MINISTÈRE DE L'URBANISME, DU LOGEMENT ET DES TRANSPORTS

LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSSÉES

PROJET DE MÉTHODE D'ESSAI LPC

no 15

Décembre 1985

Division Géotechnique - Mécanique des sols 1

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d'essai

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Les Projets de méthode d'essai sont mis en application et diffusés, à titre expérimental, par les chefs de division ou de service du LCPC, après examen par la Direction des programmes et applications (Délégation à la qualité des essais, la normalisation et la réglementation technique).

Au bout d'une période dont la durée est normalement d'un an, les Projets de méthode d'essai sont réexaminés pour tenir compte des observations émises par leurs utilisateurs et, éventuellement, des résultats d'études complémentaires (essais interlaboratoires, qualification des matériels d'essais...).

Selon l'importance des modifications à apporter, i l s sont alors soit reconduits à titre de Projet pour une nouvelle période d'essai, soit transformés en Méthodes d'essai LPC ou proposés à l'AFNOR comme projet de norme.

Les Méthodes d'essai L PC sont approuvées par le Directeur du LCPC après qualifi- cation par la Délégation à la qualité des essais, la normalisation et la réglementation technique, et diffusées par la Section des publications du Service de l'information scientifique et technique.

Elles sont d'application obligatoire à l'intérieur du réseau des Laboratoires des Ponts et Chaussées en l'absence de prescriptions contraires explicites émises par les donneurs d'ordre.

MINISTÈRE DE L'URBANISME, DU LOGEMENT ET DES TRANSPORTS

LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSSÉES

PROJET DE MÉTHODE D'ESSAI LPC

no 15 ilédigé par Samuei ' i t t .Ari

Eivision Géotecnniqtie - >llBcaniqüe (ies àa~s : LS?$

Jean-F:.ancois :ÉZ$CUZ!. Groupe Mécanique des sols'(LRPC Saint-Brieuc)

Décembre 1985

Division Géotechnique - Mécanique des sols 1

Les u t i l i sa teurs d e c e projet de méthode d'essai LPC s o n t inv i tés à fa i re p a r t

d e leurs avis e t suggestions a u c h e f d e la D i v i s i on Géo techn ique - Mécan ique

2' des sols 1 du LCPC, e t au délégué à la qua l i t é des essais, à la no rma l i sa t i on

e t à la rég lemen ta t i on techn ique ( D i r e c t i o n d.es Programmes e t app l ica t ions)

du LCPC.

Ce document est propriété de l'Administration et ne peut Btre reproduit, même partiellement, sans l'autorisation du Directeur du Laboratoire central des Ponts et Chausshes

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@ 1985 LCPC

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Décembre 1985

1.- Objet

L'essai pressiométrique a pour b u t de déterminer des caractéristiques mécaniques de sols en place. 11 s ' a g i t de caractéristiques conventionnel les de déformation e t de résistance limite ut i l isées p o u r l e calcul de fondations.

2 . - Domaine d'application

La présente norme s 'applique à tous types de sols depuis les vases mol les jusqu'au rocher franc, que ces matériaux soient secs ou saturés . Elle s'applique également aux remblais ou à tout autre matériau a r t i f i c i e l .

3 . - P r i n c i ~ e de l ' essa i

L'essai pressiométrique e s t u n essai de chargement de sol en place réal isé sur les parois d'un forage à 1 'aide d'une sonde cylindrique dilatable radialement. Dans certains cas, la sonde peut ê t r e introdui t e directement dans l e terrain par vérinage, battage, vibro fonçage.. Elle peut aussi ê t r e introduite par la méthode spéciale d i t e d'autoforage. Pour obtenir des caractéristiques de 503 représen- tat ives , i l e s t nécessaire de minimiser l e remaniement du sol a u contact de l a sonde. (Cf. tableau 1).

4.- Appareillage

4.1 Aeeazlllage-se-clflque Un pressiomètre comporte t ro i s parties :

a. Le contrôleur pression volume ( C . P . V . ) . Cet appareil placé en surface auprès d u forage permet de d i l a t e r la sonde e t de mesurer la relation pression déformation corres- pondante (Fig. 1). Dans un C . P . V . on distingue les organes essent iels suivants : -une bouteil le de gaz sous pression e t un mano-détenteur, -un indicateur de volume permettant d'apprécier au moins 1 e cm3, -une sér ie de manomètres dont la game de mesure e s t adaptée aux pressions à mesurer.

Fig. 1 - Vue du C.P.V. et de la sonde en cours d'étalonnage.

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b. La sonde. , Elle comporte t r o i s cel lules (Fig. 2 ) . La cel lule centrale , di t e / de mesure, gonflée à 1 'eau e t deux cellules d'extrémité d i tes

ce1 1 ules de garde gonflées au gaz. La ce1 1 ule standard a un diamètre extérieur de 5 , 7 cm e t une longueur to ta le de 45 cm. La ce l lu le de mesure a une longueur de 21 cm.

c. Les tubulures de connexion. Le C . P . V . e t l a sonde sont r e l i é s par deux tubes plastiques semi- rigides coaxiaux servant à conduire l ' eau e t l e gaz sous pression.

4.2 Matériels ----me------- complémentaires ----------- Outre l e p e t i t out i l lage nécessaire au montage e t démontage des ci rcui t s , i 1 convient de disposer des matéri el s compl émen ta i res suivants :

- réserve de gaz sous pression, - jeux de manomètres e t tubulures de rechange, - gaines e t membranes pour l'équipement des sondes, - t iges rigides emboitables sur l 'extrémité supérieure des sondes

afin de pouvoir descendre celle-ci dans les forages - cui l lè res de t a r i è r e à main ( à sec ou à injection) e t tourne à

gauche, matériel permettant d ' introduire la sonde avec l e minimum de remaniement du sol (Cf 5 . 2 e t tableau 1 ) ,

- tubes fendus pour l ' intraduction des sondes dans les sols boulants, - un tube de calibrage adapté au diamètre des sondes à t e s t e r .

4.3 Autres aeea re i l l agg -------- ------- 1.3.1 C.P.'!.

Certains contrôleurs pression volume sont constitués d'une pompe volumétrique mûe manuellement ou par un moteur électrique. I l s permettent de réa l i ser des essais spéciaux.

4.3.2 Les sondes Les sondes tri -ce1 1 ulai res peuvent exis ter en différents dia- mètres. Outre la sonde de diamètre standard, la sonde de diamètre 4,4 cm e s t d ' u n usage fréquent (mise en place à 1 'aide du tube fendu). 11 exis te aussi des sondes monocellulaires; leur usage d o i t ê t r e réservé aux sols mous à moyennement compacts.

4.3.3 Les sondes autoforeuses On donne à l a figure 3 l e schéma de principe d'une sonde autoforeuse. La sonde, qui e s t creuse, e s t foncée dans l e sol à vitesse lente e t constante. Simultanément l e matériau q u i en t re dans la sonde e s t désagrégé par injection d'un f luide sous pression ou par un out i l r o t a t i f . Les sédiments sont évacués jusqu'à l a surface par l ' i n t é r i e u r de la sonde à l ' a i d e d'un f lu ide de forage. Cette méthode e s t réservée aux sols f ins e t pour 1 'étude de problèmes part icul iers .

1 Module d 'autoforage 2 Yoteur hydraul ique 3 Outi 1 désagr5gateur 3 Flexible d ' injection d ' 5 Ce1 lule pressiométrique 6 Fiodule pressiorrx5trique

Fig. 3 - Schena de principe- û'üi ie sorlde autoforeuse.

5. - Exécution de 1 ' essai , i

5.1 Préparation de 1 'essai --- ------------------ Procéder au montage de la sonde, puis f a i r e les connexions C.P .V. - tubulures-sonde. Le C . P . V . doi t ê t r e équipé d'un jeu de manomètre adaptés aux pressions à mesurer, par exemple 0-5 bar, 0-10 bar, 0-25 bar. Procéder ensui t e au remplissage e t la saturation des différents c i rcu i t s . Effectuer ensuite les étalonnages des résistances de sondes e t des d i 1 ata t i ons sous pression. La mesure de la résistance d'une sonde s 'effectue l a sonde à l ' a i r placée près du C . P . V . e t pour une procédure de chargement identique à ce l l e qui sera appliquée dans l e te r ra in . (Fig. 1)

La mesure des di la tat ions s 'effectue avecla sonde placée dans l e tube de cal i brage.

5 .2 Insertion de la sonde dans l e terrain ..................................... Pour minimuser l e remaniement du sol au contact de l a sonde i l convient d'adapter l e mode d ' inser t ion à l a nature des sols comme indiqué au tableau 1.

Faire l ' e s sa i immédiatement après l'opéra'tion de forage.

5 .3 L'essai proprement d i t -------- ------------- Sauf indication du demandeur, dans u n même sondage les essais sont géné- ralement rSal ises tous les mètres e t en "descendant". Une fo is la cote d 'essai a t t e in t e la sonde e s t immobilisée par l e blocage du t ra in de t iges à par t i r de la surface. La pression e s t appliquée au terrain par pal iers e t incréments égaux maintenue pendant une minute pour chaque pal i e r . L 'opérateur note les volumes injectés au bout de 30 secondes e t une minute. Un essai doi t comporter normalement dix pal i e r s . Une fo is l ' e s s a i terminé l a sonde e s t dégonflée p u i s placée à la cote d 'essai suivante. L'attention e s t a t t i r é e sur l e f a i t que, pour cer tains types de sonde, i l convient de maintenir une pression dans l a cel lule de mesure supérieure de 100 kPa à ce l le des cellules de garde.

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6. - Cal cul des caractéristiques pressi ornétriques e t présentation des <. / résul ta ts .

Un, exemple de courbe pressiomét~ique e s t donné à l a figure 4 :

- en abcsisse l a variation de volume v , volume mesuré en cours d 'essai noté v, corrigé des d i l a t a t i ons,

- en ordonnée la pression p , pression mesurée en cours d 'essai noté p corrigée de la résistance de sonde pr e t de la hauteur piézométrique ( h T z ) yw. (Fig. 5 ) :* . -

La courbe pressiométrique présente t ro is phases :

- phase de récompaction limitée par vos p ; l e sol décomprimé par 1 'opérati on de forage e s t remis en

- phase pseudo-élastique limitée par v f , pf (pression de f luage) ,

- phase de grandes déformations au-delà de p f .

De la courbe pressiométrique on détermine deux caractéristiques prin- cipales :

- l e module EM

- e t la pression limite p l .

Le module se calcule à par t i r de la relation

avec

v coefficient de Poisson pris égal à 0,33

V c volume de la cel lule de mesure à vide.

Par convention la pression 1 imite p e s t l a pression q u i correspond au doublement de volume de la cellule i e mesure compte à par t i r de Vo = V c + vo, s o i t pour un volume injecté v = V c + 2 vo.

x Pour les essais réalisés en s i t e aquatique i l convient de noter la profondeur ( h + z ) à laquelle l ' e s sa i pressiométrique e s t réalisé. Dans les zones soumises à marnage, i l e s t de plus impératif de noter la hauteur de la marée au moment de 1 ' e ssa i . Ces paramètres sont indispensables pour la détermination de la valeur de p l * = ut i l i sée alors dans les calculs de fondation. Pl - Po

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Fig 5. hauteurs .caractéristiques utilisées.

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t a t s sont présentés sous forme de graphique donnant l e module e t on limite en fonction de la profondeur comme indiqué à l a Sur ce graphique pont portés, en outre

- la nature du terrain avec, s i possible, la cote N.G.F. du t e r ra in ,

- l e niveau de la nappe,

- l e mode d' insertion de l a sonde.

Critères d'évaluation de l a qualité des essais.

La qualité d 'un essai pressiométrique dépend à l a fois de la méthode d' insertion de la sonde e t du programme de chargement.

L'examen de l a courbe d'expansion permet d.e juger de l a qualité d ' u n essai.

On peut retenir lès cr i tères de qualité suivants :

- l a courbe doi t avoir une al lure comparable à cel le de la figure 4 ,

- l e nombre de paliers ne doit pas ë t re inférieur à 7,

- l e volume vo doi t respecter les valeurs limites données au tableau I I c i- dessous

- les rapports E / p doivent se s i tue r entre 8 e t 15. M 1

TABLEAU II

Valeurs caractéristiques de Vo.