Essais in Situ PDF [PDF]

Zitiervorschau

27/01/2017

PRATIQUE & INTERPRETATION DES ESSAIS IN SITU EN GEOTECHNIQUE Mehrez Khemakhem ESSAIS IN SITU

Mehrez KHEMAKHEM

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Mehrez Khemakhem

Professeur Technologue Formateur - Consultant ISET de Sfax – Tunisie [email protected] (+216) 98656012 Géotechnique – Matériaux de construction Pathologie ESSAIS IN SITU

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SOMMAIRE 1. Introduction générale 2. Le pressiomètre Ménard 3. L’essai SPT 4. Le pénétromètre dynamique 5. Le pénétromètre statique

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INTRODUCTION La Géotechnique : La norme XP P 94-010 donne une définition de la géotechnique : « Science qui étudie les sols sous tous les aspects qui intéressent l’ingénieur de génie civil : mécanique des sols, mécanique des roches, géologie de l’ingénieur, technique de travaux, technique de construction » On appelle : Roches : géomatériaux possédant une cohésion et une résistance à la compression simple supérieure à 10 MPa. Sols : géomatériaux pulvérulents ou cohésifs mais ne présentant pas ou pratiquement pas de résistance à la compression simple. La cohésion disparaît par dissolution. ESSAIS IN SITU

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INTRODUCTION Le sol peut : supporter les ouvrages

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INTRODUCTION Le sol peut être supporté par un ouvrage : mur de soutènement, paroi moulée,...

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INTRODUCTION Le sol peut être un ouvrage : barrage, digue, plate forme d’une chaussée, remblai..

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INTRODUCTION Le sol peut être un milieu naturel environnant qui peut être soit à risque (glissement de terrain, karstique,…) soit soumis à des pollutions.

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INTRODUCTION La Géotechnique joue un rôle essentiel dans I'acte de construire pour tous les travaux de bâtiment et de génie civil en relation avec les sols ou les mettant en œuvre . Elle intervient dans : - les fondations des bâtiments, des ouvrages d'art, des ensembles industriels ... - les ouvrages de soutènement (murs, rideaux de palplanches, ...), - les tunnels et travaux souterrains dans les sols, - les barrages et digues en terre, - la stabilité des pentes naturelles et des talus et les travaux de stabilisation, ESSAIS IN SITU

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INTRODUCTION La Géotechnique joue un rôle essentiel dans I'acte de construire pour tous les travaux de bâtiment et de génie civil en relation avec les sols ou les mettant en œuvre . Elle intervient dans : - les ouvrages portuaires et maritimes (fondations de quais, comportement des brise-lames, ...), - les terrassements des routes, autoroutes, voies ferrées, - l'amélioration et le renforcement des sols, - la protection de l'environnement.

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INTRODUCTION

Fondations

Rabattement des nappes

Compactage

Géotechnique routière

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INTRODUCTION

Identification

Reconnaissance

Les barrages ESSAIS IN SITU

Amélioration des sols Mehrez KHEMAKHEM

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INTRODUCTION

Géosynthétiques

Soutènements

Essais spéciaux

Ouvrages maritimes

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INTRODUCTION

Une défaillance dans la connaissance du sol peut être une sources de certains problèmes, si ce ne sont pas des problèmes certains. Les problèmes posés par le sol surviennent : •soit parce que le sol n’a pas été bien étudié, •soit parce qu’il n’a pas été étudié (par négligence ou par ignorance)

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INTRODUCTION

Rupture de barrage

Poinçonnement

Rupture ouvrage soutènement ESSAIS IN SITU

Glissement de terrain

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INTRODUCTION

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INTRODUCTION

Glissements de terrains

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INTRODUCTION

Gonflement de sol

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INTRODUCTION

Gonflement de sol

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INTRODUCTION

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LA RECONNAISSANCE GEOTECHNIQUE

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LA RECONNAISSANCE GEOTECHNIQUE

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LA RECONNAISSANCE GEOTECHNIQUE

Extraite du cours Fondations des ouvrages Philippe Reiffsteck ESSAIS IN SITU

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LA RECONNAISSANCE GEOTECHNIQUE BUT DE LA RECONNAISSANCE GEOTECHNIQUE : La reconnaissance géotechnique doit donner tous les éléments d’information qui permettront de répondre aux questions suivantes : - Quelle est la nature et l’état des formations présentes sur le site sans oublier l’eau ( niveau de la nappe ) ? - Quel choix du type de fondation on doit faire (superficielle, profonde, …) ? - Quels sont les problèmes qu’on peut rencontrer lors de l’exécution des fondations (éboulement, renard, boulance…) ? - Etc… ESSAIS IN SITU

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LA RECONNAISSANCE GEOTECHNIQUE ORGANISATION DE LA RECONNAISSANCE GEOTECHNIQUE : On peut subdiviser une reconnaissance géotechnique en trois parties : - La définition et l’exécution de la compagne de reconnaissance des sols. - L’interprétation des résultats permettant de déterminer les différentes caractéristiques géotechniques du sol. - La détermination du mode de fondation et de l’infrastructure en général et la superstructure au niveau de l’assise, des conditions d’exécution des travaux, ... ESSAIS IN SITU

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LA RECONNAISSANCE GEOTECHNIQUE Les méthodes de reconnaissance géotechnique appartiennent à deux grandes familles : les sondages et les essais in-situ. Les sondages servent à reconnaître la nature des terrains par extraction d’échantillons remaniés ou intacts servant pour l’identification des sols et à la détermination de leurs propriétés géotechniques.

Les essais in-situ servent à déterminer les caractéristiques géotechniques par des essais en place.

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LES MISSIONS GEOTECHNIQUES

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LES MISSIONS GEOTECHNIQUES

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LES MISSIONS GEOTECHNIQUES

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LES MISSIONS GEOTECHNIQUES

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LES MISSIONS GEOTECHNIQUES

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LES MISSIONS GEOTECHNIQUES

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LES MISSIONS GEOTECHNIQUES

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LES MISSIONS GEOTECHNIQUES

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Enchaînement des Missions d’ingénierie géotechnique Etape

Phase de maitrise d’oeuvre

Missions

Phases de la mission

QUI ?

Etude géotechnique G2 de conception

Etape 1

APS

Principes généraux de construction - PGC

APD / AVP

Avant projet

PRO

Projet

DCE / ACT

DCE / ACT Etude d’exécution

Etape 3

Suivi d’exécution

Etude géoetchnique de rélisation G4 DET / AOR

Diagnostic

ESSAIS IN SITU

G5

MO

Remarques

Premières identification des Pas d’approche risques du site sur les quantités, coûts Premières adaptation des et délais ouvrages au site Première Définition et comparaison approche sur des solutions de fondations les quantités

MO

G3 EXE / VISA

Toutes étapes

Réalisation

Etape 2

Conception

Etude de site - ES Etude géotechnique G1 préalable

Objectifs. Management des risques

Mission ponctuelle

Conception et justification du Approche sur projet. Réduction des les quantités, risques identifiés coûts et délais Consultation, choix des entreprises Etude d’exécution avec Entreprise maitrise cout – délais – qualité. Identification des Entreprise risques résiduels

Supervision d’étude d’exécution Supervision de suivi d’exécution

MO MO

Entreprise ou MO Mehrez KHEMAKHEM

Supervision des études et de l’exécution

Etude d'élément géotechnique spécifique janv.-17

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Essais Géotechniques

Essais de laboratoire ou essais in situ ?

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INTRODUCTION Stabilité des pentes

Fondations superficielles

Calcul des barrages

OUI BASE

OUI

OUI

OPTION

BASE

LES ESSAIS DE LABORATOIRE JUSTIFICATION

NON CALCUL CLASSIQUE

Calcul en éléments finis

ESSAIS IN SITU

OUI BASE

OUI BASE

Calcul de soutènement

OUI MEF

Fondations profondes

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Remblai sur sols compressibles

OUI BASE

OUI OPTION

Calcul de consolidation et tassement

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INTRODUCTION Stabilité des pentes

Fondations superficielles

Calcul des barrages

OUI OPTION

OUI

OUI

BASE

OPTION

LES ESSAIS IN SITU

JUSTIFICATION

OUI OPTION

BASE CALCUL CLASSIQUE

Calcul en éléments finis

OPTION MEF

Calcul de soutènement

OUI OPTION

OPTION

OUI OPTION

Fondations profondes

ESSAIS IN SITU

Remblai sur sols compressibles

OUI

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Calcul de consolidation et tassement

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LE PRESSIOMETRE MENARD ESSAI

PRESSIOMÉTRIQUE MÉNARD NORMES NF P 94-110-1 (2000) Essai sans cycle ISO 22476-4 ESSAIS IN SITU

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LE PRESSIOMETRE MENARD OBJECTIF : Déterminer les caractéristiques mécaniques d'un sol à l'aide d'un essai de chargement en place. PRINCIPE : L'essai consiste à dilater radialement au sein du sol une sonde cylindrique et à déterminer la relation entre la pression appliquée sur le sol selon un programme de chargement imposé et le déplacement da la paroi de la sonde.

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LE PRESSIOMETRE MENARD

DOMAINE D’APPLICATION: L'essai pressiométrique peut être réalisé dans tous les types de sols saturés ou non, y compris dans le rocher et les remblais.

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LE PRESSIOMETRE MENARD

Pressiomètre : il comprend •une sonde, •un contrôleur pression-volume appelé CPV •des tubulures •Un système d’acquisition de données éventuellement

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LE PRESSIOMETRE MENARD

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LE PRESSIOMETRE MENARD

Pressiomètre automatique ESSAIS IN SITU

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LE PRESSIOMETRE MENARD

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LE PRESSIOMETRE MENARD

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LE PRESSIOMETRE MENARD

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LE PRESSIOMETRE MENARD SONDEUR – BE – MO-

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LE PRESSIOMETRE MENARD Sondage pressiométrique

Sonde pressiométrique

Terrain P

Forage pressiométrique

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LE PRESSIOMETRE MENARD

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LE PRESSIOMETRE MENARD Sonde pressiométrique à gaine souple Légende

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1

Âme métallique creuse

5

Tube pour injection du gaz dans les cellules de garde

2

Membrane de la cellule de mesure

6

Robinet de purge de la cellule centrale

3

Gaine

7

4

Tube pour injection du liquide dans la cellule centrale de mesure

8

Tige de manœuvre de la sonde

9

Raccord sonde – tige de manœuvre

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LE PRESSIOMETRE MENARD Sonde pressiométrique avec tube fendu Légende

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1

Âme métallique creuse

5

Tube pour injection du gaz dans les cellules de garde

2

Membrane de la cellule de mesure

6

Robinet de purge de la cellule centrale

3

Gaine

7

Tube fendu

4

Tube pour injection du liquide dans la cellule centrale de mesure

8

Tige de manœuvre de la sonde

9

Raccord sonde – tige de manœuvre

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LE PRESSIOMETRE MENARD Corps des sondes équipés de leur membrane 44 Courte 44 Longue

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LE PRESSIOMETRE MENARD Tubes fendus

tube fendu 56/45

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tube fendu 63/49

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55 55

LE PRESSIOMETRE MENARD DIFFERENTES GAINES  60

•

IMG_1529

1) Gaine super HP 2) Gaine HP standard 3) Gaine métallique 9 lamelles 4) Gaine métallique 28 lamelles •

IMG_1530

5) Gaine caoutchouc 1,5mm 6) Gaine caoutchouc 4mm

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56 56

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LE PRESSIOMETRE MENARD Gaines sonde 44 courte et longue

métallique super HP standard HP caoutchouc 4mm

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LE PRESSIOMETRE MENARD TUBULURES

contenu de la tubulure

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Longueur 50m

0,35 litre

Longueur 33m

0,233 litre

Longueur 25m

0,177 litre

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Diamètre intérieur 3 mm

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LE PRESSIOMETRE MENARD

Montage de la sonde

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LE PRESSIOMETRE MENARD

MODE OPERATOIRE 1.Montage de la sonde 2.Vérifications et mesures avant insertion de la sonde dans le terrain 3.Caractéristiques de la sonde 4.Forage pressiométrique 5.Réglage de la pression différentielle 6.Réalisation de l’essai ESSAIS IN SITU

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LE PRESSIOMETRE MENARD

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LE PRESSIOMETRE MENARD

Montage de la sonde ESSAIS IN SITU

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LE PRESSIOMETRE MENARD Vérifications et mesures avant insertion de la sonde dans le terrain Les vérifications à faire concernent principalement : Le CPV : il doit être positionné dans un lieu loin de l’eau et de l’ensoleillement direct. La vérification du volume d’eau, du fonctionnement (détendeur, régulateur différentiel, vannes, ….), de la pression de gaz (> 60 bar), des connexions avec la tubulure,…. La sonde : on procède à la vérification de la forme après montage, à la vérification s’il y a des fuites d’eau ou de gaz,…. Ces vérifications doivent se faire périodiquement surtout avant le démarrage de chaque chantier ou si la sonde n’a pas été utilisée pour une durée importante. Mehrez KHEMAKHEM

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1.

Mise en place membrane neuve

1. Technicien service travaux •Mise en place de la membrane neuve et des bagues d’étanchéité. 2. Technicien service travaux •Prédilater 3 fois la membrane aux valeurs suivantes : •44 longue + 60 à 700 cm3 •44 courte à 550 cm3

2.

Préparation de la sonde

Prédilatation 3 fois

3. Technicien service travaux •A remplir selon la fiche d’étalonnage.

3.

Mesure de la résistance prop. Membrane (RPM)

Fiche d’étalonnage membrane

4. Technicien service travaux •Mise en place de la gaine, des bagues de gaines et serrage des 2 écrous de sonde, et éventuellement du tube fendu et de ses amortisseurs. 5. Technicien service travaux •Prédilate 3 fois la sonde aux valeurs suivantes : •44 longue + 60 à 700 cm3 •44 courte à 550 cm3

4.

Mise en place de la gaine et du T.F. éventuel 5.

6. Technicien service travaux •44 longue + 60 à 700 cm3 •44 courte à 550 cm3 •Les 44 longue et courte avec leur T.F. mesure à 60 secondes. •A remplir : la fiche d’étalonnage

Dilatée 3 fois

6.

Essai d’expansion de la sonde équipée R.P.S. (Résistance Propre de la Sonde)

Fiche d’étalonnage

7. Technicien service travaux •P à 50 bars à atteindre DV / Dp  0,66 cc avec tubulure de 50m •A remplir : la fiche calibration 8. Technicien service travaux •Visa de la feuille d’étalonnage

7.

Essai d’expansion de l’appareillage

Fiche de calibration

8.

Bon pour les essais

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LE PRESSIOMETRE MENARD

Pression différentielle cellule emboîtée a)

b)

c)

a) Réglage correct DP = 1 bar La pression dans les cellules de garde est correctement réglée. La pression dans la cellule centrale peut s’exercer sur le terrain.

b) Réglage incorrect DP > 1 bar La pression dans les cellules de garde est trop élevée. La pression dans la cellule centrale ne peut pas s’exercer sur le terrain.

c) Réglage incorrect DP < 1 bar La pression dans les cellules de garde est trop faible. La pression dans la cellule centrale entraîne une augmentation de volume vers les cellules de garde.

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LE PRESSIOMETRE MENARD

Pression différentielle cellule emboîtée Profondeur de l’essai Différence de + Hauteur du CPV Position de la vanne Observations pression (bar) (m) 0 -1 Pour étalonnage 1 -0.9 2 -0.8 3 -0.7 4 -0.6 Tourner le régulateur 5 Vanne 4 (figure 1) -0.5 différentiel vers la 6 Sur le circuit gaz -0.4 gauche pour diminuer 7 -0.3 la différence AIR/EAU 8 -0.2 9 -0.1 10 0 11 +0.1 Tourner le régulateur 15 +0.5 différentiel vers la 20 +1 Vanne 4 (figure 1) droite pour 30 +2 Sur le circuit eau augmenter la 40 +3 différence AIR/EAU 50 +4 66 66 Mehrez KHEMAKHEM janv.-17 ESSAIS IN SITU

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LE PRESSIOMETRE MENARD

Pression différentielle mal réglée

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LE PRESSIOMETRE MENARD MODE OPERATOIRE: Caractéristiques de la sonde : L'opération d'étalonnage comporte trois étapes: 1/ Prédilatation de la cellule de mesure 2/ Volume de la cellule centrale de mesure et coefficient de dilatation de l'appareillage 3/ Résistance propre de la sonde

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LE PRESSIOMETRE MENARD MODE OPERATOIRE: Caractéristiques de la sonde La gaine, la membrane (et le tube fendu éventuel), sont choisis en fonction des caractéristiques mécaniques présumées du terrain dans lequel sera dilatée la sonde. Les opérations décrites ci-après devront être faites : • à chaque modification de configuration de la sonde pressiométrique (changement de gaine ou de membrane, éclatement,…) ; • à chaque fois qu'intervient un changement de tubulure entre le contrôleur pression-volume et la sonde ; • au moins une fois par semaine. ESSAIS IN SITU

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LE PRESSIOMETRE MENARD 1/ Prédilatation de la cellule de mesure : la sonde est dilatée trois fois au moins à l'air libre en y injectant 600 cm3 de liquide.

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prédilatation de la sonde janv.-17 70

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LE PRESSIOMETRE MENARD MODE OPERATOIRE: 2/ Volume de la cellule centrale de mesure et coefficient de dilatation de l'appareillage : la sonde est introduite dans un tube de calibrage et mise en pression par palier de 250 kPa ou de 500 kPa suivant la nature de l'habillage de la sonde. Chaque pression est maintenue pendant une durée t = 60 s. On mesure en fin de chaque palier le volume injecté V et on trace la courbe V = f(p). Pour cet essai, on doit disposer d’un tube de calibrage dont les caractéristiques sont les suivantes : • Son diamètre intérieur di inférieur ou égal à 66 mm. • Sa épaisseur e soit supérieure ou égale à 8 mm. • Sa longueur lc ≥ valeur max [1 m ; lm] , avec lm la longueur du tube fondu ESSAIS IN SITU

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LE PRESSIOMETRE MENARD

Tube de calibrage ESSAIS IN SITU

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LE PRESSIOMETRE MENARD Courbe de calibrage

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a

V p

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LE PRESSIOMETRE MENARD Courbe de calibrage Par convention, le volume initial de la cellule centrale de mesure de la sonde est calculé par exploitation de la courbe d'expansion. ࢂ࢙ = ૙. ૛૞ ࣊ ࢒࢙ ࢊ૛࢏ − ࢂࢉ (ࢉ࢓ ૜) Formule 1 Avec :

• • •

Vc : l'ordonné à l'origine de la droite ajustée sur les points représentatifs de l'essai au-delà du contact entre la sonde et le tube ; ls : longueur de la cellule de garde, en général ls = 21 cm pour une sonde nue di : diamètre intérieur du tube de calibrage, en général di = 6.6 cm

a

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LE PRESSIOMETRE MENARD Courbe de calibrage

a

V p

Remarque : le coefficient (a) doit avoir une valeur inférieure à 0.6 cm3/bar avec un appareillage équipé de 50 m de tubes. Une valeur supérieure à 0.6 cm3/bar peut indiquer une mauvaise purge, une fuite ou une anomalie et doit conduire à une vérification de l’ensemble CPV, tubes flexibles et sonde.

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LE PRESSIOMETRE MENARD Essai de résistance propre de la sonde (inertie ou étalonnage)

La sonde est placée à proximité du conditionneur de pression, à l'air libre. Il est procédé à un essai d'expansion, dans les mêmes conditions que celles de l'essai dans le terrain. La sonde est dilatée par pas de pression (∆p) d'amplitude d'environ le cinquième de la résistance propre limite conventionnelle (pel) de la sonde, maintenu 60 s et jusqu'à ce qu'ait été injecté un volume de liquide au moins égal à 700 cm3 (550 cm3 pour la sonde courte équipée d'un tube fendu). On trace La courbe pression-volume, V60 = f (pe), est on déduit la résistance limite de la sonde. ESSAIS IN SITU

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LE PRESSIOMETRE MENARD

Remarque: pour éviter toutes corrections, le niveau de la sonde doit être au même niveau que la côte du conditionneur de pression ESSAIS IN SITU

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LE PRESSIOMETRE MENARD Essai de résistance propre de la sonde (inertie ou étalonnage) V:Volume du liquide injecté

700 cm3

Pression pel

Pe

Courbe d'inertie ESSAIS IN SITU

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LE PRESSIOMETRE MENARD

Caractéristiques de la sonde

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LE PRESSIOMETRE MENARD

FORAGE PRESSIOMETRIQUE

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LE PRESSIOMETRE MENARD

Le forage doit être réalisé à l’aide d’outils de foration adaptés au terrain rencontré, conformément aux prescriptions de la norme, afin que :  Le trou de forage soit correctement calibré au diamètre de la sonde pressiométrique (dt 500 cm3). Si la pression p à dépassé 5 MPa (50 bar) sans atteindre pl , la valeur de pl sera notée pl > p (après correction).

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LE PRESSIOMETRE MENARD METHODE DE LA COURBE INVERSE Elle consiste à transformer les couples (p , V) en (p,1/V) et à effectuer une régression linéaire pour toutes les valeurs telles que p  p2. On trace les couples 1/V = f(p) On procède à un lissage par la méthode des moindres carrées pour déterminer A et B (lissage par Excel – ajustement linéaire) Y = f(V-1) = A.p + B La pression limite est obtenue à partir de l’équation suivante :

pli  ESSAIS IN SITU

B 1  A A(Vs  2 VE ) Mehrez KHEMAKHEM

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LE PRESSIOMETRE MENARD METHODE HYPERBOLIQUE L’extrapolation est faite avec les valeurs tel que p > p2 par la transformation suivante : Y = CX – D Avec

La pression limite plh est obtenue pour Vl = Vs + 2V1 par :

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LE PRESSIOMETRE MENARD Pression limite pl extrapolée :

La pression limite pl est la plus faible des deux valeurs pli et plh. Si ,

pli plh plh

0 . 2

l’essai ne permet pas de déterminer la

pression limite.

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LE PRESSIOMETRE MENARD MODULE PRESSIOMETRIQUE MENARD : Il est déterminé par analogie avec le module d'élasticité par la relation suivante :

n : coefficient de Poisson pris égal à 0.33

PRESSION DE FLUAGE NETTE

pf* = pf - sHS ESSAIS IN SITU

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER (SPT) NORMES NF P 94- 116 NF EN ISO 22476-3

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER Objectif - Principe L’essai de pénétration au carottier (SPT) a pour objectif la détermination, à la base d'un trou de forage, de la résistance des sols à la pénétration dynamique d'un carottier en deux demi-coquilles et le prélèvement d'échantillons remaniés dans un but d'identification. L’essai de pénétration au carottier est utilisé essentiellement pour déterminer les caractéristiques de résistance des sols sans cohésion (diamètre ne dépassant pas 20 mm), mais d'autres données importantes peuvent aussi être obtenues dans d'autres types de sol. ESSAIS IN SITU

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER Objectif - Principe Le principe de l’essai consiste à enfoncer un carottier en laissant tomber un mouton d'une masse de 64 kg sur une enclume ou une tête de battage, d’une hauteur de 750 mm. Le nombre de coups (N) nécessaires pour faire pénétrer le carottier de 300 mm (après sa pénétration sous son propre poids et après un enfoncement d’amorçage) constitue la résistance dynamique. L’essai est limité à une profondeur de 50 m. ESSAIS IN SITU

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER L’équipement est identique à celui du pénétromètre dynamique en remplaçant la pointe par un carottier fendu

Le Standard Penetration Test (SPT) présente l'avantage de permettre à la fois de prélever des échantillons remaniés indicatifs des couches traversées et d'avoir une mesure de la résistance du sol. Il permet parfois la traversée de couches denses alors que l'essai purement statique ne le permet pas. Cet essai est recommandé pour les sols sableux seulement. On compte le nombre de coups N par 30 cm d'enfoncement (deux fois 15 cm). ESSAIS IN SITU

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER L'essai de pénétration au carottier nécessite l'appareillage suivant : • un équipement de forage et de tenue de la paroi, • un dispositif de battage, • un train de tiges et son guidage, • un carottier, • un système de mesure.

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER Équipement de forage et de tenue de la paroi:

L'équipement de forage doit permettre de réaliser un trou de forage nettoyé avant l'insertion du carottier et doit garantir que l'essai de pénétration sera réalisé dans un sol relativement peu remanié. L’aire de la base du trou de forage avant l’essai peut avoir une incidence sur les résultats et, en conséquence, le diamètre du forage doit toujours être consigné. Un effet significatif peut affecter les résultats quand le diamètre est supérieur à 15 cm. Lorsque les parois du forage sont instables, on doit utiliser un tubage et/ou de la boue. ESSAIS IN SITU

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER Dispositif de battage: II comporte un mouton, une enclume, un dispositif de guidage, un système de relevage et de déclenchement de la chute du mouton. La masse totale ne doit pas dépasser 115 kg. Le mouton est libéré automatiquement avec une vitesse nulle. Il tombe librement. La cadence de battage est de 15 à 30 coups par minute.

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER

64 kg

75 cm

64 kg

1

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2

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER Tiges de battage: Les tiges sont assemblées fermement pour constituer un train de tiges rigidement lié à l'enclume et au carottier selon un axe rectiligne et continu. Pour les profondeurs supérieures à 20 m, des centreurs peuvent être placés sur les tiges à intervalle de 3 m. Les tiges de battage doivent être suffisamment rigides pour éviter le flambement durant le battage. Des tiges ayant une masse supérieure à 10,0 kg/m ne doivent pas être utilisées. ESSAIS IN SITU

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER Carottier: Le carottier, constitué de deux demi-coquilles en acier, et sera être équipé d’un clapet anti-retour avec suffisamment de jeu pour permettre la libre circulation de l'eau ou de la boue durant le battage. Dans le sable graveleux, une pointe conique pleine de 60° d’angle au sommet peut être utilisée à la place de la trousse coupante normalisée. Dans ce cas l’essai doit être noté SPT (C). Le tube central du carottier est fendu pour faciliter l'extraction de l'échantillon de sol.

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER

Carottier SPT

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER

Carottier SPT

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER Mode opératoire Préparation du trou de forage: Le trou de forage doit être soigneusement nettoyé jusqu'à la profondeur de l'essai avec un équipement qui ne remanie pas le sol devant être soumis à l'essai. Quand le forage concerne des sols dans lesquels les parois sont instables, un tubage et/ou une boue de forage doivent être utilisés. Quand le forage est exécuté en dessous de la nappe, le niveau de l'eau ou du fluide de forage dans le trou de forage doit être maintenu à une distance suffisante au-dessus du niveau de la nappe pour limiter le remaniement. Les outils de forage doivent être retirés lentement pour éviter que les effets de succion ne décompriment le sol devant être soumis à l'essai. Si un tubage est utilisé, il ne doit pas être enfoncé en dessous du niveau de début de l'essai. ESSAIS IN SITU

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER Mode opératoire Enfoncement du carottier

Le carottier, placé au fond d’un forage préalable, est battu par l’intermédiaire d’un train de tiges. Le battage s’effectue par passes successives à l’aide d’un marteau de 64 kg qui tombe en chute libre d’une hauteur de 75 cm sur la tête du train de tiges. La profondeur de chaque passe de pénétration est de 45 cm.

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER Mode opératoire Enfoncement du carottier Durant le battage, on note trois enfoncements successifs : • l’enfoncement de mise en place : c’est l’enfoncement du carottier sous son propre poids et sous celui du train de tiges et du dispositif de battage. Si cet enfoncement dépasse 45 cm, l'essai est interrompu et la valeur «N» attribuée est zéro. • l’enfoncement d’amorçage : le carottier est enfoncé de 15 cm sous l’effet de N0 coups de mouton ; • l’enfoncement d’essai : le carottier est enfoncé de deux fois : 15 cm sous l’effet de N1 puis N2 coups de mouton. Le nombre N = NSPT = N1+N2 est appelé résistance à la pénétration (au carottier standard). ESSAIS IN SITU

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER Mode opératoire Enfoncement du carottier

L’essai peut être arrêté si le nombre total de coups atteint 50 (N = 50) ; dans les roches tendres, il peut être porté à 100 (N = 100). Dans les terrains durs ou les roches tendres, où la résistance à la pénétration est très élevée, on peut noter la pénétration pour un nombre de coups déterminé.

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER Mode opératoire

Essai SPT

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER Mode opératoire

Essai SPT2 Essai SPT3 Essai SPT4 Essai SPT5 ESSAIS IN SITU

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER Mode opératoire Récupération de l'échantillon de sol – Etiquetage

Essai SPT – Exemple 1 – Sol limoneux

Essai SPT – Exemple 2 – Sol sableux hétérogène

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER Mode opératoire Récupération de l'échantillon de sol – Etiquetage

Essai SPT – Exemple 3 – Avec description du sol ESSAIS IN SITU

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER Mode opératoire Récupération de l'échantillon de sol – Etiquetage

Essai SPT – Exemple 3 – Avec notation du nombre de coups ESSAIS IN SITU

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER Mode opératoire Récupération de l'échantillon de sol – Etiquetage

Essai SPT – Echantillons prélevés dans des étuis étanches ESSAIS IN SITU

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER Mode opératoire Exploitation des résultats

Les éléments nécessaires exploitables de l’essai SPT sont : • Les valeurs de N0, N1 et N2 • La description du sol récupéré • La longueur de l’échantillon • Profondeur de la pénétration du carottier sous son propre poids le cas échéant.

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ESSAI SPT – PRESENTATION DES RESULTATS Norme NF P 94-116

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ESSAI SPT – PRESENTATION DES RESULTATS Modèle d’une entreprise

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ESSAI SPT – PRESENTATION DES RESULTATS Logiciel GEOVISION

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER FACTEURS DE CORRECTION Pendant les opérations d’enfoncement du carottier, le nombre de coups mesuré (Nm) est influencé par les paramètres principaux suivants : • La pression interstitielle (u) • La contrainte verticale (profondeur) • Les pertes d’énergie En présence de la nappe, Terzaghi et Peck (1657) recommandent de corriger le nombre mesuré Nm (lorsqu’il est supérieur à 15) par la relation corrective suivante :

‫ = ܂۾܁ ۼ‬૚૞ +

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‫ ܕ ۼ‬− ૚૞ ૛

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(ࡺ ࢓ > ૚૞) janv.-17

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER FACTEURS DE CORRECTION Les pertes d’énergie sont induites par le dispositif de battage du fait du frottement et autres phénomènes parasites, ce qui entraîne une vitesse du mouton à l’impact inférieure à la vitesse strictement en chute libre. D’autres pertes d’énergie proviennent de l’impact sur l’enclume en relation avec sa masse et d’autres caractéristiques. Le type de machine, l’habileté de l’opérateur et d’autres facteurs peuvent également influencer l’énergie transmise aux tiges de battage. BATTAGE NON CENTRE

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER FACTEURS DE CORRECTION Mouton SPT et tiges de battage inclinés

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER FACTEURS DE CORRECTION La pratique courante actuelle est de considérer une énergie valant 60% de l’énergie théorique. Le nombre de coups de base est le N60. Il convient de corriger les valeurs N dans le sable par le rapport d’énergie de référence de 60 % selon l’équation suivante :

‫ ۼ‬૟૙ =

۳‫ܚ‬ .‫ۼ‬ ૟૙ ‫܂۾܁‬

où : • NSPT est le nombre de coups ; • Er est le rapport d’énergie de l’appareillage spécifique de l’essai.

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER FACTEURS DE CORRECTION La détermination de la valeur de Er est une opération délicate. On applique généralement la formule suivante qui lie N60 à NSPT. Cette formule et les coefficients sont issus des références suivantes : • Norme NF EN ISO 22476-3 • J. DAVID ROGERS, Subsurface Exploration Using the Standard Penetration Test and the Cone Penetrometer Test • Canadian foundation engineering manual, 4th edition • Ph. Reiffsteck et Al., Forages, sondages et essais in situ géotechniques ‫ ۼ‬૟૙ = ‫ ܂۾܁ ۼ‬x۱‫ ۼ‬x۱۳x۱۰ x۱‫ ܀‬x۱‫܁‬ ou

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‫ ۼ‬૟૙ =

‫ܠ ܂۾܁ ۼ‬۱‫ܠ ۼ‬۱۰ ‫ܠ‬۱‫ܠ ܀‬۱‫܁‬x۳‫ۻ‬ ૙. ૟

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ESSAI DE PENETRATION AU CAROTTIER FACTEURS DE CORRECTION Facteur Niveau de contrainte

Plage de variation Sol normalement consolidé

Terme

Coorection ૛૙૙ < ૚. ૠ ૠ૙ + ોᇱ‫ܞ‬ ૚ૠૢ ૙. ૞ < < ૚. ૠ ૠ૙ + ોᇱ‫ܞ‬ ૙. ૞