Cours mécanique des sols

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En géotechnique, une roche est un agrégat naturel massif de matière minérale. En géologie, on appelle roche tout élément constitutif de l’écorce terrestre. Cela recouvre donc les roches au sens géotechnique, mais aussi le sol, le pétrole, l’eau des nappes, etc.

Le sol est défini par opposition au mot roche, dans sa définition géotechnique. C’est un agrégat naturel de grains minéraux, séparables par une action mécanique légère. Le sol est le résultat d’une altération naturelle physique ou chimique des roches. On conçoit donc que la limite entre un sol et une roche altérée ne soit pas définie nettement.

Le sol est un matériau meuble, ce caractère étant fondamental. Il ne suffit cependant pas à définir un sol naturel car certains matériaux produits par l’homme présentent aussi ce caractère. Par exemple les sous produits miniers et les granulats concassés (sable, gravier, ballast…) sont aussi des matériaux meubles. Le mécanicien des sols étudie donc aussi bien des sols naturels que des matériaux fabriqués artificiellement à partir de sols ou de roches et présentant un caractère meuble.

Mécanique des sols :
La mécanique des sols est l’application des lois mécaniques et hydrauliques au matériau sol. Comparé aux nombreux autres matériaux étudiés en mécanique, les bétons, les aciers, les plastiques, le bois… , le sol présente deux originalités. C’est tout d’abord un milieu discontinu qu’il faudra donc étudier à la fois dans sa globalité et dans sa composition élémentaire. D’autre part, c’est un matériau triphasique formé de grains solides, d’eau et d’air. Nous verrons que les phases non solides jouent un rôle fondamental.

Sciences proches de la mécanique des sols :
Par certains aspects, la mécanique des sols est proche de la mécanique des milieux continus qui étudie de nombreux matériaux comme l’acier, le bois, les bétons, les plastiques dont la plupart sont artificiels et donc de constitution bien connue. Par d’autres aspects, elle est proche des disciplines qui étudient les milieux minéraux naturels : la géologie, l’hydrogéologie, la mécanique des roches. La géotechnique regroupe ces dernières disciplines.

Les domaines d’application de la mécanique des sols sont nombreux et variés. Ils concernent la profession des travaux publics, ainsi que celle du bâtiment.

Milieux naturels :
Le domaine d’application de la mécanique des sols ne se limite pas aux constructions ; il comprend également des milieux naturels tels que les versants (problèmes de glissement de terrain) et les berges de cours d’eau ou de retenues.

Ouvrages en sol :
Les ouvrages où le sol est le matériau de base sont aussi bien..
• les remblais (routes, voies ferrées, barrages, digues de bassins en terre, plates-formes maritimes…) ;
• ou des déblais (talus, canaux, bassins…).

Ouvrages mixtes :
Dans les ouvrages mixtes, le sol intervient en relation avec un autre matériau, le béton ou l’acier par exemple. Les conditions d’ancrage dans le sol sont souvent primordiales pour des ouvrages tels que :
• les murs de soutènements (béton, terre armée, sol renforcé par géotextile…) ;
• les palplanches utilisées dans les canaux, les ports, les constructions urbaines… ;
• les parois moulées (à fonction étanchéité ou à fonction soutènement)

MATIÈRES ORGANIQUES :
Certains sols, issus de dépôts géologiquement récents, peuvent contenir de la matière organique. On les identifie in situ à leur couleur grise à noire, à la présence de débris végétaux et à leur odeur.
Au laboratoire, la teneur globale en matière organique se mesure sur le résidu passant à 0,4 mm, préalablement séché à 65°, que l’on fait réagir à l’eau oxygénée. Un deuxième étuvage permet par différence de connaître le poids et donc la teneur en matière organique.
Au-delà de 2 à 3 % de matière organique, l’utilisation des sols en remblais peut engendrer des problèmes de tassements à long terme. Les sols contenant plus de 5 % de matière organique sont à proscrire.