Essai pressiométrique sans cycle : NF P 94-110-1

Essai pressiométrique Menard: Norme NF P 94-110-1

1.  Domaine d'application. . 2.  Principe de l'essai 3.  Objectifs de l'essai 4.  Appareillage de l’essai pressiometrique 5.  Réalisation du sondage pressiométrique 6.  Expression des résultats 7.  Precaution à prendre

1. Domaine d'application

  � L'essai pressiométrique peut être réalisé

dans tous les types de sols saturés ou non, y compris dans le rocher (avec plus d’incertitude) et les remblais .

2. Principe de l'essai  

�  introduction dans un forage préalablement établi d’une sonde cylindrique

�  dilatation de la sonde par palier de pression � mesure de la déformation volumique de la

sonde.

Objectifs de l'essai Il permet de déterminer à l’aide d’un essai d'expansion radial

d'une sonde dans un sol en place: �  la pression limite nette Pl* �  la pression de fluage nette Pf* �  et le module pressiométrique EM Ces paramètres permettent d'évaluer : �  la contrainte de rupture sous une fondation superficielle ou

une fondation profonde �  les tassements d 'une fondation superficielle �  le coefficient de réaction sous une fondation superficielle �  les frottements négatifs pour les fondations profondes

Courbe pressiometrique type

I II

III

Courbe pressiométrique Une courbe pressiométrique typique comprend 3

parties : �  la partie I correspond à la mise en contact de la

paroi de la sonde avec le sol, �  la partie II, approximativement linéaire, traduit un

comportement pseudo-élastique du sol, �  la partie III peut être associée à une phase de

grands déplacements de la paroi du forage. �  On lui associe des pressions caractéristiques qui

sont des valeurs conventionnelles : la pression de fluage, la pression limite pressiométrique, la pression de fluage nette et la pression limite nette.

3. Appareillage de l’essai pressiometrique

3. Appareillage de l’essai pressiometrique

L'ensemble pressiométrique comprend des elements principaux suivants:

�  un contrôleur pression-volume (CPV) ; � une sonde tricellulaire ; � Enregistreur automatique � Une tubulure coaxiale � Bouteille d’air comprimé (azote)

3. 1. Contrôleur Pression Volume CPV

Le contrôleur pression-volume comporte : •  un système de mise en pression et de dilatation de la sonde ; • un dispositif de mesurage, permettant la visualisation et l'enregistrement des valeurs mesurées (pression et volume) .

3. Appareillage de l’essai pressiometrique

3.1.1. Pressiometre a enregistreur automatique

3.1.2. Pressiometre avec commande à distance wifi

3.1.3. Pressiometre automatique Geopac avec commande wifi

Pressiometre automatique Le Prevo

3. 2.Sondes pressiometriques Elles comportent trois cellules fermées par un unique cylindre métallique revêtu dans sa partie centrale d'une membrane en caoutchouc. Le cylindre étant lui-même recouvert par une gaine de protection.

3.2.1. Les types de sondes et gaines de protection

les sondes normalisées les plus utilisées sont: AX de 44 mm et BX de 58 mm

On distingue les sondes à gaine de protection souple, toilées, métallique et des sondes avec tubes fendus. L’utilisation de l’une ou l’autre est dictée par la nature des terrains sollicités et leur résistance.

Choix des gaines

Choix de la sonde pressiométrique La résistance limite propre de la sonde pressiométrique, y compris le tube fendu éventuel, doit être la plus faible possible par rapport à la pression limite pressiométrique du terrain. Le choix de la sonde et de son habillage est guidé par le respect des conditions suivantes :

Caractéristiques géométriques des sondes

3.3.enregistreur �  L’enregistreur est obligatoire, il est équipé

d’une horloge interne, d’une imprimante et d’un support d’enregistrement qui peut être relu par un ordinateur.

4.Réalisation du forage pressiométrique

Un forage destructif, doit être exécuté avec le plus de précaution possible selon les recommandations normatives afin de pouvoir realiser des essais le plus fiables possible. Cette operation depend entre autre:

� Du choix de l’outil de foration en fonction de la nature des terrains traversés

�  Le choix du fluide de circulation et la pression d’injection

�  La vitesse de rotation

4.1.Forage pressiométrique  Deux techniques peuvent être employées : � Le forage préalable souvent accompagné

par l’ enregistrement des paramètres de forage(vitesse d’avancement, couple de rotation, poids sur l’outil et pression du fluide d’injection)

� L’introduction par battage de la sonde placée dans un tube fendu

Qualité du trou du forage

� Les operations de foration doivent permettre d’avoir une cavité calibrée qui respecte un diametre final:

1 < dt/dc < 1,15 •  dt diamètre de l’outil de forage •  dc diamètre extérieur de la sonde.

La technique doit être adaptée au type de terrain à sonder, selon les recommandation

normatives

Légende méthodes de forages pressiometriques

La longueur maximale de forage en fonction de la nature des terrains.

Nouvelle technique de forage pressiometrique STAF

Avantage du STAF

Il est très utile en présence des formations sableuses éboulantes ou il est très difficile de garder le forage ouvert;

Le forage peut être réalisé en sa totalité et réaliser les essais en remontant.

Nouvelle technique de forage pressiometrique STAF

Etapes de realisation de l’essai de pressiometrique

� Etalonnage de la sonde � Calibrage de la sonde � Programme d’essai � Realisation de l’essai

Etallonage de la sonde

Se fait en surface à l’air libre

Calibrage de la sonde

Se fait en surface dans un tube indeformable de diamètre connu

Programme de chargement la pression mesurée est augmentée progressivement par pas de pression Δp identiques et que chaque pression doit être maintenue constante pendant une durée Δt (60s). Le temps de passage d'un palier au suivant doit être inférieur à une valeur δt(<10s). Enfin, le déchargement se fait sans palier.

Essai pressiométrique En général on realise un essai tous les 1m �  appliquer progressivement par palier, une pression

uniforme de pas constants et au plus égaux à une valeur de l'ordre du dixième de la pression limite estimée

�  mesurer l'expansion de la sonde V en fonction de la pression appliquée p

�  Chaque pression est maintenue constante dans les cellules de mesure et de garde pendant 60 secondes. A chaque palier, on visualise et on enregistre la pression appliquée et le volume injecté dans la sonde à 1,15, 30 et 60 secondes.

Réalisation de l’essai

Courbe pressiometrique brute

L’essais pressiometrique permet d’obtenir une courbe brute d’effort deformation selon un programme de chargement qui permet de definir:

�  la pression limite Pl �  la pression de fluage Pf � et le module pressiométrique EM

Courbe pressiometrique brute

Criteres de fin de l’essai L'essai peut être considéré comme terminé s’il comporte

au moins huit paliers et si une des conditions est satisfaite:

�  la pression pr de 5MPa est atteinte �  �ƒle volume de liquide injecté dans la cellule

centrale est d’au moins 600cm3 pour les sondes standards.

pour les essais où la pression est < 5MPa, �  au moins trois paliers au-delà de la pression

de fluage �  au moins quatre paliers avant cette pression

de fluage.

Courbe pressiometrique corrigée

Les valeurs des pressions et des volumes relevés au cours de l’essai doivent être corrigées afin de tenir compte de :

�  la pression due à la charge hydraulique ph ; déterminée à partir de la profondeur de l’essai

�  la résistance propre de la sonde pe ; déterminée à partir de l’étalonnage de la sonde

�  l’expansion propre de l’appareillage sous l’effet des augmentations de pression (dilatations des tubes et du système de mesure, etc) déterminée à partir du calibrage de la sonde .

Courbe pressiometrique corrigée

Correction due à la charge hydraulique (ph)

Lors d'un essai à une cote altimétrique zs donnée, la pression au niveau de la cellule centrale de mesure est la valeur de la pression indiquée par le CPV augmentée de la pression hydrostatique ph existant entre le niveau de la prise de pression et le milieu de la sonde pressiométrique

Correction due à la résistance propre de la sonde pressiométrique

� Cette correction de pression prend en

compte la résistance propre de la sonde pressiométrique (pe)

� Elle dépend de l'ensemble membrane-gaine, éventuellement de la présence du tube fendu, et du volume injecté.

p(corrigée) = pr(Vr) – pe(Vr )

Correction due à l’expansion propre de l'appareillage

� Pour une pression pr lue, il faut procéder

à une correction de la valeur du volume Vr lue, afin d'éliminer les dilatations additionnelles de la sonde, de la tubulure et du système de mesure.

Courbe pressiométrique corrigée

Les valeurs corrigées de volume et de

pression (mesurée à chaque palier au bout de 60 s) sont déterminées par les relations :

�  p = pr + ph – pe �  V = Vr – apr

Pression limite pressiométrique (pl)

Par convention, la pression limite, exprimée en mégapascals, est la pression corrigée qui correspond à un volume

de liquide injecté tel que : Vl = Vs + 2 V1

Module pressiométrique Ménard (EM)

La détermination du module EM est l'opération la plus délicate dans l'essai pressiométrique. Du fait du remaniement du trou de forage, le module pressiométrique EM sera toujours plus faible que le module réel du sol. Le module EM est le module de premier chargement.

Par définition, le module pressiométrique est calculé à partir de la formule :

Détermination directe de Pl

Lorsque le volume injecté au cours de l'essai est tel que le volume de la cavité a dépassé la valeur :

Vs + 2 V1 la pression limite est déterminée par

interpolation linéaire entre les valeurs des pressions des paliers qui encadrent

ce volume.

Pression de fluage pressiométrique

�  La pression de fluage pf est obtenue par exploitation graphique du diagramme (p, V60/30).

�  pf est l'abscisse de l'intersection des deux droites retenues pour schématiser le diagramme (p, DV60/30),

�  DV60/30 est la variation de volume du liquide injecté dans la cellule centrale de mesure entre les temps t = 30 s et t = 60 s après le début du palier de pression p.

Tableau de présentation des résultats

Ordre de grandeur des pressions limites pl

classification des sols en fonction de Pl

Ordre de grandeur des pressions limites pl et Module EM

Ordre de grandeur des rapports pressions limites pl et Module EM

Pression limite nette, pression de fluage nette

Les pressions nettes p* sont comptées par rapport à la contrainte totale horizontale qui régnait dans le sol avant introduction de la sonde pressiométrique.

Si la masse volumique du terrain n’est pas mesurée, on pourra l’estimer (généralement ≈ 1,8 Mg.m-3). Si KO n’est pas mesuré, c’est très généralement le cas, on l’estimera en fonction de la nature géologique du terrain, pour un sol normalement consolidé on pourra prendre KO ≈ 0,5.

Méthode de la courbe «inverse» �  Elle consiste à transformer les couples de valeur (p, V) en (p, 1/V) et à

effectuer une régression linéaire pour toutes �  les valeurs telles que p ³ p2. �  L'extrapolation est faite par la transformation : �  Y = Ap + B avec : �  Y = V – 1 où : �  A et B sont les coefficients obtenus par la méthode «des moindres carrés»

par rapport aux pressions sur les valeurs expérimentales (Y, p) au delà de (p2, V2) inclus.

�  La pression limite est obtenue à partir de l'équation suivante :

Méthode d’extrapolation «hyperbolique» �  L'extrapolation est faite avec toutes les valeurs mesurées

telles que p > pE par la transformation suivante : �  Y = CX – D

Pression limite pressiométrique nette — Pression de fluage pressiométrique nette

�  La pression nette p* est la pression comptée par rapport à la contrainte totale horizontale régnant dans le terrain avant introduction de la sonde pressiométrique au même niveau :

�  pression limite pressiométrique nette : �  pression de fluage pressiométrique nette :

�  NOTE La procédure suivie lors d'un essai ne permet pas de connaître la contrainte totale horizontale du terrain au repos avant le forage (ou la mise en place de la sonde en cas de tube fendu direct). L'estimation repose sur un calcul et des hypothèses.

Contraintes dans le terrain au repos avant essai

Contraintes dans le terrain avant essai

Contraintes dans le terrain au repos avant essai

Pression limite pressiométrique nette pl* et pression de fluage pressiométriquenette pf* Lorsque les pressions nettes sont fournies sur le

procès-verbal, ce dernier doit préciser : �  la valeur considérée de la masse volumique du

terrain et si celle-ci a été mesurée ou estimée ; �  pour la majorité des terrains la valeur

conventionnelle généralement admise est de 1,8 Mg/m3 ;

�  la valeur, au niveau de l’essai du coefficient Ko de pression des terres au repos et si celle-ci a été mesuré ou estimée ;

�  la valeur conventionnelle de Ko égale à 0,5 est généralement admise.

Portance des fondations superficielles Pression limite nette équivalente : Si le terrain est homogène entre la base de la fondation et 1,5B sous la base de la fondation :

Pression limite nette équivalente : Si le terrain est constitué de matériaux de natures différentes entre la base de la fondation et 1,5B sous la base de la fondation :

Capacité portante du sol de fondation

q0‘ est la contrainte verticale effective au niveau de la fondation après travaux. kp est le facteur de portance pressiométrique, déterminé en fonction de la forme de la fondation, de la nature et des caractéristiques pressiométriques du terrain en place

Valeur de kp

Classification du sol