RAPPORT D IDENTIFICATION DES SOLS

RAPPORT D IDENTIFICATION DES SOLS Florian Weill Moncef Radi Ha Phong Nguyen Hamza Sehaqui Nafaï Ilias Identification d un sol 18 Octobre 2010 Page 1

SOMMAIRE Introduction 3 Tests d Atterberg 3 Granulométrie 8 Sédimentométire 10 Courbe granulométrique 14 Classification 17 Conclusion 19 Identification d un sol 18 Octobre 2010 Page 2

Introduction Durant ce TP, il s agit de classer un sol selon les normes UCSC. Pour cela, il faut déterminer les limites d élasticité et de plasticité de la partie fine de ce sol, et tracer la courbe granulométrique, accompagnée par le calcul de diverses valeurs qui seront définies au fur et à mesure dans ce rapport. Bonne consultation. I) Testes d Atterberg 1. Introduction Les limites d Atterberg sont des essais qui permettent de définir des indicateurs qualifiant la plasticité d un sol, et plus précisément de prévoir le comportement des sols pendant les opérations de terrassement, en particulier sous l'action des variations de teneur en eau. Notons que cet essai se fait uniquement sur les éléments fins du sol et il consiste à faire varier la teneur en eau de l'élément en observant sa consistance, ce qui permet de faire une classification du sol. 2. Expériences a) But Le but de ces tests est de déterminer les limites de consistance qui sont exprimées en termes de teneur en eau marquant les limites entre état solide, plastique, et liquide. Il est important de noter que ces tests ne s appliquent que pour les sols fins, définis comme ayant des grains de diamètres inférieurs à 0.06 [mm]. b) Protocole Détermination de la limite de liquidité : Identification d un sol 18 Octobre 2010 Page 3

Pour ce, on utilise la coupole de Casagrande, qui consiste en un appareillage composé d un bol et d un arbre à came permettant de transformer le mouvement de rotation en translation, on arrive donc à élever le bol d une certaine hauteur et de le laisser retomber sur un plan rigide. Pour réaliser ce premier test, il faut : Ø Humidifier l échantillon de sol fin Ø L homogénéiser Ø Etaler l échantillon dans le bol, de manière à avoir une épaisseur à peu près constante, de 1 [cm], avec une surface horizontale Ø Appliquer une rainure au milieu, séparant l échantillon en deux parties distinctes et égales, de manière à voir le fond du bol Ø Tourner la manivelle en comptant la norme de fois que le bol s est élevé puis rabattu jusqu à ce que la fente se referme. Ø Récupérer l échantillon, le peser, et calculer sa teneur en eau. Identification d un sol 18 Octobre 2010 Page 4

Détermination de la limite de plasticité Pour déterminer cette limite, le procédé est le suivant : Ø Prendre un échantillon séché du sol fin Ø Y ajouter un peu d eau et homogénéiser le mélange Ø Former trois fil de 3 [mm] de diamètre et de 10 [cm] de longueur sur le modèle d une petite barre de fer Ø Rouler les fils sur une planche de bois, servant à l assécher au fur et à mesure, jusqu à l apparition des première fissures. Les rétrécir si nécessaire pour maintenir la même longueur (10 [cm]) Ø Récupérer l échantillon, le peser, et calculer sa teneur en eau. Identification d un sol 18 Octobre 2010 Page 5

Résultats Vu que le fil est maintenu à 3 [mm] de diamètre, la teneur en eau calculée correspond à la limite de plasticité. Les résultats obtenus pendant le TP sont regroupés dans le tableau ci-dessous : Nombre de coups 11 17 27 38 19 13 19 Masse brute humide [g] 38.62 46.33 47.62 37.99 36.06 28.20 41.80 Masse brute sèche [g] 33.01 40.62 41.98 33.52 Masse d eau [g] 5.61 5.71 5.64 4.47 Tare [g] 15.92 22.28 22.75 17.91 12.3 9.37 18.17 Masse nette sèche [g] 17.09 18.34 19.23 15.61 Teneur en eau [%] 32.82 31.13 29.3 28.6 Masse brute humide [g] 15.89 15.94 15.04 17.11 20.38 20.95 13.94 Masse brute sèche [g] 15.08 15.04 14.17 16.10 Masse d eau [g] 0.81 0.9 0.87 1.01 Tare [g] 10.21 9.42 8.88 10.03 17.10 14.48 10.61 Masse nette sèche [g] 4.87 5.62 5.29 6.07 Teneur en eau [%] 16.84 16.01 16.44 16.64 c) Commentaires Se basant sur les résultats notés dans le tableau, la limite de plasticité théorique s obtient par calcul de la moyenne des quatre limites de plasticités obtenues au laboratoire. Limite de plasticité : Wp = 16.48 [%] En ce qui concerne la limite de liquidité, vu que, lors des quatre tentatives, le sillon s est refermé après un nombre de coups différents de 25, une courbe de tendance peut fournir la teneur en eau si le sillon s était refermé à exactement 25 coups (graphique). Identification d un sol 18 Octobre 2010 Page 6

Teneur en eau Nombres de coups 10 15 20 25 30 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 y = - 5.9945x + 205.86 R² = 0.9244 35 40 Ainsi pour 25 coups, on a Wl= 30.17[%]. De ce fait on peut calculer l indice de plasticité Ip= Wl-Wp= 13.69 [%]. En se référant à la désignation de plasticité incluse dans les normes fournies lors du TP (tableau page 14), notre sol fin est plastique ( 10 Ip 20 ). D après le diagramme indice de plasticité Ip limite de liquidité WL, nous déduisons que notre partie fine est un CM ou OL. Identification d un sol 18 Octobre 2010 Page 7

II) Granulométrie L analyse granulométrique est une étape fondamentale pour la classification d un sol. Cela consiste à mesurer la dispersion des grains d un sol suivant leurs dimensions, c est-à-dire leurs diamètres respectifs. Puis, reporter sur une courbe granulométrique les résultats ainsi obtenus. Lors de ce TP, nous avons eût à traiter à trois échantillons granulométrique différentes, à savoir : Ø (mm) 63-8 Ø (mm) 8-0.09 Ø (mm) inférieure à 0.09 Pour les échantillons 1 et 2, l analyse granulométrique peut être effectuée par tamisage. Cependant, pour des grains de diamètres inférieurs à 0.09mm, le tamisage n est plus une solution praticable. En effet, l épaisseur des fils du tamis peut poser problème par exemple. On adoptera donc une méthode différente qui sera expliquée au paragraphe suivant, à savoir la sédimentométrie. Revenons à notre échantillon 1 et 2. 1. Nous avons à disposition 12006g de sol de diamètre inférieur à 63mm. On pose cet échantillon sur 3 tamis normalisés empilés les uns sur les autres dans l ordre décroissant (31.5-16-8mm). On les vibre ensuite pour que le sol descende à travers les différents tamis et on mesure le pourcentage de refus et passant correspondant. Tamis (mm) Masse brute (g) Tare (g) Masse nette (g) Refus (%) Refus cumulés (%) Passant (%) Remarques d erreurs 31.5 1030 720 310 2.582042312 2.582042312 97.41795769 16 1989 788.2 1200.8 10.00166583 12.58370814 87.41629185 8 2249 724.3 1524.7 12.69948359 25.28319173 74.71680826-10210 1250 8960 74.62935199 99.91254373 0.087456272 Total 11955.5 99.91254373 - - 0.087456 Ø Pour trouver la masse nette, on soustrait le tare à la masse brute. Ø On obtient le refus en divisant la masse nette par 12006g qui est la masse de départ. Ø Le pourcentage de passant est obtenu en faisant 100 moins le refus cumulé. Identification d un sol 18 Octobre 2010 Page 8

On peut maintenant tracer la première partie de la courbe granulométrique. En abscisse nous avons le diamètre (mm) et en ordonné le pourcentage de passant. Courbe granulométrique 1 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 85.13858 74.9917 59.0558 49.58676 8 16 31.5 63 Courbe granulométrique 1 2. On répète la procédure décrite en 1. Avec maintenant un échantillon de 1000g de diamètre inférieure à 8mm. Notons que nous avons considéré que 740g de sol. Les tamis correspondants sont dans l ordre décroissant 8-4 - 2-0.4-0.09 mm. Voici les résultats obtenus. Tamis (mm) Masse brute (g) Tare (g) Masse nette (g) Refus (%) Refus cumulés (%) Passant (%) Remarques d erreurs 4 357.1 156.27 200.83 14.86142 14.86142 85.13858 2 284.1 146.98 137.12 10.14688 25.0083 74.9917 0.4 398.1 182.75 215.35 15.9359 40.9442 59.0558 0.09 248.3 120.34 127.96 9.46904 50.41324 49.58676-1735.9 1419.1 316.8 23.4432 73.85644 26.14356 Total 998.06 73.85644 26.14356 Px étant la fraction fine, on a Px = 26.14356. On peut à présent tracer la 2ême courbe granulométrique avec à l abscisse le diamètre (mm) et à l ordonné le pourcentage de passant. Identification d un sol 18 Octobre 2010 Page 9

Courbe granulométrique 2 100 100 80 60 40 59.0558 49.58676 74.9917 85.13858 Courbe granulométrique 2 20 0 0.09 0.4 2 4 8 III) Sédimentométrie La sédimentométrie a pour objectif de déterminer la répartition en poids des grains du sol suivant leur dimension pour des fines particules inférieures à 0,09 mm, En effet, lorsque le diamètre des particules est faible, le tamisage ne permet plus d obtenir des résultats précis. Cette méthode est basée sur le fait que les grains de diamètre différent sédimentent dans un milieu liquide au repos à vitesses différentes. La relation entre diamètre des grains et vitesse de sédimentation est donnée par la loi de Stokes. Voici les étapes de cette manipulation. I. Un échantillon de 50g de fines particules est versé dans un mélange d eau et de 15 ml de défloculant (NA4P207), le défloculant étant présent pour décoller les grains les uns des autres et ainsi permettre leurs libres mouvements dans l eau. II. On mélange ensuite la solution dans une éprouvette et on laisse les particules se déposer au fur et à mesure au fond. III. On relève en fonction du temps une densité (variant en fonction de la concentration) à une certaine profondeur grâce à un aéromètre. Identification d un sol 18 Octobre 2010 Page 10

Calcul du diamètre moyen des grains en suspension à un temps donné T i. Calcul de la lecture sur l aéromètre avec la correction La valeur de la densité est déterminée par la lecture de la graduation de l aéromètre au niveau de la base du ménisque que l eau forme autour de la tige. Or dans notre expérience cette lecture est empêchée par les suspensions opaques en solution. Les valeurs seront prises sur le sommet du ménisque auxquelles nous ajouterons une correction variant en fonction du temps pour obtenir la véritable graduation ou densité. Soit R : lecture de la graduation corrigé R : lecture de la graduation C : correction variant en fonction du temps Date Facteur de Temps écoulé Lecture R' R=R'-C correction C (min) 20.04.1997 1000.6 0.5 1027.1 26.5 20.04.1997 1000.6 1 1024.1 23.5 20.04.1997 1000.6 2 1020.6 20 20.04.1997 1000.4 5 1016.6 16.2 20.04.1997 1000.4 15 1013.2 12.8 20.04.1997 1000.3 45 1009.9 9.6 20.04.1997 1000.4 120 1007.6 7.2 20.04.1997 1000.2 300 1005 4.8 21.04.1997 1000.5 1440 1002.5 2 On obtient les résultats groupés dans le tableau ci-dessous. ii. Calcul de la profondeur effective du centre de poussée Soit H r : profondeur effective du centre de poussée (mm) H 0 : longueur de la graduation 1000 au centre de poussé (mm) R : lecture de la graduation Identification d un sol 18 Octobre 2010 Page 11

Avec H r =H 0 -(4,02 R), on a les valeurs suivantes. R=R'-C H r 26.5 107.47 23.5 119.53 20 133.6 16.2 148.876 12.8 162.544 9.6 175.408 7.2 185.056 4.8 194.704 2 205.96 iii. Calcul de la longueur des diamètres apparents Nous utilisons la formule générale suivante pour le diamètre. L expérience étant réalisé entre 19 et 21 C et ρ s la masse volumique des grains étant compris entre 2,65 et 2,75 [t/m 3 ], on peut utiliser la version simplifiée de cette formule. Donc on a : Répartition des grains suivant leurs diamètres i. Pourcentage de la sédimentométrie D (mm) 0.060566569 0.045166123 0.033764676 0.02254248 0.013599226 0.008156293 0.005130212 0.003328137 0.001562372 Avec (K = 3.18) R=R'-C P (%) 26.5 84.17647059 23.5 74.64705882 20 63.52941176 16.2 51.45882353 12.8 40.65882353 9.6 30.49411765 7.2 22.87058824 4.8 15.24705882 2 6.352941176 Identification d un sol 18 Octobre 2010 Page 12

ii. Pourcentage totale R=R'-C P totale (%) 26.5 22.00672609 23.5 19.51539861 20 16.60884988 16.2 13.4531684 12.8 10.62966392 9.6 7.972247944 7.2 5.979185958 4.8 3.986123972 2 1.660884988 Courbe sédimentométrique Courbe sédimentémétrique 100 0.09, 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0.001562372, 6.352941176 0.005130212, 22.87058824 0.003328137, 15.24705882 0.013599226, 40.65882353 0.033764676, 63.52941176 0.008156293, 30.49411765 0.060566569, 84.17647059 0.02254248, 51.45882353 0.045166123, 74.64705882 0 0.001 0.01 0.1 1 Identification d un sol 18 Octobre 2010 Page 13

IV) Courbe granulométrique La courbe granulométrique nous permet de déterminer le degré d uniformité et la courbure de l échantillon. Ces caractéristiques sont aussi utiles pour déterminer la sensibilité au gel ou la compacité d un sol. On peut calculer quelques valeurs caractéristiques à l aide de cette courbe. Ø Degré d uniformité : Nous obtenons un degré d uniformité de 34 environ, donc nous sommes présence d une granulométrie variée. Ø Courbure : Nous obtenons pour la courbure la valeur de 0.123 % Argile % Limon % Sable % Gravier 13 25 12 50 Identification d un sol 18 Octobre 2010 Page 14

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V) Classification D après la norme SN 670 004 2a NA, le sol étudié est un gravier puisque la fraction grossière (grains dont le diamètre est supérieur à 0.063 [mm]) est supérieure à 50% de l échantillon total, et que la fraction des graviers est plus grande que celle du sable. De plus, la fraction des grains de diamètre inférieur à 0.063 [mm] (argiles et limons) est supérieure à 12 %, on en déduit que le sol est soit un GM, soit un GC, soit un GC GM. Le pourcentage des sables est inférieur à 15 %, c est donc un GM : gravier limoneux, un GC : gravier argileux, ou un GC GM : gravier limono-argileux. Lors des tests d Atterberg, nous avons trouvé que la partie fine de notre sol est un CM ou OL, on gardera la classification CM car notre sol ne contient pas de matière organique. En associant les deux résultats, on déduit que le sol traité lors du TP est un gravier argileux. Critère de sensibilité au gel : Symboles du groupe des graviers La fraction de grains à diamètre inférieur à 0.02 [mm] est de 12%, on est bien au dessus des 3% définies par le critère de Casagrande, notre sol est donc bien sensible au gel. Identification d un sol 18 Octobre 2010 Page 17

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VI) Conclusion Les tests d Atterberg, faciles à effectuer, permettent de calculer des limites de plasticité et de liquidité assez précises, et très importantes pour la détermination du type de sol. Pour la courbe granulométrique, la granulométrie et la sédimentométrie nous fournissent la répartition des fractions de sol selon le diamètre des grains. Ces deux éléments sont largement suffisants, d après les normes USCS, pour déterminer de quel type est notre sol. Identification d un sol 18 Octobre 2010 Page 19