Essai in Situ [PDF]

Zitiervorschau

Investigations géotechniques *** ESSAIS IN SITU *** ENSTP 05/10/2016

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1 Cycle de formation - Investigations Géotechniques – Y.Berriche 2016

Investigations géotechniques *** Programmes*** ENSTP 05/10/2016 1/ DESORDRES 2/ NORMES 3/ ETAPES DE RECONNAISSANCE 4) ESSAIS DE LABORATOIRE 5) ESSAIS IN SITU a)

Pressiomètre

b) Pénétromètre c)

Pénétromètre dynamique

d) Scissomètre e)

Classification des sols

6) Exemple comparatif 2

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A DIAGNOSTIQUER

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MOYENS D’INVESTIGATION

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ERREURS A EVITER

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ERREURS D’INVESTIGATION

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REPARATIONS

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POURQUOI FAIRE UNE ÉTUDE DE SOL ?  …. afin de  construire ou rénover en toute sécurité L’étude permet : •

de connaître la nature présumée du terrain (argile, limon, sable, remblai)

•

d’analyser la qualité mécanique du sol,

•

de déterminer sa capacité portante qui permettra de choisir le type de fondations et de les dimensionner.

•

et de savoir s’il y a une présence d’eau en profondeur. 

ÉTUDE DE SOL : •

est un acte essentiel à la réussite du projet.

•

Ne la confiez donc pas à n’importe qui.

•

Saviez-vous que tout le monde peut réaliser en toute légalité des essais de sol et se prétendre spécialiste, sans aucune formation particulière ?

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. BUT / •

Classification des sols

•

Calcul de la portance des sols

MOYENS ET MATERIEL / •

Essais au laboratoire

•

Essais in situ

L’étude des problèmes de mécanique des sols et de géotechnique, fait appel aux essais de laboratoire et aux essais in situ,

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LES NORMES

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Eurocode 7 : Calcul géotechnique - Partie 1: Règles générales Eurocode 7 : calcul géotechnique - Partie 2 : reconnaissance des terrains et essais On note les normes nationales complémentaires d’application de l’EC 7 : • NF P 94-261 : Fondations superficielles • NF P 94-262 : Fondations profondes • NF P 94-270 : Remblais renforcés et clouage • NF P 94-281 : Murs de soutènement • NF P 94-282 : Ecrans de soutènement • NF P 94-290 : Ouvrages en terre 11

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ISO 22476 (Organisation internationale de normalisation) traite des exigences et les procédures relatives •

à l'appareillage,

•

à l'exécution

•

et au compte rendu des essais en place

dans le cadre de la reconnaissance, et des essais géotechniques selon l'EN 1997-1 et l'EN 1997-2 (EC 7).

 « Reconnaissance et essais géotechniques — Essais en place » : — Partie 1 : ISO 22476 -1

Essais de pénétration au cône électrique et au piézocône

— Partie 2 : ISO 22476 -2

Essais de pénétration dynamique

— Partie 3 : ISO 22476 -3

Essai de pénétration au carottier

— Partie 4 : ISO 22476 -4

Essai au pressiomètre Ménard

— Partie 5 : ISO 22476 -5

Essai au dilatomètre flexible

— Partie 7 : ISO 22476 -7

Essai au dilatomètre rigide diamétral

— Partie 9 : ISO 22476 -9

Essai au scissomètre de chantier

— Partie 10 : ISO 22476 -10 Essai de sondage par poids [Spécification technique] — Partie 11 : ISO 22476 -11 Essai au dilatomètre plat [Spécification technique] — Partie 12 : ISO 22476 -12 Essai de pénétration statique au cône à pointe mécanique

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ELABORATION DES RECONNAISSANCES DES TERRAINS

EXTRAITS DE L’ EC 7

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RECONNAISSANCE : Identification et caractérisation des couches constituant le dépôt de sol supportant la structure, Objectif : Aide l’ingénieur géotechnicien •

Type de fondation

•

La capacité portante

•

Estimation tassement

•

Problèmes possibles (gonflement, dépôts, remblais…)

•

Nappe phréatique (liquéfaction, rabattement de la nappe…)

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4 étapes nécessaires pour une campagne d’exploration :

1ére étape : Collecte des informations préliminaires : • Cueillir les informations disponibles sur le site  Cartographie (cartes géologiques)  Photographie aérienne (grands projets)  Cartes topographiques (nature du terrain, relief)  Etudes géotechniques réalisées dans le voisinage)

• Ainsi que le type de structure à bâtir et son utilité

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2éme étape : Reconnaissance du site Inspection visuelle du site est souhaitable, obligatoire… •

Topographie générale du site

•

Type de construction avoisinante et leurs problèmes  Fissures des murs  Tassements ou autres

•

Niveau de la nappe (puits, source…)

•

Stratigraphie apparente du sol (tranchées d’autres travaux)

•

Présence de roc ou affleurement rocheux dans les environs (indication d’une faible profondeur de socle rocheux..)

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3éme étape : Investigation, caractérisation et exploration il faut planifier :  Nombre de forage  Profondeurs de forage  Type d’essais à effectuer  Nombre d’échantillons Profondeur :  1,5 x B  3 m sur roc  6 m sur roc altéré nombre de forages :  Nature de la structure  Dimensions de la structure  Coût de la structure (l’étude géotechnique = 0,1 à 0,5 % du prix de la structure)

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21 Cycle de formation - Investigations Géotechniques – Y.Berriche 2016

4éme étape : Méthodes de sondage 1/ Sondages peu profonds : •

simples identifications de la nature des matériaux

•

Exploration de bancs d’emprunt  Tarières manuelles – 3 à 5 m  Tranchées à la pelle (cailloux ou autres…)  Des tiges pour mesurer la profondeur (tourbes et argile molle)

1/ Sondages profonds : Utilisations de grandes et puissantes foreuses

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***

ESSAIS DE LABORATOIRE *** RAPPEL

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ESSAIS DE LABORATOIRE OBJECTIFS DES ESSAIS DE LABORATOIRE Plusieurs essais différents ……………………des objectifs différents. Peuvent servir à : •

juste identifier le sol

•

ou alors à connaître les paramètres de résistance, déformabilité ou de perméabilité.

Ceux-ci peuvent être fait : •

en complément des essais in situ

•

ou indépendamment.

Les essais de laboratoire apportent les informations nécessaires à une formulation mathématique des fondations LES ESSAIS AU LABORATOIRE : •

Nécessitent un sondage carotté

•

Prise d’échantillons intacts

•

Inconvénient de remaniement dû au transport

•

Mais, permettent de contrôler la vitesse de chargement, les conditions de drainage (court et long terme) – essai triaxial

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LES DIFFERENTS ESSAIS DE LABORATOIRE : effectués sur des échantillons intacts • Granulométrie (classification des sols : Argile, sable, limon… • Limites d’Atterberg (Limites de liquidité, indice de plasticité…) • Cisaillement – essai triaxial (angle de frottement, cohésion) : Selon les conditions de drainage et la vitesse d’application des sollicitations, on distingue plusieurs types d’essais.

• Œdomètre (La compressibilité d’un sol est caractérisée par son indice des vides initial, sa pression de préconsolidation et son indice de compression : • L’essai non consolidé non drainé - court terme d’un sol fin. • L’essai consolidé non drainé - les caractéristiques inter-granulaires ou effectives des sols saturés. • L’essai consolidé drainé - caractéristiques inter-granulaires ou effectives - à long terme des sols fins.

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ESSAIS IN SITU

OBJECTIF : •

testent directement le sol

•

Ne nécessitent pas de prise d’échantillons

•

Fournissent un sondage continu

•

Mais, pratiquement des essais à court terme

Des essais " aveugles "  : Doivent être complétés par des sondages permettant de visualiser la nature exacte du terrain •

Sondage carotté,

•

Sondages à la pelle,

•

Forages destructifs

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LES DIFFERENTS ESSAIS IN SITU : 75 % des études de fondations :  ESSAI PRESSIOMETRIQUE MENARD  ESSAI PENETROMETRE STATIQUE (CPT) employés avec plus de réserves  PENETROMETRE DYNAMIQUE (PDL)  STANDARD PENETRATION TEST (SPT) sols fins mous ou peu compacts  SCISSOMETRE Tous les essais sont des essais à la rupture , sauf l’essai pressiométrique qui sollicite le sol des petites aux grandes déformations, " AUCUN ESSAI N’EST UNIVERSEL " 2/22/21

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1. ESSAI PRESSIOMETRIQUE DE MENARD Louis Ménard (1955) : Ingénieur Français École Nationale des Ponts et Chaussées

•

Le seul essai qui permet d’obtenir sur site :

Relation « Contraintes – Déformation"

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1  dForage / dSonde  1,15

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• •

SPAD : Système Pressiométrique d’acquisition de données CPV : Contrôleur Pression - Volume

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Ménard Le Pressiomètre Louis Ménard - Notice Générale D60 : Règles d'utilisation des techniques pressiométriques et d'exploitation des résultats obtenus pour le calcul des fondations

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ESSAI PRESSIOMÉTRIQUE

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Classification des sols (Relation entre pl et EM

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ESSAI PRESSIOMÉTRIQUE

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2. ESSAI DE PÉNÉTRATION STATIQUE (CPT - Cone Penetration Test)

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PENETROMETRE STATIQUE (CPT) •

Développé par les Hollandais dans les années 1950,

Plusieurs types de machine existent :  le pénétromètre statique léger : machine peu encombrante, profondeur d'investigation limitée    le pénétromètre statique-dynamique lourd : environ 18 à 20T, se présente sous la forme d'un camion Recommander dans un maximum d'études géotechniques

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PENETROMETRE STATIQUE (CPT)

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PENETROMETRE STATIQUE (CPT) : Résistance dûe au frottement

Qt = Qs + Qc Qs : L’effort total de frottement latéral Qc : la force nécessaire pour enfoncer la pointe conique

: Résistance de pointe

Identification des sols : d’après Robertson & Campanella 2/22/21

50 Cycle de formation - Investigations Géotechniques – Y.Berriche 2016

PENETROMETRE STATIQUE (CPT)

Le pénétromètre statique gagne de la valeur en le mariant à d’autres méthodes (pressiomètre, scissomètre, essais au labo)

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3. PENETROMETRE DYNAMIQUE LOURD

Le domaine préférentiel d’utilisation : •

Contrôle de l’homogénéité d’un site

•

Détermination des épaisseurs des couches

•

Localisation des cavités ou autres discontinuités

•

Reconnaissance du niveau du toit de substratum, de rocher

•

Fournissent des renseignements pour les conditions de battage des pieux et palplanches

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 reconnaissance des terrains superficiels ,  marteau-pilon m = 63,5 kg et h = 76 cm  3 mesures, nombre de coups / pénétration de 15 cm.  La résistance à la pénétration =  2éme et 3éme  Pas cher et rapide, interprétation sûre du résultat mais discontinu et ponctuel

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PENETROMETRE DYNAMIQUE LOURD

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55 Cycle de formation - Investigations Géotechniques – Y.Berriche 2016

PENETROMETRE DYNAMIQUE LOURD RÉSISTANCE DYNAMIQUE DE POINTE qd : (en Pa)

Formule des Hollandais

avec : m = masse du mouton (kg) - masse frappante g = accélération de la pesanteur (m/s²) H = hauteur de chute du mouton (m) A = section droite de la pointe (m²) e = enfoncement moyen sous un coup (e = 0,1 / Nd) m‘ = masse frappée comprenant l'enclume, la tige guide, les tiges et la pointe (kg)

CONTRAINTE MAXIMALE ADMISSIBLE :

on considère que : qu = qd / 

( : selon la nature du terrain) .

 = 10 dans des argiles et limons moyennement consolidés. = 20 à 25 des matériaux graveleux Attention ! ne pas confondre qd obtenu avec le qu (contrainte admissible sur le sol de fondation)

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PENETROMETRE DYNAMIQUE LOURD

1. très utilisé : Par sa maniabilité, son encombrement réduit, son coût limité. 2. Pour des raisons économiques : bcp de bureaux géotechniques peu consciencieux l’utilisent exclusivement. 3. Ne donne pas de valeurs assez fines du sol : hormis en phase d'esquisse (une idée sur le choix du système de fondation)  4. un moyen complémentaire d'investigation (résultats semi-empiriques) : Selon le DTU 13.2 5. ne doit être envisagé que comme un moyen d'approche et non de dimensionnement : Selon le DTU 13.2 6. Ne permet pas de réaliser des vérifications de tassement. 7. Le client s'expose à des surcoûts dans les fondations : car les coefficients de sécurité pris sur le taux de travail sont très élevés. 8. Parfois même, des solutions de fondations profondes sont retenues, alors que des semelles superficielles avec un taux de travail faible (tout de même moins couteuses mais exigeant des mesures fines et précises),

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PENETROMETRE DYNAMIQUE LOURD CONTRAINTE MAXIMALE ADMISSIBLE (ultime) :

on considère que : qu = qd / 

( : selon la nature du terrain) .

 = 10 dans des argiles et limons moyennement consolidés. = 20 à 25 des matériaux graveleux

Attention, toutefois à ne pas confondre

qd obtenu avec le

qu (contrainte admissible sur le sol de fondation)

 Pénétrogrammes : variation de la résistance  dynamique de pointe qp en profondeur d'investigation

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58 Cycle de formation - Investigations Géotechniques – Y.Berriche 2016

PENETROMETRE DYNAMIQUE LOURD

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4. SCISSOMETRE

Le domaine préférentiel d’utilisation : •

Sols fins et mous

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LE SCISSOMÈTRE (argiles molles, limons et vases)

•

mesure in situ de la cohésion non drainée des sols fins cohérents, peu consistants ( cu, de 30 à 40 kPa)

• • •

Essai de référence pour l'étude de la stabilité des ouvrages sur sols mous sol cisaillé par un moulinet entraîné à vitesse constante 0,1°/sec le couple ainsi exercé est mesuré par un ressort de torsion couple de torsion T = F x d

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61 Cycle de formation - Investigations Géotechniques – Y.Berriche 2016

LE SCISSOMÈTRE (argiles molles, limons et vases)

Utilisation de scissomètre d’inspection pour des sites d’accès difficile

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62 Cycle de formation - Investigations Géotechniques – Y.Berriche 2016

CLASSIFICATION DES SOLS

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63 Cycle de formation - Investigations Géotechniques – Y.Berriche 2016

CALCUL DES CHARGES ULTIMES DU SITE

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64 Cycle de formation - Investigations Géotechniques – Y.Berriche 2016

CLASSIFICATION DES SITES (Sols)

Les sites sont classés en quatre (04) catégories en fonction des propriétés mécaniques des sols qui les constituent.

Catégorie

 Description

qc (MPA) (c)

N (d)

Statique

SPT

Pl (MPA) (e)

Ep (MPA) (e)

Pressiomètre

qu (MPA) (f)

Vs (m/s) (g)

Compression

Vitesse des ondes de cisaillement

S1

 Rocheux (a)

 -

 -

 > 5

> 100

 > 10

 800

 S2

 Ferme

 > 15

> 50

>2

 > 20

> 0.4

  400 - < 800

S3

 Meuble

1~2

5 ~ 20

01 ~ 0.4

  200 - < 400

 S4

Très Meuble ou Présence de 3m au moins d’argile molle (b)

 < 1

5

> 100

 > 10

 800

 S2

 Ferme

 > 15

> 50

>2

 > 20

> 0,4

  400 - < 800

S3

 Meuble

1,5 ~ 15

10 ~ 50

1~2

5 ~ 20

01 ~ 0,4

  200 - < 400

 S4

Très Meuble ou Présence de 3m au moins d’argile molle (b)

< 1,5

 < 10

 < 1

75) sur une épaisseur de plus de 6 m. 4. Présence sur une épaisseur de plus de 30 m d’une couche d’argile molle à moyennement raide (qC = 1,5 à 5 MPa, pl = 0,5 à 2 MPa, EP = 5 à 25 MPa, q U = 0,1 à 0,4 MPa)

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104 Cycle de formation - Investigations Géotechniques – Y.Berriche 2016

REDACTION DES RAPPORTS Extrait de l’EC 7

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MERCI 2/22/21

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