el bayadh institut des sciences et technologies

Centre Universitaire – El Bayadh

Institut des Sciences et Technologies

Département de tronc commun 2ème année L.M.D Génie Civil (S4) Module TP MDSI : TP Mécanique des sols I

Responsable du TP : Mr. O. BOUGUENINA

TP 1 : MASSE VOLUMIQUE DU SOL ET DES PARTICULES SOLIDES

Introduction: L'identification des sols nécessite d'effectuer des essais de reconnaissance au laboratoire et

in-situ, parmi ces essais la détermination de la masse volumique des particules solide, la masse volumique du sol et la teneur en eau, ces trois paramètres permettent de déterminer l'indice des vides, la porosité, le degré de saturation et la masse volumique du sol sec.

Matériel utilisé : 1/Une étuve ; 2/Un pycnomètre ; 3/Appareil de pesée hydrostatique ; 4/paraffine ; 5/plaque chauffante ; 6/Tares, balance électronique. Mesure de la teneur en eau W:

La teneur en eau est définie par le rapport du poids de l’eau contenue dans un échantillon de sol sur le poids de l’échantillon sec. Elle est mesurée en pesant l’échantillon humide (Wh) puis

le repeser après l’avoir placé dans l’étuve à 105°C. Soit 𝑊 =𝑊ℎ−𝑊𝑠

𝑊𝑠. 100 (%)

Mesure de la masse volumique des particules solide 𝛒𝐬 La masse des particules solide est obtenue par pesage, le volume est déduit par pesée à

l’aide d'un pycnomètre en substituant de l'eau aux particules solides.

Mode opératoire: 1-Peser le pycnomètre vide avec son tube capillaire soit m1 ; 2-Peser l'échantillon dans le pycnomètre soit m2 ; 3-Peser le pycnomètre contenant l'échantillon et l'eau soit m3 ; 4-Peser le pycnomètre plein d'eau soit m4. Afin qu'aucune bulle d'air ne reste accrochée aux particules on porte le pyc+éch+eau à ébullition pendant au moins 1hr.

On utilise la formule suivante : 𝛒𝐬 = 𝛒𝐰 (𝐦𝟐 − 𝐦𝟏)/(𝐦𝟒 + 𝐦𝟐 − 𝐦𝟏 − 𝐦𝟑)

Avec ρw masse volumique de l’eau=1000 kg/m3.

Mesure de la masse volumique 𝛒 Pour déterminer ρ on peut procéder par pesée hydrostatique ou par méthode

géométrique, dans ce TP on utilise la méthode par pesées, on prend un échantillon de forme simple de masse comprise entre 0,1 et 0,5 kg, pesé l'échantillon soit m, et est paraffinée aussitôt

après, une fois revenu à la température de la salle, il est pesé soit 𝑚𝑝 à l'air libre, puis est placé

dans le panier suspendu à l'étrier de la balance et est immergé afin d'être pesé soit 𝑚𝑝′ avec la

balance hydrostatique. 𝝆 =𝒎

𝑽

Où 𝑽 =𝒎𝒑−𝒎𝒑

′

𝝆𝒘−

𝒎𝒑−𝒎

𝝆𝒑 et 𝝆𝒑 = 𝟗𝟎𝟎 𝒌𝒈/𝒎𝟑.

Calcul et résultats : Soit à déterminer :

- la teneur en eau W ;

- la masse volumique des particules solide 𝛒𝐬 ;

- la masse volumique 𝛒 ; - A partir de ces trois paramètres déduire l'indice des vides, la porosité et le degré de saturation.





TP 2 : ANALYSE GRANULOMETRIQUE PAR TAMISAGE

Rappel théorique L’opération de laboratoire qui permet de dresser la courbe granulométrique s'appelle

l'analyse granulométrique. Lorsque les particules ont une dimension supérieure à 80 µm, cette opération est un simple tamisage, on utilise des tamis dont l'ouverture intérieure des mailles varie entre 40 mm et 80 µm. Par définition, le diamètre d'une particule est égal à l'ouverture intérieure des mailles du plus petit tamis la laissant passer. Quand on se sert des passoires il s'agit alors de déterminer les dimensions du tamis équivalent. Les expériences de FERET ont montré que si D est le diamètre des trous de la passoire, l'ouverture intérieure des mailles de tamis équivalent est égal à D/1.25. On utilise par exemple un tamis de 1,6 mm ou bien une passoire de 2 mm

On commence toujours par faire passer l'échantillon dans une étuve à 105° C (environ 24h) jusqu'à ce que sa masse soit devenue constante. Cette opération a pour but de déterminer la masse exact de l'échantillon. On procède ensuite au tamisage proprement dit soit à sec, soit sous l'eau. Le tamisage à sec n’est précis que courent les matériaux sans de cohésion comme les sables ou graviers. Dès qu'on est en présence d'un sol limoneux ou argileux, il faut recourir au tamisage sous l’eau. Le sol doit alors être mis à détremper pendant un temps suffisant pour désagréger les mottes et les agglomérats de terre et de cailloux. Cette opération peut durer de quelques minutes à plusieurs heures. Après le tamisage, on passe à nouveau les tamis et leur refus à l’étuve avant de peser.

Mode opératoire : 1/Peser un échantillon de sol sec d'environ 1 kg ; 2/Préparer une colonne de tamis de différentes tailles des ouvertures des mailles en ordre décroissant ; 3/Verser l'échantillon de sol sur le premier tamis et mettre le couvercle ; 4/Vibrer énergiquement la colonne des tamis soit manuellement ou avec la tamiseuse électrique ; 5/Laisser reposer quelques instants afin de permettre la décantation des particules les plus fines ; 6/Procéder à la pesée de chaque tamis avec son refus puis au tamis seul (tare).

Compte rendu : Introduction ; But du TP ; Matériel utilisé (tamis, balance utilisée…etc.) ; Mode opératoire ; Compléter le tableau suivant :

Ouverture du tamis (mm)

Refus+Tamis (gr) Tamis (gr) Refus (gr) Tamisât (gr) Tamisât (%)

-En principe, la somme des masses des refus de chaque tamis plus celle du dernier tamisât nous donne la masse initiale de l'échantillon du sol, qu'en est-il dans votre cas ? -Tracer la courbe granulométrie. -Déterminer le pourcentage des grains <80 microns. Conclusion ? -Calculer le coefficient de courbure Cc et le coefficient d'uniformité Cu. -Classer le sol selon la classification L.C P.C.





Classification LCPC (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, France) des sols en laboratoire

1. Classification des sols grenus 50 % au moins des éléments > 80 µm.

2. Classification des sols fins 50 % au moins des éléments < 80 µm. Diagramme de plasticité de Casagrande.





TP 3 : ANALYSE GRANULOMETRIQUE PAR SEDIMENTOMETRIE

Introduction : Lorsque les dimensions des particules sont inférieures à 80 µm, le tamisage n’est plus

possible alors on procède à l’analyse granulométrique par sédimentométrie. Le but de cette dernière est de déterminer les proportions relatives en poids des divers éléments d’un sol et de compléter l’analyse granulométrique par tamisage. Cette opération consiste à disperser une suspension constituée par des particules de sol et à analyser leur décantation en fonction du temps. On ajoute en général un défloculent pour éviter la floculation des particules. L’opération consiste à mesurer la densité de la suspension à l’aide d’un appareil, dit densimètre, en fonction du temps.

Matériel utilisé : 1/Deux éprouvettes de 1 litre ; 2/ Un densimètre ; 3/ Un agitateur mécanique ; 4/ Un thermomètre ; chronomètre 5/ Un agent défloculent (hégsamétaphosphate de sodium NaPO3 ;

Préparation de l’échantillon : La procédure consiste à prendre 30 cm3 de défloculent dilué dans de l’eau distillée pour

obtenir 250 cm3 de suspension. On ajoute 40 gr de sol sec récupéré du tamisât à 80 µm (fond du tamis). L’ensemble sera soumis à l’agitation mécanique pendant 3mn environ. et complétée avec de l’eau distillée jusqu’à 1000 cm3.

Essai : -La suspension est agitée manuellement pour la rendre homogène; -Introduire aussitôt le densimètre (t=0) et réaliser 4 lectures successives (à 30s, 1mn, 2mn, 5mn) sans retirer le densimètre ; -Retirer le densimètre et l’introduire dans l’éprouvette témoin pour nettoyer. Réaliser ensuite les lectures aux temps indiqués en introduisant le densimètre dans la suspension 30s avant chaque lecture. Ce temps est suffisant pour stabiliser le densimètre. Les lectures sont normalement réalisées à 30s, 1mn, 2mn, 5mn, 10mn, 20mn, 40mn, 80mn, 240mn et éventuellement à 24h. Après chaque lecture dans la suspension il faut réaliser une lecture de température dans l’éprouvette témoin.

Calcul et résultats : La détermination du diamètre et du pourcentage des particules repose sur la loi de Stokes.

A chaque lecture, on calculera le pourcentage en poids des grains de diamètres équivalents inférieurs à ceux donnés en fonction du temps.

𝐷 = √(1.8×𝜂)

𝜌𝑠−𝜌𝑤

𝐻𝑡

𝑡

Avec

𝐻𝑡 = 0.167 − 2.5(𝑅 − 0.9994) Pour les 3 premières lectures.

𝐻𝑡 = 0.167 − 2.5(𝑅 − 0.9994) − 0.01125 Pour les autres lectires. R : lecture du densimètre à l’instant t et t : temps. Le pourcentage d’une classe de diamètre Di(Pi) est calculé par la formule suivante :

𝑃𝑖 =𝑉

𝑚

𝜌𝑠

𝜌𝑠−𝜌𝑤(𝑅𝑐 − 1) où V : volume de la suspension, Rc : la lecture corrigée du densimètre à t

𝑅𝑐 = 𝑅 + 𝐶𝑡 + 𝐶𝑚 + 𝐶𝑑 Chaque mesure (Di,Pi) représente un point de la courbe granulométrique.





𝜂 =0.00179

1+0.03368 𝑇+0.00022 𝑇2 ;

𝜌𝑤 = 999 𝑠𝑖 12 ≤ 𝑇 ≤ 18; 𝜌𝑤 = 998 𝑠𝑖 18 < 𝑇 < 24 𝑒𝑡 𝜌𝑤 = 997 𝑠𝑖 24 ≤ 𝑇 < 30.

𝐶𝑡 = 0.000193626 𝑇 − 0.001830394; 𝐶𝑚 = 0.0006 𝑒𝑡 𝐶𝑑 = −0.001. où Ct : la correction de la température, Cm correction du ménisque et Cd correction du défloculent. Résultats d’analyse granulométrique par sédimentométrie.

Temps t min Température T°C R P % pour 40g Dmm

0.5 20.0 1.0222

1 20.0 1.0221

2 20.0 1.0220

5 20.0 1.0218

10 20.0 1.0210

20 20.0 1.0189

40 20.0 1.0178

80 20.0 1.0158

240 20.0 1.0125

1440 20.0 1.0109

Résultats d’analyse granulométrique par tamisage et sédimentométrie.

Tamis mm % Tamisas

Ouverture de la maille de tamis

4 97.3

2 94.5

1 92.3

0.500 91.0

0.250 90.4

0.125 90.0

0.080 86.8

Diamètre équivalent





TP 4 : LES LIMITES D’ATTERBERG

Introduction Les limites de liquidité et de plasticité sont utilisées essentiellement pour l’identification

des sols. La limite de retrait est utilisée dans certaines régions ou le sol subit de fortes variations volumiques quand la teneur en eau change. Les essais de détermination de la limite de liquidité et de plasticité sont aussi utilisés pour la détermination du potentiel de variation volumique des sols. La limite de liquidité est parfois utilisée pour estimer les tassements dans des problèmes de consolidation.

Pour la détermination des limites de liquidité et de plasticité, c’est TERZAGHI en 1925 qui a proposé des techniques de mesure, et c’est CASAGRANDE en 1933 qui a développé un appareil standard pour la mesure de la limite de liquidité. Plus tard (1940), CASAGRANDE a utilisé la limite de liquidité et l’indice de plasticité comme base pour la classification des sols. Ces limites sont mesurées sur la fraction du sol qui passe à travers le tamis de diamètre 0,4 mm.

Mesure de la teneur en eau La teneur en eau est définie par le rapport du poids de l’eau contenue dans un échantillon

de sol sur le poids de l’échantillon sec. Elle est mesurée en pesant l’échantillon humide (Wh) puis

le repeser après l’avoir placé dans l’étuve à 105°C. Soit 𝑊 =𝑊ℎ−𝑊𝑠

𝑊𝑠. 100 (%)

Matériel utilisé : 1/Une étuve ; 2/Appareil de CASAGRANDE ; 3/Outil à rainurer ; spatule 4/Tares, balance électronique.

Mode opératoire : Limite de liquidité (WL) : est définit par la teneur en eau qui correspond à la fermeture après 25

chocs de l’échantillon rainuré sur une hauteur déterminée, de 1cm. Cet essai est effectué à l’aide de l’appareil de CASAGRANDE. On réalise l’essai plusieurs fois sur des échantillons du même sol (50gr) mais à des teneurs en eau différentes. On étale l’échantillon sur la coupelle et on utilise l’outil à rainurer pour provoquer une ouverture franche. On compte à chaque fois le nombre de coups nécessaire pour la fermeture des deux lèvres sur 1cm. On portera sur un graphe les points correspondants aux différents essais et on déterminera la teneur en eau correspondant à 25 coups.

Limite de plasticité (WP) : est définit par la teneur en eau du sol à partir de laquelle, des petits rouleaux de 15cm de long formés avec une pâte de sol, se cassent en morceaux quand leurs diamètres atteignent 3mm.

Calcul et résultats : 1/Tracer le graphe WL=f (nombre de coups) et déterminer la limite de liquidité WL. 2/Déterminer la limite de plasticité WP , indice de plasticité IP et indice de consistance IC. 3/Procéder à la classification selon le diagramme de CASAGRANDE.





γd/γw

Optimum PROCTOR

TP 7 : ESSAI PROCTOR

Introduction L’essai PROCTOR normal a pour but d’établir la relation expérimentale entre la densité

sèche d’un sol sensible à l’eau et sa teneur en eau pour différentes énergies de compactage. Il se pratique pour les sols entrant dans la constitution d’un remblai. A partir de cet essai sont déterminées les caractéristiques PROCTOR (densité sèche maximale pour une teneur en eau optimale) du sol étudié.

Matériel utilisé : 1/Moule PROCTOR ou CBR ; 2/Dame standard ou modifiée; 3/Boite à pétri, étuve ; 4/Balance électronique.

Mode opératoire : 1-Préparer plusieurs Kg de sol sec sont le diamètre des particules <5mm ; 2-Peser le moule PROCTOR vide, sans sa hausse, soit M0 sa masse ; 3-Placer la hausse en la fixant au moule ; 4-Humidifier 2,5 Kg de sol sec avec un certain pourcentage d’eau et malaxer le tout afin que tous les grains soit mouillées ; 5-Compacter le sol en trois couches à peu près égales avec 25 coups par la dame PROCTOR normal. Les coups doivent être uniformément répartis sur toute la surface. Chaque couche aura une masse de 700g environ ; 6-Après le compactage de la dernière couche, enlever la hausse, raser l’échantillon jusqu’au bord du moule ; 7-Peser le moule+l’échantillon du sol compacté, soit M1 cette masse ; 8-Pour déterminer la teneur en eau réelle du sol, on prélève deux échantillons de la partie supérieure et inférieure du sol compacté qu’on dépose dans deux tares numérotées et pesées. Les échantillons et les tares sont pesés et étuvés à 105°C pendant 24 h. après 24 h, les peser à sec ; 9-Démouler le sol compacté ; 10-Pour les autres essais, humidifier toujours 2,5 Kg de sol en augmentant la quantité d’eau d’humidification; 11-Recommencer à partir de l’étape 5. A partir du troisième essai, chaque couche pèsera 750 g.

Calcul et résultats :

%

1. Tracer le diagramme de compactage γd/γw=

f() sur feuille millimétrique.

2. Déterminer l’optimum PROCTOR.

3. Commenter le résultat.





RESULTATS D’ESSAI PROCTOR TP 7

Masse du moule vide : 𝑚0 = 1721 𝑔

N°

essai

m

moule+éch

N°

Tare m tare

m éch

humid+tare

m éch

sec+tare W % 𝜌ℎ 𝜌𝑑

1

2

3

4

5

6

7

𝜌ℎ =𝑚−𝑚0

𝑉𝑚𝑜𝑢𝑙𝑒 avec 𝑉𝑚𝑜𝑢𝑙𝑒 = 942.644 cm3

𝜌𝑑 =𝜌ℎ

1+𝑤 avec 𝑤 en % (exemple pour 𝑤 = 30 on prend 𝜌𝑑 =

𝜌ℎ

1+0.30 ).

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