BLPC 106 PP 79-96 Magnan [PDF]

Zitiervorschau

Les remblais d'essai : Un outil efficace pour améliorer les projets d'ouvrages sur sols compressibles Jean-Pierre MAGNAN Ingénieur Chef de la section des ouvrages en terre Département des sols et fondations Laboratoire central Claude MIEUSSENS Ingénieur Groupe des sols Laboratoire régional de Toulouse

INTRODUCTION

RÉSUMÉ

L a construction de remblais d'essai est devenue un é l é m e n t fréquent des reconnaissances géotechniques en site compressible difficile. Lorsqu'ils sont décidés avec à propos, bien c o n ç u s et i n s t r u m e n t é s et analysés avec efficacité, ces remblais d'essai constituent un c o m p l é m e n t utile et rentable à la reconnaissance géotechnique traditionnelle. Il est possible, à l'heure actuelle, de préciser les conditions d'utilisation optimale des platesformes d'essai. C'est ce que font les auteurs de l'article, en r é p o n d a n t aux questions suivantes : - pourquoi des remblais d'essai ? - sur quelle base choisir un site d'essai ? - quelle reconnaissance g é o t e c h n i q u e effectuer sur le site choisi ? - quelle instrumentation mettre en place ? - comment interpréter les résultats et les extrapoler à l'ouvrage réel ? M O T S CLÉS : 42 - Remblai - Essai - Sous-sol Compressibilité - Choix • Localisation - Mécanique des sols - Reconnaissance (prospection ) Dimension - Appareil de mesure Interprétation.

D a n s beaucoup de projets d'ouvrages sur sols compressibles, l ' é p a i s s e u r compressible est faible, les charges a p p l i q u é e s sont peu importantes o u les d é l a i s de c o n s t r u c t i o n sont assez longs p o u r que l ' o n se contente des r é s u l t a t s des é t u d e s e f f e c t u é e s sur la base d'essais de l a b o r a t o i r e ( c o m p r e s s i b i l i t é , p e r m é a b i l i t é , r é s i s t a n c e au cisaillement) o u en place ( r é s i s t a n c e au cisaillement n o n d r a i n é e , p e r m é a b i l i t é ) . O n sait pourtant que ces é t u d e s ne sont pas toujours fiables, soit que les é c h a n t i l l o n s testés en l a b o r a t o i r e ne soient pas r e p r é s e n t a t i f s de l a masse d u sol de f o n d a t i o n , soit que les types d'essais et les m é t h o d e s de calcul utilisés ne r e f l è t e n t pas f i d è l e m e n t les lois de c o m p o r t e m e n t réelles d u s o l . Dans le cas des ouvrages i m p o r t a n t s , lorsque l a s t a b i l i t é est d o u teuse o u que l a connaissance p r é c i s e des amplitudes o u vitesses de tassement p r é s e n t e un i n t é r ê t p a r t i c u l i e r , les m é t h o d e s d ' é t u d e traditionnelles, à base d'essais en place et en l a b o r a toire, ne suffisent g é n é r a l e m e n t plus et i l peut ê t r e utile et rentable de construire un o u plusieurs remblais d'essai, dont l ' o b s e r v a t i o n permettra de p r é c i s e r les c o n d i t i o n s de r é a l i s a t i o n de l ' o u v r a g e . L a c o n s t r u c t i o n de remblais d'essai est devenue f r é q u e n t e dans de n o m b r e u x pays. U n groupe de travail r é u n i dans le cadre de l ' O C D E p o u r faire le p o i n t des connaissances sur l a c o n s t r u c t i o n des routes sur sols compressibles [ O C D E , 1980] a d é n o m b r é une quarantaine de cas d é c r i t s dans l a litt é r a t u r e internationale spécialisée et i l est certain que de t r è s n o m b r e u x autres remblais d'essai ont é t é construits de par le m o n d e sans faire l'objet de p u b l i c a t i o n s . E n F r a n c e , le recours à cette technique est é g a l e m e n t f r é q u e n t , n o t a m ment dans le d o m a i n e des routes, o ù les L a b o r a t o i r e s des P o n t s et C h a u s s é e s ont suivi de n o m b r e u x remblais d'essai [ L C P C , 1973 ; Bigot et F o u r n i e r , 1975], et dans celui des digues [Costaz, 1978]. P a r c e q u ' i l s sont c o û t e u x par rapport aux reconnaissances g é o t e c h n i q u e s classiques, les remblais d'essai sont parfois

79 Bull, liaison Labo. P. et Ch. - 106 - mars-avril 1980 - Réf. 2445

c o n s i d é r é s c o m m e u n luxe par les m a î t r e s d ' œ u v r e ; dans d'autres cas, a u contraire, o n attend d'eux l a r é p o n s e à toutes les questions, a u p o i n t m ê m e de d o u ter de l ' u t i l i t é d u reste de l a reconnaissance g é o l o g i q u e et g é o t e c h n i q u e . E n fait, les remblais d'essai peuvent ê t r e u n l u x e , l o r s q u ' i l s ont é t é m a l c o n ç u s , m a l i n s t r u m e n t é s o u m a l a n a l y s é s , o u au contraire une source d ' i n f o r m a t i o n s e x t r ê m e m e n t utiles et rentables au niveau d u projet, mais ils ne constituent en a u c u n cas un s u c c é d a n é de reconnaissance g é o t e c h n i q u e . Il est possible à l'heure actuelle de p r é c i s e r les c o n d i tions d ' u t i l i s a t i o n o p t i m a l e des plates-formes d'essai. C'est ce que fait le p r é s e n t article, q u i r é p o n d successivement aux questions suivantes : — p o u r q u o i des remblais d'essai ? — sur quelle base choisir u n site d'essai ? — quelle reconnaissance g é o t e c h n i q u e doit ê t r e effect u é e sur le site retenu ? — quelle i n s t r u m e n t a t i o n d o i t - o n mettre en place ? — c o m m e n t i n t e r p r é t e r les r é s u l t a t s et les extrapoler à l ' o u v r a g e réel ? L ' i n s t r u m e n t a t i o n d ' u n e section d ' u n r e m b l a i d é f i n i tif peut permettre une i n t e r p r é t a t i o n s i m i l a i r e à celle p r o p o s é e i c i p o u r les remblais d'essai. T o u t e f o i s , les objectifs sont u n peu d i f f é r e n t s et les r e c o m m a n d a tions que l ' o n p o u r r a i t proposer p o u r l ' u t i l i s a t i o n des mesures sous les ouvrages courants sortent d u cadre de cet article.

POURQUOI DES REMBLAIS D'ESSAI ? P o u r d é f i n i r l ' u t i l i t é pratique des remblais d'essai, i l faut les situer par r a p p o r t à l'ensemble de l a r e c o n naissance g é o t e c h n i q u e , dont o n a d é j à i n d i q u é q u ' e l l e constitue l a base indispensable d u projet, ne serait-ce que parce q u ' e l l e permet d ' é v a l u e r l a structure et les p r o p r i é t é s des sols sur tout le site de l ' o u v r a g e d é f i n i t i f (alors q u ' u n r e m b l a i d'essai ne fournit que des i n f o r m a t i o n s ponctuelles), q u ' e l l e seule permet d ' e x t r a p o l e r à l'ensemble d u projet les i n f o r m a t i o n s obtenues g r â c e au r e m b l a i d'essai et que, plus g é n é r a l e m e n t , c'est g r â c e à elle que l ' o n peut d é c i d e r s ' i l y a lieu o u n o n d ' é d i f i e r un tel r e m b l a i , avec les d é p e n s e s q u ' i l i m p l i q u e . L e r e m b l a i d'essai est d o n c u n c o m p l é m e n t à l a reconnaissance g é o t e c h n i q u e traditionnelle [ L C P C , 1971 ; L C P C , 1980 ; Bourges et al., 1977]. Cette reconnaissance se termine n o r m a l e m e n t par le d i m e n s i o n n e ment d u o u des ouvrages à construire (amplitudes et vitesses de tassement, s t a b i l i t é , p o u s s é e s l a t é r a l e s sur des pieux situés à p r o x i m i t é , maillage d ' u n r é s e a u de drains verticaux p o u r a c c é l é r e r l a c o n s o l i d a t i o n , d é f i n i t i o n d ' u n p r o g r a m m e de c o n s t r u c t i o n par é t a p e s , etc.). S i l ' o u v r a g e est stable, si ses tassements sont acceptables, si les vitesses de c o n s o l i d a t i o n e s t i m é e s sont suffisantes au v u des c o n d i t i o n s de r é a l i s a t i o n d u chantier, i l n ' y a é v i d e m m e n t pas lieu d ' é d i f i e r u n r e m b l a i d'essai. S i , par contre, les amplitudes de tassement c a l c u l é e s paraissent e x a g é r é e s par r a p p o r t à ce que l ' o n peut attendre d u site, si les temps de tassement r é s u l t a n t des essais de l a b o r a t o i r e sont s u p é rieurs aux d é l a i s disponibles mais sont « p r o b a b l e -

80

ment s u r e s t i m é s » par suite de d é f a u t s des m é t h o d e s de c a l c u l , si l a s t a b i l i t é de l ' o u v r a g e est l i m i t e et que l ' o n doive p r é c i s e r l a valeur réelle d u coefficient de s é c u r i t é en vue d ' u n e c o n s t r u c t i o n par é t a p e s , o n peut recourir avec profit à un r e m b l a i d'essai. E n pratique, les remblais d'essai sont d o n c toujours construits p o u r r é p o n d r e à une o u plusieurs questions apparues à l ' o c c a s i o n de l a reconnaissance g é o t e c h n i que d u t r a c é o u d u site de l ' o u v r a g e . Ces questions peuvent concerner : — l a s t a b i l i t é de l ' o u v r a g e , — l ' a m p l i t u d e des tassements et des d é p l a c e m e n t s l a t é r a u x d u sol de f o n d a t i o n , — la vitesse des tassements, — l ' e f f i c a c i t é d ' u n p r o c é d é de c o n s t r u c t i o n sur le site c o n s i d é r é (drains verticaux, p i l o n n a g e intensif, etc.), o u plus p r é c i s é m e n t : — l a c o r r e c t i o n à a p p l i q u e r aux c o h é s i o n s m e s u r é e s en place au s c i s s o m è t r e en f o n c t i o n de l ' i n d i c e de plasticité d u s o l , — l ' i n f l u e n c e sur l a s t a b i l i t é d ' u n e m i n c e couche m o l l e d é c e l é e par les sondages, — le c o m p o r t e m e n t d ' u n e couche de sols t r è s o r g a n i ques, — l ' a u g m e n t a t i o n de la c o h é s i o n n o n d r a i n é e d u sol au cours d u temps, — les c o n d i t i o n s de drainage ( c a r a c t è r e d r a i n a n t o u n o n d ' u n e couche de sable i n t e r c a l é e dans u n d é p ô t de sols fins, etc.), — le c o m p o r t e m e n t d u sol de f o n d a t i o n pendant l a construction, — la forme de l a d é f o r m é e l a t é r a l e d u sol au pied du remblai, — les p e r m é a b i l i t é s verticale et h o r i z o n t a l e d u s o l , — l a pression de p r é c o n s o l i d a t i o n , l a c o m p r e s s i b i l i t é ou le coefficient de c o n s o l i d a t i o n réel en place d u s o l . P a r exemple, les trois remblais d é c r i t s par E i d e et H o l m b e r g [1973] avaient é t é construits p o u r tester l'effet b é n é f i q u e sur l a s t a b i l i t é de l a mise en place de fascines à l a base d u r e m b l a i et de l a c o n s t r u c t i o n de banquettes l a t é r a l e s tandis que le chantier d'essai d é c r i t par Q u e y r o i [1980] avait p o u r but de c o m p a r e r d i f f é r e n t s types et d i f f é r e n t s maillages de drains verticaux. Il est indispensable, lorsque l ' o n p r o g r a m m e un remblai d'essai, de savoir parfaitement quelles i n f o r m a tions i l doit apporter car les d i m e n s i o n s d u r e m b l a i , l ' i n s t r u m e n t a t i o n à mettre en place et l a d u r é e d u chantier d'essai sont très variables selon l ' o b j e c t i f p o u r s u i v i , ainsi q u ' o n peut le constater dans ce q u i suit.

CHOIX DU SITE I d é a l e m e n t , le r e m b l a i d'essai doit ê t r e édifié dans un site r e p r é s e n t a t i f des sols de f o n d a t i o n de l ' o u v r a g e , c ' e s t - à - d i r e sur des sols de m ê m e nature, dans le m ê m e é t a t et d ' é p a i s s e u r s é q u i v a l e n t e s . E n pratique, dans le cas d ' u n r e m b l a i routier de p l u sieurs k i l o m è t r e s de l o n g u e u r , par exemple, i l est rare que les sols soient identiques d ' u n bout à l'autre de la

T A B L E A U I. — Consistance de la reconnaissance géotechnique du sile de l'essai Objectifs (Je la construction du remblai d'essai : étude de...

Types d'essais en place

en laboratoire

Pénctromctre

Scissomètre

Stabilité du remblai

X

X

Conditions de construction par étapes

\

X

X

X

Estimation des amplitudes et vitesses de tassement

X

X

X

X

X

Efficacité de drains verticaux

X

X

X

X

X

zone c o m p r e s s i b l e . 11 faut tenir c o m p t e , d ' a u t r e part, des contraintes q u i peuvent exister lorsque le chantier d'essai doit ê t r e réalisé à une é p o q u e o ù le m a î t r e d ' œ u v r e n ' a pas encore l a m a î t r i s e des terrains corresp o n d a n t au projet. P o u r toutes ces raisons, un c h o i x est n é c e s s a i r e entre d i f f é r e n t s emplacements plus o u m o i n s semblables au site d u projet. 11 est classique d ' a f f i r m e r que, dans ce cas, i l faut placer le r e m b l a i d'essai dans l a zone l a plus c r i t i q u e d u projet, de f a ç o n à obtenir une limite s u p é r i e u r e des ennuis auxquels i l f a u d r a s'attendre sur le projet r é e l . Dans l a m a j o r i t é des cas, cette règle s i m ple est v a l a b l e . Dans certains cas, n é a n m o i n s , elle peut limiter l ' i n t é r ê t des c o n c l u s i o n s d u chantier d'essai : ce chantier doit en effet apporter une r é p o n s e à une o u plusieurs questions p r é c i s e s , q u i ne concernent pas n é c e s s a i r e m e n t l a zone l a plus critique d u projet. S i , par exemple, o n veut tester le c a r a c t è r e d r a i n a n t d ' u n e couche i n t e r m é d i a i r e de sable p r é s e n t e sur une partie seulement d u projet, i l ne sert à rien de placer le r e m b l a i d'essai dans les zones o ù cette c o u che n'existe pas, m ê m e si elles sont nettement plus d é f a v o r a b l e s d u point de vue de l a s t a b i l i t é . L e c h o i x doit d o n c se porter sur un site q u i p o s s è d e les c a r a c t è r e s essentiels de la zone p o u r laquelle o n se pose la o u les questions d o n t les r é p o n s e s auront une influence d é t e r m i n a n t e sur le projet. 11 n'est pas possible de passer en revue dans cet article toutes les situations i m a g i n a b l e s , le c h o i x du site de l'essai devant ê t r e fait en dernier ressort par le responsable de l ' é t u d e g é o t e c h n i q u e , en a c c o r d avec le m a î t r e d ' œ u v r e , en tenant c o m p t e de toutes les contraintes existant dans le cas p a r t i c u l i e r , de l a nature des i n f o r m a t i o n s r e c h e r c h é e s et des techniques disponibles p o u r l ' e x t r a p o l a t i o n à l'ensemble d u projet des observations faites sur le chantier d'essai.

Perméamètre

Oedomètre

Appareil triaxial

Identification

X

X

X

Q u e l que soit le p r o b l è m e p o s é , o n r é a l i s e r a au m o i n s un sondage c a r o t t é en c o n t i n u (carottier à p i s t o n stationnaire) et quelques essais au p é n é t r o m è t r e et au scissomètre. L e n o m b r e et la nature des essais réalisés p o u r r o n t ê t r e par contre très d i f f é r e n t s selon les objectifs d u r e m b l a i d'essai (tableau 1).

DIMENSIONS DU REMBLAI D'ESSAI E n règle g é n é r a l e , les remblais d'essai ont des d i m e n sions au plus égales à celles de l ' o u v r a g e r é e l . 11 est souhaitable de construire u n r e m b l a i de m ê m e s largeur et hauteur que le projet chaque fois que c'est possible. N é a n m o i n s , dans certains cas, o n peut se contenter d ' u n r e m b l a i de hauteur plus faible, l o r s q u ' i l s'agit n o t a m m e n t de tester les c o n d i t i o n s de drainage e t / o u l a vitesse de c o n s o l i d a t i o n d u sol de fondation. P o u r les é t u d e s de s t a b i l i t é (remblais construits j u s q u ' à la rupture), les dimensions d u r e m b l a i peuvent par contre ê t r e relativement i m p o r t a n t e s , d'autant q u ' i l faut é q u i p e r le r e m b l a i d'essai de b a n quettes l a t é r a l e s p o u r diriger l a rupture vers la face d u r e m b l a i q u i sera i n s t r u m e n t é e (fig. 1).

RECONNAISSANCE GÉOTECHNIQUE DU SITE L e site retenu p o u r le r e m b l a i d'essai doit faire l'objet d ' u n e reconnaissance suffisamment d é t a i l l é e p o u r que l ' o n puisse i n t e r p r é t e r les observations q u i seront faites sur le r e m b l a i et le sol de f o n d a t i o n et les extrapoler u l t é r i e u r e m e n t au projet.

C ô t é de la r u p t u r e

F i g . 1. — S c h é m a - t y p e d ' u n r e m b l a i d'essai à la r u p t u r e .

81

I N S T R U M E N T A T I O N DES AIRES D'ESSAI Plaque de tassement

L'instrumentation des remblais d'essai et de leurs sols de f o n d a t i o n doit ê t r e o r i e n t é e en f o n c t i o n d u but r e c h e r c h é , l é g è r e mais suffisante. Les moyens disponibles ont fait l'objet de nombreuses p u b l i c a t i o n s tant au niveau i n t e r n a t i o n a l [ D i b i a gio et M y r v o l l , 1977 ; O C D E , 1980] q u ' e n F r a n c e , dans le r é s e a u des L a b o r a t o i r e s des P o n t s et C h a u s sées [ L C P C , 1971 ; L C P C , 1973 ; P e i g n a u d et ai, 1977]. Les figures 2, 3, 4 et 5 (extraites d u r a p p o r t de l ' O C D E , 1980) illustrent les différents types de mesure q u ' i l est possible d'effectuer sous u n r e m b l a i , avec les principes des appareils de mesure des tassements, des pressions interstitielles et des d é f o r m a tions horizontales d u sol de f o n d a tion.

/ / ^

///^- / / ^

Substratum

Repère topographique *

//£>

///^

//^

* Appareils couramment utilisés dans les LPC

Fig. 2. — Appareils de mesure pour les remblais [d'après O C D E , 1980]. U n i t é de vidange B o î t e de c o n t r ô l e p n e u m a t i q u e

Fig. 3.

Différents types de piézomètres fermés.

F i l t r e en céramique ou en matière plastique HYDRAULIQUE

} - C o r d e vibrante Diaphragme Filtre

ÉLECTRIQUE

82

Ô 25 m m environ / H 0 75 m m environ

Bobine d e câble

ï-Câble c a l i b r é . • ; Mise en c o m m u n i c a t i o n a v e c - .

Gaz comprimé

•J la p r e s s i o n a t m o s p h é r i q u e Bobine à induction * magnétique ou électrique

Tubage pour r é d u i r e les t r a c t i o n s

Plaque e n acier

vers l e bas

\ Liquide T r a n chée

u ^

V e r s la s o n d e C o n t a c t élect n

p

u

•Anneau de cuivre

e

Liquide

électrique

^

Capteur de pression ->

V e r s le c a d r a n d e l e c t u r e Tube plein de liquide

SONDE DE T A S S E M E N T DE PROFONDEUR

SYSTEMES DE MESURE A DISTANCE (hydrauliques) Tube télescopique o u

•x

Ancre

souple axialement

TASSOMËTRE

( s ' o u v r e à la profondeur voulue)

SYSTEMES DE MESURE A DISTANCE (électrique}

MULTIPOINT

Fig. 5. — S y s t è m e s de mesure des tassements [d'après O C D E , 1980].

TN

TN

—it—

[ if [

t

•

l :

[ [ !' i 3, ]] L

•

b) Contrôle des vitesses et amplitudes de tassement. Multicouche.

a) Contrôle des vitesses et amplitudes de tassement. Couche h o m o g è n e .

5^ TN

•:::'.:-:h:\sfyo::o,:.$-

d) Détermination du caractère d'une couche intercalaire.

c) Etude des déplacements latéraux.

drainant

-3a TN

4!

e) Remblai à la rupture (c l'épaisseur de la couche).

à

H

constant

.

f) Remblai à la rupture (c„ croissant avec la profondeur).

sur

g) Construction par étapes puis rupture. Tassomètre •

TN

4iF,

h) Efficacité d'un réseau de drains de sable. I

Tassomètre multipoint

Piézomètre

T Jalon

Tube inclinométrique

g

Indicateur de surface de rupture

F i g . 6. — Schémas d'instrumentation dans des cas types.

84

r

T T, T

On

peut

i n c l u r e d a n s les m o y e n s

comportement

du

d'observation

s o l s o u s le r e m b l a i

les essais

du

t r e s a u x l i m i t e s d e l a c o u c h e (et e n s o n m i l i e u , si s o n

en

é p a i s s e u r est i m p o r t a n t e ) et des t a s s o m è t r e s d e p r o -

p l a c e (le p l u s s o u v e n t , a u s c i s s o m è t r e ) q u e l ' o n r é a l i s e

fondeur

p a r f o i s a p r è s l a c o n s t r u c t i o n ( à t r a v e r s le r e m b l a i , o ù

p o i n t p o u r r a ê t r e t r è s u t i l e si l a c o u c h e testée est r e l a t i -

e n ces m ê m e s l i m i t e s ( u n t a s s e m e n t

multi-

l ' o n a u r a m i s des t u b e s d e r é s e r v a t i o n e n p l a c e l o r s d e

v e m e n t épaisse). C e t t e i n s t r u m e n t a t i o n p e u t n a t u r e l l e -

l a c o n s t r u c t i o n ) , a f i n d e m e s u r e r les m o d i f i c a t i o n s des

m e n t être complétée p o u r l ' o b s e r v a t i o n d u tassement

p r o p r i é t é s d u s o l d u f a i t d e sa c o n s o l i d a t i o n .

g l o b a l d u d é p ô t c o m p r e s s i b l e et d e ses d é f o r m a t i o n s

L e n o m b r e , le t y p e et l ' i m p l a n t a t i o n des a p p a r e i l s d e

h o r i z o n t a l e s s o u s le r e m b l a i .

m e s u r e d é p e n d e n t b e a u c o u p d u t y p e et d e l a g é o m é trie d u

problème

exemples

de

étudié.

schémas

La

figure 6 regroupe

d'instrumentation

des

correspon-

dant à différentes situations f r é q u e m m e n t rencontrées en p r a t i q u e . E n règle g é n é r a l e , d e u x p r o f i l s de m e s u r e i d e n t i q u e s d o i v e n t être installés sous c h a q u e

remblai

d ' e s s a i , d e f a ç o n à a u g m e n t e r l a f i a b i l i t é des o b s e r v a tions. La

f i g u r e 6-a

c o n c e r n e le cas d ' u n e

c o u c h e de

sol

h o m o g è n e , d o n t o n v e u t t e s t e r l a c o m p r e s s i b i l i t é et l a vitesse de c o n s o l i d a t i o n . D a n s u n tel cas, il f a u t suivre l ' é v o l u t i o n d u tassement de la surface initiale d u sol a u c o u r s d u t e m p s et m e s u r e r les p r e s s i o n s i n t e r s t i t i e l les d a n s le s o l d e f o n d a t i o n . P o u r l a m e s u r e des tassem e n t s de la c o u c h e c o m p r e s s i b l e , o n p l a c e r a t r o i s tass o m è t r e s d e s u r f a c e à l a b a s e d u r e m b l a i , s u r l ' a x e et s o u s les c r ê t e s des t a l u s ; p o u r

la pression

intersti-

t i e l l e , o n p o u r r a se c o n t e n t e r d ' u n p i é z o m è t r e à m i couche

dans

l'épaisseur

le cas

d'une

compressible

couche est

plus

peu

épaisse ;

importante

si (de

l ' o r d r e d e 10 m o u p l u s ) , o n p l a c e r a t r o i s p i é z o m è t r e s a u q u a r t , à l a m o i t i é et a u x t r o i s - q u a r t s d e l a c o u c h e , a f i n de m i e u x interstitielles

évaluer

dans

la d i s t r i b u t i o n

le s o l d e

des

fondation.

pressions

Il

convient

d a n s t o u s les cas d e p l a c e r u n o u p l u s i e u r s p i é z o m è t r e s de r é f é r e n c e h o r s de la z o n e d ' i n f l u e n c e d u r e m b l a i , de f a ç o n à s u i v r e l ' é v o l u t i o n

naturelle de la

nappe

p h r é a t i q u e d a n s le s o l . D a n s le cas d ' u n de m e t t r e

q u e o u n o n d e passer p a r l a b a s e d e l a c o u c h e c o m p r e s s i b l e . L e c h o i x e n t r e ces d e u x h y p o t h è s e s n e p e u t g é n é r a l e m e n t se f a i r e q u e s u r l a base d e c a l c u l s d e s t a b i l i t é p r é l i m i n a i r e s . A u p l a n p r a t i q u e , la seule d i f f é r e n c e des s c h é m a s d ' i n s t r u m e n t a t i o n

d a n s ces d e u x

cas r é s i d e d a n s l a p r o f o n d e u r j u s q u ' à l a q u e l l e o n f a i t des o b s e r v a t i o n s : q u e l q u e s m è t r e s a u - d e l à d e l a z o n e de r u p t u r e t h é o r i q u e o u j u s q u ' a u s u b s t r a t u m .

Pour

les é t u d e s d e s t a b i l i t é , i l i m p o r t e d e c o n n a î t r e l ' é p a i s seur de r e m b l a i r é e l l e m e n t mise en p l a c e , c o m p t e t e n u des t a s s e m e n t s , l a p o s i t i o n d e l a s u r f a c e d e

rupture

d a n s le s o l d e f o n d a t i o n et l a g é o m é t r i e d u b o u r r e l e t de p i e d , a i n s i q u e l ' é v o l u t i o n de la p r e s s i o n i n t e r s t i t i e l l e s o u s l e r e m b l a i , q u i sert d e c r i t è r e a n n o n c i a t e u r d e l a r u p t u r e . D a n s ce b u t , o n m e t t r a e n p l a c e , d a n s chaque p r o f i l de mesure, trois tassomètres de surface, u n o u plusieurs piézomètres (selon l'épaisseur

de la

c o u c h e ) , des j a l o n s à l a s u r f a c e d u t e r r a i n n a t u r e l , d u c ô t é d u r e m b l a i o ù se p r o d u i r a l a r u p t u r e , et des i n d i cateurs de s u r f a c e de r u p t u r e , c o n s t i t u é s d ' u n e

latte

de b o i s , d ' u n t u b e cassant o u d ' u n e n s e m b l e de résistances électriques noyées dans une tige en

matériau

cassant. Si l ' o b j e c t i f d u r e m b l a i d ' e s s a i est d e p r é c i s e r les c o n d i t i o n s d ' u n e c o n s t r u c t i o n par étapes, il f a u t

mettre

e n p l a c e u n e i n s t r u m e n t a t i o n q u i p e r m e t t e d e s u i v r e le d é r o u l e m e n t d e l a c o n s o l i d a t i o n d u s o l ( t a s s e m e n t s et

sol c o m p o r t a n t

plusieurs

couches

c o m p r e s s i b l e s d e n a t u r e d i f f é r e n t e ( f i g . 6-b), vient

P o u r les r e m b l a i s à l a r u p t u r e ( f i g . 6-e et 6-f), o n p e u t d i s t i n g u e r d e u x cas s e l o n q u e le c e r c l e d e r u p t u r e r i s -

en place

il con-

une instrumentation

plus

i m p o r t a n t e a f i n d e d i s t i n g u e r l a c o n t r i b u t i o n des d i f férentes couches au tassement

du remblai.

Chaque

p r o f i l de mesure c o m p o r t e r a d o n c , en plus de trois

p r e s s i o n s i n t e r s t i t i e l l e s ) et l ' a m é l i o r a t i o n

de la cohé-

s i o n n o n d r a i n é e a u c o u r s d u t e m p s et d ' o b s e r v e r

la

r u p t u r e , si l ' o n a c h o i s i d e t e r m i n e r d e c e t t e f a ç o n le chantier

d'essai.

L'instrumentation

correspondante

( f i g . 6-g) est u n e c o m b i n a i s o n des cas des f i g u r e s o u 6-b et des f i g u r e s 6-e o u 6-f,

6-a

a v e c des t a s s o m è t r e s

tassomètres de surface, u n tassomètre de p r o f o n d e u r

d e s u r f a c e (et é v e n t u e l l e m e n t d e p r o f o n d e u r ) , des p i é -

à c h a q u e i n t e r f a c e de couches ( u n t a s s o m è t r e m u l t i -

z o m è t r e s e n n o m b r e p l u s o u m o i n s g r a n d s u i v a n t le

point implanté au milieu du remblai peut

remplacer

a v a n t a g e u s e m e n t les t a s s o m è t r e s d e p r o f o n d e u r

nombre

et

l'épaisseur

des

couches

compressibles,

lors-

é v e n t u e l l e m e n t des j a l o n s et des i n d i c a t e u r s d e s u r f a c e

q u e le n o m b r e des c o u c h e s d e v i e n t s u p é r i e u r à d e u x

d e r u p t u r e . P o u r le c o n t r ô l e d e l ' é v o l u t i o n d e l a r é s i s -

o u t r o i s ) . P o u r les p r e s s i o n s i n t e r s t i t i e l l e s , i l est c o n -

t a n c e a u c i s a i l l e m e n t n o n d r a i n é e , i l est c o n s e i l l é d e

seillé de placer

m e t t r e e n p l a c e d a n s le c o r p s d u r e m b l a i des t u b e s d e

un piézomètre au milieu

de

chaque

c o u c h e et u n p i é z o m è t r e à c h a q u e i n t e r f a c e , p l u s u n

réservation

o u plusieurs piézomètres de référence en dehors

t a i r e des m e s u r e s a u s c i s s o m è t r e d e c h a n t i e r à d i f f é -

du

remblai.

à travers

lesquels

on

viendra

rentes époques après la c o n s t r u c t i o n .

Si l ' o n s ' i n t é r e s s e a u x d é p l a c e m e n t s l a t é r a u x d u s o l e n bordure

verticaux

du

poussée q u i

remblai,

pour

évaluer

par

exemple

la

s ' e x e r c e r a s u r des p i e u x , o n m e t t r a

en

place u n t u b e i n c l i n o m é t r i q u e en p i e d de t a l u s ( o u à l ' e m p l a c e m e n t p r é v u p o u r les p i e u x ) e n p l u s d e l ' i n s t r u m e n t a t i o n 6-a o u 6-b

é v e n t u e l l e , e n r e s p e c t a n t les

c o n d i t i o n s d ' a n c r a g e d u t u b e d a n s le s u b s t r a t u m r é s i s t a n t (3 m ) . C e cas est i l l u s t r é p a r l a f i g u r e

6-c.

E n f i n , p o u r le c o n t r ô l e d e l ' e f f i c a c i t é d ' u n r é s e a u d e d r a i n s v e r t i c a u x ( f i g . 6-h),

o n u t i l i s e les m e s u r e s

du

t a s s e m e n t d e l a s u r f a c e d u s o l s o u s le r e m b l a i et les mesures

de

pression

L'instrumentation

interstitielle

nécessaire

entre

les

comporte :

drains. quelques

t a s s o m è t r e s de s u r f a c e , placés a u c e n t r e de la m a i l l e c a r r é e o u t r i a n g u l a i r e d u r é s e a u d e d r a i n s , et u n

ou

plusieurs p i é z o m è t r e s (selon l'épaisseur de la c o u c h e ) p l a c é s à d i f f é r e n t e s p r o f o n d e u r s , à é g a l e d i s t a n c e des

drainant

s o m m e t s d e l a m a i l l e des d r a i n s . D a n s c e r t a i n s c a s , i l

d ' u n e c o u c h e i n t e r c a l é e d a n s le d é p ô t d e s o l s c o m p r e s -

p e u t ê t r e u t i l e d ' a u g m e n t e r le n o m b r e des p i é z o m è t r e s

s i b l e s , i l f a u t e n m e s u r e r le t a s s e m e n t a u c o u r s

pour

Pour

tester

le c a r a c t è r e

drainant

ou

non

du

essayer d ' o b t e n i r

t e m p s et les p r e s s i o n s i n t e r s t i t i e l l e s . O n p e u t c o n s e i l l e r

horizontale

d a n s ce cas ( f i g . 6-d) d e m e t t r e e n p l a c e des p i é z o m è -

drains.

des

une i m a g e de la

pressions

interstitielles

répartition entre

les

85

FRÉQUENCE ET DURÉE DES OBSERVATIONS

En cas d'accord (ce qui est g é n é r a l e m e n t le cas), on multipliera par n tous les coefficients de sécurité calculés pour le projet final.

La durée des observations peut varier de quelques semaines à plusieurs mois ou plus suivant l'objectif du chantier d'essai, la règle étant é v i d e m m e n t qu'il faut poursuivre les observations j u s q u ' à ce qu'on puisse conclure. Pour les remblais d'essai à la rupture, les mesures pourront cesser d è s que l'on aura relevé la g é o m é t r i e du sol et du remblai après la rupture. Pour les autres cas, il faut interpréter en continu les résultats des mesures pour pouvoir décider la fin des observations.

Lorsque des divergences apparaissent sur la forme ou la position de la surface de rupture, ou lorsque la valeur de n n'est pas liée à l par la relation classique, il convient de rechercher l'explication de ces « anomalies » j u s q u ' à ce qu'on puisse déterminer leur origine. O n peut par exemple être conduit à réduire la c o h é sion non drainée dans la couche de surface pour expliquer la rupture.

Pour ce qui concerne la fréquence des mesures, on peut distinguer deux périodes : — pendant la construction du remblai, il faut i m p é rativement effectuer des mesures avant et après la mise en place de chaque couche de remblai, le comportement du sol pendant la construction ayant une grande importance au niveau de l'interprétation des mesures. E n pratique, cela implique deux séries de mesures chaque jour pendant la construction, dont le rythme doit être fixé à l'avance et i m p o s é à l'entreprise c h a r g é e des travaux ; — après la fin de la construction, la f r é q u e n c e des mesures diminuera, au rythme de la consolidation, passant progressivement d'une mesure par jour pendant la première semaine à une mesure tous les deux jours, puis par semaine et enfin par mois.

P

La mesure des pressions interstitielles dans le sol de fondation a un objectif différent : des recherches récentes ont m o n t r é [Leroueil et al., 1978] que l ' é v o lution des surpressions interstitielles, loin des surfaces drainantes, lors de la construction des remblais sur argiles molles, comporte trois phases successives, caractérisées par un taux de g é n é r a t i o n de surpression interstitielle fi, [pente de la courbe Âû = f(y H )] successivement inférieur, égal puis supérieur à 1 (fig. 7). Lorsque 5j devient supérieur à 1, la rupture est très proche. A l'heure actuelle, ce p h é n o m è n e a été vérifié de f a ç o n statistique sur de nombreux remblais mais, dans certains cas, le sol de fondation a un comportement d i f f é r e n t , bien qu'explicable a posteriori [Leroueil et ai, 1978]. Il est donc nécessaire de vérifier dans chaque cas que l ' é v o l u t i o n des surpressions interstitielles constitue effectivement un signe précurseur de la rupture, ce qui est d'une grande importance pratique pour le c o n t r ô l e du chantier. r

r

INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS M ê m e si elle repose toujours sur le principe d'une utilisation optimale de toutes les d o n n é e s disponibles (de la reconnaissance g é o t e c h n i q u e du site et des mesures faites sur le remblai et dans le sol de fondation), l'interprétation des résultats est très différente selon qu'on s'intéresse à la stabilité ou aux d é f o r m a t i o n s du sol de fondation.

Remblais à la rupture A l'heure actuelle, le p r o b l è m e majeur pour les études de stabilité est de savoir s'il faut, et de combien, corriger les résultats des mesures de c o h é s i o n non drainée faites en place au s c i s s o m è t r e , dans le cas, notamment, des sols moyennement à très organiques, ainsi que dans la c r o û t e s u r c o n s o l i d é e qui recouvre fréquemment les d é p ô t s de sols compressibles. L'interprétation des observations est simple et classique : il s'agit de comparer la hauteur du remblai à la rupture et la forme et la position de la surface de glissement aux résultats des calculs préliminaires. Cela permet de calculer le rapport fi du coefficient de s é c u rité réel lors de la rupture (F = 1) au coefficient de sécurité calculé pour la m ê m e hauteur de remblai sur la base des c o h é s i o n s d é t e r m i n é e s au s c i s s o m è t r e . Si la forme de la surface de rupture o b s e r v é e est compatible avec la structure du sol de fondation e s t i m é e d'après la reconnaissance, on se contentera de comparer u. à la valeur du coefficient correcteur p r o p o s é par Bjerrum en fonction de l'indice de plasticité 1 moyen du sol de fondation [Bjerrum, 1972 ; Tavenas, 1979]. P

86

0

C o n t r a i n t e v e r t i c a l e créée par le r e m b l a i y

r

H

r

F i g . 7. — E v o l u t i o n des s u r p r e s s i o n s i n t e r s t i t i e l l e s sous u n r e m b l a i .

Remblais pour l'étude des déformations du sol de fondation L'instrumentation mise en place dans ce cas (fig. 6) fournit : — — — (si

des pressions interstitielles, des tassements global et par couche, des d é f o r m a t i o n s horizontales du sol de fondation l'on a fait des mesures i n c l i n o m é t r i q u e s ) .

Il s'agit d'en tirer des indications sur la compressibilité du sol, sa vitesse de consolidation et l ' é v o l u t i o n des d é f o r m a t i o n s horizontales au cours du temps. Si l'on disposait d'observations sur une p é r i o d e de temps tellement grande que les d é f o r m a t i o n s du sol seraient stabilisées avant la fin des mesures, le prob l è m e serait relativement simple et pourrait être résolu par la m é t h o d e classique de l'ajustement par t â t o n n e m e n t des paramètres du m o d è l e de calcul des vitesses de d é f o r m a t i o n . E n pratique, ce cas reste tout à fait exceptionnel et il faut deviner s i m u l t a n é m e n t le tassement final et la vitesse de consolidation. Il existe heureusement des m é t h o d e s qui permettent d'interpréter efficacement les observations faites sur les remblais d'essai sur sols compressibles.

t

Temps (t)

+ At

At

At

sltl s (t +At)

Si

^ s

l +1

Tassement (s)

Fig. 8. — Courbe de tassement global de la couche compressible en fonction du temps.

1. — Pour déterminer le tassement final et le coefficient de consolidation d'une couche compressible à peu près homogène drainée d'un seul ou des deux c ô t é s , il est vivement r e c o m m a n d é d'utiliser une m é t h o d e astucieuse due à Asaoka [1978]. Nous rappelons en annexe 1 la base m a t h é m a t i q u e de cette m é t h o d e , publiée en anglais dans la revue japonaise « Soils and Foundations » . A u plan pratique, l'utilisation de cette m é t h o d e est très simple. O n trace sur un diagramme linéaire (ou semi-logarithmique) la courbe de tassement de l'ensemble de la couche au cours du temps (fig. 8). O n choisit alors sur la courbe de tassement un ensemble de points \s(t), s(t + At)} correspondant aux tassements o b s e r v é s à intervalle régulier A i : on peut par exemple prendre les points d'une série{ s(t0 + i At) },= liV= { s¡ }¡ . O n place alors les points de c o o r d o n n é e s (s¡_ , s¡) dans un diagramme semblable à celui de la figure 9 : la droite (A) tracée sur le graphique coupe la bissectrice des axes de c o o r d o n n é e s en un point s¡_ ¡ = s¡ = (tassement final) ; la pente de la droite (A) permet de calculer le coefficient de consolidation moyen de la couche compressible à l'aide de la formule : =

1>JV

l

5

/

/

2

i

Fig. 9. — Construction d'Asaoka [1978].

fi

dans laquelle H désigne l'épaisseur de la couche, si elle est drainée d'un seul c ô t é , ou sa d e m i - é p a i s s e u r , si le drainage est possible par le haut et par le bas. On obtient donc facilement l'amplitude finale du tassement de la couche et la valeur du coefficient de consolidation c qui a régi la consolidation. r

Dans le cas des sols multicouches fortement hétérogènes, la m é t h o d e précédente ne s'applique toutefois pas. Il faut é g a l e m e n t être prudent dans le cas des sols à forte compression secondaire.

L'isochrone des surpressions interstitielles Au mesurées en fin de construction permet de calculer la valeur de Gp en fonction de la profondeur z (fig. 10-a) : °'

= °.'o +

P

Y H

; z

r

r

- Au , z

formule dans laquelle a' désigne la contrainte effective verticale initiale à la profondeur z, l est un coefficient d'influence d é t e r m i n é à l'aide d'abaques [abaque d'Osterberg, 1957, par exemple], y et H sont respectivement le poids volumique et la hauteur du remblai et Au est la valeur de la surpression interstitielle à la profondeur z. On en déduit aisément la valeur moyenne de o' : v

z

r

r

z

2. — Détermination de la pression de préconsolidation a' des indices de compression, de gonflement et de fluage(C , C et C )et du coefficient de consolidation c„. c

s

f

Le comportement d'un remblai d'essai sur sols compressibles peut é g a l e m e n t être a n a l y s é par référence au m o d è l e de comportement décrit r é c e m m e n t par Tavenas [1979] pour les remblais sur argiles molles. O n trouvera en annexe 2 à cet article la justification des p r o c é d u r e s décrites ci-après, qui nécessitent la connaissance des tassements, pressions interstitielles et d é p l a c e m e n t s horizontaux sous le remblai d'essai.

-, CTp =

i

77

r

(

p

C

T

' o

+

/

z

l

r

H

r

~

A

"

z

)

d

z

•

J 0

La combe y tal maximal y m ê m e temps t, solidation du résultant de la (fig. 10-b). M

= /(s), qui relie le d é p l a c e m e n t horizonobservé au tassement s mesuré au permet de séparer le tassement de consol s u r c o n s o l i d é , s , du tassement s, d é f o r m a t i o n du sol à volume constant

M

0

87

(H d é s i g n a n t l ' é p a i s s e u r de l a c o u c h e c o m p r e s s i b l e au temps t = 0) et

O n peut d è s lors calculer :

p

• l ' i n d i c e des vides en f i n de c o n s t r u c t i o n e„

Au, =

p = o ~ 0 + o)jf >

e

e

vf

s

(1 +

H,

e

0

1 ) ^ ,

u

Au,

•y H r

r

le facteur K p o u v a n t ê t r e d é t e r m i n é dans des tables de c a l c u l de tassement en é l a s t i c i t é , en f o n c t i o n de l a g é o m é t r i e d u site é t u d i é . P o u r l ' i n t e r p r é t a t i o n des mesures e f f e c t u é e s a p r è s l a fin de l a c o n s t r u c t i o n d u r e m b l a i , o n a besoin de l a courbe de tassement au cours d u temps s(t) = s

0

+ s, + s (t) 0

v0

+ Acj

v

= u'

v0

+

l y H . z

r

r

L a courbe de c o m p r e s s i b i l i t é o b s e r v é e peut d o n c ê t r e c a l c u l é e p o i n t par p o i n t , dans l a mesure o ù l ' o n c o n n a î t l ' é v o l u t i o n au cours d u temps de l a surpression interstitielle m o y e n n e

• le m o d u l e d ' é l a s t i c i t é n o n d r a i n é E K-

CJ'

a

' °~t-0

E„ =

vf

a' d é s i g n a n t l a contrainte effective verticale finale m o y e n n e dans l a couche de s o l ,

e

l ' i n d i c e de gonflement C C.

Au,

a'

+

U(t) { A o , -

( C T ; - CT; ) } = U(t).Au(t 0

= 0).

L ' a n a l y s e de cette courbe de c o m p r e s s i b i l i t é (fig. 10-c) permet de calculer : — l ' i n d i c e de c o m p r e s s i o n C (pente de l a tangente à la c o u r b e au p o i n t P), c

— le coefficient de c o n s o l i d a t i o n m o y e n

c

ve

2

AT.a

s (t)

At

fl

(t = 0 à l a fin de l a c o n s t r u c t i o n ; s (t) : tassement d û aux v a r i a t i o n s des contraintes effectives ; Sf/(t) : tassement de fluage) et des isochrones de surpression interstitielle Au(z,t).

(a d é s i g n e l a distance de drainage et A T l a v a r i a t i o n d u facteur-temps c o r r e s p o n d a n t , d ' a p r è s l a t h é o r i e de la c o n s o l i d a t i o n , à l ' a u g m e n t a t i o n d u d e g r é de consol i d a t i o n de U(t) à U(t + A / ) ) .

L a p r e m i è r e o p é r a t i o n consiste à c o n s t r u i r e l a c o u r b e de c o m p r e s s i b i l i t é m o y e n n e o b s e r v é e (e — l g a' ). Cette c o u r b e part d u p o i n t P(e — l g cJ' ).

— le coefficient de p e r m é a b i l i t é

c

k

v

v

p

p

k

v

=

0,434 •

1

d(lgo-;,)

A l ' i n s t a n t t, o n a : s, -

(s

0

+ s,)

ce q u i permet de d é t e r m i n e r les coefficients de l a relat i o n , e = A + B lg k , v

88

de

— les Ae

coefficients

C

f

et

t

t

de

la

l o i de

fluage

lg - , que l ' o n obtient en p o r t a n t sur u n d i a h g r a m m e s e m i - l o g a r i t h m i q u e les valeurs de Ae (fig. 10-c) en f o n c t i o n d u l o g a r i t h m e d u temps. fl

= C

f

fl

Les p r o c é d u r e s d ' i n t e r p r é t a t i o n des mesures q u i viennent d ' ê t r e p r é s e n t é e s ne sont pas utilisables en toutes circonstances, soit qu'elles ne soient pas a d a p t é e s à la g é o m é t r i e o u à l a nature des sols, soit que l ' o n ne dispose pas de r é s u l t a t s de mesures i n t e r p r é t a b l e s . Il c o n vient d o n c d ' ê t r e prudent lors de l ' e x t r a p o l a t i o n de leurs c o n c l u s i o n s et, n o t a m m e n t , de vérifier que les valeurs e s t i m é e s des p a r a m è t r e s permettent une desc r i p t i o n satisfaisante d u c o m p o r t e m e n t d u r e m b l a i d'essai.

Remblai d'essai pour l'étude des performances d'un système de drainage Les chantiers d'essai de drains verticaux c o m p o r t e n t en g é n é r a l plusieurs sections de r e m b l a i avec différents maillages d ' u n o u plusieurs types de d r a i n s , avec une section de r é f é r e n c e d é p o u r v u e de d r a i n s , l'objectif é t a n t de c o m p a r e r l ' e f f i c a c i t é des d i f f é r e n t s r é s e a u x de drainage en valeur relative (classement des r é s e a u x entre eux) et en valeur absolue (par r é f é r e n c e au r e m b l a i sans drains). O n s ' i n t é r e s s e en g é n é r a l au d e g r é de c o n s o l i d a t i o n , d é d u i t de l a c o u r b e de tassement m o y e n de l a surface d u sol au cours d u temps, les sondes de pression interstitielle permettant u n c o n t r ô l e de l a d i s s i p a t i o n des surpressions interstitielles entre les d r a i n s . P o u r l a c o m p a r a i s o n des r é s e a u x de drainage entre eux, o n peut se limiter à l a c o m p a r a i s o n des vitesses de tassement. P o u r l ' e s t i m a t i o n de l'effet d ' u n s y s t è m e de drainage, o n c o m p a r e g é n é r a l e m e n t les courbes de c o n s o l i d a t i o n o b s e r v é e s aux p r é v i s i o n s d u calcul ( t h é o r i e de l a c o n s o l i d a t i o n radiale de B a r r o n ) , et l ' o n d é t e r m i n e l a valeur d u coefficient de c o n s o l i d a t i o n radiale c q u i permet de simuler par le c a l c u l l ' é v o l u t i o n o b s e r v é e d u tassement. h

Les s y s t è m e s de drainage vertical ont fait par ailleurs l ' o b j e t d ' u n e analyse d é t a i l l é e [ M a g n a n , 1980].

EXTRAPOLATION A U PROJET RÉEL Il n'entre pas dans le cadre de cet article de passer en revue les m é t h o d e s de calcul des ouvrages sur sols compressibles, q u i ont é t é d é c r i t e s par ailleurs [Bourges et al., ; T a v e n a s , 1979 ; O C D E , 1980]. N o u s i n d i q u e r o n s seulement i c i les p r i n c i p a u x modes d ' e x t r a p o l a t i o n au projet réel des enseignements tirés d ' u n r e m b l a i d'essai. E n règle g é n é r a l e , c o m m e o n l ' a i n d i q u é au d é b u t de cet article, les remblais d'essai constituent u n c o m p l é ment à l a reconnaissance g é o t e c h n i q u e classique et sont d e s t i n é s à p r é c i s e r un o u plusieurs aspects du c o m p o r t e m e n t d u sol de f o n d a t i o n . D a n s ce cadre, l ' e x t r a p o l a t i o n se fait par l ' i n t e r m é d i a i r e des p a r a m è tres des m o d è l e s de c a l c u l , c ' e s t - à - d i r e que l ' o n extrapole en fait au projet les relations que l ' o n a constatées entre le c o m p o r t e m e n t d u r e m b l a i d'essai et les r é s u l t a t s de l a reconnaissance g é o t e c h n i q u e d u site de l'essai et des calculs q u ' i l s ont permis.

P a r exemple, si l ' o n a c a l c u l é p o u r u n r e m b l a i u n coefficient de s é c u r i t é de F = 1,25 lors de l a rupture, sur l a base de l a c o h é s i o n n o n d r a i n é e m e s u r é e in situ au s c i s s o m è t r e , o n saura q u ' i l faut diviser par 1,25 tous les coefficients de s é c u r i t é d u projet. S i l ' o n a t r o u v é que le coefficient de c o n s o l i d a t i o n réel d u sol de f o n d a t i o n sous le r e m b l a i d'essai est égal à quinze fois le coefficient de c o n s o l i d a t i o n d é t e r m i n é à l ' c e d o m è t r e en l a b o r a t o i r e , o n m u l t i p l i e r a par quinze les vitesses de tassement p r é v u e s p o u r le projet. Si le tassement o b s e r v é d u r e m b l a i d'essai est nettement d i f f é r e n t d u r é s u l t a t des calculs, o n p o u r r a remettre en question l ' é v a l u a t i o n de la surconsolidation d u s o l , de l'indice de compression o u de l'indice de fluage... Certains enseignements d u chantier d'essai peuvent ê t r e d ' o r d r e plus g é n é r a l : l a c o n f o r m i t é d u c o m p o r t e ment d u sol de f o n d a t i o n avec les p r i n c i p a u x aspects d ' u n m o d è l e permet d ' a p p l i q u e r au sol certains autres r é s u l t a t s g é n é r a u x . A u contraire, le chantier d'essai peut parfois f o u r n i r u n p a r a m è t r e indispensable au c a l c u l et inaccessible autrement, c o m m e c'est le cas de la forme p r é c i s e de l a d é f o r m é e l a t é r a l e des tubes i n c l i n o m é t r i q u e s en b o r d de r e m b l a i , q u ' u t i l i s e l a m é t h o d e de calcul p r o p o s é e par Bourges et Mieussens [1979] p o u r les d é p l a c e m e n t s l a t é r a u x des sols sous les remblais. Les remblais d'essai sont dans certains cas utilisés p o u r tester des comportements inaccessibles aux m é t h o d e s de reconnaissance et de c a l c u l classiques. N o u s n ' e n citerons que deux cas : — celui des sols de fondations très h é t é r o g è n e s o u e x t r ê m e m e n t difficiles à carotter, de sorte q u ' i l est i m p o s s i b l e d'effectuer en l a b o r a t o i r e des essais r e p r é sentatifs. Les amplitudes et vitesses des tassements o b s e r v é s sur le chantier d'essai sont alors directement converties en amplitudes et vitesses de tassement p o u r le projet réel ; — celui des chantiers d e s t i n é s à tester certains aspects de l ' e f f i c a c i t é d ' u n e m é t h o d e de traitement d u sol de f o n d a t i o n (influence d u type et d u m o d e de r é a l i s a t i o n de drains verticaux sur leur efficacité ; pentes des talus d ' u n e e x c a v a t i o n p r o v i s o i r e , etc.). Cette fois encore, o n a p p l i q u e r a directement les r é s u l t a t s de l ' é t u d e au projet réel sans passer par l ' i n t e r m é d i a i r e des m é t h o d e s de c a l c u l . Il convient de noter, p o u r terminer, que dans tous les cas, et m a l g r é l a facilité apparente de certaines extrap o l a t i o n s , i l est souhaitable que les c o n c l u s i o n s et l ' u t i l i s a t i o n des r é s u l t a t s d u chantier d'essai soient c o n f i é e s à un s p é c i a l i s t e .

CONCLUSION L o r s q u ' i l s sont d é c i d é s avec à - p r o p o s , bien c o n ç u s , i n s t r u m e n t é s de f a ç o n a d a p t é e et a n a l y s é s avec efficacité, les remblais d'essai constituent un c o m p l é m e n t utile et rentable à l a reconnaissance g é o t e c h n i q u e traditionnelle. Q u ' i l s'agisse d ' u n r e m b l a i à l a rupture, d ' u n r e m b l a i p o u r l ' é t u d e des tassements o u d ' u n r e m b l a i p o u r tester l ' e f f i c a c i t é d ' u n e m é t h o d e de traitement d u s o l , le chantier d'essai doit ê t r e i m p l a n t é sur u n site r e p r é sentatif des sols r e n c o n t r é s sur le projet, mais pas

89

n é c e s s a i r e m e n t identique. L e site d u r e m b l a i d'essai doit faire l'objet d ' u n e reconnaissance g é o t e c h n i q u e au m o i n s é g a l e à celle d u site d u projet. L ' i n s t r u m e n t a t i o n , variable selon l ' o b j e c t i f visé, doit ê t r e suffisante p o u r permettre l ' i n t e r p r é t a t i o n des mesures et l ' e x t r a p o l a t i o n u l t é r i e u r e des r é s u l t a t s au projet r é e l .

O n dispose à l'heure actuelle d ' o u t i l s q u i permettent d ' e x p l o i t e r avec e f f i c a c i t é les observations e f f e c t u é e s sur les remblais d'essai, dont l a c o n s t r u c t i o n est en passe de devenir u n é l é m e n t classique de l a reconnaissance g é o t e c h n i q u e des sites difficiles de sols compressibles.

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES A . , Observational procedure of settlement prediction, Soils and Foundations, vol. 18, 4, dec. 1978, p. 87101. B I G O T C , F O U R N I E R A . , Remblais d'essai pour l'étude en vraie grandeur des temps de tassement, Bull, liaison Labo. P. et Ch., 79, oct. 1975, p. 27-32. B J E R R U M L . , Engineering geology of norwegian normally consolidated marine clays as related to settlement of buildings, 7th Rankine Lecture, Géotechnique, vol. 17, 2, 1967, p. 83-119. B J E R R U M L . , Embankments on soft ground, Proc. A S C E specialty Conference on Performance of Earth and Earth Supported Structures, Purdue, vol. 2, 1972, p. 1-52. B O U R G E S F. et al., Remblais sur sols compressibles, Cours de formation continue de l ' E N P C , E d . Ass. amicale Ing. anciens élèves E N P C , Paris, 1977, 207 p. B O U R G E S F . , M I E U S S E N S C , Déplacements latéraux à proximité des remblais sur sols compressibles. Méthode de prévision, Bull, liaison Labo. P. et Ch., 101, mai-juin 1979, p. 73-100. C O S T A Z J . , Les remblais d'essai du barrage de Diama, Rev. Fr. Géotechnique, 5, 1978, p. 63-72. D I B I A G I O E . , M Y R V O L L F . , Field instrumentation for soft clay, Int. Symp. Soft Clay, Bangkok, Gen. Rep., 10,1977. E I D E O . , H O L M B E R G S., Test fills to failure on the soft Bangkok clay, Norg. Geoi. Inst., 95, Oslo, 1973. LCPC (LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS E T CHAUSSÉES), Etude des remblais sur sols compressibles, Recommandations des Laboratoires des Ponts et Chaussées, Paris, Dunod, 1971. LCPC (LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS E T CHAUSSÉES), Remblais sur sols compressibles, Bull. Liaison Labo. P. et Ch., spécial T, mai 1973. LCPC (LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS E T CHAUSSÉES), ASAOKA

90

Recommandations pour la reconnaissance géologique géotechnique des tracés, 2 éd., à paraître en 1980.

et

e

LEROUEIL

S.,

TAVENAS

F.,

MIEUSSENS C,

PEIGNAUD

M.,

Construction pore pressures in clay foundations under embankments, Part. 2, Generalized behaviour, Rev. Can. Géotechnique, vol. 15, 1, p. 66-82 et Bull, liaison Labo. P. et Ch., 98, nov.-déc. 1978, p. 53-67 (en français). M A G N A N J . - P . , Etude bibliographique de l'utilisation et des méthodes de calcul des drains verticaux, Rapp. recherche LCPC, à paraître en 1980. O C D E , Construction de routes sur sols compressibles, Rapp. groupe de recherche C M 1, O C D E , Paris, 1980. O S T E R B E R G J . O . , Influence values for vertical stresses in a semi-infinite mass due to an embankment loading, C . R. 4 Cong. Int. Mec. Sols et Trav. Fond., vol. 1, Londres, 1957, p. 393-394. PEIGNAUD M . et al., Mesure en place de la pression interstitielle, Note d'information technique, L C P C , 1977, 16 p. Q U E Y R O I D . , Centrale E D F du Blayais. Planche d'essai de drains verticaux, Bull, liaison Labo. P. et Ch., 106, marsavril 1980, p. 17-26. S C H I F E M A N R. L . , Field application of soil consolidation : time dependent loading, HRB, 248, 1960. TAVENAS F . , The behaviour of embankments on clay foundations : a state of the art, C . R. 32 Conf. C a n . Géotechnique, Québec, 1979. T A V E N A S F., B R U C Y M . , M A G N A N J.-P., L A R O C H E L L E P., R O Y M . , Analyse critique de la théorie de consolidation unidimensionnelle de Terzaghi, Rev. Fr. Géotechnique, 7, mai 1979-a, p. 29-43. T A V E N A S F . , M I E U S S E N S C , B O U R G E S F . , Lateral displacements in clay foundations under embankments, Can. Geotechnical J., 16, 1979-b, p. 532-550. e

e

1

ANNEXE MÉTHODE D'ASAOKA POUR

L'INTERPRÉTATION

Dans un article, intitulé « Méthode observationnelle pour la prédiction des tassements », Asaoka [1978] a présenté une méthode pratique pour la détermination de l'amplitude finale et de la vitesse des tassements d'une couche de sol à partir des tassements observés pendant une certaine période de temps. Cette méthode est analysée dans ce qui suit.

DES MESURES D E TASSEMENTS

(cette expression n'est valable que si

Ai

< 1. ce qui est la

condition pour que le passage de ( A . l ) à (A.2) soit possible). L a solution de l'équation (A.7) est :

O n peut montrer que l'équation différentielle aux dérivées partielles qui régit les phénomènes de consolidation

s(t) =

$x

O exp

-

-

( A . 10)

- —

et celle de l'équation de récurrence (A.8)

tre

3e

âz

Ôt

1

(A.l) ßo

ßo

(notations : c„ : coefficient de consolidation ; i:(t, Z) : déformation relative verticale ; i : temps (/ 3= 0) ; Z : profondeur à partir du haut de la couche compressible) est équivalente à une équation différentielle de la forme :

avec

s : tassement 0

ßo

initial

de

(A. H)

(ßiY

la couche

compressible

: tassement final de la couche compressible. ßi

às dt

+

2

dt

fl„

d"í

b

—

"dt"

(A.2)

dans laquelle 5 désigne le tassement de la couche compressible et les a„ et b sont des coefficients constants dépendant du coefficient de consolidation c„ et des conditions aux limites du problème, supposées constantes au cours de la consolidation. Dans le cas classique de la consolidation unidimensionnelle d'une couche de sol homogène drainée d'un seul côté, l'équation (A.2) prend la forme :

al ¿1

Hz

0

Asaoka suggère de résoudre graphiquement l'équation de récurrence (A.8) en reportant sur un même diagramme (fig. A . l ) les points (sj_ ,, ,v ) correspondant à des observations et Sj espacées de A i . L a pente /?, de la droite passant par ces points permet de calculer le coefficient de consolidation c, ; le point d'intersection de cette droite avec la bissectrice (s _ = Sj) correspond au tassement final s . L'ordonnée à l'origine p et la pente p permettent d'autre part de prédire le tassement sj = s(/'.Ai) pour toute valeur de j. L a précision de ces estimations augmente avec l'intervalle de temps A i . (

t

j

x

l

n

x

( A . 3)

c„ dt r. désignant la déformation relative finale en haut (Z = 0) de la couche compressible d'épaisseur H. a

Les termes différentiels d'ordre élevé de cette équation étant négligeables, Asaoka retient comme équation de la consolidation unidimensionnelle l'équation approchée d'ordre n suivante : ds d".v , ( A . 4) s + a —- + a, dt "dt" x

Si l'on discrétise la relation s(t) par rapport au temps t if, = . / . A i , / = 0, 1,2, ... =

A / = Cte

( A . 5)

S(tj) ,

on peut écrire l'équation (A.5) sous la forme ( A . 6) qui est une équation de récurrence d'ordre n dont le traitement mathématique est classique (problème de valeurs propres). Lorsque l'on peut se contenter d'une approximation du premier ordre (n = 1), les équations (A.4) et (A.6) se réduisent respectivement à : s + a ^ = b di

+

ßl

Sj-

i •

( A . 8)

Le coefficient /?, est alors donné par la relation : Ai In A =

oo

s¡

_i

J

'

Fig. A . l . — Construction graphique d'Asaoka.

(A.7)

et ßo

s

12 c, %, A i 5 H

( A . 9)

Asaoka indique que l'approximation du premier ordre (n = 1) permet de traiter non seulement les problèmes de consolidation unidimensionnelle, mais aussi ceux de fluage et de consolidation radiale autour de drains verticaux. Afin d'illustrer l'efficacité de la méthode d'Asaoka, nous l'avons appliquée aux solutions de différents problèmes de consolidation disponibles dans la littérature : — solution classique de Terzaghi pour la consolidation uni-

91

Valeur de A t • 50 * 200 j ° 500 j

1 000

1 500

2 000

t (j)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100 (cm)

Fig. A . 2 . — Analyse de la solution de Terzaghi par la m é t h o d e d ' A s a o k a .

Si

(cm) 100

s (cm) 100

Charge croissante

^

Charge constante

50

500

1 000

1 500

2000t(j)

"0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100 Si_

, (cm)

Fig. A . 3 . — Analyse de la solution de Schiffman [1960] par la m é t h o d e d ' A s a o k a .

10

100

1 000

10 0 0 0

100 000

10

20

30

40

50

60

70

80

t (s) Fig. A . 4 . — Analyse de la courbe de tassement p u b l i é e par Tavenas et al. [1979-a] par la m é t h o d e d ' A s a o k a .

92

9 0 100 , (cm)

S|_

dimensionnelle d'un monocouche drainé des deux côtés et chargé instantanément au temps / = 0 ;

[1979] (fig. A.4-a), la construction d'Asaoka permet également une bonne estimation du tassement final de la couche (fig. A.4-b). L a valeur estimée de cJH (1,1.10 s"') est également en accord satisfaisant avec l'hypothèse de Tavenas et al. : 2

— solution de Schiffman [1960] pour la consolidation unidimensionnelle d'un monocouche drainé des deux côtés et dont la charge est appliquée progressivement de t = 0 à t = k ; — courbe de consolidation publiée par Tavenas et al. [1979] pour un monocouche de sol surconsolidé chargé au-delà de sa pression de préconsolidation. L'analyse de la courbe de consolidation de la solution de Terzaghi (fig. A.2-a) pour différentes valeurs de At conduit aux résultats de la figure A.2-b. O n voit que la construction graphique d'Asaoka permet une bonne estimation du tassement final de la couche (s = 100 cm) et de la vitesse de consolidation (c /H = 0,001 j o u r ) à condition que At soit suffisamment grand et que l ' o n atteigne au moins 60 °Io du tassement final pendant les observations. œ

2

- 1

v

Pour la solution de Schiffman (fig. A.3-a), la construction d'Asaoka conduit à une estimation correcte du tassement final, à condition de ne pas tenir compte des mesures effectuées pendant la période d'augmentation de la charge (fig. A.3-b). Pour la courbe de consolidation présentée par Tavenas et al.

6

0,6.10- s

- 1

2

< cJH

5

< 1,2.10

5

s-'.

Lorsque l'on veut interpréter des mesures de tassement, il convient d'essayer tout d'abord une analyse « au premier ordre ». Si les points s,) ne sont pas alignés, il faudra recourir à une équation de récurrence du second ordre (n = 2), qui ne peut plus être traitée graphiquement... Nous insisterons, pour terminer, sur le fait que l'interprétation du comportement global d'un sol compressible peut conduire dans certains cas à des résultats erronés ; ainsi, la présence dans un sol multicouche d'une couche très compressible et dont la consolidation est rapide par rapport à celle des autres couches peut conduire, par la méthode graphique d'Asaoka, à estimer le tassement final de cette couche et non de tout le sol de fondation. 11 convient donc, dans le cas des multicouches, d'analyser en détail le comportement du sol avant de tirer des conclusions définitives sur l'amplitude finale et la vitesse de son tassement.

ANNEXE

2

A N A L Y S E D U C O M P O R T E M E N T OBSERVÉ D'UN REMBLAI D'ESSAI P A R R É F É R E N C E A U M O D È L E D É C R I T P A R T A V E N A S [1979]

Les notations utilisées dans cette annexe sont expliquées sur la figure A . 5 qui présente une coupe transversale du remblai d'essai et du sol de fondation. L'analyse ci-après nécessite une connaissance précise de la distribution des contraintes effectives sous le milieu du remblai, ce qui suppose qu'un nombre suffisant de piézomètres ont été mis en place dans le sol de fondation. Comme, d'autre part, on accorde une grande importance au comportement du sol pendant la construction du remblai, il convient de suivre avec attention l'évolution des tassements, pressions interstitielles et déplacements horizontaux dans le sol de fondation et de les mesurer avant et après chaque phase du chargement. Pour l'interprétation des mesures, on suppose q u ' à tout instant t le tassement total 5 de la couche étudiée peut être décomposé en trois termes : s = s, + s + s c

(A. 12)

n

A . 2 . 1 — Phase de c o n s t r u c t i o n Détermination consolidation

des variations en fonction de la

t

c

Pendant la construction, les tassements s et s se développent simultanément tandis que s et .sy, se combinent par la suite. Il est heureusement possible de séparer ces phénomènes en opérant de la façon suivante. t

c

de

Leroueil et al. [1978] ont montré que, pendant la construction d'un remblai, la consolidation est rapide j u s q u ' à ce que la contrainte effective verticale devienne égale à la pression de préconsolidation cs' . Ensuite, lorsque le sol est devenu normalement consolidé, la surpression interstitielle générée est égale à l'accroissement de la charge verticale. p

Si l'on connaît les valeurs de la contrainte effective verticale initiale