Mécanique des sols
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La mécanique des sols est une discipline faisant partie des techniques de génie civil qui a pour objet l'étude des matériaux constitués de particules solides, liquides, et gazeuses qui forment les terrains meubles, et ce en préambule au calcul de fondations (Le Calcul de fondations peut être de deux types. On distingue d'une part les fondations superficielles caractérisées par un rapport de la profondeur...) pour la construction de bâtiment ou tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) autre ouvrage de génie civil (Le Génie civil représente l'ensemble des techniques concernant les constructions civiles. Les ingénieurs civils s’occupent de la conception, de la réalisation,...) (pont, route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie brisée », c'est-à-dire creusée dans la roche, pour ouvrir le chemin.), tunnel (Un tunnel est une galerie souterraine livrant passage à une voie de communication (chemin de fer, canal, route, chemin piétonnier). Sont apparentés aux tunnels par leur mode de construction les grands...), barrage (Un barrage est un ouvrage d'art construit en travers d'un cours d'eau et destiné à réguler l'écoulement naturel de l'eau pour permettre l'écoulement recherché.),...). Cette discipline exclut donc le comportement des roches, qui sont étudiés au sein de la mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet un mouvement, une...) des roches. (Notons également l'existence du terme de géomatériaux cimentés pour désigner les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) intermédiaires entre les sols meubles et les roches dures). Cette discipline est utilisée plus largement en géotechnique (La géotechnique est l'étude des sols (au sens mécanique du terme, par opposition à roche) en relation directe avec la construction d'ouvrages.), discipline et profession traitant de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) sol-structure.

Le sol est donc meuble et compressible. Ces caractéristiques mécaniques des sols fondent les grands principes de la mécanique des sols (La mécanique des sols est une discipline faisant partie des techniques de génie civil qui a pour objet l'étude des matériaux constitués de particules solides, liquides, et gazeuses qui forment les...) et de la mise en place des fondations (Les fondations d'un ouvrage assurent la transmission et la répartition des charges (poids propre et surcharges climatiques et d'utilisation) de cet ouvrage sur le sol. Le mode de fondation sera établi suivant...) des ouvrages.

Nous sommes habitués à percevoir l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) de notre environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme...) bâti comme un ensemble rigide, immeuble. Nous observons donc une contradiction (Une contradiction existe lorsque deux affirmations, idées, ou actions s'excluent mutuellement.)  : nos immeubles seraient-ils bâtis sur une matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide,...) meuble ? Afin de lever cette contradiction, il est nécessaire de faire deux remarques :

  • La notion de rigidité n'est valide que relativement à des structures plus souples. C'est le rapport des modules d'élasticité de deux matériaux qui permet de définir si l'on peut considérer, localement, l'un des deux comme rigide et l'autre comme élastique.
  • Si un sol doit être vu, de manière théorique, comme un matériaux meuble, cet aspect de déformabilité a ses limites. Les techniques de mise en œuvre des fondations auront pour but final d' amener le sol à sa limite de déformabilité (consolidation). (Le maintient d'un sol dans les conditions de la limite de déformabilité n'est pas garanti. La présence d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) en mouvement dans le sol est source de modifications structurelles et peuvent représenter un risque quant à la stabilité d'un sol.)

Il faut donc réfléchir en deux temps :

  • Un sol sera donc considéré comme meuble pendant les phases de remaniement, et
  • comme incompressible après effort de consolidation.

Cette optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) nous permettra de construire côte à côte, à des moment différents, des ouvrages de poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à l'opposé de la résultante des...) différents, sans craindre de mettre en danger la stabilité, ni le maintient de l'esthétique.

Notions fondamentales

La mécanique des sols définit tout d'abord, pour construire les modèles qui lui seront utiles, des notions qui lui sont propres. On considère donc un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) de sol constitué d'une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) solide, d'une phase liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.), et d'une phase gazeuse.

  • La phase solide est aussi appelée matière solide, ou grains, l'abréviation qui la concerne dans les notations mathématiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les...) est 's'.
  • La phase liquide est, quant à elle, principalement constituée d'eau, au sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du...) commun du terme. Son abréviation est 'w'.
  • La phase gazeuse est constituée le plus souvent par l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les...) de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :). En un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), le cas du gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures présent naturellement dans des roches poreuses sous forme gazeuse.) sous pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) n'est pas étudié. Le poids de l'air est négligé dans les calculs.

Ensemble, les phases liquide et gazeuse constituent ce qu'il est convenu d'appeler les vides, par opposition à la matière solide des grains.

On définit tout d'abord les volumes liés aux constituants d'un échantillon:

  • Le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) de l'échantillon non traité est noté Ve.
  • Le volume de la matière solide constituant les grains, aussi appelé volume des grains, est noté Vs.
  • Le volume de liquide, otg est noté Vw.
  • Le volume des vides, constitué de la somme du volume d'eau (phase liquide) et du volume d'air, est noté Vv.

Viennent ensuite les définitions des poids de ces constituants:

  • Le poids de l'échantillon non traité, aussi appelé poids apparent, et noté Wh. (h pour " humid ")
  • Le poids des grains, ou poids de la matière solide, est noté Ws.
  • Le poids du liquide, équivalent, par hypothèse générale, au poids de l'eau présente dans l'échantillon, est noté Ww.
  • Par hypothèse, également, le poids de la phase gazeuse est considéré comme nul. Il n'y a donc pas de symbole qui lui soit lié.
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