Structure et classification des sols

I. Structure et classification des sols:


       I.1. Structure du sol:

Un sol est un mélange d'éléments solides, d'eau pouvant circuler entre les grains constitutifs et de gaz (essentiellement de l'air). On peut voir sur les schémas suivants les trois phases distinctes d'un sol.

                                                                                        Source: cours de Mécanique des Sols, Fabrice Rojat, Enseeiht 2009-2010

On voit ici les trois phases présentes dans un sol: liquide (w), solide (s) et gazeuse (a). Il ne sera pas expliqué ici les différents éléments constitutifs d 'un sol. Cela fait appel à des notions de géologie et sort du cadre de notre projet. Cependant il est nécessaire pour bien réaliser l'étude de connaître la distribution en tailles de particules du sol étudié qui se fait grâce à une analyse granulométrique.

Il convient aussi de classifier les sols rencontrés. On s'appuiera pour cela sur la classification développée par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (voir la classification LCPC/USCS ou le Guide des Terrassements Routiers (1992)). Ces classifications s'appuient principalement sur la granulométrie qui est le critère essentiel pris en compte.

            I.2. Classification des sols:

Les sols sont généralement désignés par le nom de la fraction granulométrique la plus importante, avec en adjectif la fraction granulométrique secondaire. Par exemple on peut parler de sables limoneux ou bien d'argiles sableuses.


La classification LCPC/USCS, adoptée en France et très répandue à l'étranger, distingue trois grands types de sols:

  • les sols grenus dont 50% au moins d'éléments sont de taille supérieure à 80 μm

  • les sols fins dont au moins 50% d'éléments sont de taille inférieure à 80 μm

  • les sols organiques dont la teneur en matière organique est supérieure à 10%

La classification LCPC contient donc une partie spécifique aux sols grenus et une autre spécifique aux sols fins. Des tests élaborés existent afin de terminer dans quelle mesure un sol est plus ou moins de tel type ou d'un autre. Cependant, comme il a été dit plus haut, la granulométrie reste le point majeur lors de la classification d'un sol.

          I.3.Granulométrie:

L'analyse granulométrique a pour but de déterminer les proportions de grains de différentes tailles dans le sol. De manière générale elle s'effectue par tamisage pour les grains de diamètre supérieurs à 80 μm, avec une pesée des matériaux retenus dans chaque tamis.

Elle permet de distinguer les types de sols sur lesquels on travaille en faisant la différence entre les sols fins et les sols grenus.

Une courbe granulométrique se présente sous la forme suivante. On trace en abscisse la taille d'ouverture des tamis et en ordonnée la fréquence cumulée de leurs passants.

 

 


                                                                                                               source: ici

Pour notre part on se concentrera sur des sables (plus ou moins compactés) compris entre 0.05 mm et 5 mm.

                                                                                                         Source: ici

                 I.4. Distinction sols fins/sols grenus:

On effectuera aussi pour la suite de l'étude une distinction entre les sols grenus et les sols fins. Un sol fin est un sol pour lequel les attractions intergranulaires sont prépondérantes, ce qui se traduit par une forte cohésion du sol (les sols restent en mottes). Les sols grenus, quant à eux, sont les sols pour lesquels les attractions intergranulaires sont faibles par rapport aux forces de pesanteur, on dit alors que les sols sont pulvérulents, c'est-à-dire qu'ils peuvent s'écouler à la main.

Dans ces sols seule l'eau libre existe et joue un rôle important. Dans le cas d'un sol grenu l'eau peut tout au plus donner une cohésion capillaire alors que dans les sols fins l'eau adsorbée les rend cohérents.

On comprend ici que les phénomènes liés au tassement des structures vont être différents selon qu'un sol soit fin ou bien grenu.

  




 


 

 


  

                                                     

                                                                                                            Source: ici                                                                                                                               Source: ici              

 

               I.5. Paramètres caractéristiques des sols:

On établit dans ce paragraphe les paramètres importants permettant de définir un sol. On présente tout d'abord le schéma général suivant:

 avec:

  • Ws: poids des grains solides

  • Ww: poids de l'eau

  • W: poids total du sol

 

  • Vs: volume des grains solides

  • Vv: volume de vide entre les grains (Vv=Vw+Va)

  • Va: volume de l'air

  • Vw: volume de l'eau

  • V: volume total

A partir du schéma de sol précédent on définit les propriétés principales d'un sol comme suit:

  • γ: poids volumique du sol 

  • γd: poids volumique du sol sec

  • γw: poids volumique de l'eau = 10 kN/m3


L'indice des vides qui permet de savoir si les vides sont importants ou non, c'est-à-dire si le sol est dans un état lâche ou serré est défini de la manière suivante:

 

La porosité dont la signification est analogue à celle de l'indice des vides est quant à elle définie comme suit:


 


On peut aussi définir le modèle d'Young ainsi que le coefficient de Poisson dont nous aurons besoin pour l'étude numérique comme suit:

  • E: module d'Young (coefficient de proportionnalité qui relie la contrainte de traction à la déformation élastique pour un matériau isotrope homogène dans la théorie de l'élasticité linéaire)

  • ν: coefficient de Poisson (permet de caractériser la contraction de la matière perpendiculairement à la direction de l'effort appliqué)


Ordre de grandeur des paramètres caractéristiques d'un sol:

 


 

e0

n (%)

γ (kg.m-3)

sable

0.43 - 0.85

30 - 46

1.77 - 2.16

argile

0.6 - 1.2

55 - 37

1.77 - 2.07

limon

0.5 - 1

40 - 53

1.16

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