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CHAPITRE 2 : DESCRIPTION ET CLASSIFICATION DES SOLS ET DU ROC 21 Description des sols (Extrait de Manuel de SEBJ) 2.1 Description des sols (Extrait de Manuel de SEBJ) 2.2 Système de classification des sols Comme il existe un grand nombre de types de sols, il est nécessaire de décrire et de classer l l d d i défi i tl té i ti t d i t les sols dans des groupes qui définissent les caracristiques accepes et admises par tous les spécialistes de sols en géotechnique. Toute connaissance sur le comportement des sols commence par une classification logique et systématique des sols. De plus, la classification des sols facilite la communication entre ingénieurs et professionnels de sols. Au sujet de la classification des sols, Terzaghi (1927) écrit : Si les sols de fondation d’un bâtiment subit des tassements important faisant apparaître des fissures dans les murs de fondation, la raison de ces tassements excessifs est due à la compressibilité élevée des sols fondation, la raison de ces tassements excessifs est due à la compressibilité élevée des sols de fondation. La vitesse de tassement du sol dépend de son coefficient de perméabilité. Plus le sol est perméable, plus sa consolidation est rapide. Donc, si on veut décrire les propriétés des sols, leur compressibilité et perméabilité doivent être déterminées et exprimées selon des procédures et des termes standards doù la classification des sols exprimées selon des procédures et des termes standards d où la classification des sols. La classification ainsi que la résistance au cisaillement des sols constituent les chapitres les plus controversés et le plus confus en mécanique des sols (géotechnique), C d (1947) 1 Casagrande (1947) . On peut classer les sols selon différents critères suivants :

Classification Des Sols

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Page 1: Classification Des Sols

CHAPITRE 2 : DESCRIPTION ET CLASSIFICATION DES SOLS ET DU ROC 2 1 Description des sols (Extrait de Manuel de SEBJ)2.1 Description des sols (Extrait de Manuel de SEBJ) 2.2 Système de classification des sols Comme il existe un grand nombre de types de sols, il est nécessaire de décrire et de classer l l d d i défi i t l té i ti té t d i tles sols dans des groupes qui définissent les caractéristiques acceptées et admises par tousles spécialistes de sols en géotechnique. Toute connaissance sur le comportement des solscommence par une classification logique et systématique des sols. De plus, la classification des sols facilite la communication entre ingénieurs et professionnels de sols. Au sujet de la classification des sols, Terzaghi (1927) écrit : Si les sols de fondation d’un bâtiment subit des tassements important faisant apparaître des fissures dans les murs defondation, la raison de ces tassements excessifs est due à la compressibilité élevée des solsfondation, la raison de ces tassements excessifs est due à la compressibilité élevée des solsde fondation. La vitesse de tassement du sol dépend de son coefficient de perméabilité.Plus le sol est perméable, plus sa consolidation est rapide. Donc, si on veut décrire lespropriétés des sols, leur compressibilité et perméabilité doivent être déterminées etexprimées selon des procédures et des termes standards d’où la classification des solsexprimées selon des procédures et des termes standards d où la classification des sols. La classification ainsi que la résistance au cisaillement des sols constituent leschapitres les plus controversés et le plus confus en mécanique des sols (géotechnique),C d (1947)

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Casagrande (1947). On peut classer les sols selon différents critères suivants :

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2.0 Importance de la description des sols avec études de cas

Cause Corpex (1977) inc. et Sa Majesté la Raine

Cause 2842-1723 Québec inc. c. Allstate

Il s’agit de l’effondrement du mur façade d’un bâtimentsitué sur la rue De Lorimier à Montréal. Pour ce litige, l’id tifi ti d’ h i d l é d bll’identification d’une couche mince de sol érodablesous la semelle de fondation a permis de déterminer la cause la plus probable des dommages survenus. Sip p gcette couche n’avait pas été identifiée, le mécanismede rupture n’aurait pas pu être déterminécorrectement

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correctement.

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Description des sols La description et l’identification des sols et des rochesd i t êt t lèt t ffi t dét illédoivent être exactes, complètes et suffisamment détailléespour évaluer correctement leurs propriétés et leurscaractéristiques.

Diffé t té i d lDifférentes catégories de sol

On distingue les groupes principaux de sols: 1) Les sols pulvérulents (grenus): Il contiennent des particules suffisamment grosses pour êtrevisibles à l'oeil nu ce sont les graviers et les sablesvisibles à l oeil nu, ce sont les graviers et les sables. 2) Les sols fins: Ils contiennent des particules invisibles à l'oeil nu, ce sont les siltset les argiles, les argiles étant couramment appelées sols cohérents.

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3) Les sols organiques: Ils contiennent un pourcentage élevé de matières organiques.

MO < 3% : sol inorganique 3 < MO < 10% : sol faiblement organique 10 < MO < 30 l t i10 < MO < 30 : sol moyennement organique

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Classification géotechnique des solsClassification géotechnique des sols

Sols organiques (compressible et faible capacité portante);Sols organiques (compressible et faible capacité portante); Sols granulaires (sable et gravier ou mélange de deux (2)), sols Sols granulaires (sable et gravier ou mélange de deux (2)), sols

perméables, tassements rapides, remontée capillaire pour sable fin;perméables, tassements rapides, remontée capillaire pour sable fin; Sols cohérents et plastiques comme les argiles (sols imperméables, Sols cohérents et plastiques comme les argiles (sols imperméables,

compressibles et tassement à long terme);compressibles et tassement à long terme); Silts (intermédiaire entre sable fin et argile), sol Silts (intermédiaire entre sable fin et argile), sol érodableérodable, gélif, , gélif,

é é l t f ibl ité t t téé é l t f ibl ité t t té il iil i d id igénéralement faible capacité portante, remontée généralement faible capacité portante, remontée capilairecapilaire, drainage , drainage difficile, saturé liquéfaction; difficile, saturé liquéfaction;

Mélange des sols précédents (tills).Mélange des sols précédents (tills). RemblaiRemblai RemblaiRemblai

ParticulesParticules Dimensions (mm) selon la norme choisie (MCIF)Dimensions (mm) selon la norme choisie (MCIF)

BlocsBlocsCaillouxCaillouxGravierGravierSableSable

> 200> 20060 60 –– 20020060 60 –– 2222 0 0600 060

5

SableSableSiltSiltArgileArgile

2 2 –– 0,0600,0600,060 0,060 –– 0,0020,002<0,002<0,002

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Description de l’échantillon La description d'un échantillon de sol est basée sur les caractéristiques suivantes:

Dimensions des grains;- Dimensions des grains;- Composition granulométrique; - Forme des grains; - Minéralogie des grains dans le cas des graviers et sable, en particulier lag g g , p

présence de particules de mica, de schistes,.. - Structure des sols granulaires(stratifiée, cimentée, avec lentilles (poches) etc.);- Structure des sols fins (varvée, fissurée, avec lentilles (poches, nodules, etc)

h è d il P é d iè iou homogènes des argiles et Présence de matières organiques;- Présence de racines et coquillages, etc; - Distribution granulométrique (étalée, uniforme, discontinue); - Dureté des grains (dur friable)- Dureté des grains (dur, friable)- Humidité; - Compacité ou consistance; - plasticité; p- Sensibilité; - Couleur; - Odeur;

G l

6

- Gel; - Naturel ou remblai;

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La description et l’identification d’un sol doit aboutir à le décrire avec dans l’ordreles informations suivantes :

1)Nom typique de sol avec le constituant majeurs et les constituants1) Nom typique de sol avec le constituant majeurs et les constituantssecondaires décrits en utilisant des adjectifs appropriés;

2) Granulométrie (bien étalée, uniforme, ..); 3) Grosseur maximale des grains dans le cas des sols granulaires; 4)Forme des particules;4) Forme des particules;5) Couleur; 6) Odeur, 7) Teneur en eau; 8)C ité i t8) Compacité ou consistance;9) Structure; 10) Nom local ou géologique comme till, etc Voici deux exemples suivants :

Exemple 1 : Sable silteux avec traces de gravier et d’argile, bien étalé, gris,humide, dense, avec lentilles de silt brun (till). Exemple 2 : Argile silteuse brune humide très raide fissuréeExemple 2 : Argile silteuse brune, humide, très raide, fissurée.

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Les sols suivants à reconnaître à Montréal et ses environs : 1) Argile de la mer Champlain; 2) Silt; 3)S bl d j li tt t3) Sable de joliette etc;4) Till. Il s’agit d’un mélange de gravier, sable, silt et argile, un dépôt glaciaire.

Différents types de till sont décrits par les géologues (till de fond, till d’ablation, Malone ou basal, till intermédiaire, Fort Covington (tillg (supérieur). Il y a lieu de distinguer entre le till et la moraine. La morainedésigne une forme de terrain et non un type de sol.

Silt et son importance en géotechnique Le silt comme sol de fondation présente les caractéristiques indésirables suivantes:Le silt comme sol de fondation présente les caractéristiques indésirables suivantes:

1) Faible résistance au cisaillement immédiatement après application d’une charge;

2) Capillarité élevée et susceptibilité au gel; 3) Problème de capacité portante voir le supplément du CNBC (1990);3) Problème de capacité portante, voir le supplément du CNBC (1990);4) Faible perméabilité; 5) Se remanie facilement; 6) Sujet à la liquéfaction (silt saturé) suite à certaines sollicitations

d idynamiques; 7) Faible densité relative, compactage difficile; 8) Matériau érodable (plus érodable que sable fin) si sous soumis à un

écoulement d’eau;

8

9) Peut être affecté par le pompage si saturé et soumis au passage fréquent d’essieux lourdement chargés;

10) Problème de stabilité de pente.

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Remblai ou sol naturelDans le cadre des projets géotechniques, il est important de classer les échantillonsde sol prélevés du point de vue de l’état de remaniement. On définit un remblaip pcomme tout dépôt de matériau produit par l’homme ou des matériaux de déchets d’origines variées. Il peut également être composé des matériaux provenant d’uneexcavation , Rutledge (1940). Il est possible de classer un sol échantillonné commeremblai basé sur les informations suivantes :remblai basé sur les informations suivantes :

a) Présence de débris de construction au sein de matériau; b) Couleur de sol. Un sol naturel a généralement une couleur uniforme, tandis

qu’un remblai a une couleur variée et plus foncée; c) Structure intacte ou remanié de sol;c) Structure intacte ou remanié de sol;d) Voir les échantillons subséquents. Ne pas statuer de façon précipitée sans

voir tous les échantillons; e) Comparer avec les sondages existants dans le secteur; f) C i d é d itf) Connaissance du passé du site;g) Connaissance sur la géologie du site; h) Type de végétation du site (exemple stade au pied de Mont-Royal); i) Profondeur de l’échantillonnage (remblai en profondeur est peu probable

sauf dans les zones urbaines et près des constructions existantes);j) Souvent, la présence d’une couche de terre végétale placée à la base du

remblai sépare ce dernier des sols naturels en place. Ce qui constitue un bonindicateur;

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;k) Un remblai d’argile peut être identifié avec la présence de zones molles ou

consistantes. Un dépôt d’argile est généralement de consistance uniforme; l) Expérience et jugement.

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Il est important de déterminer si le sol analysé est un sol naturel ou un remblai et cepour les raisons suivantes :

1) Un remblai non contrôlé reste par définition un matériau hétérogène. Sonutilisation comme sol de fondation amène des problèmes de tassements différentiels. Ce qu’il faut éviter en tout cas. Ce qui fait fissurer les bâtimentsont des tassements différentiels et non pas de tassement homogènesont des tassements différentiels et non pas de tassement homogène,comparaison de Mexico et ce qui se passe à Montréal.

2) Un remblai non acceptable doit être excavé pour laisser la place à un bon sol, ce qui augmente le coût de construction;

3) U d ll l t é é l t l é l t l D’ ù l’i t3) Une dalle sur sol est généralement placée sur un sol naturel. D’où l’importancede bien identifier si on est en présence d’un remblai ou de sol naturel ensurface;

4) La présence de remblai comme infrastructure d’une route ou d’une aire destationnement doit être identifiée clairement.

5) Étude de cas : 1) Construction avant 1850, 2) Construction près d’une rivière, 3) Ancien canal remblayé, 4) Anciens carrières remblayées, 5) Anciens ruisseaux remblayéscanal remblayé, 4) Anciens carrières remblayées, 5) Anciens ruisseaux remblayés

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Il y a lieu de noter que les géologues utilisent le terme classé pour décrire la distribution granulométrique. Par exemple, un sable où tous les grains sont de mêmecalibre est bien classé (well sorted) pour un géologue, tandis qu’un géotechnicien( ) p g g , q gdira qu’il de granulométrie uniforme. Alors qu’un mélange de divers calibres departicules est défini comme mal classé (poor;y sorted) pour un géologue, tandis qu’il est bien gradué pour un géotechnicien. Donc, un sable de plage uniforme est bien trié pour le géologue et mal gradué pour le géotechnicien. Il faut bien saisir les différences de pensée et de philosophiede deux professions. Texture, structure Le terme texture est relatif au degré de finesse et d'uniformité d'un sol. On utilisepour décrire la texture, des expressions comme farineux, lisse, rugueux ou à arêtesvives, suivant le sensation produite par le frottement du sol entre les doigts. Le terme structure est relatif au mode d'arrangement macroscopique des particulesLe terme structure est relatif au mode d arrangement macroscopique des particulesdu sol dans l'agrégat. Quand les particules d'un agrégat stable n'adhèrent pas lesunes aux autres, elles sont disposées suivant une structure élémentaire dans laquellechaque grain est en contact avec plusieurs de ses voisins. La structure de sol seperçoit facilement sur les parois des tranchées ou des coupes Dans le cas des

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perçoit facilement sur les parois des tranchées ou des coupes. Dans le cas deséchantillons provenant des forages et sondages, seuls quelques éléments de lastructure pourront occasionnellement être identifiés.

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Les structures suivantes sont communes aux sols granulaires : A) Stratification : Superposition de couches de granulométrie ou de couleur différente. Il

faut indiquer les types de sols, l’épaisseur, la forme et l’agencement de chaquecouche Si les couches ont une épaisseur inférieure à environ 6 mm le matériau peutcouche. Si les couches ont une épaisseur inférieure à environ 6 mm, le matériau peutêtre décrit comme laminé;

B) Lenticulaire : Inclusion dans la masse de cavités remplies de sol de types différents. Les structures macroscopiques communes aux sols à grains fins sont :

a) Structure varvée, quand le sol est composée de strates alternées de silt et d’argile oua) Structure varvée, quand le sol est composée de strates alternées de silt et d argile oude sable fin d’épaisseurs variables de quelques mm à plusieurs décimètre. Cettestructure est visible sur un échantillon intact. Souvent, cette structure n’est pas visible àl’état humide de l’échantillon, mais elle peut être observée en séchant l’échantillonlentement et en observant la surface de l’échantillon durant le séchage;g ;

b) Structure fissurée est propre aux argiles raides à dures surconsolidées. Ces matériauxse brisent le long des plans de rupture définis avec peu de résistance à la rupture. Si lesplans de ruptures paraissent polis ou brillants, ils seront décrits comme étant en miroirde faille (slickensided);

c) Structure à blocaux. Quand un sol cohérent peut être facilement brisé en petites mottes angulaires qui résistent à de nouvelles ruptures;

d) Structure lenticulaire. Quand le sol contient des petites lentilles de sable dispersées àtravers une masse d’argile;

) St t i té L l l t défi i d i t ti à l’ét te) Structure cimentée. Lors que le sol montre une preuve définie de cimentation à l’état intact. L’agent de cimentation le plus commun peut être le carbonate de calcium. Laprésence de ce dernier peut être décelée en se basant sur sa réaction avec l’acidechlorhydrique dilué;

f) Structure homogène Quand le sol n’a pas de caractéristiques spéciales apparentes;

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f) Structure homogène. Quand le sol n a pas de caractéristiques spéciales apparentes;g) La présence de trous de racines ou les ouvertures poreuses devra également être

notée.

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Les sols à éléments fins peuvent être stables même lorsque les grains sonten contact en très peu de points, pourvu que l'adhérence entre les grains soitp p , p q gdu même ordre de grandeur que le poids des grains. On donne à lastructure correspondante le nom de "structure en nid d'abeilles" . L t t fi é d il tit ti l ité i t t àLa structure fissurée des argiles constitue une particularité importante àrapporter. CouleurCouleur La couleur d’un sol doit être notée avant que l’échantillon ne sèche. Dans lecas des sols granulaires, on n’indique que la couleur prédominante. La couleur des sols peut être déterminée par la charte de couleur de Munsell,p p ,par exemple. La couleur d’un sol peut être très indicative en terme de: Remblai ou sol naturel; Niveau d’oxydation; Ni d l h é ti ( il i b d ût )Niveau de la nappe phréatique (argile grise ou brune de croûte);Présence d’ocre (exemple de colmatage des drains français par l’ocre); Présence de matières organiques; Contamination;

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Contamination;

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Les principales substances qui confèrent au sol sa couleur sont : l’humus, p p q ,des composés minéraux tels que oxydes, sulfures, sulfates et carbonatesqui aissent comme des pigments minéraux. Les couleurs claires proviennent des minéraux blancs (silices calcaire pureLes couleurs claires proviennent des minéraux blancs (silices, calcaire pure, gypse, chlorures ou argiles) La couleur noire ou foncée est due à l’humus ou au manganèse Les couleurs allant du rouge au beige, au jaune orangé sont dus auxcomposés de fer : Hématite Fe2O3 rouge (ocre), Goethite Fe2O3, 3H2O ou FeO2H couleur jaune à brun-rouge;Fe2O3, nH2O couleur jaune; Fe (OH)3couleur rouille; FeO vert grisâtre ou bleuâtre; Fe (OH)2 vert grisâtre; Odeur Quand le sol est à l’état humide, l’odeur qu’il dégage est souvent due à laQuand le sol est à l état humide, l odeur qu il dégage est souvent due à la présence de matières organiques. La présence de contaminant affecte également l’odeur de sol.

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Tableau 2 : Subdivision des sols proposée par la Société internationale de science du sol (1913)

Dimensions des particules Nom de la subdivisione s o s des p cu es No de subd v s oParticules supérieures à 20 mm 20 – 2 mm 2 – 0.2 mm 0 2 – 0 02

Cailloux Gravier Sable gros Sable fin0.2 – 0.02

0.02 – 0.002 <0.002 mm

Sable finSilt Colloïdes

Tableau 3: Classification granulométrique des sols, MCIF.

Type de sol Dimension des particules (mm)Blocs >200 Caillou 60 – 200

Gros 20-60Moyen 6 - 20

Gravier

Fin 2 – 6 Gros 0,60 – 2,00 , ,Moyen 0,20 – 0,60 Sable Fin 0,06 – 0,20 Gros 0,020 – 0,060 Moyen 0 006 – 0 020

Silt

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Moyen 0,006 0,020 Silt Fin 0,002 – 0,006

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Forme des grains La forme des grains s’exprime par des termes descriptifs afin d’expliquerle profil des grains qui ne sont pas sphériques. La forme des grains sera unindice du degré de transport et d’érosion des grains. Il faut décrire la formedes grains de sable et de gravier comme étant arrondi, sous-arrondi(subarrondi), sous-angulaire (sunanguleux) et angulaire (anguleux), figures3 43 et 4.

Distribution granulométrique La distribution granulométrique est la mesure de la variationdimensionnelle des grains d’un sol. Elle représente la forme de la courbe

l ét i if di ti ét légranulométrique comme uniforme, discontinue ou étalée.

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l li d l l il l éIl y a lieu de noter que les géologues utilsent le terme classé pour décrire la distribution granulométrique. Par exemple, un sable oùtous les grains sont de même calibre est bien classé (well sorted)pour un géologue, tandis qu’un géotechnicien dira qu’il de granulométrie uniforme. Alors qu’un mélange de divers calibres departicules est défini comme mal classé (poor;y sorted) pour ungéologue, tandis qu’il est bien gradué pour un géotechnicien. Donc, un sable de plage uniforme est bien trié pour le géologue etmal gradué pour le géotechnicien. Il faut bien saisir les différencesde pensée et de philosophie de deux professions.

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Tableau : Propriétés de drainage de capillarité et de susceptibilité au gelTableau : Propriétés de drainage, de capillarité et de susceptibilité au gel des sols en fonction de leur valeur de D10, Hunt (1984) D10 (mm) 0,4-0,2 0,2-0,074 0,074- 0,020- 0,01

0,020 0,01Drainage k (m/s)

Gravitaire 5x10-3 –

Gravitaire bon

Gravitaire passable

Gravitaire lent

2 x

Faible 10-6

5x1010-3

10-4

10-5

2 x 10-6

Capillarité (m) Négligeable

Faible 0,45

Modéré 2,1

Modéré à élevé

Élevé 8

0,15 5Susceptibilité au gel

Non gélif

Faible Modéré à élevé

Élevé Élevé à modéré

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Intérêt de l'analyse granulométrique: a) classer de façon détaillée les sols (voir plus loin la classification des sols); b) Les sols granulaires bien gradués ont les meilleurs propriétés mécaniques,

t di l l à l ét i if dé t t ttandis que les sols à granulométrie uniforme démontre un comportement mécanique médiocre que les sols bien gradués

c) Estimer l’ordre de grandeur de perméabilité de sol (sol perméable,imperméable, etc..);

2d) estimer la perméabilité des sables k (mm/s) = 10 D102 avec D10 en mm/s

pour un sable uniforme lâche ou k (m/s) = 0,01 (D10)2 pour 0,1 D10 (mm) 3; pour pierre concassée k =0,001 (d100)1,4; pour agrégat rond k 0,001 (d100)1,5 avec d100 la dimension nominale en mm et k (m/S);(d100) avec d100 la dimension nominale en mm et k (m/S);

e) Estimer le potentiel de ségrégation de matériaux; f) Estimer le potentiel d’érosion de sol; g) Estimer les propriétés mécaniques des sols granulaires () à partir des

él ti i i t l ité d lcorrélations empiriques et la compacité de sol;h) Se prononcer sur l’origine de sol; a) dimensionner les filtres: D15filtre/ D85 sol <5; D15filtre/D15sol <20;

D50filtre/D50sol <25;b) Déterminer si un sol est stable au sein d’un filtre : Sols stables : 1) sol

cohérent avec IP15; 2 ) Sol à granulométrie serrée avec Cu3; 3) sol, bien gradué avec Cu4;

c) Estimer le potentiel de traitement par compactage dynamique;

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c) Estimer le potentiel de traitement par compactage dynamique;d) Déterminer la méthode de drainage de sol pour les projets de drainage; e) estimer la possibilité d'injection des sols; f) estimer la remontée capillaire dans les sols; .hc(mm) = 155/D10 (mm)

Page 28: Classification Des Sols

Type de sol Remontée capillaire (m) Gravier fin Sable grossier

0,02-0,1 0 15Sable grossier

Sable fin Silt Argile

0,15 0,3-1 1-10 10-30

;; a) estimer la susceptibilité au gel des sols; un sol n'est pas affecté par le

gel si soit, cu >5 et<3% de particules <0.02 mm; soit si CU <5 et <10 de particules sont <0.02 mm;

b) Estimer l’ordre des grandeur de CBR, module de réaction;c) évaluer l'utilisation du matériau comme sol d'emprunt granulaire; d) Estimer grossièrement la compactabilité. Par exemple, un sable

ayant un coefficient d’uniformité inférieur à 4 est difficile à compacter y p(Tessier, 1989). si Cu est petit, le sol est peu compact, mal gradué ou non compactabe. Par conte, quand Cu est grand, le sol peut être compact, sol bien gradué et compactable.

Choisir la méthode de compactage qui convient au type de sol Par exemple lesChoisir la méthode de compactage qui convient au type de sol. Par exemple, les rouleaux à pieds de moutons convient aux sols avec plus de 20% au tamis 0,075 mm (sol à grains fins), tandis que les rouleaux à pneus (pression 400 à 550 kPa) conviennent aux sols à grains grossiers plus ou moins propres contenant 4 à 20 % passant au tamis 0 075 mm ; les rouleaux lisses vibrants

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contenant 4 à 20 % passant au tamis 0,075 mm ; les rouleaux lisses vibrants conviennent aux sols granulaires propres avec moins de 4% de passant au tamis 0,075 mm.

Page 29: Classification Des Sols

Tableau : Propriétés de drainage de capillarité et de susceptibilité au gelTableau : Propriétés de drainage, de capillarité et de susceptibilité au gel des sols en fonction de leur valeur de D10, Hunt (1984) D10 (mm) 0,4-0,2 0,2-0,074 0,074- 0,020- 0,01

0,020 0,01Drainage k (m/s)

Gravitaire 5x10-3 –

Gravitaire bon

Gravitaire passable

Gravitaire lent

2 x

Faible 10-6

5x1010-3

10-4

10-5

2 x 10-6

Capillarité (m) Négligeable

Faible 0,45

Modéré 2,1

Modéré à élevé

Élevé 8

0,15 5Susceptibilité au gel

Non gélif

Faible Modéré à élevé

Élevé Élevé à modéré

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Page 30: Classification Des Sols

Adjectifs qualitatifs Dans la description des sols, on utilise différents adjectifs relatifs à différentes propriétés des sols. Pour la granulométrie, on utilise des adjectifs suivants en fonction du pourcentage des particules, tableau 5. Tableau 5:Différents adjectifs utilisés pour décrire la granulométrie d’un sol

Adjectif Exemple Pourcentage dans le mélange

Nom ‘et’ adjectif (eux)

Gravier, sable, silt, argile Et gravier, et sable Graveleux silteux etc

35 ou fraction dominante 35 % 20 35adjectif (eux)

‘un peu’ ‘traces’

Graveleux, silteux, etcUn peu de sable Traces de sable, trace de silt

20 – 3510 – 20 1 – 10 %

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Page 31: Classification Des Sols

Compacité

La compacité est relative aux sols granulaires.

Tableau 6 : Compacité des sols granulaires selon les valeurs de N SPT.

État de compacité Indice N (SPT) (coups/300 mm)prelative en place

( ) ( p )

Très lâche Lâche (pénètre facilement par le doigt)

0 – 4 4 –10(p p g )

Compact (pénètre facilement par le crayon) Dense (pénètre avec effort par le crayon) Très dense (ne peut être pénétré par le crayon)

10-30 30-50 > 50( p p p y )

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Page 32: Classification Des Sols

Consistance: L i t t l ti d é d' dhé t l ti l d l t à lLa consistance est relative au degré d'adhérence entre les particules du sol et à la résistance offerte aux forces qui tendent à déformer ou à rompre l'agrégat. Tableau 7: Classification des sols cohérents selon leur consistanceTableau 7: Classification des sols cohérents selon leur consistance Consistance

Identification au chantier

T è ll

S l é ét é f il t d l ti èt l iTrès molle

Molle Ferme

Sol pénétré facilement de quelques centimètres par le poingSol pénétré facilement de quelques centimètres par le pouce Sol pénétré de plusieurs pouces par le pouce avec un effort modéré

Raide Très raide

modéréSol marqué facilement par le pouce, mais pénétré avec beaucoup d'effort Sol rayé facilement par l'ongle du pouce

Dure Sol rayé difficilement par l'ongle du pouce

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Page 33: Classification Des Sols

Tableau 8 : Consistance des sols cohérents selon leur résistance au cisaillement d i énon drainé

Consistance

Résistance au cisaillement non-drainé cu (kPa)

Très molle

Molle Ferme

<12 12-25 25-50

Raide Très raide

Dure

50-100100-200

>200

33

Page 34: Classification Des Sols

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Page 35: Classification Des Sols

Sensibilité:

L t ibilité t ff t d i t l i t dLe terme sensibilité se rapporte aux effets du remaniement sur la consistance del'argile, quelle que soit la nature physique des causes du changement d'état.

On exprime le degré de sensibilité St d'une argile par le rapport entre la résistanceOn exprime le degré de sensibilité St d une argile par le rapport entre la résistanceà la compression simple d'un échantillon non remanié (intact) à la résistance aprèsremaniement du même échantillon à la même teneur en eau: St = cu/cr. Les différentes classes de sensibilité définies par le Manuel Canadien d'ingénieriedes Fondations (1994) sont les suivantes:

Sensibilité : SSensibilité : StFaible : St< 2 Moyenne : 2 < St <4 Forte : 4 <St <8o e : St 8Très forte : 8 < St <16 Argile sensible St >16

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Texture, structure Le terme texture est relatif au degré de finesse et d'uniformité d'un sol. Onutilise pour décrire la texture, des expressions comme farineux, lisse,rugueux ou à arêtes vives suivant la sensation produite par le frottement durugueux ou à arêtes vives, suivant la sensation produite par le frottement dusol entre les doigts. Le terme structure est relatif au mode d'arrangement macroscopique desLe terme structure est relatif au mode d arrangement macroscopique desparticules du sol dans l'agrégat.

Les structures suivantes sont communes aux sols granulaires :Les structures suivantes sont communes aux sols granulaires :

A) Stratification : Superposition de couches de granulométrie ou decouleur différente. Si les couches ont une épaisseur inférieure àcouleur différente. Si les couches ont une épaisseur inférieure àenviron 6 mm, le matériau peut être décrit comme laminé;

B) Lenticulaire : Inclusion dans la masse de cavités remplies de sol

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) pde types différents.

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Les structures macroscopiques communes aux sols à grains finssont : a) Structure varvée, quand le sol est composée de strates

alternées de silt et d’argile ou de sable fin d’épaisseursvariables de quelques mm à plusieurs décimètre.;q q p

b) Structure fissurée; c) Structure à blocaux. Quand un sol cohérent peut être

facilement brisé en petites mottes angulaires qui résistent à denouvelles ruptures;

d) Structure lenticulaire. Quand le sol contient des petiteslentilles de sable dispersées à travers une masse d’argile;

e) Structure cimentée.;f) Structure homogène (massive).

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Humidité Il faut indiquer l’état d’humidité de sol selon sa teneur en eau Pour les tillsIl faut indiquer l état d humidité de sol selon sa teneur en eau. Pour les tillsou les sols granulaires contenant un certain pourcentage de sols fins, laterminologie suivante est recommandée :

a) Très sec : préssé dans la main, le sol ne montre aucune cohésion niadhérence;

b) Sec : Pressé dans la main le sol n’humidifie pas ou très pei lab) Sec : Pressé dans la main, le sol n humidifie pas ou très pei lapaume, sans montrer de cohésion. Un sol sec a une apparencepoussiéreuse.;

c) Humide : Pressé dans la main, le sol humidifie la paume, avecc) Humide : Pressé dans la main, le sol humidifie la paume, avecadhérence des particules fines. UN sol humide n’est paspoussiéreux;

d) Très humide : Lorsqu’on manipule le sol, il tache les instruments,d) ès u de : o squ o a pu e e so , tac e es st u e ts,sac ou récipient, et un peu d’eau libre est visible en surface parluisance. L’eau est expulsée par densification;

e) Saturé. Quand on note la présence d’eau gravitaire dans le sol.

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) Q p g

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Couleur

La couleur d’un sol doit être notée avant que l’échantillon nesèche. La couleur d’un sol peut être très indicative en terme de: 1) Remblai ou sol naturel;) ;2) Niveau d’oxydation; 3) Niveau de la nappe phréatique (argile grise ou brune de

croûte);croûte); 4) Présence d’ocre ferreux (exemple de colmatage des drains

français par l’ocre); 5) Présence de matières organiques;5) Présence de matières organiques; 6) Contamination

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Odeur

Quand le sol est à l’état humide, l’odeur qu’il dégage est souvent dueà la présence de matières organiques. La présence de contaminantaffecte également l’odeur du sol.g

Gel

Les sols gelés doivent être identifiés comme tels qu’on les prélève, enfonction de la température et de leur rigidité, en apportant uneattention particulière à la présence ou à l’absence de cristaux et delentilles de glace.

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Plasticité: Un sol ou une fraction de sol, est dit plastique si, dans un certainintervalle de teneur en eau, il peut être roulé en fils de faiblediamètre sans se rompre La plasticité est une propriété colloïdalediamètre sans se rompre. La plasticité est une propriété colloïdale.En effet, aucun minéral n'est doué de plasticité à moins d'être réduiten une poudre composée de particules colloïdales. En fait, laplasticité ne se manifeste que pour un très petit nombre de colloïdesplasticité ne se manifeste que pour un très petit nombre de colloïdes.Le quartz en poudre n'est jamais plastique quelle que soit sa teneuren eau et son degré de finesse, mais tous les minéraux argileux le

t L l t t d élé t t è fi t ti tsont. Les sols contenant des éléments très fins sont pratiquementtous plastiques, parce qu'ils renferment tous des minéraux argileux. ÀÀ l'état plastique comme à l'état solide, les éléments très fins du solsont doués de cohésion ou capacité de résister aux efforts decisaillement.

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Abaque de plasticité La figure ci après montre l’abaque de plasticité proposé par CasagrandeLa figure ci-après montre l abaque de plasticité proposé par Casagrande(1947). La droite A représente une limite empirique; elle passe par lepoint avec la limite de liquidité de 20 sur l’axe horizontale et le pointavec une limite de liquidité de 50 et un indice de plasticité de 22.q pL’équation de la droite A est donc : IP = 0,73 (W L – 20). La droite A représente, selon Casagrande, la frontière entre les argilesinorganiques (CL CH) qui sont généralement situées au dessus de lainorganiques (CL-CH) qui sont généralement situées au-dessus de la droite et les sols plastiques contenant des matières organiques (OL-OH) qui sont en-dessous de la droite A. Les travaux de Seed et al., 1964indiquent qu’il existe une zone de chevauchement. Les silts et les argilesq q gsilteux non organiques (M L et M H) se retrouvent également sous la droite A, sauf pour les silts avec une limite de liquidité inférieure à 30 quise situent légèrement au-dessus de la droite A. Pour les sols avec W L < 25, il existe un chevauchement de plusieursgroupes de sol dans la zone hachurée.

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Utilité des limites d'Atterberg:

L li it d i t t tilLes limites de consistances sont utiles pour : 1) Déterminer l'activité du sol par le rapport A= IP/(%<0.002 mm); 2) Estimer la plasticité de l’argile; 3) Permet la classification de sol selon l’abaque de Casagrande; 4) Apprécier la consistance de matériau (Comparer la teneur en eau avec

les limites de consistance); 5) Déterminer la protection de gel dans le cas des projets routiers (voir les

normes du MTQ);normes du MTQ);6) Estimer le potentiel de retrait et de gonflement de sol; 7) Estimer le potentiel d’assèchement d’argile par les arbres; 8) Estimer le potentiel d’absorption de contaminant; 9) Estimer le potentiel thérapeutique des argiles;9) Estimer le potentiel thérapeutique des argiles;10) Estimer la sensibilité d’argile;

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Page 54: Classification Des Sols

Tableau : Potentiel de changement volumique des sols en fonction de leur caractéristique de plasticité Gibbs (1956)leur caractéristique de plasticité, Gibbs (1956).

Potentiel de changement volumique

IP (%) WL (%) WS (%)

Faible Moyen Élevé Très élevé

18 15-28 25-41 45

20-35 35-50 50-70 70

15 10-15 7-12 11Très élevé 45 70 11

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6.0 Identification des différents types de sol 6.1 Identification des sols granulaires L’identification d’un sol granulaire (blocs, cailloux, gravier et sable) doitêtre conforme à leur granulométrie. Il est important de bien noter lagrosseur maximale des particules observées dans une tranchées ou unecoupe. Dans les forages, la grosseur maximale des particules est limitéepar la dimension de l’échantillonneur. U l l i i é i bl d l à iUn sol granulaire peut contenir un pourcentage appréciable de sol à grainsfins, ce qui lui confère certaines des caractéristiques propres à ce groupe.La portion de sol à grain fin doit être indiquée en utilisant les adjectifs

iéappropriés.

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Page 56: Classification Des Sols

6 2 Identification des sols fins6.2 Identification des sols fins L’identification d’un sol à grains fins (silt ou argile) doit être conformeaux indications des essais qui suivent de manière à les identifier suraux indications des essais qui suivent de manière à les identifier surplace. Si un sol à grains fins contient du sable ou du gravier, il fautindiquer la portion et la grosseur maximale des particules, compte tenu dela dimension maximale permise par l’échantillonneurla dimension maximale permise par l échantillonneur.

A) Essai de réaction aux vibrations ou essai de dilatanceA) Essai de réaction aux vibrations ou essai de dilatance

Pour différencier le silt d’argile on effectue l’essai de vibration ou de dilatance suggéré par Rutledge (1940). Cet essai est réalisé sur lad ce suggé é p u edge ( 9 0). Ce ess es é sé sufraction de sol passant au tamis numéro 40 (0,42 mm).

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Page 57: Classification Des Sols

A) Essai de lustre

Pour identifier un sol à grains fins, on peut y presser le plat d’unelame de couteau ou d’un ongle en appuyant fortement. Si la surfacedevient lustrée, on est en présence d’argile. Si la surface est mate, on, p g ,est en présence de silt. B) Essai de résistance à sec (résistance au broyage)y g

La résistance d’un échantillon sec d’un sol à grains fins broyé entre les doigts donne une indication des proportions relatives de silt oud’argile. Si le sol réduit facilement en poudre, sa résistance à sec estfaible, ce qui indique un pourcentage élevé de silt ou silt sableux. Sile sol de réduit difficilement en petits morceaux, plutôt qu’en poudre,sa résistance à sec est moyenne, ce qui indique qu’il s’agit deplasticité moyenne ou d’argile silteuse.

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Page 58: Classification Des Sols

A) Essai de ténacité (consistance près de la limite de plasticité) L’examen de plasticité des sols à grains fins ou la fraction passant au tamis0,42 mm des sols granulaires se fait sur un petit échantillon humide. Les sols situés légèrement au-dessus de la ligne A forment des rouleauxmoyennement dure quand ils approchent la limite de plasticité. Les sols sousla ligne A (ML, MH, OL, OH) forment des rouleaux ou fils très faibles à lali i d l i i élimite de plasticité. De plus, l’argile humide colle facilement aux doigts et ne se lave pas facilement Contrairement au silt que l’on peut brosser quand il est secfacilement. Contrairement au silt que l on peut brosser quand il est sec. E) Essai sous les dents Si on frotte une petite quantité de sol entre les dents, une sensation granulaireindique la présence de sable ou de silt, sinon, il n’y a que de l’argile.

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Page 59: Classification Des Sols

6.3) Identification des silts: Ils sont peu plastiques, friables et sèchent rapidement. À l'état sec, ils ontl'aspect pulvérulent. Un petit bloc de silt se désagrège facilement dans l'eauet se sédimente en quelques minutes. Ils sont dilatants et il est difficile de faire des rouleaux avec les silts. 6.4) Identification des argiles:

Elles sont cohérentes et plastiques (se déforment sans rupture). Elles ontffi i d é bili é è f ibl ll d è hun coefficient de perméabilité très faible, elles se dessèchent

difficilement. Un échantillon d'argile mis dans l'eau reste intact pourquelques minutes et se désintègre lentement. Les argiles ne sont pasdil t t t é h ll fi tdilatantes et en séchage, elles se fissurent.

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Page 60: Classification Des Sols

Tableau 10: comportement mécanique des sols pulvérulents et des argiles

Sols pulvérulents

granulométrie, densité relative, angularité des grains, l'eau n'affecte que le poids volumique

Argiles

minéralogie, teneur en eau, limites d'Atterberg, degré de saturation, structure, surface spécifique, , p q

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Page 61: Classification Des Sols

Distinction entre la fraction de silt et d’argile La fraction argileuse est considérée comme le domaine de propriétéscolloïdales où les interactions et les échanges inter-particulaires sontdominantes par rapport à l’action de la force gravitaire La dimension dedominantes par rapport à l action de la force gravitaire. La dimension de0,002 mm marque généralement la limite supérieure du domaine colloïdale.Au-dessus de 0,002 mm les particules montrent difficilement des propriétéscolloïdales tandis qu’en dessous de 0,002 mm elles augmentent rapidementq g pavec la diminution de dimension des particules. Il faut noter cependant quetoute particule inférieure à 0,002 mm n’a pas forcément les propriétésphysiques des argiles minéralogiques. La figure 7 montre la corrélationét bli t l t d f ti l ét i i fé i à 0 002établie entre le pourcentage de fraction granulométrique inférieure à 0,002mm et le pourcentage des argiles minéralogiques (phyllosilicates) et desminéraux amorphes dans les dépôts d’argile de la mer Champlain, Locatt etal 1984 et Lebuis et Rissman 1979 Ces données indiquent que seulemental., 1984 et Lebuis et Rissman 1979. Ces données indiquent que seulement1/3 à la moitié de la fraction inférieure à 0,002 mm des argiles de la merChamplain sont constitués des argiles minéralogiques, le reste étant de lafraction argileuse au sens granulométrique.

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Il faut mentionner qu’une fraction faible d’argile minéralogique (20 à 35 % par exemple) est suffit pour que les propriétés dominantes des argiles minéralogiques (plasticité, cohésion, échange ionique, attraction de surface, etc. ) soient présentes dans un mélange de sol. Tableau 11: Différence des propriétés des argiles et siltsTableau 11: Différence des propriétés des argiles et silts

Argiles Silt 1. Douce à la touché; 1. Texture rugueuse 2. Colle aux doigts et sèche très

doucement; 3 Pas de dilatance;

2. Il sèche relativement rapidement en donnant de la poussière;

3. Il est dilatent; 4 Un morceau sec a une cohésion3. Pas de dilatance;

4. On peut briser un morceau sec mais on ne peut le pulvériser avec les doigts.

4.Un morceau sec a une cohésion appréciable, mais on peut la pulvériser avec les doigts.

p g

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Page 64: Classification Des Sols

Distinction entre le gravier et le sable Il existe une certaine unanimité pour représenter la frontière entre le gravier et lesable par la dimension de 2,0 mm. La division à 2 mm correspond à l’hypothèsefaite selon laquelle les particules inférieures à 2 mm sont assez petites pour rester

llé l l é i h id bl dicollées les unes aux autres quant le matériau est humide comme un sable, tandis queles particules supérieures à 2 mm n’ont pas de cohésion apparente à l’état humide.Donc, la distinction entre le gravier et le sable est basée sur le phénomène decohésion apparente qui cesse d’exister pour les particules supérieures à 2 mm.pp q p p p Pour déterminer si un sable est propre ou non, placer une quantité de sol dans uncylindre, ensuite verser de l’eau jusqu pour saturer l’échantillon. Procéder aumélange de l’ensemble en donnant quelques secousses Si 30 secondes après lesmélange de l ensemble en donnant quelques secousses. Si 30 secondes après lessecousses, l’eau au-dessus de l’échantillon reste propre, le sable est défini commepropre. Si l’eau présente au-dessus du sable est sale, le sable contient du silt. U t f d’id tifi l té d bl t d d t i titéUne autre façon d’identifier la propreté de sable est de prendre une certaine quantitéd’échantillon sec et pulvérisé dans les mains. Verser le sol en petits quantité parterre, il la poussière apparaisse, le sol est sale (n’est pas propre) et il contient du silt.

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Page 65: Classification Des Sols

Distinction entre les fractions de sable Généralement, les particules de sable sont classées en trois subdivisions desable gros, moyen et fin. La plupart des systèmes de classification des solsplace la limite supérieure du sable fin à 0,20-0,25 mm. Du point de vuetexture de sol, ce seuil de D=0,20 mm correspond approximativement à unsable qui manifeste de la propriété de dilatence. La division des sables en trois subdivisions gros, moyen et fin se fait selondes propriétés géotechniques du sable. L’analyse granulométrique du soldonne des informations intéressant pour le choix de la technique de traitement

d’ éli i d l l fi 8 é l h i d l é h dou d’amélioration du sol en place. La figure 8 résume le choix de la méthodede drainage en fonction de la granulométrie du sol. La figure 9 montre ledomaine d’application des méthodes d’exclusion d’eau dans le sol, Glossop etSk (1945) L bl 13 é l Gl Sk (1945)Skempton (1945). Le tableau 13 résume, selon Glossop et Skempton (1945),les propriétés des différents types de sol utilisé dans le système M.I.T.

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Page 66: Classification Des Sols

Distinction entre la fraction de sable et de silt On rencontre souvent des difficultés pour distinguer le silt de sable. Pour distinguer le silt de sable, Glossop et Skempton ont suggéré les critères du tableau 14. Tableau 14: Critères d’identification de silt et de sable. Silt Sable finSilt Sable fin 1. Particules sont généralement

invisibles; 2. Un peu de plasticité; 3 Te t re r ge se mais pas grése ;

1. Les particules sont visibles à l’œil nu; 2. Pas de plasticité; 3. Texture gréseuse; 4 Un morcea h mide pe t a oir ne3. Texture rugeuse mais pas gréseux;

4. Un morceau sec a une certaine cohésion mais on peut la pulvériser avec les doigts.

4.Un morceau humide peut avoir une légère cohésion apparente mais on peut le pulvériser facillement entre les doigts.

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Page 67: Classification Des Sols

Tableau : Comparaison du comportement de sable pur et argile pure Semelle sur sable (sol pulvérulent) Semelle sur argile (sol cohérent) La résistance de sable augmente avec le confinement dû à la profondeur ou de charge de fondation

La résistance d’argile est relativement indépendante de pression de confinement.

charge de fondation La résistance de sable est due entièrement au frottement.

La résistance d’argile est due entièrement à sa cohésion.

La résistance de sable est relativement indépendante de la forme de semelle

La résistance d’argile est influencée jusqu’à 20% par la forme de semelle.indépendante de la forme de semelle 20% par la forme de semelle.

La résistance de sable augmente de façon appréciable avec la profondeur d’encastrement

La résistance d’argile est relativement indépendante de la profondeur d’encastrement.

La résistance de sable diminue idé bl t i l l d d

La résistance d’argile diminue un peu suite à l’ lè t d l d dconsidérablement si le sol au-dessus des

semelles est enlevé ou érodé. à l’enlèvement des sols au-dessus des semelles.

La résistance de sable sec diminue de 50% suite à sa saturation.

La résistance d’argile est peu influencée par la saturation de courte durée.

Le tassement de sable se produit Le tassement d’argile suite à une charge estLe tassement de sable se produit rapidement (des semaines ou des mois) suite à une charge. Pour les silts granulaires et sables fins, il peut se produire durant des mois ou des années (pour les silts) en

Le tassement d argile suite à une charge est fonction du temps pouvant aller jusqu’à des années en fonction de perméabilité.

fonction de la perméabilité.Les charges de courte durée peuvent produire de tassement.

Le tassement d’argile est relativement indépendant des charges de courte durée.

Le tassement de sable double suite à sa saturation

Le tassement d’argile est affecté par saturation (sans être doublé)

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saturation saturation (sans être doublé).Le sable est compacté facilement par vibration et saturation avec pression.

L’argile est compacté par des surcharges à long terme.

Page 68: Classification Des Sols

Injection du coulis de ciment En 1936 selon Terzaghi l’injection d’un coulis de ciment dans un sable n’est possible que si :En 1936, selon Terzaghi l injection d un coulis de ciment dans un sable n est possible que si : D10 > 0,5 mm pour un état lâche; D10 > 1,4 mm pour un état dense. Le sable gros et le gravier sont injectables par un coulis de ciment, tandis que le sable moyen ne peut être injecté par un coulis de ciment. Dans les sables moyen et fin, l’injection d’un coulis de ciment ne fait que déplacer latéralement les particules de sable sans pénétrer dans les vides du sol; le seul résultat est donc la formation d’un bouchon de coulis au bout du tube d’injection.

Émulsions bitumineuses et solutions de silicatesÉmulsions bitumineuses et solutions de silicates Les sables moyen et fin peuvent être injectés avec des solutions de silicates ou avec desémulsions bitumineuses. L’utilisation des émulsions bitumineuses et des solutions desilicates n’est pas courant, premièrement parce qu’ils coûtent plus que les coulis de ciment,deuxièmement l’écoulement rapide de l’eau souterraine dans les sols grossiers risque éroderla solution avant la réaction chimique complète.

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Page 69: Classification Des Sols

Sable mouvant Le sable mouvant peut être défini comme un sol pulvérulent (sans cohésion) qui, s’il est

i d f i i bi dsoumis à une déformation ou à un remaniement, peut subir spontanément une perte derésistance au cisaillement. Ce genre d’état de sol se manifeste généralement dans le cas de sable fin ou sable silteux. La perte de résistance peut provoquer un écoulement visqueux dusable sur les talus d’une excavation. Une pente d’excavation dans un tel sol, si elle est soumiseà d lli it ti d i (b tt d i l ) t bi d tà des sollicitations dynamiques (battage de pieux par exemple), peut subir des mouvementsimportants.

Les conditions pour l’apparition de tel phénomène sont exprimées par Terzaghi(1925) Premièrement le sable doit être saturé Deuxièmement le sable doit être(1925). Premièrement, le sable doit être saturé. Deuxièmement, le sable doit êtredans un état de compacité très lâche.

Une perte instantanée de la résistance au cisaillement n’est pas la seule cause del’i t bilité d l l é l t Pl i t d b d à l’é i dl’instabilité des sols pulvérulents. Plusieurs ruptures de barrages dues à l’érosion descouches perméables (piping) ont été rapportées. Les sources de sable (blows) qui sont observées dans les excavations sont également dues à ce type d’instabilité. On peut lesempêcher par une conception adéquate du système d’étançonnement ou par une techniqueappropriée de construction. L’érosion se produit suite à la boulance des grains par un écoulement ascendant d’eau; le danger de boulance est moindre dans le cas des sablesgros et des graviers, bien que les considérations théoriques laissent croire que lesdimensions des particules ont peu d’effets (Terzaghi, 1929). Cette dernière conclusion est

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dimensions des particules ont peu d effets (Terzaghi, 1929). Cette dernière conclusion est supportée par la rupture d’un certain nombre de barrage sur des fondations en gravier.

Page 70: Classification Des Sols

Donc, la division des sables en trois subdivisions gros, moyen et fin se fait selon despropriétés géotechniques du sable. L’analyse granulométrique du sol donne desinformations intéressant pour le choix de la technique de traitement ouinformations intéressant pour le choix de la technique de traitement oud’amélioration du sol en place. La figure 2.6 résume le choix de la méthode dedrainage en fonction de la granulométrie du sol. La figure 2.7 montre le domained’application des méthodes d’exclusion d’eau dans le sol, Glossop et Skempton(1945). Le tableau 2.8 résume, selon Glossop et Skempton (1945), les propriétés desdifférents types de sol utilisé dans le système M.I.T.

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Page 71: Classification Des Sols

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Page 72: Classification Des Sols

Tableau 2.8: Quelques propriétés des différents types de sol, Glossop et Skempton (1945).

Propriétés Types de sol Tassemen

ts après constructi

Phénomène de sable mouvant

Soulèvement dû au gel

Rabattement de la nappe

Injection du coulis de ciment

Injection des bitumes et silicates

Utilisation d’air comprimé comme supportconstructi

on mouvant gel

(conditions naturelles)

ciment et silicates support

Gravier No Impossible No Possible Possible Ne convient pas

Possible4

Sable gros

No Impossible No Convient Possible seulement si le sable est très gros

Oui Oui

Sable No Peu No Convient Impossible Oui Ouimoyen probable

p

Sable fin No Possible No Convient Impossible No si le sable est très fin

Oui

Silt Oui Possible Oui Impossible Impossible Impossible OuiSilt Oui Possible Oui Impossible Impossible Impossible OuiArgile Oui Impossible No Impossible Seulement

dans le cas des argiles raides et fi é

Impossible Pour le support seulement

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fissurées

Page 73: Classification Des Sols

Tableau : Comparaison du comportement de sable pur et argile pure Semelle sur sable (sol pulvérulent) Semelle sur argile (sol cohérent) La résistance de sable augmente avec le confinement dû à la profondeur ou de charge de fondation

La résistance d’argile est relativement indépendante de pression de confinement.

charge de fondation La résistance de sable est due entièrement au frottement.

La résistance d’argile est due entièrement à sa cohésion.

La résistance de sable est relativement indépendante de la forme de semelle

La résistance d’argile est influencée jusqu’à 20% par la forme de semelle.indépendante de la forme de semelle 20% par la forme de semelle.

La résistance de sable augmente de façon appréciable avec la profondeur d’encastrement

La résistance d’argile est relativement indépendante de la profondeur d’encastrement.

La résistance de sable diminue idé bl t i l l d d

La résistance d’argile diminue un peu suite à l’ lè t d l d dconsidérablement si le sol au-dessus des

semelles est enlevé ou érodé. à l’enlèvement des sols au-dessus des semelles.

La résistance de sable sec diminue de 50% suite à sa saturation.

La résistance d’argile est peu influencée par la saturation de courte durée.

Le tassement de sable se produit Le tassement d’argile suite à une charge estLe tassement de sable se produit rapidement (des semaines ou des mois) suite à une charge. Pour les silts granulaires et sables fins, il peut se produire durant des mois ou des années (pour les silts) en

Le tassement d argile suite à une charge est fonction du temps pouvant aller jusqu’à des années en fonction de perméabilité.

fonction de la perméabilité.Les charges de courte durée peuvent produire de tassement.

Le tassement d’argile est relativement indépendant des charges de courte durée.

Le tassement de sable double suite à sa saturation

Le tassement d’argile est affecté par saturation (sans être doublé)

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saturation saturation (sans être doublé).Le sable est compacté facilement par vibration et saturation avec pression.

L’argile est compacté par des surcharges à long terme.

Page 74: Classification Des Sols

2.2.1Classification selon le mode de formation (classification géologique); Le mode de formation des sols constitue une base naturelle pour la classification des sols. LaLe mode de formation des sols constitue une base naturelle pour la classification des sols. Laconnaissance du mode de formation des sols (géologie des formations) permet de mieuxcomprendre la structure, la stratigraphie et la granulométrie des sols en place.

Tableau 2.1: C lassification des sols selon leur m odes de form ation, K arlson (198 ?). Form ation Pré-quaternaire

Sols altérés (weathered soils) Sols sédim entaires

Gravier altéré pré-glaciaire Argile (Rhaetic Lias C lay)

Dépôts glaciaires : Q uaternaire Till Till de sable graveleuxDépôts fluvioglaciaires Gravier fluvioglaciaire Sédim ents m arins Argiles m arines

:

Sédim ents lacustres Argile lacustre Sols altérés Gravier altéré post glaciairePost Sols altérés Gravier altéré post-glaciaireSédim ents fluviaux : Sédim ents fluviaux basales Sédim ents fluviaux latérales Sédim ents de Delta

Gravier fluvial Sable fluvial Sable de delta

Post-glaciaire

Sédim ents fins m arins et lacustres Argile post-glaciaire Sédim ents éoliens Sable éoliens Tourbes Tourbe Sédim ents organiques G yttja

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Sédim ents chim iques M arne

Page 75: Classification Des Sols

Selon l’environnement de la sédimentation (pourcentage du sel) les sédiments marins et lacustres sont divisés en trois groupes, tableau 2.2. Tableau 2.2 Classification des sédiments marins et lacustres en fonction du taux de sel, Karlson . Environnement de sédimentation

Taux de sel Désignation

Eau douce < 0,2% Sédiments d’eau douce (sédimente lacustre) Eau saumâtre 0 2 à 2 % Sédiments saumâtresEau saumâtre 0,2 à 2 % Sédiments saumâtresEau salée > 2% Sédiments marins L l ifi ti é l i t ti tiè tLa classification géologique en construction routière permet: de grouper les sols de même origine afin de délimiter l’étendue et la profondeur des

dépôts ; d’estimer les caractéristiques géotechniques du dépôt par des corrélations existantes, car

les sols des dépôts de même origine et de même mode de déposition ont généralement des caractéristiques semblables.

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Page 76: Classification Des Sols

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2.2.1Classification selon la composition des sols ; Les classifications selon la composition sont basées sur la courbe granulométrique des sols etsur le contenu et la nature des sols organiques. En fonction de la composition les sols sontclassés en deux groupes principaux : sols minéraux et sols organiques.

La figure 2.1 illustre quelques systèmes usuels de classification. Tous les systèmes declassification qui sont basés uniquement sur le diamètre des grains sont capables deconduire à des malentendus parce que les propriétés physiques des éléments très fins des

l dé d t d b f t t l di i d isols dépendent de nombreux facteurs autres que la dimension des grains.

Le tableau 2.4 de Karlson et Hansbo donne les limites de divisions des fractions des solsutilisées dans certains pays.

La courbe granulométrique d’un sol donne des informations sur la finesse des particules,leur dispersion et l’allure de la courbe granulométrique.

P dét i l d fi d’ l B i t (1940) é l éth dPour déterminer la groupe de finesse d’un sol Burmister (1940) a proposé la méthodeillustrée sur la figure 2.2. La dimension de référence 2 mm (limite de partage entre sableet gravier) est utilisée comme l’origine de l’axe de finesse des sols. En se basant sur la classe de finesse des sols, Burmister a proposé la classification donnée dans le tableau 2.5.

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Tableau 2.5: Classification de dispersion des sols selon Burmister (1940). Dispersion selon la finesse

Description

0 –1 Fraction de sol; par exemple, gros, moyen ou fin 1-3 Sol uniforme, bien assorti; gros à moyen, moyen à fin3 So u o e, b e sso ; g os oye , oye3-5 Dispersion modérée, sol gradué sur une plage large de dimension. >5 Dispersion extrême, sol mal assorti avec une courbe

granulométrique s’étendant sur une très grande plage de variation de dimensionde dimension.

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L’allure et la forme de la courbe granulométrique donne également des renseignementsintéressants sur l’origine du sol. La figure 2.3 illustre les quatre formes de la courbegranulométrique suggérées par Burmister (1940). L’allure de la courbe donne également g q gg p ( ) gdes indications sur l’importance relative de la fraction fine ou grossière relativement àl’ensemble du sol. La courbe granulométrique est comparée avec la droite médiane du sol. On donne certaine signification géologique à la forme de la courbe granulométriqueOn donne certaine signification géologique à la forme de la courbe granulométrique. Pratiquement, tout sol qui a été soumis à l’action de triage de l’eau en mouvement, del’action de vagues, ou de l’action du vent durant leur déposition a une courbegranulométrique en forme de ‘S’ avec une faible dispersion relative des grains variant de 1 à 3 L l ll i t t i l l i difié t i di i là 3. Les sols alluviaux et certains sols glaciaux modifiés peuvent avoir une dispersion largeselon les conditions de vitesse lors de leur déposition. Par contre les sables de plage et dedune ont une dispersion faible. Les dépôts formés par sédimentation dans l’eau fraîche ontgénéralement une courbe granulométrique en forme de ‘S’ mais avec une dispersion de 3 à5 si on considère l’ensemble de plusieurs couches fines (varves) dans le sol.

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La courbe ‘C’ concave vers le haut semble être typique de certains dépôts glaciaires plus oumoins triés (outwash), gros; de dépôt alluvionnaire et piémont grossiers et graveleux; et uncertain dépôt de type résiduel formé par la décomposition du roc. Les dépôts de tills glaciaires dans certains localités ont une courbe graulométrique en forme de ‘D’, de formeinversée de ‘S’, qui représente un mélange non trié de matériaux fins et gros avec unedéficience pour les particules de fraction intermédiaire. L’altération du shale produit également un sol avec une courbe en forme de ‘D’. Une courbe en forme de ‘D’ a unegdispersion dépassant 7 ou 8. Certains dépôts argileux sableux ont une courbe en forme de‘E’, comme les dépôts d’argiles et silts de marée marécageux (tidal marches) dus aux effetsde fluctuation de l’eau.

Dans le système USBS, la fraction argileuse a comme limite supérieure la dimension 0.005mm. Le système de classification d’Atterberg a été proposé en 1913 par la société internationaley g p p pde science du sol comme un système international. Les subdivisions suivantes forment la base de ce système, tableau 2.6:

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Tableau 2.6: Subdivision des sols proposée par la Société internationale de science du sol (1913) Dimensions des particules Nom de la subdivisionDimensions des particules Nom de la subdivisionParticules supérieures à 20 mm 20 – 2 mm 2 – 0.2 mm

Cailloux Gravier Sable gros

0.2 – 0.02 0.02 – 0.002 <0.002 mm

Sable fin Silt Colloïdes

Comme on constate les frontières de chaque division sont définies par desdimensions de fraction de 2 (20, 2, 0.2, 0,02 et 0.002 mm).

Dans le système de M.I.T, la limite de 0.002 mm est considérée comme la limitesupérieure de la fraction argileuse. L è USDA d é l li i 0 002 l b é i d

90

Le système USDA a adopté la limite 0.002 mm comme la borne supérieure pour desargiles.

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Le Manuel Canadien d’Ingénierie des Fondations (1994) propose la division suivante pouridentifier les différentes catégories de sols, tableau 2.7. On constate que cette classificationgranulométrique suit la division des fraction 6-2 comme suit :60, 20, 6, 2, 0.6, 0.2, 0.06, 0.02, 0,006, 0,002. Cette façon de classer les sols semble devenir internationale.

Tableau 2 7: Classification des sols en fonction des dimensions des particulesTableau 2.7: Classification des sols en fonction des dimensions des particules, Manuel canadien d’ingénierie des fondations 1994. Type de sol Dimension des particules (mm) Blocs >200 Caillou 60 – 200

Gros 20-60 M 6 20

G i Moyen 6 - 20 Gravier

Fin 2 – 6 Gros 0,60 – 2,00 Moyen 0 20 – 0 60

Sable Moyen 0,20 – 0,60Sable

Fin 0,06 – 0,20 Gros 0,020 – 0,060 Moyen 0,006 – 0,020

Silt

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y , ,Fin 0,002 – 0,006

Page 92: Classification Des Sols

Tous ces systèmes de classification sont arbitraires, les dimensions des particulesdes sols constituent des séries continues, il est donc difficile de diviser ces sériescontinues en un nombre limité de division avec des frontières bien établies entre lesdivisions principales. Cependant, les divisions utilisées comme frontières entredifférentes catégories de sol dans les systèmes de classification adoptés en génieci il doi ent correspondre à des changements importants des propriétéscivil doivent correspondre à des changements importants des propriétésgéotechniques des sols. Par exemple, si on fixe à 0,075 mm la frontière entre lesable et le silt, on doit noter des différences de comportement mesurables enpassant des particules de dimensions supérieures à 0,075 mm à celles depassant des particules de dimensions supérieures à 0,075 mm à celles dedimensions inférieures à 0,075 mm. Glossop et Skempton (1945) ont présenté desdonnées intéressant sur les caractéristiques géotechniques des sables et des silts enrelation avec le rabattement de la nappe phréatique, l’injection, le phénomène desable mouvant, le gel et le tassement de consolidation. Ils ont tenté d’obtenir de corrélation entre ces données et les dimensions des particules.

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Page 93: Classification Des Sols

2.2.1Classification selon les propriétés géotechniques ; Les sols peuvent être classés selon les différentes propriétés physico-mécaniques. Les classifications actuelles utilisent les propriétés suivantes des sols : Classification selon l’indice de densité ou la compacité des sols ; Classification selon la consistance des argiles ; Classification selon la consistance des argiles ; Classification selon la sensibilité des argiles ; Classification selon les limites de consistance des sols ; Classification selon le degré de surconsolidation des sols ; Classification selon la susceptibilité au gel des sols ; Classification selon le potentiel de gonflement des sols ; Classification selon la perméabilité des sols ; Classification selon le degré d’uniformité (C ) des sols Classification selon le degré d uniformité (Cu) des sols.

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Page 94: Classification Des Sols

2.2.1 Classification pédologique Cette classification est employée en agriculture. En général une coupe de sol est composée de trois horizons dont la nature etEn général, une coupe de sol est composée de trois horizons dont la nature etl’épaisseur varient selon la topographie, le climat, la végétation et la nature desmatériaux d’origine. Horizon A : Cette couche est organique et composée de matériaux moins fins etmoins plastique. L’eau s’infiltre facilement dans cette couche et entraîne lesparticules fines vers l’horizon B. Horizon B : Cette couche est constituée de matériaux plus fins et plus plastique. Horizon C : Cette couche est constituée de sol intact originalHorizon C : Cette couche est constituée de sol intact original.

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Page 95: Classification Des Sols

2.2.1 Classification géotechnique Du point de vue géotechnique, les sols sont classés selon leur composition, leurs

iété i t t t l d d dé itipropriétés importantes et leur mode de déposition.

En général, pour la description et classification rapide d’un sol, on doit rapporter leséléments suivants (Rutledge, 1940): 1) Cohésion à l’état sec en écrasant l’échantillon par la pressions des doigts; 2) La plasticité en modelant le sol dans la main; 3) Le changement de consistance et de résistance du sol durant le pétrissage;) g p g4) La perméabilité en observant la facilité du déplacement de l’eau dans le sol lors d’un

essai de dilatance; 5) Un examen visuel des grains du sol et leur forme; 6) La dispersion d’une petite quantité de sol dans un cylindre d’eau en observant la6) La dispersion d une petite quantité de sol dans un cylindre d eau en observant la

vitesse de déposition des particules et les caractéristiques de la suspension.

Dans l’élaboration d’un système de classification géotechnique des sols, on doit considérerles objectifs suivants (Burmister, 1940):j ( , )1) Il doit être simple; 2) Il doit être facile à mémoriser et à visualiser; 3) Il doit être basé sur des principes scientifiques reconnus; 4) Il doit être assez souple pour décrire de façon générale et spécifique la nature d’un sol

95

4) Il doit être assez souple pour décrire de façon générale et spécifique la nature d un solpour un projet particulier;

5) Il doit être basé sur des propriétés importantes des sols.

Page 96: Classification Des Sols

Suite à l'observation du comportement de nombreux sols, Casagrande (1948) est venu à laconclusion que les sols présentant un comportement similaire pouvaient se regrouper par zonedans le diagramme de plasticité (IP-WL), figure 2.5. Il a suggéré une division du graphique par la "ligne A" séparant les sols organiques ou silteux situés sous la ligne A, des solsinorganiques situés au-dessus de la ligne ‘A’.

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98Airfield Classification (AC) System

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Page 103: Classification Des Sols

1) Développement des systèmes de classification Les systèmes de classification utilisés en génie civil reflètent en quelque sorte dupoint de vue chronologique le développement de la mécanique des sols. Au début,on tilisait s rto t des essais de classification dé eloppés par les agronomeson utilisait surtout des essais de classification développés par les agronomes.Comme les agronomes utilisaient la granulométrie comme essai de base, lepremier système de classification des sols était basé sur les pourcentages de troisfractions de sol appelées sable, silt et argile. Les systèmes de classificationsfractions de sol appelées sable, silt et argile. Les systèmes de classifications ultérieurs ont utilisé la courbe granulométrique complète du sol. Probablement la première tentative pour écarter la courbe granulométrique dusystème de classification des sols granulométrique a été faite par l’Agronomesuédois Atterberg en 1908.

103

Page 104: Classification Des Sols

2.3 Système de classification en génie routier E é i ti il i t l i tè d l ifi ti d l C tè dEn génie routier, il existe plusieurs systèmes de classification des sols. Ces systèmes declassification des sols doivent permettre de déduire de ces classifications les potentiels decompressibilité et gonflement, de compactage, de drainage, de gélivité, la capacité portante. 2.3.1) Système USCS Au Canada, le système de classification le plus utilisé est système unifié USCS (Uniffied SoilClassification System) suggérée initialement par Casagrande (1948) et repris dans la normeClassification System) suggérée initialement par Casagrande (1948) et repris dans la norme ASTM D 2487. Il est assez complète et relativement simple à utiliser, figure 2-8. Dans ce système, trois groupes de base sont considérés: sol grossier, sol fin et sol très organique. Sixlettres désignent les groupes de sol: G (gravier), S (sable), M (silt), C (argile), O (solorganique) P (tourbe sol très organique) Quatre lettres précisent les sous groupes: W (bienorganique), Pt (tourbe, sol très organique). Quatre lettres précisent les sous-groupes: W (bien gradué, sols grossiers), P (mal gradué, sols grossiers), H (haute limite de liquidité pou solsfins) et L (basse limite de liquidité pour sols fins).

Le tableau 2.10 donne les différentes propriétés des différents types de sols pour lesprojets routiers.

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Tableau2.10: Caractéristiques des sols pour différents types de sol classés selon USCS, Soils manuals, MS-01, Asphalt Institute, 1964 Comportement si le sol n’est pas soumis au gel Symbole Sous-fondation Fond. Inf. Fond. Sup.

Potentiel du gel

Compressibilité

Drainage Engins de compactage recommandé

sèche kN/m3

CBR K (Mpa/m)

GW Excellent Excellent Bon Nulle à très Presque nulle Excellent Rouleaux vibrants, pneus 2020- 40-80 150faible multiples, cylindres

lisses 2265

GP Bon à excellent Bon à excellent

Médiocre à bon

Nulle à très faible

Presque nulle Excellent Rouleaux vibrants, pneus multiples, cylindres lisses

1780-2265

30-60 90-150

Bon à excellent Bon Médiocre à bon

Faible à appréciable

Très faible Médiocre à pauvre

Pneus multiples, pieds moutons, contrôle sévère de l’humidité

2020-2345

40-60 72-180 GM LL 25, IP5ve

leux

de l’humiditéIP5 LL>25,IP>5

Bon Médiocre Mauvais à inacceptable

Faible à appréciable

Faible Pauvre à imperméable

Pneus multiples, pieds moutons

1860-2184

20-30 72-150

Gra

vier

ou

grav

GC Bon Médiocre Mauvais à inacceptable

Faible à appréciable

Faible Pauvre à imperméable

Rouleaux vibrants, pneus multiples, cylindres lisses

2100-2345

20-40 72-115

SW Bon Médiocre Bon

Mauvais Nulle à très faible

Presque nulle Excellent Rouleaux vibrants, pneus multiples

1780-2100

20-40 72-115 Bon faible multiples 2100

SP Médiocre à bon Médiocre Mauvais à inacceptable

Nulle à très faible

Presque nulle Excellent Rouleaux vibrants, pneus multiples

1700-2185

10-40 52-80

Médiocre à bon Médiocre à bon

Mauvais Faible à grande

Faible à grande

Médiocre à pauvre

Pneus multiples, pieds moutons, contrôle sévère de l’humidité

1940-2185

15-40 52-115 SM (IP5) IP>5

Médiocre Mauvais à médiocre

Inacceptable Faible à grande

Faible à grande

Pauvre à imperméable

Pneus multiples, pieds moutons

1620-2105

10-20 52-80

e ou

sabl

eux

g g p

Sabl SC Mauvais à

médiocre Mauvais Inacceptable Faible à

grande Faible à moyenne

Pauvre à imperméable

Pneus multiples, pieds moutons

1620-2185

5-20 52-72

ML Mauvais à médiocre

Inacceptable Inacceptable Moyenne à grande

Faible à moyenne

Médiocre à pauvre

Pneus multiples, pieds moutons

1455-2105

15 38-63

CL Mauvais à médiocre

Inacceptable Inacceptable Moyenne à grande

Moyenne Pratiquement imperméable

Pneus multiples, pieds moutons

1455-2105

15 38-63

OL Mauvais Inacceptable Inacceptable Moyenne à Moyenne à Pauvre Pneus multiples, pieds 1455- 5 48 grande grande moutons 1700

MH Mauvais Inacceptable Inacceptable Moyenne à très grande

Grande Médiocre à pauvre

Pieds moutons, pneus multiples

1295-1700

10 48

CH Mauvais Inacceptable Inacceptable Moyenne Grande Pratiquement imperméable

Pieds moutons, pneus multiples

1455-1860

15 38

Sols

à g

rain

s fin

s

OH Mauvais à très mauvais

Inacceptable Inacceptable Moyenne Grande Pratiquement imperméable

Pieds moutons, pneus multiples

1495-1780

5 38

PT Inacceptable Inacceptable Inacceptable Faible Grande Médiocre à Compactage impraticable

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PT Inacceptable Inacceptable Inacceptable Faible Grande Médiocre à pauvre

Compactage impraticable

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Page 112: Classification Des Sols

2.3.2) Système de classification AASHO Un autre système de classification des sols le plus utilisé pour les projets routiers est leUn autre système de classification des sols le plus utilisé pour les projets routiers est lesystème de classification de l’American Association of State Highway Officials (AASHO). Ce système de classification a été reconnu par plusieurs organismes, en particulier par leTransportation Research Board (TRB) des États-Unis. Ce système classe les sols en sept

dé i é l b l A 1 à A 7 C tt l ifi ti t b é lgroupes désignés par les symboles A-1 à A-7. Cette classification est basée sur lecomportement observé des sols sous les pavages des autoroutes. C’est la raison pourlaquelle ce système est souvent employé par les ingénieurs pour les projets d’autoroutes.Le système original a été proposé par U,S. Bureau of Public Roads dans les années 1928 etpar la suite a été modifié à plusieurs reprises. Le tableau 2.11 montre les sept groupes de sol avec leurs caractéristiques physiques etmécaniques qualitatives. Du point de vue routier les sols du groupe A-1 sont les meilleurs.mécaniques qualitatives. Du point de vue routier les sols du groupe A 1 sont les meilleurs. La qualité décroît avec chaque groupe et les sols les plus mauvais se trouvent dans legroupe A-7. Donc, l’épaisseur de la structure de chaussée augmente progressivement avecle groupe de sol.

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Page 113: Classification Des Sols

Tableau 2.11: Classification des sols selon AASHO

Classification Matériaux granulaires (35% ou Sols à grains fins (plus de 35% Classification Matériaux granulaires (35% ou moins passant au tamis 0,074 mm

Sols à grains fins (plus de 35% passant au tamis 0,074 mm)

Groupe A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 A-7 Qualité générale Excellente à bonne Passable à mauvaiseQualité générale comme support

Excellente à bonne Passable à mauvaise

% passant Tamis 2 mm

Tamis 0,42 mm Tamis 0,074 mm

<50 <25 < 35

>51<10 >36 >36 > 36 > 36

WL (%) IP %

<6

-

N P

<40 <10

>41 <10

<40 >11

>41 >11IP % <6 N.P. <10 <10 >11 >11

Indice de groupe 0 <4 0 <8 <12 < 16 <20

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Page 114: Classification Des Sols

La version modifiée du système de classification AASHO divise les sols en septgroupes mais subdivisés en 12 sous-groupes, tableau 2.12. L’indice de groupegroupes mais subdivisés en 12 sous groupes, tableau 2.12. L indice de groupeest fonction de limite de liquidité, de l’indice de plasticité et du pourcentage depassant au tamis 0,074 mm. Cet indice variant de 0 à 20, peut être calculé parl’équation suivante :

IG = 0,2 x a + 0,005 x a x c + 0,01 x b x d avecavec

a = passant au tamis 0,074 mm entre 35 et 75% b = passant au tamis 0,074 mm entre 15 et 55% c = Limite de liquidité entre 40 et 60%q d = Indice de plasticité entre 10 et 30. La figure 2.9 montre la détermination de l'indice de groupe du système AASHO.

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Page 115: Classification Des Sols

Figure 2.9

Figure 2.10

115

Page 116: Classification Des Sols

T bl 2 12 V i difié d è d l ifi i AASHOTableau 2.12 : Version modifiée du système de classification AASHO

Classification générale

Sols granulaires (35% ou moins passant au tamis 0,074 mm)

Sols à grains fins(plus de 35% passant au tamis 0,074 mm)

A-1 A-3 A-2 A-4 A-5 A-6 A-7 Groupe ou sous-groupe A- A-1-b A- A-2- A-2-6 A-2-7 A-7-5 A-7-6sous-groupe A-

1-a A-1-b A-

2-4 A-2-5

A-2-6 A-2-7 A-7-5 A-7-6

% < 2 mm <0,42 mm <0,072 mm

50 30 15

50 25

>50 10

35

35

35

35

>35

>35

>35

>35

>35

WL (%) 40 >40 40 >40 40 40 40 >40 >40WL (%) IP (%)

6

6

4010

4010

40>10

40>10

40 10

4010

40>10

40>10

40>10

Indice de groupe

0 0 0 0 0 4 4 8 12 16 20 20

Type de matériaux

Pierre, gravier et sable

Sable fin

Graviers et sable silteux ou argileux

Sols silteux Sols argileux g

Potentiel comme matériaux de fondation

Excellent à bon Passable à mauvais

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Page 117: Classification Des Sols

L e ta b lea u 2 .1 3 m o n tre la re la tio n q u i e x is te e n tre le s sy s tè m e s d e c la ss if ic a tio n u n if ié s e tA A S H OA A S H O .

Tableau 2 13: Relation entre les sols du système unifié et ceux de AASHOTableau 2.13: Relation entre les sols du système unifié et ceux de AASHO

Système unifié Système AASHO GW GP

A-1a A-1aGP

GM GC

A-1aA-1a, A-204, A-2-5 A-2-6, A-2-7

SW SP

A-1-6 A-3SP

SM SC

A-3A-1b, A-2-4, A-2-5 A-2-6, A-2-7

ML A-4 CL A 6 A 7 5CL A-6, A-7-5 OL A-4, A-7-5 MH A-5 CH A-7-5, A-7-6 OL A 7 5 A 7 6

117

OL A-7-5, A-7-6

Page 118: Classification Des Sols

Tableau 2.14: Classification des sols selon FAA pour les chaussées d’Aéroport, MS-1, Asphlat Institute (1964)Asphlat Institute (1964).

Données granulométriques Pourcentage passant au tamis 2 mm

Groupe de sol Sol retenu au tamis 2 Sable gros, Sable fin, Sols fins,

WL (%)

IP (%)

mm (%) g ,

passant tamis 2, retenu sur tamis 0,25 mm

,passant tamis 0,25 mm, % retenu sur t i 0 053

,passant tamis 0,053 mm

tamis 0,053 mm (%)

E-1 0-45 40+ 60- 15- 25- 6- E-2 0-45 15+ 85- 25- 25- 6- E-3 0-45 25- 25- 6-la

ires

E-3 0-45 25- 25- 6-E-4 0-45 35- 35- 10-

Sol

s gr

anu

E-5 0-45 45- 40- 15- E-6 0-55 45+ 40- 10- E-7 0-55 45+ 50- 10-30E-8 0-55 45+ 60- 15-40 E-9 0-55 45+ 40+ 30- E-10 0-55 45+ 70- 20-50 E-11 0-55 45+ 80- 30+ S

ols

fins

118

E-12 0-55 45+ 80+ -E-13 Tourbe, examen sur place

Page 119: Classification Des Sols

2.3.3) Système de classification FAA Le système de classification de Federal Aviation Agency, FAA, (initialement connu sous ley g y, , (nom de Civil Aeronautics Administration, CAA) a été établi en 1944 en vue de l’étude ducomportement de la structure des pavages des aéroports. La classification originaleregroupait les sols en dix groupes désignés avec les symboles E-1 à E-10, la qualité du sol de fondation diminue avec de E-1 à E-10 En 1946 CAA a publié une édition introduisant desfondation diminue avec de E-1 à E-10. En 1946, CAA a publié une édition introduisant dessubdivisions et modifiant les seuils limites. Depuis d’autres modifications ont été apportées.Pour la dernière version, voir Airports Paving, Federal Aviation Agency, U.S. Department ofCommerce. La classification des sols selon le système FAA nécessite la connaissance des deux types d’essais : 1) Essais granulométrique, 2) Limites d’Atterberg. Le tableau 2.14 indique lestreize groupes de sol classés selon ce système, MS-1, Asphalt Institue (1964).

Le tableau 2.15 donne la performance des différentes classes des sols, MS-1, Asphlat Institute (1964). La classe d’infrastructure de type Fa est un sol d’infrastructure suffisantsans apport de matériau de sous-fondation (subbase). Les sols du groupe E-1 tombent dans pp ( ) g pla catégorie Fa d’infrastructure sous toutes conditions de drainage et de gel, tandis que lesol E-2 se classe comme E-2 comme sol d’infrastructure de type Fa seulement quand ledrainage est satisfaisant. Les autres classes d’infrastructure sont désignés F1 à F10 ; la capacité mécanique des sols d’infrastructure diminue à mesure qu’on se déplace de F1

119

capacité mécanique des sols d infrastructure diminue à mesure qu on se déplace de F1vers F10.

Page 120: Classification Des Sols

Tableau 2.15: Performance des sols selon le système FAA, MS-1, Asphalt Institute, 1964

Classe d’infrastructure (subgrade class) Bon drainage Mauvais drainage

Groupe de sol

Pas de gel Gel Pas de gel Gel sévèrePas de gel Gel sévère

Pas de gel Gel sévère

E-1 E-2

Fa Fa

Fa Fa

Fa F1

Fa F2

E-3 E-4 E-5 E-6

F1F1 F1 F2

F1F1 F2 F3

F2 F2 F3 F4

F2F3 F4 F5

E-7 E-8 E-9 E-10

F3 F4 F5 F5

F4 F5 F6 F6

F5 F6 F7 F7

F6 F7 F8 F8E-10

E-11 E-12

F5F6 F7

F6F7 F8

F7 F8 F9

F8F9 F10

E-13 Ne convient pas pour infrastructure

120

Page 121: Classification Des Sols

Fi 2 4 P fil éd l i d’ l t t l h i K (1977)Figure 2.4 : Profil pédologique d’un sol ayant tous les horizons, Keyser (1977)

A0 : Débris organique et végétaux A1 :Horizon contenant un fort pourcentage de

Horizon A Zone ue

ls,

(roc

)

matériaux organiques avec des particules minérales. Couleur très foncée. A2 : Horizon représentatif de la zone la plus lessivée (forte réduction). Couleur pâle.

d’éluviation

nt

rési

dum

atér

iau

( ) pA3 : Zone de transition avec l’horizon B, avec les caractéristiques de l’horizon A. B1 : Zone de transition avec l’horizon A avec les caractéristiques de l’horizon B

Horizon B Zone d’illuviationen

tielle

men

artir

du

m

caractéristiques de l horizon B.B2 : Horizon de coloration assez foncé représentant la région d’illuviation maximale.

Zone d illuviation

B3 : Zone de transition avec l’horizon C.

Sol

um

ols

esse

més

à

pa

Horizon C : C : Débris de roches provenant du matériau sous

Le S

(So

form Horizon C :

Zone parentale C : Débris de roches, provenant du matériau sous-jacent.

Horizon D Matériau parent ; roc ou matériau non consolidé sans relation avec le matériau sus-jacent.

121

Page 122: Classification Des Sols

122

Page 123: Classification Des Sols

123

Page 124: Classification Des Sols

Valeur de CBR des solsValeur de CBR des sols

Wilson and Willaims, 1950 : CBR = qu (psi) /10 = Cu (psi)/5

Cu = 23 x CBR (kPa) (Black and Lister, 1978) Mr (Mpa) = 10,3 CBR ou Mr (psi) = 1500 CBR , Asphalt Institute, MS-1, 1991

Mr (MPa) = 8,0 + 3,8 R; ou Mr (psi) =1155 + 555 Rpour les sols classés CH, CH, ML, SC, SM et SP avec Mr 207 MPa

124

Page 125: Classification Des Sols

Tableau: Valeurs recommandées de CBR et k pour des sols typiques (AASHTO) AASHTO Description UCS Dry desity (lb/ft3) CBR K(psi/in.)

Sols à grains grossiers 125-140 60-80 300-450A-1-a, bien

gradué Gravier GW, GP

120-130 35-60 300-400A-1-b Sable gros SW 110-130 20-40 200-400

A 3 Sable fin SP 105 120 12 25 150 300A-3 Sable fin SP 105-120 12-25 150-300A-2 (sols granulaires avec beaucoup de fraction fine)

A-2-4, gravier

Silty gravel

A-2-5, Silty sandy

GM 130-145 40-80 300-500

,gravier

y ygravel

A-2-4, sandy A-2-5 sandy

SM 120-135 20-40 300-300

A-2-6, ll

GC 120-140 20-40 200-450gravelly A-2-7 gravelly

A-2-6 sandy A-2-7 sandy

SC 105-130 10-20 150-350A 2 7 sandy

Sols à grains fins 90-105 4-8 25-165A-4

ML, OL

100-125 5-15 40-220A-5 MH 80-100 4-8 25-190

125

A-5 MH 80-100 4-8 25-190A-6 CL 100-125 5-15 25-255A-7-5 CL, OL 90-125 4-15 25-215A-7-6 CH, OH 80-110 3-5 40-220

Page 126: Classification Des Sols

Module de réaction k Selon ACPA, la valeur du module de réaction d’une infrastructure composée essentiellement de silt et argile, silt et argile sableux avec un peu de gravier varie entre 20 et 30 MPa/m (75 à 120 lb/po3) avec une valeur moyenne de 27 MPa/m (100 lb/ 3) L fi d d t Sl b Thi k D i f I d t i l C t(100 lb/po3).. La figure du document Slab Thickness Design for Industrial Concrete Floors on Grade de PCA (1996), montre l’augmentation du module de réaction de l’infrastructure en fonction de l’épaisseur de fondation granulaire. Pour une fondation granulaire de 300 mm d’épaisseur, le tableau 5 résume la valeur du module fondation-infrastructure en fonction de la valeur de module de l’infrastructure. Tableau 5: Augmentation du module de réaction de l’infrastructure par la pose d’uneTableau 5: Augmentation du module de réaction de l infrastructure la pose d une fondation granulaire de 300 mm d’épaisseur

Module de l’infrastructure (lb/po3)

Module de la fondation-infrastructure (lb/po3) l infrastructure (lb/po )

50 110 100 190 200 310

126

300 420

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Il est à noter que les valeurs du module de réaction k proposées par ACPA ou d’autres documents semblables sont obtenues à partir d’essais sous une plaque de 750 mm de diamètre. Or, il est bien connu dans la littérature technique que la valeur de k dépend de la dimension des dalles de plancher ou des fondations par la relation suivante, avec B1 la largeur de la plaque d’essai et B la largeur de la dalle :

Kdalle = kplaque (B + B1)/(2B)2Kdalle kplaque (B + B1)/(2B) Ainsi pour une dalle de béton de 6 m de côté, la valeur de kdalle est d’environ 27% de celle obtenue à partir d’un essai de plaque de 300 mm de diamètre, d’où l’importance de tenir compte des dimensions des dalles de plancher dansl importance de tenir compte des dimensions des dalles de plancher dans l’évaluation de la valeur de K. Selon Vesic (1970) qui a analysé le comportement structural des essais d’AASHO pour les chaussées en béton de ciment, il n’existe pas une valeur unique de k pour une dalle de béton placée sur une infrastructure de grande épaisseur. Pour une dalle de béton placée sur une infrastructure de moins de 3 m d’épaisseur, soit notre cas, Vesic (1970) propose la relation suivante pour calculer le module de réaction :, ( ) p p p

K = 1,38 Esol/(1-2) H

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