Mécanique des sols caractéristiques intrinsèques des sols

Cours mécanique des sols caractéristiques intrinsèques des sols

  • Le pourcentage des éléments inférieurs à 2 µm (teneur en argile) par rapport au poids total du mortier (éléments <0.40mm).
  • On terminera en déterminant sur le mortier les limites de liquidité et de plasticité, d’où l’on déduira IP, et on reportera le résultat sur l’abaque de plasticité de CASAGRANDE. On pourra également en déduire l’activité du mortier.
  • Essai d’équivalent de sable particulièrement utilisé en géotechnique routière : On a donc théoriquement : ES = 0 argile pure – ES = 20   sol plastique

ES = 40   sol non plastique – ES = 100 sable pur et propre
En pratique, cet essai n’est réalisé que sur des sols grenus pour lesquels la détermination des limites d’ATTERBERG est difficile et imprécise. On a donc en général : ES >30.
1°/ Caractéristiques intrinsèques des sols
Cohésion C
Dans les sols très fins, en plus des frottements inter granulaires se manifestent des forces d’attraction entre particules qui se traduisent par une « cohésion du sol ». Elle est exprimée par une pression qui varie avec la teneur en eau des sols.
L’angle de frottement interne
Angle que fait la courbe intrinsèque ou droite de Coulomb dans le plan de Mohr avec l’axe des contraintes normales.
L’angle de frottement interne et la cohésion sont deux caractéristiques mécaniques fondamentales des sols. Ils sont souvent représentés par la courbe intrinsèque.
2°/Compactage
C’est l’ensemble des opérations mécaniques qui conduisent à accroître la densité d’un sol. Le compactage resserre la texture et améliore les propriétés mécaniques d’un sol.
La densité obtenue croît avec l’énergie de compactage et il existe une teneur en eau pour laquelle le rendement du compactage est optimal. Celle-ci est appelée teneur en eau optimale de compactage et est notée. C’est une caractéristique des sols.
3°/Compressibilité
La compression est la réduction de volume apparent sous charge constante. Pour les sols non saturés, cette réduction de volume est essentiellement imputable à l’expulsion de l’air et au ré-arangement des grains (cas du compactage).
Compte tenu de la très faible compressibilité des grains et de l’eau, on considérera les sols saturés comme incompressibles.
Ces derniers peuvent cependant réduire leur volume apparent sous charge mais à masse non constante ; ce phénomène est appelé « consolidation ».
4°/Consolidation des sols saturés.
La consolidation est la réduction de volume apparent sous chargement d’un sol à masse non constante. La consolidation est un phénomène transitoire. La réduction de volume se produit progressivement dans le temps après l’application d’une charge jusqu’à stabilisation. Les sols saturés tendent à évacuer l’eau qu’ils contiennent vers des zones moins chargées à une vitesse qui varie avec la perméabilité du milieu, ceci se traduit par une diminution progressive du volume apparent.
5°/Gonflement – retrait
Soit un sol argileux que l’on dessèche :
* dans un premier temps, rapprochement des grains solides au fur et à mesure que le volume d’eau diminue, le sol est toujours saturé, et son volume apparent diminue.
* Dans un deuxième temps : les grains sont en contact et ne peuvent plus se rapprocher. L’élimination de l’eau ne fait plus varier le volume, mais provoque la dé-saturation du sol,
* Il y a alors apparition des fissures de retrait. La teneur en eau correspondant à l’apparition de ces fissures est appelée « limite de retrait ».
On démontre que la variation de volume total est proportionnelle à la masse volumique sèche et à la variation de teneur en eau, lorsque cette teneur en eau reste supérieure à la limite de retrait.
Lorsque  on a « gonflement »
Lorsque  on a « retrait »
Le potentiel de gonflement-retrait d’un sol est fonction de la quantité et de la nature des espèces argileux qu’il contient.
L’écoulement de l’eau dans les sols est régi par la loi de Darcy v=ki (où v est la vitesse d’écoulement sous un gradient hydraulique i=dh/ds, dh étant la perte de charge le long de l’élément d’arc ds d’une ligne de courant, et où k est le coefficient de perméabilité).
Hypothèses
La porosité du sol étant formée de vides de tailles variées, l’eau qui y pénètre peut circuler librement dans les pores de grandes dimensions ou être plus ou moins fortement retenue dans les plus fins (où les forces de tension superficielle deviennent prépondérantes).
On distingue
* l’eau libre, qui intéresse le géotechnicien,  qui peut circuler plus ou moins rapidement sous l’action de la gravité ou par suite de différence de pression.
* L’eau absorbée, qui est très fortement liée aux particules d’un sol
Dans un sol, l’eau (eau libre dans un sol fin) peut circuler entre les grains.
L’hydraulique des sols a pour objet d’établir les lois générales d’écoulement de l’eau et notamment les lois de l’écoulement en régime permanent en posant par hypothèse :

  • que l’eau interstitielle et les grains sont incompressibles,
  • que la masse d’eau interstitielle se conserve,
  • que le Sol est saturé
  • qu’il y a continuité de la phase liquide, ce qui veut dire que la vitesse de l’eau est telle que ;
  • que l’écoulement est permanent :
  • La vitesse de l’eau est indépendante du temps en tout point;
  • Les trajectoires des particules d’eau invariables au cours du temps;
  • L’eau qui circule entre les grains présente de la viscosité.
  • que les contraintes totale s et effective s‘ ainsi que la pression de l’eau « u » sont liées par la relation de TERZAGHI :

1- vitesse de l’eau dans le sol
Comme on ne peut pratiquement pas définir la vitesse réelle de l’eau en tout point des interstices, on ne s’intéresse qu’à des vitesses moyennes :
vitesse moyenne apparente v
L’eau étant incompressible, le débit q est le même quelle que soit la section S considérée.
Le but c’est d’étudier les écoulements permanents dans un sol saturé. Comme par exemple le calcul du débit de fuite, dans un barrage en terre, sous un réseau de palplanches, le calcul de la transition granulométrique d’une protection de berges etc.

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