Les caractéristiques physiques et l’arrangement des particules Dimension Forme Surface spécifique Influencent les propriétés hydrauliques et mécaniques du sol.

Les caractéristiques physiques et l’arrangement des particules La dimension des particules Évaluation de la dimension d’une particule à l’aide du “diamètre équivalent”. Définition du diamètre équivalent Ouverture carrée minimale à travers laquelle la particule de sol peu passer (tamis à mailles). C’est un aspect souvent négligé mais très important.

Les caractéristiques physiques et l’arrangement des particules La dimension des particules (suite) Deux (2) types: La forme volumineuse; La forme en feuillet. Forme volumineuse Caractérise les particules de gravier, de sable et de silt; Leurs dimensions (longueur, largeur et épaisseur) sont du même ordre de grandeur; Diamètre équivalent > 0,001 mm (observation à l’oeil nu, à la loupe ou à l’aide d’un microscope optique).

Les caractéristiques physiques et l’arrangement des particules La dimension des particules (suite) Formes Arrondie et sous-arrondie: particules transportées et érodées par l’eau et le vent (dépôts alluvionnaires et éoliens); Angulaire: formation récente et particules demeurées près du lieu de formation. Image Figure 2.1 Les particules angulaires résistent mieux au mouvement et peuvent supporter des charges plus lourdes avec de faibles déformations.

Les caractéristiques physiques et l’arrangement des particules La dimension des particules (suite) Forme en feuillet Caractérise par un rapport de longueur sur son épaisseur supérieur à 10; Particules d’argile; Particules flexibles; Sols compressibles eet se déformen facilement; Pour un même indice des vides, ces sols peuvent être plus stable lors de vibrations et aux chocs (attention!); Si particules en feuillet dans matrice de particules de forme volumineuse -> le sol se comporte comme s’il éait

Les caractéristiques physiques et l’arrangement des particules La surface spécifique Surface/masse (m2/kg) ou Surface/volume (mm2/mm3) Tableau 2.2 Plus la particule est petite, plus la surface spécifique est grande et plus il faut d’eau pour la mouiller.

Types de sols Sols à gros grains Sols à grains fins Les sols dont les particules sont visibles à l’œil nu (  0,08 mm). Sols à grains fins Les sols dont les particules sont invisibles à l’œil nu (10-6 mm    0,08 mm). On identifie habituellement les différents types de sols selon la dimension de leurs particules. C’est une méthode assez rapide qui fournit des renseignements élémentaires sur les propriétés hydrauliques et mécaniques des sols  explique les différents comportements des sols. Sols a gros grains = gravier > 5mm et 80um < sable < 5mm G = gravel (gravier) S = sand (sable) Sols a grains fins = 50% et + < 80 um M = mjala (silt en suedois) C = clay (argile) Quoique facile à identifier ces 2 classes sont trop générale car elles englobent des sols dont les comportements sont parfois fort différents.

Type de sol Diamètre équivalent (mm) Blocs > 300 Cailloux 80 à 300 Gravier Gravier grossier Gravier fin 5 à 80 20 à 80 5 à 20 Sable Sable grossier Sable moyen Sable fin 0,08 à 5 2 à 5 0,4 à 2 0,08 à 0,4 Silt 0,002 à 0,08 Argile < 0,002 On a donc subdivisé ces 2 classes en 6 types de sols, en se basant sur les dimensions des particules. Ci-haut : classification des sols du Ministère des Transports du Québec

Les sols à gros grains Cailloux et blocs  fragments de roc Difficile à manipuler (taille et poids). Très grande perméabilité. Utilisé pour les grands travaux de génie. Gravier et sable  particules de roc Bonne perméabilité. Peu avoir une bonne compaction et stabilité (une fois compacté). Utilisé comme matériaux de fondations et matériaux de drainage. Cailloux et blocs : utilisés pour des barrages en terre et aménagements portuaires pour lesquels on dispose d’équipements assez gros et lourds. On s’en sert alors comme matériaux de masse pour augmenter la stabilité des ouvrages et pour prévenir l’érosion de l’eau. Gravier et sable : une fois compactés (granulométrie étalée), ils peuvent supporter de lourdes charges sans se tasser. Aussi, leur taille est inférieure à celle des blocs. On les utilise surtout comme matériaux de fondations de nombreux ouvrages en génie civil: Routes, Viaducs, Voies ferrrées, Pistes d’atterrissage, Bâtiments. On les emploie également comme matériaux de drainage et de filtration (granulométrie serré). Ils entrent même dans la composition de béton de ciment et d’enrobé bitumineux.

Les sols à grains fins Silt  fines particules de roches Compressibilité élevée. Perméabilité très faible. Argile  particules cristallines provenant de la décomposition chimique du roc. Compressibilité très élevée. Pratiquement imperméble. Utilisé pour les noyaux de barrages. Silt : poussière de roche Dans des conditions similaires de compacité, peut supporter des charges aussi importante que le gravier et le sable. Mais, grande compressibilité et faible perméabilité, donc difficile d’obtenir rapidement la compaction voulue  tassements potentiels importants. Argile : Bien que sa compressibilité soit élevée, les charges qu’elles peuvent supporter sont d loin inférieures à celles que supportent le gravier et le sable. Les particules d’argile, contrairement à celles des autres types de sols, sont attirées les unes vers les autres et se regroupent. Cette attraction  Cohésion

Structure des sols Propriété physique que l’on définit par l’arrangement des particules. 3 types de structures selon l’absence ou la présence de cohésion entre les particules des sols: Stucture des sols pulvérulents Structure des sols cohérents Structure combinée Sols pulvérulents: regroupent le gravier, le sable et le silt. Ils sont constitués de particules volumineuses. Sols cohérents: constitués de particules d’argile en forme de feuillet. Les particules d’argile sont unies par des forces d’attraction que l’on appelle Forces de cohésion. Lorsque la teneur en eau est adéquate, il est possible de faconner ces sols  sols plastiques. On considere qu’un sol est cohérent lorsqu’il comprend plus de 50% d’argile.

Structure des sols pulvérulents Structure à grains uniques Les particules s’appuient directement les unes sur les autres et créent une infrastructure qui supporte les charges. L’état de cette structure (dense ou lâche) se qualifie par l’indice des vides. La compacité d’une telle structure dépend: Granulométrie (serrée Vs étalée) Formes des particules Les sols pulvérulents sont constitués de particules indépendantes et ne manifestent aucune cohésion.

Structure à grains uniques

Structure des sols pulvérulents (suite) Structure en nid d’abeille Se caractérise par un indice des vides très élevé. Structure sensible qui peut s’effondrer sous l’effet de vibrations ou d’impacts. Se développe dans des sols constitués de particules de sable fin et de silt, qui se sont déposées dans un milieu de sédimentation calme. Effondrement sous l’effet de vibrations ou d’impacts  tassement rapide, ou si saturé : devient un liquide épais.

Structure en nids d’abeille

Structure des sols cohérents Structure floculée Particules d’argile regroupées en flocons. Indice des vides et teneur en eau très élevés. Compressibilité élevée. Résistance assez élevée, mais très sensible au remaniement. Influencée par les forces de cohésion, la structure de ces sols est très complexe et très difficile à observer. A l’aide de microscope a balayage électronique  possible de voir que les particules d’argile sont regroupées en structure microscopiques unitaires appelées DOMAINE. Le domaine peut adopter 2 structure microscopique: floculée ou dispersée Floculée: Regroupement favorisé par impuretés inorganiques et organiques (ex: eau de mer) dans les milieux sédimentaires. Tres sensible donc difficile d’effectuer des travaux sur une argile marine.

Structure floculée

Structure des sols cohérents (suite) Structure dispersée Arrangement de particules d’argile en parallèle, orientées à l’horizontale. Indice des vides et teneur en eau assez faible. Compressibilité faible. Résistance élevée. Cette structure se présente dans des dépots qui se sont formés dans un milieu pauvre en agents floculents (ex: eau douce de lac). Elle peut résulter du remaniement d’une structure floculée (ex: suite au passage d’un glacier). Rare de la retrouver tel quelle dans la nature. Plutot une notion theorique: un depot tend vers une structure dispersée.

Structure dispersée

Structure combinée Dépôts de sol formés à la fois de sols pulvérulents et cohérents. 2 type des structures: Matrice de sol pulvérulent (principalement constituée de sol pulvérulent). Matrice argileuse (principalement constituée d’argile). Matrice sol pulvérulent : tres résistant et stable (presqu’incompressible) sauf si le sol est remanié  l’argile contenue dans le sol (souvent logée dans les vides) se déplace entre les grains et peut agir comme lubrifiant  peut alors déstabiliser la structure (écoulement du sol). Matrice argileuse: comportement similaire a celui de l’argile constituant la matrice car les particules plus grossieres flottent dans la matrice et ont peu d’influence.