Remarque de sécurité importante : Il s’agit d’un texte professionnel d’archives, et non d’un manuel de laboratoire ou de terrain actuel. Les procédures décrites incluent le mercure, les flammes nues, le chauffage, la paraffine et d’autres équipements et matériaux qui peuvent être dangereux ou inacceptables aujourd’hui. Ne les appliquez pas sans normes valides, évaluation des risques, fiches de données de sécurité, laboratoire approprié et supervision professionnelle. Le texte ne fait pas partie de l’offre actuelle de produits et services de Savo Kusić.
Détermination du poids volumétrique du sol
Il existe plusieurs méthodes de détermination du poids volumétrique du sol, parmi lesquelles nous décrirons les plus couramment utilisées : la méthode au cylindre, la méthode avec immersion de l’échantillon dans l’eau, la méthode avec immersion de l’échantillon dans le mercure et la méthode avec du sable.
Procédure avec cylindre
Cette procédure est la plus utilisée et est réalisée sur le terrain et en laboratoire. Il s’applique sur les sols liés et non liés.
Un cylindre métallique de volume connu, avec un bord inférieur aiguisé, est enfoncé dans le sol ou dans un échantillon non perturbé ou artificiellement compacté, de sorte qu’il soit complètement rempli de masse de sol. Après cela, la surface de l’échantillon est nivelée avec un couteau avec les bords supérieur et inférieur du cylindre et immédiatement fermée avec des couvercles métalliques et pesée sur une balance.
Si W est le poids de l’échantillon avec cylindre et bouchons, W0 est le poids du cylindre lui-même avec bouchons, V est le volume du cylindre
la densité du sol γ est :
γ = (W - WP)/V
La procédure d’immersion de l’échantillon dans l’eau
Cette procédure est basée sur la propriété physique selon laquelle le volume d’un corps immergé dans l’eau est égal au volume d’eau déplacée. Il est utilisé uniquement pour les sols liés, lorsqu’un échantillon de forme géométrique régulière ne peut être obtenu.
Dans le sol non perturbé ou dans un échantillon plus grand, un morceau d’échantillon en forme de macaque est prélevé et son poids W à l’état naturel est mesuré sur une balance. Ensuite, l’échantillon est recouvert de paraffine fondue, qui ne doit pas être trop chaude, mais juste assez pour fondre. Une fine couche de paraffine 1-2 mm doit recouvrir complètement la totalité de l’échantillon. Ensuite, l’échantillon contenant de la paraffine est pesé sur une balance et le poids W’ est obtenu. Le poids de la paraffine est W’ – W.
Le volume de paraffine VP, obtenu à partir de la forme : VP * γP = W’ – W,
où γP est le poids volumétrique de paraffine, qui est connu et s’élève à γP = 0,892 p/cm3.
De l’équation ci-dessus nous avons : VP = (W’ – W)/0,892 [cm3].
Fig. 1. Détermination du poids volumétrique du sol en immergeant l’échantillon dans l’eau
Ensuite, l’échantillon enveloppé de paraffine est suspendu sur une balance avec un fin fil de soie (fig. 1), la balance est mise en équilibre, puis immédiatement un récipient d’eau distillée est aspiré sous l’échantillon, de sorte que l’échantillon entier soit immergé dans l’eau. Puisque, en raison de la perte apparente de poids de l’échantillon dans l’eau, l’équilibre sur la balance est perturbé, on le rétablit en retirant les poids, de manière à obtenir le poids de l’échantillon avec de la paraffine immergée dans l’eau W. La différence de poids de l’échantillon avec de la paraffine à l’état non immergé et immergé donne le poids de l’eau déplacée, c’est-à-dire si le poids volumique de l’eau YW = 1,00, le volume d’eau déplacée Vw
Du volume Vw, nous soustrayons le volume de paraffine VP, et obtenons le volume de l’échantillon.
La densité du sol est : γ = W/(Vw – VP)*m
où m est le coefficient de correction dû à la différence de température de l’eau, puisque Y = 1,0 pour la température de l’eau à 4 °C : m = γw,T / γw,4oC.
Procédure avec immersion d’échantillon dans le mercure
Cette procédure s’applique aux sols liés, également dans les cas où il est nécessaire de renoncer au prélèvement d’un échantillon de forme géométrique régulière, ce qui est le cas, par exemple, lors de la détermination des limites de retrait du sol.
Fig. 2. Détermination du poids volumétrique du sol en immergeant l’échantillon dans le mercure
L’échantillon est immergé dans un récipient complètement rempli de mercure (fig. 2) et à l’aide d’une plaque de verre avec de fines pointes métalliques, il est pressé pour qu’il soit complètement immergé dans le mercure. Le mercure pressé est versé dans un récipient plus grand, d’où son poids est prélevé et mesuré. Si W est le poids de l’échantillon, Wz est le poids de mercure déplacé, γz est le poids volumétrique du mercure, Vz=V est le volume de mercure déplacé qui est égal au volume de l’échantillon ;
Vz * γz = Wz * Vz = Wz/ γz
alors le poids volumétrique du sol est :
γ =W*γz /Wz.
Procédure de sable
Ce test est effectué sur le terrain et est le plus souvent appliqué aux sols non liés, au gravier, au sable de gravier, aux moraines et dans d’autres cas, lorsque l’extraction d’échantillons non remaniés avec des cylindres n’est pas possible. Le principe de cette procédure consiste à creuser un trou dans le sol puis à le remplir de sable normal de poids volumétrique connu, à partir duquel est déterminé le volume du trou. Le poids volumétrique du sol est déterminé à partir du poids de la masse excavée et du volume du trou.
La surface du sol, dont il faut déterminer le poids volumique, est nivelée de manière à ce qu’elle soit horizontale, puis une plaque de fer blanc de taille environ 40 x 40 cm (fig. 3) est posée dessus, avec un gabarit découpé au milieu du diamètre Ø = 20 cm, épaisseur 5 mm, pour creuser un trou dans le sol. La plaque en fer blanc est posée à plat sur le sol et fixée avec des piquets. Un trou d’un diamètre de 20 cm et d’une profondeur d’environ 20 cm est creusé avec un outil à main (couteau, spatule, cuillère, ciseau) à travers l’ouverture du gabarit, de préférence avec des parois verticales, mais pas à l’extérieur du gabarit et bien nettoyé. Tout le matériel excavé est déposé sur la plaque, puis immédiatement après avoir creusé, alors qu’il a encore son humidité naturelle, il est pesé sur une balance et son poids W est déterminé. Afin de déterminer ultérieurement l’humidité naturelle, l’échantillon est placé dans une boîte en fer blanc avec couvercles, pour être transporté dans la salle de séchage une fois le travail sur le terrain terminé. Immédiatement après, du sable normal sec est versé dans le trou creusé, dont le poids volumétrique γd est déterminé par mesure, c’est-à-dire à partir de l’essai en laboratoire effectué précédemment, en versant du sable à travers le même entonnoir et de la même hauteur, h tombe comme dans l’essai sur le terrain.
Fig. 3. Détermination du poids volumétrique du sol à l’aide du test de sable
Avant de commencer le test, mesurez le poids du sable normal dans le bécher, puis après avoir rempli le trou dans le sol avec ce sable jusqu’à la surface supérieure de la plaque en fer blanc, qui est nivelée avec une règle en acier de longueur 40 cm, mesurez le reste du sable dans le bécher, de manière à obtenir le poids exact Wd du sable normal sec dans le trou jusqu’à la surface supérieure de la plaque en fer blanc. Le volume Vd du trou creusé jusqu’à la surface supérieure du fer blanc est déterminé sur la base de la formule Vd = Wd/γd.
Le volume V du trou dans le sol s’obtient en soustrayant le volume v de l’ouverture du gabarit en étain :
Le poids volumétrique du sol γ est : γ = W/V, où W est le poids du sol excavé du trou mesuré immédiatement après l’excavation. On note qu’on utilise du plâtre, de l’huile ou de l’asphalte froid à la place du sable, moins sensibles par temps humide. De plus, il existe également des dispositifs spéciaux pour un travail plus facile et plus rapide sur le test avec du sable.
Les valeurs approximatives des poids volumétriques du sol sont données dans le tableau 1, avec une note que dans les analyses géomécaniques dans chaque cas, le poids volumétrique du sol doit être déterminé par expérience en laboratoire ou sur le terrain.
Détermination de l’humidité du sol
Le test de détermination de l’humidité du sol s’effectue de plusieurs manières, à savoir la méthode en laboratoire à l’aide d’un séchoir électrique, les méthodes de terrain utilisant le séchage au feu ouvert, à l’aide de carbure, la mesure sous l’eau et à l’aide d’un pycnomètre à air. Nous décrirons ici uniquement les deux premières méthodes, les plus souvent appliquées dans notre pays.
Méthode de laboratoire utilisant un séchoir électrique
Cette méthode est la plus fiable et la plus largement appliquée pour tous les types de sols. Un morceau de terre provenant d’un échantillon intact est placé entre deux verres concaves, appelés sabliers, qui sont fixés avec une pince métallique et pesés ensemble sur une balance analytique, puis placé dans un séchoir électrique où il est séché à 105°C jusqu’à ce que le poids soit constant (fig. 4). La différence de température pendant le séchage ne doit pas être supérieure à ±2°C, car à une température plus basse, un séchage complet n’est pas effectué et à une température plus élevée, les ingrédients organiques de l’échantillon peuvent brûler. La durée approximative du séchage de l’échantillon avec un sablier dans le séchoir est d’environ 6 heures pour le sable et d’environ 12 heures pour l’argile. Après séchage, l’échantillon fermé dans des sabliers avec une pince est placé dans un dessicateur pour refroidir à température ambiante, après quoi il est à nouveau mesuré.
Fig. 4. Séchage d’échantillons dans des sabliers avec pince
Si W est le poids de l’échantillon à l’état naturel d’humidité avec le sablier et la pince, Ws le poids de l’échantillon à l’état sec avec le sablier et la pince, Wt le poids du sablier et de la pince, l’humidité du sol w selon la définition d’Atterberg est le poids de l’eau divisé par le poids du sol à l’état sec, soit : w = W-Ws / Ws-Wt * 100 [%].
Détermination de la porosité du sol et du coefficient de porosité
Le test est effectué sur un échantillon non perturbé, à condition que son volume puisse être déterminé dans un état non perturbé.
Nous pressons un cylindre métallique de volume connu dans un sol non perturbé ou dans un échantillon de plus grandes dimensions, nivelons la surface supérieure de l’échantillon avec les bords du cylindre et le mettons à sécher sur 105°C jusqu’à ce que le poids soit constant, puis le laissons refroidir à température ambiante et le pesons à nouveau sur la balance avec le cylindre.
Si V est le volume interne du cylindre, Vm est le volume de solides du sol non poreux, Wd est le poids sec de l’échantillon, γs est le poids volumique des particules solides, la porosité du sol n est
Le volume Vm est déterminé en fonction du poids sec de l’échantillon Wd:
c’est-à-dire en pourcentage du volume total du sol
Puisque γd = Wd/V, c’est-à-dire le poids volumétrique sec du sol, on peut le mettre
n = 100* (1 – γd/ γs) [%].
Le coefficient de porosité est obtenu à partir de la formule e = n/(1-n).
Pour la conception, le contrôle qualité ou l’exécution des travaux, utiliser la réglementation en vigueur, des méthodes d’essais standardisées et un laboratoire agréé. Ce texte est conservé comme ressource pédagogique historique.