ANALYSE DU RISQUE DE LIQUÉFACTION - cfms … (très recommandé § 4.2.1); SPT ; courbes granulométriques ... o Sables propres avecN1(60) > 30 [soit qc1N > 150 ] soit qc > 15 MPa

Journée du 14 nombre 2012: Procédés d’amélioration et de renforcement de sols sous actions sismiques 1

ANALYSE DU RISQUE DELIQUÉFACTION

P. BERTHELOT – F. DURAND

GUIDE AFPS/CFMS« Procédés d’amélioration et de renforcement de sols sous actions sismiques »


ANALYSE DU RISQUE DE LIQUÉFACTION :

Dans le Guide Technique ce thème est traité :-Dans le texte

- § 4.3.3 Evaluation du potentiel de liquéfaction- 4.3.3.1 à partir du SPT- 4.3.3.2 à partir du CPT- 4.3.3.3 à partir du CPTU- 4.3.3.4 utilisation de Vs- 4.3.3.5 essais de laboratoire

-Dans les Annexes- Annexe A - Essais de sols

- A.2.7 Les essais au pénétromètre statique (CPT)- A.2.8 Les essais au piézocône (CPTU)

- Annexe E - Liquéfaction- E.1 Sols sableux- E.2 Sols fins argileux- E.3 Méthode découplée



SOMMAIRE-1ère partie

- Explication théoriqueessentiellement à partir du CPT et CPTU

-2ième partie- Exemples d’application

- Avec CPT- Avec CPTU

Journée du 14 nombre 2012: Procédés d’amélioration et de renforcement de sols sous actions sismiques

EXPLICATION THÉORIQUE

Essentiellement à partirdes essais CPT et CPTU


4


Eurocode 8 Partie 5 § 4.1.4� CPT (très recommandé § 4.2.1); SPT ; courbes granulométriques� On néglige le risque de liquéfaction lorsque :� ag.S < 0,15.g et lorsque en même temps 1 au moins des conditions est remplie

o Sables + argile > 20% et IP > 10o Sables + silts > 35% et N1(60) > 20 [soit qc1N > 30 ]

soit qc > 3 MPa (avec qc à 10 m de profondeur)

o Sables propres avec N1(60) > 30 [soit qc1N > 150 ]soit qc > 15 MPa (avec qc à 10 m de profondeur)

� Si risque de liquéfaction ne peut être négligé, utiliser les diagrammesempiriques de liquéfaction EC8-5 Annexe B normative : SPT ; CPT ; Vs

Sols potentiellement liquéfiablesANALYSE DU RISQUE DE LIQUÉFACTION :

5


Diagrammes basés sur l’indice SPT (EC8-5 Annexe B.2)

Y = τe/σ’vo = CRR7.5 X = N1(60)

Facteurs correctifs pourdifférentes Magnitudes

pour Ms = 7,5 CM = 1[EC8-5 Annexe B]


6


[Avec un camion]D’après Fugro

Mesuresau CPT


7


Pointe 10 cm2 de section(35.7 mm diamètre)

Frottement Latéral surmanchon

Résistance de pointe

Les cônes du CPT

8



qc (MPa)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0 2 4 6 8 10 12 14

(mèt

res)

fs(MPa)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0.0 0.2 0.4 0.6

Rf %

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0 2 4 6 8 10

Réaction sur la pointe/section ponte

Frottement sur manchon/section manchon Rapport RF= fs/qcDépouillement des essais au CPT

9


Journée du 14 nombre 2012: Procédés d’amélioration et de renforcement de sols sous actions sismiques10

Identification

0.1

1.0

10.0

100.0

0.0% 1.0% 2.0% 3.0% 4.0% 5.0% 6.0% 7.0% 8.0%

Fric t io n Rat io FR

qt (M

Pa)

Abaquede ROBERTSON (1986)qtou qc fonction de RF

S1Sol fin argile ou silt

sensible

S2 Sols organiques et tourbes

S3 Argile

S4 Argile silteuse à argile

S5Silt argileux à argile

silteuse

S6Silt sablonneux à silt

argileux

S7Sable silteux à silt

sablonneux

S8 Sable silteux à sable

S9 Sable

S10 Sable graveleux à sable

S11Sols fins intermédiaires

très raides

S12Sables cimentés ou

dilattants

1

108

7

6

54

11

3

2

9

12

RF %

q tou

qc

(MPa

) ANALYSE DU RISQUE DE LIQUÉFACTION :


Normalement consolidé1

10

100

1000

0.1% 1.0% 10.0%Fr (%)

Qt=

(qt-s

v0)/s

'v0

5

4

1

6

7

9

8

2

3

S1 Sol fin argile ou silt sensible


S3 Argiles : argile à argile silteuse

S4Silts : silts argileux à argile

silteuse

S5Sables : Sables silteux à silts

sableux

S6Sables : Sables propres à sables

silteux

S7 Sables à sable graveleux

S8 Sols fins intermédiaires très raides

S9 Sables cimentés ou dilatants

QT = (qT-σvo)/σ’voFR = fs/(qT-σvo)

FR

QT

OCRφ’

Incre

asing

sensit

ivity

Abaque normaliséde ROBERTSON (2009)QT fonction de FR


Il faut toujours vérifier les caractéristiques et tolérances géométriques principalesdes pointes et des manchons :

a) Pointes électriques et pointes électriques piézocône 36mm :

Diamètre du cône dc = 35.75 mm 35.4 ≤ dc ≤ 36.0 mmDiamètre du manchon ds = 36.1 mm 35.5 ≤ ds ≤ 36.1 mmTolérance à vérifier au pied à coulisse : dc ≤ ds ≤ dc + 0.35 mmAngle au sommet α = 60° +/- 5°

b) Pointes électriques et pointes électriques piézocône 44mm :

Diamètre du cône dc = 43.7 mm 43.2 ≤ dc ≤ 43.7 mmDiamètre du manchon ds = 43.9 mm 43.2 ≤ ds ≤ 43.9 mmTolérance à vérifier au pied à coulisse : dc ≤ ds ≤ dc + 0.35 mmAngle au sommet α = 60° +/- 5°

Attention : les manchons s’usent plus vite que les pointes; donc mauvaises lectures defs et donc mauvaises appréciations de RF et donc mauvais classement du sol.

Par exemple: un sol sableux limono argileux peut apparaitre « que » sableux et ainsiêtre classé « potentiellement liquéfiable ».



CRR 7.5

Non liquéfiable

liquéfiable

Diagramme basé sur la résistance CPT (EC8-5 annexe B; diagramme non fourni)


D’après NCEER, 2001

13

Avec n :0,5 sables propres0,7 sols intermédiaires1 argiles



D’après Lunne, 1997

14

Ic Fc % Kc1,64 5% 12,05 12% 1,42,6 27% 3,322,7 35% -

• pour Ιc ≤ 1.64 Κc = 1.0• pour Ιc > 1.64 Κc = -0.403 Ιc4 + 5.581 Ιc3 – 21.631 Ιc2+ 33.75 Ιc – 17.88


Diagramme basé sur la résistance CPT et sur % de fines


15



Avec n=1 on retrouve lavaleur de QT habituelle

16

S5

S6-1

S6-2


1

10

10 0

10 0 0

0 .1% 1.0 % 10 .0 %

friction ration normalisé FR (%)

rési

stan

ce d

e po

inte

équ

ival

ente

nor

mal

isée

Qt

2

5

4

1

6

7

9

8

3D

D

C

B

A

S7

S6-2

S6-1

S5

S1S2

S3

S8

S9

Ic = 1.64 Fc = 5%

Ic = 2.05 Fc = 12%

Ic = 2.6 Fc = 27%

Ic = 2.7 Fc = 35%

S1 Sol fin argile ou silt sensible


S3 Argiles : argile à argile silteuse

S4 Silts : silts argileux à argile silteuse

S5 Sables : Sables silteux à silts sableux

S6-1 Sables silteux (Fc > 5%)

S6-2 Sables (Fc < 5%)

S7 Sables à sable graveleux

S8 Sols fins intermédiaires très raides

S9 Sables cimentés ou dilatants

Abaque Robertson QT et FR ,classification des solset zones A B C et D


17


Utilisation du CPT électrique pointe + manchon

ClassificationROBERTSON

ZonesDescription

du sol Ic Fc Kc étudescomplémentaires

S6-2A

Sablespropres Ic < 1.64 < 5% 1

S6-1 Sablessilteux 1.64 < Ic < 2.05 5% < Fc < 12% 1 < Kc < 1.4

S5 BSables

silteux àsilts sableux

2.05 < Ic < 2.6 12% < Fc < 27% 1.4 < Kc < 3.32Utilisation du

CPTU ou critèrechinois

S4

C

Silt argileuxà argilessilteuses

2.6 < Ic < 2.8 27% < Fc < 35%Utilisation du

CPTU ou critèreChinois

S3Argiles

silteuses àargiles

Ic > 2.8 Fc > 35 %Utilisation du

CPTU ou critèreChinois

S1 et S2 DSol fin

sensible àSols

organiquesVoir Abaque de Robertson

étude spécifiqueen laboratoirede dégradationcyclique de leurrésistance aucisaillement

Correspondances entre Zones A, B, C, D, Ic, Fc, et Kc etutilisation du CPTU


18


Les différentstypes de cônesde 1 à 20 cm2

Pointe

manchonCapteur Pression u

U2 (norme française)

U1

Les cônes pour CPTU (ou piézocône) à tout moment mesure de lapression interstitielle généréepar l’enfoncement

+ essais de dissipation àl’arrêt de pénétration


19


Bq = (u-u0/qT-σv0)complète FR

u =pression interstitielle mesurée u0 =pression d’eau ambiante

qT =résistance de pointe corrigée σv0 =pression totale poids des terres


20



Abaque de ROBERTSON (janvier 2009)

21


Type U1 courbe d’un silt contractant à une argile contractante ∆u>0 et t50 >1000 secondes

Type U2 courbe d’un sable à un silt contractant ∆u>0 et t50 < 100 secondesType U3 courbe d’un sable à un silt sableux dilatant ∆u<0 et t50 < 100 secondes

Piézocône – Essais de dissipation

t50 = 100 s correspond approximativement à D15 = 5µm


22


Zone ABq<1.142(qt-3.3)/14.7analyse basée sur critères CPT

Zones B et C11.142(qt-3.3)/14.7<Bq<0.465(qt-0.5)/5

et si t50 >100 sec et critère Chinois=> pas de risque de liquéfaction

Zone C2Bq>0.465(qt-0.5)/5

=> risque de liquéfaction négligeable

Zone Dpas de risque de liquéfactionmais dégradation cyclique de la résistance aucisaillement du sol=> étude spécifique en laboratoire

Synthèse à partir du CPTU ( Bq et qt )


23



Dans Zones B et C1 : utilisation du critère ChinoisSi 1 des 3 conditions n’est pas remplie, le risque de liquéfaction peut êtreécarté :-Particules 5 µm < 15% et-Limite de liquidité WL < 35% et-Teneur en eau naturelle Wnat > 0,9.WL

Essais triaxiaux cycliques de préférence

24


Correction pourcentage de fines:≤ 5%20%≥ 35%

Vs1 = Vs . [Pa/σ’vo]0.25

Diagramme basé sur la vitesse Vs (EC8-5 Annexe B.4; évoqué mais non fourni)


25


A chaque profondeur on calcule :

FS = [CRR7.5 / CSR] . CMEn fait la correction devrait être appliquée au CSR et non au CRR alors CSR = CSR7.5 / CM

Avec CM coefficient correcteur qui ne dépend que de la magnitude MS (EC8-5 Annexe B) :


26


Prise en compte de la magnitude du séismeMw

FS = (CRR7.5/CSR) . CMFS coefficient de sécurité pour un séisme de magnitude MS

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5,0 6,0 7,0 8,0 9,0

Facteur CM

Magnitude MS

Seed et Idriss (1982)

Idriss

Ambraseys

Arango(1)

Arango(2)

Andrus et Stokoe

Youd et Noble PL<20%

Youd et Noble PL < 32%

Youd et Noble PL<50%

Anciennes valeurs

Fourchettes de valeurs


27


EXEMPLESD’APPLICATION

Centre CommercialSud-Ouest de la France


28


Hypothèses Mg = 5.5 et aN = 2.1 m/s²Les PS 92

CM = 2.2 et F = 1.33Les Eurocodes 8

CM = 2.86 et F = 1.25


29

Gain total pour cettemagnitude de 1.22



Exemples CPTU 35

30AFPS-REX Journée du 27 juin 2011


Journée du 14 nombre 2012: Procédés d’amélioration et de renforcement de sols sous actions sismiques31AFPS-REX Journée du 27 juin 2011



Présence de lentilles sableuses à sablo limoneuses

-48-47-46-45-44-43-42-41-40-39-38-37-36-35-34-33-32-31-30-29-28-27-26-25-24-23-22-21-20-19-18-17-16-15-14-13-12-11-10-9-8-7-6-5-4-3-2-1012

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5

qt (MPa)

Cot

e N

GF

CPTu20CPTu21CPTu23CPTu25CPTu26CPTu27CPTu24

Passages sableux

32AFPS-REX Journée du 27 juin 2011



Normalement consolidé

1

10

100

1000

0.1% 1.0% 10.0%FR (%)

Qt=

(qt-s

v0)/s

'v0

5

4

1

6

7

9

8

2

3

S6-1 Zone Aentre 5 % et 12% de FC


33

Couche 1

CPT35 couche 1 entre 2 et 10m de profondeur

S6-1 Zone Aentre 5 % et 12% de FC



1

10

100

1000

0.1% 1.0% 10.0%FR (%)

Qt=

(qt-s

v0)/s

'v0

5

4

1

6

7

9

8

2

3

S5 : Zone B entre12 % et 25 % deFC


34

Couche 2

CPT35 couche 2 entre 10 et 19 m de profondeur

S5 : Zone B entre12 % et 25 % deFC


1,35 2,05 2,6 2,95 3,65

1,64

3,32

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Kc

Indice de classification Ic

(qc1N)CS = Kc . qc1N

• pour Ιc ≤ 1.64 Κc = 1.0• pour Ιc > 1.64 Κc = -0.403 Ιc4 + 5.581 Ιc3 – 21.631 Ιc2+ 33.75 Ιc – 17.88

(qc1N)cs Résistance de pointe normalisée d’un sable propre équivalent

Sable graviers Sable Sablesilt

Siltsable Argile

Sol o

rgan

ique

AFPS-REX Journée du 27 juin 2011



Mise en équation du CRR pour uneMagnitude de 7.5Si (qc1N)cs < 50 alors CRR7.5 = 0.833[(qc1N)cs/1000] + 0.05

Si 50 ≤ (qc1N)cs < 160 alors CRR7.5 = 93[(qc1N)cs/1000]3 + 0.08

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 50 100 150 200 250 300

CRR 7.5

(qc1N)CS

0.25 < D50 (mm)< 2.0 FC(%) < 5M = 7.5

CRR 7.5

CRR7.5 déduit de

Résistance normaliséepour un sable propre(Clean Sand)

(qc1N)cs

Non liquéfiable

liquéfiable CRR7.5

AFPS-REX Journée du 27 juin 2011


NCEER (2001)


0123456789

10111213141516171819202122

0 1 2 3 4 5 6

Facteur de sécurité :FS = MSF x CRR7.5/CSR

Dep

th [m

]

Facteur de sécurité calculé

Facteur de sécurité recherché : FS > 1.25

Eurocode 8 ComparaisonMg : 5.5 CM = 2.86 F = 1.25

0123456789

10111213141516171819202122

0 1 2 3 4 5 6

Facteur de sécurité :FS = MSF x CRR7.5/CSR

Dep

th [m

]

Facteur de sécurité calculéFacteur de sécurité recherché : FS > 1.33

Risque deliquéfaction

Risque deliquéfaction

FS = [CRR7.5 / CSR] . CM


PS 92Mg : 5.5 CM = 2.2 F = 1.33

37



1

10

100

1000

0.1% 1.0% 10.0%F R(%)

Qt=

(qt-s

v0)/s

'v0

5

4

1

6

7

9

8

2

3


1

10

100

1000

0.1% 1.0% 10.0%FR (%)

Qt=

(qt-s

v0)/s

'v0

5

4

1

6

7

9

8

2

3


1

10

100

1000

0.1% 1.0% 10.0%FR (%)

Qt=

(qt-s

v0)/s

'v0

5

4

1

6

7

9

8

2

3

Couche 1

Couche 2

Couche 3

Couche 2Zone B entre12% et 27% defines(2,05 <Ic < 2,6

Couche 1Zone C entre27% et 35% defines(2,6<Ic < 2,8)

Couche 3Zone C > 35% definesIc > 2,8

38



Couche 1

Couche 2

Couche 3

Couche 3Zone C2


39

CPTU 23 bis entre 0 et 20 m de profondeurCouche 1Zone C1 (C2)

Couche 2Zone B


Zones B et C2

Couche 2

Couche 3

Couche 1

T50 = 5 sec

T50 > 100 sec


40

CPTU 23 bis entre 9 et 20 m de profondeur


0123456789

10111213141516171819202122

0 1 2 3 4 5 6

Facteur de sécurité : FS = MSF x CRR7.5/CSR

Dep

th [m

]



PS 92Mg : 5.5 CM = 2.2 F = 1.33

0123456789

10111213141516171819202122

0 1 2 3 4 5 6

Facteur de sécurité : FS = MSF x CRR7.5/CSR

Dep

th [m

]



Risque deliquéfactionAbsence de

risque deliquéfaction

Couche 2 : Zone BEurocode 8 ComparaisonMg : 5.5 CM = 2.86 F = 1.25


41



EXEMPLES D’APPLICATION

•1 avec CPT (CPT 35)• Zone A entre 2 et 10 m• Zone B entre 10 et 20 m

Avec Mg = 5,5 et FS = 1,25 (EC8-5)Seul Zone A est potentiellement liquéfiable

•1 avec CPTU (CPTU 23 bis)• Grâce aux essais de dissipationCouches 1 et 3 [Zone C] non liquéfiables

Avec Mg = 5,5 et FS = 1,25 (EC8-5)Couche 2 [Zone B] non liquéfiable


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