Propriétés physiques des sols (avec diagramme)
La plupart des structures de génie civil reposent sur un sol composé de particules variées avec un nombre de vides entre elles. Ces vides sont partiellement ou totalement remplis d'eau ou d'air et aident à stabiliser le comportement du sol.
Cet article est entièrement consacré aux propriétés fondamentales du sol telles que la porosité, le taux de vide, la teneur en eau, le poids unitaire, etc. et les relations entre les différentes propriétés du sol.
Diagramme de phase:
Le diagramme qui représente les composants du sol est appelé diagramme de phase.
Le diagramme qui représente les trois composants du sol, à savoir les solides, l’air et l’eau, est appelé diagramme en trois phases (figure 2.1). Le diagramme qui montre seulement deux composants du sol, à savoir les solides et l’air ou les solides et l’eau, est appelé diagramme en deux phases (figures 2.2 et 2.3).
La masse du sol est généralement un système triphasé car il contient des solides du sol ainsi que de l’eau et de l’air. L'espace couvert par l'eau et l'air dans la masse des sols s'appelle des vides. Ces vides sont parfois complètement remplis d’eau et parfois d’eau et d’air. Lorsque les vides sont complètement remplis d’eau, la masse de sol est dite saturée et quand elle est partiellement remplie d’eau et d’air, la masse de sol est appelée partiellement saturée.
Le sol est appelé sec lorsque les vides ne sont remplis que d'air. Les trois constituants de la masse de sol n'occupent pas d'espace séparé mais sont intercalés entre les particules solides du sol formant un matériau complexe, dont les propriétés dépendent du pourcentage relatif de ces constituants.
La relation suivante peut être établie à partir de la figure 2.6:
Dans la nature, les trois constituants du sol n'occupent jamais d'espaces séparés. Toutefois, dans un but de calcul, il est commode d'indiquer ces espaces occupant des espaces séparés, comme le montre la figure 2.6.
Laisser
V a = volume d'air
V w = volume d'eau
V s = volume de solides du sol
Ma = masse d'air = 0
Mw = masse d'eau Mg = masse de solides
V = volume total de la masse des sols
M = masse totale du sol.
Densité et poids unitaire:
La densité de la masse du sol est le rapport entre la masse du sol (M) et le volume (V). Il est noté p. Le poids unitaire du sol est le rapport entre le poids du sol (W = Mg) et le volume (V). Il est noté γ
ρ = M / V ………… .. (2.1)
et γ = W / V = Mg / V (2.2)
En mettant la valeur de M de l’équation 2.1 à l’équation 2.2, on obtient
γ = ρVg / V = ρg… (2.3)
γ = ρg
La densité est généralement exprimée en g / cm 3 ou t / m 3 et le poids unitaire est exprimé en KN / m 3 (1 g / cm 3 = 1 t / m 3 = 9, 8 KN / m 3 ).
Densité de solides:
C'est le rapport entre la masse de particules solides et le volume de solides. Il est noté pg.
ρs = Ms / Vs ………. . (2.4)
Poids spécifique:
La densité du sol est le rapport entre la densité des solides et la densité de l'eau. Il est noté G et n'a pas d'unité.
G = Ps / Pw = γs / γw [… γ s = P s g et γ w = P w g]
La densité peut être vraie ou absolue, apparente ou globale ou en masse. Si les vides présents dans les particules de sol sont exclus pour déterminer le volume réel de solides, la densité spécifique obtenue est désignée par densité réelle ou absolue. Si l'on considère la masse de sol qui inclut également les vides, la densité obtenue est appelée densité apparente ou masse ou masse. Il est noté G m
G m = γ / γ m
Si rien n'est spécifié, la densité «G» désigne la densité des solides du sol.
Densité sèche:
La densité sèche ou le poids unitaire est le rapport entre le poids des solides et le volume total de la masse de sol. Il est noté γ d
γ d = W s / v
Densité saturée (ou poids unitaire saturé ):
Le poids unitaire saturé de la masse de sol est le rapport entre le poids saturé de sol et le volume total. Il est noté γ sat -
Densité immergée (ou poids unitaire immergé):
Le poids unitaire immergé est le rapport entre le poids immergé du sol et le volume total de la masse de sol. Il est noté γ
γ = (W s ) sous / V
Lorsque la masse de sol est submergée, son poids est réduit en raison de la flottabilité. Le poids submergé de la masse de sol (Ws) est égal au poids en air moins le poids d'eau déplacée par la masse de sol. La densité immergée est également définie comme
γ = γ sat -γ w
Degré de saturation :
Le degré de saturation d'une masse de sol est le rapport entre le volume d'eau présent dans la masse de sol et le volume de vides dans la masse de sol. Il est noté S r . Il n'a pas d'unité. Si les vides sont complètement remplis d’eau, on dit que le sol est saturé et que la valeur de S r est 1. Si les vides sont complètement remplis d’air, c’est-à-dire que le sol est complètement sec,
S r = Vw / Vv
Pour un sol complètement saturé, S r = 1
Pour sol sec, S r = 0
Pourcentage de vide d'air:
C'est le rapport entre le volume des vides d'air V av et le volume total de la masse de sol V. On le note V a . Il n'a pas d'unité et exprimé en pourcentage.
V a = V av / V
Taux de vide:
Le rapport de vide d'une masse de sol est le rapport entre le volume total de vides et le volume de solides dans la masse de sol. Il est noté e.
e = V v / V s
Le taux de vide est une mesure de la densité d'une masse de sol donnée. Il est utilisé dans le calcul des paramètres du sol tels que le poids unitaire, la perméabilité, le gradient hydraulique critique, le degré de compactage, etc.
Porosité:
La porosité d'une masse de sol est le rapport entre le volume total des vides et le volume total de la masse de sol. Il est noté n.
Indice de densité (ou densité relative):
La compacité d'une masse de sol naturelle peut être exprimée par l'indice de densité. Il est défini comme le rapport de différence entre le taux de vide dans l'état le plus lâche de la masse du sol et son rapport de vide naturel à la différence entre le taux de vide dans les états le plus lâche et le plus dense de la masse du sol. Il est noté l D.
I D = e max -e / e max -e min
Où
e max = taux de vide de la masse de sol dans son état le plus meuble
e min = le taux de vide de la masse du sol est son état le plus dense
e = rapport de vide naturel de la masse du sol.
L'indice de densité est principalement lié aux sols sans cohésion lorsque e = e max, c'est-à-dire que le dépôt naturel du sol est sous sa forme la plus meuble puis = 0 et que le dépôt naturel est sous sa forme la plus dense, c'est-à-dire e = emin, puis Id = 1. Lorsque le dépôt naturel de sol est dans un état intermédiaire quelconque, la valeur de varie entre 0 et 1. On peut décrire moins de sol comme étant très meuble, meuble, moyennement dense, dense et très dense, en fonction des valeurs de densité relative ou d’indice de densité, Le tableau 2.2 montre l'état de compaction de l'indice de densité du sol sans cohésion.
Teneur en humidité ou teneur en eau:
Il est défini comme le rapport du poids de l'eau dans la masse du sol au poids des solides du sol. Il est noté m et exprimé en termes de pourcentage. Il n'a pas d'unité
M = W w / W s × 100
La teneur en eau peut également être exprimée en tant qu'eau libre disponible dans une masse de sol.
L'eau présente dans les vides d'une masse de sol s'appelle l'eau du sol.
Les eaux du sol peuvent être classées en deux types:
a) Eau libre ou eau de gravité
b) Eau retenue.
L'eau qui est libre de se déplacer à travers une masse de sol sous l'influence de la gravité de l'eau libre. Cette eau peut être facilement éliminée du sol en chauffant la masse de sol à une température de 105 ° C à 110 ° C.
L'eau retenue est la partie de l'eau retenue dans les pores du sol par certaines forces existant dans les pores. Cette eau n'est pas libre de se déplacer sous l'influence de la gravité et ne peut pas être éliminée facilement.
L'eau retenue peut être subdivisée en trois types:
a) Eau de structure
b) Eau adsorbée
c) Eau capillaire.
L'eau structurale est l'eau qui est chimiquement combinée dans la structure cristalline du minéral du sol et ne peut être éliminée que par la rupture de la structure. L'eau adsorbée, également appelée eau hygroscopique ou humidité de contact ou humidité superficielle interdite, est la partie de l'eau du sol où les particules de sol sont librement absorbées de l'atmosphère par les forces d'attraction physiques et sont maintenues par la force d'adhérence.
L'eau capillaire est l'eau qui est maintenue dans les interstices du sol en raison des forces capillaires. La connaissance de la teneur en eau de la masse de sol est essentielle pour contrôler les opérations de compactage du sol, pour déterminer la limite de consistance, pour calculer la stabilité de tout type de terrassement et de fondation.
