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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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
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. - 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. 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. - 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. - 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. - 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
