau
  11. 11. - c . t - 8 - Lesargilesmarinesontengénéralunestructureplus ouvertequelesargilesdéposéeseneaudouce. Laconsolidationet leseffortsde cisaillementtendent à orienterlesparticulessuivantI'arrangementdispersé. L'orientationdesparticulesjoueunrôleimportantsur les propriétésphysiqueset mécaniques.Ces notionssur l'orientationdesparticulesargileusespermettentd'expliquer qualitativementdesphénomènescomplexesliésà laconso- lidationetà larésistancedesaroiles. =1 lu b - Orientationdispersée Particulesdesolargileux - Figure4 - Ordresdegrandeurdescaractéristiquesgéométriquesdesprincipalesfamillesd'argiles Nature Diamètre Epaisseur Surfacespécifiques Kaolinite 1o lllite11 Montmoriltonite12 0 , 3 à 3 p m 0,1à2pm 0,05à 1pm D/3à D/10 D/10 D/100 10à 20m2/g 80à 100m?g iusqu'à800mzls Lesargilesrencontréesen pratiquesontforméesde mélangesde minérauxargileuxse rattachantà cestroisfamilles(cf.annexe3). 4.3. SOLSORGANIQUES Lorsqueles grainssontconstituésde matièreorganique,le sol est dit organique.La présencedanslessolsde matièresorganiques,quisontà l'originedetextureslâcheset d'une importanterétentiond'eau, confèrentà ceux-ci une grande plasticitéet une grande compressibilité.Pourdes étudesd'ouvragesimportantsoù le critèrede compressibiiitéest prépondérant(remblaisursol compressibleparexemple),le dosagede matièresorganiques dessolsappelésà supporterdetelsouvragesestindispensable. Latourbe,résultatde la décompositiondesvégétaux,estunexempledesolorganique; elleestpresqueexclusivementcomposéedefibresv{;étales. 5 - ESSAISD'IDENTIFICATIONPROPRESAUX SOLSGRENUS 5 - 1 - ESSATD'ÉQUVALENTDESABLE(normeNFp 18-598)' L'essaid'équivalentdesable,désignéparle symboleE.S.,a pourbutd'évaluerla pro- portionrelatived'élémentsfinscontenusdansle solet dontla présenceen quantiténotable peutmodifierlecomportementmécanique. C'estun essaiempirique,simple,rapideet ne nécessitantqu'unappareillagetrèsélé- mentaire.ll permetdecontrôlersurplacela constancede certainesqualitésde matériauxmis enæuvresurchantierà unecadencerapide.ll esttrèslargementutilisé,enparticutierengéo- techniqueroutière. L'essaiconsisteà opérersurl'échantillondesol(fractiondumatériaudontleséléments sontinférieursà 5 mm)un lavageénergiquede manièreà te séparerde sesmatièresfines. L'éprouvettecontenantle sol et la solutionlavanteest soumiseà gO cyclesde ZO cm d'amplitudeen30 secondes.Lasolutionutiliséea,enoutre,unpouvoirfloculantsurlesargiles etlescolloides'". s surfacespécifiquedu ciment: = 1 m2/g 10 du chinoiskaoling,lieuoù l'onextrayaitcetteargile,de kao,élevée,et ling,colline11 de l'lllinois- USA t2 de Montmorillon(Vienne)- France '" particulestrèspetitesrestantensuspensiondansI'eauet dontlafloculationproduitun gel. Géotechnique1 -J. Lérau
  12. 12. - c .l - 9 - On laissela solutionse décanter(fig.5). Le sablevraisedéposedanslefonddela burettejus- qu'à unniveauh, quipeutêtremesuré.Au-dessus dusable,sedéposelefloculatgonfléparlasolution. On peutdistinguerun deuxièmeniveauh1qui sé- parele liquidecontenantlefloculatduliquidetrans- parentdesolutionlavantedécanté.Ondéterminele rapportentrela hauteurdu dépôtsolideh2 et la hauteurduniveausupérieurdufloculath1. L'équivalentdesableestpardéfinition: Floculof oé.pôr solrde E.s.= b .roo h1 Essaid'équivalentde sable - Figure5 - Lavaleurde l'équivalentde sablechutetrèsrapidementdèsqu'ily a unfaiblepourcen- tagedelimonoud'argiledanslesolpulvérulent. Ordresdegrandeur: Nature Equivalentdesable Sablepuretpropre Solnonplastique Solplastique Argilepure E.S.= 100 E . S . = 4 0 E . S . = 2 0 E . S . = 0 5 - 2 - INDICEDEDENSIÉ (normeNFp 94-059) Pourdonneruneidéede l'étatdecompacitédanslequelsetrouveunsolgrenuà l'état naturel,ondéfinitl'indicededensité: I n = e m a x - ê e êmax - êmin êmax et epln sont déterminés par des essais de laboratoire. L'essaiconsisteà mettreen placele matériauséchédansun mouledevotumeconnu, selonuneprocédurebiendéfinie(avecunehauteurdechutenulle).On peutainsicalculerson poidsvolumiqueminimal.Unesurchargestatiquede 10 kPa est ensuiteappliquéeafin de procéderau compactagede l'échantillonparvibration.On calculealorsson'poid'svolumique maximal. pourunsollâchee = emax:+ lD= 0. Pourunsolserré ê = ernln:â lD= 1. ll Le comportementdessolsgrenusdépendpresqueuniquementde l'étatde compacité ll danslequelsetrouvelesquelettesolide. Dansle casd'un matériauthéoriqueconstituéde sphèresde mêmediamètreon peut définirdeuxassemblagesparticulierscorrespondantà er,netêmax(fig.6): Géotechnique1 - J. Lérau
  13. 13. - c. I- 10- GOO2t<.,x. >i< ".tb{._Li) ceood.=nl2 - a - Etatlemoinslecompact: assemblagecubique: unesphèreencontactavecsixautressphères unesphèreencontactavecdouzeautressphères b - Etatlepluscomoact: ass@eto: êmax= 0,92 (nr", = 47,6 o/o) êr;n = 0,35 (nrin= 25,9Yo) Assemblagedesphèresdemêmediamètre - Figure6 - 6 . ESSAISD'IDENTIFICATIONPROPRESAUX SOLSFINS 6 . 1- LIMITESD'ATTERBERG ll C'estI'undesessaisd'identificationlesplusimportants. Ceslimitessontmesurées,avecunappareillagenormalisé,surle mortier,c'està direla fractiondesolquipasseautamisde0,40mm. On peutconsidérerquatreétatscaractérisantla consistancedessolsfins.Pourdeste- neurseneaudécroissantes: .l'état liquide:Lesola uneoonsistancetrèsfaible.ll a l'abpectd'unfluide,il tendà se nivelersuivantuÉesurfacehorizontale.Lesparticulesglissentfacilementles'unessurlesau- tres(fig.7-a). . l'étatplastique: Lesola uneconsistanceplusimportante.ll netendplusà se niveler. Soumisà defaiblescontraintesil se déformelargementsansse rompre.ll gardesa déforma- tionaprèssuppressiondescontraintes.Lesparticulesontmisen communleurscouchesad- sorbées;lorsqu'ily a déformationles particulesrestentattachéesles uneaux autressans s'éloigner(fig.7-b). . l'état solide(avecretrait): Le sol retrowesa formeinitialeaprèssuppressiondes .contraintes(petitesdéformationsélastiques). . l'étatsolidesansretrait;lesparticulesarriventaucontactenquelquespointsenchas- santl'eauadsorbée;lesolnechangeplusdevolumequandsateneureneaudiminue(fig.7-c). a - Etatliquide b - Etatplastique c - Etatsolidesansretrait Diversétatsd'unsolfin - Figure7 - Latransitiond'unétatà unautreesttrèsprogressive,c'estpourquoitoutetentativepour fixerla limiteentredeuxétatscomporteunepartd'arbitraire.Néanmoins,on utiliseleslimites définiesparAtterbergetpréciséesensuiteparCasagrande. to appeléaussiassemblage"entas de boulets" Géotechnique1 -J. Lérau A,= îEl3
  14. 14. - c .l - 1 1 - Ondéfinit: - lalimitedeliquidité,notéewsquiséparel'étatliquidedel'étatplastique, - lalimitedeplasticité,notéewpquiséparel'étatplastiquedel'étatsolide, - lalimitederetrait,notéewsquiséparel'étatsolideavecretraitdel'étatsolidesans retrait. étatsolide étatplastique étatliquide Wcroissant 0 wç1s) WP WL k- tp-| Danslessolsen place,lateneureneaunaturellewnslêstgénéralementcompriseentre wsetwp,trèsprèsdewp. 6 - 1 - 1 - Limitedeliquiditéw1 6- 1 - 1 - 1-MéthodedeCasagrande(déterminationàlacoupelle-normeNFP 94-051). Pourdéterminerla limitedeliquidité,onétendsurunecoupelleunecouchedumatériau danslaquelleontraceunerainureaumoyend'uninstrumentenformedeV (fig.8).Onimprime à la coupelledeschocssemblablesencomptantle nombredechocsnécessairespourfermer la rainuresur1cm,onmesurealorslateneureneaudelapâte. coupellevuedecôté coupellevue de face outilà rainurer Appareillagepourladéterminationdelalimitedeliquidité - Figure8 - Pardéfinition,lalimitedeliquiditéestlateneureneauquicorrespondà unefermetureen 25chocs. Si on étudiela relationquiliele nombrede chocsN à la teneuren eauw, on constate quela courbereprésentativede cetterelationestunedroiteen coordonnéessemi-logarithmi- ques(échellearithmétiquepourlesteneursen eau,logarithmiquepourle nombrede chocs) lorsquele nombrede chocsest comprisentre15 et 35. On réalisecinqessaisqui doivent s'échelonnerrégulièremententre15et 35 ou,mieux,entre20 et 30 chocs.La droitela plus représentativeestensuitetracéeà partirdespointsexpérimentaux(fig.9). tu S pourshrinkage: retrait Géotechnique1 - J. Lérau sansretrait avecretrait
  15. 15. - c . l - 1 2 - Limitedeliquidité - Figure9 - PourlemêmeintervalledesvaleursdeN,laformuleapprochée wr = * [-l!-)o't"- [25' représenteégalementassezbienles résultatsexpérimentaux.On peutdoncemployeravec prudencecetterelationquipermetde déterminerla limitede liquiditéà l'aided'uneou deux mesuresseulement. 6 - 1 - 1-2- Méthodeducônedepénétration(normeNFP 94-0SZ-1) La relationentrela teneuren eau du sol remaniéet la pénétrationpendantcinq secondes,soussonproprepoids,d'uncônenormalisé(angleausommetde30o,massede80 g),tombéenchutelibre,estdéterminéeexpérimentalement.Onporteenabscisselesteneurs en eau(en"/")et en ordonnéelespénétrationscorrespondantesdu cône(enmm),lesdeux échellesétant linéaires.La droitela plus représentativeest tracéeà partirdes points expérimentaux.Pardéfinitionla limitede liquiditéestlateneuren eaudusolquicorrespondà uneprofondeurdepénétrationducônede17mm. 6 - 1- 2 - Limitedeplasticitéwp(normeNFP 94-051) ' Pourdéterminerla limitede plasticité,onroulel'échantillonenformedecylindrequ'on amincitprogressivement(fig.10).Lalimitedeplasticitéestlateneureneauducylindrequise briseen petitstronçonsde 1 à 2 cm de longau momentoùsondiamètreatteint3 mm.ll faut doncréaliserdesrouleauxde 3 mmde diamètresanspouvoirfairede rouleauxplusfins.On exécuteengénéraldeuxessaispourdéterminercettelimite. Déterminationdelalimitedeplasticité - Figure10- ll Cesdeuxlimitessontd'uneimportancefondamentaleen géotechniquecarellesindi- ll quentlasensibilitéd'unsolauxmodificationsdesateneureneau. 6 - 1 - 3 - lndicedeplasticitélp(normeNFP 94-051). L'indicedeplasticité,notélp,estle paramètrele pluscourammentutilisépourcaractéri- serl'argilositédessols. lls'exprimeparlarelation: ti ,aa 0 c h a J É0 t . Nombredechocs Géotechnique1 -J. Lérau I p = w L - w p
  16. 16. - c. I- 13- ll mesurel'étenduedudomainedeplasticité,domainependantlequelonpeuttravaillerle sol.ll a unegrandeimportancedanstouslesproblèmesdegéotechniqueroutière;il estpréfé- rablequ'ilsoitleplusgrandpossible. LeGTR92(GuideTechniquepourla Réalisationdesremblaisetdescouchesdeforme- septembre1992)retientpourlplesseuilsd'argilositésuivants: faiblementargileux moyennementargileux argileux trèsargileux lp (%) 0 1 2 6 - 1 - 4 - Ordresdegrandeur Nature wr-(%) (%)Wp (%)l P Limon Argilelimoneusepeuplastique Argileplastique ArgiledeMexico Bentonitel6 24 40 114 500 710 1 7 24 29 125 54 7 1 6 85 375 656 6 - 2 - VALEURDE BLEUDE UÉrHVlÈrue: VBS (normeNFp 94-068) ll s'agitaussid'unparamètrepermettantdecaractériserl'argilositéd'unsol.Sonapplica- tionestrécente. Ce paramètre,notéVBS(valeurde bleudusol),représentela quantitéde bleude mé- thylènepouvants'adsorbersur les surfacesexterneset internesdes particulesargileuses contenuesdanslafractiondusolconsidéré;c'estdoncunegrandeurdirectementliéeà la sur- facespécifiquedusol. L'essaiconsisteà introduireprogressivementdu bleude méthylènedansunesuspen- sionde sol maintenueen agitation.On prélèvepériodiquementunegouttede la suspension queI'ondéposesurunpapierchromatographique.Dèsqu'uneauréolebleutéese développe autourde latacheainsiforméeon peutconsidérerqueI'adsorptiondu bleude méthylènesur lesparticulesd'argileestterminée.En effet,c'estl'excèsde bleude méthylènequi apparaît dansl'auréole. La VBStraduitglobalementla quantitéet la qualité(activité)de la fractionargileusedu sol.Elles'exprimeengrammesdebleupour100g desol. .Ordresdegrandeur: solssableuxsolslimoneuxsolslimoneux-argileuxsolsargileux solstrèsargileux VBS 0,2 2,5 7 - AUTRESESSAIS Desessaiscomplémentaires,présentésenannexe4,peuventêtreréalisés.ll s'agitde - l'analyseminéralogique, - lateneurenmatièreorganique, - lateneurencarbonatedecalcium. 8 . CLASSIFICATIONDES SOLS Classerunsolconsisteà I'identifiergrâceà desmesuresquantitativeset à luidonnerun nomafindelerattacherà ungroupedesolsdecaractéristiquessemblables. Apparentéeà laclassificationaméricaineU.S.C.S.(UnifiedSoilClassificationSystem),la classificationdesLaboratoiresdesPontset Chaussées(L.P.C.)utiliséeen Frances'appuiesur essentiellementsurI'analysegranulométriqueet surlescaractéristiquesdeplasticitéde lafrac- tionfine,complétéepardesessaistrèssimples(couleur,odeur,effetsdel'eau,etc.). 16 minéralargileuxthixotropedu groupedessmectites(de FortBenton- Montana- USA). Géotechnique1 - J. Lérau 25
  17. 17. - c. |- 14- La classificationGTR 92 utiliséedans les travauxde terrassementest aussi très largementrépandue. Lessolssontdésignésparle nomde la portiongranulométriqueprédominantequalifiée parunadjectifrelatifauxportionssecondaires. 8.1.SOLS A GRANULOMÉTRIEUNIFORME V o i r $ 3 - 2 8 .2 - SOLSA GRANULOMÉTRIENON UNIFORME Ondistinguetroisgrandstypesdesols: - lessolsgrenus: plusde50% desélémentsenpoids> 80pm, - lessolsfins: plusde50"/odesélémentsenpoids< 80pm, - lessolsorganiquesdontlateneurenmatièreorganiqueest> à 10yo. I - 2 - 1 - S o l s g r e n u s La classificationdessolsgrenusse fait parla granulométrieet leslimitesd'Atterberg. Elleestpréciséedansletableauci-après(fig.11). Lorsque5 o/o< o/ointérieurà 0,08mm < 12 o/"+ on utiliseun doublesymbole - pourlesgraves: Gb-GL Gb-GA Gm-GL Gm-GA - pourlessables: Sb-SL Sb-SA Sm,SL Sm-SA CLASSIFICATIONL.P.C.DESSOLSGRENUS - Figure11- tt LigneA du diagrammede plasticité- voirfigure12 Géotechnique1 - J. Lérau Définitions Symboles Conditions Désignations oéotechnioues o UJ OL o E E o o o E ^ E 9 C l E A Ë E.o ,6. o E a ( ! € E à e 5o ? i 5c @ 5 d E E r o @ È 3 € ; e 9 o o E E.o :o E Gb c u = b t 4 etc.- ffi: comprisentre1et3 gravepropre biengraduée Gm UnedesconditionsdeGbnonsatisfaite gravepropre malgraduée E E o o R- o^ Ë o o V O a O C - o o - E .o :o GL Limitesd'Atterbergau-dessousde la ligneA17 grave limoneuse GA Limitesd'Atterbergau-dessusde la ligneA17 grave argileuse @ uJ J o o E E æ o o t ^ E 9 Â lg V g e È . 6. o E o ( Û , 8 8 s 5o r.ô C o o E a E Ê E 1 0 O î À ? 8 ; 9 9 o o E Eg :o o sb c u = b t 6 etc. - f:*: comprisentre1 et3 sablepropre biengradué Sm Unedesconditionsde Sb nonsatisfaite sablepropre malgradué E E s 8 S o O V o g a c f c ) E . E.o :o tt SL Limitesd'Atterbergau-dessousde la ligneA17 sable limoneux SA Limitesd'Atterbergau-dessusde la ligneA17 sable argileux
  18. 18. - c .l - 1 5- 8 - 2 - 2 - S o l s f i n s Laclassificationdessolsfinsutiliselescritèresdeplasticitéliésauxlimitesd'Atterberg. Elleestpréciséedanslediagrammedeplasticitéci-après(fig.12). Selonla positiondansle diagrammedu pointreprésentatifayantpourabscissela limite de liquiditéet pour ordonnéeI'indicede plasticité,on définitquatregrandescatégories principales: - leslimonstrèsplastiques - leslimonspeuplastiques - lesargilestrèsplastiques - lesargilespeuplastiques l-r Lp , Ap ,/ Argitestresplast --l at rques raQ i1 5*: aa Q -0. çe/ Argilespeuptastiques Yu^orlstrèsp U(i5 A pl l L t peu pla -r4-"*lt-p . etsots oroanioues- sti(ues'0R . | ' . t I JCISOrgantques t rèsptastiques I | ,.rl I I l " i I I r0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 w L AbaquedeplasticitédeCasagrande CLASSIFICATIONL.P.C.DESSOLSFINS - Figure12- Remarque: Lesmotsargileet limonne représententplusici desclassesgranulométriques, maissontliésauxvaleursdeslimitesd'Atterberg.ll s'agitdoncd'unectassificationbaséesur laplasticitéc'està direlanatureminéralogiquedesparticulesdesoletnondeleurdimensions. 8-2-3-Solsorganiques Teneurenmatièreorganique(%) Désignationgéotechnique 0 - 3 3 - 1 0 10- 30 > 3 0 Solinorganique Solfaiblementorganique Solmoyenneorganique Soltrèsorqanique fo mO to Vase Soltourbeux Tourbe t P 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 r 0 Géotechnique1 - J. Lérau
  19. 19. t5l t6l 11ln tzl n ANNEXE t3l n l4l n [13] Sr [16] y tlel Y l T l Q = I 8 l Q = l14l sr = l17l y - t2ol y - [23] Yo- [26] T' = K * vs n 1 - . Y t - 1 Yo Ys- Ysat Ysat- Yw Y r w Y w e 1 + w_ . v ^ 1 + g ' ù y r + e . S r . y * 1 + e Ys 1 + e Y s - Y w 1 + e - c. | - 16- ENTRE CARACTERISTIQUESPHYSIQUESRELATIONS = W * V = e 1 + e = 1 - Y d ys = Ys- Ysat Y s - Y w = v w * w = (1+w) (1- n)y. - Y o + n . S r . y * Yo- (1- n)Y. ô - @ = l'9.| {[ = Ww * w. tl0l w = ê. Sr.fu Ys l 1 1 lr r = Y - 1 Yo l 1 2 l w = S r . y * ( a - a l Yo Ys t15l Sr = w (yoconstant) wsat [18] y - (1+w) y6 l24l Y = Ysat-Yw * l 2 7 l y ' = Y s - Y w. r o ys l21l y - (1-n) ys+h.S,.y* l22l l25l = ( 1- n ) ( Y r - Y * ) : relationdedéfinition ANNEXE2 GRANULOMÉTRlE Lesgrainsd'un sol ont desdimensionstrèsvariablespouvantallerde la dizainede centimètresau micromètre.Un essaid'identificationimportantconsisteà étudierla gra- nulométriedusol,c'està direla distributiondesgrainssuivantleurdimensionendéterminant parpeséeI'importancerelativedesclassesdegrainsdedimensionsbiendéfinies. 1 - TAMISAGE Pourlessolsgrenusonutiliseunesériedepassoiresetdetamis. Lestrousdespassoiresontundiamètrevariantde 100à 6,3mm.L'ouvertureintérieure desmaillesdestamisvariede 12,5mmà 40pm.Pardéfinitionlediamètred'uneparticuleest égalà I'ouvertureintérieuredesmaillesdupluspetittamisla laissantpasser.Quandonsesert de passoires,il fautconnaîtrelesdimensionsdestamiséquivalents.D étantle diamètredes trousde la passoire,I'ouvertureintérieuredesmaillesdutamiséquivalentestégaleàD|1,25 (résultatdeFéret).Onutilise,parexemple,indifféremmentuntamisde 10mmouunepassoire de12,5mm. On commencetoujoursparpasserl'échantillondansuneétuveà 105"Cjusqu'àpoids constantdefaçonà déterminerle poidsde l'échantillonsec.On procèdeensuiteautamisage proprementdit,soità sec,soitsousl'eau,à l'aided'unecolonnede tamissoumiseà des v * Géotechnique1 -J. Lérau
  20. 20. - c . t - 1 7 - vibrations.Laquantitéde matériauretenuesurle tamisestappeléerefus,cellequi passe.au traversdutamisestappeléetamisat. Letamisageà secn'estprécisquepourlesmatériauxdénuésdecohésioncommeles sablesoulesgraviers.Enprésenced'unsollimoneuxouargileux,ilfauteffectueruntamisage sous I'eau. Le matériaudoit alorsêtre mis à tremperpendantun tempssuffisantpour désagrégermotteset agglomérats.Cetteopérationpeutdurerdequelquesminutesà plusieurs heures.Aprèstamisage,on passede nouveaulestamiset leursrefusà l'étuveavantde les peser. 2 - SÉDIMENTOMÉTRIE Lorsquela dimensiondes particulesest inférieureà 80 pm le tamisagen'est plus possible.Ona alorsrecoursà lasédimentométrie.Cetteméthodeestbaséesurla loideStokes quiexprimela vitesselimitede chuted'uneparticulesphériquedansun liquidevisqueuxen fonctiondudiamètredelaparticule(fig.1). Cetterelations'écrit: u = Y l ] T t { D z 1 8p v avec:v: vitessededécantation, D : diamètredelaparticule, y* : poidsvolumiqueduliquideutilisé(eau+ défloculant), p :viscositédynamiqueduliquide. Cetteformuledonneparexemplepourladécantationde particulesd'unpoidsvolumiquede26,5kN/m3dansdeI'eauà zOC(p = 1o-3Pa.s) :+ v (cm/s)= 9000D2 (Dexpriméencm). En pratique,pour pouvoirappliquerla loi de Stokes,il convientd'opérer sur une suspensionde faible concentration (enviion20 g/litre)et surdesparticulesde dimensioninférieure'à 100pm. Parconvention,le diamètred'une particuleest égalau diamètrede la particulesphériquede mêmepoidsvolumiquequia lamêmevitessededécantation;ilestappelédiamètreéquivalent(le motdstimportantcarlesparticulestrèsfinessonttrèsaptatie+ . Leprocédéconsisteà mesurerà différentesépoques,à l'aide d'undensimètre,la densitéd'unesuspensiond'unsol(fig.2).On opèresur unesuspensioninitialementhomogène.La décantation des particulesdétruitcette homogénéité,les particulesles plus grosSestombantle plusrapidement.A uneprofondeurH donnéeon mesureledensitéô delasuspensionenfonctiondutempst. A cetteprofondeurH (=v.1; - il n'y a plusdeparticulesdediamètresupérieurà D telque 1 8u . H D = ;::'-1: "i;car la sédimentationde cesparticulesa étéplus (Ys-Yw) t rapide, - lepoidsvolumiquedelasuspensions'écrit: Sédimentométrie - Figure2 - Y . W s * Y w v - v ' W ' ys ô ' Y * = avec: poidsdesparticulesdediamètre< à D poidstotalft desparticulessolides Loi de Stokes - Figure1 - densimètre g ffi v - V :volumedelasuspension on déterminey = + . Ys'Tw . (ô- 1)enfonctiondutemps. Ws Ys-Yw Géotechnique1 - J. Lérau
  21. 21. - c. | - 18- ANNEXE3 ELEMENTSDE CLASSIFICATIONSDES ARGILES Ondistinguetroisgrandesfamilles. Lakaolinite Le feuilletde kaoliniterésultede la liaisond'une couche tétraédrique(1) avec une coucheoctaédrique(2), la liaisonse faisantpar lesatomesd'oxygène(fig.1). La particulede kaolinite est forméed'un empilementde ces feuillets,de l'ordred'une centaine.Lesfeuilletssontliéslesunsauxautrespardesliaisons du type hydrogènedonc des liaisonsrelativementfortes;il en résultequel'empilementestdifficileà dissocier.Leminéralestpar conséquentstable et l'eaune peutni circulerentrelesfeuilletsni provoquerun gonflementou un retraitdes particules.ces argiles sontlesmoinsdangereusespourl'ingénieur. I I Structuredelakaolinite - Figure1 - Lessmectites(dontlamontmorillonite) Mêmetypestructuralquelesillites,maisavectrèspeude cationsK*interfoliaires.ll en résultedesliaisonsextrêmementlâchesentrelesfeuilletscequipermetà desmoléculesd'eau de se glisserentrelesfeuilletsen provoquantdesgonflementsspectaculaires(Sà 6 couches demoléculesd'eau).Lessolsdontlateneurenmontmorilloniteestélevéesontsusceptiblesde gonflementsouderetraitsimportantssuivantlesvariationsdeteneureneau.Lesparticulesde montmorilloniteont desdimensionstrèsfaibles,leursurfacespécifiqueest donttrèsélevée d'où uneactivitésuperficielleintense.A cettefamilleappartientla bentonitecourarmentutili- séecommebouedeforageetdansI'exécutiondeparoismoulées. Les illites Leurstructureest trèsprochede celledu micabranc.Une coucheoctaédriqueestpriseentredeuxcouchestétraédriques.Ces dernièressontoccupéespardesSi4*dontunpeumoinsde 1 sur4 est rèmplacépar desAlo*.La neutralitéélectriqueest rétabliepar I'interpositionde cationsK* entreles couchestétraédriques: il apparaîtainsi des liaisonsioniquesfaiblesentre les feuillets, sutfisantestoutefoispourlesbloquer. lons K+ i/ liai"on assez f,orte L'atomed'aluminiumdufeuilletoctaédriquequise trouvesousformed'un4;+++peut êtreremplacépard'autresionscommeMg++,principalementdansla montmorilloniteet dans l'illite.ll en résulteundéséquilibreélectriquequiestcompenséparl'adsorptionensurfacede cationsCa**, Li+,K+,Fe++.Auxextrémitésdela particuled'argile,il y a égalementdesdés- équilibresélectriqueset adsorptionde cations.Cescationsditséchangeablesjouentun rôle importantdanslecomportementdesargiles. a f 3 À- * . c I n . Liaison /co*e Ll'alson faible Géotechnique1 - J. Lérau
  22. 22. - c. |- 19- ANNEXE4 AUTRESESSAIS-coMPLÉmerurs 1-ANALYSEurruÉnnLocteuE L'analyseminéralogiquefaitappelà l'observationaumicroscopeélectronique,à l'étude pardiffractiondesrayonsX,à I'analysechimique. L'analyseminéralogiqued'un sol est généralementun essaiqui apportebeaucoup d'informations,car le comportementdes sols fins est fonctionde leur compositionminé- ralogique.Parexempleuneforteteneuren montmorilloniteindiqueraun soltrèssensibleà l'eaupouvantdonnerlieuà desgonflementsoudesretraitsimportants. 2 - TENEURENMATIÈREORGANIQUE Lesmatièresorganiquessonttrèsvariéeset il est de ce fait quasimentimpossiblede déterminerpardesessaissimpleschacunedesvariétés.Onsecontented'undosagepondéral global.Plusieursméthodesdedosagesontpossibles. Méthodeclassique Lesmatièresorganiquessontoxydéesparun mélangede bichromatede potassiumet d'acidesulfuriqueconcentré. Méthodethermique Celle-cifaitappelà I'analysethermiquedifférentielle(A.T.D.),méthodepluslonguemais plusprécisequelaméthodeclassique. Testd'humidificationdeVonPost LetestdeVonPostpermetd'estimerledegrédedécompositiondesmatièresorganiques dessolspar rétérenceà uneéchelled'humidificationempiriquecomportantdix classesHt à H1g(laclasseH1correspondà unemassevégétalenonhumidifiée,la classeHtOà un sol organiquetotalementhumidifié,à l'étatdepâte. L'essaiconsisteà comprimerunecertainequantitédematériauetà observerla natureet lacouleurduliquidequiensort,queI'oncompareà uneéchellepréétablie.ll peutêtreréaliséà lamainouà l'aided'unsystèmemécanique. 3 - TENEURENCARBONATEDECALCIUM La déterminationde la teneuren CaCO3s'effectueau calcimètreDietrich- Frùling. L'essaiconsisteà mesurerà l'aided'uneburetteà gaz le volumede CO2dégagépar la réactionduHCIsurlecarbonatedecalciumcontenudansl'échantillon. L'acidechlorhydriquediluédécomposelecarbonatedecalciumselonla réaction: CaCO3+ 2 HCI-+ CaCl2+ H2O+ CO2v Lateneuren CaCOsd'un solfin estunbonindicedesa résistancemécaniqueet desa sensibilitéà I'eau.Suivantlavaleurdecetteteneur,lecompoftementdusolévoluedepuiscelui d'uneargilejusqu'àceluid'uneroche,lavaleurdetransitionétantauxalentoursde60- 70o/". TeneurenCaCOs(/") Désignationgéotechnique 0 - 1 0 10- 30 3 0 - 7 0 7 0 - 9 0 90- 100 Argile I ArgilemarneuseI Sols Marne Calcairemarneuxl ^ calcaire I F{ocnes Géotechnique1 - J. Lérau Avril2006

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