qu’est qu’un sol? - pentes et tunnels
Post on 16-Jun-2022
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Qu’est qu’un sol?
Identification
Classification des sols.
J.P.Magnan
Nature des sols
Sols : très variés et souvent des mélanges
constitués de particules solides, de liquide (eau ou glace) et de gaz
Ces particules solides sont de tailles différentes, de formes différentes
et de nature différentes.
Taille : du micron au décimètre
Formes : anguleuse, arrondie ou en plaquette
Nature : particules rocheuses, argile, organiques
La genèse des sols est l’évolution des roches ignées ou sédimentaires.Le granite devient sable (quartz) et argile (feldspath et mica)
Le calcaire devient marne (mélange argile et carbonate de calcium)
Les matériaux ligneux deviennent tourbe
Sols grenus et sols fins
Pour décrire la dimension des particules…
Le tamisage
tamis
Sol à matrice fine Sol à matrice grossière Gros
Nom argile limon Si sable Sa grave Gr Cailloux Blocs blocs
CI fin moyen grossier fin moyen grossier fin moyen grossier Ca Bo LBo
Dimension CI FSi MSi CSi FSa MSa CSa FGr MGr CGr Co Bo LBodesparticules(mm)
0,002 0,0063 0,02 0,063 0,2 0,63 2 6,3 20 63 200 630
(particules les plus grosses)
Pour décrire la dimension des particules…
La sédimentométrie
Sol à matrice fine Sol à matrice grossière Gros
Nom argile limon Si sable Sa grave Gr Cailloux Blocs blocs
CI fin moyen grossier fin moyen grossier fin moyen grossier Ca Bo LBo
Dimension CI FSi MSi CSi FSa MSa CSa FGr MGr CGr Co Bo LBodesparticules(mm)
0,002 0,0063 0,02 0,063 0,2 0,63 2 6,3 20 63 200 630
(particules fines < 80µm)
Sols fins
Granulomètre laser
Argile Limon Sable Grave Caill.
finfin finmoyen moyen moyengrossier grossier grossier
Classification des particules
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,001 0,01 0,1 1 10 100
Dimensions des particules d (mm)
Po
urc
en
tag
e d
es
pass
an
ts
(%)
Courbe granulométrique
His
tog
ram
me
(%
)
Argile Limon Sable Grave Caill.
finfin finmoyen moyen moyengrossier grossier grossier
Classification des particules
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,001 0,01 0,1 1 10 100
Dimensions des particules d (mm)
Po
urc
en
tag
e d
es
pass
an
ts
(%)
Courbe granulométrique
d10 d30 d60
6010
230
cDD
DC =
10
60u
D
DC =
Coefficient d’uniformité
Coefficient de courbure
Argile Limon Sable Grave Caill.
finfin finmoyen moyen moyengrossier grossier grossier
Classification des particules
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,001 0,01 0,1 1 10 100
Dimensions des particules d (mm)
Po
urc
en
tag
e d
es
pass
an
ts
(%)
Courbe granulométrique
d10 d30 d60
CU=120
CC=0,83
Argile Limon Sable Grave Caill.
finfin finmoyen moyen moyengrossier grossier grossier
Classification des particules
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,001 0,01 0,1 1 10 100
Dimensions des particules d (mm)
Po
urc
en
tag
e d
es
pass
an
ts
(%)
Courbe granulométrique
d10 d30 d60
Proportions des particules dans le sol
A B D
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10
Dimension (mm)
tam
isa
ts (
%)
100
80µm 2mm2µm
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10
Dimension (mm)
tam
isa
ts (
%)
100
80µm 2mm2µm
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10
Dimension (mm)
tam
isa
ts (
%)
100
80µm 2mm2µm
Argiles < 2µm et limons Sable dominant et limon Graves et sable et limon
On a donc une idée approximative de la taille des
particules du sol et de leur répartition.
Mais d’autres caractéristiques ont aussi une influence :
- les propriétés physiques des minéraux du sol
- interaction avec l’eau des argiles…
- solubilité...
- qui sont corrélées avec la taille des particules,
- la structure des sols qui contiennent à la fois des
particules grosses et des particules très fines.
La surface spécifique d’un sol est très variable (en m2/g) et
peut atteindre de grandes valeurs qui indiquent le
comportement gonflant de certaines argiles comme par
exemple:
Kaolinite = 0,0015 km2/kg, feuillets de 50 à 2000 nm
Illite = 0,08 km2/kg, feuillets de 30 nm
Montmorillonite = 0,8 km2/kg, feuillets de 3 nm
Les liquides
Le plus souvent il s’agit d’eau douce ou salée.
Cela peut être aussi des polluants, du pétrole.
Les liquides occupent les vides entre les particules,
appelés « pores » mais ne les occupent pas
nécessairement complètement.
Il y a de la place pour des gaz.
Vapeur d’eau en général
Méthane ou autre
Représentation des phases solide, liquide et gazeuse
Cas 1
Sol à l ’état sec
Cas 2
Sol humide
Cas 3
Sol saturé
Sable
Sol fin
argileux
100 µm
10 µm
Un diagramme décrit les proportions des phases sans
individualiser les particules et les vides
M
M
M
M
M
Le « diagramme des phases » permet de définir des quantités
mesurables avec les « armes » du mécanicien des sols :
- une balance,
- une étuve, (poids de l’eau = poids sol – poids sol étuvé)
- des systèmes de mesure de longueur et volume.
Le « diagramme des phases » permet aussi de définir les paramètres
qui sont utilisés pour représenter le sol en mécanique des sols.
Masses volumiquesrh = M/V masse volumique du sol
rs = Ms/Vs masse volumique des particules
rd = Ms/V masse volumique du sol sec
rh = Mw/Vw masse volumique de l’eau
ra = Ma/Va masse volumique de l’air
r’ = r – rw masse volumique déjaugée
M
M
M
M
M
n = Vv/V porosité (du sol)
e = Vv/Vs indice des vides (du sol)
Sr = Vw/Vv degré de saturation du sol
w = Mw/Ms teneur en eau (massique) du sol
Paramètres sans
dimensions
On définit aussi :
- des densités (masse volumique divisée par celle de l’eau ou
poids volumique divisé par celui de l’eau).
g = gr = W/V poids volumique du sol
gs = grs= Ws/Vs poids volumique des particules (26 à 27 kN/m3)
gd = grd= Ws/V poids volumique du sol sec
gh = grw= Ww/Vw poids volumique de l’eau (9,81~10 kN/m3)
ga = gra= Wa/Va poids volumique de l’air (0 kN/m3)
g’ = g – gw poids volumique déjaugé ;
- des poids volumiques
L’accélération de la pesanteur g = 9,81 m/s2 est souvent assimilée à 10 m/s2.
W
W
W
W
W
La mécanique des sols distingue très nettement les sols
granulaires et les sols fins.
• Les sols granulaires sont classés d’après la dimension des
particules (« grains »).
• Les sols fins sont classés en fonction de leur interaction
avec l’eau.
• Les mélanges (sols intermédiaires)…se comportent
comme des sol fins si particules fines >35%
La sensibilité à l’eau de la fraction fine du sol est caractérisée par
les limites de consistance (d’Atterberg)
Teneur en
eau w0 wS wP wL wmax
État
solide
sans
retrait
État
solide
avec
retrait
État
plastique
État
liquide
IP
Les états de consistance sont associés à des comportements mécaniques.
Les variations de w% suggèrent les évolutions du comportement du sol.
• Limite de liquidité : coupelle de Casagrande ou cône (de
consistance)
Teneur en
eau w0 wS wP wL wmax
État
solide
sans
retrait
État
solide
avec
retrait
État
plastique
État
liquique
IP
• Limite de plasticité : méthode du rouleau
Teneur en
eau w0 wS wP wL wmax
État
solide
sans
retrait
État
solide
avec
retrait
État
plastique
État
liquique
IP
• Limite de retrait
Teneur en
eau w0 wS wP wL wmax
État
solide
sans
retrait
État
solide
avec
retrait
État
plastique
État
liquique
IP
Agitateur m agnétique
A
M
agitateur
burette graduée
Alternative pour caractériser l’interaction de l’eau et d’un
sols : l’essai au bleu de méthylène
sur papier filtre
goutte non saturée
goutte saturée
5 min
Solution eau + sol
+ bleu de méthylène
Prélèvement
Auréole ou pas auréole ?
• Essai réalisé sur la fraction 0-5 mm
• Vbs exprimée en g de bleu par 100 g
de sol
Les tourbes
très forte teneur en eau et très forte compressibilité
ll existe des essais de caractérisation
de la matière organique du sol.
Par ex : le test de Von-Post
ind
ice
de
pla
sti
cit
é
limite de liquidité
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
10
20
30
40
50
60
ligne AIP=0,73.(wL-20)
kaolinites
montmorillonites
halloysites
chlorites
illites
argiles silteuses
sables et silts
argileux
Ap Argiles peu plastiques
At Argiles trés plastiques
Lp limonspeu plastiques
Lt limonstrés plastiques
Classification des sols LCPC/USCS
Ap
Lp
At
Lt
Pa
ssa
nt à
80
µm
12 %
100 %
50 %
Sols fins
5 %0 %
Sols grenus / Sols fins
Sols grenus / A ou L
Sols grenus propres Forme de la courbe granulométrique
Grave ou sable (2mm)
bien ou mal gradué (CU,CC)
IP
30100
Argile
Limon
Sable limoneux
Classification d’Osterberg
Dénominations telles que
Ap,At,Lp,Lt ou
GA-At,GA-Ap,… SL-Lt, SA-Ap… ou
GA,GL,SA,SL ou
Gb,Gm,Sb,Sm
Avant…
Classification de Casagrande (1948)
Classification USCS ou LCPC
Classifications et nommage des sols
Savoir si un sol majoritairement grenu est
un sable ou un gravier
d50fraction
> 80 µm
fraction
< 80 µm
nom
LCPC (USCS)
0 à 5%
Grave
propre
CU > 4 et
1 < CC < 3
Gb (GW)
grave propre bien graduée
majorité
> 2 mm
sinon Gm (GP)
grave propre mal graduée
GRAVES 5 à 12 % diagramme de plasticité :
au-dessus de la ligne A
GA (GC)
grave argileuse
diagramme de plasticité :
au-dessous de la ligne A
GL (GM)
grave limoneuse
> 80 µm > 12 % double classement et
double symbole
GA/GL -
Lp/Lt/Ap/At
SOLS
GRENUS< 5 %
Sable
propre
CU > 6 et
1 < CC < 3
Sb (SW)
sable propre bien gradué
majorité
< 2 mm
sinon Sm (SP)
sable propre mal gradué
SABLES 5 à 12 % diagramme de plasticité :
au-dessus de la ligne A
SA (SC)
sable argileux
diagramme de plasticité :
au-dessous de la ligne A
SL (SM)
sable limoneux
> 12 % double classement et
double symbole
SA/SL -
Lp/Lt/Ap/At
Classification française du GTR (Terrassements)
C80µm (< 80 µm) Fines
VBS
IP12 25
0,1 0,2 1,5 2,5 6 8
12 %
35 %
100 %
0 %
100 %70 %
GS
40
A1 A2 A3 A4
Sols fins A
B5
B1 B2
B4B3D2
B6
D1
Dmax 50 mm
Sols sableux et graveleux riches en fines B
Sols sableux ou graveleux pauvres en fines B
C2mm
Classification triangulaire des sols (proportions)
pourcentage de limon
100 80 60 40 20
1
23
4
5
6 7
8
9
1 : argile
2 : argile limoneuse
3 : argile sableuse
4 : limon argileux
5 : limon
6 : limon sableux
7 : sable limoneux
8 : sable argileux
9 : sable
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