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Recherche de corrélations entre essais au pressiomètre et au pénétromètre dynamique de type B

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par Mahamadou IDRISSA
Université d'Artois - Master2 Professionnel genie civil option Hydrosol 2008
Dans la categorie: Rapports de stage
  

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INTRODUCTION

Dans le cadre de ma formation de Master2 Professionnel génie-civil à l'université d'Artois, un stage de fin de formation devait être réalisé dans une entreprise du secteur du BTP.

Mon choix s'est porté sur la société CEBTP-SOLEN de Rouen. L'une des missions de cette entreprise est d'optimiser le dimensionnement des ouvrages et de leurs infrastructures et de proposer des solutions efficaces afin d'en assurer la pérennité.

Une présentation plus complète de CEBTP-SOLEN ainsi que du groupe GINGER est développée dans la première partie.

La seconde partie porte sur la vérification et l'adaptation des pénétromètres dynamiques de type B utilisés par l'agence CEBTP-SOLEN de Rouen conformément à la norme NF P 94-115.

La dernière partie du rapport concerne une analyse des résultats des essais au pénétromètre dynamique de type B et pressiométriques afin de tirer, si possible une corrélation entre ces essais. Une série d'annexes de certaines taches géotechniques effectuées lors du stage figure à la fin du rapport.

I- PRESENTATION DU GROUPE GINGER CEBTP SOLEN

Fort de plus de 70 ans d'expérience pour certaines de ses filiales, le Groupe GINGER est aujourd'hui un intervenant majeur en France de l'expertise de l'ingénierie et de la maintenance sur le marché des équipements et infrastructures.

Ces compétences initialement exercées dans le secteur du BTP ont été par la suite mises en oeuvre avec succès dans les domaines de l'Environnement et de la Télécommunication.

1.1- Historique et développement du groupe GINGER

> 1997 : Le fondateur du Groupe GINGER, M. Schnoebelen rachète le CEBTP (Centre

d'Expertise du Bâtiment et des Travaux Publiques) à la Fédération Française du Bâtiment.

> 1999 : Pour compléter l'offre du CEBTP, GINGER achète la société SECHAUD & BOSSUYT

et ses filiales.

> 2000 : Création de GINGER TELECOMS.

> 2001 : Acquisition de la société PAREA, le numéro 2 de la cartographie, du groupe de sociétés SIEE (Société d'Ingénierie pour l'Eau et l'Environnement)...

> 2002 : Acquisition de 47% du laboratoire des Travaux Publics de Polynésie (LTPP), renforçant ainsi le positionnement dans le pacifique, du groupe CAMUSAT, ayant pour activité l'installation d'infrastructures de télécommunications, du groupe SOLEN, expert reconnu dans le domaine de l'ingénierie géotechnique...

Ainsi en 2003, à la suite de ces acquisitions le groupe GINGER a doublé de taille devenant de fait l'un des tous premiers acteurs du marché de l'ingénierie des infrastructures et du cadre de vie avec 120 implantations en France et à l'étranger.

Figure 1 : Carte des diverses implantations

Le groupe intervient dans trois secteurs d'activités :

- la Construction,

- l'Environnement,

- les Télécoms.

au travers de trois domaines de compétences : - l'Expertise,

- l'Ingénierie de conception et d'exécution, - l'Ingénierie de la maintenance.

 

Figure 2 : Les secteurs d'intervention

Cette concentration de moyens lui a permis une intégration verticale de l'ensemble des services aux infrastructures. Avec plus de 2 300 personnes en 2007, le groupe est à même de couvrir l'ensemble des besoins de leurs clients avec une forte réactivité. Sa croissance est régulière et importante.

Figure 3 : Evolution du chiffre d'affaires

1.2- Implantation et domaines de compétences de CEBTP-SOLEN

CEBTP-SOLEN a mis en place un réseau de 9 centres régionaux et de 34 agences en France. Il est également présent en Nouvelle Calédonie, en Polynésie et en Guyane.

Les activités de CEBTP-SOLEN concentrent de nombreuses spécialités couvrant pratiquement tous les domaines de la construction :

> études de sols et dimensionnements pour tous les projets de construction,

> contrôles et suivis des projets,

> maintenance et gestion du patrimoine Génie Civil, > diagnostic de désordres - remise en état,

> pathologies des matériaux et des structures,

> sinistres, réhabilitation, ravalement,

> diagnostic des chaussées et des ouvrages d'art,

> expertise bois,

> diagnostic des polluants du bâtiment (amiante, plomb...),

Elle offre ainsi un pôle d'expertise unique au service de tous les acteurs de la construction, maîtres d'ouvrages, maîtres d'oeuvres, entreprises du BTP, bureaux d'études, bureaux de contrôles, industriels, experts, collectivités locales, architectes.

1.3- Le site de Rouen

L'agence CEBTP-SOLEN de Rouen se trouve à Notre Dame De Bondeville. Elle se compose (hors agence Ginger pavillons) de 18 personnes réparties dans quatre pôles distincts :

o Le pôle essais (laboratoire),

o Le pôle géotechnique (dont 6 sondeurs),

o Le pôle secrétariat,

o La direction régionale (coordonnant les activités des deux agences régionales CEBTP- SOLEN)

1.3.1- Organigramme de l'agence :

1.3.2- Moyens en personnel et en matériel de CEBTP - SOLEN Rouen o Pôle Géotechnique

1 secrétaire 5 ingénieurs 1 technicien supérieur

o Pôle Essais

1 secrétaire

2 ingénieurs

3 techniciens supérieurs

4 techniciens de laboratoire

o Pôle Ginger Géotechnique pavillons

1 secrétaire

1 ingénieur

o Pôle Sondages

1 sondeuse EMCI 700

1 sondeuse EMCI 450

1 sondeuse SEDIDRILL 500

3 pénétromètres dynamiques GEOTOOL

Chaque atelier comprenant :

- 1 véhicule de transport

- 1 équipe de 2 sondeurs

- 1 véhicule de liaison

Il est à noter qu'une équipe de sondeurs d'une agence voisine peut venir à Rouen afin d'y effectuer des essais avec une machine de caractéristiques différentes. Ainsi, cette capacité d'échange permet de pouvoir adapter au mieux les types de forages en fonction du chantier étudié.

Toutes ces personnes permettent à l'agence CEBTP-SOLEN de Rouen d'assurer les missions d'étude, de conseil et d'assistance pour la faisabilité des projets avec un large spectre de compétences.

1.3.3-Chiffres d'affaires des trois dernières années de l'agence

 

2005

2006

2007

CEBTP - SOLEN

60603 K €

88152 K €

87186 K €

II - ACTIVITES DURANT LE STAGE

2.1- Activités annexes

En plus de la problématique développée dans ce présent rapport, j 'ai eu l'occasion d'assister les ingénieurs et techniciens dans des nombreuses tâches durant mon stage.

J'ai pu assister à la majeure partie des tâches qu'entreprend un ingénieur lors d'une étude
géotechnique avec en plus certaines missions déléguées aux techniciens. J'ai aussi cherché à

compléter mes connaissances en géotechnique. Voici une liste non exhaustive des tâches auxquelles j'ai assisté :

- essais de laboratoire (analyse granulométrique, Moulage Proctor Normal et IPI, Valeur au bleu de méthylène, Teneur en eau)

- réalisation des puits à la pelle mécanique

- recherche des cavités souterraines par décapage

- réalisation d'essais pénétrométrique (type B et PANDA) et pressiométriques - dépouillement d'essais pressiométriques et pénétrodynamiques

- implantation des sondages

J'ai pu à travers ces différentes tâches mettre en application mes connaissances théoriques et voir dans une large mesure le volet professionnel de la géotechnique.

2.2- Présentation du thème de stage :

Le premier volet du stage consiste à faire une vérification du pénétromètre dynamique type B avec lequel l'agence travaille en particulier (pénétromètre GEOTOOL), cela à travers une vérification des pièces constituant l'outil et de son fonctionnement conformément à la norme NF P 94-115.

La seconde partie du stage consiste à analyser les résultats des essais pressiométriques et au pénétromètre dynamique de type B afin d'en tirer des corrélations en rédigeant un document de synthèse.

III - RAPPELS DE GEOTECHNIQUE

3.1- La géotechnique

La géotechnique est l'étude de l'adaptation des ouvrages humains aux sols et roches formant le terrain naturel.

Elle traite de l'interaction sol / structures, et fait appel à des bases de géologie, de mécanique des sols, de mécanique des roches et de structures. (En parallèle à la mécanique des sols qui

traite des matériaux meubles, la mécanique des roches traite des matériaux rigides, et les géomatériaux cimentés traitent d'une catégorie de matériaux intermédiaires entre les sols et les roches)

Les études géotechniques ont pour principal objet les études de sol pour la construction d'ouvrages (pavillons, immeubles, voiries, Ouvrages d'Art...), et notamment la définition des

fondations, mais rentrent aussi dans le cadre de diagnostics pour des ouvrages sinistrés. Elles traitent également des phénomènes de mouvement de sol (glissement, affaissement et autres), de déformation (tassements sous charges) et de résistance mécanique.

L'hydrogéologie, qui étudie les nappes aquifères souterraines en vue de leur exploitation, est généralement considérée comme une discipline indépendante, n'entrant pas dans le cadre de

la géotechnique. Cependant on doit tenir compte des effets de la présence et de la circulation de l'eau dans les sols qui sont en grande partie à l'origine des accidents dus à des ruptures

de sols ou de roches.

L'étude géotechnique d'un sol passe préalablement par la réalisation d'une ou plusieurs des prestations suivantes :

- reconnaissance du terrain

- prospection géophysique

- essais in situ

- prélèvement des échantillons

- essais en laboratoire

3.2- Les essais in situ

Un essai in situ consiste à introduire un instrument en un point précis d'un forage pour y mesurer une ou plusieurs caractéristiques d'un sol ou d'une roche.

Les essais au pénétromètre et au pressiomètre sont deux essais in situ devenus classiques en matière de reconnaissance des sols. Leur utilisation fréquente nous amène à détailler plus en avant ces deux types d'essais.

IV- L'ESSAI PRESSIOMETRIQUE

4.1- Principe de l'essai

L'essai pressiométrique de type Ménard (norme NF P 94-110) présente de nombreux avantages. En effet, cet essai est praticable dans tous les types de sols et de roches et c'est le seul essai fournissant à la fois un critère de rupture et un critère de déformabilité du sol.

Il s'agit d'un essai de chargement statique du terrain en place effectué grâce à une sonde cylindrique dilatable radialement introduite dans un forage.

L'essai permet d'obtenir une courbe de variation des déformations volumétriques du sol en fonction de la contrainte appliquée, et de définir une relation contrainte-déformation du sol en place dans l'hypothèse d'une déformation plane.

3 caractéristiques du sol sont ainsi déduites :

- le module pressiométrique Em qui définit le comportement pseudo-élastique du sol, - la pression limite Pl qui caractérise la résistance de rupture du sol,

- la pression de fluage Pf qui définit la limite entre le comportement pseudo-élastique et l'état plastique.

Le forage est réalisé de telle sorte que sa paroi demeure pratiquement intacte, que son diamètre soit adapté à celui de la sonde et que les sols environnants soient le moins perturbés. Avant d'effectuer un essai, il faut étalonner la sonde, en la gonflant à l'air libre, ainsi on obtient la résistance propre de la sonde.

Puis, après avoir placé la sonde au niveau souhaité, on injecte de l'eau dans la sonde afin d'appliquer une pression radiale croissante par paliers successifs, sur les parois du sol. A chaque palier, on procède à 3 lectures de variation de volume d'eau injecté à 15, 30 et 60 secondes.

On a alors la courbe brute pour chaque profondeur, qui est par la suite corrigée pour enlever la résistance propre de la sonde.

4.2- Appareillage

Un pressiométre comporte trois parties :

a- Le contrôleur pression volume : CPV

Cet appareil placé en surface auprès du forage permet de dilater la sonde et de mesurer la relation pression déformation correspondante. Dans un CPV on distingue les organes essentiels suivants :

- une bouteille de gaz sous pression et un mano-détenteur

- un indicateur de volume permettant d'apprécier au moins le cm3

- une série de manomètres dont la gamme de mesure est adaptée aux pressions à mesurer

b-La sonde

Elle comporte trois cellules. La cellule centrale, dite de mesure, gonflée à l'eau et deux cellules d'extrémité dites cellules de garde gonflées au gaz. La cellule standard a un diamètre extérieur de 5, 7 cm et une longueur totale de 45 cm. La cellule de mesure a une longueur de 21 cm.

c- Les tubulures de connexion

Le CPV et la sonde sont reliés par deux tubes plastiques semi-rigides coaxiaux servant à conduire l'eau et le gaz sous pression.

Figure 4 : Pressiométre Menard Modèle G-AM figure 5 : Sonde

Figure 6 : Principe de l'essai pressiomètriques

4.3- Réalisation du forage pour l'essai

Le forage désigne un trou exécuté dans le sol dans le but de réaliser des essais in situ (pressiomètre, phicomètre, scissomètre...) ou de poser des équipements (piézomètre, tassomètre, inclinomètre).

Il existe 3 grandes catégories de forages :

- les sondages carottés (échantillon non remanié)

- les sondages semi-destructifs (échantillon remanié)

- les sondages destructifs (cutting)

La méthode de forage dépend de la nature des formations géologiques, de l'hydrogéologie ainsi que du but recherché (mesure, prélèvement, équipement).

La tenue des parois de forage est nécessaire pour permettre une foration correcte et la réalisation de l'essai. Deux procédés sont utilisés : le tubage et la boue de forage.

Le tubage consiste à protéger le trou par une colonne de tube lisse, la boue de forage est un liquide visqueux qui exerce une pression sur la paroi de forage pour assurer, entre autres, une fonction de soutènement.

Pour les essais pressiométriques, on utilise les sondages destructifs ou semi-destructifs.

4.3.1- Les sondages destructifs

Ce mode de foration consiste à désagréger le sol par un outil adapté et à le remonter vers la surface sous forme de débris appelé cuttings, à l'aide d'un fluide généralement injecté par le train de tige (eau, air, boue).Utilisés notamment pours les essais géotechniques, les forages destructifs sont rapides, peu chers et faciles de mise en oeuvre. Il existe trois grandes techniques pour réaliser les forages destructifs.

a- Forage destructif en rotopercussion :

La percussion fragmente le sol ou la roche sous l'effet de chocs répétés. La rotation qui lui est associée permet de déplacer l'impact. Les outils sont des taillants présentant des arêtes ou des boutons équipés de plaquettes en carbure de tungstène. Ce mode de foration est adapté aux roches fragiles.

b- Forage destructif en rotation simple (non utilisé en Normandie)

Cette technique est adaptée aux roches plastiques insensibles à la percussion. Les fragments de sol sont arrachés grâce à un outil travaillant en rotation et présentant un angle de coupe positif.

c- Forage destructif par écrasement rotatif

L'action des mollettes munies des dents ou de picots roulant ou glissant sur le sol permet de broyer ce dernier. De forme conique, les molettes sont généralement aux nombres de trois : l'outil s'appelle alors tricône.

Figure 7 : Outils destructifs

4.3.2- Les sondages semi-destructifs

Le terme semi-destructif est utilisé lorsque la nature des sols prélevés est identifiable sans équivoque, mais leur remaniement est tel que seul des essais d'identification sont envisageables. Ces sondages ne sont applicables qu'aux sols meubles du fait des modes de creusement utilisés.

Il existe plusieurs techniques pour réaliser des forages semi-destructifs (tarières, puits à la pelle). Pour les essais pressiomètriques on utilise dans des rares cas la tarière à main et le plus souvent la tarière mécanique.

a- La tarière à main

Cette méthode est rudimentaire mais toujours utile lorsque le site est inaccessible à du matériel motorisé. Avec injection de boue, la tarière à main produit des trous d'excellente qualité pour la réalisation des essais pressiomètriques dans les sols mous sous la nappe. Ce mode d'investigation est limité en profondeur, surtout si le sol renferme des éléments grossiers.

Figure 8 : Tarière à main

b- Les tarières mécaniques

Elles sont constituées d'une spire métallique enroulée autour d'une tige, l'âme terminée par un outil d'attaque. L'enfoncement dans le sol se fait par rotation, le forage se faisant par passes successives afin de recueillir les déblais retenus par les spires. On distingue les tarières simples

(quelques tours de spire) généralement de gros diamètre et les tarières continues (spires sur toutes la longueur).

La profondeur d'investigation des sondages à la tarière mécanique est extrêmement variable puisqu'elle dépend des outils utilisés, de la puissance de la machine et surtout de la nature des sols traversés.

Figure 9 : Tarière mécanique

4.4- Analyse des résultats

Résistance propre de la sonde

Domaine pseudo-élastique

Courbe corrigée

Domaine plastique

Courbe de fluage

Figure 10 : Essai pressiométrique à 5 m de profondeur

- l'axe des abscisses correspond aux pressions exercées sur la paroi - l'axe des ordonnées représente le volume injecté

La courbe pressiométrique comporte trois parties :

- 0 à P1 : mise en contact de la sonde aux parois du forage

- P1 à P2 : domaine pseudo-élastique du sol

- Au delà de P2 : domaine plastique dans lequel le sol a perdu son élasticité.

4.5- Calcul du module pressiométrique Ménard Em

Le module pressiométrique est un module de distorsion du terrain caractérisant la phase pseudoélastique de l'essai. Il joue un rôle important dans les calculs de tassements et des fondations. Il est défini par :

Em = K* (Ap / Av)

avec K = 2.66 * (V0 + Vm)

K est la constante géométrique de la sonde pressiométrique

V0 est le volume de la cellule au repos

avec Vm est le volume de liquide injecté dans la cellule pour une pression moyenne pm Ap caractérise la variation de pression dans la phase pseudo-élastique

Av caractérise la variation de volume dans la phase pseudo-élastique

4.6- Calcul de la pression limite Pl

La pression limite correspond à l'état limite de rupture du terrain lorsque celui ci est soumis à une
pression uniforme croissante sur une paroi d'une cavité cylindrique. Elle se détermine
conventionnellement pour un volume Vu de la sonde, correspondant au double du volume initial de la

cavité :

Vu = Vo + 2vom = 700 cm3

avec

Vo = 535 cm3 pour des sondes standard

Vom est le volume de mise en contact de la gaine de la sonde avec la paroi du trou de forage.

On peut obtenir une valeur approchée de la pression limite en tenant compte du fait que la pression de fluage (ou de fin de phase pseudo-élastique) est comprise généralement entre 1/2 et 2/3 de Pl et qu'un rapport E/Pl existe en fonction de la nature du sol (E/Pl compris généralement entre 7 et 15).

Sol

E (bar)

Pl (bar)

Vases et tourbes

2 à 15

0.2 à 1.5

Argiles molles

5 à 30

0.5 à 3

Argiles plastiques

30 à 80

3 à 8

Argiles raides

80 à 400

6 à 20

Marnes

50 à 600

6 à 40

Limons

10 à 100

1 à 15

Sables vaseux

5 à 20

1 à 5

Sables - graviers

80 à 400

12 à 50

Sables sédimentaires

75 à 400

10 à 50

Roche calcaire

800 à 200 000

30 à >100

Figure 11 : Tableau des plages de valeurs de E et Pl généralement mesurées pour les

principaux types de sols

4.7-Avantages et inconvénients de l'essai au pressiomètre

· Avantages

L'appareillage est relativement simple, robuste et léger. Les essais sont réalisables dans tous les types de sols à condition de bien choisir la technique de mise en place de la sonde. Cet essai permet d'aborder les problèmes de stabilité à court terme et d'évaluer valablement les tassements lorsque ceux-ci sont faibles (quelques centimètres). De plus on obtient quasi instantanément un ordre de grandeur de la pression admissible.

- seul essai fournissant à la fois un critère de rupture et un critère de déformabilité du sol.

· Inconvénients

Pour la mise en place de la sonde, il est nécessaire de faire un forage de bonne qualité. L'essai est ponctuel et ne permet pas des mesures en continu (un essai tous les 100 à 150 cm de profondeur).

· Domaine d'utilisation

L'essai au pressiomètre est particulièrement bien adapté à l'étude des fondations superficielles et des fondations profondes.

Figure 12 : Coupe essai pressiométrique

V- L'ESSAI DE PENETRATION DYNAMIQUE DE TYPE B 5.1- Principe de l'essai

L'essai de pénétration dynamique de type B consiste à enfoncer dans le sol par battage et de façon
quasi-continue un train de tiges muni à son extrémité d'une pointe débordante (frottement limité).Le
battage est obtenu à l'aide de la chute d'une masse par gravité uniquement. La masse, la hauteur de

chute et la longueur de la lecture sont variables. Le nombre de coups de mouton est noté pour chaque tranche de 20 cm. Cet essai permet d'obtenir la résistance de pointe Rd.

5.2-Analyse des résultats

Cette résistance est couramment calculée à l'aide de la formule des `'Hollandais» :

Rd = (mgH) / (Ae) õ (m/m+m')

m : masse du mouton (kg) ; m' : masse frappée comprenant l'enclume, les tiges et la pointe

g : accélération de la pesanteur (m/s2)

avec H : hauteur de chute (m)

A : section droite de la pointe (m2)

e : enfoncement sous un coup (m) ; e = 0.2 / Nd20 Nd20 désigne le nombre de coups pour

chaque enfoncement de 20 cm

Les résultats sont présentés sous forme de graphique présentant Rd en fonction de la profondeur. Grâce à cette courbe, on peut distinguer différents horizons de sols, détecter la présence d'anomalies (sols décomprimés) et déterminer la profondeur du toit d'une couche résistante.

5.3- Avantages et inconvénients de l'essai au pénétromètre :

· Avantages

- l'essai de pénétration dynamique permet d'apprécier :

> la succession de différentes couches de terrain par tranche successive de 20 cm > l'homogénéité d'une couche ou la présence d'anomalies

- Il sert à orienter le choix des fondations.

- c'est un essai économique

- les machines sont faciles à réparer et nécessitent peu d'entretien.

· Inconvénients

- C'est un essai limité qui est essentiellement utilisé pour des petits ouvrages. Pour des

ouvrages lourds (bâtiment de plus de R+1), il est généralement couplé avec l'essai pressiométrique. - Pour le calcul des fondations, les résultats des essais au pénétromètre sont à prendre avec précaution ; en effet ils sont en particulier optimistes en ce qui concerne les sols argileux saturés.

- l'essai au pénétromètre ne permet pas d'avoir une estimation des tassements

- l'essai au pénétromètre est souvent limité en profondeur dès la présence d'horizons compacts - l'essai au pénétromètre ne permet pas une visualisation du sol (essai aveugle)

figure13 : Coupe d'un essai au pénétromètre dynamique

VI- CORRELATIONS

6.1-Intérêt des corrélations

Exemple : Comparaison des coûts entre les essais in situ et les essais au laboratoire

Dans le cadre de calcul des fondations les essais au laboratoire nous renseignent sur des paramètres de sol nous permettant notamment de :

- déterminer la contrainte de calcul q

- d'évaluer le tassement d'une fondation

C'est ainsi que nous pouvons connaitre l'angle de frottement interne et la cohésion d'un sol à partir de l'essai de cisaillement à la boite de Casagrande, ainsi que la masse volumique. Ces paramètres nous permettent par la suite de déterminer la contrainte de calcul q des fondations.

Pour l'évaluation des tassements des ouvrages l'essai oedomètrique nous renseigne sur l'indice de vide (eî), l'indice de compression (Cc) et la pression de pré-consolidation (óï) d'un sol. Comparaison des coûts

Etude d'un projet de construction d'un bâtiment industriel de 20 × 40m sur une configuration simple (type terrain plat limon/argile à silex). Les essais nécessaires pour ce projet sont les suivants :

· Programme type aux sondages pressiométriques :

- 1 Forage Pressiométrique de 10m de profondeur avec 7 essais

- 2 Forages Pressiométriques de 7m avec 2 ×5 essais

- 1 Tarière à 5m

Au total 17 essais pressiomètriques réalisables en 2 jours seront nécessaires pour le dimensionnement des fondations et l'évaluation des tassements de l'ouvrage. Coût approximatif des travaux entre 3800 et 4600€ HT.

· Programme type avec essais au pénétromètre dynamique :

- 4 pénétrations à 7 m ou refus

- 2 tarières à 5 m

Le délai de cette opération est estimé à 1 jour mais l'inconvénient de ne pas nous permettre de faire un calcul de tassements et d'avoir le module Es nécessaire au dimensionnement de la dalle au sol. Coût approximatif des travaux entre 1800 et 2200€ HT.

· Programme type aux sondages carottés et essais au laboratoire

- 1 sondage carotté de 10m

- 2 sondages carottés à 7m

- 10 essais de cisaillement

- 2 mesures de ãd

- 2 essais oedomètriques

Cette option nécessitera un délai d'exécution de plusieurs semaines (y compris sondages carottés) avec un cout approximatif entre 10000 et 13000€ HT.

Conclusion

Les essais au pénétromètre sont moins chers que les autres essais. Mais l'inconvénient reste : - le calcul des tassements des fondations

- le calcul du module Es pour le dallage

Pour pallier ce problème, des corrélations entre pénétromètre et pressiométre peuvent augmenter l'usage du pénétromètre pour le calcul des fondations.

6.2- Hypothèse de base

Pour la recherche de corrélation quatre variables sont prises en considération :

- l'appareillage

- Opérateur/mode opératoire

- Etat hydrique du sol

- Nature du sol

Les hypothèses :

1- l'appareillage

Le matériel de mesure pressiométrique n'a pas été vérifié parce que le CPV est vérifié tous les six mois par le Service Maintenance Métrologie de CEBTP-SOLEN.

Le matériel de mesure pénétromètrique a été vérifié suite à un problème de résultats sur un chantier de pénétration avec deux pénétromètres.

2-Opérateur (mode opératoire)

Les sondeurs connaissent et respectent les normes tant au niveau des essais pressiométriques que des essais de pénétration dynamique.

3-Nature de sol

On essaiera de faire une corrélation pour chaque type de sol.

4-Etat hydrique du sol

On va devoir supposer que cette variable est peu influente (parcequ'on n'a pas de masures).

VII- VERIFICATION DU PENETROMETRE DYNAMIQUE DE TYPE B

Le but de ce travail est de vérifier la conformité des pénétromètres dynamiques actuellement utilisés par l'agence vis-à-vis de la norme NF P 94-115.

7.1- Présentation du pénétromètre étudié

Figure 14 : Pénétromètre dynamique GEOTOOL

Il s'agit en fait de faire des mesures géométriques et des pesées sur les pièces afin de voir si celles- ci ont les formes géométriques et masses compatibles à la norme. Les éléments sur lesquels porte cette vérification sont les suivants : le mouton, l'enclume, la tige et la pointe. Il faut noter que le mouton et l'enclume font partie intégrante du pénétromètre, alors que la tige et la pointe sont des parties indépendantes.

7.2- Présentation de la norme NF P 94-115

Les caractéristiques géométriques et massiques du pénétromètre sont détaillées dans la norme NF P-94 115 présentée dans la partie Annexes (voir annexe 1).

7.3- Démontage et pesée des pièces du pénétromètre :


· Le mouton

Il est constitué de trois masses M1, M2 et M3 qui sont reliées entre elles à l'aide des boulons.


· L'enclume :

Il est constitué d'une tige et d'un guidage solidarisé. A cela il faut également ajouter la cage de protection qui apporte un poids supplémentaire au système mobile.


· Le guidage :

· La tige : le martyre


· La cage de protection :

Les éléments indépendants :

Les éléments indépendants sont des pièces qui sont ajoutées lors de la réalisation de l'essai.Il s'agit de la pointe, la tige et le martyre.

· La pointe :

7.4- Séquence de démontage :

7.5- Résultat de l'analyse

Tableau récapitulatif de l'analyse du pénétromètre

Cette analyse nous montre que certains éléments du pénétromètre ne sont pas conformes à la norme NF P 94-115 (contrairement aux données du constructeur)

7.6- Influence des écarts sur les résultats des essais pénétromètriques à partir des données du constructeur et les données réelles du pénétromètre :

Pour faire une comparaison des résultats, des courbes ont été tracés pour des nombres de coups allant de 1 à 5 pour un enfoncement de 20 cm avec d'une part les données programmées dans le logiciel (données constructeur) et d'autre part les données réelles du pénétromètre. Ces tracés sont groupés sans décalage altimétrique en fonction du nombre de coups pour un enfoncement de 20 cm de la tige. Il ressort une différence entre les résistances de pointe Rd calculées aux résultats plus grands à partir des données du constructeur .Cette différence est proportionnelle au nombre de coups pour un enfoncement de 20 cm. En effet plus le nombre de coups est important plus l'écart entre les deux tracés devient grand. Mais cet écart diminue progressivement en fonction de la profondeur de l'essai. Cela s'explique du fait que le poids des tiges intervient de façon croissante dans le calcul de Rd.

Constructeur

Mesurée

Figure 16 : enfoncement de 20 cm pour 1 coup

Mesurée

Constructeur

Figure 17 : enfoncement de 20 cm pour 2 coups

Mesurée

Constructeur

Figure 18 : enfoncement de 20 cm pour 3 coups

Figure 19 : enfoncement de 20 cm pour 4 coups

Constructeur

Mesurée

Figure 20 : enfoncement de 20 cm pour 5 coups

7.7- Recommandations pour mise à la norme:

- Augmenter légèrement la masse du mouton

- revoir la forme géométrique du mouton - alléger le poids de l'enclume

VIII- RECHERCHE DE CORRELATIONS ENTRE ESSAIS AU PRESSIOMETRE ET AU PENETROMETRE DYNAMIQUE DE TYPE B :

La seconde partie de mon stage est consacrée à la recherche d'une corrélation entre les essais pressiométriques et de pénétration dynamique type B. Ces essais sont réalisés dans la région de Haute Normandie.

8.1- Contexte géologique de la zone d'étude :

Le contexte géologique de cette région se compose généralement comme suit :

En fond de vallées

- Alluvions récentes (argiles, limons et tourbes)

Sur les plateaux

- limons éoliens

- formation argileuse et limoneuse résiduelles à silex

- craie et/ou craie à silex

Figure 21 : Exemple de formation géologique de la Normandie
31

8.2- Echantillonnage de l'étude :

Pour réaliser cette recherche nous avons pris un échantillonnage de 19 chantiers sur lesquels des essais pressiométriques et de pénétration dynamique de type B ont été réalisés côte à côte, cela pour réduire les possibilités de changement lithologique et mécanique entre les 2 sondages.

Pour chaque essai au pressiométre, la Rd calculée à la même profondeur de l'essai au droit des pénétromètres proches a été recalculée avec les nouvelles données machines et comparées au module pressiométrique Em et à la pression limite Pl* mesurés.

Figure 22 : Exemple d'un plan d'implantation des sondages

Exemple de sondages voisins

8.3- Données globales de l'étude : Voir annexe2

8.4- Synthèse par type de sol :
· Grave

0 1 2 3 4 5 6

30

25

20

15

10

5

0

Série1

Rd (MPa)

Il est difficile de tirer une corrélation entre Em et Rd parce que l'échantillonnage est très restreint.

0 1 2 3 4 5 6

3

2.5

2

1 .5

1

0.5

0

Série1

Rd (MPa)

Il est difficile de tirer une corrélation entre Pl* et Rd parce que l'échantillonnage est très restreint.


· Craie

Craie

 

70 60 50 40 30 20 10 0

 
 

0 5 10 15

Rd (MPa)

Série1

Il est difficile de tirer une corrélation entre Em et Rd parce que l'échantillonnage est très restreint. On note cependant une forte variation des Rd mesurées pour une plage réduite de Em. Pour 4< Rd < 15 MPa. la plupart des Em sont comprises entre 12 et 25 MPa.

Craie

 

6 5 4 3 2 1 0

 

0 5 10 15

Rd (MPa)

Série1

Il est difficile de tirer une corrélation entre Pl* et Rd parce que l'échantillon est très restreint. Pour 4 < Rd < 13 MPa on a 1.2 < Pl* < 2.7 MPa.


· Limon

Limon

0 5 10 15

Rd (MPa)

20

15

10

5

0

aubevoye

les andelys le neubourg bourtheroulde

On constate une forte dispersion des valeurs extrêmes, la plupart des valeurs s'organisent selon le nuage de points suivant : Rd faibles pour 2 = Em = 6 MPa.

Limon

0.8

0.6

0.4

0.2

1.6

1.4

1.2

0

1

0 5 10 15

Rd (MPa)

aubevoye

les andelys le neubourg bourtheroulde

Idem pour Pl* : Rd faible pour 0.3 = Pl* = 0.6 MPa.


· Limon argileux

16

14

12

10

4

2

8

6

0

0 5 10 15

Rd (MPa)

Limon argileux

bermonville croix mare croix mare

On constate deux tendances pour les valeurs de Em pour des Rd 1 et 3 MPa. Cela est du soit à la réalisation des essais ou à l'état hydrique des sols. La courbe de tendance peut être en prenant compte des valeurs plus sécurisantes. Ainsi pour des 1 = Rd = 3 MPa nous avons 4 = Em = 9.8 MPa.

Limon argileux

 

1.8
1.6
1.4

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.2
1
0.8
0.6

 
 
 

bermonville croix mare autre chantier

 

0.4
0.2
0

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

0 5 10 15

Rd (MPa)

Nous avons une concentration des nuages de point qui nous permet de tracer une courbe de tendance. D'ou pour 1 = Rd = 3 MPa nous avons 0.5 = Pl* = 1 MPa.

~ argile à silex

Argile à silex

 

30 25 20 15 10 5 0

 

0 10 20 30

Rd (MPa)

les andelys la madeleine la bonneville autre chantier

Corrélation difficile à tirer parce que les points sont très dispersés même sur un même chantier.

Argile à silex

2.5

0.5

1.5

3

2

0

1

0 5 10 15 20 25

Rd (MPa)

les andelys la madeleine la bonneville autre chantier

Idem pour Pl*.


· Sable argileux

45

40

25

20

35

30

15

10

5

0

0 5 10 15

Rd (MPa)

Sable argileux

sable argileux

sable argileux à silex

On remarque un regroupement de points de sol argileux d'une part et des sols argileux à silex d'autre part. La différence des valeurs s'expliquent probablement par la présence des blocs de silex qui influent les essais aussi bien pressiométriques qu'en pénétration dynamique. Cependant une courbe de tendance semble pouvoir être dégagée en limitant dans les sols argileux la plage de Rd de 3 à 5 MPa avec un 10 < Em < 14 MPa et dans les sols argileux à silex Rd de 5 à 14 MPa avec 14 < Em < 35 MPa.

Sable argileux

4

3.5

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0

0 5 10 15

Rd (MPa)

sable argileux

sable argileux à silex

Idem pour Pl* :

Sable argileux sans silex 3 < Rd < 5 MPa pour 0.75 < Pl* < 1.5 MPa. Sable argileux à silex 5 < Rd < 15 MPa pour 1.5 < Pl* < 3 MPa.

8.5- Synthèse générale

L'échantillonnage pris en considération ne permet pas d'avoir pour l'instant des corrélations fiables entre les essais au pressiomètre et au pénétromètre dynamique de type B pour les sols considérés de Haute Normandie.

Des ébauches de corrélations ont pu cependant être tracées pour certains types de sols (sable argileux, limon argileux, limon).

Cette recherche de corrélations est à poursuivre car l'échantillonnage nous parait actuellement très restreint, notamment pour certains types de sol ou le nombre de valeurs exploitables est très faible.

Si aucune corrélation fiable n'est mise en évidence après l'élargissement de l'échantillonnage, l'influence des variables jusqu'ici négligées sera à prendre en compte (notamment l'état hydrique des sols).

Conclusion

Ce stage fut une expérience enrichissante, il m'a permis de découvrir le travail en entreprise, d'acquérir de nouvelles connaissances et de pouvoir mettre en pratique les modules étudiés au cours de ma formation.

J'ai pu aborder les diverses méthodes d'investigations (pénétromètre, pressiométre Ménard etc.) et me familiariser avec les matériels des essais géotechniques, mais aussi avec les essais de laboratoire (valeur au bleu, détermination du passant etc....).

Ainsi, j 'ai pu à travers cette recherche de corrélation élargir mes connaissances dans les essais in situ notamment sur leur aspect technique et économique dans la réalisation d'un projet de construction.

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