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
où 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
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
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
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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