Qu’est qu’un sol?

Identification

Classification des sols.

J.P.Magnan

Nature des sols

Sols : très variés et souvent des mélanges

constitués de particules solides, de liquide (eau ou glace) et de gaz

Ces particules solides sont de tailles différentes, de formes différentes

et de nature différentes.

Taille : du micron au décimètre

Formes : anguleuse, arrondie ou en plaquette

Nature : particules rocheuses, argile, organiques

La genèse des sols est l’évolution des roches ignées ou sédimentaires.Le granite devient sable (quartz) et argile (feldspath et mica)

Le calcaire devient marne (mélange argile et carbonate de calcium)

Les matériaux ligneux deviennent tourbe

Sols grenus et sols fins

Pour décrire la dimension des particules…

Le tamisage

tamis

Sol à matrice fine Sol à matrice grossière Gros

Nom argile limon Si sable Sa grave Gr Cailloux Blocs blocs

CI fin moyen grossier fin moyen grossier fin moyen grossier Ca Bo LBo

Dimension CI FSi MSi CSi FSa MSa CSa FGr MGr CGr Co Bo LBodesparticules(mm)

0,002 0,0063 0,02 0,063 0,2 0,63 2 6,3 20 63 200 630

(particules les plus grosses)

Pour décrire la dimension des particules…

La sédimentométrie

Sol à matrice fine Sol à matrice grossière Gros

Nom argile limon Si sable Sa grave Gr Cailloux Blocs blocs

CI fin moyen grossier fin moyen grossier fin moyen grossier Ca Bo LBo

Dimension CI FSi MSi CSi FSa MSa CSa FGr MGr CGr Co Bo LBodesparticules(mm)

0,002 0,0063 0,02 0,063 0,2 0,63 2 6,3 20 63 200 630

(particules fines < 80µm)

Sols fins

Granulomètre laser

Argile Limon Sable Grave Caill.

finfin finmoyen moyen moyengrossier grossier grossier

Classification des particules

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Dimensions des particules d (mm)

Po

urc

en

tag

e d

es

pass

an

ts

(%)

Courbe granulométrique

His

tog

ram

me

(%

)

Argile Limon Sable Grave Caill.

finfin finmoyen moyen moyengrossier grossier grossier

Classification des particules

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Dimensions des particules d (mm)

Po

urc

en

tag

e d

es

pass

an

ts

(%)

Courbe granulométrique

d10 d30 d60

6010

230

cDD

DC =

10

60u

D

DC =

Coefficient d’uniformité

Coefficient de courbure

Argile Limon Sable Grave Caill.

finfin finmoyen moyen moyengrossier grossier grossier

Classification des particules

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Dimensions des particules d (mm)

Po

urc

en

tag

e d

es

pass

an

ts

(%)

Courbe granulométrique

d10 d30 d60

CU=120

CC=0,83

Argile Limon Sable Grave Caill.

finfin finmoyen moyen moyengrossier grossier grossier

Classification des particules

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Dimensions des particules d (mm)

Po

urc

en

tag

e d

es

pass

an

ts

(%)

Courbe granulométrique

d10 d30 d60

Proportions des particules dans le sol

A B D

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Dimension (mm)

tam

isa

ts (

%)

100

80µm 2mm2µm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Dimension (mm)

tam

isa

ts (

%)

100

80µm 2mm2µm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Dimension (mm)

tam

isa

ts (

%)

100

80µm 2mm2µm

Argiles < 2µm et limons Sable dominant et limon Graves et sable et limon

On a donc une idée approximative de la taille des

particules du sol et de leur répartition.

Mais d’autres caractéristiques ont aussi une influence :

- les propriétés physiques des minéraux du sol

- interaction avec l’eau des argiles…

- solubilité...

- qui sont corrélées avec la taille des particules,

- la structure des sols qui contiennent à la fois des

particules grosses et des particules très fines.

La surface spécifique d’un sol est très variable (en m2/g) et

peut atteindre de grandes valeurs qui indiquent le

comportement gonflant de certaines argiles comme par

exemple:

Kaolinite = 0,0015 km2/kg, feuillets de 50 à 2000 nm

Illite = 0,08 km2/kg, feuillets de 30 nm

Montmorillonite = 0,8 km2/kg, feuillets de 3 nm

Les liquides

Le plus souvent il s’agit d’eau douce ou salée.

Cela peut être aussi des polluants, du pétrole.

Les liquides occupent les vides entre les particules,

appelés « pores » mais ne les occupent pas

nécessairement complètement.

Il y a de la place pour des gaz.

Vapeur d’eau en général

Méthane ou autre

Représentation des phases solide, liquide et gazeuse

Cas 1

Sol à l ’état sec

Cas 2

Sol humide

Cas 3

Sol saturé

Sable

Sol fin

argileux

100 µm

10 µm

Un diagramme décrit les proportions des phases sans

individualiser les particules et les vides

M

M

M

M

M

Le « diagramme des phases » permet de définir des quantités

mesurables avec les « armes » du mécanicien des sols :

- une balance,

- une étuve, (poids de l’eau = poids sol – poids sol étuvé)

- des systèmes de mesure de longueur et volume.

Le « diagramme des phases » permet aussi de définir les paramètres

qui sont utilisés pour représenter le sol en mécanique des sols.

Masses volumiquesrh = M/V masse volumique du sol

rs = Ms/Vs masse volumique des particules

rd = Ms/V masse volumique du sol sec

rh = Mw/Vw masse volumique de l’eau

ra = Ma/Va masse volumique de l’air

r’ = r – rw masse volumique déjaugée

M

M

M

M

M

n = Vv/V porosité (du sol)

e = Vv/Vs indice des vides (du sol)

Sr = Vw/Vv degré de saturation du sol

w = Mw/Ms teneur en eau (massique) du sol

Paramètres sans

dimensions

On définit aussi :

- des densités (masse volumique divisée par celle de l’eau ou

poids volumique divisé par celui de l’eau).

g = gr = W/V poids volumique du sol

gs = grs= Ws/Vs poids volumique des particules (26 à 27 kN/m3)

gd = grd= Ws/V poids volumique du sol sec

gh = grw= Ww/Vw poids volumique de l’eau (9,81~10 kN/m3)

ga = gra= Wa/Va poids volumique de l’air (0 kN/m3)

g’ = g – gw poids volumique déjaugé ;

- des poids volumiques

L’accélération de la pesanteur g = 9,81 m/s2 est souvent assimilée à 10 m/s2.

W

W

W

W

W

La mécanique des sols distingue très nettement les sols

granulaires et les sols fins.

• Les sols granulaires sont classés d’après la dimension des

particules (« grains »).

• Les sols fins sont classés en fonction de leur interaction

avec l’eau.

• Les mélanges (sols intermédiaires)…se comportent

comme des sol fins si particules fines >35%

La sensibilité à l’eau de la fraction fine du sol est caractérisée par

les limites de consistance (d’Atterberg)

Teneur en

eau w0 wS wP wL wmax

État

solide

sans

retrait

État

solide

avec

retrait

État

plastique

État

liquide

IP

Les états de consistance sont associés à des comportements mécaniques.

Les variations de w% suggèrent les évolutions du comportement du sol.

• Limite de liquidité : coupelle de Casagrande ou cône (de

consistance)

Teneur en

eau w0 wS wP wL wmax

État

solide

sans

retrait

État

solide

avec

retrait

État

plastique

État

liquique

IP

• Limite de plasticité : méthode du rouleau

Teneur en

eau w0 wS wP wL wmax

État

solide

sans

retrait

État

solide

avec

retrait

État

plastique

État

liquique

IP

• Limite de retrait

Teneur en

eau w0 wS wP wL wmax

État

solide

sans

retrait

État

solide

avec

retrait

État

plastique

État

liquique

IP

Agitateur m agnétique

A

M

agitateur

burette graduée

Alternative pour caractériser l’interaction de l’eau et d’un

sols : l’essai au bleu de méthylène

sur papier filtre

goutte non saturée

goutte saturée

5 min

Solution eau + sol

+ bleu de méthylène

Prélèvement

Auréole ou pas auréole ?

• Essai réalisé sur la fraction 0-5 mm

• Vbs exprimée en g de bleu par 100 g

de sol

Les tourbes

très forte teneur en eau et très forte compressibilité

ll existe des essais de caractérisation

de la matière organique du sol.

Par ex : le test de Von-Post

ind

ice

de

pla

sti

cit

é

limite de liquidité

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

10

20

30

40

50

60

ligne AIP=0,73.(wL-20)

kaolinites

montmorillonites

halloysites

chlorites

illites

argiles silteuses

sables et silts

argileux

Ap Argiles peu plastiques

At Argiles trés plastiques

Lp limonspeu plastiques

Lt limonstrés plastiques

Classification des sols LCPC/USCS

Ap

Lp

At

Lt

Pa

ssa

nt à

80

µm

12 %

100 %

50 %

Sols fins

5 %0 %

Sols grenus / Sols fins

Sols grenus / A ou L

Sols grenus propres Forme de la courbe granulométrique

Grave ou sable (2mm)

bien ou mal gradué (CU,CC)

IP

30100

Argile

Limon

Sable limoneux

Classification d’Osterberg

Dénominations telles que

Ap,At,Lp,Lt ou

GA-At,GA-Ap,… SL-Lt, SA-Ap… ou

GA,GL,SA,SL ou

Gb,Gm,Sb,Sm

Avant…

Classification de Casagrande (1948)

Classification USCS ou LCPC

Classifications et nommage des sols

Savoir si un sol majoritairement grenu est

un sable ou un gravier

d50fraction

> 80 µm

fraction

< 80 µm

nom

LCPC (USCS)

0 à 5%

Grave

propre

CU > 4 et

1 < CC < 3

Gb (GW)

grave propre bien graduée

majorité

> 2 mm

sinon Gm (GP)

grave propre mal graduée

GRAVES 5 à 12 % diagramme de plasticité :

au-dessus de la ligne A

GA (GC)

grave argileuse

diagramme de plasticité :

au-dessous de la ligne A

GL (GM)

grave limoneuse

> 80 µm > 12 % double classement et

double symbole

GA/GL -

Lp/Lt/Ap/At

SOLS

GRENUS< 5 %

Sable

propre

CU > 6 et

1 < CC < 3

Sb (SW)

sable propre bien gradué

majorité

< 2 mm

sinon Sm (SP)

sable propre mal gradué

SABLES 5 à 12 % diagramme de plasticité :

au-dessus de la ligne A

SA (SC)

sable argileux

diagramme de plasticité :

au-dessous de la ligne A

SL (SM)

sable limoneux

> 12 % double classement et

double symbole

SA/SL -

Lp/Lt/Ap/At

Classification française du GTR (Terrassements)

C80µm (< 80 µm) Fines

VBS

IP12 25

0,1 0,2 1,5 2,5 6 8

12 %

35 %

100 %

0 %

100 %70 %

GS

40

A1 A2 A3 A4

Sols fins A

B5

B1 B2

B4B3D2

B6

D1

Dmax 50 mm

Sols sableux et graveleux riches en fines B

Sols sableux ou graveleux pauvres en fines B

C2mm

Classification triangulaire des sols (proportions)

pourcentage de limon

100 80 60 40 20

1

23

4

5

6 7

8

9

1 : argile

2 : argile limoneuse

3 : argile sableuse

4 : limon argileux

5 : limon

6 : limon sableux

7 : sable limoneux

8 : sable argileux

9 : sable