Aujourd’hui, Savo Kusić se concentre sur les fenêtres en bois, fenêtres en bois-aluminium, fenêtres personnalisées, portes et demandes de devis. Ce texte reste une archive technique et ne constitue pas une offre de conception géotechnique, d’essais en laboratoire ou de terrassement.
Phases des matériaux dans le sol
Le sol se compose de trois phases : solide, liquide et gazeuse. La phase solide est représentée par des particules solides, de l’eau liquide et la phase gazeuse par de l’air fermé ou de la vapeur d’eau dans les pores du sol.
Certains types de sols peuvent être constitués d’une, deux ou trois phases, ce qui signifie que la composition du sol peut être un système monophasé, biphasé ou triphasé. Les propriétés physiques du sol dépendent de différentes phases.
Un sol incohérent, tel que du sable ou du gravier complètement sec, est constitué d’une seule phase : des particules solides. L’air qui existe dans les pores de ce sol n’est pas fermé et ne s’oppose pas au mouvement des particules solides, il ne peut donc pas être considéré comme une phase.
Un sol cohérent et humide au-dessus du niveau de la nappe phréatique, constitué de particules solides et de pores fermés, rempli en partie d’eau et en partie d’air ou de vapeur d’eau, est le sol du système triphasé. Dans le cas de solides en mouvement, l’eau et l’air présents dans les pores du sol s’opposent en même temps.
Le sol situé sous le niveau de la nappe phréatique, dont les pores sont complètement remplis d’eau, de sorte qu’il n’y a ni air ni vapeur d’eau, est un système à deux phases. Le sol dans les couches plus profondes est supposé être un système à deux phases, car l’air fermé dans les pores du sol à de plus grandes profondeurs n’a pas d’effet significatif sur ses propriétés physiques, qui dans ce cas sont déterminées par les propriétés des phases solide et liquide.
Composition granulométrique
Les ingrédients solides du sol sont des matières minérales ou organiques de différentes tailles, allant des gros cailloux et blocs, de la taille de centaines et de milliers de millimètres à la taille d’une molécule. Comme vous le savez, une molécule mesure un millionième de millimètre, un millimicron. La plus petite taille des solides du sol est considérée comme étant 20 mou microns.
La taille des particules solides du sol a une très grande influence sur ses propriétés physiques. Cette grossièreté est exprimée par la composition granulométrique, qui représente le rapport des tailles de grains individuelles par leurs parties en poids au poids total du sol. La division du sol selon sa composition granulométrique est différente selon les pays. Notre division est la suivante :
Limites de taille des particules
Taille 2 mm – frontière entre la composition du sol à gros grains et à grains fins. Les particules solides jusqu’à 2mm montrent la remontée capillaire de l’eau dans le sol. Le sol à gros grains n’a pas de capillarité.
Taille 0,2 mm – frontière entre le sable à gros grains (pointu) et le sable à grains fins (doux).
Taille 0,02 mm - la limite jusqu’à laquelle les grains individuels du sol peuvent être reconnus à l’œil nu.
Taille 0,002 mm – limite entre sol meuble et argile
Taille 0,0002 mm – frontière entre l’argile et l’argile colloïdale.
Les constituants solides ci-dessous 0,002 mm ont une grande influence sur les propriétés physiques du sol. Ces ingrédients donnent la cohésion du sol, et s’ils sont plus petits et plus abondants dans le sol, la cohésion du sol est plus prononcée. Cependant, la cohésion du sol dépend également de la composition minérale des particules solides plus petites que 0,002 mm. Si ces particules sont formées par la décomposition de minéraux très durs comme le quartz, alors leur cohésion est très faible, voire inexistante, et leur absorption d’eau est également relativement faible. Si les particules situées en dessous de 0,002 mm ont été créées par la décomposition de matériaux argileux, elles ont alors des propriétés de liaison d’autant plus fortes que les particules sont plus petites, tandis que l’absorption d’eau de ces particules est très élevée.
La composition granulométrique du sol fournit des données importantes et fiables sur certaines de ses propriétés physiques. Si les particules d’argile inférieures à 0,002 mm prédominent dans le sol, alors on peut déjà conclure qu’un tel sol est plastique, cohérent, hygroscopique, avec une capillarité élevée, une faible perméabilité et un faible angle de frottement interne.
La composition granulométrique du sol est représentée par les lignes de la composition granulométrique (fig. 1).
Fig. 1 - Lignes de composition granulométrique du sol : 1-sable graveleux ; 2-sable poussiéreux ; 3-poussière de sable ; 4-sol argileux ; 5-argile
La ligne d’ordonnées de la composition granulométrique montre la fraction pondérale des particules solides inférieure au diamètre représenté par l’abscisse du point donné. Par exemple, au point A de la ligne 4, l’ordonnée montre qu’il y a des particules 92% plus petites que 2 mm, et que les 8% restantes sont plus grandes que 2 mm.
Classification des sols selon la composition granulométrique
Les sols contenant des particules solides plus grandes que 2 mm sont classés selon la division générale du sol par composition granulométrique, représentée sur la fig. 1. Ce faisant, celle qui est la plus représentée dans le sol est retenue comme fraction de base, tandis que les autres sont complémentaires. Par exemple, si la granulation générale du sol est principalement constituée de sable avec une plus petite quantité de gravier, alors ce sol est classé comme sable graveleux, tandis que l’inverse serait du gravier sableux. Dans la classification, les parts des fractions individuelles dans le sol peuvent également être indiquées. Par exemple, si un sol contient de l’argile 15%, de la poussière 45%, du sable 30% et du gravier 10%, il peut être classé comme sol argileux avec de l’argile 15% et du gravier 10%.
Cependant, pour les sols à grains fins contenant des particules solides plus petites que 2 mm, la classification en fonction de leur composition granulométrique se fait généralement selon un diagramme triangulaire. Il existe plusieurs diagrammes de ce type, parmi lesquels nous énumérerons le plus basique du Bureau of Soils des États-Unis, fig. 2.
Fig. 2 - Diagramme triangulaire du Bureau américain des sols
Le diagramme se compose de trois axes de coordonnées repliés en un triangle équilatéral, dans lequel chaque axe représente une fraction, à savoir le sable, la poussière et l’argile en % en poids de la masse totale du sol. La surface du diagramme est divisée en zones 10, chacune représentant un type de sol distinct. Chaque côté du triangle représente une abscisse à partir de laquelle sont relevées des ordonnées parallèles aux deux autres abscisses.
Chaque point de ce diagramme a des coordonnées 3 qui représentent les pourcentages de la fraction 3 spécifiée dans un sol donné et déterminent le type de sol. Ainsi, par exemple, le point M sur le diagramme représente l’argile. On l’obtient de la manière qu’à partir du diagramme de la composition granulométrique fig. 1 déterminent les fractions individuelles, qui dans ce cas seraient (ligne 4 sur la figure 1) : 35% argile, 25% poussière, 40% sable, tandis que la quantité de gravier 8% est négligée car elle s’élève à moins de 10%.
Cette classification fait référence aux fractions de sable, poussière et gravier selon la division américaine, mais elle est toujours adoptée comme telle en raison des valeurs comparatives et de l’expérience qu’elle a avec une telle classification.
Degré d’irrégularité du sol
Selon Allen Hazen, le degré d’irrégularité du sol est le rapport (fig. 3)
U=d60/d10
où d60 est le diamètre de grain correspondant à l’ordonnée 60%, et d10 est le diamètre de grain correspondant à l’ordonnée 10%.
Pour U < 5 tlo je ravnomernog sastava,
pour U = 5 – 15 le sol est de composition moyennement inégale,
pour U > 15 le sol a une composition inégale.
Lorsque la ligne de composition granulométrique est raide, la valeur du degré d’irrégularité U est petite, tandis que celle d’une ligne plate est grande. La plus petite valeur pour U est 1. Si la ligne de composition granulométrique est plus plate, la valeur de U est plus élevée. Pour le sable, il s’agit le plus souvent de U=1-15, pour les sols argileux U=10-90, mais pour les sols de composition très inégale, U peut avoir des valeurs très élevées.
Fig. 3 - Détermination du diamètre des grains d60 et d10
Règle de filtre
Cette règle est basée sur la composition granulométrique du filtre, dont la tâche est de réduire le gradient hydraulique au contact entre le sol et la couche drainante en pierre par la granulométrie de transition, afin d’éviter le lessivage des petites particules de sol par les eaux souterraines. Les conditions de base que doit remplir la couche filtrante sont qu’elle soit perméable à l’eau et stable.
Il existe plusieurs règles de composition des filtres, parmi lesquelles seule la règle de Terzaghi sera répertoriée ici comme la plus célèbre.
La règle de Terzaghi
La règle de Terzaghi est la suivante : La granulation du filtre doit être telle que ses grains, à hauteur de 15% parties en poids de la masse totale du filtre (F15), soient au moins 4 fois plus gros que les plus grosses particules du sol sur lesquelles repose le filtre (bases) à hauteur de de 15% parties en poids de parties de la base (B15) sans être supérieures à 4 fois B85, c’est-à-dire les tailles des plus petites particules à 85% parties en poids de la base. Cette règle peut être exprimée par les relations :
F15/B15 > 4 et F15/B85 < 4.
Le premier rapport assure la perméabilité à l’eau du filtre, tandis que le second garantit sa stabilité.
Fig. 4 - Règle de filtre Terzaghia
Les particules les plus petites et les plus grosses de la base sont présentées sur la fig. 4 lignes limites 1 et 2. Les lignes limites du filtre sont 3 et 4. La condition F15 > 4_B15_ est représentée par le point a sur la ligne de démarcation 3, la condition F15 < 4_B85_ tačkom b na liniji 4.
Il est recommandé que la ligne de composition granulométrique du filtre soit approximativement parallèle à la ligne de composition granulométrique de la base.
Au lieu de deux lignes extrêmes de la composition granulométrique de la base comme sur la fig. 4, peut être une ligne de granulation moyenne. Dans ce cas, les points B15 et B85 sont sur la même ligne (comme sur la figure 5).
Le plus souvent, la différence de granulation entre le support et la couche drainante est telle qu’une seule zone filtrante ne suffit pas pour la transition entre le support et la couche. Dans ce cas, le filtre se compose de plusieurs zones filtrantes, qui sont déterminées selon la même règle, jusqu’à ce que la plus grande granulométrie du dépôt drainant soit atteinte.
Fig. 5 - Exemple de calcul de couches filtrantes
Les divisions, tailles limites et règles répertoriées sont transférées à partir d’une source historique et ne remplacent pas une classification géotechnique, un rapport de laboratoire, une conception de filtre ou un plan de performance actuel. Le sol et le système de drainage réels nécessitent un échantillonnage représentatif, des tests appropriés, une vérification des eaux souterraines et de surface, de l’érosion et de la stabilité interne, ainsi qu’une évaluation par un expert agréé conformément à la réglementation en vigueur et aux conditions du projet spécifique.