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Université Hassan 1er – Settat
Faculté des Sciences et Techniques
LICENCE PROFESSIONNELLE
Option : Génie Civil
Monsieur OUHAMI Youssef
[email protected]
Université Hassan 1er – Settat
Faculté des Sciences et Techniques
L’Etude du Sol ou La géotechnique est l’ensemble des activités liées aux
applications de la mécanique des sols, de la mécanique des roches et de la
géologie de l’ingénieur.
Elle englobe l’étude des propriétés mécaniques et physico-chimiques des sols et
de l’interaction entre les terrains et les ouvrages environnants d’une part,
l’ouvrage (objet de l'étude)d’autre part.
La géotechnique s’appuie principalement sur deux sciences :
• la géologie qui retrace l’histoire de la terre et précise la nature des matériaux
(du terrain en étude), leur structure et leur évolution dans le temps,
• la mécanique des sols et des roches qui modélise leur comportement en tant
que déformabilité et résistance des matériaux.
Sur le terrain à exploiter, il s’agit de prendre des échantillons du sous-sol, c’est-àdire le non visible, pour objet d’étude au laboratoire
Le caractère aléatoire du sondage est d’autant plus développé que le sous-sol est
de nature très hétérogène,
Les Entreprises des gros œuvres sauront d’après d’une étude du sol, déterminer
la profondeur et le type des fondations et des semelles de chaque construction à
titre exclusif.
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I) Le Sol c’est quoi ?
Le Sol est une formation naturelle de surface, à structure meuble et d'épaisseur
variable.
Le sol :
- supporte des ouvrages : fondations superficielles, fondations profondes
- est supporté par des ouvrages : murs de soutènement, rideaux de palplanches
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- est un ouvrage : remblais, digues ou barrages
Le sol a deux origines :
- la désagrégation des roches par altération mécanique et physicochimique
sous l'effet des agents naturels ;
- la décomposition d'organismes
d
vivants : végétaux ou animaux.
Un sol est un mélange de trois phases en proportions variables :
1- La phase solide (notée
minéraux de l'agrégat ;
s) ou squelette solide est constituée par les grains
w
2- La phase liquide ( ), constituée par l'eau qui occupe des
es vides de l'agrégat. Si
tous les vides sontt remplis par l'eau, le sol est dit saturé; sinon, il est
partiellement saturé ;
a
3- La phase gazeuse ( ) : dans un sol partiellement saturé une partie des vides de
l'agrégat
'agrégat est remplie par du gaz, essentiellement de l'air.
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II) Est-ce que le sol est inerte?
La connaissance partielle et statistique du sous-sol que l’on étudie à un instant
donné, peut même être mise en défaut par une évolution possible de ses
propriétés et caractéristiques dans le temps (notamment variation du niveau des
nappes, dissolutions karstiques, gonflement et retrait, liquéfaction sous séisme).
En plus des caractères complexe, hétérogène, évolutif que peut présenter le soussol, la nature de l’ouvrage construit peut aussi avoir une influence importante sur
son comportement (notamment exécution d’une paroi moulée créant un barrage
à l’écoulement naturel des nappes …)
III) De quoi dépend la stabilité d’une construction ?
La stabilité de toute construction dépend de Cinq principaux points :
- La type de la construction (tente, bois, béton, béton précontraint, acier, mixte…)
- Le nature de la construction (habitation, usine, pont, pont à voie ferrée, barrage, quai …)
- Le poids à vide et en charge de la construction.
- Les contraintes externes (la force de vent, le gel, la neige, les tourbillons, turbulences,
séisme, volcan …)
- Le sol du terrain sujet de l’exploitation, (composition, résistance des ses matériaux, le
degré de perméabilité …)
N.B : Pour tout terrain défini, une étude du sol doit lui être propre et exclusif.
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L’étude géotechnique d’un sol, doit précéder toute autre étude d’un ouvrage de
génie civil; elle doit passer par les phases suivantes :
- Reconnaissance du terrain (Localisation, dimensions, orientation, accès, VRD, environnement
- Etude cartographique du terrain (Relief, inclinaison, falaises, … )
- Essais in situ (Fouille à la pelle, Pénétromètre dynamique ou statique, Résistivité du Sol … )
- Prélèvement des échantillons (Sondage pressiométrique, sondage carotté ...)
- Essais en laboratoires
IV) Domaine d’application
La géotechnique (étude de sol) joue un rôle essentiel dans l’acte de construire et
d’aménagements dans le domaine du génie civil :
• les fondations des ouvrages : bâtiments, ponts, usines, silos...
• les ouvrages de soutènement
• la stabilité des pentes naturelles et des talus
• les terrassements : routes, autoroutes, voies ferrées
• les V.R.D. (Voirie et réseaux divers concerne la voirie (chaussées, bordures, trottoirs,...) et
les réseaux divers (Assainissement, adduction d’eau potable, distribution d'énergie électrique,
télécommunication, éclairage extérieur, etc.)
• les tunnels et travaux souterrains
• les barrages et notamment digues et barrages en terre
• les ouvrages fluviaux, portuaires et maritimes
• l’hydrogéologie et la protection de l’environnement
L’intervention du géotechnicien est nécessaire à tous les stades d’élaboration
d’un projet et de la réalisation des travaux de génie civil :
• étude d’impact de l’environnement et de pollution
• recherche et choix d’un site
• avant-projet et mise au point du projet
• assistance technique à la maîtrise d’œuvre
• contrôle des travaux et ouvrages géotechniques liés au terrain
• diagnostic sur les dommages ou les sinistres des ouvrages
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V) Quelles sont les différentes sciences de la terre ?
- La géologie : Science qui a pour objet de décrire et d’expliquer la nature,
l’origine et la situation des roches, des terrains, etc., constituant la croûte
terrestre ;
- La géophysique : Ensemble de disciplines (géothermie, magnétisme,
séismologie, sismique, volcanisme, etc.) qui ont pour objectif de préciser la
structure, les propriétés et le comportement dynamique de la terre ;
- La géochimie : Science qui étudie l’histoire et le comportement des éléments
chimiques qui composent les zones profondes et superficielles du globe terrestre
à l’aide des méthodes conjointes de la géologie et de la chimie.
- La géodynamique : Étude des modifications subies par le globe terrestre, soit
sous l’action des agents extérieurs, atmosphériques (géodynamique externe), soit
sous celle des agents internes : volcans, séismes, etc. (géodynamique interne) ;
- L’hydrogéologie : Branche de la géologie qui traite des eaux des nappes
souterraines ;
- La mécanique des sols : branche de la géologie qui traite des dépôts meubles,
de faible résistance, tels que sables, vases, argiles ;
- La mécanique des roches : branche de la géologie qui traite des roches dites «
dures » ;
- La rhéologie des géomatériaux : Science, étude des phénomènes qui
conditionnent l’écoulement et la déformation de la matière (plasticité, viscosité,
élasticité) ;
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VI) Quels sont les essais du sol les plus courants:
- La mécanique du sol ?
Identification : granulométrie, teneur en eau, densité
Limites d’Atterberg
Mesure de cisaillement
Mesure de tassement (affaissement sous un poids ou une pression physique)
Compactage (Proctor), compresser (quelque chose) pour former un tout dense et
solide
Compacité, caractère dense et serré (d’une matière)
- La mécanique des roches ?
Résistance à l’écrasement,
Vitesse de propagation d’une onde sismique.
Limites d’Atterberg consistent à faire varier la teneur en eau d'une fraction de sol
en observant sa consistance pour prévoir le comportement du sol pendant les
opérations de terrassement, en particulier sous l'action des variations de teneur
en eau.
Indice de plasticité
Ip = wl - wp
Indice de consistance
Ic = (wl - w) / Ip
wl : c'est la limite de liquidité qui caractérise la transition entre un état liquide et un état
plastique.
wp : c'est la limite de plasticité qui caractérise la transition entre un état plastique et un état
solide
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VII) Quels sont les divers moyens de Reconnaissance d’un sol ?
1) in-situ
Ils sont très nombreux et divers. On passera rapidement en revue les moyens les
plus souvent utilisés.
1 Fouille à la pelle
Moyen aussi vieux que le chantier. Permet une visualisation parfaite des terrains,
avec relevé de pendage, stabilité en fouille ouverte... Mais aucune quantification
possible en dehors de l'appréciation du géotechnicien.
2 Pénétromètre dynamique
- Plusieurs type suivant la puissance, mais tous basés sur le même principe.
- Enfoncement d'une pointe par battage à énergie contrôlée et mesure de
l'enfoncement par tranche de 10 ou 20 cm. Le poids du mouton peut varier de 20
à 750 daN pour des hauteurs de chute de 20 à 80 cm. La valeur déduit est « la
résistance dynamique" par le biais de la formule des Hollandais ou de Lherminier.
La présentation des résultats se fait sur un diagramme appelé pénétrogramme.
3 Pénétromètre statique
- C'est le même principe que le pénétromètre dynamique mais avec un mode
d'enfoncement différent.
- Au lieu d'obtenir l'énergie par battage, on appuie de manière continue sur l'outil
grâce à un ou plusieurs vérins hydrauliques. On mesure la pression (donc l'effort)
nécessaire à l'enfoncement de l'outil.
- La puissance du pénétro dépend directement de la masse à soulever disponible,
donc du poids du camion. Ce truisme explique que les pénétromètres statiques
sont, s'ils sont puissants, montés sur de gros engins et ne peuvent pas être mis en
œuvre dans des endroits exigus.
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- L'enfoncement est dit "statique" tant que la vitesse ne dépasse pas 2 cm/s.
• Cela permet une mesure pratiquement en continu de la résistance des
terrains.
•
Le nombre de paramètres mesurés est plus important qu'avec le
dynamique et l'on peut mesurer la force de frottement sur le fut de la
pointe qui permet une approche du caractère plus ou moins argileux du sol
investigué.
•
Calcul des tassements avec le sondage pénétro stat. C'est relativement
difficile et la validité des résultats est controversée. Dans les milieux
sableux, cela marche plutôt bien, c'est plus aléatoire en milieux argileux.
4 Sondage pressiométrique
Principe :
˫ Perforation d'un trou calibré (64 mm environ)
˫ Mise en place d'une sonde gonflable et mesure de la déformation
des terrains soumis à la pression.
C'est un essai basé sur la recherche de la loi de déformation des terrains avant la
rupture. On obtient une courbe contrainte déformation qui se rapproche de la
courbe habituelle en RdM (résistance des matériaux).
- Du fait du mode de réalisation, c'est un essai qui permet une bonne approche
des tassements.
- C'est a priori le seul essai permettant de dimensionner des micro-pieux de façon
conforme au DTU.
- Par contre, c'est un essai par nature ponctuel. L'évaluation des caractéristiques
d'un terrain variable est difficile. (Exemple de la sonde à cheval sur deux niveaux
ou du terrain stratifié).
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5 Sondage carotté
- Prélèvement d'un échantillon en continu grâce au système du carottier.
- Permet une très bonne identification des sols en profondeur.
- Aucune mesure mécanique en place.
Il est Destiné à fournir du matériel pour les essais au laboratoire.
- D'autres types de sondages existent (prospection réfraction, scissomètre ...)
6 Résistivité du Sol
La résistivité du sol se mesure à l'aide d'un résistivimètre. Cette valeur dépend
fortement de la constitution du sol, de l'hydronométrie (la teneur en eau), de la
température, de la profondeur. Cependant on peut considérer que sa
dépendance à l'humidité et à la température devient moins importante au delà
de 2m de profondeur.
Le résistivimètre est un appareil qui émis un courant électrique (continu ou
extrêmement basse fréquence) qui circule dans la croûte terrestre. La densité
moyenne de ce courant est de 2 A/km2. Ce courant est lié en particulier au champ
magnétique terrestre.
Sol
Limon
Marne
Schistes
Sable argileux
Calcaire tendre
Résistivité
moyenne (Ω.m)
50
150
200
250
400
Sol
Granit et grès altérés
Sable siliceux
Sol pierreux nu
Calcaires compacts
Granit et grès peu fissurés
Résistivité
moyenne (Ω.m)
800
1500
2000
2500
5000
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2) Les moyens d'étude en laboratoire
Les techniques de déterminations des caractéristiques mécaniques en laboratoire
sont nombreuses. On mentionnera pour mémoire la détermination des limites
d'Atterberg, l'essai triaxial, les essais dits "routier" .
Toutefois, dans le cadre du cours on s'intéressera seulement à l'essai
oedométrique que l'on rencontre fréquemment dans nos régions présentant des
sols argileux.
L'essai oedométrique
- Principe : Déterminer le comportement du sol en jouant sur la contrainte et la
teneur en eau du matériau. Un échantillon prélevé dans le sol par réalisation
d'une fouille ou par carottage est soumis à dessiccation puis il est mis en cellule. Il
est alors soumis à réhydratation et on mesure la pression de gonflement en
fonction de la teneur en eau ainsi que les variations du volume.
On cherche notamment à déterminer les possibilités de variation volumétrique
de l'échantillon lorsque sa teneur en eau varie.
- On détermine aussi la pression de gonflement qui peut survenir en cas de
réhydratation du matériau et qui est cause de nombreux sinistres.
VIII) Quels sont les indicateurs caractérisant un sol ?
Un échantillon de sol est notamment caractérisé par :
1 - sa porosité
n = Vv / Vt, avec Vv le volume des vides et Vt le volume total de
l'échantillon ;
2 - l'indice des vides e = Vv / Vs, avec Vs le volume occupé par les grains solides.
n = e / (1 + e)
&
e = n / (1 - n)
La porosité et l'indice des vides définissent la proportion de vide contenue dans le
sol considéré
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3 - le degré de saturation Sr = Vw / Vv, avec Vw le volume d'eau que contient
l'échantillon de sol
4 - la teneur en eau w = Pw / Pd, avec Pw la masse de l'eau contenu dans l'échantillon et
Pd la masse sèche de l'échantillon.
N.B : Le degré de saturation définit la proportion d'eau dans les vides.
IX) Que doit-on trouver dans une étude Géotechnique?
- Situation géographique du terrain à étudier ;
- Plans et contraintes topographiques du terrain et de son environnement ;
- Une détermination des caractéristiques mécaniques des différents niveaux
identifiés ;
- Une approche des solutions envisageable des fondations ;
- Une évaluation des tassements absolus et différentiels en fonction des solutions
envisagées ;
- Toute remarque de type environnemental pouvant intéresser le projet (stabilité
latérale du site, risque de chutes de pierres, innondabilité...)
- Dans le cas de zone de sismicité reconnue, le géologue doit considérer les
risques de modification des caractéristiques mécaniques des sols sous
sollicitations de type vibratoires (possible solifluction, présence d'une faille
active...).
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