Sols et Granulats L’étude des différentes propriétés des sols et granulats, et de leurs applications en construction. Fondée sur des données recueillies.

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1 Sols et Granulats L’étude des différentes propriétés des sols et granulats, et de leurs applications en construction. Fondée sur des données recueillies lors d’essais en laboratoire et sur le terrain. Propriétés des sols: physiques, hydrauliques et mécaniques. Important de les étudier afin d’utiliser le bon matériau pour l’ouvrage car chaque sol possède un comportement qui lui est propre. Selon ce comportement  l’usage sera différent. Laboratoires : important de comprendre les manipulations et comment sont réalisés les essais. Mais surtout, être capable d’interpréter les résultats et tirer les conclusions appropriées. Aussi, aller plus loin que les essais  comprendre les notions afin de pouvoir solutionner les problèmes pouvant survenir lors de la conception et de la réalisation. Les notions vues en classe  pas seulement utile si vous travaillez comme technicien de laboratoire, mais peut également servir lors de la : période de soumission (ex : excavation, retenue des terres) réalisation de projet (ex : choisir les bonnes méthodes) surveillance de chantier (ex : juger la qualité des essais) inspection (ex : problèmes de fondations liés au sol) conception (ex : calcul de la poussée des terres)

2 Sol Versus Granulat Sol : matériau naturel d’origine minérale ou organique, reposant sur le socle rocheux. Granulat : ensemble de particules provenant de roches ou de matières recyclées. Son origine peut être naturel ou artificiel. Sol : Matériau naturel, déjà en place. À étudier afin de déterminer s’il peut être utilisé comme fondations d’ouvrages ou comme matériaux de construction. Si la qualité est mauvaise, peut faire augmenter significativement les coûts d’un ouvrage. Granulat : Produit ou transformé par l’homme afin de créer un matériau de construction. Matière première de choix en construction. Naturel ou artificiel. ** Important de bien connaître leurs propriétés afin de pouvoir optimiser leurs utilisations. Doivent pouvoir rencontrer les spécifications de l’ouvrage auquel on les destine.

3 Granulats Matière première de choix dans les ouvrages de génie civil.
Les granulats peuvent être : Agglomérés avec un liant  béton Utilisés tel quel pour la construction (routes, barrages, etc.) Les granulats sont produits ou transformés par l’homme afin de créer un matériau de construction.

4 Sources de granulats Artificielle Naturelle
Fabriqué pour usage particulier. Sous-produits d’origine industriel. Naturelle Carrière Gravière Sablière Artificiels : Usage particulier (ex : granulat léger pour béton), ou Résidu d’origine industriel (ex : cendres volantes  adjuvant pour le béton  qui  la résistance). ** pas beaucoup de granulats artificiels de qualité au Québec, donc peu utilisés. Carrière : extraction de granulats, i.e. : Fracture une formation rocheuse à l’aide d’explosif, et réduit la dimension par concassage. La qualité dépend du type de roche et de concasseur. Au Québec, la plupart des carrières fournissent des roches de type : Calcaires (parmi les + abondantes), Ignées (famille des granites – très dures), et Volcaniques. Chaque famille possède ses propres caractéristiques et vont influencer l’utilisation que l’on fera de la pierre. Gravière et sablière : Exploite des matériaux déjà fragmentés par la nature. Dépôts existants  mis en place par : Eau, Glacier, …

5 Fondations superficielles
Il y a plusieurs domaines dans les différents secteurs de l’ingénierie civile (transport, bâtiment, hydraulique, municipal) où l’étude des sols et granulats s’avère essentielle : 1) Fondations Le rôle des fondations est de distribuer les charges de l’ouvrage dans le sol. Interface entre le terrain naturel et la structure de l’ouvrage. Or, les sols n’ayant pas tous la même capacité de support (les mêmes résistances), on utilise 2 catégories de fondations : superficielles et profondes. Fondations superficielles : lorsque le sol est porteur (i.e. résistant), il est possible de concevoir des fondations peu profondes permettant de transmettre au sol une charge qui n’induira aucun tassement. Méthode à privilégiée lorsque possible car économique.

6 Fondations profondes Fondations profondes : lorsque le sol est peu porteur, il est impossible de faire des fondations superficielles sans provoquer de tassement. En génie civil, on veut éviter tout tassement potentiel car peut endommager l’ouvrage. Dans ce cas, il faut creuser plus profondément jusqu’à un sol suffisamment porteur, parfois jusqu’au roc, afin d’éviter tout mouvement du sol. La capacité portante du sol est une propriété mécanique étudiée en géotechnique.

7 Ouvrages de retenue des terres
De nombreux projets requièrent l’excavation des sols à de grandes profondeurs. À moins de donner aux talus des pentes sûres, on doit soutenir les parois d’excavation avec des ouvrages de retenue. Leur conception est complexe  il faut calculer la poussée du sol sur l’ouvrage. Pour ce faire, il faut connaître : résistance au cisaillement (propriété mécanique) perméabilité (propriété hydraulique) densité et teneur en eau (propriétés physiques)

8 Barrages en terre 3) Digues et Barrages
 Digues : régulariser le débit des cours d’eau et éviter les inondations.  Barrages: contenir l’eau des réservoirs qui alimente les centrales hydroélectriques. Propriétés requises  varient selon l’utilisation du sol : Noyau : étanchéité (propriété hydraulique) Enrochement : protection contre l’érosion (durabilité  propriété physique); poids stabilisateur face au glissement et renversement dû au poids de l’eau (densité et masse volumique  propriété physique).

9 Fondations de route 4) Remblai et Conception de route
Remblai : constitué lors de travaux de terrassement (pour niveler/égaliser le terrain naturel).  doit être solide car supportera les charges de bâtiments et routes. On veut éviter toute forme de tassement en s’assurant un portance suffisante du sol mis en place (propriété mécanique du sol). Conception de routes: Fondation : doit être assez solide pour supporter les charges du trafic (propriété mécanique). Repose sur une sous fondation : doit être assez drainante pour évacuer l’eau et réduire les effets du gel (propriété hydraulique). Un matériau n’est pas bon ou mauvais en soi, sa qualité dépend de l’utilisation que l’on veut en faire. Le but du cours est d’apprendre les méthodes qui permettront de savoir si le matériau est adéquat pour l’ouvrage projeté.

10 Origine des sols La formation des sols  associée à deux phases de l’érosion de la roche: La météorisation superficielle Processus mécanique de fragmentation. Processus chimique d’altération. Le transport de débris Rappel des notions vues en géologie. Sol : matériau naturel déjà en place.

11 Météorisation – Processus Mécanique
Fragmentation de la roche en une quantité de débris plus petits. Gouvernée par les conditions climatiques: Humidité Température Processus mécanique  ne modifie pas la structure des minéraux. Humidité : eau qui gèle dans les minces fissures de la roche provoque l’éclatement en surface  cycles répétés de gel/dégel agrandissent des fissures et morcellent la roche en débris de + en + petits. pression des glaciers  pulvérise, broie et arrache une grande quantité de fragments  processus dominant au Québec. ruissellement des eaux de surface (érosion du roc). Température : climat semi-aride  variations diurnes et nocturnes de température causent à long terme l’éclatement des roches.

12 Météorisation – Processus Chimique
Altération chimique s’attaquant à la structure des minéraux. Le principal agent de dégradation : l’eau. Autres agents possibles de dégradation: le gaz carbonique et l’oxygène. Ce processus peut être favorisée par la présence de matières organiques. Hydrolyse : eau attaque certains minéraux dont les feldspaths, qui représentent environ 60% de tous les minéraux de l’écorce terrestre  modifie leur structure cristalline et les transforme en d’autres minéraux secondaires (ex: les argiles). Carbonatation : gaz carbonique dans l’air se dissout aisément dans l’eau  rend l’eau acide  altère certains minéraux comme le calcaire. Oxydation : se manifeste dans les roches ou minéraux contenant du fer  réagit au contact de l’oxygène contenu dans l’air ou dans l’eau  détruit la structure cristalline et conduit à la formation de minéraux dérivés. Matières organiques : provient de la végétation et de l’activité animale.

13 Transport de débris Agents de transport: Vent Ruissellement
Courants marins Glaciers Les débris minéraux peuvent: évoluer sur le site même de la météorisation pour former des couches de sols différentes (horizons). être emporter par les agents de transport et se déposer dans des bassins de sédimentation. L’agent de transport et les mécanismes de dépôt déterminent toutes les caractéristiques des dépôts des sols.

14 Dépôts de sols Alluvionnaires Lacustres Marins
Particules se déposant le long du lit des rivières et fleuves, ainsi qu’à leur embouchure, dans les deltas. Lacustres Particules se déposant dans les lacs. Marins Particules se déposant dans les fonds marins (mers et océans). Alluvionnaires : Particules transportées par l’eau de ruissellement. La grosseur des particules des dépôts dépend de la vitesse d’écoulement de l’eau. Un cours d’eau acquiert sa charge sédimentaire dans sa section supérieure, là où l’érosion est importante. La sédimentation a alors lieu : En bordure là où la pente est plus faible (plaine)  bancs de gravier et de sable grossier  car vitesse encore élevée. À l’embouchure  dune de sable fin (deltas)  car vitesse devient plus lente. Lacustres: Particules trop fines, non déposées dans les rivières sont transportées dans les lacs où elles se déposent selon les saisons. Été : dépôt de sable fin et de Silt; Hiver: dépôt d’argile. Marins: Particules trop fines, non déposées dans les rivières sont transportées dans les mers où elles se déposent. Le sel de l’eau de mer incite les particules d’argile à s’agglomérer autour des particules de Silt pour former des flocons lourds chargés d’eau  Argile marine différente de l’argile lacustre : elle est beaucoup + sensible au remaniement et à la liquéfaction.

15 Dépôts de sols (suite) Glaciaires Éoliens
Dépôts créés par le retrait des glaciers. Éoliens Particules transportées par le vent. Glaciaires: Le retrait des glaces a laissé des dépôts variés constitués de sédiments glaciaires appelés Till. Till : un mélange de débris rocheux de toutes tailles  poussière de roche jusqu’au gros blocs. Moraine : accumulation de Till La Moraine est transportée par l’eau de fonte et devient un des trois dépôts mentionnés ci haut. Fuvlio-glaciaire : Dépôt dans les fleuves et rivières. Glacio-lacustre : Dépôt dans les lacs. Glacio-marin : Dépôt dans les mers. Éoliens: Vent transporte et dépose particules fines. Loess : dépôt d’argile et de silt, Dune : dépôt de sable. Ces particules s’usent par abrasion et s’arrondissent.

16 Limites des mers glaciaires
Phénomène des mers intérieures : Le poids des glaciers a crée des dépressions dans les sols. Lors du retrait, ces dépressions ont été envahit par l’eau des mers limitrophes. Ces dépressions sont devenues des bassins de sédimentation marin. Après un certain temps, il y a eu un relèvement isostatique de l’écorce terrestre ce qui a eu pour effet de repousser l’eau salée vers la mer. Exemple : mer de Champlain  argile sensible.