Il s’agit de sols sableux ou graveleux pour lesquels, en principe, il n’existe pas de cohésion si le sol est sec ou parfaitement saturé . Hormis le cas de sollicitations très rapides (du type tremblement de terre, battage de pieux ou de palplanches), le comportement de ces sols sera toujours du type drainé à cause de la perméabilité élevée de ces matériaux.

Le comportement du sol sera lié à la compacité relative.

La figure 9.13 présente les résultats obtenus classiquement avec deux courbes : une courbe contrainte de cisaillement-déformation : (a) et une courbe variation de volume-déformation :( b).

On distingue deux cas :

• sol lâche ;
• sol compact.

Dans le cas d’un sol lâche (courbes 1), la courbe contrainte-déformation croît constamment au cours de l’essai et tend vers une limite. Parallèlement sur la courbe variation de volume-déformation on constate une diminution de volume. Les grains du sol se rapprochent les uns des autres et l’indice des vides diminue : on parle d’un comportement contractant.
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A l’inverse, dans le cas d’un sol compact (courbes 2), la courbe contrainte déformation passe par un pic puis décroît et tend vers la même limite de résistance que celle du sol lâche. Si l’on suit l’essai dans un graphique variation de volume-déformation, on constate tout d’abord une légère diminution de volume puis celui-ci augmente par désenchevêtrement des grains, on définit un comportant dilatant. L’indice des vides final est le même que celui de l’essai précédent, il est lié à la contrainte normale appliquée.

Entre ces deux types de comportement qui dépendent de la contrainte normale appliquée, on trouve un état critique où le cisaillement se produit à volume constant.

Ceci permet de définir deux angles de frottement différents :

• un angle de frottement au pic (sol compact) ;
• un angle de frottement critique (commun aux deux cas).

Liquéfaction des sables :

Dans le cas où la sollicitation est très rapide, on constate que certains sols (avec une répartition granulométrique particulière) dans un état lâche montrent le phénomène de liquéfaction. En effet, dans ce cas, malgré la perméabilité élevée, le cisaillement produit à la fois une tendance à la diminution de volume et la création d’une surpression interstitielle qui ne peut pas se dissiper. On constate alors ce phénomène de liquéfaction qui peut se traduire par des glissements de terrain, ou l’effondrement du sol avec un tassement très important et quasi instantané.

La cartographie de ces sols est un point important dans les problèmes de cartographie d’aléas en zone sismique : micro-zonage des plans de prévention du risque sismique.

Valeurs de l’angle de frottement et nature du sol :

Les paramètres de nature d’un sol pulvérulent interviennent dans la valeur de l’angle de frottement.

La compacité du sol est le paramètre prépondérant pour la valeur au pic.

Caquot et Kérisel (1948) ont proposé la relation suivante : φ = K/e

La valeur de K étant fonction de la nature du sol (voir tableau 9.2).

Tableau 9.2 – Valeur du coefficient K

L’angle de frottement croît avec le diamètre moyen des grains (à compacité égale).

L’angle de frottement dépend également de la forme et de l’état de surface des grains. Il sera plus élevé si les grains sont rugueux que s’ils sont lisses et plus élevé pour les grains anguleux que pour les grains ronds.

La granularité intervient également : en principe, une granularité étalée correspond à un angle de frottement plus élevé.

En principe, la teneur en eau n’intervient pas : on obtient le même angle de frottement pour un sable sec et un sable saturé. Dans le cas d’un sol partiellement saturé, on constate que peut apparaître une faible cohésion liée aux ménisques entre les grains de sable : c’est cela qui permet de construire des châteaux de sable. Cette cohésion n’est pas permanente.

Enfin, lorsqu’apparaît une légère cimentation entre les grains, cela peut donner une cohésion aux sables ; cependant, en général, un léger remaniement a pour effet de détruire cette cimentation, c’est pourquoi dans les sols à grains grossiers (suivant la classification) on considère en général que la cohésion est nulle.

Angle de repos du sable :

En déversant du sable à partir d’un seul point, le dépôt obtenu a la forme d’un cône dont la pente d’équilibre correspond à la valeur minimale de l’angle de frottement interne du sable (angle critique). C’est cet angle que l’on observe dans un dépôt de granulats lors de la constitution d’un stock, ou bien celui qui est sur la face opposée au vent dans des dunes.

Si on considère un dépôt de sols pulvérulents « âgé », il peut apparaître une cohésion dans le sol (talus vertical) grâce à un début de cimentation, mais cette cohésion n’est pas permanente.