Caractérisation de la déformabilité des sols à partir d’essais en place ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
Reiffsteck Ph. LCPC div. MSRGI sec. CSOG avec Serge Borel, Yves Canépa, Valéry Ferber et John Powell
Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
Transparent-1
Plan
•
Introduction
•
Caractérisation de la déformabilité des sols au moyen d’essais en place
•
Exemple des essais effectués sur le site de Merville
•
Conclusions
ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
Transparent-2
Besoins de la pratique • • •
Compréhension du comportement du matériau selon le type d’essai Nécessité de modéliser le comportement en déformation pour appliquer la méthode observationnelle Utilisation de modèle du type Fahey & Carter de CESAR-LCPC ou HSM de Plaxis ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
q
Rigidité
σ zone I
zone II
E2
zone III
E1
zone III S.E.L.
E1
zone II zone I
p'
E2
10-5
10-4 10-3
10-2 10-1 100 εp
ε
Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
εp
déformations ε
Transparent-3
Besoins de la pratique Détermination des modules de déformation murs de soutènement
Module de déformation
•
fondations tunnels
Laboratoire In situ
remblais sur sols compressibles
ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
10-6
10-5
10-4
10-3
Cf. ISC’2 à Porto Cf. séance CFMS Gomes Correia
10-2
10-1
100
bender déformations ε colonne résonnante mesures locales triaxiaux de précision triaxiaux classiques, onde de surface oedomètres down et cross hole pressiomètre autoforeur, essai de plaque en fond de trou essais classiques, pénétromètre Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
Transparent-4
Shear Modulus (MPa) 0
20
40
60
80
100
0 2
Géophysique à Bothkennar (est-ce que Go est unique ???) ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
Depth below ground level (m)
4
Rayleigh wave, GR Down Hole, Gvh Cross Hole, Ghv Cross Hole, Ghh
6 8 10 12 14 16 18 20
(d’après John Powell)
Bothkennar - Normally consolidated clay
Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
Transparent-5
Shear Modulus (MPa) 0
50
100
150
200
250
0 2
Géophysique sur argile très surconsolidée source : Areias et al. but would increase scatter
Depth below ground level (m)
4
Rayleigh wave, GR Down Hole, Gvh Cross Hole, Ghv Cross Hole, Ghh
6 8 ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
10 12 14 16 18
(d’après John Powell)
20
Reconnaissance et essais géotechniques - Chattenden Philippe Reiffsteck - heavily
Transparent-6 overconsolidated clay
GVH et GHH pour certains sols du Royaume Uni 1000
1000
100
100
G hh (MPa)
G vh (MPa)
ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
Cowden Bothkennar Pentre Madingley Chattenden Canons Park Brent Cross Mayne & Rix (1993)
10
1 0.1
1
10
10 Cowden Bothkennar Pentre Madingley Chattenden Mayne & Rix (1993)
1 0.1
qt (MPa) et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck (d’après John Powell) Reconnaissance
1
qt (MPa)
10
Transparent-7
Argile de Londres Brent Cross
typiquel
v Strain Amplitude
350
BRE CPM BRE CPM Secant SBP SBP Secant BRE MPM
300
250
G ur /po '
200 ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
150
100
50
0
0.0002
(d’après John Powell)
0.0003
0.0004 0.0005 0.00060.0007 0.0008 0.0009
0.002
0.003
0.004
0.001
Strain Amplitude, ∆ε
Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
0.005 0.006 0.0070.0080.009
0.02
0.01 Brtgur01.grf
Transparent-8
ver.8/8/95
Modèle non linéaire d’évolution du module de cisaillement complet ?? Relier les mesures issues de la géophysique et des essais réalisés à plus grand taux de déformation Hardin & Drnevitch (1972) using Gvh
1
Modulus Ratio
0.8 0.6
Vucetic & Dobry (1991) I p = 15
ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
0.4 0.2 0 0.0001
GRC /Go Resonant Column G/Ghh CPM G/Gvh CPM 0.001
0.01 Shear strain %
0.1
1
colonne résonnante et résultats CPM du site de Pentre (d’après John Powell) Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
Transparent-9
Ce vers quoi nous tendons … 1 0.8
Tous les essais de laboratoire et in situ sont-ils comme cela ????
G/G 0
0.6 0.4 ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
0.2 0 0.0001
0.001
0.01 0.1 Shear strain %
1
10
Underplate and triaxial measurements SBPM CPM Resonant Column Test (6m) Vucetic & Dobry (1991) PI = 30 Vucetic & Dobry (1991) PI = 15 Hardin & Drnevitch (1972) c =110 kPa
(d’après John Powell) Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
Transparent-10
De la géophysique aux plus grand taux de déformation? 2000 Crosshole Seismic Testing
Nonlinea r Seismic Testing
1800 80
1600 G (ksf)
La voie à suivre ? 2 papiers proposent des développements
60
1200 Nom inal Vertical Static Loads:
1000
40
0 kN 8.9 kN 22.2 kN 44.5 kN
800 600
(a) 20
400
(Stokoe et al (ici) Yu et al)
G (MP a)
1400
2
ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
3
4 5 6 78
0.0001
2
0.001
3
4 5 6 78
2
3
0.01
γ (%)
Crosshole Se ism ic Testing
1.0
G/GMax
0.8 0.6 0.4 0.2
Seed et a l. (1986) for Sands: Upper and Lower Bounds Average Generic Curve
0.0
(d’après John Powell)
Nonline ar Seismic Testing
0.0001
2
3
(b)
4 5 6 789
0.001
2
γ(%)
Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
3
4 5 6 7 89
2
3
0.01
Transparent-11
Le site •
Merville
MERVILLE ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
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Transparent-12
Le site •
Merville
MERVILLE ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
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Transparent-12
Le site •
Merville
MERVILLE ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
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Transparent-12
Merville •
•
Site de l’aéroport de Merville chambre de commerce d'Armentières-Hazebrouck Nombreux essais sur ouvrages
ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
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Transparent-13
Essais de caractérisation physique et de laboratoire • • 18 0
γh, wn, wp, wL, e Triaxial 19
20
0 0
poids volumique
25
50
75
teneur en eau naturelle
100
0,00
2
4
0,50
0,75
0
1,00
0
300
0
2
2
4
4
4
6
6
6
6
8
8
8
8
10
10
10
12
12
12
14
14
14
14
16
16
16
16
limite de liquidité
Cohésion non-drainée (kPa) 100 200
indice des vides
limite de plasticité
2
0,25
Profondeur (m)
Profondeur (m)
ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
10 12
18
cu à partir des essais UU cu à partir de pLM Ménard Tendance (cu à partir des essais UU) Tendance (cu à partir de pLM Ménard)
20
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Transparent-14
Programme
• Mise en œuvre des essais suivants – – – – –
Chargement de pointe pénétrométrique Pressio-pénétromètre Pressiomètre autoforeur Paramètres de forage, diagraphie γ−γ, Méthodes géophysiques : down hole, cross-hole, SASW et sismo-cône ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
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Transparent-15
Profils pénétrométrique résistance qc (MPa)
résistance qc (MPa) 0
1
2
3
4
5 0
1
2
3
4
résistance qc (MPa) 5 0
1
2
3
4
N SPT 0
5
10
20
30
40
0
0 -1
2
-2
-4
profondeur (m)
-5
2000 Sismo-cône
4
SPT 1 SPT 2
Profondeur (m)
1986 Pénétro statique
-3
2000 Pressiopénétromètre
-6 -7 ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
-8 -9
6
8
10
-10 -11
12
-12 -13
pp1 - S = 15 cm2
ps1 - S = 10 cm2
-14
pp2 - S = 15 cm2
ps2 - S = 10 cm2
14
-15
16
• •
CPT et SPT en plusieurs campagnes Bonne cohérence Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
Transparent-16
Profils pressiométriques Module pressiométrique EM (MPa)
Pression limite pressiométrique pl (MPa) 0.5
1
1.5
0
2
0
0
2
2
4
4
6 8 10
profonde ur (m)
profonde ur (m)
0
10
20
30
40
6 ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
8 10
12
12
14
14
16
16
Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
Transparent-17
Pressiomètre Ménard 8 Merville - pressiomètre Ménard - 1980
7
•
6 5
4m
4 3 2 1 ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
60000
0 0
100
200
300
400
500
600
700
volume (cm3)
Difficile car peu de points en début de courbe
800
Merville - pressiomètre Ménard - 1986
2m 4m
50000 module de cisaillement (kPa)
pression (MPa)
2m
40000
30000
20000
10000
0 0,01
0,1
1
10
déformation (-)
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Transparent-18
Géophysique Module de cisaillement G (MPa) 0
A
Down-Hole
Ondes de surface
Diagraphie γ−γ
25
50
75
100
0 1 2
S DH
3 4
S OS profondeur (m)
5
S CH Rec1.
Rec2.
4m
7 8 9
ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
Cross-Hole
6
15 m
10 11 12 13 14
•
Down-Hole Cross-Hole sismo-cône SASW
Profils d’essais géophysique – – – –
Essais down-hole Essais Cross-hole Essais avec sismo-cône Essais SASW
Bonne cohérence Dispersion liée au pointage ou à l’analyse ?
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Transparent-19
Outil STAF® • •
Sonde 44 mm
• • • •
Tube fendu avec outil excentrique débordant Rotopercussion avec injection et extraction simultanée des sédiments réalisation de la série d’essais pressiométriques par extraction du tubage Différent de l’autoforage Mise en place en limitant le remaniement par rapport au tube lanterné classique Efforts importants de fonçage dans sols cohérents ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
Site de Merville
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Transparent-20
Outil STAF® • •
Sonde 44 mm m
• • • •
Tube fendu avec outil excentrique débordant Rotopercussion avec injection et extraction simultanée des sédiments réalisation de la série d’essais pressiométriques par extraction du tubage Différent de l’autoforage Mise en place en limitant le remaniement par rapport au tube lanterné classique Efforts importants de fonçage dans sols cohérents ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
Site de Merville
Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
Transparent-20
Outil STAF® • •
Sonde 44 mm
• • • •
Tube fendu avec outil excentrique débordant Rotopercussion avec injection et extraction simultanée des sédiments réalisation de la série d’essais pressiométriques par extraction du tubage Différent de l’autoforage Mise en place en limitant le remaniement par rapport au tube lanterné classique Efforts importants de fonçage dans sols cohérents ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
Site de Merville
Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
Transparent-20
Outil STAF® • •
Sonde 44 mm m
• • • •
Tube fendu avec outil excentrique débordant Rotopercussion avec injection et extraction simultanée des sédiments réalisation de la série d’essais pressiométriques par extraction du tubage Différent de l’autoforage Mise en place en limitant le remaniement par rapport au tube lanterné classique Efforts importants de fonçage dans sols cohérents ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
Site de Merville
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Transparent-20
Outil STAF® •
Comparaison des résultats avec les campagnes précédentes 0,1
1
10
100
0 PM1
1
PM1bis PM2
2
3
ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
4
Bonne cohérence 5
6
7
8
9
10
Module pressiométrique en MPa
(d’après Jean-Pierre Baud, Eurogéo)
Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
Transparent-21
Outil STAF® 1 Merville - STAF - mai 2005
0,9
•
pression (kPa)
0,8 0,7
Peu de remaniement en phase initiale
0,6 0,5 0,4 0,3 0,2
4m
0,1
2m
0 ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
0
100
200
300
400
500
600
700
800
16000
volume (cm3)
Merville - STAF - mai 2005
module de cisaillement (kPa)
Limitation car respect du mode opératoire de l’essai pressiométrique Ménard.
4m 2m
14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0,001
0,01
0,1
1
déformation (-)
Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
Transparent-22
Pressio-pénétromètre 1
0,8 pp1-1 a 1,89 m pp1-2 a 3,89 m pression (MPa)
0,6
0,4
0,2
0 ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
Merville - pressio-pénétromètre - octobre 2000 -0,2
•
100
200
300
400 volume (cm3)
Essais avec cycles de différentes amplitudes pour avoir des modules de cisaillement.
500
60000
600
700
module de cisaillement (kPa)
0
800
Merville - pressio-pénétromètre - octobre 2000
50000
pp1-1 a 1,89 m pp1-2 a 3,89 m
40000 30000 20000 10000 0 0,001
0,01 déformation (-) 0,1
Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
Transparent-23
1
Pressiomètre autoforeur 700
Merville - PAF76 - octobre 2000
PAF76
600 PAF a -2 m PAF a -4m
400 300 200 100
70000
0 0
100
200
300
400 volume (cm3)
500
600
module de cisaillement (kPa)
pression (kPa)
500
700
ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
800
Merville - PAF76 - octobre 2000
60000
PAF a -2 m PAF a -4m p
50000 40000 30000 20000 10000 0 0,001
0,01
0,1
1
132 mm
déformation (-)
Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
Transparent-24
Synthèse essais in situ •
•
Comparaison des différentes techniques de mesure de module de cisaillement Évolution de celui-ci avec la déformation
ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
• •
Les résultats présentent un dispersion non négligeables et La comparaison avec les essais de laboratoire n’est pas aussi évidente qu’avec de la kaolinite de laboratoire ou du sable d’Hostun ou Toyoura Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
Transparent-25
Essais triaxiaux Essais Merville CU+u serie A 1000 t5 t6 t7 t8
600
400
200
60000
0 0
2
4
6
8
10
déformation ε (%)
•
Dispersion car difficultés à tailler cette argile surconsolidée et très préfissurée
ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
12
module de cisaillement (kPa)
déviateur σ1-σ3 (kPa)
800
14
16
t5 t6 t7 t8
Essais Merville CU+u serie A
50000 40000 30000 20000 10000 0 0,00001
0,0001
0,001
0,01
déformation (-) Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
0,1
1
Transparent-26
Essai de propagation d’ondes +
V
-
bender élément
générateur de fonction L éprouvette triaxiale
voltage
D émission réception
A
ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
t
S
B
temps
C
oscilloscope
essai avec éléments piézo-électriques ou bender elements Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
Transparent-27
Essai de propagation d’ondes Merville 50 t4c UU 9,22-9,33
8 0,16
0,71
∆T
6
source = signal sinusoidal
4
recepteur
amplitude (mV)
2
0 0
50
100
-2
150
200
250
300
350
400
450
500
ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
-4
-6
-8 temps (100*ms)
• •
Exemple sur l’argile de Merville Pour ce cas particulier en prenant le temps de pic à pic : – – – –
∆T = 0,55 ms Vs = 181,8 m/s γ =1901 N/m4/s2 G=γ.V2 =62 MPa Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
Transparent-28
Synthèse essais in situ et laboratoire TRIAX
60000
<= 2m
DH CH
Fahey et Carter (1993)
SASW
G= 1 g Go ⎛ θ ⎞ ε 1+ f.⎜ ⎟ ⎝ε f ⎠
SC PMT CPM
40000
STAF PAF
30000
avec f=6,36 et g=0,69
?
TRIAX 60000
20000
BE
ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
DH CH 50000
10000
SASW SC
0 0,0001
0,001
0,01
0,1
1
deformation(-)
Alors, pourquoi pas ??? Besoin de mesures intermédiares ???
4 m =>
module de cisaillement (kPa)
module de cisaillement (kPa)
50000
PMT 40000
30000
CPM STAF
?
PAF
20000
10000
0 0,0001
0,001
Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
0,01 deformation(-)
0,1
Transparent-29
1
Toutefois… coefficient d'anisotropie n (-) 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0
essais sur éprouvettes verticales 2
• Anisotropie
essais sur éprouvettes inclinées géophysique (Ferber, 2001)
6
8
module d'Young par propagation d'ondes (MPa) 0 200 400 600
module d'Young à ε =0,2% (MPa)
10
0
12
20
ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
40
60
80
0
0
sigma' 3 = 200 kPa
sigma' 3 = 200 kPa
14
2
sigma' 3 = 400 kPa sigma' 3 = 500 kPa
2
6 8
sigma' 3 = 400 kPa sigma' 3 = 500 kPa
4
4
profondeur (m)
• Évolution des paramètres avec la profondeur
profondeur (m)
profondeur (m)
4
6 8
10
10
12
12
14
14
Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
Transparent-30
Manifestations récentes ou prochaines sur le sujet ISP’5 à Paris ISC’2 à Porto
ntral rtieC o ab L adu h tC n o esP sée
À paraître juin 06
Reconnaissance et essais géotechniques - Philippe Reiffsteck
Transparent-31
