Essais de sol

Pourquoi faire des essais de sol ?

9/19/2015

Révision : 10/11/2015

Tout ouvrage de Voirie ou de Génie Civil est construit sur un sol plus ou moins "porteur".

Pour être en mesure de faire les calculs de dimensionnement de l'ouvrage à construire, de choisir les meilleures options techniques, ou de rechercher des variantes de construction, il est indispensable de connaitre la nature et les caractéristique du sol qui supportera l'ouvrage.

Pour déterminer les caractéristiques du sol, nous disposons d'une série de 7 essais de sol qui peuvent être réalisés sur le chantier lui même, ou en laboratoire à partir d'un échantillon de sol.
Une fois les résultats de ses essais connus, les valeurs obtenues nous permettent de déterminer avec précision la nature du sol auquel nous avons à faire.

Pour cela nous utilisons le Guide des Terrassements Routiers (GTR) ouvrage de référence en matière de terrassements.

la connaissance des sols est importante pour l'élaboration des projets, mais elle l'est aussi pour envisager correctement le réemploi des matériaux naturels dans les remblais, ainsi que pour définir leurs modes de compactage.

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FAQ

10/1/2014

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Il y a différentes appellations pour les différentes couches de terrassement à savoir couche de forme, couche d'assises, fond de forme, plate forme, déblais, remblais : est-ce qu'une coupe peut me permettre de comprendre ces différents niveaux ?

Voir "Les différentes couches de chaussée"

Nous avons des classements de matériaux qui vont de A à D, par exemple GNTA 0/31.5, Sable 0/4, qu'est ce que cela signifie ?

Les sols de classe A à D sont des sols naturels, contrairement aux GNT (graves non traitées) qui sont des matériaux élaborés. Le "A" des GNT et en rapport avec les caractéristiques de fabrication et non pas leurs natures. Un sable 0/4 est aussi un matériau élaboré dont la granulométrie ( diamètre des grains qui le composent ) est comprise entre 0 et 4 mm.

Est-ce que le matériau A est de meilleure qualité, grosseur que D ?

Les lettres qui qualifient les matériaux sont liées aux différents résultats des essais de classifications. Nous pouvons constater dans les tableaux de classement, les matériaux de type A sont des matériaux fins (voir passant à 80µm) qui peuvent être très argileux. Les matériaux de classe D sont d'une granulométrie supérieure avec une VBS inférieur à 0.1 donc insensibles à l'eau.

A quel type de sols correspond chaque granulat ?

Les tableaux de classement permettent de déterminer la nature des matériaux de chaque sous classe.

Quelle épaisseur de granulats est-il recommandé pour un terrassement de plate forme bâtiment ? pour une voirie ? pour une tranchée d'assainissement ?

La constitution des empierrements (structure: nature et épaisseur des différentes couches) de plate forme, voirie ou tranchée est liée à la charge qui va s'appliquer sur celles ci et à la nature du sol support. Il n'est pas possible de définir une épaisseur standard sans une étude et un dimensionnement complet.

Concernant les essais de sol, quel est le plus répandu ?

les essais de sols les plus répandus sont: granulométrie, VBS, PROCTOR, IPI, Teneur en eau.
Ce sont les essais qui permettent de classer les sols et de déterminer leurs mode de réemploi.

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Les différentes couches de chaussée

10/1/2014

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Révision : 10/11/2015

Une chaussée est composée de plusieurs couches successives qui doivent répondre à des critères de qualités croissants en partant de la PST (Partie Supérieure des Terrassements) pour remonter jusqu’aux couches de roulements.

L'objectif des différentes couches étant de permettre au sol support de résister aux contraintes liées à la circulation , en fonction de sa portance et des charges auquel on va le soumettre.
Chaque couche doit pouvoir supporter les charges des couches supérieurs et être suffisamment compactée pour permettre un effet d’enclume lors du compactage .

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Les 7 essais de sol

9/18/2014

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Révision : 10/11/2015

Essai au Bleu de méthylène

L’essai au bleu de méthylène, également appelé « essai au bleu », est un essai utilisé en géotechnique pour déterminer l'argilosité d’un sol.
L’essai consiste à déterminer la présence et la quantité de particules argileuses dans une masse donnée de sol.

Analyse Granulométrique

L’analyse granulométrique permet de déterminer précisément la composition d’un matériau afin d’en déduire ses caractéristiques mécaniques. Cette analyse se fait en laboratoire et est utilisée pour le classement des sols.
Les informations que fournit l’analyse granulométrique permettent de savoir dans quels types de tâches employer les matériaux analysés.

Teneur en eau

La teneur en eau est un indice qui permet de mesurer la quantité d'eau contenue dans un échantillon de sol. Il est également utilisé pour déterminer la sous classe des matériaux dans le GTR.

Essai Atterberg

On détermine par cet essai les limites de liquidité et de plasticité d’un sol. Cet essai est réalisé sur la partie de sol passant au tamis de 400 μm.
Les limites d’Atterberg sont des paramètres géotechniques destinés à identifier un sol et à caractériser son état.

Essai Proctor

L'essai Proctor, mis au point par l'ingénieur Ralph R. Proctor (1933), est un essai géotechnique qui permet de déterminer la teneur en eau nécessaire pour obtenir la densité sèche maximale d'un sol granulaire par compactage à énergie fixe (dame de poids et dimensions normés).

Essai IPI (Indice de portance immédiat)

L'essai IPI est réalisé afin de connaitre la capacité d’un sol ou d’un matériau élaboré à supporter la circulation du chantier. On l'utilise également pour réaliser le classement des sols dans le GTR, et pour déterminer les épaisseurs de chaussées.

Equivalent sable

Cet essai permet de mettre en évidence des traces d'argile, de limon ou de matières très fines, contenues dans un sol, surtout lorsque l'indice de plasticité n'est pas mesurable.

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Essai au bleu de méthylène

9/18/2014

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Révision : 10/11/2015

Objectif et principe de l'essai.

L’essai au bleu de méthylène, ou « essai au bleu », est utilisé pour déterminer l'argilosité d'un sable, d'un granulat et plus généralement d’un sol.
L’essai consiste à déterminer la quantité de particules argileuses présentes dans l'échantillon.Pour cela on utilise du bleu de méthylène, substance adsorbée de préférence par les argiles.

L'essai consiste à mesurer la quantité de bleu de méthylène fixée par 100 g de la fraction granulaire de sol analysé.

Propreté.

Lorsque l’on frotte des granulats non lavés dans la main (du sable ou des gravillons), on peut constater des traces de poussière sur les doigts. Il s’agit de particules argileuses de petites dimensions. Celles-ci sont susceptibles d’être nuisibles à la qualité du mélange ou de la pâte que l‘on veut obtenir à partir du granulat, comme du béton ou un mélange bitumineux.

- Dans les sols, les particules argileuses vont avoir une incidence sur le comportement du sol en présence d'eau.

- Dans le domaine du béton, ces particules perturbent l’hydratation du ciment et entraînent des défauts d’adhérence entre les granulats et la pâte.

- Dans les mélanges bitumineux, comme les enrobés bitumineux ou les enduits superficiels, un défaut de propreté peut conduire également à une perte d’adhérence du granulat avec le liant et donc à un désenrobage.

Matériel (essai manuel)

L’appareillage à utiliser est le suivant :

- Burette
- Papier-filtre
- Tige de verre
- Agitateur à ailettes.
- Balance
- Chronomètre
- Tamis.
- Eau distillée + pissette.
- Bécher d'une capacité d'environ 1 l à 2 l
- Bleu de méthylène

Il est également possible de réaliser l'essai de façon automatique à l'aide d'un appareil qui combine méthode turbidimétrique et mesure par un colorimètre.
Cet appareil permet d’analyser les sables sur la fraction granulaire 0/4mm ainsi que sur les fillers ou les sols.

Mode opératoire

Tamiser l’échantillon à étudier au tamis 5 mm.

Prélever une masse de 120 gr.

Calculer la teneur en eau W de la prise d’essai.
Déduire la masse humide de l’échantillon par [Masse Humide] = [Masse sèche] x (1 + [Teneur en eau] )

Verser un échantillon de 30 gr de sol sec dans le Bécher et ajouter avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge. Agiter sans arrêt le mélange à l’aide de l’agitateur à ailettes.

Ajouter 5 cm3 de bleu de méthylène dans le Bécher.
Prélever une goutte de mélange et la placer sur papier filtre.
Si la tache centrale est entourée d’une auréole bleu turquoise, le test est positif. Dans ce cas l’essai est terminé, les particules argileuses sont alors saturées en Bleu de Méthylène. On recommence l’essai à l’identique, cinq fois à intervalle d’une minute pour le confirmer.
Si la tache est entourée d’une auréole humide incolore, le test est négatif. Dans ce cas, on ajoute du bleu de méthylène par prises de 5cm3 jusqu’à ce que le teste soit positif. On répète l’essai à l’identique, cinq fois à intervalle d’une minute pour le confirmer.

Calculer la valeur au bleu du sol (VBS) en appliquant la formule suivante :

Interprétation.

La VBS est une grandeur qui exprime globalement la quantité et l’activité de l’argile contenu dans le matériau étudié.

Le GTR retient 6 seuils:

0,1 : seuil d’insensibilité à l’eau.
0,2 : seuil au dessus duquel apparaît à coup sûr la sensibilité à l’eau.
1,5 : seuil entre les sols sablo-limoneux et sablo-argileux.
2,5 : seuil entre les sols limoneux peu plastiques et ceux de plasticité moyenne.
6,0 : seuil entre les sols limoneux et argileux.
8,0 : seuil entre les sols argileux et très argileux.

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Equivalent sable

9/18/2014

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Révision : 10/11/2015

Principe de l’essai :

Cet essai permet de mettre en évidence des traces d'argile, de limon ou de matières très fines, contenues dans un sol, surtout lorsque l'indice de plasticité n'est pas mesurable.C'est un essai pratique très utile à effectuer dans le cas des sols peu plastiques (sol sableux).

Nota :
Pour les matériaux routiers, on pratique un essai un peu plus complexe intitulé" Propreté des Sables" à 10 % de fines.
En effet, les éléments très fins contenus dans les granulats ont une influence très sensible sur la bonne tenue des remblais, pour la construction des chaussées, ou pour les bétons.
De ce fait, l'essai d'équivalent de sable à 10 % de fines permet de mesurer la propreté des sables sur la fraction d'un granulat passant au tamis à mailles carrées de 2 mm; et dont la proportion des éléments fins, passant au tamis à mailles carrées de 0,080 mm, a été ramenée à 10 % à l'aide d'un sable correcteur.
La valeur d'équivalent de sable à 10 % de fines (PS) est, comme pour un sol, le rapport multiplié par 100 de la hauteur de la partie sableuse sédimentée à la hauteur totale du floculat et de la partie sédimentée.

Mode opératoire :

- Préparer 5 litres de solution lavante en diluant une dose de solution lavante concentrée* de 125 cm3 dans 5 litres d’eau déminéralisée. (Conservation 2 à 4 semaines)
- Tamiser le matériau à tester de façon à séparer les éléments sableux les plus grossiers des particules fines (fraction 0/2), puis en prélever 120 gr.
- Remplir une éprouvette avec la solution lavante jusqu’au premier trait de jauge.
- Verser les 120 gr de l’échantillon dans l’éprouvette à l’aide de l’entonnoir. Préparer de la même façon une seconde éprouvette.
- Laisser les deux éprouvettes au repos pendant 10 minutes.
- Boucher les éprouvettes à l’aide des bouchons et les agiter avec la machine agitatrice.
- Remplir les éprouvettes jusqu’au second trait de jauge en lavant le bouchon et les parois intérieures afin de récupérer toutes les impuretés et le sable au fond des tubes.
- Laisser reposer chaque éprouvette 20 minutes en tenant compte des décalages de temps dus aux manipulations.
- Abaisser le piston dans le liquide pour séparer le floculat de l’eau.
- Lire les valeurs de h1 et h2 à l’aide du réglet.
- Calculer « ES » en remplaçant h1 et h2 dans la formule suivante : ES = h2/h1 x 100

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Classer les sols

9/18/2014

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Révision : 10/11/2015

L'entrée dans le tableau de classement se fait par la granulométrie (Axe vertical) et la nature des matériaux (Axe horizontal) ( matériaux fins, roches , matériaux organiques et industriels)
Les matériaux fins sont classés en deux parties :
- Matériaux avec D (diamétre du plus gros grain) < ou = à 50 mm
- Matériaux avec D > à 50 mm

Pour les matériaux de granulométrie < ou = à 50 mm, les classes sont définies par les résultats aux différents essais (Granulométrie, VBS, Ip).
Les matériaux de classes A ont un % de fines à 80µ > à 35%.
Les sous classes sont ensuite déterminées par les valeurs de l'Ip et la VBS, on tient compte ensuite de l’état hydrique avec le résultat à IPI et la teneur en eau à l’état naturel Wn.

Les classes B ont un % de fines à 80µ < 35 %, avec un seuil à 12%. Ensuite on regarde les résultats à la VBS et le passant à 2 mm pour connaitre la sous classe fonction de la nature.
Les sous classes fonction de la nature se subdivisent encore en fonction de l'IPI, ou de l'état hydrique Wn, puis à nouveau selon le comportement mécanique des grains FS (friabilité des sables).

Les classes C sont des matériaux contenants des fines et des gros éléments (> à 50mm ).
Les sous classes tiennent compte de la proportion de fines et de leurs classements ainsi que de leurs états hydriques Wn .
la précision du classement dépend de la destination du matériau, de son réemploi.

Les matériaux de classe D sont insensibles à l'eau (VBS < 01)

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Le GTR Guide des terrassements routiers

9/18/2014

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Analyse granulométrique

9/18/2014

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Révision : 10/11/2015

Objectif :

L’analyse granulométrique permet, à l'aide de différents tamis, de déterminer précisément la composition d’un matériau afin d’en déduire ses caractéristiques mécaniques. Elle permet également de vérifier un matériaux élaboré en carrière, en comparant sa courbe granulométrique avec le fuseau de prescription correspondant.
Cette analyse se fait en laboratoire.

Les informations que fournit l’analyse granulométrique permettent de savoir dans quels types de tâches employer les matériaux analysés.

Matériels nécessaires :

Mode opératoire

L’analyse granulométrique se déroule en trois phases :

( 1 ) Prélever un échantillon de matériaux et le préparer pour l’analyse : le quartage
( 2 )Procéder à l’examen du matériau : étuvage, tamisage, refus…
( 3 )Tracer la courbe granulométrique du matériau.

Quartage :
- Prélever un échantillon représentatif du matériau à analyser.
- Retenir la valeur " D", du diamètre des plus gros éléments. (Ex: Si matériaux 0/20, D=20)
- Peser une masse (en gr) de matériaux égale à 300xD. (Ex: Si matériaux 0/20, m = 300x20 = 6 000 gr)

Examen du matériau :
- Peser l’échantillon humide pour déterminer le poids humide « Ph ».
- Etuver l’échantillon à 105° pendant 24 heures pour éliminer l’humidité.
- Peser l’échantillon sec obtenu pour déterminer le poids sec « Ps ».
- Calculer « W% » la teneur en eau du matériau.
- Laver l’échantillon à l’eau claire pour éliminer les particules fines (<0.063mm).
- Etuver l’échantillon à 105° pendant 24 heures pour éliminer l’humidité.

Interprétation.

Courbe continue : Le matériau possède toutes les dimensions du grain.
Courbe discontinue : Le matériau ne contient pas certaines dimensions du grain.
Courbe serrée : le matériau est spécifique d/D (ex : 6.3/10)

Fuseau de spécification

Chaque matériau employé possède une tolérance granulométrique, car on ne peut jamais rigoureusement avoir le même matériau.

Pour qu’un matériau soit conforme, il faut que sa courbe granulométrique soit située à l’intérieur d’un fuseau de tolérance appelé fuseau de spécification du matériau.

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Essai d'Atterberg

9/18/2014

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Cliquez ici pour modifier.

On détermine par cet essai la limites de liquidité et la limite de plasticité d’un sol.
Cet essai est réalisé sur la partie de sol passant au tamis de 400 μm.
Les limites d’Atterberg sont des paramètres géotechniques destinés à identifier un sol et à caractériser son état.
L’essai réalisé avec le pénétromètre à cône consiste à mesurer l’enfoncement d’un cône de masse normalisé dans le sol remanié et de faire des essais à différentes teneur en eau.
L’utilisation d’une abaque permet d’obtenir les deux limites recherchées.

La limite de plasticité se détermine par la "Méthode du rouleau".
La limite de liquidité se détermine par la "Méthode de la Coupelle de Casagrande".

Mode opératoire.

Placer le sol dans le petit récipient en prenant soin de ne pas enfermer de bulles d’air.Placer le récipient sous le pénétromètre
Remonter le cône au plus haut.
A l’aide de la vis, descendre l’ensemble cône + bâti jusqu’à effleurement du sol
Agir sur le cercle pour une mise à 0
Effectuer un lâcher
Mesurer l’enfoncement en agissant doucement sur l’aiguille (molette centrale).

ATTENTION à la graduation du cercle, elle est en 1/100 de cm, lire 300 signifie 3,00 cm ou 30 mm.

Recommencer le processus pour d’autres teneur en eau.

Paramètres à retenir.

La masse mobile Q vaut 80 gr, on obtient les limites de liquidité et de plasticité en reportant les points de mesures sur l’abaque et en les joignant par une droite.

On calcule ensuite l’indice de plasticité. La limite de liquidité et l’indice de plasticité permettent de classer la fraction fine du sol (voir classification LCPC).

Seuils retenus :
- 12 : limite supérieur des sols faiblement argileux,
- 25 : limite supérieur des sols moyennement argileux,
- 40 : limites supérieur des sols argileux et très argileux.

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