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Généralités sur la mécanique des sols
La mécanique des sols, c’est une application des lois mécaniques au matériau sol. Elle est voisine de la mécanique des milieux continues 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, la mécanique des sols est aussi proches des disciplines qui étudient les milieux minéraux naturels : la géologie, l’hydrogéologie, la mécanique des roches
La mécanique des sols est utilisée sur plusieurs domaines :
Construction : Bâtiments et travaux publics
Milieux naturels : problèmes de glissement de terrains sur un versant
Aux ouvrages où le sol est le matériau de base :
• les remblais (routes, barrages, digues de bassina en terre,…)
• les déblais (talus, canaux, bassins,…)
Aux ouvrages mixtes :
• Murs de soutènements (béton, terre armée,…)
Voici quelques paramètres qu’on utilise en mécaniques des sols :
: Le poids volumique du sol humide dans l’état ou il se trouve ;
: Le poids volumique sec (après l’expulsion de l’eau libre)
: Le poids volumique de l’eau, égal à
: Le poids volumique des grains solides (en général compris dans l’intervalle )
: La teneur en eau : rapport du poids d’eau au poids de sol sec
: La teneur en eau a saturation : l’eau garnit tous les vides
Le sol supporte les fondations d’ouvrages. Il sert comme matériau de construction (barrages, remblais) et il contient des ouvrages souterrains (tunnels). Il reçoit aussi des matériaux à stocker (déchets industriels et nucléaires).Sert à extraire des minérales et autres ressources de production de l’énergie et des matériaux
Le sol
1. Quelques définitions sur le sol et son origine:
Partie superficielle de la croute terrestre, à l’état naturel ou aménagée par l’homme.
Ce sont des agrégats des minéraux qui résultent de l’altération des roches, qui peut être une altération chimique (oxydation,…), ou physique (variation de température, gel, dégel,…), ou mécanique (érosion, vagues,…).
Les sols ont 02 origines principales :
Par la désagrégation des roches (altération mécanique ou physico-chimique sous l’effet des agents naturels)
Par la décomposition des organismes vivants (végétaux comme la tourbe ou animaux comme la craie)
Classification des sols
On peut classer les sols par la tailles des ses grains et par son comportement (sols pulvérulents ou sols cohérents),…
Classification par la taille des grains solides :
Cette classification se définie granulométriquement. Et se distingue par le diamètre moyen D des grains.
Classification par le comportement des sols
Comportement pulvérulents : Ce sont les sables, les graviers, les cailloux,… c’est-a-dire, les sols ayant comme diamètres des grains D>20µ. Ces sols sont constitués essentiellement de la silice, du calcaire et d’autres roches qui sont inertes.
Comportement des sols cohérents : Cette classe est pour les sols dont la dimension des grains est D<20µ0,02mm. C’est donc des sols fins.
Le sol et la géotechnique
A la différence des autres matériaux du génie civil et du bâtiment, les sols et les roches préexistent sur le site des travaux et la première phase de toute étude géotechnique consiste à définir la nature et l’état de ces terrains.
Les ouvrages utilisent le sol autant qu’un élément de l’infrastructure qui transmet la charge globale de l’ouvrage vers une couche du sol suffisamment stable et résistante. Selon le type de l’ouvrage et son mode de conception, le sol peut constituer une base d’appuis pour l’ensemble de l’ouvrage tel que la route, le tunnel, le barrage poids, ou un point d’appuis pour quelques éléments seulement tels que bâtiment, pont, barrage en arc.
On peut dire alors que pour faire un ouvrage, il faut d’abord étudier le sol qui tienne l’ouvrage, c’est-a-dire étudier les comportements de ce sol.
Les différents essais réalisés au laboratoire sur les identifications des sols.
Pourquoi on fait des essais sur les sols ? D’abord, tout ouvrage de Génie Civil est construit sur un sol. Donc, il est indispensable et nécessaire de connaitre les caractéristiques et la nature du sol qui supporte l’ouvrage afin de choisir les meilleures options techniques.
Cette deuxième partie abordera les différentes essais réalisé lors du stage, les objectifs, le principe, les appareils nécessaires ainsi que les résultats obtenus pendant les essais.
La teneur en eau
Définition et objectif de l’essai
On désigne par teneur en eau la quantité d’eau contenue dans un échantillon de matière. Par exemple un échantillon de sol, de roche, de céramique ou de bois, la quantité étant évaluée par un rapport de poids humides sur poids secs.
Figure 1: Déformation d’un sol en fonction de la teneur en eau
(Source : iDropProject.com)
Un sol se déforme en fonction de la variation de la quantité d’eau qu’il contient. Maîtriser la quantité d’eau; revient à maîtriser la portance du sol et donc à protéger les ouvrages qui y sont construits.
L’essai de teneur en eau nous permet de connaitre le pourcentage massique d’eau dans le sol étudié, c’est-à-dire la masse d’eau présente par rapport à 100 grammes de sol sec.
Le calcul de teneur en eau est donné par la formule suivante : (1)
Avec : : poids sec de l’échantillon
Le poid d’eau contenu dans l’échantillon
Poids humide de l’échantillon
Matériels nécessaires et mode opératoire :
Les appareils nécessaires pour la détermination de la teneur en eau d’un échantillon de matière sont :
Une balance de précision : pour trouver ou mesurer le poids de l’échantillon
Etuve : pour le séchage de l’échantillon
Une calculatrice : pour calculer la teneur en eau
La mesure de teneur en eau se déroule suivant les phases suivantes :
Phase 1 : Détermination du poids humide de l’échantillon
• Sur le terrain, disposer d’une balance type balance de cuisine et d’un récipient à faire contenir l’échantillon.
• Poser le récipient sur la balance et faire la tare. (La balance doit indiquer «00» lorsque le récipient est dessus).
• Répartir dans le récipient une couche de sol épaisse d’environ 2cm.
• Noter le poids indiqué par la balance. On obtient le poids humide de l’échantillon.
Phase 2 : Détermination du poids sec de l’échantillon
• Mettre l’échantillon dans l’étuve et le chauffer (105°C pendant 24heures) pour les matières non organique.
• Utiliser des gants pour éviter tout risque de brûlure.
• Apres 24heures, laisser se refroidir l’échantillon sous surveillance.
• Peser l’échantillon et noter le poids indiqué, c’est le poids sec .
• A l’aide d’une calculatrice, remplacer les valeurs de et dans la formule mathématique (1) et déterminer la teneur en eau du sol étudié.
Conclusion
L’essai permet de connaître la teneur en eau du matériau à mettre en œuvre, afin de la corriger si on a besoin, en aérant le sol, ou en l’humidifiant. Le but de la correction d’une teneur en eau est de se rapprocher de la teneur en eau optimale qui permet d’obtenir un compactage maximum du matériau. (Voir essai Proctor)
Essai de compactage
Définition et objectif de l’essai
Le compactage est un ensemble des opérations mécaniques qui conduisent a accroitre la densité en place d’un sol. Il permet de resserrer la texture du matériau et réduit les possibilités de déformation du terrain tout en améliorant sa capacité portante.
Si on fait une variation de la teneur en eau de l’échantillon d’un sol et que l’on représente graphiquement l’évolution de , apres compactage, en fonction de , on obtient une courbe ‘‘en cloche’’ qui présente un point haut appelé optimum Proctor.
L’essai Proctor est un essai géotechnique qui nous permet de déterminer la teneur en eau nécessaire pour obtenir la densité sèche maximale d’un sol par compactage à énergie fixe (dame de poids et dimensions normés).
L’essai Proctor a pour but de déterminer la teneur en eau optimale pour un sol de remblai donné et des conditions de compactage fixées, qui conduit au meilleur compactage possible.
Il existe deux essais Proctor :
L’essai Proctor Normal réservé aux couches de forme et de remblais, et réalisé avec la dame normale (petite dame), quelque soit le moule,
L’essai Proctor Modifié utilisé pour les couches d’assise (les routes nationales), et réalisé avec la dame modifiée (grande dame)
Matériels nécessaires et mode opératoire :
Mode opératoire:
Faire le choix du matériel (moule, dame) : Le choix du moule est défini par la taille des grains et le choix de l’énergie de compactage est défini par l’utilisation envisagée du sol et le peser à vide.
Humidifier le sol à la teneur en eau voulue (la teneur en eau doit être inferieur à la teneur en eau optimale), bien homogénéiser (quartage) et monter la base du moule sur son socle et peser cet ensemble.
Monter la rehausse sur le moule et effectuer l’essai Proctor suivant la norme (nombre de couches, nombre de coups de dame par couche et disposition de ces coups) et le plan de compactage ci-contre.
Retirer la hausse et araser
Peser le moule sans la rehausse.
Principe
On détermine la masse humide nette de l’échantillon total :
Désolidariser la rehausse du moule et on arase le matériau à l’aide de la règle à araser. On nettoie le moule à l’aide d’un pinceau. Peser le moule plein. Et on calcul la masse humide nette a partir de la formule suivante : = Masse du moule plein – Masse du moule vide (2)
Calcul de la teneur en eau de l’échantillon :
On démoule le contenu du moule. On prélève un échantillon partiel de matériau compacté. Et on détermine le poids d’eau et le poids sec de l’échantillon et on applique la formule de la teneur en eau Voir (1).
Table des matières
INTRODUCTION
GENERALITES SUR LES SOLS
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LA MECANIQUE DES SOLS
CHAPITRE II : LE SOL
1. Quelques définitions sur le sol et son origine
2. Classification des sols
a. Classification par la taille des grains solides
b. Classification par le comportement des sols
CHAPITRE III : LE SOL ET LA GEOTECHNIQUE
LES DIFFERENTS ESSAIS REALISES AU LABORATOIRE SUR LES IDENTIFICATIONS DES SOLS.
CHAPITRE I : LA TENEUR EN EAU
1. Définition et objectif de l’essai
2. Matériels nécessaires et mode opératoire
3. Conclusion
CHAPITRE II : ESSAI DE COMPACTAGE
1. Définition et objectif de l’essai
2. Matériels nécessaires et mode opératoire
3. Principe
4. Conclusion
CHAPITRE III : LE C.B.R (CALIFORNIA BEARING RATIO)
1. But de l’essai
2. Indice portant CBR
3. Appareillages
4. Modes opératoires
5. Résultats
CHAPITRE IV : LIMITE D’ATTERBERG
1. Définition et objectif
2. Matériel nécessaire et mode opératoire
3. Conclusion
CHAPITRE V : EQUIVALENT DE SABLE
1. Définition et objectif de l’essai
2. Principe de l’essai et matériel nécessaire
3. Mode opératoire
4. Interprétation et conclusion
CHAPITRE VI : GRANULOMETRIE
1. Définition et objectif de l’essai
2. Matériels nécessaires et mode opératoire
3. Interprétation.
CHAPITRE VIII : LE POIDS SPECIFIQUE
1. Définition et Objectif de l’essai
2. Matériels nécessaires
3. Mode opératoire
CONCLUSION
RESUME
ABSTRACT
LISTE DES FIGURES
LISTES DES TABLEAUX
BIBLIOGRAPHIES
