Classification des Sols selon AASHTO
Contexte : Le sol, fondation de tout projet de Génie Civil.
En géotechnique, la classification des sols est l'étape initiale et fondamentale de toute étude. Elle permet de regrouper les sols présentant des comportements similaires et de prédire leurs performances en tant que matériau de construction ou de fondation. Le système AASHTOAmerican Association of State Highway and Transportation Officials. Ce système de classification est principalement utilisé pour les projets routiers (remblais, couches de forme). est l'une des méthodes les plus utilisées dans le monde, en particulier pour les projets routiers. Cet exercice vous guidera à travers la démarche de classification d'un sol à partir de résultats d'essais en laboratoire.
Remarque Pédagogique : Cet exercice est une application méthodique d'une procédure normalisée. À partir de données de laboratoire brutes (granulométrie et limites d'Atterberg), nous allons suivre une série d'étapes logiques pour attribuer au sol un "nom de code", comme A-2-6(1), qui résume son comportement. C'est une compétence essentielle pour tout ingénieur ou technicien en génie civil pour communiquer efficacement sur la nature d'un sol.
Objectifs Pédagogiques
- Interpréter les résultats d'une analyse granulométrique par tamisage.
- Calculer l'Indice de Plasticité (IP) à partir des limites d'Atterberg.
- Appliquer la méthodologie de classification AASHTO pour déterminer le groupe et le sous-groupe d'un sol.
- Calculer l'Indice de Groupe (IG) pour affiner la classification des sols fins.
- Donner la classification complète du sol (ex: A-7-5(12)).
- Comprendre l'implication de la classification sur la qualité du sol en tant que matériau de remblai.
Données de l'étude
Schéma représentatif des essais
| Essai | Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|---|
| Analyse Granulométrique | Passant au tamis N°10 (2 mm) | - | 92 | % |
| Passant au tamis N°40 (0.425 mm) | - | 78 | % | |
| Passant au tamis N°200 (0.075 mm) | \(P_{\text{200}}\) | 64 | % | |
| Limites d'Atterberg | Limite de Liquidité | \(LL\) | 42 | % |
| Limite de Plasticité | \(LP\) | 25 | % |
Questions à traiter
- Déterminer les pourcentages de gravier, de sable et d'éléments fins (limon/argile).
- Calculer l'indice de plasticité (IP) du sol.
- À l'aide des critères AASHTO, déterminer le groupe et le sous-groupe du sol.
- Calculer l'indice de groupe (IG) et donner la classification AASHTO complète du sol.
Les bases de la Classification des Sols
Avant de commencer, rappelons quelques concepts fondamentaux de la géotechnique.
1. L'Analyse Granulométrique :
Elle vise à déterminer la distribution en taille des grains du sol. On sépare les "gros" grains (graviers, sables) des "petits" (limons, argiles). Les tamis clés sont :
- Tamis N°10 (2 mm) : Sépare les graviers (refus) du reste (passant).
- Tamis N°200 (0.075 mm ou 75 µm) : Sépare les sables (refus) des éléments fins (passant). C'est la frontière entre les sols grenus et les sols fins.
2. Les Limites d'Atterberg :
Elles décrivent la consistance de la fraction fine d'un sol en fonction de sa teneur en eau.
- Limite de Liquidité (LL) : Teneur en eau au-delà de laquelle le sol se comporte comme un liquide.
- Limite de Plasticité (LP) : Teneur en eau en dessous de laquelle le sol devient friable et perd sa plasticité.
- Indice de Plasticité (IP) : C'est la différence \(IP = LL - LP\). Il représente la plage de teneur en eau dans laquelle le sol est plastique. Un IP élevé indique un sol argileux.
3. Le Système AASHTO :
Il classe les sols en 8 groupes principaux, de A-1 (les meilleurs sols pour les routes, graves et sables propres) à A-7 (les pires, argiles très plastiques) et A-8 (tourbes). La classification se fait en suivant un tableau de gauche à droite. L'Indice de Groupe (IG) est un nombre entier (0 ou plus) qui affine la classification des sols fins (A-4 à A-7) : plus l'IG est élevé, plus le sol est de mauvaise qualité.
Correction : Classification d'un Sol selon AASHTO
Question 1 : Déterminer les pourcentages des fractions de sol
Principe (le concept physique)
Le sol est un mélange de particules de différentes tailles. La première étape de la classification consiste à quantifier la proportion de chaque "famille" de grains : les gros (graviers), les moyens (sables) et les très petits (fins). Cela nous donne une première idée du type de sol : est-il majoritairement grenu ou fin ?
Mini-Cours (approfondissement théorique)
La granulométrie est la base de toutes les classifications. Les pourcentages sont calculés à partir des "passants", c'est-à-dire la proportion de l'échantillon total qui passe à travers les mailles d'un tamis donné. Par différence, on peut déduire la proportion de chaque fraction.
Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)
Imaginez que vous triez un sac de pièces de monnaie. Vous utilisez d'abord un grand tamis pour séparer les grosses pièces (les graviers), puis un plus fin pour séparer les pièces moyennes (les sables) de la poussière (les fins). C'est exactement le même principe, mais avec des grains de sol.
Normes (la référence réglementaire)
L'analyse granulométrique par tamisage est une procédure standardisée, décrite par exemple dans la norme ASTM D6913. Les diamètres des tamis (N°10, N°200, etc.) sont définis par ces normes pour assurer l'uniformité des résultats.
Formule(s) (l'outil mathématique)
Les pourcentages se calculent comme suit :
Hypothèses (le cadre du calcul)
On suppose que l'échantillon de sol testé est représentatif de la masse de sol sur le site et que les essais de tamisage ont été menés correctement, sans perte de matière.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
- Passant au tamis N°10 = 92 %
- Passant au tamis N°200 = 64 %
Astuces(Pour aller plus vite)
Vérifiez toujours que la somme de vos trois pourcentages (Gravier + Sable + Fins) est bien égale à 100%. C'est un moyen rapide de détecter une erreur de calcul. Ici : 8% + 28% + 64% = 100%. C'est bon !
Schéma (Avant les calculs)
Principe du Tamisage
Calcul(s) (l'application numérique)
Appliquons les formules :
Schéma (Après les calculs)
Composition du Sol
Réflexions (l'interprétation du résultat)
Le sol contient 64% d'éléments fins (plus de 35%). Selon le système AASHTO, cela signifie qu'il s'agit d'un **sol fin**. Nous devons donc nous orienter vers les groupes A-4, A-5, A-6 ou A-7 pour la classification.
Points de vigilance (les erreurs à éviter)
L'erreur la plus commune est de mal calculer le pourcentage de sable. Il ne s'agit pas du passant au N°40, mais bien de la différence entre le passant au N°10 et celui au N°200, car cette fraction correspond aux grains qui sont passés à travers les mailles de 2 mm mais ont été retenus par celles de 0.075 mm.
Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
- La frontière entre sols grenus et sols fins est fixée à 35% de passant au tamis N°200.
- Le % Sable est la fraction comprise entre le tamis N°10 et le N°200.
- Le % Gravier est ce qui est retenu sur le tamis N°10.
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)
La frontière de 0.075 mm (ou 75 microns) n'est pas arbitraire. C'est approximativement la plus petite taille de particule visible à l'œil nu. C'est aussi la limite où les forces de surface (électrostatiques) entre les grains commencent à devenir plus importantes que leur poids, ce qui explique le comportement cohésif des argiles.
FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
A vous de jouer(pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)
Si le passant au N°10 était de 70% et celui au N°200 de 20%, quel serait le % de sable ?
Question 2 : Calculer l'indice de plasticité (IP)
Principe (le concept physique)
L'indice de plasticité (IP) mesure la "pâte à modeler" que l'on peut faire avec le sol. Il quantifie la plage de teneur en eau sur laquelle le sol est malléable. Un sable propre n'a pas de plasticité (IP=0), tandis qu'une argile grasse est très plastique (IP élevé). Cette propriété est cruciale car elle est directement liée au potentiel de gonflement et de retrait du sol.
Mini-Cours (approfondissement théorique)
Les limites d'Atterberg définissent les frontières entre les états de consistance d'un sol fin : solide, plastique, et liquide. L'IP est la largeur du domaine plastique. Il est directement lié au type et à la quantité de minéraux argileux présents dans le sol. Des minéraux comme la Montmorillonite donnent des IP très élevés, tandis que la Kaolinite donne des IP plus faibles.
Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)
Pensez à la différence entre du sable mouillé et de l'argile de potier. Vous pouvez former une boule avec les deux. Mais si vous essayez de faire un long fil fin, le sable se cassera immédiatement (il n'est pas plastique, LP ≈ LL), tandis que l'argile restera cohérente sur une large plage d'humidité (IP élevé).
Normes (la référence réglementaire)
Les essais pour déterminer les limites de liquidité et de plasticité sont normalisés par l'ASTM D4318. La méthode de la coupelle de Casagrande est la plus connue pour la LL, et le roulage de "vermicelles" de 3 mm de diamètre pour la LP.
Formule(s) (l'outil mathématique)
L'Indice de Plasticité est la simple différence entre la Limite de Liquidité et la Limite de Plasticité.
Hypothèses (le cadre du calcul)
On suppose que les essais d'Atterberg ont été réalisés sur la fraction du sol passant le tamis N°40 (0.425 mm), comme le prescrit la norme.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
- Limite de Liquidité, \(LL = 42\%\)
- Limite de Plasticité, \(LP = 25\%\)
Astuces(Pour aller plus vite)
Les valeurs de LL et IP sont les deux coordonnées qui permettent de situer un sol sur l'abaque de plasticité de Casagrande. Cet abaque est l'outil principal de la classification USCS, mais visualiser où se situe notre sol (LL=42, IP=17) peut aussi donner une idée de son comportement : il se trouve au-dessus de la "Ligne A", dans la zone des argiles de plasticité intermédiaire.
Schéma (Avant les calculs)
Concept de l'Indice de Plasticité
Calcul(s) (l'application numérique)
Appliquons la formule :
Schéma (Après les calculs)
Indice de Plasticité Calculé
Réflexions (l'interprétation du résultat)
Un IP de 17% indique une plasticité modérée. Le sol n'est pas non-plastique comme un sable, mais il n'est pas non plus une argile très active. Cette valeur, combinée au LL, sera déterminante pour distinguer les sous-groupes de sols fins.
Points de vigilance (les erreurs à éviter)
Vérifiez toujours que \(LL > LP\). Si ce n'est pas le cas, il y a une erreur dans les mesures de laboratoire. Un sol pour lequel on ne peut pas déterminer la LP est dit "non-plastique" (NP), et son IP est considéré comme nul.
Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
- L'Indice de Plasticité est \(IP = LL - LP\).
- Il mesure la plage de "malléabilité" du sol.
- Un IP élevé est typique des sols argileux.
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)
Certains sols, appelés "sols dispersifs", peuvent avoir des limites d'Atterberg qui changent radicalement en présence d'eau pure par rapport à de l'eau salée. Ces sols sont particulièrement dangereux car ils peuvent s'éroder de l'intérieur et causer des ruptures catastrophiques de barrages ou de digues.
FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
A vous de jouer(pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)
Si LL=55% et LP=20%, quel serait l'IP ?
Question 3 : Déterminer le groupe et sous-groupe du sol
Principe (le concept physique)
La classification AASHTO est un processus d'élimination systématique. On utilise un tableau standardisé et on vérifie les critères de chaque groupe de gauche à droite, jusqu'à trouver la première colonne qui correspond aux propriétés de notre sol. Les critères portent sur la granulométrie (% passant les tamis) et la plasticité (LL et IP).
Mini-Cours (approfondissement théorique)
Le système est conçu pour que les sols soient évalués d'abord sur leur fraction grenue. Si un sol a moins de 35% de fins, il tombe dans les groupes A-1 à A-3. S'il a plus de 35% de fins, il est classé dans les groupes A-4 à A-7. La distinction entre ces derniers se fait uniquement sur la base des limites d'Atterberg, qui reflètent le comportement de la matrice fine dominante.
Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)
C'est comme un organigramme de décision. Vous répondez "oui" ou "non" à une série de questions. "Le passant au N°200 est-il > 35% ?" -> Oui. "Le LL est-il ≤ 40% ?" -> Non. "L'IP est-il ≤ 10% ?" -> Non. Et ainsi de suite, jusqu'à ce que vous arriviez à une case où toutes les conditions sont remplies.
Normes (la référence réglementaire)
La procédure est rigoureusement définie dans la norme AASHTO M 145. Le tableau de classification est l'outil central de cette norme. Il est essentiel de le suivre sans sauter d'étapes, toujours de gauche à droite.
Formule(s) (l'outil mathématique)
Il n'y a pas de formule unique, mais une série de critères à vérifier dans un tableau. Pour le sous-groupe A-7, le critère de distinction est :
Hypothèses (le cadre du calcul)
L'hypothèse principale est que le sol ne contient pas de quantités significatives de matière organique, ce qui le classerait en A-8. Cette vérification se fait généralement visuellement ou par des essais spécifiques non inclus ici.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
- Passant au tamis N°200 = 64 % (> 35 %, donc sol fin)
- Limite de Liquidité, \(LL = 42\%\)
- Indice de Plasticité, \(IP = 17\%\)
Astuces(Pour aller plus vite)
Pour les sols fins, regardez d'abord le LL. S'il est > 40, vous savez que vous êtes dans les groupes A-5 ou A-7. Ensuite, regardez l'IP. S'il est > 10, vous êtes forcément en A-7. Cela permet d'éliminer rapidement plusieurs colonnes du tableau.
Schéma (Avant les calculs)
Extrait simplifié de la table AASHTO pour sols fins
| Critère | A-4 | A-5 | A-6 | A-7 |
|---|---|---|---|---|
| Passant N°200 (%) | > 35 | > 35 | > 35 | > 35 |
| LL (%) | ≤ 40 | > 40 | ≤ 40 | > 40 |
| IP (%) | ≤ 10 | ≤ 10 | > 10 | > 10 |
| Relation IP vs LL | - | - | - | IP > LL-30 ? |
Calcul(s) (l'application numérique)
Suivons la procédure pour les sols fins (A-4 à A-7) :
Vérification du sous-groupe A-7 :
Le critère est vérifié. Le sol appartient donc au sous-groupe A-7-6.
Schéma (Après les calculs)
Position sur l'Abaque de Plasticité
Réflexions (l'interprétation du résultat)
Le sol est classé A-7-6, ce qui correspond à un sol argileux. Ce sont généralement des sols de qualité médiocre à mauvaise pour une utilisation en remblai routier, car ils sont sensibles à l'eau, peuvent gonfler ou se tasser, et sont difficiles à compacter.
Points de vigilance (les erreurs à éviter)
L'erreur la plus fréquente est de ne pas suivre le tableau de gauche à droite. Si un sol correspond aux critères de la colonne A-2-6 et aussi à ceux de A-6, il doit être classé A-2-6 car c'est la première classification valide rencontrée.
Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
- La classification AASHTO est un processus d'élimination de gauche à droite.
- La première distinction est faite sur le % de passant au tamis N°200 (seuil de 35%).
- Pour les sols fins, la distinction se fait ensuite avec LL et IP.
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)
La distinction entre A-7-5 et A-7-6 est importante. Les sols A-7-5 sont des limons élastiques, qui peuvent subir de grands tassements sous charge. Les sols A-7-6 sont des argiles plastiques, qui sont plus sujettes au gonflement et au retrait avec les variations de teneur en eau.
FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
A vous de jouer(pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)
Un sol a P200=50%, LL=35%, IP=15%. Quel est son groupe AASHTO ?
Question 4 : Calculer l'Indice de Groupe (IG) et donner la classification complète
Principe (le concept physique)
L'Indice de Groupe (IG) est une formule empirique qui affine la classification des sols fins. Il donne une note de "mauvaise qualité" au sol. Un IG de 0 est le meilleur possible pour un sol fin, et plus il augmente, plus le sol est jugé médiocre. Il est calculé en fonction du pourcentage de fins, de la limite de liquidité et de l'indice de plasticité.
Mini-Cours (approfondissement théorique)
La formule de l'IG est composée de deux parties. La première partie pénalise les sols ayant une grande proportion de fins et une limite de liquidité élevée. La seconde partie pénalise les sols ayant une grande proportion de fins et une forte plasticité. L'indice combine donc les deux principaux facteurs qui rendent un sol fin problématique pour les applications routières.
Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)
Voyez l'IG comme un "handicap" pour le sol. Un sol A-4 avec un IG de 0 est bien meilleur qu'un autre sol A-4 avec un IG de 8. Cela permet de comparer deux sols appartenant au même groupe et de choisir le moins mauvais pour le projet.
Normes (la référence réglementaire)
La formule de calcul de l'Indice de Groupe et ses règles d'application (arrondi, termes non-négatifs) sont spécifiées dans la norme AASHTO M 145. Il est important de noter que pour les sols grenus (A-1 à A-3), l'IG est toujours égal à 0.
Formule(s) (l'outil mathématique)
L'Indice de Groupe est calculé par la formule :
Chaque terme de l'addition ne peut être négatif (si un terme est négatif, on le prend égal à 0). L'IG est toujours arrondi à l'entier le plus proche.
Hypothèses (le cadre du calcul)
La formule n'est applicable que pour les sols des groupes A-4, A-5, A-6 et A-7. On suppose que les valeurs de P200, LL et IP utilisées sont précises.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
- Passant au tamis N°200, \(P_{\text{200}} = 64\%\)
- Limite de Liquidité, \(LL = 42\%\)
- Indice de Plasticité, \(IP = 17\%\)
Astuces(Pour aller plus vite)
Avant de vous lancer dans le calcul, vérifiez si les termes entre parenthèses sont positifs. Ici, (LL-40) = 2, c'est positif. (IP-10) = 7, c'est positif. Donc aucun des deux grands termes de la somme ne sera nul à cause de ça. Cela évite des erreurs d'inattention.
Schéma (Avant les calculs)
Composants de l'Indice de Groupe
Calcul(s) (l'application numérique)
Calculons le premier terme de la somme :
Calculons le second terme :
Faisons la somme et arrondissons :
Schéma (Après les calculs)
Classification Finale
A-7-6(10)
Réflexions (l'interprétation du résultat)
Un indice de groupe de 10 est une valeur relativement élevée, confirmant que le sol est de qualité médiocre. La classification complète s'écrit en ajoutant l'IG entre parenthèses après le sous-groupe.
Points de vigilance (les erreurs à éviter)
N'oubliez pas d'arrondir l'IG à l'entier le plus proche. De plus, si l'un des deux termes de la formule est négatif (par exemple si LL < 40), il doit être remplacé par zéro avant de faire la somme. L'IG ne peut jamais être négatif.
Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
- L'IG n'est calculé que pour les sols fins (A-4 à A-7).
- Il quantifie la "mauvaise qualité" du sol ; plus il est élevé, plus le sol est médiocre.
- L'IG est toujours un entier positif ou nul.
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)
La formule de l'Indice de Groupe a été développée dans les années 1940. Bien qu'elle soit empirique (basée sur l'expérience et l'observation plutôt que sur une théorie physique pure), elle s'est avérée remarquablement efficace et est toujours utilisée aujourd'hui, près de 80 ans plus tard.
FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
A vous de jouer(pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)
Calculez l'IG pour un sol avec P200=80%, LL=50%, IP=25%.
Outil Interactif : Classification AASHTO
Modifiez les paramètres du sol pour voir leur influence sur l'Indice de Groupe et la qualité du sol.
Paramètres d'Entrée
Résultats Clés
Le Saviez-Vous ?
Karl von Terzaghi (1883-1963) est considéré comme le "père de la mécanique des sols". Ingénieur autrichien, il a révolutionné le domaine en développant la théorie de la consolidation, qui explique comment les sols argileux se tassent sous une charge. Une anecdote raconte qu'il a résolu un problème majeur de tassement de la Tour de Pise en analysant des données vieilles de plusieurs siècles, démontrant son intuition géniale.
Foire Aux Questions (FAQ)
Quelle est la différence entre la classification AASHTO et USCS ?
Le système AASHTO a été développé pour les routes. Il est donc très efficace pour évaluer la qualité d'un sol en tant que couche de base ou remblai. Le système USCS (Unified Soil Classification System) est plus général, utilisé pour tous types de projets de génie civil (bâtiments, barrages...). L'USCS a plus de catégories et distingue mieux les limons des argiles, ce qui est crucial pour les problèmes de tassement ou de stabilité des pentes.
Un sol avec un Indice de Groupe élevé est-il toujours mauvais ?
Pour un usage en remblai routier, oui, un IG élevé (disons > 20) indique un sol très médiocre, qui sera probablement écarté ou nécessitera un traitement coûteux (à la chaux, au ciment...). Cependant, ce même sol (une argile plastique) pourrait être excellent pour constituer le noyau étanche d'un barrage en terre, car sa faible perméabilité est alors un avantage.
Quiz Final : Testez vos connaissances
1. Un sol a 25% de passant au tamis N°200. Selon l'AASHTO, c'est un...
2. Pour deux sols A-7-6, lequel est de meilleure qualité pour un remblai ?
- Limites d'Atterberg
- Ensemble d'indices (Limite de Liquidité LL, Limite de Plasticité LP) qui caractérisent la consistance de la fraction fine d'un sol en fonction de sa teneur en eau.
- Indice de Plasticité (IP)
- Différence IP = LL - LP. Il mesure la plage de teneur en eau où le sol a un comportement plastique. Un IP élevé est caractéristique des argiles.
- Indice de Groupe (IG)
- Indice numérique calculé pour les sols fins (A-4 à A-7) qui évalue leur qualité en tant que matériau de couche de forme. Plus l'IG est élevé, plus le sol est médiocre.
D’autres exercices de géotechnique :
0 commentaires