Extrait du cours mécanique des sols définition et caractères principaux des sols

1. ORIGINE ET FORMATION
Au point de vue géotechnique, les matériaux constituant la croûte terrestre se divisent en deux grandes catégories : les roches et les sols.
Les roches (silice, calcaire, feldspath, …) sont des matériaux durs qui ne peuvent être fragmentés qu’aux prix de gros efforts mécaniques.
Les sols, au contraire, sont des agrégats minéraux qui peuvent se désagréger en éléments de dimensions plus ou moins grandes sans nécessiter un effort considérable. Ils résultent de l’altération chimique (oxydation, …), physique (variation de température, gel, …) ou mécanique (érosion, vagues, …) des roches.
Suivant le but recherché, on considère :
a) La géologie
La géologie étudie les matériaux constituant la partie observable du globe terrestre, ainsi que l’ordre suivant lequel ces matériaux sont réparties dans le temps et dans l’espace. Son but essentiel est l’histoire de la terre et son évolution.
b) La pédologie
La pédologie étudie spécialement la couche supérieure de l’écorce terrestre utilisée par les racines des plantes. Elle met en lumière le rôle des constituants du sol fréquemment négligés par les géotechniciens : les matières organiques et la matière vivante (bactéries).
c) La mécanique des sols ou géotechnique
La mécanique des sols est l’étude des propriétés mécaniques, physiques et hydraulique des sols en vue de leur application à la construction.
2. LES ELEMENTS CONSTITUTIFS D’UN SOL
Un échantillon de sol est constitué de trois phases :
– une phase gazeuse,
– une phase liquide,
– une phase solide.
2.1. La phase gazeuse
En Génie Civil, le gaz contenu dans le sol est généralement de l’air pour les sols sec ou un mélange d’air et de vapeur d’eau pour les sols humides.
Lorsque tous les vides sont remplis d’eau le sol est dit saturé.
2.2. La phase liquide
Au sein d’un échantillon de sol fin (dimensions <2m), on distingue plusieurs catégories d’eau :
– l’eau de constitution qui rentre dans la composition chimique des feuillets.
– l’eau liée ou eau adsorbée qui constitue un film autour de chaque grain. Elle n’est pas mobile et ne s’évacue qu’à des températures très élevées (<300°C)
– l’eau Interstitielle qui peut être soit l’eau libre soit l’eau capillaire. L’eau libre a la faculté de circuler librement entre les grains ; l’eau capillaire est une partie de l’eau libre qui remonte par capillarité entre les grains. L’eau interstitielle s’évapore complètement si l’échantillon de sol est porté à une température supérieure à 100°C.
Lorsque le sol est humide et non saturé, l’eau libre est en général concentrée aux points de contact entre les grains. Elle est retenue à ces endroits par des forces de capillarité qui créent entre les grains des forces d’attraction.
2.3. La phase solide
On a vu que les sols résultent de l’altération physique ou mécanique des roches. On conçoit aisément que les grains solides aient la même constitution minéralogique que la roche mère. Ils ont en général des dimensions supérieures à 2m .
Les sols de dimension inférieurs à 2m résultent d’attaques chimiques qui se sont superposées à l’altération physique ou mécanique. Ces processus chimiques sont la dissolution sous l’action de l’eau, la combinaison et la recristallisation. Il en résulte que les particules d’un sol fin n’ont pas la même structure cristalline que la roche mère. Ces plus petites particules ainsi formées constituent ce que l’on appellera désormais les argiles. Ces derniers matériaux ont un comportement complexe qui nécessite pour bien être compris une étude à l’échelle moléculaire qui dépasse largement le cadre de ce cours.
3. DÉFINITION ET CARACTÈRES PRINCIPAUX DES SOLS
Les grains d’un sol ne sont ne sont pas liés par un ciment comme c’est le cas du béton, mais ils peuvent être soumis à des forces d’attraction intergranulaires diverses : des forces électriques, des forces de Van der Waals,… Ces forces sont en général faibles et diminuent rapidement lorsque la distance entre les grains augmente. Elles n’influencent que le comportement des sols à dimensions très faibles. Dans ce cas le sol est doté d’une cohésion.
Cette constatation va amener le géotechnicien à définir deux grandes familles de sol :
les sols grenus qui sont de dimension supérieure à 20 m (0,02 mm), et les sols fins de dimensions inférieures à 20 m.
3.1. Les sols grenus
Les sols grenus sont ceux pour lesquels les caractéristiques géotechniques sont déterminées par des forces de volume ou de pesanteur. Ils sont en général pulvérulents. Ils sont surtout définis granulométriquement
On peut ajouter pour préciser ces sols, d’autres caractères :
Nature minéralogique (composition chimique même de la roche mère),
Forme des grains (liée à la genèse de l’altération mécanique),
Gisement et tri (ségrégation ou non).
Ainsi de part leurs altérations mécaniques on distingue:
o Les sables éoliens : transportés par le vent, se rencontrent généralement sous forme de dunes marines ou continentales.
o Les sables fluviatiles : se rencontrent dans les alluvions fluviatiles quelques fois sous forme de terrasses.
o Les sables marins : Comprennent aussi bien les sables littoraux que les sables marins anciens.
o Les sables résiduels ou arènes : Produits de la fragmentation sur place d’une roche mère propice.
et donnant alors aux Formes de grains les aspect suivantes :
o Emoussés luisants : caractéristique du transport par l’eau
o Ronds mats, émoussés et piquetés caractéristiques du transport par le vent
o Non usé : caractéristiques des grains non transportés.
3.2. Les limons (ou Silts)
La définition la plus admise est celle d’un sol dont la majeure partie des grains est comprise entre 2 et 20
– (définition purement descriptive ).
Ils sont en grande partie formés de quartz.
On distingue suivant leurs origines :
Les limons éluviaux formés par altération sur place d’un substratum favorables (à l’altération),
Les limons de ruissellement et d’inondation qui se présentent en strates.
3.3. Les argiles
On peut les définir granulométriquement comme une roche dont les grains sont compris entre 2 et 0,2µ.
C’est une roche sédimentaire terreuse faisant pâte avec l’eau. On la dit plastique.
La plasticité d’un matériau est caractérisée par le fait qu’il peut être déformé d’une façon permanente, à volume constant, sans perdre sa cohésion interne.
On distingue suivant leur origine :
Les argiles d’altération : formées principalement par l’altération des calcaires en climat tempérés ou l’altération des latérites en climat chaud et humide ,
Les argiles fluviatiles : Elles se déposent surtout dans le lit majeur des fleuves, lors des décrues,
Les argiles lacustres : déposées dans les lacs et étangs,
Les argiles marines : Ce sont des argiles d’origine continentale déposées en milieu marin, et généralement modifiées par la diagénèse.

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