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Les sols et la construction

Publié à l'origine en décembre 1961.

R. F. Legget

Le sol est probablement le plus important de tous les matériaux de

construction; il est certainement l'un des plus intéressants puisqu'il

se trouve sous la plupart des maisons et des ouvrages que l'on

construit. C'est lui qui permet d'améliorer l'apparence du paysage aux

abords des ouvrages; c'est lui qui supporte la plupart des chaussées de

routes et des pistes d'aéroport et c'est avec lui que l'on constitue

les grands et les petits remblais. Dans certains pays on va même

jusqu'à utiliser le sol comme matériau de construction avec lequel on

fait des éléments après séchage ou avec lequel on construit en pisé.

Les architectes et les constructeurs connaissent généralement les

sols. L'architecte doit connaître les caractéristiques locales des sols

lorsqu'il étudie un terrain pour la première fois, même si celui-ci est

encore couvert d'herbe. Les bureaux d'architectes ont l'habitude de

faire effectuer des forages d'essais dans tous les terrains où ils

doivent ériger des ouvrages importants et ils consultent des

spécialistes sur les conditions de fondation qui existent dans ces

terrains. Le constructeur de son côté est très conscient de

l'importance du sol dans ses travaux car la connaissance du type de sol

qu'il rencontrera dans un chantier lui est nécessaire pour faire ses

devis techniques et financiers.

Malgré la connaissance que ces spécialistes ont du sol en regard de

la construction il se pose bien des problèmes difficiles sur les

chantiers. Lorsqu'il fait humide ou lorsque l'eau doit être sortie des

excavations au moyen de pompes il se produit des boues qui peuvent

donner une fausse idée du caractère véritable du sol rencontré. Le plus

commun de tous les problèmes est peut-être le tassement qui se produit

lorsque les tranchées ou les excavations sont remblayées autour des

bâtiments. Les architectes et les constructeurs savent qu'il faut

remblayer avec grand soin mais cela n'empêche pas un grand nombre

d'entre eux de remblayer trop rapidement ou de ne pas comprendre qu'il

est absolument nécessaire de placer la terre de remblai en fines

couches.

Le but du présent digeste est de donner quelques notions sur les

caractéristiques essentielles des sols et sur leur compactage. Le sol

est souvent considéré comme un matériau sans intérêt. C'est pourquoi à

première vue le sujet de la présente note peut sembler un peu terne

mais la lecture des notions de géologie des sols qu'elle contient

effacera peut-être cette première impression. Cela est d'autant plus

vrai qu'il faut connaître parfaitement la nature des sols avant de se

faire une idée des contraintes qui se produiront dans le sol sous une

fondation. Les fondations elles-mêmes feront l'objet d'un prochain

digeste. Nous nous occuperons ici de la nature du sol de la façon dont

il réagit avec l'eau et de la marche à suivre pour remblayer afin

d'éviter que des tassements se produisent par la suite. Si le

constructeur tient compte en particulier des renseignements qui

s'appliquent au remblayage il évitera bien des difficultés.

L'architecte sera mieux en mesure d'employer les mots qui conviennent

lorsqu'il mentionnera les sols dans ses devis. De cette façon il se

fera mieux comprendre et la réalisation de ses plans s'effectuera plus

facilement.

posté par bentafat_rachid

Nature du sol

Il est nécessaire de définir clairement ce qu'on entend par sol.

C'est le mot employé par les ingénieurs et les architectes pour décrire

tous les matériaux détachés ou fragmentaires qui se trouvent dan la

croûte terrestre. Le sol est donc beaucoup plus que la fine couche de

terre organique arable dont on parle en agriculture et en jardinage.

Par conséquent le mot sol pour les ingénieurs veut dire tous les

matériaux que l'on trouve dans la terre et qui vont du sable et du

gravier (dont on peut voir les particules à l'oeil nu) à des argiles à

grains très fins (dont les particules ne peuvent même pas être

distinguées lorsqu'on cherche à les voir avec des microscopes à faible

puissance). Tout les sols sont faits de particules qui dérivent de

rochers massifs. Ces particules sont donc des minéraux comme ceux qui

composent les rocs. Il peut sembler curieux de parler de l'argile comme

d'un minéral mais c'est pourtant le cas. On reconnaît maintenant les

caractéristiques distinctes des principaux minéraux argileux, lesquels

constituent un groupe important.

Géologie des sols

Les particules de rochers qui constituent les sols ont été enlevées

de leur emplacement initial par divers modes de transport. Il existe

par exemple dans l'ouest du Canada des dépôts importants de sols

éoliens dont les particules ont été amenées à leur emplacement actuel

par l'action du vent. Dans tout le Canada on trouve des dépôts

glaciaires qui sont un mélange de gravier, de sable, de limon et

d'argile qui ont été déplacés en grandes quantités par les glaciers et

ont été déposés là où ils se trouvent lorsque les glaciers se sont

retirés. Certains sédiments de sable et de gravier ont été déposés par

l'eau coulant sous les glaciers ou provenant des glaciers et ces

sédiments forment parfois une caractéristique de paysages actuels comme

les drumlins de la région de Peterborough en Ontario.

D'autres sols ont été déplacés et déposés par l'action de l'eau. Un

mélange de particules que l'eau a sorti des glaciers peut être déposé

sous forme de sable, de limon ou d'argile aux dimensions bien

assorties. Les grands dépôts d'argile qui forment les sols si

importants des Prairies dans le Manitoba du Nord et dans les vallées

comme celle du St.-Laurent ont été amenés de cette façon depuis les

lacs glaciaires ou la mer.

Si l'on trouve une telle variété de conditions locales du sol au

Canada c'est par suite des divers phénomènes géologiques qui se sont

manifestés. Sous Montréal se trouve un mélange de dépôts glaciaires et

d'argile en provenance de la mer Champlain. On trouve à Ottawa le même

genre de dépôt argileux d'origine marine tandis que le sous-sol de

Toronto est formé par des sédiments glaciaires et des argiles déposées

dans l'eau douce avec quelques dépôts deltaiques de sable. Les dépôts

d'argile du lac Agassiz à Winnipeg sont bien connus ainsi d'ailleurs

que les argiles glaciaires correspondantes que l'on trouve dans

d'autres villes des Prairies. Les sols de Vancouver constituent l'un

des assemblages les plus complexes de tous, lequel est typique de

l'histoire géologique inusitée de la côte du Pacifique.

Dans d'autres parties du monde comme le sud des États-Unis on trouve

de grands dépôts de sols qu'on appelle sols résiduels du fait qu'ils

sont formés de particules de rocher qui sont restées sur place. Ces

particules proviennent de la détérioration par les éléments du rocher

sur lesquels ils sont entassés. On peut dire qu'en général il n'y a pas

de sol résiduel au Canada; certainement pas, en tous cas, qu'on risque

de rencontrer dans les travaux ordinaires de construction.

posté par bentafat_rachid

Types de sols

Les sols sont généralement décrits et définis par la dimension des

particules qui les constituent. Le sable par exemple se reconnaît

facilement car il est constitué par de petites particules que l'on voit

aisément à l'oeil nu. Les limons sont des sols formés de particules

plus fines que celles que l'on trouve dans le sable mais pas aussi

fines que celles qui constituent les argiles. On ne peut pas voir à

l'oeil nu les fines particules des limons et des argiles mais on peut

déterminer leurs dimensions au laboratoire de telle sorte que l'on peut

fixer des limites permettant de décrire de façon plus précise les

différents types de sols. Ces limites sont:

Cailloux

diamètre supérieur à 3 pouces

Gravier

particules dont le diamètre est inférieur à 3 pouces mais qui ne passent pas dans le tamis No 4 (environ 1/4 de pouce)

Sable

particules passant dans le tamis No 4 mais ne passant pas dans le

tamis No 200 (les particules plus petites que celles qui passent dans

le tamis No 200 ne sont pas visibles à l'oeil nu)

Limons

particules dont le diamètre est inférieur à 0.02 mai et supérieur à 0.002 mm

Argiles

particules dont le diamètre est inférieur à 0.002 mm

Ces indications s'appliquent à des sols formés de particules ayant

approximativement la même dimension. Il existe naturellement de

nombreux sols formés de mélanges de particules de dimensions

différentes. On décrit ces sols en disant par exemple que ce sont des

graviers sableux ou des sables limoneux ou des argiles sablonneuses.

Les dépôts glaciaires constituent peut-être le meilleur exemple d'un

mélange de sol car ils consistent généralement en toute une gamme de

particules allant des cailloux aux argiles.

Si l'on examine attentivement un échantillon de l'un de ces mélanges

de sol il n'est pas difficile de voir qu'entre les différentes

particules de sols se trouvent des vides. Les vides se voient

facilement dans le sable et dans le gravier. On peut les imaginer

naturellement beaucoup plus petits dans les limons ou les argiles.

Lorsque le sol est sec les vides sont remplis d'air. Lorsque les vides

sont remplis d'eau on dit que le sol est saturé. Ce type de mélange de

minéral, d'air et d'eau s'appelle techniquement un système à trois

phases.

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Problèmes du sol

Les propriétés du sol varient énormément selon la corrélation qui

existe entre les trois phases. Par exemple on peut avoir un mélange de

sable, de limon et d'argile qui est si dur qu'il ressemble à un roc

lorsqu'il est sec et ne donne aucune difficulté. Le même sol lorsqu'il

est humide peut avoir presque la consistance de la soupe de pois et

donner lieu à de grandes difficultés sur un chantier. La seule

différence qui existe entre les deux conditions a été le remplacement

de l'air par l'eau dans les vides. Ce simple fait est la clef de tout

le problème du maniement des sols dans la construction.

En dehors des difficultés causées par la boue sur les chantiers les

principaux problèmes causés par le sol dans les travaux de construction

sont ceux qui sont liés à la nécessité de remblayer autour des murs de

sous-sols et dans les tranchées qu'on a creusées pour installer la

tuyauterie. Tout le monde a vu la terre qui s'incurve à la surface des

tranchées remblayées quelques temps après leur remblayage. Avec un peu

de soin non seulement on peut éviter les difficultés se produisant par

suite du tassement d'un sol remblayé mais encore on n'a pas besoin de

laisser un excédent de sol au-dessus des excavations remblayées comme

on le fait quelquefois pour compenser des tassements anticipés. La

meilleure façon d'expliquer la façon d'éviter tous ces inconvénients

est de dire que si le sol enlevé pouvait être remis à sa place comme il

était avant l'excavation il ne se produirait pas de tassements mais le

sol serait tout simplement remis dans son état initial. Pour tendre

vers cet idéal il suffit d'appliquer les règles fondamentales du

compactage du sol lorsque l'on procède à des remblayages.

posté par bentafat_rachid

Compactage du sol

Si l'on compacte un mélange de sol en laboratoire dans un récipient

ayant un volume déterminé et dans des conditions standard on obtiendra

une certaine valeur pour sa densité (qu'on appelle généralement poids à

sec par pied cube). Et si on mélange le tout comme il faut on

constatera que la densité aura augmentée après compactage du mélange

dans le même récipient et dans les mêmes conditions. On peut continuer

cette méthode (comme on peut le voir dans la figure) jusqu'à ce que

l'on ait atteint une certaine humidité optimum après laquelle la

densité diminuera si on ajoute davantage d'eau. Ce résultat peut être

expliqué par le fait que l'eau, pour ainsi dire, lubrifie les

particules de sols lesquelles sont alors serrées davantage les unes

contre les autres et elles donnent une masse de plus en plus compacte

tant qu'il y a des vides dans le mélange. En ajoutant de l'eau une fois

que tous les vides sont remplis on ne fera qu'inciter les particules de

sol à se séparer ce qui réduira le poids à sec effectif. L'explication

complète de ce phénomène est peut-être plus compliquée que cela étant

donné que les propriétés des pellicules d'humidité sur les particules

de sol entrent idée jeu, mais cette explication simplifiée donne une

excellente idée du phénomène.

Les implications pratiques de ces expériences sont importantes. Si

le sol est remblayé dans une tranchée dans les conditions indiquées par

le point "A" sur la courbe on peut le compacter afin d'en faire une

masse dense et dure laquelle cependant contiendra un volume

considérable de vides. Ces vides seront occupés par l'eau si l'eau

vient en contact avec le sol sous forme de pluie ou autrement. Dans

l'exemple donné la teneur en humidité peut passer de 9 pour cent à 13

pour cent sans qu'il en résulte de changement dans le volume du sol.

Quoiqu'il soit ferme lorsqu'il ne contient que 9 pour cent d'humidité

le sol sera probablement très mouillé et très sale lorsqu'il en

contiendra 13 pour cent. Si par contre le sol a des conditions

d'humidité optimums et s'il est compacté l'eau ne pourra plus y entrer

étant donné que presque tous les vides initiaux seront déjà remplis par

de petites particules de sol. Les caractéristiques de ce sol ne

changeront pas avec le temps.

Par conséquent le secret d'un bon remblayage est de replacer dans

les tranchées ou autour d'un bâtiment un sol dont le contenu en

humidité sera aussi proche de son contenu optimum que possible et

compacté de telle façon qu'il aura sa densité maximum pour cette teneur

optimum en humidité. Lorsqu'il s'agit d'ouvrages importants on a

intérêt à mettre à l'épreuve au laboratoire les sols rencontrés afin de

déterminer leur teneur optimum en humidité et leur densité maximum

correspondante. Il est certain que cela n'est pas possible pour les

petits travaux. Heureusement cependant il existe une façon très simple

de déterminer approximativement la teneur en eau optimum pour laquelle

la densité maximum peut être obtenue. Pour de nombreux sols on peut

définer ce point en mélangeant de petites quantités du sol avec de

l'eau et en serrant dans ses mains une petite motte de ce sol pour la

mettre à l'épreuve. Si la motte de terre a une consistance telle

qu'elle ne fera que se briser en petits morceaux lorsqu'on lui applique

une certain pression (avec le pouce par exemple) cela indique que la

quantité d'eau dans le sol est parfaite pour donner une densité

optimum, Lorsqu'on remblait des tranchées, par conséquent, on devra

faire subir une simple épreuve au sol si ce n'est pas du sable ou du

gravier.

Il est clair que cette condition d'humidité optimum correspond

approximativement à la condition naturelle du sol au moment où il est

enlevé. Par conséquent on devra s'efforcer de protéger le sol une fois

qu'il est enlevé lorsqu'on a l'intention de le remblayer et de le

garder dans son état naturel. Il est utile par exemple de le recouvrir

de toiles afin de réduire l'évaporation de l'eau qu'il contient. Si

l'on s'aperçoit par contre que son contenu en eau a changé il faudra au

moment du remblayage, soit faire sécher le sol, soit lui ajouter de

l'eau afin qu'il obtienne la consistance voulue.

On doit le placer en couches minces n'ayant pas plus de 6 pouces

d'épaisseur si l'on veut le remettre en place avec sa densité optimum.

Chaque couche doit être compactée comme il faut au moyen d'une lourde

dame ou en employant un petit appareil mécanique de compactage comme on

en trouve actuellement dans le commerce. Si l'on suit cette procédure

avec soin il sera possible de remblayer des tranchées, même de très

grandes tranchées, de telle sorte que le sol retrouvera

approximativement sa condition première et qu'il ne se produira pas de

tassements importants à sa surface. De nombreux services de voirie ont

placé des remblais allant jusqu'à 100 pieds de haut en suivant les

méthodes de compactage décrites ci-dessus et elles ont placé sans

attendre des chaussées permanentes sur ces remblais en étant sûres

qu'aucun tassement dangereux ne se produirait par la suite.

Ces indications sont si simples et si évidentes qu'on sera en droit

de se demander pourquoi on n'a pas toujours recours à cette façon de

faire. Malgré la simplicité et l'évidence de ce qui précède il est

indéniable qu'en suivant la procédure indiquée on obtiendra des

résultats satisfaisants en matière de remblayage. On doit faire

extrêmement attention à toutes les phases du remblayage et on ne devra

en aucun cas faire autre chose que replacer le sol en fines couches et

compacter.