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COLE NATIONALE DES PONTS ET CHAUSSES Anne 2009-2010

Mastre Gnie Civil Europen

Gotechnique Essais en place

LMENTS THORIQUES

1. Essai pressiomtrique 1.1. Principe de lessai et interprtation Lessai pressiomtrique (mis au point par Louis Mnard en 1955) consiste descendre une sonde cylindrique gonflante une profondeur H dans un forage ralis au pralable,. La sonde pressiomtrique comporte trois cellules : la cellule centrale, remplie deau, sert la mesure. Les deux cellules de garde ont pour but de crer un champ de contraintes bidimensionnel sur la hauteur de la cellule de mesure.

Les variations de volume du sol au contact avec la cellule pressiomtrique sont gales aux variations du volume de la sonde. Elles sont dtermines en fonction de la pression radiale applique au sol, que lon augmente par paliers. Sous chaque palier de chargement, les variations du volume au bout de 1, 30 et 60 secondes sont mesures puis lon passe au palier suivant.

La courbe dexpansion brute reprsente les variations de volume de la sonde au bout de 60 secondes en fonction de la pression mesure en surface (figure 1).

Vr

Variations d

e v

olu

me d

e la s

onde

Pression lue p pr pe

Rsistance propre de la sonde

Courbe brute

Figure 1. Essai pressiomtrique : rsultats bruts des mesures.

Avant dintroduire la sonde dans le forage, il est ncessaire dtalonner la sonde pressiomtrique en la gonflant lair libre, ct du forage : on dtermine ainsi une courbe dtalonnage qui traduit linertie de la sonde. Par ailleurs, il est ncessaire de dterminer la constante de dilatation, dsigne par a (exprime en cm3/MPa), qui traduit la dformabilit

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propre de lappareillage et des tubulures : la constante a est dtermine en gonflant la sonde sous forte pression en la plaant dans un tube en acier indformable.

Trois caractristiques du sol peuvent tre dtermines : - la pression du fluage pf, qui dfinit la limite entre le comportement pseudo-lastique

et le comportement plastique du sol ; - la pression limite pLM, qui caractrise la rsistance la rupture du sol ; - le module domtrique EM, qui dfinit la dformabilit pseudo-lastique du sol.

Pour une variation de volume Vr mesure, la pression relle applique au sol la profondeur H est donne par la relation :

p = pr pe + (H + h)w,

o pr dsigne la pression mesure au manomtre, plac la hauteur constante h au dessus de la surface du sol, pe dsigne la pression dtalonnage, correspondant la variation de

volume Vr sur la courbe dtalonnage et H est la profondeur de la sonde dans le sol (niveau du plan mdian de la cellule centrale).

La variation de volume de la sonde aprs correction pour la dformabilit du systme de mesure est dduite de la relation :

V = Vr apr.

De cette manire, les corrections correspondant lapplication des deux formules ci-dessus donnent les courbes prsentes sur la figure 2. La courbe de fluage traduit les variations de volume mesures entre 30 et 60 secondes pour chaque palier de pression et elle permet de dfinir la pression de fluage.

Ve

V0

Vf

VLM

V

p pLM pf

p

mise en contact

domaine pseudo-lastique

domaine plastique

Courbe dexpansion corrige

courbe de fluage

0

Vm

po pm

p pLM pf 0 po pm

V60s V30s

Figure 2. Essai pressiomtrique : rsultats corrigs.

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La courbe corrige donnant V en fonction de p dlimite trois domaines (figure 2) : - le premier correspond la mise en contact de la sonde avec la paroi du forage ; - le deuxime correspond au domaine pseudo-lastique, dans lequel la relation

pression-volume est linaire ; cette relation linaire peut tre dcrite par le module pressiomtrique Mnard EM dfini par :

EM = 2(1+)(Vs+Vm) p/V,

o est le coefficient de Poisson du sol (pris conventionnellement gal 0,33), Vs est

le volume initial de la sonde et Vm la variation de volume moyenne du domaine pseudo-lastique ;

- le troisime correspond au domaine plastique, qui stend de pf (pression de fluage) pLM (pression limite).

La pression limite pLM, qui correspond la valeur asymptotique sur la figure 1, est dfinie conventionnellement comme la pression ncessaire pour doubler le volume de la cavit o le

pressiomtre a t introduit. Comme le volume de la cavit vaut Vs + Vo, la variation de

volume correspondante est gale VLM = Vs + 2 Vo (figure 2).

Le rapport EM/pLM est utilis pour linterprtation de lessai.

Par ailleurs, lutilisation des rsultats de lessai fait intervenir les contraintes totales initiales

verticale (qo = vo) et horizontale (po = ho) au niveau de lessai. La valeur de ho est

dtermine en utilisant le coefficient de pression des terres au repos Ko = ho/vo. On obtient :

ho = Ko(vo uo) + uo, au dessous du niveau de la nappe

ho = Kovo , au dessus du niveau de la nappe,

o uo est la pression interstitielle au niveau de lessai. 1.2. Corrlations entre le module pressiomtrique et le module domtrique Lessai pressiomtrique est un essai de cisaillement et il ne traduit pas le phnomne de consolidation. Toutefois, les applications de lessai pressiomtrique aux prvisions de dformation long terme ont conduit rattacher le calcul du tassement diffr la thorie de la consolidation, donc aux caractristiques domtriques du sol. Pour cela, Louis Mnard a dfini un coefficient appel coefficient rhologique, ou encore coefficient de structure du sol, qui fournit une relation entre le module pressiomtrique et le module domtrique sous la forme :

EM = Ed.

Les valeurs numriques du coefficient dpendent de la nature et de ltat du sol. Ces valeurs sont donnes dans le tableau 1.

Tableau 1. Valeurs du coefficient .

Argile Limon Sable Sable et gravier

Roche Type de sol

Tourbe

EM/pLM EM/pLM EM/pLM EM/pLM EM/pLM

surconsolid

trs serr - >16 1 >14 1/2 >12 1/2 >10 1/3

trs peu fractur

normal

2/3

1/2

4

normalement

consolid

normalement

serr

1 916 2/3 8-14 1/2 7-12 1/3 6-10 1/4 trs fractur

1/3

normalement consolid

altr

- 712 1/2 5-8 1/2 5-7 1/3 - - trs altr 2/3

1.3. Classification conventionnelle des sols daprs les essais pressiomtriques et pntromtriques Les formules et les abaques utiliss dans les mthodes de calcul des fondations partir des essais en place font rfrence des classes conventionnelles des sols, prsentes dans le tableau 2. Tableau 2. Classification des sols daprs les essais pressiomtriques et pntromtriques.

A vrifier par rapport lEurocode

Classe de sol pressiomtre

pLM (MPa)

pntromtre

qc (MPa)

A argiles et limons mous < 0,7 < 3,0

B argiles et limons fermes 1,2 - 2,5 3,0 - 6,0

argiles, limons

C argiles trs fermes et dures > 2,5 > 6,0

A lches 2,0 > 20

A molles < 0,7 < 5,0

B altres 1,0 - 2,5 >5,0

craies

C compactes > 3,0 -

A tendres 1,5 - 4,0 - marnes

marno-calcaires B compacts > 4,5 -

A altres 2,5 - 4,0 - roches*

B fragmentes > 4,5 -

(*) Lappellation roches peut regrouper des matriaux divers : calcaire, schiste, granite, etc. Cette classification est rserve aux matriaux prsentant des modules pressiomtriques EM > 50-80 MPa.

2. Essai au pntromtre statique (CPT)

Lessai de pntration statique consiste enfoncer dans le sol, vitesse constante et laide dun vrin hydraulique, une pointe termine par un cne : un dispositif particulier permet de mesurer la rsistance la pntration du cne, ainsi quventuellement le frottement latral mobilis sur un manchon de longueur donne.

Lessai au pntromtre statique (normalis) a les caractristiques suivantes : - la vitesse de fonage : environ 2 cm/s ; - le pas de saisie des donnes : 10 cm au maximum (ou mesures en continu) ; - langle au sommet du cne : 60 degrs ; - la section de la pointe du pntromtre : 10 cm2 ;

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- la surface latrale du manchon de frottement : 150 cm2.

Les rsultats sont prsents sous forme graphique en fonction de la profondeur atteinte par la pointe. Sur le diagramme figurent :

- la rsistance la pntration du cne appele couramment rsistance de pointe ou rsistance de cne : qc, exprime en MPa ;

- le frottement latral unitaire sur le manchon fs exprim en MPa ; - le rapport de frottement Rf = fs/qc, exprim en %.

La dtermination de la nature du sol partir de la rsistance de pointe qc et du rapport de frottement Rf peut tre facilite en utilisant des abaques (figure 3), mais il faut les utiliser ces abaques avec prcaution, car lessai pntromtrique ne donne pas dinformations sur la compressibilit des sols, bien quil existe dans la littrature technique des corrlations entre le module domtrique Ed et la rsistance en pointe qc.

Figure 3. Abaques pour lestimation de la nature des sols en fonction de qc et Rf.

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Notes pour le pressiomtre : - mode de forage - sondes types (et courbes dtalonnage et coefficients de dilatation a types) - photos de matriels - un bout de thorie de lexpansion

- relation entre EM et (E, ) - rflexions la lecture de pressio 2005. - Autres classifications des sols mixtes - Classements en fonction du rapport EM/pLM et de la nature des terrains

Notes autres :

- pizocne - SPT - Pntrodynamique - Scissomtre - Phicomtre - dilatomtre - gophysique - complter sur le pntromtre statique + panda + pntromtres de terrassements - le problme des terrains particuliers (limites physiques des techniques)