Calcul de la masse volumique humide

Comprendre le Calcul de la masse volumique humide

Vous êtes un ingénieur géotechnique travaillant sur un projet de construction d’un grand complexe résidentiel. Avant de débuter la construction, il est crucial d’analyser les propriétés du sol pour assurer la stabilité de la structure. Un des paramètres essentiels à déterminer est la masse volumique humide du sol, qui joue un rôle crucial dans l’évaluation de la portance du sol.

Pour comprendre la Capacité Portante et Tassement des Sols, cliquez sur le lien.

Données fournies :

Une carotte de sol a été prélevée à une profondeur de 10 mètres sous la surface.
Le cylindre utilisé pour prélever l’échantillon de sol a un volume de 450 cm³.
Le poids du cylindre vide est de 150 g.
Après prélèvement du sol, le poids total (cylindre + sol humide) est de 1150 g.
La teneur en eau du sol, déterminée par séchage à 105°C jusqu’à masse constante, est de 15%.

Questions :

1. Calculez la masse du sol humide.

2. Déterminez la masse volumique humide du sol.

3. Commentez sur l’influence potentielle de la teneur en eau sur la masse volumique et la stabilité du sol pour la construction projetée.

Correction : Calcul de la masse volumique humide

1. Calcul de la masse du sol humide

La masse du sol humide est obtenue en soustrayant la masse du cylindre vide de la masse totale (cylindre + sol humide).

Formule :

\[ m_{\text{sol humide}} = m_{\text{total}} – m_{\text{cylindre vide}} \]

Données :

\( m_{\text{total}} = 1150\ \text{g} \)
\( m_{\text{cylindre vide}} = 150\ \text{g} \)

Calcul :

\[ m_{\text{sol humide}} = 1150\ \text{g} – 150\ \text{g} \] \[ m_{\text{sol humide}} = 1000\ \text{g} \]

2. Détermination de la masse volumique humide du sol

La masse volumique humide (ou densité humide) correspond à la masse du sol humide par unité de volume. Elle permet d’évaluer la compacité et la portance du sol.

Formule :

\[ \rho_{\text{humide}} = \frac{m_{\text{sol humide}}}{V} \]

Données :

\( m_{\text{sol humide}} = 1000\ \text{g} \)
Volume du cylindre \( V = 450\ \text{cm}^3 \)

Calcul :

\[ \rho_{\text{humide}} = \frac{1000\ \text{g}}{450\ \text{cm}^3} \] \[ \rho_{\text{humide}} \approx 2,22\ \text{g/cm}^3 \]

Remarque :
Si l’on souhaite convertir cette valeur en unités SI (kg/m³), sachant que \( 1\ \text{g/cm}^3 = 1000\ \text{kg/m}^3 \) :

\[ \rho_{\text{humide}} \approx 2220\ \text{kg/m}^3 \]

3. Influence de la teneur en eau sur la masse volumique et la stabilité du sol

La teneur en eau du sol, ici de 15 %, joue un rôle déterminant sur plusieurs aspects :

Augmentation de la masse volumique apparente :
L’eau s’ajoute à la masse du sol. Une teneur en eau élevée peut donc conduire à une masse volumique plus importante par rapport au sol sec. Toutefois, cette augmentation est due au poids de l’eau et non à un renforcement intrinsèque du matériau.
Effets sur la portance et le tassement :
- Portance :
  Bien que la masse volumique soit plus élevée, un excès d’eau peut réduire la capacité portante du sol, car l’eau peut agir comme un lubrifiant entre les particules, diminuant ainsi la friction et la cohésion.
- Tassement :
  Un sol humide et saturé peut se compacter davantage sous charge, entraînant un tassement plus important. Cela est particulièrement critique en génie civil, où une stabilité et une prévisibilité du comportement du sol sont indispensables pour la sécurité de la construction.
Conclusion sur la stabilité du sol pour la construction :
La présence de 15 % d’eau indique un sol modérément humide. Si cette teneur est homogène et stable, les ingénieurs peuvent prendre en compte cet état dans leurs calculs de portance et de tassement. Cependant, des variations locales de l’humidité ou des conditions climatiques imprévues (pluies intenses, inondations) pourraient modifier ces propriétés et influencer la stabilité du projet. Une analyse complémentaire (études de perméabilité, essais triaxiaux, etc.) est donc souvent recommandée pour assurer la sécurité et la durabilité de la construction.