Pour les sols fins (éléments inférieurs à 400µm), on constate que la variation de teneur en eau entraîne un changement de consistance.

La teneur en eau utilisée en mécanique des sols est définie de la manière suivante : rapport entre le poids de l'eau et le poids du sol "sec" (après passage à l'étuve à 105° en principe jusqu'à stabilisation du poids, en pratique pour une durée de 24h) pour un échantillon de sol.

La consistance est une grandeur descriptive qui permet d'apprécier l'adhérence entre les grains fins d'un sol et l'aptitude d'un sol à se déformer sous différentes sollicitations. En principe, elle est relative aux sols remaniés (dont on a détruit la structure par trituration).
On distingue trois états possibles pour un sol à teneur en eau croissante, les états solide, plastique, liquide ; ceci correspond à une estimation de sens commun. Pour fixer des critères de détermination entre ces différents états d'un même sol, on utilise les limites d'Atterberg qui sont des grandeurs semi-empiriques dont la détermination est fixée d'une manière normative.

Pour préciser les états, on observe à teneur en eau croissante (fig. 2.3).

• un état solide sans retrait : le sol est très peu déformable et son volume est indépendant de la teneur en eau si celle-ci reste inférieure à la limite de retrait w_R ,
• un état solide avec retrait : le sol est très peu déformable et son volume change avec la teneur en eau si celle-ci varie entre la limite de retrait et la limite de plasticité w_P ,
• un état plastique : le sol a une cohésion notable mais se déforme sous l'effet de charges assez faibles pour une teneur en eau comprise entre la limite de plasticité et la limite de liquidité w_L ,
• un état liquide : le sol a une cohésion très faible et il a l'aspect d'un liquide.

Figure 2.3 : Limites d'Atterberg

Les différentes grandeurs w_R, w_P, w_L sont des valeurs caractéristiques (intrinsèques) d'un sol, elles dépendent fortement de sa composition minéralogique et des cations échangés (voir tableau 2.6).

Tableau 2-6 : Valeurs des limites d’Atterberg de différents minéraux argileux (d’après Cornell, 1951)

À partir de w_L et w_P, on définit l'indice de plasticité I_P d'un sol : I_P = w_L - w_P

Cet indice caractérise l'étendue du domaine de teneur en eau dans lequel le sol a un comportement plastique. Il est très fortement lié à la quantité et à la nature des minéraux argileux présents dans le sol et à la surface spécifique des sols. En conséquence, valeur de bleu et indice de plasticité sont souvent corrélées de manière linéaire, le tableau 2.5 donne pour les mêmes mélanges d’argiles que précédemment les valeurs de I_p. La figure 2 .4 donne la relation entre I_p et V _b pour les mélanges d’argile du tableau 2-5.

Figure 2.4 : Relation entre la valeur de bleu Vb et l'Indice de plasticité Ip pour des mélanges kaolinite et montmorillonite (Tisot, 1984).

Burmister a proposé pour les sols la classification suivante en fonction de Ip (tableau 2.7)

Tableau  2.7 - Classification des sols en fonction de leur indice de plasticité

Les sables ont un indice de plasticité nul.

Skempton a défini, en 1953, l'activité des sols argileux comme le rapport :

Cette grandeur est très fortement liée à la nature minéralogique des grains d'un sol (tableau 2.8).

Tableau 2.8 - Activités des argiles et des sols argileux (d'après Barnes – 1995)