Analyse granulométrique d’un Échantillon de Sol
Comprendre l’analyse granulométrique d’un Échantillon de Sol
Un projet de construction nécessite une analyse du sol pour déterminer sa composition et ses propriétés. Une étude granulométrique est demandée pour caractériser un échantillon de sol prélevé sur le site.
Objectifs de l’Exercice :
- Déterminer la distribution granulométrique de l’échantillon.
- Classer le sol selon les normes en vigueur.
- Évaluer l’adéquation du sol pour le type de construction envisagé.
Pour comprendre le Calcul de la densité humide du sol, cliquez sur le lien.
Données Fournies :
- Description de l’Échantillon :
- Poids total de l’échantillon sec : 500 g.
- Origine : sol superficiel, profondeur de prélèvement 0-30 cm.
- Résultats du Tamisage :
- Tamis 20 mm : 10 g.
- Tamis 10 mm : 40 g.
- Tamis 2 mm : 100 g.
- Tamis 0.5 mm : 150 g.
- Tamis 0.063 mm : 180 g.
- Passant 0.063 mm : 20 g.
- Données Complémentaires :
- Humidité naturelle du sol : 12%.
- Densité des grains : 2.65 g/cm³.
| Tamis | Particule retenue | Masse (g) |
|---|---|---|
| 20 mm | Particules trop grosses (> 20 mm) | 10 |
| 10 mm | Entre 20 mm et 10 mm | 40 |
| 2 mm | Entre 10 mm et 2 mm | 100 |
| 0.5 mm | Entre 2 mm et 0.5 mm | 150 |
| 0.063 mm | Entre 0.5 mm et 0.063 mm | 180 |
| Passant 0.063 mm | Particules très fines (< 0.063 mm) | 20 |
Questions :
1. Analyse Granulométrique :
- Construire la courbe granulométrique en représentant les pourcentages passants en fonction des diamètres des tamis.
- Calculer les pourcentages pondéraux de chaque fraction granulaire.
2. Classification du Sol :
- Utiliser la courbe granulométrique pour classer le sol (sable, limon, argile, etc.).
- Discuter de la présence de graviers, sables, limons ou argiles.
3. Interprétation pour la Construction :
- Évaluer la perméabilité du sol basée sur la granulométrie.
- Discuter de l’adéquation du sol pour supporter des fondations ou d’autres structures.
4. Considérations Supplémentaires :
- Comment l’humidité naturelle et la densité des grains influencent-elles les propriétés du sol?
- Quelles précautions prendre pour un sol avec les caractéristiques obtenues?
Correction : analyse granulométrique d’un Échantillon de Sol
1. Analyse granulométrique
1.1. Calcul des Pourcentages Pondéraux de Chaque Fraction
Formule de Base
Pour chaque fraction, le pourcentage pondéral se calcule par :
\[ \text{Pourcentage} = \frac{\text{Masse de la fraction}}{\text{Masse totale de l’échantillon}} \times 100 \]
Calculs:
1. Tamis 20 mm :
\[ \frac{10\,g}{500\,g} \times 100 = 2\% \]
2. Tamis 10 mm :
\[ \frac{40\,g}{500\,g} \times 100 = 8\% \]
3. Tamis 10 mm :
\[ \frac{100\,g}{500\,g} \times 100 = 20\% \]
4. Tamis 0.5 mm :
\[ \frac{150\,g}{500\,g} \times 100 = 30\% \]
5. Tamis 0.063 mm :
\[ \frac{180\,g}{500\,g} \times 100 = 36\% \]
6. Passant 0.063 mm :
\[ \frac{20\,g}{500\,g} \times 100 = 4\% \]
Vérification :
\[ 2\% + 8\% + 20\% + 30\% + 36\% + 4\% \] \[ = 100\% \]
1.2. Calcul des Pourcentages Cumulés (Courbe Granulométrique)
La méthode consiste à calculer, pour chaque tamis, la masse qui passe ce tamis. La formule est :
\[ \text{Pourcentage passant} = \frac{\text{Masse totale} – \text{(somme des masses retenues sur les tamis plus grossiers)}}{\text{Masse totale}} \times 100 \]
Calculs:
1. Pour le tamis de 20 mm :
- Masse retenue sur 20 mm : 10 g.
- Masse passant : \(500 – 10 = 490\,g\)
Pourcentage passant :
\[ \frac{490}{500} \times 100 = 98\% \]
2. Pour le tamis de 10 mm :
- Masse retenue sur 20 mm et 10 mm : \(10 + 40 = 50\,g\).
- Masse passant : \(500 – 50 = 450\,g\).
Pourcentage passant :
\[ \frac{450}{500} \times 100 = 90\% \]
3. Pour le tamis de 2 mm :
- Masse retenue sur 20 mm, 10 mm et 2 mm : \(10 + 40 + 100 = 150\,g\).
- Masse passant : \(500 – 150 = 350\,g\).
Pourcentage passant :
\[ \frac{350}{500} \times 100 = 70\% \]
4. Pour le tamis de 0.5 mm :
- Masse retenue sur 20 mm, 10 mm, 2 mm et 0.5 mm : \(10 + 40 + 100 + 150 = 300\,g\).
- Masse passant : \(500 – 300 = 200\,g\).
Pourcentage passant :
\[ \frac{200}{500} \times 100 = 40\% \]
5. Pour le tamis de 0.063 mm :
- Masse retenue sur 20 mm, 10 mm, 2 mm, 0.5 mm et 0.063 mm : \(10 + 40 + 100 + 150 + 180 = 480\,g\).
- Masse passant : \(500 – 480 = 20\,g\).
Pourcentage passant :
\[ \frac{20}{500} \times 100 = 4\% \]
Représentation Graphique
Sur un graphique semi-logarithmique (axe des x en échelle logarithmique pour le diamètre des tamis et axe des y pour le pourcentage passant), on place les points suivants :
- (20 mm, 98 %)
- (10 mm, 90 %)
- (2 mm, 70 %)
- (0.5 mm, 40 %)
- (0.063 mm, 4 %)
La courbe obtenue permet de visualiser la distribution granulométrique.
2. Classification du Sol à Partir de la Granulométrie
Les fractions obtenues sont interprétées selon des intervalles de taille usuels dans la classification des sols :
Graviers :
Particules de grande taille, généralement > 2 mm.
-
- Fractions concernées :
- Tamis 20 mm : 10 g (2 %)
- Tamis 10 mm : 40 g (8 %)
- Tamis 2 mm : 100 g (20 %)
- Fractions concernées :
Total graviers :
\[ = 10 + 40 + 100 = 150\,g \Rightarrow 30\% \].
Sables :
Particules de taille intermédiaire, souvent comprises entre 0.063 mm et 2 mm.
- Fractions concernées :
- Tamis 0.5 mm : 150 g (30 %)
- Tamis 0.063 mm : 180 g (36 %)
Total sables :
\[ = 150 + 180 = 330\,g \Rightarrow 66\% \]
Fines (argile ou limon) :
Particules très fines, généralement < 0.063 mm.
- Fraction concernée :
- Passant 0.063 mm : 20 g (4 %)
Conclusion sur la Classification :
L’analyse montre que l’échantillon se compose de :
- 30 % de graviers,
- 66 % de sable,
- 4 % de fines (argile et/ou limon).
On peut qualifier ce sol de sable graveleux. La très faible proportion de fines (4 %) suggère que le sol aura une faible cohésion et une bonne perméabilité.
3. Interprétation pour la Construction
a) Perméabilité du Sol
- Observation :
La forte proportion de sable (66 %) et de graviers (30 %) implique une structure à gros pores. - Interprétation :
- Bonne perméabilité : Le sol permet un drainage efficace, réduisant ainsi les risques d’accumulation d’eau sous les fondations.
- Attention : Une trop grande perméabilité peut toutefois entraîner une dispersion rapide des eaux de pluie et, dans certains cas, une érosion locale.
b) Adéquation pour les Fondations et Autres Structures
- Avantages :
- La présence de graviers et de sables confère généralement une bonne portance du sol, surtout après compactage.
- Inconvénients potentiels :
- La faible proportion de fines (4 %) signifie une faible cohésion du sol. Cela peut rendre le sol plus sensible aux vibrations et aux variations de charge.
- Recommandations :
- Réaliser des essais de portance et un compactage adéquat.
- Vérifier la stabilité locale du sol, notamment dans les zones où la granulométrie pourrait varier.
4. Considérations Supplémentaires
a) Influence de l’Humidité Naturelle
- Donnée : 12 %
- Impact :
- Une humidité de 12 % est modérée et peut faciliter le compactage.
- Toutefois, une variation importante de l’humidité (ex. en cas de fortes pluies) pourrait modifier la densité effective et la portance du sol.
b) Influence de la Densité des Grains
- Donnée : 2,65 g/cm³
- Impact :
- Cette densité est typique des minéraux silicatés et permet d’estimer la densité théorique du sol.
- En combinant la densité des grains et les résultats du tamisage, on peut calculer la porosité du sol, ce qui est important pour évaluer la stabilité et la capacité portante.
- Une densité élevée des grains, associée à une structure granulaire lâche, peut indiquer une porosité importante et, par conséquent, un besoin de compactage avant la construction.
c) Précautions à Prendre
- Avant construction :
- Essais complémentaires : Réaliser des essais in-situ (ex. : essai Proctor) pour déterminer la densité sèche optimale et la portance réelle.
- Drainage : Mettre en place un système de drainage adapté pour contrôler l’infiltration et éviter l’accumulation d’eau.
- Stabilisation : En cas de doute sur la stabilité ou pour compenser la faible cohésion, envisager des techniques de stabilisation (géotextiles, injections, etc.).
Conclusion
Récapitulatif des résultats :
- Distribution pondérale :
- Graviers : 30 %
- Sables : 66 %
- Fines (argile/limon) : 4 %
- Pourcentages cumulés pour la courbe granulométrique :
- 20 mm : 98 %
- 10 mm : 90 %
- 2 mm : 70 %
- 0.5 mm : 40 %
- 0.063 mm : 4 %
- Classification : Sol majoritairement sableux et graveleux.
- Interprétation pour la construction :
- Bonne perméabilité grâce aux sables et graviers.
- Bonne portance possible après compactage, mais attention à la faible cohésion due aux faibles fines.
- Considérations complémentaires :
- L’humidité naturelle (12 %) et la densité des grains (2,65 g/cm³) influencent la compacité, la porosité et la stabilité du sol.
Recommandation générale :
Bien que le sol présente des caractéristiques favorables (bonne évacuation des eaux et portance potentiellement bonne), il est indispensable de vérifier la stabilité par des essais complémentaires et de mettre en place des mesures (drainage et compactage) adaptées avant de procéder à la construction.
Analyse granulométrique d’un Échantillon de Sol
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