Essai pressiométrique sans cycle : NF P 94-110-1
Essai pressiométrique Menard: Norme NF P 94-1 94-110-1 10-1 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Domaine d'application. . Principe de l'essai Objectifs de l'essai Appareillage Appareillage de l’essai pressiometrique Réalisation du sondage pressiométrique Expression Expression des résultats Precaution à prendre
1. Domaine d'applica d'application tion
!
L'essai pressiométrique peut être réalisé dans tous les types de sols s ols saturés ou non, y compris dans le rocher (avec ( avec plus d’incertitude)) et les remblais . d’incertitude
2. Principe de l'essai !
! !
introduction dans un forage préalablement établi d’une sonde cylindrique dilatation de la sonde par palier de pression mesure de la déformation volumique de la sonde.
Objectifs de l'essai Il permet de déterminer à l’aide d’un essai d'expansion radial d'une sonde dans un sol en place: la pression limite nette Pl* la pression de fluage nette Pf* et le module pressiométrique EM ! ! !
Ces paramètres permettent d'évaluer : la contrainte de rupture sous une fondation superficielle ou une fondation profonde les tassements d 'une fondation superficielle le coefficient de réaction sous une fondation superficielle les frottements négatifs pour les fondations profondes !
! ! !
Courbe pressiometrique type
I
III II
Courbe pressiométrique Une courbe pressiométrique typique comprend 3 parties : la partie I correspond à la mise en contact de la paroi de la sonde avec le sol, la partie II, approximativement linéaire, traduit un comportement pseudo-élastique du sol, la partie III peut être associée à une phase de grands déplacements de la paroi du forage. On lui associe des pressions caractéristiques qui sont des valeurs conventionnelles : la pression de fluage, la pression limite pressiométrique, la pression de fluage nette et la pression limite nette. !
!
!
!
3. Appareillage de l’essai pressiometrique
3. Appareillage de l’essai pressiometrique L'ensemble pressiométrique comprend des elements principaux suivants: !
!
!
!
!
un contrôleur pression-volume (CPV) ; une sonde tricellulaire ; Enregistreur automatique Une tubulure coaxiale Bouteille d’air comprimé (azote)
3. 1. Contrôleur Pression Volume CPV Le contrôleur pression-volume comporte : un système de mise en pression et de dilatation de la sonde ; un dispositif de mesurage, permettant la visualisation et l'enregistrement des valeurs mesurées (pression et volume) . •
•
3. Appareillage de l’essai pressiometrique
3.1.1. Pressiometre a enregistreur automatique
3.1.2. Pressiometre avec commande à distance wifi
3.1.3. Pressiometre automatique Geopac avec commande wifi
Pressiometre automatique Le Prevo
3. 2.Sondes pressiometriques Elles comportent trois cellules fermées par un unique cylindre métallique revêtu dans sa partie centrale d'une membrane en caoutchouc. Le cylindre étant lui-même recouvert par une gaine de protection.
3.2.1. Les types de sondes et gaines de protection les sondes normalisées les plus utilisées sont: AX de 44 mm et BX de 58 mm On distingue les sondes à gaine de protection souple, toilées, métallique et des sondes avec tubes fendus. L’utilisation de l’une ou l’autre est dictée par la nature des terrains sollicités et leur résistance.
Choix des gaines Choix de la sonde pressiométrique La résistance limite propre de la sonde pressiométrique, y compris le tube fendu éventuel, doit être la plus faible possible par rapport à la pression limite pressiométrique du terrain. Le choix de la sonde et de son habillage est guidé par le respect des conditions suivantes :
Caractéristiques géométriques des sondes
3.3.enregistreur !
L’enregistreur est obligatoire, il est équipé d’une horloge interne, d’une imprimante et d’un support d’enregistrement qui peut être relu par un ordinateur.
4.Réalisation du forage pressiométrique Un forage destructif, doit être exécuté avec le plus de précaution possible selon les recommandations normatives afin de pouvoir realiser des essais le plus fiables possible. Cette operation depend entre autre: Du choix de l’outil de foration en fonction de la nature des terrains traversés Le choix du fluide de circulation et la pression d’injection La vitesse de rotation !
!
!
4.1.Forage pressiométrique Deux techniques peuvent être employées : Le forage préalable souvent accompagné par l’ enregistrement des paramètres de forage(vitesse d’avancement, couple de rotation, poids sur l’outil et pression du fluide d’injection) L’introduction par battage de la sonde placée dans un tube fendu
!
!
Qualité du trou du forage !
•
•
Les operations de foration doivent permettre d’avoir une cavité calibrée qui respecte un diametre final: 1 < dt/dc < 1,15 dt diamètre de l’outil de forage dc diamètre extérieur de la sonde.
La technique doit être adaptée au type de terrain à sonder, selon les recommandation normatives
Légende méthodes de forages pressiometriques
La longueur maximale de forage en fonction de la nature des terrains.
Nouvelle technique de forage pressiometrique STAF
Avantage du STAF Il est très utile en présence des formations sableuses éboulantes ou il est très difficile de garder le forage ouvert; Le forage peut être réalisé en sa totalité et réaliser les essais en remontant.
Nouvelle technique de forage pressiometrique STAF
Etapes de realisation de l’essai de pressiometrique !
!
!
!
Etalonnage de la sonde Calibrage de la sonde Programme d’essai Realisation de l’essai
Etallonage de la sonde Se fait en surface à l’air libre
Calibrage de la sonde Se fait en surface dans un tube indeformable de diamètre connu
Programme de chargement la pression mesurée est augmentée progressivement par pas de pression Δp identiques et que chaque pression doit être maintenue constante pendant une durée Δt (60s). Le temps de passage d'un palier au suivant doit être inférieur à une valeur δt(<10s). Enfin, le déchargement se fait sans palier.
Essai pressiométrique En général on realise un essai tous les 1m appliquer progressivement par palier, une pression uniforme de pas constants et au plus égaux à une valeur de l'ordre du dixième de la pression limite estimée mesurer l'expansion de la sonde V en fonction de la pression appliquée p Chaque pression est maintenue constante dans les cellules de mesure et de garde pendant 60 secondes. A chaque palier, on visualise et on enregistre la pression appliquée et le volume injecté dans la sonde à 1,15, 30 et 60 secondes. !
!
!
Réalisation de l’essai
Courbe pressiometrique brute L’essais pressiometrique permet d’obtenir une courbe brute d’effort deformation selon un programme de chargement qui permet de definir: la pression limite Pl la pression de fluage Pf et le module pressiométrique EM !
!
!
Courbe pressiometrique brute
Criteres de fin de l’essai L'essai peut être considéré comme terminé s’il comporte au moins huit paliers et si une des conditions est satisfaite: ! !
la pression pr de 5MPa est atteinte le volume de liquide injecté dans la cellule centrale est d’au moins 600cm3 pour les sondes standards.
pour les essais où la pression est < 5MPa, !
!
au moins trois paliers au-delà de la pression de fluage au moins quatre paliers avant cette pression de fluage.
Courbe pressiometrique corrigée Les valeurs des pressions et des volumes relevés au cours de l’essai doivent être corrigées afin de tenir compte de : la pression due à la charge hydraulique ph ; déterminée à partir de la profondeur de l’essai la résistance propre de la sonde pe ; déterminée à partir de l’étalonnage de la sonde l’expansion propre de l’appareillage sous l’effet des augmentations de pression (dilatations des tubes et du système de mesure, etc) déterminée à partir du calibrage de la sonde . !
!
!
Courbe pressiometrique corrigée
Correction due à la charge hydraulique (ph) Lors d'un essai à une cote altimétrique zs donnée, la pression au niveau de la cellule centrale de mesure est la valeur de la pression indiquée par le CPV augmentée de la pression hydrostatique ph existant entre le niveau de la prise de pression et le milieu de la sonde pressiométrique
Correction due à la résistance propre de la sonde pressiométrique !
!
Cette correction de pression prend en compte la résistance propre de la sonde pressiométrique (pe) Elle dépend de l'ensemble membranegaine, éventuellement de la présence du tube fendu, et du volume injecté. p(corrigée) = pr(Vr) – pe(Vr )
Correction due à l’expansion propre de l'appareillage !
Pour une pression pr lue, il faut procéder à une correction de la valeur du volume Vr lue, afin d'éliminer les dilatations additionnelles de la sonde, de la tubulure et du système de mesure.
Courbe pressiométrique corrigée
!
!
Les valeurs corrigées de volume et de pression (mesurée à chaque palier au bout de 60 s) sont déterminées par les relations : p = pr + ph – pe V = Vr – apr
Pression limite pressiométrique (pl) Par convention, la pression limite, exprimée en mégapascals, est la pression corrigée qui correspond à un volume de liquide injecté tel que : Vl = Vs + 2 V1
Module pressiométrique Ménard (EM) Par définition, le module pressiométrique est calculé à partir de la formule :
La détermination du module EM est l'opération la plus délicate dans l'essai pressiométrique. Du fait du remaniement du trou de forage, le module pressiométrique EM sera toujours plus faible que le module réel du sol. Le module EM est le module de premier chargement.
Détermination directe de Pl Lorsque le volume injecté au cours de l'essai est tel que le volume de la cavité a dépassé la valeur : Vs + 2 V1 la pression limite est déterminée par interpolation linéaire entre les valeurs des pressions des paliers qui encadrent ce volume.
Pression de fluage pressiométrique !
!
!
La pression de fluage pf est obtenue par exploitation graphique du diagramme (p,V60/30). pf est l'abscisse de l'intersection des deux droites retenues pour schématiser le diagramme (p, DV60/30), DV60/30 est la variation de volume du liquide injecté dans la cellule centrale de mesure entre les temps t = 30 s et t = 60 s après le début du palier de pression p.
Tableau de présentation des résultats
Ordre de grandeur des pressions limites pl
classification des sols en fonction de Pl
Ordre de grandeur des pressions limites pl et Module EM
Ordre de grandeur des rapports pressions limites pl et Module EM
Pression limite nette, pression de fluage nette Les pressions nettes p* sont comptées par rapport à la contrainte totale horizontale qui régnait dans le sol avant introduction de la sonde pressiométrique.
Si la masse volumique du terrain n’est pas mesurée, on pourra l’estimer (généralement " 1,8 Mg.m-3). Si KO n’est pas mesuré, c’est très généralement le cas, on l’estimera en fonction de la nature géologique du terrain, pour un sol normalement consolidé on pourra prendre KO
Méthode de la courbe «inverse» Elle consiste à transformer les couples de valeur (p, V) en (p, 1/V) et à effectuer une régression linéaire pour toutes les valeurs telles que p # p2. L'extrapolation est faite par la transformation : Y = Ap + B avec : Y=V– 1 où : A et B sont les coefficients obtenus par la méthode «des moindres carrés» par rapport aux pressions sur les valeurs expérimentales (Y, p) au delà de (p2, V2) inclus. La pression limite est obtenue à partir de l'équation suivante : !
! ! !
!
!
!
Méthode d’extrapolation «hyperbolique» !
!
L'extrapolation est faite avec toutes les valeurs mesurées telles que p > pE par la transformation suivante : Y = CX – D
ress on m e press om r que ne e — Pression de fluage pressiométrique nette
!
La pression nette p* est la pression comptée par rapport à la contrainte totale horizontale régnant dans le terrain avant introduction de la sonde pressiométrique au même niveau :
!
pression limite pressiométrique nette :
!
pression de fluage pressiométrique nette :
!
NOTE La procédure suivie lors d'un essai ne permet pas de connaître la contrainte totale horizontale du terrain au repos avant le forage (ou la mise en place de la sonde en cas de tube fendu direct). L'estimation repose sur un calcul et des hypothèses.
Contraintes dans le terrain au repos avant avant essai
Contraintes dans le terrain avant essai
Contraintes dans le terrain au repos avant avant essai
Pression limite pressiométrique nette pl* et pression de fluage pressiométriquenette pf* Lorsque les pressions nettes sont fournies sur le procès-verbal, ce dernier doit préciser : la valeur considérée de la masse volumique du terrain et si celle-ci a été mesurée ou estimée ; pour la majorité des terrains la valeur conventionnelle généralement admise est de 1,8 Mg/m3 ; la valeur, au niveau de l’essai du coefficient Ko de pression des terres au repos et si celle-ci a été mesuré ou estimée ; la valeur conventionnelle de Ko égale à 0,5 est généralement admise. !
!
!
!
Portance des fondations superficielles Pression limite nette équivalente : Si le terrain est homogène entre la base de la fondation et 1,5B sous la base de la fondation :
Pression limite nette équivalente : Si le terrain est constitué de matériaux de natures différentes entre la base de la fondation et 1,5B sous la base de la fondation :
Capacité portante du sol de fondation q0‘ est la contrainte verticale effective au niveau de la fondation après travaux. kp est le facteur de portance pressiométrique, déterminé en fonction de la forme de la fondation, de la nature et des caractéristiques pressiométriques du terrain en place
Valeur de kp
Classification du sol
