MINIST~RE DE L'AMtNAGEMENT OU TERRITOIRE, DE L'~OUIPEMENT. OU LOGEMENT ET OU TOURISME

LCPC LABORATOIRE CENTRAL

DES PONTS ET CHAUSS~ES

..

Essais de laboratoire et en place de mcanique des sols

AIDE-M~MOIRE

NOTE D'INFORMATION TECHNIQUE

JUIN 1973

Essais de laboratoire et en place

de mcanique des sols AIDE-MMOIRE

SOMMAIRE

PRSENTATION. F. SCHLOSSER

ESSAIS DE LABORATOIRE

1. ESSAIS D'IDENTIFICATION

1.1 - Teneur en eau naturelle

1.2 - Degr de saturation

1.3 - Poids spcifiques 1.4 - Limites d'Atterberg

1.5 - Analyse granulomtrique

1.6 - Teneur en carbonate de calcium CaC03

1 .7 - Classification des sols

1.8 - Analyse minralogique

1.9 - Dosage des matires organiques

2. ESSAIS DE RSISTANCE

2.1 - Essai de cisaillement la bote 2.2 - Essai triaxial

2.3 - Essai de compression simple

2.4 - Pntromtre de poche

2.5 - Scissomtre de laboratoire

2.6 - Pntromtre de consistance

3. ESSAIS DE COMPRESSIBILlT

ESSAIS EN PLACE

1. LE PRESSIOMTRE NORMAL

2. LES PNTROMTRES DYNAMIQUE ET STATIQUE

3. LE SCISSOMTRE DE CHANTIER - TYPE LPC

4. LES PIZOMTRES

Ministre de l'Amnagement du territoire, de l'Equipement, du Logement et du Tourisme Laboratoire central des Ponts et Chausses 58, boulevard Lefebvre

75732 PARIS CEDEX 15 - Tl. : (1) 53231 79 Tlex LCPARI 20361 F Juin 1973

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5

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PReSENTATION

F. SCHLOSSER Chef du Dpartement des sols et fondations Laboratoire central des Ponts et Chausses

Les tudes de fondations d'ouvrages de soutnement ou d'ouvrages en terre, font en grande partie appel d la mcanique des sols, Cette discipline du gnie civil relativement rcente est souvent peu familire aux matres d'uvre, quand elle ne prsente pas pour eux un certain caractre d'sotrisme. Les raisons en sont multiples.' enseignement fragmentaire dans les coles, concentration entre les mains d'un petit nombre de spcialistes, volution rapide des connaissances et des techniques, importance et com-plexit des essais, etc.

Aussi, n'est-il pas rare de voir dans un projet d'ouvrage, le matre d'uvre s'intresser de trs prs la superstructure (depuis la conception jusqu' l'excution) et confier aux (( spcialistes de mcanique des sols l'ensemble du projet des fondations. Une telle manire de faire prsente des inconvnients: - sur le plan technique d'une part, elle ne permet pas de concevoir et de raliser l'ouvrage d'art comme un tout, dans lequel fondations et superstructure ont entre elles des interactions profondes: - sur le plan conomique d'autre part, elle enlve au matre d'uvre toute possibilit de contrle et mme de jugement sur les moyens d'tudes et les solutions adoptes.

Il est ncessaire que le matre d'uvre soit mme de suivre, d'orienter, de juger et parfOiS de dfinir les tudes de fondations, plus gnralement de mcanique des sols, qu'if convient d'effectuer dans son projet d'ouvrage.

L'un des lments essentiels est le choix des essais utiliss pour la reconnaissance, puis pour le dimen-sionnement des fondations. Ce choix est d'autant plus important que l'opinion n'est pas unanime sur l'utilisation des essais en place et des essais en laboratoire: certains bureaux d'tudes sont essentiellement orients vers les essais de laboratoire, d'autres le sont au contraire vers les essais en place. Pourtant chaque essai de mCanique des sols a ses avantages, ses inconvnients et aussi ses limites. Si aucun n'est rejeter, aucun n'est universel, et pour chaque problme on peut trouver le type d'essai le plus appropri. Ds 1969, les Laboratoires des Ponts et Chausses avaient alert les matres d'uvre sur ce problme trs important (' ).

Aprs dix annes d'exprience, les Laboratoires des Ponts et Chausses ont essay de faire uvre objec-tive et complte dans ce domaine notamment, en exposant en collaboration avec le SErRA leL'r doc-trine en matire d'tudes de (ondation ; c'est le dossier FOND. 72 (2).

Le prsent aide-mmoire rdig par M. Amar, ingnieur au Dpartement des sols et fondations, est en accord avec cette doctrine: if prsente la panoplie des principaux essais utiliss en mcanique des sols. Le matre d'uvre, en liaison avec le mcanicien des sols, choisira le ou les essais les plus appropris en fonction du type de problme pos et selon des critres la fois techniques et conomiques.

(1) Note d'information technique LPC, La Reconnaissance des sols, aot 1969, Document disponible au service des Publi-cations du LCPC.

(2) FOND. 72, Fondations courantes d'ouvrages d'art, Ce document type diffus dans les services de l'Equipement peut tre obtenu au SETRA - Division des Ouvrages d'art B, 46, av. Aristide Briand, 92223 BAGNEUX.

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ESSAIS DE LABORATOIRE

1 - RSSAIS D'IDENTIFICATION

1.1. Teneur en eau naturelle w%

C'est le rapport du poids d'eau que le sol contient au poids de ses lments secs, aprs dessication l'tuve 105 oC (60 oC dans le cas des sols contenant des lments o/ganiques).

o Poids d'cau IV% = Poids du sol sec X 100

La connaissance de la teneur en eau ct 'un sol est trs importante car elle permet, avec d'autres carac-trist iques, d'apprcier l' tat dans lequel se trouve ce sol.

1.2. Degr de saturation S, %

C'est le rapport du volume de l'eau au volume des vides d ' un sol.

S, % = ~. x 100 ,

1.3. Poids spcifiques'

Poids spcifique du sol humide (ou apparent) y

C'est le rapport du poids total d'une certaine quantit de sol son volume apparent.

W y = V

Poids spcifique du sol sec y d

C'est le rapport du poids de matriau sec contenu dans une certaine quantit de sol .au volume de ce mme sol.

w v,

Le poids spcifique sec dfinit l'tat dans lequel se trouve le matriau: suivant la valeur de Yd, un mat-riau sera trs dense, dense, lche ou trs lche.

* Les poids spcifiques s'expriment en kNfm3. On dfinira de la mme faon les masses volumiques (en gjcm3) et les densits (sans dimension, tant rapportes au poid3 spc ifique ou la masse volumique de l'eau).

Poids spcifique des grains du sol y,

C'est le rapport de matriau sec contenu dans une certaine quantit de sol au volume des grains du sol.

W, VS = -, V,

Pour les sols courants, Ys est compris entre 2,6 et 2,7.

1.4. Limites d'Atterberg

En fonction de la teneur en eau, un sol remani se pr-sente suivant des consistances variables pour lesquelles on peut distinguer quatre tats : liquide, plastique, solide avec retrait et solide sans retrait. En ralit, le sol passe graduellement d ' un tat l'autre et les frontires respectives ne sont dfinies que conven-tionnellement par les limites d ' Atterberg.

Les limites d'Atterberg sont donc des teneurs en eau. Pour les obtenir, les essais so nt effectus sur la fraction du matriau passant au tamis de 0,42 mm.

Limite de liquidit WL entre l'tat liquide et l'tat plastique. Elle se dtermine l'aide de l'appareil de Casagrande (fig. 1).

Fig. 1 - Appareil de Casagrande pour mesurer la limite de liQuidit.

5

Limite de plasticit IVp entre l'tat plastique et l'tat solide avec retrait. Par dfinition, la limite de plas-ticit est la teneur en eau au-desso us de laquelle il n'est plus possible de confectionner avec le sol des rouleaux' de 3 mm de diamtre sans qu'ils se rompent.

Limite de retrait IVR est la teneur en eau juste suffi-sante pour remplir les vides du sol au moment o il atteint par schage son volume minimal. La limite de retrait est peu utilise en mcanique des sols.

Indice de plasticit l,

Diffrence entre la limite de liquidit et la limite de plasticit, il donne l'tendue, en teneur en eau, de la plage de plasticit du sol.

lp = IVL - IVp

L'indice de plasticit permet de dfinir le degr de plasticit d'un sol :

Indice de plasticit Ip Degr de plasticit

0-5 non plastique

5-15 peu plastique

15-40 plastique

>40 trs plastique

Bien que leur dfinition soit arbitraire , les limites d'Atterberg ont une importance essentielle 'en mca-nique des sols. Elles permettent en particulier de classer les sols suivant un diagramme de plasticit (fig. 2).

Indice de consistance' le

L'indice de consistance le est dfini par la relation suivante qui situe le sol l'intrieur de la plage de plasticit :

1 1 1 1 1 1 1

50 1 1 1 1 1 1 1 Argi les Ires plastiques V 1: -At x~\"; ..... -0' l '9 1 E I l

Argiles pE'U plas tiques " ./ limons trs plas tiques

40

, 0

Ap 1 V 1 1 ct 1 A' 1 1 1

l-CmonJ l i> 1-So ts orga niqu es

e t S9tS trs Plast iques. -o~ganlque5 1 lOti 1 1 peu pla s llqu e s Op

20

t 0

o 10 20 30 40 50 60 70 60 90 tOO

Fig. 2 - Diagramme de plasticit et cla ssificat ion des sols fins.

6

Il permet d'apprcier la consistance des sols plas-tiques :

l , 0 0,25 0,50 0,75 1 > 1

" u liquide pteuse molle ferme trs ferme " 5 dure ~ .;;; " 0 "

1.5. Analyse granulomtrique

L'analyse granulomtrique permet de mesurer la distribut ion dimensionnelle en poids des lments d'un matriau. Elle comprend deux oprations :

Le tamisage, pour la distribution dimensionnelle en poids des particules de dimension suprieure ou gale 80 microns.

La sllimentomtrie, pour la distribution dimension-nelle en poids des particules de dimension infrieure 80 microns. La sd imentomtrie est base sur la loi de Stokes qui donne la vitesse limite d'une parti-cule tombant sous l'action de la pesanteur dans un liquide visqueux.

L'analyse granulomtrique se traduit par la courbe granulomtrique (fig. 3). Cette courbe contribue l'identification du matriau et permet de prvoir certaines de ses proprits.

1.6. Teneur en carbonate de calcium Ca CO,

L'essai consiste mesurer le volume de gaz carbo-nique dgag, aprs attaque par l 'acide chlorhydrique d'une certaine quantit de matriau sec. Suivant la teneur en CaCO" on peut distinguer pour lessols fins:

0 - 10 % de CaCO, : argile ou limon 10 - 30 % de CaCO, : argile marneuse ou

limon marneux 30 - 70 % de CaCO, : marne 70 - 90 % de CaCO, : calcaire marneux 90 - 100 % de CaCO, : calcaire La dnomination argile ou limon dpend aussi de la plasticit et de l'analyse granulomtrique.

1.7. Classification des sols

Apparente la classification amricaine USCS (Uni-field Sail C lass ification System), la classification des Laboratoires des Ponts et Chausses (LPC) s'appuie essentiellement sur l'analyse granulomtrique et sur les caractristiques de plasticit de la fra ction fine, compltes par des essais trs simples (couleur, odeur, effets de l'eau, etc.).

Elle comporte huit classes pour les sols grenus et sept classes (dont la tourbe) pour les sols fins (tableau et fi g. 2).

100 CAILL aux GR AVI ERS GR 0 5 SABLE SABLE f i N LI MON ARGILE

f', Il 90 1"- I , 1

.. , 80 , E , Limites d'A tterber g Ca CO, u 70 ~

wL Ip

." 60 28 /0 12/0 25% E ;'! 50 ~

1 , 1 ,

' 0 ~ 1 l" c 30 u , lE 20 I l

"'-10

1

0 1 O mm200 100 50 20 10 5 0.5 0,2 0,1 50p 201-1 IOv 51J IV O.S ~ 0.2 ..

',. Diam tres quivalents(V I------....

Fig. 3 - A nalyse granu]omtr Que d'une grave argileuse.

L8. Analyse minralogique

Celle-ci a pour but de dterminer la nature et la quantit des minraux constituant un sol argileux. La connaissance de la composition minralogique du sol constitue un lment de jugement intressant sur son comportement. Mais l'analyse minralogique doit tre effectue bon escient , suivant l'importance de l'tude et la nature du problme pos.

L'ana lyse diffracto mtr ique est, de toutes les mthodes utilises, celle qui fournit le plus d 'indications; elle peut tre parfois complte par :

l'analyse thermopondrale (ATP), l'analyse thermique diffrentielle (ATO), l'analyse chimique centsimale, l'analyse granulomtrique, la mesure de la capacit d'change de cations, l'leetrodialyse .

La simple numration des techniques montre l'im-portance du travail acconlplir, tant en moyens qu'en dure, pour obtenir la composition minralo-gique d ' un sol.

Pour autant qu 'une analyse minralogique est nces-saire, une tude base sur les rayons X et l'analyse granulomtrique donnant une composition minra-logique semi-quantitative est suffisa nte, dans la plu-pa rt des cas.

1.9. Dosage des matires organiques

La prsence dans les sols de matires organiques qui sont l'origine de textures lches et d'une importante rtention d'eau, co nfrent ceux-ci une grande

plasticit et une grande compressibilit. Pour des tudes d'ouvrages importants o le critre de compres-sibilit es t prpondrant (remblai sur sol compressible par exemple), le dosage des matires organiques des sols appels supporter de tels ouvrages est prescrit

Les matires organiques sont trs varies, et il est de ce fait quasiment impossible de dterminer par des essais simples chacune des varits.

On se contente dans la p ratique d'un dosage global , suffisa nt pour les tudes de gnie civil.

Plusieurs mthodes de dosage sont possibles :

Mthode classique

Les matires organiques sont oxydes par un mlange de bichromate de potassium et d'acide sulfurique concentr.

Mthode thermique

Celle-ci fait appel l'analyse thermique diffrentielle (A TO), mthode plus longue mais plus prcise que la mthode classique.

2 - ESSAIS DE RSISTNCE

La rsistance des sols mesure exprimentalement et les thories de rupture permettent d'tudier la sta-bilit des fondations superficielles ou profondes, des ouvrages de soutnement , des remblais, des talus naturels ou de dblais, des barrages en terre, etc.

Tableau

CLASSIFICATION DES SOLS GRENUS

(plus de 50 % des lments > 0,08 mm)

Dfiniti ons Symbols Conditions Dsignation

gotechn ique

E D" E Cu ::::: DIO > 4 (')

~~ Gb grave propre

E bicn gradue E ~ ci (D )' ,

00 ~ V el Cc = D 30 D compriS entre 1 e t 3

" 10 X 110 E ~ !'l E c c A ,; ~

N E E !'l A ,~

grave propre on utilise un double symbole.

(') . C" coefficient d ' uniformit.

- C, coefficient de courbure.

DIO' D ao ' D6o, : dimensions auxquelles sont infriel~ rs respectivement 10 %. 30 %, 60 % en poids des grains .

8

Con traintes de cisaittement "t

t mali: , -----------;-__ r-~

E Dformat ions E ( 0101

Fig. 4 - Courbe de rsistance au cisa illement.

11 existe plusieurs essais plus ou moins complexes, pour dterminer la rsistance au cisaillement des sols : compression simple, cisaillement la bote, compression triaxiale, etc.

Les deux essais : cisaillement direct et compression triaxiale sont les plus utiliss. Chaque essai comporte deux phases: la premire est l'application des cO lltrain-tes normales, la deuxime le cisaillement propre'ment dit. Suivant que pendant l'uoe ou l'autre de ces deux phases, on empche tout drainage ou au contraire on laisse l'eau s'vacuer sans aucune pression, on distingue plusieurs types d'essais.

Essais de cisaillement non draills UU

Essais pendant lesquels aucun drainage de l'eau n'est possible durant les deux phases. La premire phase constitue alors ce que l'on pourrait appeler la remise sous contraintes .

Essais de cisaillemelll consolids non drains CU

Essais dans lesquels il n'y a drainage que pendant la premire phase : l'application des contraintes nor-males destines assurer la consolidation primaire totale de l'chantill oJl. Aucun drainage ne se produit pendant la pbase de cisaillement.

Essais de cisaillement drains CD

Essais dans lesq uels il y a drainage, aussi bien pendant l'application de la contrainte normale que pendant l'application de la contrainte de cisaillement. La pression interstitielle do it tre toujours nulle au cours du cisaillement.

* UU = unconsolided undraincd u CU = consolidcd undra incd u* CD = consolided drained

Critre de rupture

Lorsqu' un systme de force s est appl iqu un volume dtermin d'un sol, il sc dveloppe en gnral des contraintes de cisaillement qui entranent des dfor-mations du sol. Celles-ci peuvent tre importantes le long de certaines surfaces que l'on appelle surfaces de glissement ~u surfaces de rupture.

La rsistance au cisaillement d'un sol est dfinie comme tant la contrainte de cisaillement dans le plan de la rupture, au moment de la rupture.

Sauf dans des cas particuliers on prendra comme rsistance au cisaillement, le maximum de la contrainte de cisaillement (fig. 4).

2.1. Essai de cisaillement la boite

L'chantillon de sol tudier est plac entre deux demi-botes qui peuvent se dplace r horizontalement, l'une par rapport l'autre.

Un piston permet d'exercer sur le sol une contrainte a donne (fig. 5a). La demi-bote infrieure est entra-ne horizontalement vitesse de dplacement cons-tante.

L 'chantillon est donc cisaill suivant un plan impos, sur lequel on exerce une contrainte normale et une co ntra inte tangentielle dtermines. On mesure l'aide d ' un anneau dynamomtrique fix la demi-bote suprieure la force totale de cisaillement. En rptant plusieurs fois l'essai avec des valeurs diff-rentes de la contrainte normale (gnralement trois ou quatre), on peut dfinir la cohsion C et l'angle de frottement

boite de cisa illerrlent _ _ _

Fig. 5 . Essai de cisaillement la boite

Et honl i llon i i --- ----d 'uinnge

a) Schma de la bote de cisaillement.

Li ,-!

Fig. 6 . Essai Iriaxial.

a) Schma de la cellule triaxialc.

r uL.~-L __ ~ ____ ~ __ ~+oo,

a-~

La cohsion non draine des argiles satures s 'en dduit immdiatement, 'l'u tant nul.

Cu en bars

Terzaghi donne partir de R, une chelle de consistance du sol :

trs molle o , R, < 0,25 bar molle .. . ......... . . . . .... . . 0,25 < R, < 0,50 bar mi-consistante . . . . . . . . . . . . . 0,50 < R, < 1 bar consistante . . .... .. ........ 1 < R, < 2 trs consistante ....... . ... 2 < R, < 4 bars extrmement consistante R, > 4 bars

2.4. Pntromtre de poche

Cet appareil trs simple permet d'obtenir trs rapi-dement un ordre de grandeur de la valeur de la rsis-tance la compression simple non draine Re d'un sol cohrent non remani.

L'index mobile d'un ressort travaillant en compres-sion indique directement en rsistance la compression simple, la rsistance du sol la pntration (fig. 8).

L'appareil permet d'valuer des rsistances la com-pression simple allant jusqu' 4,5 bars.

12

Fig. 8 - Pntro mtre de poche Cu = Re

Fi g. 7 . Essai de compress ion s imple Re _ 4P n Dl

2.5. Scisssomtre de laboratoire

"2

L'essai consiste enfoncer dans un chantillon de sol une tige munie son extrmit de deux palettes verticales et de mme largeur. puis de lui imprimer un mouvement de rotation vitesse angulaire cons-tante jusqu 'au cisaillement du sol. Le couple nces-saire pour cisailler le sol est mesur l'aide d'un ressort talonn fix sur la tige de l'appareil (fig. 9).

L'essai est essentiellement utilis pour la dtermina-tion de la cohsion non draine Cu des sols pure-ment cohrents (argiles, vases, tourbes). La cohsion C. est donne par la re lation

Cu M

M tant le moment de torsion maximal.

Une courbe d'talonnage de l'appareil donne direc-tement la valeur de la cohsion Cu en fonction de la valeur de l'angle de torsion la rupture (fig .. 9).

2.6. Pntromtre de consistance

Un cne, d'angle au sommet et de poids Q connus, est maintenu au-dessus de l'chantillon tudier, sa

2 I----r-~_,__,.~~~~~~~r_r____,___.____,___,__._____T ] / 1

c 1/ L . : 1 ,81-+-+_j_---j-+-+-+--+~r__+_+_j___I-l_fS~CJ;1 ~s~a~"'~IE"1~RF.E ~lllb;c~P.l.C1-+--i .g 1 / --+-+-++-t---l--nf--+-+-+-l-+-l-H 1 rr !L.U~ I y .3 1,6 - - f-----f-----.J--I--I- I-}

I-I---+--+--+-l-l-----jve++--- i- - f--+--+--+-++---l-H-++-H----1 ,4 1---1---1---I-l----I-l~J;L-I--l-I--I---1--l---+--+-I-I--l-I---I--+-+v---J,..

Fig. 10 Pntromtre de consistance.

pointe affleurant la surface de l'chantillon. On libre le cne et on mesure son enfoncement H dans le sol sous so n propre poids (fig. 10). La cohsion non draine Cil est donne par la relation :

o k est une constante sans dimension qui dpend de l'angle au sommet du cne, de son poids et du degr de remaniement des chantillons d au mode de prlvement et au transport.

L'appareil est utilis essentiellement pour la dter-mination de la cohsion non draine Cil des sols purement cohrents, soit pour des valeurs de Cil < 0,4 ou 0,5 bar.

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3. ESSAIS DE COMPRESSIBILIT

Pour valuer les tassements d'un sol sous le poids d'une charge (fondation, remblai , etc.), il est nces-saire de connatre certaines caractristiques du sol qui sont dtermines l'aide de l'essai de compressi-bilit l'domtre (fig. Il).

Cet essai a pour objet essentiel l'tude de la consoli-dation d'prouvettes satures de sols intacts ou rema-nis, soumises des charges verticales uniformes, draines sur les deux faces (infrieure et suprieure) suivant cette direction et maintenues latralement par une paroi rigide (fig. Il a).

On applique d'abord une premire charge sur l'prou-vette et on note le tassement obtenu la fin de la consolidation sous cette charge (24 heures en gnral).

L'essai est rpt pour les valeurs croissantes de la charge en progression gomtrique .

Pour chaque charge, l'indice des vides e en fin de consolidation est calcul,

volume des vides Vv e = volume des grains solides Vs

et on trace la courbe (e - 19 cr') appele courbe do-mtrique (fig. 11 b).

De cette courbe, on dduit les valeurs de :

. l'indice de compression Cc du sol, qui est donn par la pente de la partie droite de la courbe,

- la pression de prconsolidation cr'c qui est donne par une construction gomtrique et qui correspond la plus grande pression verticale supporte par le sol en place au cours de son histoire .

Par ailleurs, on mesure l'indice des vides initial eo.

La connaissance de ces trois grandeurs Cc, cr'c et eo permet de calculer le tassement !!.H long terme (ou drain) d ' une couche d'paisseur H produit par une charge dtermine

!!.H = H -~ 1 + eo

De plus, on trace pour chaque valeur de la charge les courbes donnant la dformation verticale, en fonction soit du logarithme du temps, soit de la racine carre du temps. De ces courbes on dduit le coefficient de consolidation Cv du sol, qui servira dterminer l'volution des tasseme'nts en fonction du temps.

f 1

Fig. 11 - Essa i de comp ressibili t l'domt re.

a) Schma du moule domtrique.

log cr'

b) Cou rbe domtriQuc. Dtermination de l'indice de compression Cc ct de la pression de consolida ti on (5' c.

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ESSAIS EN PLACE

1. LE PRESSIOMTRE NORMAL

1.1. Principe ct ralisation de l'essai

L'essai pressiomtrique normal est un essai de char-gement rapide du sol en place obtenu par expansion d'une cellule cylindrique ; l'u niformit du champ de dformation est assure par deux cellules de garde (fig. 12).

L'appareil (fig. 13) est mis en uvre dans un avant-t rou ou fonc directement. La qualit de l'avant-trou (remaniement , calibrage) et celle du fonage (refoulement, mthode de fonage) ont une grande influence sur les rsultats de l'essai.

L'identification du sol et les observations concernant le fonage de la sonde ou le forage de l'avant-trou permettent d'estimer grossirement la pression limite escompte. Une fo is la sonde tricellulaire mise en place, 10 paliers de pression de P, est ime lui sont

10 appliques pendant une dure de une minute. Gn-ra lement, on tolre de 7 14 paliers.

O n note les variations de volume V constates au contr leur pression-volume (CPV) a ux temps 15 s, 30 s 1 mn aprs la fin de la mise en pression.

L'essai est en principe termin lorsque le volume d'eau inject atleint 700 750 cm3.

1.2. Caractristiques pressiomtriques

Pour chaque essa i, on trace la cou rbe pressiomtrique (varia tion de vol ume en fonction de la pression appl ique) (fig. 14). Elle permet de dduire aprs corrections, les valeurs des paramtres pressiom-triques.

Le module pressiomtrique E

Le module traduit la compress ibilit du sol pour un essai de ce type, dans l'hypothse d'une dist ribution lastiq ue des contraintes. II est donn pa r,

P E = 2 (1 + ,) (V. + l'm ) c.-

ul'

Vo volume de la cellule centra le

l'm : volume moyen de sol dplac par la ce llul e de mesure, il co rrespo nd au milieu de la partie linaire de la co urbe.

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Contrleur pression volume

SONDE

146 Manomlre ,.-:x,// leClu re de la pression

'~ ' .:

ve gaz

Tube de lecture du volume

Cellule de garde

( G a zl

.Cellule centrale

( Eau)

le de garde

( Gaz)

Fig. 12 Coupe de la sonde pressomtriQue normale Type E.

, coefficient de Poisson. K = 2 (1 + ,) (V. + vm ) tan t le coefficient

de compression de la sonde, on a : P

E = K -v

P/l' tant l'inverse de la pente de la partie lina ire de la co urbe pressiomt rique qui reprsente une rac-tion approximativement last ique de sol sous la soll i-ci tation pressiomtrique.

La pression Po

Elle correspond la fin de la phase initiale de l'essa i dite" phase de recompactio n ". L 'exprience montre que cette pression ne correspond pas en gnral la pressio n totale horizo ntale des terres au repos.

Fig. 13 - Essai pressiomlriQue.

f ,

'" .f . , ." ~ '"

'" >0,

."

'" v.

'" v

'"

, '. Fig. 14 - Courbe pressiomlriQue.

P .... ian

La pression de fluage Pr

C'est la pression qui correspond la fin de la partie linaire de la courbe pressiomtrique. C'est aussi la pression partir de laquelle les dformations diffres de la sonde deviennent importantes par rapport aux dformations instantanes.

La pression limite P,

La pression limite brute est l'abscisse de l'asymptote parallle l'axe des ordonnes. Elle est dfinie conventionnellement, pour un essai normal effectu dans un forage pralable (10 paliers de pression maintenus chacun une minute), comme tant la pression correspondant au doublement de volume de la sonde par rapport son volume initial.

1.3. Caractristiques technologiques ct domaines d'emploi

Les pressiomtres ont les caractristiques suivantes

diamtre courant : 6 cm longueur totale : 44 cm longueur de la cellule centrale : 21 cm profondeur' d'investigation courante : 20 30 m gammes de mesure : 0,5 20 bars pour l'appareil normal E et pouvant atteindre 100 bars pour l'appareil type 0 nombre d'essais par jour: 5 10.

L'essai pressiomtrique est conseiller pour tester des formations peu compressibles. Il permet de trai-ter des problmes de stabilit de tous les types cou-rants de fondations (semelles, pieux, radiers). On peut, en gnral, l'utiliser pour l'valuation du tassement.

Cet appareil n'est pas appropri pour la dtermina-tion des tassements sur sols trs compressibles et. pour les problmes de frottement ngatif sur les pieux.

1.4. Prsentation des rsultats

Les valeurs du module pressiomtrique E et de la pression limite PI obtenues, sont systmatiquement reprsentes en fonction de la profondeur sur des tableaux synoptiques (fig. 15).

2. LES PNTROMTRES

LE PNTROMTRE DYNAMIQUE

Un train de tubes gnralement lisses, de faible dia-mtre (3 6 cm), muni son extrmit d'une pointe ou d'un carottier simple, est enfonc par battage dans le sol. La masse frappante et la hauteur de chute varient selon le type d'appareil (fig. 16).

17

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Fig. 15 - Exemple de profil go techniQue obtenu partir de sondages pressiomctriQues,

La mthode de mesure la plus utilise consiste compter le nombre de coups pour obtenir un enfonce-ment du train de tubes de 10 cm. On obtient dans ce cas un diagramme de pntration dynamique donnant en fonction de la profondeur, le nombre de coups pour 10 cm d'enfoncement (fig. 17).

Fig. 16 Mouton batteur Delmag H2.

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Fig. 17 Diagramme de pntration dynamQue.

L'interprtation quantitative des rsultats est douteuse; l' utilisation de cet apparei l relve beaucoup plus de la reconnaissance des sols que du choix des dimen-sions des fondations.

LE PNTROMTRE STATIQUE

2.1. Principe de l'appareil et caractristiques principales

L'essai consiste foncer dans le sol par vrinage lent et continu, une pointe conique place l'extr-mit d'un train de tubes. Cet essai permet d'obtenir par mesure spare (mais qui peut tre simultane)

- l'effort total d'enfoncement, - la rsistance en pointe.

La technique utilise, pour mesurer sparment ces deux paramtres, conduit au classement des pn-tromtres statiques en deux familles, suivant que la pointe conique est mobile ou fixe par rapport au train de tiges :

- le pntromtre cne mobile : par exemple l'appareil hollandais Gouda (fig. 18), - le pntromtre cne fixe : par exemple la pointe hydraulique Parez, la pointe lectrique LPC.

Il existe de nombreux types d'appareils, qui diff-rent soit :

- par le dispositif de mesure (hydraulique, mca-nique, ou lectrique), - par le diamtre de la pointe, compris entre 3,6 et 5 cm,

par l'effort total d'enfoncement: 10 20 t, l'effort de pointe maximal tant de 300 bars.

2.2. Caractristiques mesures

L'essai au pntromtre statique permet d'obtenir :

La rsistance en pointe Rp qui reprsente la rsis-tance unitaire limite du sol sous la pointe . En ralit on mesure un effort de pointe Fp li la conception de l'appareil et on admet

R _ F, , - S

S tant la section droite de la pointe.

L'effort de frottemellt latral du sol F, le long des tubes est dduit de l'effort total par la relation :

FI = Ft - Fp

Sur certains appareils, le frottement latral est mesur directement sur un manchon de 20 cm de long environ, situ l'arrire de la pointe.

19

2 , h = 1Ge m

4

a) Pntro mtre Gouda . b) Principe d u pntromt re Goud a.

Tu be dt' r~v~tem('nt

Fig. 18 - Un exe mple de pntrom tre sta tique.

2.3. Interprtation de l'essai

Bien que de nombreuses recherches aient t entre-p rises en ce domaine, l' interprtation des essais au pntromtre statique demeure assez empirique. Nan-moins, dans les sols fins sans gros lments, les rsul-tats obtenus avec cet apparei l permettent d'valuer la force portante des pieux.

Les calculs de tassements ou de portance des fon-da tions superficielles ne sont cependant pas conseills avec la mthode pntromtrique.

L'utilisation de cet appare il est recommande pour une reconnaissance gnrale quantitative du sol (cot faible des essa is). L'examen rapide des diagrammes pntromtriques permet de connatre la nature des couches de sols traverses et l'homognit ou l' h-trognit d'un site.

2.4. Prsentation des rsultats

Les rsultats obtenus Rp et Ft sont reprsents en fonction de la profondeur par un di agra mme pntro-mtrique (fig. 20).

3. LE SCISSOM TRE DE CHANTIER - TYPE LPC

Contrairem ent aux deux prcdents essais, l'essa i seissomtriq ue ne dplace pas le sol.

20

3. 1. Principe de l'essai

Un moulinet cruciforme de hauteur H et de diamtre D (fig. 19) est introduit dans le sol jusqu'au niveau o l'on veut excuter la mesure.

La rotation d,u moulinet (fig. 21), auquel on applique un moment de torsion, cisaille le sol suivant une surface cylindrique circonscrite au moulinet.

Le rapport des valeurs enregistres permet de tracer un diagramme reprsentant les moments de torsion en fonction de l'angle de rotation 0 du moulinet (fig. 22).

Tor sion \

\ hb.g.

D

- -- - .... ')

, 1

ci u ill .m.nl

Fig. 19 - Schma de principe de l'essai au scissomct re de cha nti er.

Cne de , 6 0 2 Rs i s t a nce de po i nte e n bars ~ 10 50 100 150 250 300

1 2 3 5 6 7 8 9 10 N at u re prof ondeu E fl o rt tota l en tonnes~

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7

1-PLASTIOUl

1- 8 SABLE

1-ARGILEUX

9

1-

1- 10

Fig. 20 Exemp le de diagramme pnetromtr iQue.

21

Fig. 2 1 - Essa i en cou rs au scissomtre de chantier.

M ma )( .

o e Fig. 22 - Courbe effort-d form ati on pOlir un essa i au scissomt re de chantier.

On suppose qu'il y a rupture du sol lorsque le moment maximal Mmu est atteint. A ce moment max im al correspond la rsistance au cisa illement maximale ': mu . Dans le ca,s des sols argileux saturs, cette rsistance correspond la cohsion CI/'

Notons qu 'i l existe plusieurs types de scissomtres de chantier, qui dilfrent par la form e des pa les et du moulinet (fig. 23).

3.2. Domaine d'utilisation

Pour des raisons technologiques (possibilits de mise en place de l'appareil et rsistance des tiges la torsion) et thoriques (connaissance de la surface de cisaillement), le domaine d'utilisation du scissomtre de chantier est limit aux. sol s fin s, cohrents, peu

22

Fig. 23 - Diffrentes pa les utilises pour le sc issomtre de chan tier (diamtre de 100, 70 et 60 mm).

consistants; il donne donc la cohsion apparente Cu (approximativement pour des valeurs de C" = 0,6 0,8 ba r).

Cet appareil permet d'a ut re pa rt de connatre la cohsion remanie du sol C" ainsi que sa sensibilit S" si celle-ci est dfinit comme le rapport de :

Cu C,

3.3. Prsentation des rsultats

Les rsultats obtenus (CI! Cr et pressions d'enfonce-ment des tiges) sont reports sur un graphique (fig. 24), en fonction de la profondeur.

4. LES PIZOMTRES

Contrairement aux appareils prcdemment dcrits, le pizo mtre n'est pas un appareil d'essa i, mais un appareil destin mesurer, da ns un sol, la pression interstitielle existante un endroit donn.

Ces mesures interviennent le plus souvent au stade de l'tude prliminaire d'un ouvrage (remblai, bar-rage, talus de dbl ai), dans le cadre de l'tude des nappes et de leur variation. Elles so nt aussi frquem-ment faites pendant la co nstruction de J'ouvrage

Pression den foncement lbar)

o ~~0~'~~0~2~~0~'~~0~' __ ~0~S~~0~6~~0~2;0~'0~60~8.0

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- - 0.105 I-H--rr"II-;;'''' I-I-H---j---jl-I-:~~f-I-j

1 -t-- 0,100 -ri 0, 28 """Rsistance au --'---1h1-+++-++l-j rz cisa!!ement maximal ~I\O,OSO - 0,250

1/ 0,200 0,690

10

l-i- V 0",00 -,O.SlO Il

T TI

Fig. 24 Exemple de profil scissomtriQue.

et pourSUIVies aprs la fin des travaux. Elles per-mettent ainsi de contrler en permanence J'volu-tion de la pression interst itielle, qui joue un rle trs important dans le comportement du sol.

Les pizomtres existants, tout en tant trs divers, prsentent tous une caractristiq ue commune : une circulation d'eau s' tablit entre le sol et l'appareil jusqu' ce que la pression dan s l'apparei l (c'est--dire la pression mesure) soit gale la pression de l'eau dans le sol.

On dist ingue deux types d 'apparei ls

- le tube crpin (fig. 2S a) - le pizomtre volume constant (fig. 2S b).

Dans le cas des sols permables, l'qui libre de pres-sion s 'tablit instantanment et les mesures sont faites avec l'appareil tube crpi n. En revanche, lors-que la permabilit du sol est fai ble, l'quilibre peut n 'tre atteint qu 'au bout d ' un temps trs long, aussi ut ilise- t-on surtout des pizomtres volume constant.

4.1. Le tube crpin ou pizomtre classique

Celui-ci est constitu d'un tube mtallique ou en matire plas tique de plusieurs centimtres de dia-mtre, crpin sa base.

Fig. 2S l es deux types de pizo mtres.

Surface de la naco e 1 T

Rem bla i

8oudo n d'argile

a) le pizom tre classiQue tube crpi n.

H

Mo nom t re (pression) p

. ~ .

, l :-:. .... : .:

b) le pizomtre volume constant.

23

Ce tube est mis en place dans un forage et la partie crpne est remplie par un matriau permable jouant le rle de filtre. Un bouchon tanche (le plus souvent constitu ct 'un mlange bentonite-ciment) isole le filtre de la partie suprieure du forage. Le niveau de l'eau dans le tube pizomtrique est relev au moyen d'un flotteur ou d'une sonde lectr ique.

La pression interstitielle au voisinage du filtre est dans ces conditions

li = YwHw

Cet appareil simple permet de dterminer rapidement le toit de la nappe ou d'tudier correctement les cou-lements dans les sols ayant une permabilit d 'ensem-ble leve, ma is il est inadapt aux mesures dans les sols de faibles permabilits.

4.2. Le pizomtre yolurne constant

Il est bas sur le mme principe que l'appareil prc-dent, si ce n'est qu'il est munj d'un manomtre son extrmit suprieure, et que la crpine est rempla-ce par un filtre solide en matriau poreux (cramique,

bronze fritt, etc.). Le tube pizomtrique a, par contre, un diamtre trs faible (7 15 mm).

Le tube est mis en place soit dans un forage pralable, soit par battage ou fonage. Comme pour le tube crpi n, un bouchon tanche isole le filtre de la partie suprieure du forage. Le tube est ensuite rempli d'eau; quand l'quilibre s 'tablit , on lit une pression p au manomtre, et la pression interstitielle au niveau du filtre est dans ces conditions

u = H y. + p '(. : poids spcifique de l'eau

p : pression lue sur le cadran du manomtre

H : distance verticale du filtre au manomtre

Parmi les pizomtres volume constant, il en existe dont le systme de mesure est lectrique ou acoustique. Ces appareils sont bass sur le principe suivant : l'eau interst itielle pntre dans le pizomtre travers le filtre et vient au contact d 'une membrane mince en acier qui se dforme sous l'action de la pression. C 'est cette dformation qui est mesure par des mthodes lectriques ou acoustiques et d'o l'on d-duit la pression interstitielle cherche.

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24 Imprim ail LCPC