La mecanique des sols une science qui s’integre au domaine du Genie Civil, qui traite de la construction des ouvrages reposant sur la surface de la terre quelque soient leurs dimensions. La mecanique des sols consiste à étudier les propriétés mécaniques, physiques, hydrauliques et structures des sols, suivant leurs applications à la construction (travaux publics et bâtiments).

Un sol est un mélange : 

•d’éléments solides : Provienant de la désagrégation mécanique et/ou chimique d’une roche mère. On distingue les minéraux non argileux (∅>2µm et ayant le même comportement que la roche mère : Sols pulvérulents), les minéraux argileux ( kaolinite, illite et montmorillonite) et le sols organiques (vases et tourbes) 

•d’eau : Existe sous plusieurs formes (eau de constitution, interfeuillets, liée et libre). 

•de gaz : Contenu dans les vides,c’est l’air pour un sol sec ou mélange d’air et de vapeur d’eau pour un sol humide.

poids volumique

Parametre d’etat

Le poids volumique dejauge n’est defini que lorsque le sol est sature d’eau; c’est le poids volumique du sol immerge en tenant compte de la poussee d’Archimede sur les grains.

Indice de vide : cet renseigne sur la proportion des vides par rapport a celle des grains solides dans un sol

la porosite : c’est le rapport entre le volume des vides et le volume total d’un echantillon de sol, sa signification est similaire a celle de vide

Degre de saturation : ce degre indique dans quelle proportion les vides sont remplis d’eau .

Tous ces paramètres ne sont pas indépendants. Ils sont reliés par des relations que l’on peut retrouver à l’aide du tableau.

Identification des sols

Pour caractériser un sol, il faut déterminer les paramètres de nature et les paramètres d’état. les essais géotechniques de laboratoire (LPC laboratoire pont et chaussee) qui permettent de caractériser un sol

Les essais granulométriques

.L’essai consiste à classer les différents grains constituant l’échantillon en utilisant un série des tamis, emboîtées les uns sur les autres, dont les dimensios des ouvertures sont décroissantes du haut vers le bas. Le matériau étudié est placé en partie supérieur des tamis et le classement des grains s’obtient par vibration de la colonne de tamis.

EQUIPEMENT NECESSAIRE

ETUVE -EAU BALANCE ET TAMIS .Ce sont des tamis qui sont constitués d’un maillage métallique définissant des trous carrés de dimensions normalisées. Les passoires, qui comportent des trous ronds percés dans une tole, ne sont plus utilisées actuellement. Pour un travail aisé et aux résultats reproductibles  il est conseillé d’utiliser une machine à tamiser électrique qui imprime un mouvement vibratoire à la colonne de tamis.
La dimension nominale des tamis est donnée par l’ouverture de la maille, c’est-à-dire par la grandeur de l’ouverture carrée. Ces dimensions sont telles qu’elles se suivent dans une progression géométrique de raison √10, depuis le tamis 0.08mm jusqu’au tamis 80mm. Pour des ouvertures inférieures à 0.08mm, l’analyse granulométrique n’est pas adaptée et l’on procède par sédimentérie.

Mode operatoire

-Prelever des echantillons

– 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 , jusqu’a ce que l’eau passe clair

apres tamissage on peut mettre le resultat obtenu dans un tableau , pour pouvoir tracer notre courbe granulometrique . le refus c ‘est partie du matériau retenu sur un tamis.Tamisas ou passant : partie du matériau passant à travers les mailles d’un tamis.le refus cumlee c’est la somme des refus ex(161+000.0 ou 136 +297) le pourcentage du refus cumlee est le refus sur le poid total de l echantillon qui est dans ce cas 1000 gr . le pourcentage du tamisat cumlee est 100- le pourcentage du refus cumulee ex (100-16,10=83,90)

d apres le tableau on peut tracer notre courbe granulometrique

• 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)

Limite d’Atterberg

Valeur au bleu (VBS)

Le but de l’essai est d’évaluer la richesse d’un sol en argile. Le résultat de l’essai dépend directement de la nature des argiles et de leur quantité dans le sol .

L’essai consiste à mesurer par dosage (g de bleu par 100g de matériaux) la quantité de bleu de méthylène pouvant adsorber sur le matériau mis en suspension dans l’eau.

Le dosage s’effectue en ajoutant successivement différentes quantités de bleu et en contrôlant l’adsorption après chaque ajout au moyen d’une tache sur un papier filtre.

L’adsorption maximale est atteinte lorsqu’une auréole bleu claire persistante se produit à la périphérie de la tache.

Un matériau est considéré insensible à l’eau quand VBS est inférieur à 0,1

Seuils retenus :
0.1 : en dessous duquel sols insensibles à l’eau
0.2 : au dessus duquel apparaît la sensibilité à l’eau
1.5 : seuil distinguant les sols sablo limoneux des sols sablo argileux
2.5 : seuil distinguant les sols limoneux peu plastiques des sols limoneux moyennement
plastiques
6 : seuil distinguant les sols limoneux des sols argileux
8 : seuil distinguant les sols argileux des sols très argileux

Equivalent de sable

L’équivalent de sable est un indicateur, utilisé en géotechnique, caractérisant la propreté d’un sable ou d’une grave. Il indique la teneur en éléments fins, d’origine essentiellement argileuse, végétale ou organique à la surface des grains.Il se fait sur des matériaux inférieurs à 5mm ou à 10% de fines

Densité relative (ou indice de densité) :Permet de caractériser la compacité d’un sol grénu et son aptitude à supporter des charges.

Compacité d’un sol en fonction de l’indice de densité

LOS Angeles (LA)

L’essai permet de mettre en évidence la proportion relative de poussière fine nuisible ou d’éléments argileux dans les sols ou agrégats fins. Il se fait sur des matériaux inférieurs à 5mm ou à 10% de fines

Micro Deval sous eau (MDE)

L’essai a pour objet  de mesurer la résistance à l’usure d’un échantillon de granulats et leur sensibilité à l’eau.

Il consiste à mesurer l’usure des granulats par frottement entre eux en présence de billes normalisées et de l’eau.

MDE = Masse des éléments inférieurs à 1.6mm produits au cours de l’essai   x 100

Masse du matériau soumis à l’essai.

Teneur en eau

Proctor

On effectue au moins 5 essais qui permettent de tracer l’évolution de la masse volumique
sèche ρ
d en fonction de la teneur en eau w. La courbe Proctor permet de déterminer la
teneur en eau optimale wOPN ou wOPM qui permet d’obtenir le meilleur compactage ρ
dOPN ou
ρ
dOPM sous une énergie donnée pour un certain type de sol Sur cet exemple on obtient
ρ
dOPN = 1,8 Mg / m 3 pour une teneur en eau wOPN = 15%.

CBR

Essai de portance ( aptitude des matériaux de supporter les charges) L’essai consiste à mesurer la résistance au poinçonnement d’un certain nombre d’éprouvettes de sol réalisées suivant un processus déterminé.

On associe de manière quasi systématique étude Proctor et étude CBR.

On détermine les courbe de variation de l’indice CBR immédiat qui caractérisent directement la sensibilité à l’eau du sol considéré.

On distingue 3 types d’essais CBR.
1- L’Indice CBR après immersion : Il est utilisé pour caractériser un sol en tant que support
ou constituant une structure de chaussée. Il correspond au poinçonnement, avec la
surcharge annulaire, d’une éprouvette confectionnée à l’aide d’un matériau mis en oeuvre à
sa teneur en eau naturelle et immergée dans l’eau durant 4 jours.
Lorsque le poinçonnement est réalisé pour toutes les teneurs en eau de l’essai Proctor, on
peut tracer la courbe de l’indice CBR en fonction de la teneur en eau w ; sa forme
correspond à une hyperbole qui caractérise bien la sensibilité du sol à l’eau.
C’est ainsi que l’on constate la grande sensibilité à l’eau des limons pour lesquels un excès
de 2 ou 3 points de teneur en eau par rapport à wopn fait chuter considérablement sa
portance.

2- L’Indice CBR immédiat :
Il correspond au poinçonnement, avec la surcharge annulaire, d’une éprouvette confectionnée à
l’aide d’un matériau mis en oeuvre à sa teneur en eau naturelle.
3- L’IPI ( Indice Portant Immédiat) :
Il est utilisé pour caractériser un sol à supporter directement la circulation des engins de
chantier. Il correspond au poinçonnement, sans la surcharge annulaire, d’une éprouvette
confectionnée à l’aide d’un matériau mis en oeuvre à sa teneur en eau naturelle et compacté à
l’énergie du Proctor Normal.

Angularité

Pourcentage d’éléments concassés.

Il existe deux notions essentielles :

Indice de concassage  : proportion en poids d’éléments supérieurs à D du granulat élaboré, contenu dans le matériau d’origine soumis au concassage.

Exemple : un granulat élaboré 0/20 aura un indice de concassage de 70%(IC=70%) si 70% du matériau d’origine a une dimension supérieure à 20mm.

Rapport de concassage  :  rapport entre la plus petite dimension du matériau soumis au premier concassage et la plus grande dimension du granulat obtenu.

Exemple : si une grave 0/20 est obtenue par concassage de la grave brute 20/D, le rapport de concassage est de 1.

                  Si un granulat 0/10 est obtenue à partir du concassage de la grave brute 40/D, les rapport de concassage est égale à 4 et dans ce cas on dit que le concassage est pure.

Coefficient d’aplatissement :

La forme des granulats est importante car un excès d’élément plats ou allongés nuit à la compacité et la stabilité de la couche.

La forme est caractérisée par le coefficient d’aplatissement ( CA) pourcentage d’élément dont le rapport G/E > 1,58 ( G : grosseur et E : épaisseur ).

Les éléments de mauvaises formes ont les inconvénients suivants : • Fragmentation facile. • Difficile à compacter. • Ayant l’orientation proche de l’horizontale.

LES MATERIAUX GRANULAIRES

LE BITUME PUR:

DESIGNATION	CLASSES
80/100	60/70	40/50
Point de ramollissement bille et anneau en degré centigrade	41 à 51	43 à 56	47 à 60
Pénétrabilité à 25°C, 100 gr, 5sec (en dixième de mm)	80 à 100	60 à 70	40 à 50
Ductilité à 25°C (cm)	>100	>80	>60

Classification