Géotechnique 1: Exercices Pratiques - Génie Civil

Université Abdelmalek Essaâdi
Ecole Nationale des Sciences Appliquées – Tétouan
Département STIC
Filière: Génie Civil
Module: Géotechnique 1
Polycopié des Travaux Pratiques
Khamlichi Abdellatif
2017

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Sommaire
TP1: Mesure de la teneur en eau d’un échantillon de sol 3
TP2: Mesure du poids volumique des grains solides par un pycnomètre en verre 6
TP3: Analyse granulométrique à sec d’un échantillon de sable gros 10
TP4: Essai d’équivalent de sable 18

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TP1: Mesure de la teneur en eau d’un échantillon de sol
1. Introduction
La mesure de la teneur en eau d’un sol est une action des plus fondamentales en géotechnique.
La teneur en eau, notée
w
, permet en effet d’exprimer le poids volumique humide en le
ramenant au poids volumique sec :
d
(1 w)
γ = + γ
Elle permet aussi d’exprimer le degré de saturation en fonction du poids volumique saturé
sous la forme :
d s
r
w s d
S w
( )
γ γ
=
γ γ − γ
La teneur en eau d’un matériau est variable dans le temps et dépend pour un sol donné de
l’indice des vides et du degré de saturation selon :
w
r
s
w eS
γ
=
γ
La teneur en eau conditionne en plus du poids du sol, sa poussée latéral et aussi son
compactage où elle est utilisée comme paramètre de contrôle. Pour réaliser un bon
compactage de remblai, couche de forme ou corps de chaussée, il est nécessaire de déterminer
la valeur en eau idéale du matériau permettant un compactage efficace aboutissant à la
meilleure compacité pour laquelle le poids volumique sec est maximal, par exemple dépassant
un pourcentage du poids des grains solides
d s
p
γ ≥ γ
:
s w r w
d opt
w r s s
S (1 p)
w
S w p
γ γ − γ
γ = ⇒=
γ + γ γ
Ce TP permettra de voir comment obtenir cette importante caractéristique physique d’un sol
qui est la teneur en eau conformément à la norme française NF P94-050 .
2. Etude théorique
En physique des milieux poreux, on désigne par teneur en eau la quantité d’eau contenue dans
un échantillon de matière, par exemple un échantillon de sol ou de roche, la quantité étant
évaluée par un rapport pondéral. Cette propriété intervient dans un large éventail de
disciplines scientifiques et techniques. Elle s’exprime comme un rapport ou quotient, dont la
valeur peut varier entre 0 (échantillon complètement sec) et la teneur en eau à saturation du
matériau qui dépend de sa porosité ou ce qui revient au même de son poids volumique saturé :
w s sat
sat
s sat w
w
γ γ − γ
=
γ γ − γ

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La teneur en eau d’un matériau correspond à la masse d’eau d’un échantillon ramenée à la
masse sèche. Elle s’exprime en pourcent et il s’agit d’une teneur en eau pondérale. La mesure
s’effectue par séchage conventionnellement par évaporation de l’eau dite libre du matériau, ce
qui correspond à l’eau qui s’évapore à une température supérieure à 100°C.
La teneur en eau est donnée par la formule:
w h s
s s
M M M
w 100 100
M M
−
= × = ×
où
w
M
est masse d’eau évaporée,
s
M
la masse du matériau sec et
h
M
la masse du
matériau humide.
3. Détermination expérimentale de la teneur en eau
Par convention, la teneur en eau se mesure à l’étuve chauffée à 105°C. Lorsque les matériaux
sont fragiles (cas des vases, des tourbes, de certaines argiles), on peut effectuer la mesure à
des températures inférieures à 105°C mais le temps d’évaporation est plus long. En général, il
est recommandé de se caler à 50°C dans ces cas précis. Si on chauffe le matériau à des
températures supérieures à 105°C, on élimine l’eau libre à 105°C, puis au-delà jusqu’à 200°C
environ l’eau liée ou piégée et finalement certaines fractions minérales par évaporation (par
exemple, entre 350°C et 600/650°C, déshydroxylation des minéraux argileux, vers 750°C
décarbonatation de la calcite, etc...).
Pour mesurer la teneur en eau, on peut se référer à la norme française NF P94-050 qui est
dédiée à la détermination de la teneur en eau pondérale des matériaux par la méthode par
étuvage.
Il existe plusieurs normes marocaines traitant de la mesure de la teneur en eau telles que :
- NM 10.1.146-1995 ; granulats - mesure des masses spécifiques, de la porosité, du coefficient
d’absorption et de la teneur en eau des gravillons et cailloux.
- NM 10.1.149-1995 ; granulats - mesure des masses spécifiques, du coefficient d’absorption
et de la teneur en eau des sables.
- NM 13.1.010-1998 ; détermination de la teneur en eau pondérale des sols - méthode par
étuvage.
Il existe aussi d’autres normes françaises permettant de mesurer la teneur en eau d’un
matériau : la norme NF P94-049-1 (Méthode de la dessiccation au four à micro-ondes) et la
norme NF P94-049-2 (Méthode à la plaque chauffante ou panneaux rayonnants). Ces deux
dernières normes sont couramment pratiquées en terrassement et notamment en contrôle de
chantier.
Il convient de remarquer qu’il est indispensable de prendre de nombreuses précautions pour
conserver l’échantillon dans son état initial pour que les mesures correspondent aux propriétés
du sol étudié. Il faut prendre aussi suffisamment d’échantillons pour palier aux incertitudes et
prendre la moyenne des trois teneurs en eau trouvées séparément.
4. Matériels
Pour la mesure de la teneur en eau conformément à la norme NF P94-050 , on aura besoin:
- d’un échantillon de sol environ de masse environ 40 g;
- d’un récipient fait de matériau résistant à la corrosion dont la masse doit rester constante
après des chauffages répétés. Des tares en aluminium sont conviennent;

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- d’une étuve à ventilation forcée et possédant un thermostat avec la possibilité de fixer la
température à 105°C;
- d’une balance précise au centigramme ou à 0.1% de la masse de l’échantillon.
5. Incertitude d’essai
Les essais de mesure de la teneur en eau semblent simples. Pourtant des essais réalisés entre
laboratoires montrent que malgré leur simplicité, des écarts sont mesurables d’un laboratoire à
l’autre. Des campagnes d’essais croisés menées en 2003 et 2011 avec les laboratoires des
Ponts et Chaussées en France ont permis d’observer la présence d’incertitudes dans les
résultats d’essais. Les résultats obtenus en 2011 ont été réalisés avec un panel de 17
laboratoires sur un sol argileux classé A2 au préalable. Les incertitudes évaluées en 2011
étaient légèrement plus élevées que celles obtenues en 2003 !
Disposer de la valeur de l’incertitude est important pour évaluer la portée du résultat. Cette
information semble ainsi nécessaire pour valider l’application de résultats surtout lorsque
l’incertitude affecte la conformité aux limites d’une spécification, ce qui peut être le cas pour
l’évaluation des états hydriques.
Concernant les incertitudes évaluées en 2011 sur la teneur en eau mesurée à l’étuve, l’essai
qui a été réalisé sur un sol A2 d’une teneur en eau moyenne de 16.6% évaluée à partir des
résultats de 17 laboratoires a donné les indicateurs suivants :
- limite de répétabilité: r = 0.7;
- limite de reproductibilité: R = 3.7;
- incertitude élargie pour k=2: U = 2.7.
6. Mode opératoire
Le mode opératoire suit les étapes suivantes :
a) On prend trois éprouvettes de sol humide de 40 g approximativement extraites du même
échantillon de sol.
b) On prend trois tares et on les pèse vides, on pèse ensuite les échantillons avec les tares. On
note le poids humide dans un tableau.
c) On met ensuite l’échantillon à l’étuve et on note le poids sec après étuvage de l’échantillon
dans le tableau. La différence entre le poids humide et le poids sec (poids évaporé) donne le
poids de l’eau, on note aussi la teneur en eau obtenue dans le tableau.
Masse de la tare
vide en grammes
Masse avant étuvage
en grammes
Masse après étuvage
en grammes
Teneur en eau en
%
Essai 1
Essai 2
Essai 3
d) On déterminera la teneur en eau moyenne sur les trois échantillons.
e) On calculera ensuite la limite de répétabilité r. Cette limite représente l’écart maximum au
niveau de confiance 95% entre 2 résultats obtenus sur un même échantillon pour une même
méthode, un même analyste, un même appareil. La limite de répétabilité à 95% est donnée
d’après la norme ISO 5725 par:
SCE
r 2.83
N 1
=
−
où N est le nombre total de mesures et SCE la
somme des carrés des écarts.