Classification d'un Sol selon la Norme GTR
Contexte : Le GTR 92Le Guide des Terrassements Routiers (GTR) est une norme française qui définit une classification des matériaux utilisables dans la construction des remblais et des couches de forme d'infrastructures routières..
Dans le cadre d'un projet de création d'une plateforme industrielle, une campagne de reconnaissance géotechnique a été menée. Un échantillon de sol a été prélevé à 2 mètres de profondeur et analysé en laboratoire. Votre mission est de déterminer la classe GTR de ce matériau et de statuer sur sa réutilisation potentielle en remblai, une étape cruciale pour l'économie et l'écologie du projet.
Remarque Pédagogique : Cet exercice vous guidera pas à pas dans l'application de la norme GTR 92. Vous apprendrez à interpréter des résultats d'essais en laboratoire pour aboutir à une classification complète, et à utiliser cette classification pour prendre une décision d'ingénieur sur la gestion des déblais.
Objectifs Pédagogiques
- Comprendre les paramètres clés de la classification GTR (granulométrie, limites d'Atterberg, VBS).
- Savoir déterminer la classe et la sous-classe d'un sol à partir de ses caractéristiques.
- Apprendre à définir l'état hydrique d'un matériau.
- Utiliser la classification GTR pour évaluer l'aptitude d'un sol au réemploi en remblai.
Données de l'étude
Résultats des Essais en Laboratoire
Répartition Granulométrique
| Paramètre d'Identification | Symbole | Valeur | Norme d'Essai |
|---|---|---|---|
| Passant au tamis de 2 mm | \(\% \text{ tamisât } 2\,\text{mm}\) | 85 % | NF P94-056 |
| Passant au tamis de 80 µm | \(\% \text{ tamisât } 80\,\mu\text{m}\) | 42 % | NF P94-056 |
| Limite de Liquidité | \(W_L\) | 38 % | NF P94-051 |
| Indice de Plasticité | \(I_P\) | 15 % | NF P94-051 |
| Valeur au Bleu de Méthylène | \(\text{VBS}\) | 1.2 \(\text{g/100g}\) | NF P94-068 |
| Teneur en eau naturelle | \(w_n\) | 18 % | NF P94-050 |
| Teneur en eau Proctor Normal | \(w_{\text{OPN}}\) | 16 % | NF P94-093 |
Questions à traiter
- Déterminer la nature du sol et sa classe principale (A, B, C ou D) à partir de l'analyse granulométrique et des limites d'Atterberg.
- Préciser la sous-classe du sol en utilisant la Valeur au Bleu de Méthylène (VBS).
- Déterminer l'état hydrique du matériau (sa classe d'humidité).
- Donner la classification GTR 92 complète du sol étudié.
- En se référant à l'extrait du guide GTR (fourni dans la correction), indiquer si ce matériau est apte à être réutilisé en remblai. Justifier la réponse.
Les bases de la classification GTR
La classification GTR est une méthode empirique qui permet de caractériser les sols en fonction de leur comportement prévisible sur un chantier de terrassement. Elle repose sur trois paramètres principaux : la nature (granulométrie, plasticité), l'état (teneur en eau) et le comportement mécanique (fragmentabilité, dégradabilité, etc. - non étudié ici).
1. Classification selon la Nature
Elle se fait en plusieurs étapes :
- Classe A (Sols fins) : Si le tamisât à 80 µm est > 35%. La sous-classe (A1, A2, A3, A4) dépend de l'Indice de Plasticité (IP)IP = WL - WP. Il mesure la plage de teneur en eau sur laquelle le sol a un comportement plastique. C'est un indicateur clé de la présence et du type d'argile..
- Classe B (Sols sableux et graveleux avec fines) : Si le tamisât à 80 µm est ≤ 35%. La sous-classe (B1 à B6) dépend de la VBS et de la granulométrie.
- Classes C et D (Sols rocheux et sols organiques) : Non abordées dans cet exercice.
2. Classification selon l'État Hydrique
L'état hydrique du sol est défini en comparant sa teneur en eau naturelle (\(w_n\)) à sa teneur en eau optimale Proctor Normal (\(w_{\text{OPN}}\)). Cela permet de classer le sol dans l'une des 5 catégories : très sec (ts), sec (s), moyen (m), humide (h), très humide (th).
Correction : Classification d'un Sol selon la Norme GTR
Question 1 : Détermination de la classe principale du sol
Principe
La première étape de la classification GTR consiste à identifier la "famille" du sol. On regarde d'abord la proportion d'éléments fins (passant au tamis de 80 µm). Si cette proportion est élevée, le comportement du sol sera dominé par ses argiles : c'est un sol fin (Classe A). Sinon, c'est un sol granulaire (Classe B). Une fois la famille "sol fin" identifiée, on précise sa nature (limon ou argile) et son degré de plasticité grâce à ses limites d'Atterberg.
Mini-Cours
L'arbre de décision de la GTR est séquentiel. La première question est toujours : % tamisât 80µm > 35% ?
Si oui, le sol est de Classe A. On utilise alors l'abaque de Casagrande pour le placer dans une sous-classe. Cet abaque est un graphique qui positionne le sol selon sa limite de liquidité (\(W_L\)) et son indice de plasticité (\(I_P\)). La "Ligne A" sur ce graphique sépare les argiles (au-dessus) des limons (en dessous).
Remarque Pédagogique
La démarche doit être systématique : ne vous précipitez pas sur l'abaque de Casagrande avant d'avoir vérifié la granulométrie ! La première information conditionne toutes les autres. C'est la porte d'entrée de la classification.
Normes
La méthodologie et les seuils sont définis dans le Guide des Terrassements Routiers (GTR 92). Les essais servant de base à la classification sont eux-mêmes normalisés : NF P94-056 pour l'analyse granulométrique et NF P94-051 pour la détermination des limites d'Atterberg.
Formule(s)
Critère de la classe A
Équation de la Ligne A de l'abaque de Casagrande
Hypothèses
Pour que notre classification soit valide, nous faisons les hypothèses suivantes :
- L'échantillon de sol analysé est représentatif de la couche de matériau que l'on souhaite terrasser.
- Les essais en laboratoire ont été réalisés conformément aux normes en vigueur, garantissant la fiabilité des valeurs obtenues.
Donnée(s)
Nous extrayons les données pertinentes de l'énoncé pour cette question.
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Passant au tamis de 80 µm | \(\% \text{ tamisât } 80\,\mu\text{m}\) | 42 | % |
| Indice de Plasticité | \(I_P\) | 15 | % |
| Limite de liquidité | \(W_L\) | 38 | % |
Astuces
Un test rapide sur le terrain peut donner une première idée : un sol qui roule en boudins fins et résistants sans se casser est probablement argileux (au-dessus de la ligne A). Un sol qui est soyeux au toucher mais dont les boudins sont fragiles est probablement limoneux (en dessous).
Schéma (Avant les calculs)
Le diagramme circulaire de la répartition granulométrique montre visuellement que la fraction fine (<80µm) est la plus importante, ce qui nous oriente déjà vers un sol fin.
Répartition Granulométrique
Calcul(s)
Vérification de la classe
Comme 42% > 35%, le sol est bien classé comme un **sol fin**, appartenant à la **Classe A**.
Calcul de la coordonnée sur la Ligne A
Comparaison de l'indice de plasticité
Le point est donc au-dessus de la Ligne A. Enfin, on regarde la valeur de la limite de liquidité : \(W_L = 38\%\), ce qui est inférieur à 50%. Un sol de classe A, au-dessus de la ligne A et avec \(W_L < 50\%\) est un **sol A2**.
Schéma (Après les calculs)
Le diagramme de plasticité (ou abaque de Casagrande) ci-dessous permet de visualiser la position du sol (\(W_L=38, I_P=15\)) dans le quadrant des argiles de plasticité moyenne (A2).
Abaque de Casagrande
Réflexions
Le résultat "A2" n'est pas juste une étiquette. Il nous indique que nous avons affaire à un sol dont le comportement est gouverné par des argiles de plasticité moyenne. Concrètement, cela signifie qu'il sera sensible aux variations de teneur en eau : il peut devenir très mou et collant s'il pleut, et dur et fissuré s'il sèche. Cette sensibilité est un point clé pour la planification du chantier.
Points de vigilance
Les erreurs les plus communes sont :
- Inverser les axes \(W_L\) et \(I_P\) sur l'abaque de Casagrande.
- Oublier de vérifier la condition \(W_L < 50\%\) ou \(W_L \ge 50\%\) qui sépare A1/A2 de A3/A4.
- Une erreur de calcul dans la formule de la Ligne A.
Points à retenir
Pour maîtriser cette question, retenez :
- Seuil clé : 35% de tamisât à 80 µm sépare les sols fins (A) des sols granulaires (B).
- Outil clé : L'abaque de Casagrande avec sa Ligne A est l'outil de subdivision des sols de classe A.
- Logique : Granulométrie d'abord, plasticité ensuite.
Le saviez-vous ?
Arthur Casagrande, l'inventeur de cet abaque dans les années 1930, est l'un des pères de la mécanique des sols moderne. Son système de classification (USCS), dont la GTR s'inspire fortement, est aujourd'hui utilisé dans le monde entier pour sa simplicité et sa pertinence pratique.
FAQ
Questions fréquentes :
Résultat Final
A vous de jouer
Maintenant, à vous ! Un autre sol a une limite de liquidité \(W_L = 62\%\) et un indice de plasticité \(I_P = 25\%\). En supposant que c'est bien un sol de classe A, quelle est sa sous-classe ?
Question 2 : Préciser la sous-classe avec la VBS
Principe
Pour les sols fins (Classe A), la norme GTR ne prévoit pas de subdivision basée sur la VBS. La sous-classe (A1, A2, etc.) est uniquement déterminée par les limites d'Atterberg. La VBS est en revanche un critère fondamental pour subdiviser les sols granulaires de Classe B.
Remarque Pédagogique
Ceci est une question "piège" fréquente. Il est essentiel de bien suivre l'arbre de décision de la norme GTR. Chaque classe de sol a ses propres critères de subdivision. Appliquer un critère de la classe B à un sol de classe A est une erreur méthodologique.
Donnée(s)
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Valeur au Bleu de Méthylène | \(\text{VBS}\) | 1.2 | \(\text{g/100g}\) |
Réflexions
Bien que la VBS ne change pas la classification de notre sol A2, sa valeur (1.2) reste une information utile. Elle indique une faible à moyenne activité argileuse, ce qui est cohérent avec un sol de plasticité moyenne (A2).
Résultat Final
Question 3 : Détermination de l'état hydrique
Principe
L'état hydrique cherche à répondre à une question simple de chantier : le sol est-il trop sec, trop humide, ou "juste bien" pour être compacté ? Pour cela, on compare sa teneur en eau naturelle (\(w_n\)), c'est-à-dire son humidité actuelle sur le terrain, à une valeur de référence : sa teneur en eau optimale (\(w_{\text{OPN}}\)) à laquelle il se compacte le mieux.
Mini-Cours
L'essai Proctor Normal (OPN) consiste à compacter un sol en laboratoire avec une énergie définie, à différentes teneurs en eau. On obtient une courbe en cloche qui montre que la densité sèche atteint un maximum pour une teneur en eau unique : \(w_{\text{OPN}}\). C'est le "sweet spot" du compactage. Le GTR définit 5 états hydriques en fonction de la position de \(w_n\) par rapport à \(w_{\text{OPN}}\) : ts (très sec), s (sec), m (moyen), h (humide), th (très humide).
Remarque Pédagogique
L'état hydrique n'est pas une propriété intrinsèque du sol, c'est une photographie de son état à un instant T. Une averse peut faire passer un sol de "m" à "h" en quelques heures. C'est pourquoi la gestion des eaux de surface sur un chantier de terrassement est absolument primordiale.
Normes
La définition des classes d'état hydrique est donnée par le GTR 92. Les essais de référence sont la NF P94-050 pour la mesure de la teneur en eau (\(w_n\)) et la NF P94-093 pour l'essai Proctor Normal (\(w_{\text{OPN}}\)).
Formule(s)
Condition de l'état moyen (m)
Condition de l'état humide (h)
Condition de l'état sec (s)
Hypothèses
- La teneur en eau naturelle \(w_n\) mesurée sur l'échantillon est représentative de l'état hydrique moyen du massif de sol à excaver.
- L'essai Proctor a été réalisé sur un échantillon du même sol.
Donnée(s)
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Teneur en eau naturelle | \(w_n\) | 18 | % |
| Teneur en eau Proctor Normal | \(w_{\text{OPN}}\) | 16 | % |
Astuces
Un ratio simple à calculer de tête est \(w_n / w_{\text{OPN}}\). Si ce ratio est proche de 1, le sol est dans un état "moyen", idéal. S'il est significativement supérieur à 1.1, le sol sera probablement difficile à travailler. Ici, \(18/16 = 1.125\), on sait donc immédiatement qu'on est dans l'état "humide".
Schéma (Avant les calculs)
Avant même le calcul, on peut se représenter une "jauge" d'humidité où la cible est \(w_{\text{OPN}} = 16\%\). Notre sol, avec \(w_n = 18\%\), est clairement au-dessus de cette cible.
Position de l'humidité naturelle vs optimale
Calcul(s)
Calcul de la borne inférieure de l'état humide
Calcul de la borne supérieure de l'état humide
Vérification de l'intervalle
La condition est vérifiée. La teneur en eau naturelle se situe bien dans l'intervalle de l'état humide.
Schéma (Après les calculs)
La courbe Proctor ci-dessous visualise parfaitement le concept. Le sommet de la courbe représente l'état de compactage idéal (\(\rho_{d, \text{max}}\) à \(w_{\text{OPN}}\)). Notre sol (\(w_n = 18\%\)) se situe sur la "branche humide" de la courbe, où la densité que l'on peut atteindre est plus faible.
Position sur la Courbe Proctor
Réflexions
Classifier le sol comme "humide (h)" a des implications directes sur le chantier. Un sol A2h est souvent "trop mou". Les engins de compactage risquent de s'embourber et n'arriveront pas à atteindre la densité requise. Il faudra donc prévoir des mesures correctives : soit attendre une période sèche pour l'aérer (étaler en couches minces pour le faire sécher), soit le traiter avec de la chaux pour assécher chimiquement et rigidifier le squelette du sol.
Points de vigilance
Attention à ne pas comparer \(w_n\) à \(W_L\) ou \(I_P\) pour définir l'état hydrique, c'est une erreur classique ! L'état hydrique GTR est uniquement lié à l'optimum Proctor. Les limites d'Atterberg décrivent la nature du sol (sa plasticité), pas son état d'humidité sur le terrain.
Points à retenir
- La Référence : L'état hydrique est toujours évalué par rapport à \(w_{\text{OPN}}\).
- La Signification : Il traduit l'aptitude du sol au compactage à un instant T.
- L'Impact : Un état "humide" ou "très humide" implique presque toujours des difficultés de mise en œuvre pour les sols fins.
Le saviez-vous ?
Ralph Proctor a développé son test de compactage dans les années 1930 alors qu'il travaillait sur la construction de barrages en terre en Californie. Il a été le premier à systématiser la relation entre la teneur en eau, la densité et l'énergie de compactage, une révolution qui est encore à la base de tous les travaux de terrassement modernes.
FAQ
Résultat Final
A vous de jouer
Un sol A1 a une teneur en eau naturelle \(w_n = 12\%\) et une teneur en eau Proctor \(w_{\text{OPN}} = 14\%\). Quel est son état hydrique ? (Les bornes sont les mêmes que pour la classe A2).
Question 4 : Classification GTR 92 complète
Principe
La classification GTR complète est une concaténation des résultats obtenus : la sous-classe de nature, suivie de l'état hydrique.
Donnée(s)
On rassemble ici les conclusions des questions précédentes.
| Paramètre | Valeur | Issu de |
|---|---|---|
| Classe de nature | A2 | Question 1 |
| Classe d'état hydrique | h | Question 3 |
Réflexions
En assemblant les pièces du puzzle, on obtient la désignation finale du matériau, qui synthétise à la fois sa nature intrinsèque (A2 : argile de plasticité moyenne) et son état contextuel sur le chantier (h : humide).
Résultat Final
Question 5 : Aptitude du matériau au réemploi en remblai
Principe
Le GTR 92 fournit des tableaux qui définissent, pour chaque classe de sol, les conditions de réutilisation possibles (en remblai, en couche de forme) en fonction de l'état hydrique et des conditions météorologiques.
Donnée(s)
L'information clé pour répondre à cette question est la classification complète du sol.
| Paramètre | Valeur | Issu de |
|---|---|---|
| Classification GTR 92 complète | A2 h | Question 4 |
Normes
Nous utilisons l'extrait du tableau des conditions de réemploi pour les sols de classe A, qui est une base de la norme GTR 92.
Extrait du Tableau de Réutilisation des Sols A en Remblai
| Classe de Sol | Conditions de réemploi selon l'état hydrique | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| (ts) très sec | (s) sec | (m) moyen | (h) humide | (th) très humide | |
| A1 | Oui (après arrosage) | Oui | Oui | Non | Non |
| A2 | Oui (après arrosage) | Oui | Oui | Possible sous conditions* | Non |
| A3 | Oui (après arrosage) | Oui | Non | Non | Non |
*Conditions : Traitement à la chaux et/ou au ciment, conditions météo favorables, atelier de compactage adapté.
Réflexions
Notre sol est classé A2 h. En consultant le tableau ci-dessus, à l'intersection de la ligne "A2" et de la colonne "(h) humide", on lit "Possible sous conditions*". Cela signifie que le sol n'est pas directement réutilisable. Il nécessiterait un traitement (par exemple à la chaux) pour abaisser sa teneur en eau et améliorer ses caractéristiques mécaniques avant mise en œuvre.
Points de vigilance
Une lecture rapide pourrait laisser penser "Non". La mention "Possible sous conditions" est cruciale. En ingénierie, cela ouvre la porte à une étude technico-économique : est-il plus rentable de traiter le matériau sur place ou de l'évacuer et d'importer des matériaux de meilleure qualité ?
Résultat Final
Outil Interactif : Simulateur de Classification GTR
Utilisez les curseurs pour faire varier l'Indice de Plasticité et la Limite de Liquidité d'un sol fin et observez en temps réel sa classification sur l'abaque de Casagrande.
Paramètres du Sol Fin
Résultats de Classification
Quiz Final : Testez vos connaissances
1. Quel paramètre principal sépare les sols de classe A des sols de classe B ?
2. Un sol A2 h est...
3. Pour déterminer l'état hydrique d'un sol, on compare sa teneur en eau naturelle (\(w_n\)) à...
Glossaire
- GTR (Guide des Terrassements Routiers)
- Norme française essentielle qui classifie les sols et matériaux rocheux en fonction de leur nature et de leur état, pour guider leur utilisation dans les travaux de terrassement (remblais, couches de forme).
- Indice de Plasticité (IP)
- Différence entre la limite de liquidité (\(W_L\)) et la limite de plasticité (\(W_P\)). Il quantifie l'intervalle de teneur en eau dans lequel le sol a un comportement plastique. Un IP élevé indique une forte présence d'argiles actives.
- Valeur au Bleu de Méthylène (VBS)
- Mesure de la quantité d'un colorant (le bleu de méthylène) que peut adsorber la surface des particules d'un sol. Elle est directement liée à la surface spécifique des argiles et donc à leur activité.
- Optimum Proctor Normal (\(w_{\text{OPN}}\))
- Teneur en eau pour laquelle un sol atteint sa masse volumique sèche maximale sous une énergie de compactage normalisée. C'est la teneur en eau "idéale" pour compacter le sol sur chantier.
D’autres exercices d’études et préparation:
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