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  • Utilisation d'un mini-pressiomtre pour la mesure directedu frottement l'interface sol pulvrulent-inclusion

    The use of a rninipressurerneter for a direct rneasure of frictionbetween an inclusion and a cohesionless soil

    A. ABDERRAHIM, J.P. TISOT

    Laboratoire de Gomcanique, ENSG NancyCRNS-GRECO Gomatriaux *

    Rev. Fran. Gotech. nO 61, pp. 63-74 (dcembre 1992)

    Rsum

    Le comportement d'une inclusion dans un sol et plus particulirement la con-naissance du frottement mobilis l'interface joue un rle fondamental dansles problmes de renforcement des sols. La dtermination du coefficient de frot-tement a t ralise suivant diffrentes approches, tant au laboratoire qu'insitu. Une nouvelle approche base sur l'utilisation d'un mini-pressiomtre durantun essai d'arrachement est propose. L'avantage de ce dispositif rside dansle fait suivant: la contrainte normale l'interface peut tre contrle durantl'essai ce qui permet le choix de deux procdures d'essais:

    - arrachement volume constant avec mesure de la variation de la contraintenormale;- arrachement contrainte normale constante avec mesure de la variation devolume.

    Ces arrachements sont raliss soit d'une manire continue, soit par paliers.

    Cet article dcrit les techniques mises en uvre pour la ralisation de l'essaiet donne les premiers rsultats obtenus suivant diffrentes procduresexprimentales.

    AbstractThe behaviour of an inclusion in a soil and particularly the knowledge of thefriction value is of paramount importance for the soil reinforcement problems.The determination of the friction coefficient has been realised with differentsapproachs : in laboratory and in situ. In this paper, a new approach based onthe use of a minipressuremeter during the wrenching is proposed. The advan-tage of this apparatus lies in the following fact : the normal stress at the inter-face can be controlled during the test, which allows the choice of two testprocedures : the normal stress is kept constant during shearing and the varia-tion of volume is measured ; the volume is kept constant and the variation ofthe normal stress is measured. A progressif or static wrenching are realised.The procedure and the first results obtained along different experimental con-ditions are presented in this paper.

    '" Rue du Doyen Marcel-Roubault, BP 40, 54501 Vanduvre-ls-Nancy.

  • 64

    1. INTRODUCTION

    L'amlioration du sol est une proccupation impor-tante des mcaniciens du sol. Cette amlioration sefait entre autre par des procds mcaniques commele compactage, le drainage ou encore l'inclusion d'l-ments rsistants. Le renforcement par des lmentsrsistants (pieux, ancrages, etc.) peut tre apprci parla connaissance du comportement local du matriaucomposite sol-inclusion. Le phnomne principal quirgit ce comportement local est le frottement.

    L'approche exprimentale de ce comportement, aulaboratoire ou in situ, parat indispensable pour unecomprhension plus objective tenant compte des pro-blmes rels rencontrs sur le terrain.

    Dans cette perspective, ce travail est orient princi-palement vers l'tude du comportement l'interfacesol pulvrulent-inclusion travers une nouvelle appro-che permettant de mesurer directement le frottementmobilis l'interface l'aide d'un mini-pressiomtre,mis en place dans le sol, puis arrach suivant unemthodologie proche de celle dfinie par PHILIPPON-NAT G. pour le phicomtre (1986).

    La connaissance de la contrainte normale l'interfaceet de son volution lors d'un cisaillement sont desparamtres importants dans la comprhension desphnomnes de mobilisation du frottement. Ils sontfonction essentiellement de l'tat initial, de la compres-sibilit des sols, du volume de la zone intresse parle cisaillement mais ces facteurs sont difficiles appr-cier d'une manire objective. L'utilisation du disposi-tif propos a pour but de permettre une meilleuredfinition de la contrainte normale l'interface et deson volution au cours du cisaillement.

    Aprs la description de l'appareillage, le principe del'essai et les premiers rsultats obtenus seront prsen-ts. Deux procdures d'essai sont dfinies: soit desessais contrainte normale constante avec mesure desvariations de volume au cours du cisaillement, soit desessais volume constant avec mesure de l'volutionde la contrainte normale. Par ailleurs l'arrachement estralis soit d'une manire continue, soit par paliersde charge.

    Avant de prsenter ce travail, certains paramtres sus-ceptibles d'affecter le frottement mobilis l'interfaceseront passs en revue. L'influence de ces param-tres a t dduite soit d'essais rels in situ, soit aulaboratoire l'aide des appareils classiques et sur desmodles rduits. Il est noter qu'il y a une dpen-dance entre ces paramtres et que leur importancerelative ne fait pas l'unanimit. Malgr cette dpen-dance les paramtres seront classs comme suit.

    1.1. Paramtres lis la mise en placede l'inclusion

    Le battage de l'inclusion conduit, soit une diminu-tion du frottement mobilis l'interface surtout dansles sols carbonats (LE TIRANT et al., 1989), soit une densification locale qui augmente la valeur de lacontrainte normale.

    REVUE FRANAISE DE GOTECHNIQUE

    Dans le cas de mise en place par forage et scelle-ment par injection de coulis de ciment, l'adhrencede l'inclusion au sol augmente d'une faon remarqua-ble.

    1.2. Paramtres lis l'inclusion

    L'tat de surface de l'inclusion (lisse ou rugueuse) joueun rle important sur le frottement mobilis l'inter-face. Il est communment admis que les inclusionsrugueuses peuvent mobiliser un frottement plus lev ;en effet pour les inclusions lisses durant le mouve-ment de la structure au contact du sol, le nombre degrains mis en dplacement est bien plus faible quelorsque la surface est rugueuse; la contribution de ladilatance et du rarrangement, fonction de ce volume,se trouve sensiblement diminue. Cependant, lesrsultats trouvs par diffrents auteurs concernant ceparamtre ne convergent pas vers une mme conclu-sion ; certains (SCHLOSSER et al., 1979) pensentque le coefficient de frottement (rapport de la con-trainte maximale de cisaillement la contrainte nor-male applique) pour une inclusion lisse peut tre prisgal la moiti de l'angle de frottement interne dusable. YOSHIMI et al. (1981) ont trouv des coeffi-cients plus faibles en fonction du type de la bote decisaillement utilise.

    1.3. Paramtres lis au sol

    Les remarques essentielles concernant ces paramtressont rcapitules comme suit :

    - le rle de la densit relative initiale dans le frotte-ment mobilis l'interface ne fait pas l'unanimit.Effectivement, DAVIS et PHILIPPONNAT (1978) ontattribu l'augmentation du frottement latral dans lecas des pieux une compacit initiale plus leve,la mme constatation a t faite par SCHLOSSER etal. (1981), partir d'essais d'arrachement de bandesmtalliques lisses en modles rduits. Alors que YOS-HIMI et al. (1981) considrent que la densit initialen'a pas d'effet sur le frottement mobilis l'interfaceet que seules la rugosit et la minralogie influent surla rsistance au cisaillement l'interface.

    SCHLOSSER et al. (fig. 1) ont constat que pour lesfaibles densits, les valeurs maximales du frottementapparent jJ.,::: restent assez voisines du frottement reljJ." alors que pour les fortes densits, les valeurs dejJ.,::: sont nettement suprieures 1 ;

    - en ce qui concerne l'influence de la nature du sol,la forme et les dimensions des grains sont les facteursprdominants. En effet, une forme plate et anguleusedes grains donne une valeur du frottement latralmaximal plus leve que celle donne par des grainsfins et arrondis, puisque une forme plate conduit des surfaces de contact trs importantes. SCHLOS-SER et al. (1979) ont montr que le coefficient defrottement mobilis l'interface sol-inclusion augmentede faon sensible avec l'talement de la courbe gra-nulomtrique. Ce phnomne s'explique par la partleve de la dilatance que fournit un dsenchevtre-ment des grains lorsque le frottement maximal estmobilis.

  • JJ- auxdiffrentesdensits

    tg 0 pour

    'Id =17.3 kN/ml\3

    )ld=17.3 kN/ml\3

    Dr = 0,92

    Sable de Fontainebleau

    Armatures lisses: L=1 mb=1.5cm

    Modle rduit h=15cm

    2

    0.5 --+-tIS--------==---------])ld=16.3 kN/m"3 (Dr = 0,6)

    )ld=15.3 kN/m"3 (Dr = 0,3)

    1.5

    5 10 15 20~I (cm)

    Fig. 1. - Evolution du coefficient de frottement apparent ft * avec la densitdurant un essai d'extraction [SCHLOSSER et al. (1981)], (if; tant l'angle de frottement interne du milieu granulaire).

    Fig. 1. - Evolution of the apparent friction coefficient withthe density during an extraction test [SCHLOSSER and al. (1981 )J, (if; is the internai friction angle of the cohesionless soil).

    2. PROCDURES EXPRIMENTALES

    Dans ce paragraphe, le dispositif exprimental et leprincipe de l'essai sont prsents.

    2.1. Dispositif exprimental

    Il est prsent sur la figure 2 et comprend

    - une cuve d'essai constitue d'une buse en btonrenforce par des armatures mtalliques extrieures,d'une hauteur de 1 m et de diamtre intrieur de0,50 m ; cette cuve est remplie de sable sur une hau-teur de 0,85 m ;- deux coussins gonflants, situs au sommet et la base de la cuve, permettent l'application d'unecontrainte verticale sur le sable;

    Force(capteur)

    D place me nt (ca pte ur)

    Con sole ---++--'-'P-

    Renforts

    de cuve,...-_..a..-......._---,

    Enregistreur

    Commande manuelledu vrin de traction

    --------4I""""":'-f

    Pression de gonflementdes coussins gonflants

    Armoire decommande duminipressiomtre

    Fig. 2. - Dispositif exprimental des essais d'arrachement progressifs et statiques l'aide du mini-pressiomtre.Fig. 2. - The apparatus for a progessive and static friction tests.

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    - un mini-pressiomtre, type APAGEO, composd'une pointe la base, permettant la mise en pl