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Wikigeotech:Description et classification des matériaux

De Wikhydro
Version du 10 janvier 2014 à 17:25 par Yasmina Boussafir (discuter | contributions)

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Sommaire

Introduction

Cette article concerne aussi bien les sols que les roches et sensibilise au fait de (1) de bien savoir décrire un sol ou une roche et (2) appréhender leur classification.

  • Une description est une action neutre permettant de répondre aux besoins de tous les « acteurs » de la géotechnique que ce soit en terrassement, en mécanique des sols, en fondations,…. Cette phase précède la classification des sols ou des roches.
  • Une classification est un regroupement des matériaux au sein de « groupes » ou de « classes de matériaux » ayant des propriétés homogènes et définies. Ces classes de matériaux sont souvent codifiées ce qui permet ensuite une utilisation simplifiée en vue d'un dimensionnement ou d'un usage propre à un métier.

Le chargé d'étude doit d'abord maîtriser la notion de description des terrains (sol/roche). Ensuite de la description découlera ensuite le travail de classification. La classification introduit un début d'interprétation en vue d'une technique ou d'un emploi particulier. Le chargé d'étude peut faire appel à différentes classifications, ces classifications ne sont que des outils d'aide à la prise de décision ou au dimensionnement et ne sont pas « une fin en soi ».

Définition - Méthodologie

Description : action de décrire ; énumération des caractères de quelque chose, de quelqu'un. Description exacte, précise, fidèle. (cit : petit Robert)

Classification : action de distribuer par classes, par catégories (cit : petit Robert)

2.1 Description

Pour effectuer une description d'un matériau, trois différents « niveaux »/stades sont à prendre en compte :

  • la description géologique : il s'agit d'une information sur l'âge, la nature des terrains, les caractéristiques et particularités géologiques connues, la fracturation, l'altération ou la tectonique
  • la coupe des terrains basée sur une description visuelle : cette coupe est issue du compte rendu de sondage(voir annexe sondages) validé par un géologue/géotechnicien. Cette coupe comprendra les cotes, les niveaux d'eau, la nature pétrographique, la couleur, la texture, la granulométrie visuelle, la consistance, le degrés d'altération, les anomalies éventuelles de sondages,…..le tout utilisant le vocabulaire géologique de la norme 14-688 (sols) ou 14-689 (roches) parties 1 et 2
  • la description des terrains basée sur certains essais : ces essais ne doivent pas servir au départ à la classification mais doivent permettre la description du matériau à tout « acteur de la géotechnique ». Il s'agit donc d'essais que l'on qualifiera de « base » nécessaires à chaque classification mais donnant des indications utiles au réemploi, au dimensionnement etc….

Les essais qui permettent l'action de décrire comprennent :

  • la description la plus complète possible de la granularité, c'est-à-dire de la taille de l'ensemble des composants du terrain (blocométrie, analyse granulométrique, sédimentométrie, granulométrie laser).
  • la caractérisation de la fraction fine des sols (Valeur au bleu, Limite d'Atterberg) et pour les roches la résistance à la compression simple ou résistance à la traction.

la caractérisation du terrain en place (indice de densité pour les sables, indice de consistance, …) pour les sols, la densité sur blocs, la lithologie et le RQD pour les roches.

  • la teneur en eau au moment des sondages.

Ces éléments sont détaillées dans les eurocodes en vu de la classification des matériaux et plus particulièrement dans les normes :

  • EN ISO 14 688-1 et 2 pour les sols,
  • EN ISO 14689-1 et 2 pour les roches.

2.2 Classification

Les géotechniciens utilisent des classifications comme un outil de langage commun permettant de parler de catégories de matériaux dont le comportement sera globalement similaire au regard d'une même utilisation. Selon les métiers, il y a donc plusieurs classifications. Celles-ci sont listées ci-dessous :

  • classification LPC / USCS remplacée par l'eurocode 7 partie 2 EN ISO 14 688-1 et 2 pour les sols, 14 689-1 et 2 pour les roches
  • Les normes d'application de l'eurocode 7 pour les fondations (fondations profondes -NF P94-262, fondations superficielles - NF P94-261) définissent des classes de sols :
  • d'après les essais pressiométriques et pénétrométriques en vu de dimensionner des ouvrages (fondations, remblais notamment)
  • d'après différents essais (limites, granulométrie, matières organiques) vis à vis de la mécanique des sols. D'autres essais (cisaillement, triaxial, oedométre,…..) sont nécessaires pour effectuer les études de dimensionnement.
  • Classification selon la norme NF P11-300 : cette classification permet à partir de plusieurs essais de regrouper les sols et les roches en vu de leur réemploi en remblai ou en couche de forme. Cette norme est souvent accompagnée du Guide pour la réalisation des remblais et les couches de forme (1992 rééditer en 2000) ou du guide de remblayage des tranchées et de réfection de chaussée qui définitssent tous deux les conditions de réemploi basées sur la classification ; et du Guide de Traitement des Sols qui définit les formalités d'études des traitements des matériaux (aptitude au traitement, réemploi en couche de forme,…). Cette classification intègre de manière incomplète les roches.
  • La classification des matériaux rocheux après extraction fait appel à un savoir faire basé sur un ensemble de données d'essai permettant de caractériser le massif rocheux après son extraction. Il s'agit d'un exercice délicat très dépendant des méthodes de production et de l'hétérogénéité du massif. Il n'ya pas à proprement parlé de classification mais souvent un rapprochement avec la norme NF P 18-545 conjointement à la NF P11-300 et le GTR 92.
  • Classification des massifs rocheux: Rock Mass Rating – Q Barton – GSI – AFTES … cette classification permet d'appréhender la complexité du massif en vue généralement d'une analyse d'un aléa ou d'un dimensionnement d'ouvrage.
  • Classification des déchets, sous- produits et des sols pollués selon le code de l'environnement et des directives européennes.
  • Classification des sols en vue de la caractérisation du Risque liquéfaction selon l'Eurocode 8.

Il existe d'autres classifications mais leur usage est plus limité en géotechnique.

2.3 Tableau de synthèse des différentes classifications couramment utilisées

Le tableau suivant illustre bien, que ce soit pour les sols ou pour les roches, le cheminement qui permet à un géotechnicien de passer de la description à la classification d'un matériau en fonction de l'objectif visé : terrassement, stabilité, fondations,….
Il récapitule pour chaque classification citée, les essais minimum nécessaires non seulement à la classification mais également à la poursuite de l'objectif visé : dimensionnement, réemploi ;….

Sols et roches.jpg
  • * physico-chimie : permet de distinguer la présence naturelle de minéraux lourds, d'hydrocarbures, d'amiante ou autres qui seraient susceptibles de faire considérer le matériau comme un déchet s'il sort de l'emprise et change de maître d'ouvrage. Ces essais sont également nécessaires pour évaluer les aptitudes au traitement, l'alcali-réaction.

D'autres essais peuvent s'avérer indispensables pour assurer la qualité et la durabilité des ouvrages à réaliser (déblais, remblais, OA, pentes,…) même si non cités précisément dans ce tableau :

  • physico-chimie : MO, SO4, hydrocarbures, métaux lourds, pH, amiante, calcimétrie, teneur en coquillage, Diffraction des Rayons X, minéralogie : essais nécessaires pour définir la classe de la décharge si ces matériaux sortent du chantier, ou pour appréhender les possibilités de réemploi avec ou sans traitement, ou pour estimer les niveaux « d'attaques chimiques » pour les bétons, ou pour avoir un « point zéro » dans le cadre de suivi/observatoire de l'environnement,…..
  • granularité : courbe granulométrique complète depuis 2µ (sédimentométrie) forme des grains : angularité, faces cassées, binoculaire, aplatissement : ces essais permettent entre autres d'appréhender le comportement des matériaux sous circulation et lors du compactage ;
  • la sédimentométrie permet elle d'estimer le comportement/l'activité des fines dans le cas du réemploi des matériaux et pour l'étude de stabilité d'ouvrage en terre
  • les conditions d'extraction des matériaux rocheux : forabilité, Abrasivité/Broyabilité (évaluation de l'usure des outils d'extraction et d'élaboration)
  • divers : gélifraction, gonflement au gel, dispersivité (crumb test), érosion interne, perméabilité K,…. : essais servants notamment au dimensionnement de la couche de forme ( et de la structure de chaussée), à la stabilité interne de remblai, aux études d'assainissement,….

De façon à appréhender à l'ensemble des paramétres nécessaires au dimensionnement des ouvrages en terre (sols/roches) et à leur utilisation/extraction, on se référera aux différents documents techniques, fascicules et guides cités ci-dessous. Cette liste est non exhaustive.
La particularité française est que pour certains problèmes (par exemple pour la conception et l'exécution des fondations) coexistent deux séries de textes de référence applicables pour l'une aux projets de bâtiment, pour l'autre aux projets d'ouvrages d'art et de routes (travaux publics) :

  • les documents techniques unifiés (DTU) pour le bâtiment,

DTU 11.1 : Sondage des sols de fondation (1968)
DTU 12 : Terrassement pour le bâtiment (1964)
DTU 13.11 : Fondations superficielles (1988)
DTU 13.12 : Règles pour le calcul des fondations superficielles (1988) (= NF P 11-212 de 1994)
DTU 13.2 : Travaux de fondations profondes pour le bâtiment (1992)

  • les fascicules du cahier des clauses techniques générales (CCTG) applicables aux marchés de travaux publics (fascicules du CCTG) pour les travaux publics. On peut citer pour exemple :

Fascicule 2 : Travaux de terrassement
Fascicule 62 - titre V : Règles techniques de conception et de calcul des fondations des ouvrages de génie civil (supprimé, il devient un document de référence)
Fascicule 68 : Exécution des travaux de fondation d'ouvrages
Fascicule 69 : Exécution des travaux en souterrain
Fascicule 79-15bis : Travaux de terrassement généraux

  • différents documents de référence ou guides :

Les pieux forés – Recueil des règles de l'art : LCPC-SETRA
TA95 : Tirants d'ancrages
MUR73 : Murs par éléments
Terre armée : LCPC-SETRA
Clouage : CLOUTERRE
Colonnes ballastées : recommandations du COPREC/SOFFONS/CFMS
Inclusions rigides : recommandations du projet
Fondation au rocher : SETRA
Fondations de portiques potences et hauts mats : SETRA
The Complete ISRM Suggested Methodes for Rock Characterization, Testing and Monitoring: 1974-2006 Editors R.Ulusay & J.A.Hudson - ISRM

Ces guides, recommandations ou normes de justification des ouvrages sont complétés par tout un panel de normes NF sur les :

  • reconnaissances et essais géotechniques
  • essais de laboratoire
  • essais en place sur les sols (naturels ou compactés) et les roches
  • essais d'eau (en place) – prélèvement d'eau – piézomètres
  • essais d'éléments de structures
  • travaux de terrassements
  • exécutions des travaux géotechniques spéciaux
  • clauses contractuelles
  • exécutions des travaux
  • organisations - services

Cette cohabitation de textes différents, particularité nationale, devrait disparaître au profit d'un ensemble unique de normes applicables tant au bâtiment qu'aux travaux publics lors du passage aux futures normes européennes.

Il s'agit plus particulièrement de l'Eurocode 7 dont la partie 1 : Règles générales (NF P94-250-1), s'intéresse exclusivement aux règles fondamentales du calcul géotechnique et pourra être complétée par des normes nationales et la partie 2 : Reconnaissance des terrains et essais (NF P94-250-2), est consacrée aux exigences essentielles pour les appareillages et les procédures d'essais, pour la présentation des résultats, et pour l'interprétation des paramètres mesurés. Elle donne des exemples sur la manière de déduire des valeurs de paramètres géotechniques.

Dans le cadre de l'application pratique de l'Eurocode 7 en France, la publication des normes d'application nationale relatives aux fondations profondes (NF P94-262), fondations superficielles (NF P94-261), Murs de soutènement (NF P 4-281) Ecrans de soutènement (NF P94-282), Sols renforcés (NF P94-270), réunissant les anciennes règles des domaines du bâtiment et des ouvrages d'art, est sur le point d'aboutir.

Essais de laboratoire
Classification P 94-400-1
P 94-400-2
P 94-401-1
XP P 94-202
XP P 94-402
Dénomination et description des sols
Principes pour une classification des sols
Dénomination et Description des roches
Roches – Prélèvements des sols et des roches – Méthodologies et procédures
Roches – Glossaire. Définitions - Notations - Symboles
Identification P 94-512-1
P 94-512-2
P 94-512-3
P 94-512-4
P 94-512-12
P 94-512-6
P 94-410-1
P 94-410-2
P 94-410-3
P 94-411
P 94-430-1
P 94-430-2
Détermination de la teneur en eau

Détermination de la masse volumique d'un sol fin
Détermination de la masse volumique des grains – Méthode du pycnomètre
Détermination de la granulométrie
Détermination des limites d'Atterberg
Essai au cône
Roches – Détermination de la teneur en eau pondérale. Méthode par étuvage
Roches –Détermination de la masse volumique – Méthodes géométriques et par immersion dans l'eau
Roches – Essais– Détermination de la porosité
Roches – Détermination de la vitesse de propagation des ondes ultrasonores – Méthode par transparence
Détermination du pouvoir abrasif d'une roche. Essai de rayure avec une pointe
Détermination du pouvoir abrasif d'une roche. Essai avec un outil en

Consolidation P 94-512-5 Essai de chargement à l'oedomètre sur sol saturé
Essais de cisaillement P 94-512-7
P 94-512-8
P 94-512-9
P 94-512-10
Essai de compression simple sur sol Cohérent
Essai triaxial non consolidé non Drainé
Essai triaxial consolidé sur sol saturé
Essais de cisaillement direct
Perméabilité P 94-512-11 Détermination de la perméabilité au perméamètre à charge constante
Résistance sur roches XP P 94-412
NF P 94-420
NF P 94-422
NF P 94-423

XP P 94-424
NF P 94-425
XP P 94-429

Détermination de l'indice de résistance à la pénétration par un foret
Détermination de la résistance à la compression uniaxiale
Détermination de la résistance à la traction – Méthode indirecte (brésilien)
Détermination de la résistance à la compression triaxiale
Cisaillement direct selon une discontinuité de roche
Détermination du module de Young et du coefficient de Poisson
Résistance sous charge ponctuelle. Essai Franklin
Essais en place
Prélèvement et essais d'eau P94-510-1
P94-510-2
P94-510-3
Principes techniques des travaux
Qualification des personnels et entreprises

Certification des personnels et entreprises

Essais de pénétration statique P 94-521-1
P 94-521-12
Pointe électrique
Pointe mécanique
Essais de pénétration dynamique P 94-521-2
P 94-521-3
Pointe
Carottier
Essais de cisaillement en forage P 94-521-9
???
P 94-521-10
scissomètre

Phicomètre
WST

Essais d'expansion en forage P 94-521-4
P 94-521-5
P 94-521-6
P 94-521-11
P 94-521-7
P 94-521-8
Pressiomètre Ménard
Dilatomètre flexible
Pressiomètre autoforeur
Dilatomètre Marchetti
Essais de plaques en forage
Pressio-penetromètre
Essais d'eau P 94-513-1
P 94-513-2
P 94-513-3
P 94-513-4
P 94-513-5
P 94-513-6
Règles générales
Essais de perméabilité en forage
Essais de pression d'eau
Essais de pompage
Infiltromètres
Systèmes avec packer
Terrassement
*** NFP 11 300 Principes généraux
Classification des matériaux
Procédures de construction
Traitement des sols (avec liants)
Contrôle qualité
Le dragage et la récupération des terres
Placement hydraulique des sols et des déchets minéraux
Essais sur ouvrages
*** P 94-522-1
P 94-522-2
P 94-522-3
P 94-522-4
P 94-522-5P 94-522-6
P 94-522-7
P 94-522-8
Essai de pieu compression statique
Essai de pieu compression statique
Essai de pieu latéral
Essai de pieu compression dynamique
Ancrage
Clous
Armature de remblai
Essai de plaque
Outils personnels