J . JEZEQUEL I n g n i e u r E . N . S . M .

A s s i s t a n t

H. LEMASSON D i p l m d ' E t u d e s S u p r i e u r e s

T e c h n i q u e s d e l ' U n i v e r s i t d e R e n n e s

A s s i s t a n t

J . TOUZE T e c h n i c i e n

G r o u p e d e M c a n i q u e d e s S o l s L a b o r a t o i r e R g i o n a l d e

S a i n t - B r i e u c

le pressiomtre Louis Mnard

quelques p r o b l m e s de mise en u v r e et leur influence sur les valeurs p r e s s i o m t r i q u e s

P R E S E N T A T I O N

F. SCHLOSSER I n g n i e u r d e s P o n t s e t C h a u s s e s

C h e f d e la S e c t i o n d e M c a n i q u e d e s S o l s

L a b o r a t o i r e C e n t r a l

Comme nous l'avons rappel dans le prcdent numro du Bulletin, l'un des objectifs du Groupe d'Etude des Essais de Sols en Place ( G E E S P ) est d'tablir des modes opratoires et des recommandations couvrant chaque type d'essai en place.

Les essais in-situ, en particulier l'essai pressiomtrique, semblent des essais faciles. Cet argu-ment est bien souvent employ par certains ingnieurs qui voudraient rduire la Mcanique des Sols aux seuls essais in-situ et qui commettent par l deux erreurs :

1 Il n'est pas possible de dissocier et surtout d'opposer les essais de Mcanique des Sols in-situ et ceux en laboratoire. Chaque essai a en effet ses avantages, ses inconvnients, un domaine prfrentiel d'utilisation, tant en ce qui concerne les types de sols que les problmes rsoudre. Il faut se rappeler qu'aucun essai, quel qu'il soit, ne peut apporter tous les l-ments ncessaires la rsolution de l'ensemble des problmes de la Mcanique des Sols !

Au contraire, essais en laboratoires et essais in-situ correctement excuts, judicieusement uti-liss, permettent d'obtenir les informations et les recoupements ncessaires toute connais-sance sre et complte des sols, en vue de rsoudre un problme dtermin. Bien souvent ces deux types d'essais se compltent l'un Vautre.

2 Les essais in-situ sont des essais dlicats par lesquels il faut effectuer une mise en uvre particulirement soigne. La facilit n'est qu'apparente.

97

B u l l . L i a i s o n L a b o . R o u t i e r s P. e t C h . r 3 2 - J u i n - J u i l . 1 9 6 8 - R f . 5 3 7

Bien sr il est toujours possible d'excuter ces essais sans prcautions, mais les rsultats obtenus sont aussi critiquables que ceux obtenus en laboratoire, effectus la hte sur des chantillons en grande partie remanis.

L'article de MM. Jezequel, Lemasson et Touz ne traite que du deuxime point ; il concerne la mise en uvre du pressiomtre. Il ne s'agit pas l cFun mode opratoire complet, mais ce document servira de base pour le mode opratoire qui sera prochainement labor par le Groupe d'Etudes des Essais de Sols en Place ( G E E S E P ) .

Les problmes de mise en uvre exposs dans cet article sont le fruit d'une exprience lon-gue et importante concernant Vutilisation du pressiomtre. Ils doivent tre considrs dans nos laboratoires des Ponts et Chausses comme une connaissance pralable indispensable toute bonne utilisation du pressiomtre.

Sondage la tarire main Le pressiomtre Louis Mnard. avec injection de bentonite.

9 8

RESUME A L'INTENTION DES PRATICIENS

Les essais de mcanique des sols raliss en place connaissent en France un dveloppement important. Sans nier l ' intrt thorique de cer-tains appareils, on peut penser que c'est sur-tout l'aspect pratique qui a favoris au dbut cette nouvelle branche de la mcanique des sols.

On connat les difficults de prlvement, de condit ionnement et de transport des sols pour essais de laboratoire.

L'essai en place semble ne pas prsenter ces difficults.

C'est ce qu'on a voulu examiner ici propos d'un essai important : l'essai pressiomtrique Louis Menard.

L'essai pressiomtrique consiste gonfler dans le sol une sonde cylindrique place au pralable dans un forage.

L'appareillage comporte trois parties (fig. A) :

la sonde (sa technologie peut varier suivant

Fig. A v)

4 C e l l u l e d e * ' * g a r d e Mm C e l l u l e d * * ^ m e s u r e "

C o n t r l e u r

p r s s i o n - y o u m e

A ...Kf* .^ /^

* Module pressiomtrique

A un coeff icient prs ce module est gal l ' inverse de la pente de la partie linaire de la courbe pressiomtrique. Cette partie linaire reprsente une raction approximativement lastique du sol- sous la soll icitation pressio-mtrique. L'tude qui suit montre la faible influence de la mise en uvre sur la pression limite.

Par contre les qualits des parois du forage ont une influence prpondrante sur la valeur du module pressiomtrique.

Pour que ce module soit reprsentatif il faut, pour les sols mous :

que les parois soient aussi intactes que possible,

que le forage soit aussi bien calibr que possible,

que les fluides d'injections ne polluent pas le sol prouver.

Dans les sols les plus mous (argiles molles, sables lches) seule la tarire main permet de remplir ces condit ions en respectant cer-taines rgles.

Dans les sols meubles plus compacts, les forages par rotation mcanique conduisent des rsultats acceptables.

Par contre le battage semble souvent donner des rsultats dfectueux.

Lorsque les parois de forage ne peuvent se tenir ni naturellement ni l'aide de boues d'injection, le battage direct du pressiomtre sans avant-trou est ncessaire.

L'appareil est plac alors l' intrieur d'un tube mtallique portant des fentes longitudi-nales qui lui permettent de se dilater sous l'action de la sonde.

Les caractristiques pressiomtriques obtenues par cette mthode diffrent de celles obtenues partir d'avant-trou.

Cette technique doit donc tre rserve aux sables et graviers boulants pour lesquels il n'est pas possible de procder d'une autre manire.

J. J.

100

L'essai pressiomtrique est un essai en place qui se pratique gnralement dans un forage (fig. i).

Cela prsente quelques difficults et inconvnients que nous allons examiner au cours de cet article. Mais ceci permet en contre-partie de relever le niveau de la nappe et de reconnatre les terrains traverss, ces donnes tant d'ailleurs indispensa-bles la bonne exploitation de l'essai. Cette recon-naissance est cependant sommaire, car elle se pra-tique sur des chantillons gnralement remanis,

G a i sous pression

Manomtre relie a la cellule de mesure

i

Fig. 1 - Sonde Pressiom-trique et contrleur pression-

volume type E .

et de plus le diamtre du forage n'excde pas six centimtres. La qualit de l' information ainsi obtenue est d'ailleurs troitement lie la nature du sondage pratiqu et dans certains cas particu-liers, il parat trs souhaitable de contrler les coupes de terrains ainsi obtenues par un ou plu-sieurs forages de plus gros diamtre.

Le but de notre propos n'est pas d'expliciter la signification physique des caractristiques pressio-mtriques mais de traiter de la seule influence de la ralisation de l'essai et des prparatifs nces-saires sur les valeurs pressiomtriques considres intrinsquement.

On n'en perdra pas de vue que le caractre par-ticulirement volutif de la technologie du pressio-mtre fait que certaines remarques ou problmes soulevs ici sont susceptibles de trouver dans l'ave-nir des solutions satisfaisantes, notamment en ce qui concerne les gaines et membranes, la concep-tion d'ensemble des sondes, ou le principe mme de l'essai.

RAPPELS SOMMAIRES CONCERNANT L'ESSAI PRESSIOMETRIQUE

II Fig. 2 - Sonde pressiom-trique type G .

1.1 UN PRESSIOMETRE COMPORTE TROIS PARTIES :

le contrleur pression-volume (C.P.V.) plac la surface du sol ;

la sonde pressiomtrique place dans le forage ;

les tubulures de connexion (fil de Rilsan) permet-tant le passage des fluides (eau et gaz).

Actuellement deux types d'appareils sont essentiel-lement utiliss :

le pressiomtre E , qui est l'appareil classi-que, autorisant des pressions de l'ordre de 25 30 bars et dont les sondes comportent trois cellules distinctes (une cellule centrale de mesure et deux cellules de garde) ;

le pressiomtre G , qui tendrait remplacer tous les autres appareils (y compris le E ) et qui comporte de nombreuses modifications. Notons les plus importantes :

- le C.P.V. et la disposition spciale des tubulures (tubes Rilsan coaxiaux, le conduit d'eau tant plac l'intrieur du conduit d'air) permettent des pres-sions pouvant atteindre 100 bars.

- les sondes sont modifies comme indiqu la figure 2. Dans certains modles l'me de la sonde est creuse, ce qui permet la remonte des sdi-

101

ments. Elle ne comporte que deux membranes : celle de la cellule de mesure et une membrane (ou gaine) recouvrant l 'ensemble et formant ainsi les deux cellules de garde.

Au cours de l'expos, nous serons donc amens diffrencier parfois les deux types de matriels.

1.2 L'ESSAI PRESSIOMETRIQUE STANDARD

Dans sa conception actuelle, il s'agit d'un essai contraintes contrles.

Il se pratique en dix paliers de pression, croissant en progression arithmtique jusqu' la bute limite. Chaque palier est maintenu durant une minute. On note les variations de volume correspondantes de la sonde au bout de quinze secondes, trente se-condes et une minute. L'essai complet dure de dix quinze minutes.

Dans certains sols intermdiaires et trs gnrale-ment dans les sables lches saturs, il est recom-mand de pratiquer deux types d'essais :

l'essai standard dfini plus haut,

et quelques essais avec des paliers plus longs (de l'ordre de quatre cinq minutes) afin de lais-ser, dans une certaine mesure, se dissiper la pres-sion interstit ielle.

Dans le rocher par contre (modules suprieurs 1 000 bars), on pourra rduire la dure des paliers.

1.3 COURBES ET VALEURS PRESSIOMETRIQUES

De l'essai classique, on peut dduire deux cour-bes :

la courbe pressiomtrique, (fig. 3) qui reprsente les volumes de la sonde en fin de palier en fonc-tion de la pression correspondante ;

P r e s s i o n s ( e n b a r )

Fig. 3 - Courbe pressiomtrique pression-volume.

la courbe de fluage (fig. 4) qui reprsente la variation de volume de la sonde entre quinze se-condes et une minute pour chaque palier de pres-sion, traduit une vitesse de dformation en fonction de la contrainte applique.

1

Pressions

Fig. 4 - Courbe donnant la variation de volume de la sonde, par paliers de pression, entre trente secondes et une minute

(dite courbe de fluage ).

Ces courbes permettent de dfinir les valeurs sui-vantes :

1.3.1 La pression horizontale des terres au repos : P0h

Nous ne reviendrons pas au cours de cet expos sur la mesure de P 0h partir de l'essai standard. Nous pensons en effet que mis part dans cer-tains sables fors la tarire main il n'est pas possible de mesurer ainsi P 0h avec une prci-sion suffisante, et ceci pour trois raisons :

on dispose en dbut d'essais d'un nombre de points de mesure insuffisants pour tracer une courbe prcise ;

il s'agit d'une mesure intressant vritablement la paroi du forage. Elle est donc trs influence par l'tat de cette paroi ;

si le volume du forage dpasse de beaucoup le volume au repos de la sonde, l'inertie des gaines et membranes peut avoir une grande importance devant les faibles valeurs mesurer.

1.3.2 Le module pressiomtrique E

Le module pressiomtrique est dfini de faon conventionnelle. Le schma de base ayant servi son laboration est la thorie de l'lasticit (en particulier la thorie de Lam des cylindres pais) dans l'hypothse d'une dformation plane.

On a d'autre part adopt une dfinition volum-

102

tr ique de ce module, ce qui est plus simple puis-qu'on enregistre des variations de volume.

dp/dv est l'inverse de la pente de la partie linaire de la courbe.

k un coefficient caractristique de l'appareil.

k = 2 (1 + o-) (v ' 0 + v ' m ) o

a est le coefficient de Poisson du sol,

v ' 0 le volume de la sonde vide et

v'm le volume total moyen de la sonde au cours de la phase pseudo-lastique.

Pour que les rsultats soient comparables entre eux il faut donc que toutes les sondes aient le mme v ' 0 soit 594 cm 3 .

Ainsi, la cellule de mesure des sondes 0 60 mm aura 21 cm de longueur, celle des sondes 0 44 mm, 37 cm de longueur.

Le module E est encore appel module pressiom-trique vierge ou module pressiomtrique de pre-mier chargement.

1.3.3 La pression de fluage Pf

C'est la limite suprieure de la phase pseudo-las-tique, ou la pression pour laquelle les dformations diffres de la sonde deviennent importantes par rapport aux dformations immdiates.

Elle s'value, soit partir de la courbe standard, soit mieux partir de la courbe de fluage.

1.3.4 La pression limite Pi

C'est la rsistance du sol en bute latrale cylin-drique. Par dfinition, c'est la pression qui, pour la vitesse standard d'essai, entrane un accroissement de volume A V de la sonde gal au moins au volume V 0 initial de la cavit P 0, soit A V / V 0 = 1. Trs gnralement, la pression limite se lit directe-ment sur la courbe en prenant l'abscisse de son asymptote.

Du point de vue essai, on doit noter une diffrence fondamentale entre le module mesur pour des A V / V Q de l'ordre de 0,3, c'est--dire essais la surface du forage , et la pression limite qui int-resse un volume de sol plus grand.

Certes, tout au long de l'essai on mesure la rac-tion du premier anneau de terrain la sollicita-tion de la sonde, mais cette raction n'est pas ind-pendante de l'tat des anneaux suivants. Cela pourra expliquer par la suite certaines proprits diffrentes de ces deux valeurs, eu gard la mise en uvre de l'appareil.

1.4 AUTRES POSSIBILITES DES ESSAIS PRES-SIOMETRIQUES

1.4.1 Une fois la pression limite atteinte, il peut tre utile de noter la courbe de dchargement. On procde par paliers d'amplitude, par exemple dou-bles de ceux du chargement.

1.4.2 On peut galement pratiquer des essais dits alterns (fig. 5). Pour cela, on monte en pres-sion par paliers comme pour un essai normal. A une pression P1 infrieure P,, on procde un dchargement jusqu' une pression P 2 suprieure P 0. On ralise ensuite des cycles chargements dchargements entre ces deux pressions Px et P 2.

Si les proprits du sol sont rversibles, les cour-bes se superposent ; elle ne le sont pas si les courbes sont dcales. Elles tendent cependant rapidement se chevaucher au bout de plusieurs cycles.

Le module correspondant est appel module altern E+.

1.4.3 La mesure des pressions interstitielles au bord de la sonde est galement possible. On reviendra ultrieurement sur ces essais qui sortent du cadre des essais courants.

1.5 CORRECTIONS DIVERSES

Les valeurs enregistres sont des valeurs bru-tes qui doivent tre corriges pour tenir compte de l'inertie des sondes, des variations de volume de l'appareillage et de la hauteur pizomtrique.

1.5.1 Corrections d'inertie *

Des pressions lues sur le manomtre, il faut dduire l'inertie de la sonde (membranes, gaines et ven-tuellement tube lantern). Cette inertie se mesure par talonnage de la sonde hors du forage (sonde place verticalement auprs du C.P.V.). L'talon-nage doit se faire avant les essais. Le choix de l'habillage des sondes doit tre fonction des quali-ts de terrain prouver et dans les sols mdio-cres il n'est pas recommand d'util iser des mem-branes de forte inertie. Cela peut cependant tre ncessaire dans le cas de sols mous avec blocs anguleux ou coquillages (risques d'clatement). Pour l'exploitation de l'essai, le trac de la courbe corrige est alors souhaitable car il permet de mieux mettre en vidence les diverses phases de l'essai.

* On utilise le mot inertie par tradition bien que ce vocable soit probablement mal adapt au phnomne. Le GEESEP essayera de proposer un autre terme.

103

1 5 0 E | = 1 J 5 0

E2 = 2 8 0 0

b a r s

b a r s E l

E | = 1 J 5 0

E2 = 2 8 0 0

b a r s

b a r s

0 10 20 30 40

P r e s s i o n ( e n b a r )

Fig. 5 - Essai pressiomtrique altern - Schiste altr (Brest).

Pour certaines membranes, il est indispensable de procder plusieurs cycles de gonflement en cours d'talonnage car leur inertie peut tre assez varia-ble. Gnralement la rponse de la sonde demeure constante au bout de quatre cinq cycles (fig. 6). Une autre mthode consiste laisser les sondes gonfles pendant plusieurs heures avant les essais.

0 . 0 , 5 1,0 1,5 2,0 2,5

P r e s s i o n ( en b a r )

Fig. 6 - Etalonnage de membrane. Sonde E 0 60. talonnages 1 4 : cycles successifs de gonflement, talonnages 5 : sonde vierge gonfle directement

700 cm 2 pendant 16 heures.

Dans les terrains les plus mdiocres, il est indis-pensable de procder un nouvel talonnage une fois termine la campagne d'essais, afin de vrif ier si l'inertie n'a pas vari.

Les sondes de type G prsentent dans les sols mous l ' inconvnient par rapport au type E d'avoir une inertie double puisqu'elles ncessitent toujours deux paisseurs de membrane alors qu'une seule peut suffire pour le type E . Cela est une gne pour les essais en terrains trs mdiocres (argiles molles, vases et tourbes) puisque l'inertie minimale en G est de l'ordre de 0,6 1 bar pour une dformation de 700 cm 3 .

Dans l'tat actuel des choses, la question d'inertie des sondes milite donc en faveur de l'utilisation des sondes E dans ces terrains.

1.5.2 Correction de dilatation des tubulures du contrleur Pression-Volume C.P.V.

Pour les appareils de type E , les tubulures de Rilsan qui conduisent l'eau du C.P.V. la sonde peuvent se dilater sous l'action de la pression, de sorte que le volume rellement inject dans la sonde est moindre que celui not au C.P.V. Cette correction se fait par talonnage direct.

Pour des pressions ne dpassant pas 25 bars, la compressibil i t de l'eau, la variation de volume du C.P.V. et des gaines sont ngligeables par rapport la compressibil i t du sol. Cela n'est plus vrai pour les hautes pressions. Ces diverses compres-sibilits sont talonnes directement en plaant les sondes sous pression dans des tubes indfor-mables.

Pour la dilatation des Rilsan on peut admettre en moyenne les valeurs suivantes :

a = 1 c m 3 par bar pour 15 mtres de fils 4-6 a = 0,6 cm 3 par bar pour 15 mtres de fi ls 3-6

Pour les pressiomtres G , en raison de la dispo-sition coaxiale des tubulures eau-air, cette correc-tion devient ngligeable en-de de 25 bars. Au-del de 25 bars, la compression du tube intrieur ne peut tre nglige mais elle est intgre dans l'talonnage expos plus haut.

Ces phnomnes sont troitement lis aux varia-tions de temprature et, sur chantier, il faut prendre toutes prcautions pour que la temprature ne varie pas de faon exagre entre l'talonnage et les essais. Un appareil laiss en plein soleil pendant l'arrt de travail de la mi-journe peut atteindre des tempratures suprieures 40. Les coefficients a s'en trouvent changs de faon importante (fig. 7).

I , I a t h o r i q u e : 1,22

a 1 * ' - 1,4 1

a 3 = 2,0 3 8 i _

0 5 10 15 2 0 2 5 P r e s s i o n d ' i n j e c t i o n ( e n b a r )

Fig. 7 - Etalonnage des fi ls de Rilsan 4-6. Jeu de fi ls de 18,30 m.

Ainsi, pour un jeu de quinze mtres de fils 4-6, nous avons mesur a = 1,15 c m 3 par bar 17C. Cette valeur est passe 1,64 c m 3 pour 38C. Pour l'essai correspondant (granit altr), le module passait de 950 bars pour la valeur a = 1 jusqu' 1 010 bars pour a = 1,15 et 1,300 bars pour la correction vraie de a = 1,64.

104

Cette correction n'est importante que pour des roches et non pour des sols qui prsentent toujours une compressibil i t importante par rapport aux ph-nomnes prcdents.

1.5.3 Correction de hauteur pizomtrique

Les pressions sur le circuit d'eau sont lues en surface. Les pressions dans la sonde sont diff-rentes d'une valeur qui est gale au poids de la colonne d'eau situe dans les tubulures entre la sonde et le C.P.V.

Lorsque l'essai est effectu sous la nappe (fig. 8), Menard a adopt, par dfinition, la rgle suivante :

PMnard = Plue + (hj h 2) Y w

Plue: pression lue au manomtre.

h t : diffrence de cote entre le manomtre et le milieu de la sonde

h 2 : diffrence de cote entre le niveau de la nappe et le milieu de la sonde.

Sonde a u m o m e n t de l ' t a l o n n a g e

h 3 Sonde a u m o m e n t de l ' t a l o n n a g e

0P. l u .

n N i v e a u de la n a p p e

_V_ .

La mme correction hydrostatique doit tre prise en compte pour l'talonnage

[relle = due + h 3 Y w

D'o

Fig. 8 - Correction de hauteur pizomtrique.

PMnard = Plue + [ h ! (h 2 + h 3)] Yw llue

Ptotale = Plue + (fU h 3) Y w llue

Pour une facilit de lecture sur chantier on pose :

h z = h i h 3

Do :

PMnard = Plue + ( h z h 2) Y w llue

Ces problmes de correction sont examiner avec le plus grand soin surtout dans certains cas parti-culiers o des valeurs de h peuvent tre ngatives.

1.5.4 Manomtres

Les manomtres servant la mesure de la pression dans le circuit d'eau sont des manomtres Blondel lame d'acier. Inutile d'insister sur le soin qu'il faut apporter au contrle et l'talonnage de ces ap-pareils. Le laboratoire de Saint-Brieuc utilise pour ce faire une balance manomtrique Desgranges et Huot (type 3010).

Les manomtres sont vrif is intervalles rguliers. Nous avons admis une tolrance de 5 % . Au-del, les manomtres sont rebuts. On constate que leur vieil l issement se traduit gnralement par une indication plus faible que la pression vraie. Nous n'avons pas constat de variations sensibles d'indication des manomtres en fonction de la tem-prature. Il faut cependant viter le gel des mano-mtres qui semble parfois faire rtracter les lames d'acier et les dtriorer.

1.5.5 Autres remarques

a) Pour les sondes G on doit veil ler bloquer de faon toujours identique les bagues coniques de serrage de la cellule de mesure. Elles doivent tre distantes de 20,5 cm afin que la sonde de mesure ait un volume quivalent celui des sondes E de mme diamtre.

Pourtant la pression relle dans la sonde est bien :

Prelle = Plue + h j Y w

qui est donc la pression totale relle dans le pre-mier anneau de sol, au bord de la sonde.

Nous pensons que la pression dfinie par Mnard peut prter confusion : c'est une pression effec-tive dans la mesure o l'essai pressiomtrique est drain ce qui n'est le cas que dans les sables pro-pres pour la vitesse standard de mise en charge.

b) Nous n'avons pas insist sur les problmes poss par les essais haute pression. Notons qu'il existe plusieurs types de sondes : la sonde de 60 (BX standard) qui mesurerait d'aprs le constructeur, des modules jusqu' 250 000 bars, la sonde 60 sp-ciale (400 000 bars), la sonde 70 (NX) (250 000 bars) et la sonde de 80 qui atteindrait des modules bien suprieurs.

c) La technologie des sondes G impose cer-taines sujtions.

105

Dans les sondes E on donne aux cellules de garde une avance de 0,1 bar par mtre de pro-fondeur afin de corriger les effets de la pression hydrostatique agissant au niveau de la cellule cen-trale par l ' intermdiaire des Rilsan.

Dans les sondes G , les cellules de garde doi-vent, au contraire, tre en retard par rapport la cellule de mesure afin que les deux membranes soient bien en contact (et donc que l'essai ne se fasse pas l'aide des cellules de garde).

Ce retard est assur automatiquement par un clapet rgulateur et la pression dans le circuit d'air est infrieure de 1,5 bar celle qui agit sur la colonne d'eau dans le C.P.V. Au-del de dix mtres, la pression hydrostatique assure la diffrence de pres-sion et le clapet doit tre retir.

Considrons un terrain prsentant une pression limite non corrige de 10 bars. Supposons l'inertie de 0,5 bar pour les cellules de garde et donc de 1 bar pour la cellule de mesure.

A cinq mtres, la pression relle dans la cellule de mesure est donc de 10 + 0,5 1 = 9,5 bars. Dans la cellule de garde elle est donc de 1 0 1 , 5 0,5 = 8 bars.

A dix mtres sans clapet, on a donc 10 bars dans la cellule de mesure et 9,5 bars dans les cellules de garde. A vingt mtres, les pressions sont res-pectivement de 11 et 9,5 bars.

Cette disposit ion prvue sur les pressiomtres G prsente l'avantage de l'automatisme, ce qui vite les erreurs importantes de manipulation mais intro-duit une erreur systmatique gnante pour l'esprit car de ce fait la dforme de la sonde G n'est probablement pas aussi cylindrique que celle de la sonde E . Il nous paratrait prfrable d'adapter, sur le circuit d'air des pressiomtres G , des mano-dtendeurs permettant de rgler la pression la demande, comme dans les appareils antrieurs.

Dans les terrains de bonne qualit, il est certain que la forme non exactement cylindrique de la sonde n'entrane gure d'erreur apprciable sur les rsultats de la mesure. Dans les terrains les plus mdiocres au contraire, il est probable que l'erreur entrane n'est pas toujours ngligeable. On pour-rait par exemple f ixer la limite de validit des sondes G 10 bars de pression limite. En de il serait recommand d'uti l iser les sondes E .

d) La disposition coaxiale des tubes de Rilsan en-trane une plus grande difficult pour la dtection des bulles d'air dans le circuit d'eau. En particulier, le nouveau mode opratoire semble recommander la fermeture du robinet de dpart d'eau du C.P.V. vers la sonde, lors de l ' introduction de l'appareil dans le forage (afin d'viter le gonflement de la sonde sous l'effet de la pression hydrostatique). Nous pensons que cette pratique peut tre dange-reuse car l'tanchit des robinets semble habituel-lement mdiocre (robinets pointeaux), mme si on a pris la prcaution de les enduire de graisse au

silicone ce qui devrait d'ailleurs toujours tre fait. En particulier, si la nappe est plus de dix mtres en dessous du C.P.V. le vide se faisant dans le circuit d'eau, la dtection des fuites devient alors impossible. Nous pensons que pour les essais qui ne dpassent pas 20 25 bars l'utilisation de robi-nets boisseau devrait donner une meilleure tan-chit au vide.

Il LE DOMAINE D'EMPLOI DU PRESSIOMETRE PEUT-IL ETRE LIMITE PAR DES SUJETIONS

INHERENTES A SA MISE EN UVRE?

Dans ce qui prcde, nous avons examin certaines caractristiques technologiques qui pourraient avoir une influence sur les rsultats de l'essai.

Les qualits de forage mises part, existe-t-il d'au-tres problmes inhrents la ralisation de l'essai ? (nous tudierons plus loin l ' introduction force de l'appareil).

11.1 VITESSE DE L'ESSAI

Bien que des essais de longue dure avec me-sure de pression interstitielle aient t raliss, l'essai classique, objet de cet article, est actuelle-ment orient uniquement vers des mesures de courte dure. Le mode opratoire actuel ne permet donc de mettre directement en vidence que des phnomnes rapides, tant de compressibil i t que de cisaillement.

II.2 EXTRACTION DU MATERIAU DU FORAGE

D'aprs la thorie de l'lasticit, l 'extraction du matriau d'un forage peut produire une plastification des parois de ce forage. Cette plastif ication pour-rait donc enlever tout sens la mesure du module pressiomtrique qui caractrise une raction pseudo-lastique du sol.

Considrons le cas d'une argile.

Soit k 0 le coefficient de pression des terres au repos. La contrainte tangentielle au bord du forage est

o-, = 2. P 0h, soit o-t = 2. k 0. y Z

La limite de la phase pseudo-lastique est approxi-mativement gale R c /2 (R c tant la rsistance en compression simple).

La condition ncessaire pour que la mesure du module soit reprsentative est donc :

7 _ ^ c

~ 4~k77 106

En fait ce n'est pas le poids spcifique y du sol qui intervient seul mais (y ), a tant le poids spcifique du fluide d'injection ayant servi la ralisation du forage.

D'aprs la thorie de l'lasticit, la mesure du module est donc limite une profondeur Z telle que :

Z = 4. k 0 (y a)

Dans la pratique, par des moyens simples, on peut faire varier a de 1,05. 10 3 dynes/cm 3 (bentonite) 1,5. 10 3 dynes/cm 3 (bentonite additionne de baryte). La profondeur limite Z peut donc tre considrable et il semble que, si l'on doit toujours prter atten-tion ce phnomne, il ne parait pas tre gnra-lement une limitation l'essai.

Nous avons eu l'occasion de raliser des essais dans une argile molle, de poids spcifique apparent gal celui du fluide d'injection (soit y = 1,5. 10 3 dynes/cm 3 . Les courbes ont la mme allure que si les essais taient raliss dans des forages avec a = 1,05.10 3 dynes/cm 3 .

11.3 GONFLEMENT DU SOL ENTRE LE FORAGE ET LA REALISATION DE L'ESSAI

Lorsque les forages sont laisss libres pendant un certain temps, l'expansion des parois peut tre importante. L'essai peut alors perdre toute signi-fication ; il est reprsent par une relation approxi-mativement linaire entre les volumes et les pres-sions, ce qui doit traduire un compactage progressif du sol sous l'action de la cellule de mesure.

Dans la pratique, on doit se mfier particulirement de ce phnomne. Dans les argiles les plus molles, l'essai doit tre ralis immdiatement aprs forage (ne pratiquer le forage que par courtes passes ne dpassant pas un deux mtres voir plus loin). Dans les sols sableux, la tolrance est moins s-vre. Nous avons obtenu des rsultats trs accep-tables aprs un dlai de vingt-quatre heures. Nan-moins, nous ne recommandons pas un repos de plus de quatre cinq heures.

11.4 ESSAI A AXE VERTICAL

L'axe de la sonde tant habituellement vertical, le module pressiomtrique mesure une certaine com-pressibil it horizontale du terrain. Cette compres-sibilit est-elle la mme dans tous les sens, c'est--dire le sol est-il isotrope ? (Prcisons bien que notre propos n'est pas d'examiner ce qui se passe sous une fondation mais de traiter de l'essai pressiom-trique intrinsquement.)

Dans des carrires de sables alluvionnaires (Plio-cne) et dans des falaises des Limons des Plateaux, nous avons pratiqu des essais pressiomtriques avec sondes verticales et horizontales.

Dans les Limons des Plateaux (un couple d'essais est reprsent la figure o) nous n'avons pu mettre en vidence de diffrence significative. Dans le sable Pliocne les diffrences notes faibles d'ailleurs sont probablement le fait de l'htro-gnit (fig. io et tableau rcapitulatif I).

Fig. 9

0 5 10

P r e s s i o n ( e n b a r )

Essais horizontaux et verticaux - Falaises de Ces-son, Limons des Plateaux.

V H

Essai axe vert ical, 1,40 m de profondeur. Essai hor izontal , 1,40 m du bord de la falaise.

S o n d a g e s v e r t i c a u x

- . \ " J S o n d a g e h o r i z o n t a l ^

9 , SO m 2 m

Fig. 10 - Essais horizontaux et verticaux. Sable Pliocne. Schma d'implantation. Coupe. Carrire de la Heuzardires

Rennes.

TABLEAU

Sondage horizontal

Sondage 1 vertical

Sondage 2 vertical

d (en m)

Pi E Z (en m) Pi E Z P| E

1 2 3 4 5 6 7 8

10 14,4 20,0 22,1 23,7 23,3 24,4 21,5

270 280 420 425 420 330 330 260

3 4 4.90 5,80

14,2 23,2 22,2 30

230 255 190 220

1 2 3 4 5 6

3,6 9,5

15,1 20,7 25 25

85 155 160 230 340 590

Les valeurs en gras sont celles qui peuvent tre compares (sondes approximativement en correspondance).

107

On doit cependant faire une remarque importante : l'essai pressiomtrique ne permet pas de mesurer la vritable anisotropie ventuelle du sol. En effet, si une sonde place vert icalement exerce un champ sensiblement horizontal, une sonde place horizonta-lement, exerce un champ dans toutes les directions du plan perpendiculaire son axe et en partie dans la mme direction horizontale que prcdemment. Il est donc normal qu'un tel procd ne conduise pas des carts de mesure pouvant reprsenter l 'anisotropie du milieu.

Il est cependant probable que si ce phnomne tait Important (par exemple dans le rapport de 1 2), il aurait t mis en vidence par nos essais. Mais on ne gnralisera pas ces conclusions tous les dpts. Un cas particulier est celui des roches prsentant des alternances de couches dures et molles, comme par exemple certains schistes. Mais, on rejoint l un autre problme qui est celui de la longueur et de la dformabil it des cellules de mesure.

11.5 DEFORMABILITE DE LA CELLULE DE MESURE

Lorsque l'on ralise des essais pressiomtriques, on se trouve plac comme bien souvent devant des ncessits contradictoires :

bonne rsistance des sondes afin d'viter des clatements intempestifs ; inertie minimale afin d'obtenir la meilleure sensi-bilit de mesure ; bonne rigidit d'ensemble de la sonde afin que celle-ci n'pouse pas les lgres htrognits ou variations gomtriques du forage et que le champ exerc demeure cylindrique symtrie verticale.

Une sonde pressiomtrique n'est bien sr ni infi-niment souple ni infiniment rigide.

Dans les terrains meubles on peut la considrer comme rigide et l'essai pressiomtrique intgre alors les micro-htrognits du sol ; c'est un avantage.

Dans le cas de terrains prsentant des alternances de couches dures et molles continues (ou la limite lorsqu'une sonde est place la frontire de deux terrains de natures diffrentes), le problme est plus complexe.

Si les couches sont de natures trs diffrentes, gnralement les sondes clatent car elles prissent par traction la jonction de deux couches (c'est une faute opratoire de placer les sondes cheval sur deux couches diffrentes lorsqu'i l est possible de procder autrement).

Si les couches sont de natures assez diffrentes, on enregistre gnralement des courbes deux ou plusieurs parties linaires dans la phase pseudo-lastique. De telles courbes se rencontrent gale-ment lors d'essais raliss dans des terrains pr-sentant des blocs noys dans une matrice de mdiocre qualit. Les sondes peuvent alors tre

considres comme souples par rapport aux rigi-dits diffrentielles des matriaux.

Dans la premire phase de l'essai (fig. n), ce sont les matriaux les plus meubles qui ragissent et qui absorbent presque seuls les variations de volume de la sonde. Une fois une certaine pres-sion atteinte, les zones plus dures ragissent leur tour. Les modules ainsi mesurs n'ont alors qu'une valeur relative car, pour les calculer, on fait l 'hypothse d'une rpartit ion uniforme le long de la sonde du volume d'eau inject, ce qui n'est pas le cas.

E , J

E ] : 1 6 0

E 2 = 2 7 0

b a r s

b a r s

0 5 10 15 2 0 25

P r e s s i o n ( e n b a r )

Fig. 11 - Phase pseudo-lastique deux pentes. Schiste al-tr (schistosit subverticale). Vi l le de Rennes Pont Bagout.

Dans des schistes on peut galement rencontrer le phnomne inverse : la sonde pouvant tre pla-ce dans une zone dure, le dbut de l'essai peut indiquer la raction de ce seul matriau (fig. 12). Il lui correspond un module Ej. Puis, le volume de Fa sonde augmentant, les zones plus molles ragis-sent et donnent un module E 2 infrieur au premier.

4 0 0

E 300

E 3 2 0 0

/

ti

E ) * 5 9 0 b a

E = 410 b a

I

rs

r s

0 10 2 0 3 0 40 5 0

P r e s s i o n ( e n b a r )

Fig. 12 - Phase pseudo-lastique deux pentes. Schiste altr. Vil le de Brest. Forme de Radoub.

On peut obtenir un essai plus reprsentatif de la raction globale du milieu en accroissant la rigi-dit de la sonde, ce qui se fait en l' introduisant dans un tube d'acier dilatable latralement grce des fentes longitudinales. Ce tube est plac dans un forage de mme dimension et non pas introduit force. Cette mthode peut parfois prsenter des inconvnients, comme dans les roches fissures, par

108

exemple, car le contact entre le tube et le rocher n'est certainement pas intime.

II. 6 PROFONDEUR CRITIQUE DE L'ESSAI

Les essais pressiomtriques raliss trop prs de la surface du sol conduisent des rsultats pessi-mistes qui ne traduisent pas le phnomne habituel de rupture profonde .

En de d'une certaine profondeur, l'essai est sans doute fortement influenc par la surface.

Nous avons group dans le tableau II les rsultats de diverses mesures ralises en surface dans un sable propre peu compact (y = 1,45. 10 3 dynes/ cm 3 ) , peu structur et peu humide.

TABLEAU II

Pro

fon-

deur

(e

n m

)

P| bar E bar y

W

mthode car, pour les essais suivants, il sera diff i-cile de connatre la quantit exacte d'eau qui se trouve dans l'appareil sans ressortir la sonde du forage et sans faire un nouveau remplissage. Il nous parat prfrable de tracer la courbe pression corrige dans la sonde (en logarithme) en fonction de log ( A V / V 0 ) o V 0 est le volume total de la cavit P 0 et A V la variation totale de ce volume entre P 0 et la pression P atteinte chaque palier.

6 00

4 0 0

200

* Courbe a

Courbe t >

1.0 3,0 4,0 5,0 Press ion l en bar )

Fig. 13 - Sable lche ( Y = 1,35) satur. (Marais de Dol). courbe a : forage trop grand, 25 paliers de 2 minutes

Pi = 4,9 bars courbe b : forage no rma l ; essai normal : 12 paliers de

deux minutes pi = 3,3 bars.

A V

1 0,9 0.6 0.7 0,6 0.5

0.4

0,3

0,2

0,1 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05

0,04

0,03

0,02

t

- i

-t-? -

t

-fr L

r / - ?

/ *

-t-X

4 <

2 3 4 5 6 7 6 9 10 20 Pression cor r ige ( en bar I

Fig. 14 - Argi le raide. 8,4

R e s i s t a n c e en p o i n t e ( en bar )

Fig. 15 - Essai au pntromtre statique. Sable satur (Marais de Dol, sondage n 1).

Gnralement une destruction de la structure se traduit par des courbes fantaisistes qui ne sauraient tromper l 'exprimentateur tant soit peu averti. On note galement des courbes quasi-linaires (fig. 16) qui reprsentent probablement un compactage con-tinu du sol sous l'influence de la sonde.

Dans les sables prsentant des pressions limites suprieures 10 bars environ, la pntration rapide d'un outil de forage (battage ou mches hlico-dales) peut entraner un compactage du terrain ce qui amne des augmentations de pression limite de l'ordre de 15 20 % . Nous reviendrons plus loin sur ce problme.

6 0

E ' " 4 0 0 C *

E

0 p a l i e r s

0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Pr e s s i o n ( e n b a r I

Fig. 16 - Battage au carottier Delmag. Sable lche satur (Marais de Dol).

IV FACTEURS POUVANT AVOIR UNE INFLUENCE SUR LA MESURE DU MODULE

PRESSIOMETRIQUE

IV. 1 DIAMETRE DE FORAGE TROP GRAND

Le module est dfini par une relation de la forme dp

E = k. - j o le coefficient k est fonction du dv volume total du trou pour une pression correspon-dant la pression moyenne de la phase pseudo-lastique. Lorsque le diamtre de forage est trop grand, le coefficient k en est modifi d'autant. Mais la rpartition des contraintes tant modifie du fait de la plus grande dimension de la sonde, on cons-tate une chute concomitante du rapport dp/dv (relvement de la courbe pressiomtrique).

Le produit k. en est-il affect ? dv

Nous avons tent une vrif ication exprimentale en exagrant le phnomne, c'est--dire en ralisant dans un mme forage pour un terrain qualits relativement constantes avec la profondeur alternativement des essais en 0 60 et 0 44 dans un sondage de diamtre nominal 0 60. Les rsul-tats sont indiqus au tableau III.

TABLEAU III

Forage A 0 60 Forage B 0 60

Comparaison 0 60 0 44

Pro-fon-deur (en m)

0 (en

mm)

E (en bar)

Pro-fon-deur (en m)

0 (en mm)

E (en bar)

Comparaison 0 60 0 44

3 44 145 3 60 210 1,45

4 60 260 4 44 250 1,04

5 44 175

6 60 310 6 44 255 1,22

7 44 220 7 60 300 1,36

8 60 340 8 44 270 1,26

9 44 240 9 60 310 1,29

10 60 280 10 44 260 1,08

Les forages particulirement mal calibrs semblent donc entraner dans ce terrain une chute de module de 20 30 % .

Lorsque V 0 n'excde pas 200 cm 3 ce qui devrait toujours tre vrif i pour que le trou puisse tre qualifi de correct l'influence du calibrage est ngligeable.

n i

IV. 2 QUALITES DES PAROIS DU FORAGE

Contrairement la pression limite, le module est assez sensible aux qualits des parois du forage.

Si la pression limite a t affecte par le sondage, il est vident qu'il en sera de mme du module. La rciproque n'est pas vraie. Pour expliquer cela on peut avancer deux hypothses :

le terrain n'a t que lgrement remani par le sondage et il lui correspond P| un remanie-ment plus important ; la zone remanie par le forage est de faible paisseur. L'amortissement des contraintes est donc faible entre le premier anneau de terrain intact et la cellule de mesure. Les causes de perturba-tions des parois du forage sont multiples et elles peuvent provenir :

du refoulement du sol sous l'action de l'outil de forage ou l ' introduction de la sonde ;

d'une perturbation mcanique due la rotation, au battage, aux vibrations ou aux alles et venues de l'outil de forage ;

d'une humidification ou rosion dues l'ventuel fluide d'injection ;

d'boulement des parois entranant un dcompac-tage.

Pratiquement, il ne nous parait pas qu'il puisse exister dans l'tat actuel du matriel, un outil idal pour la mise en uvre du pressiomtre. C'est l 'oprateur qu'il appartient, en fonction de son exp-rience gnrale et en fonction des premiers rsul-tats enregistrs sur le chantier, d'adapter son mat-riel et sa technique au terrain tudier.

Force nous est donc d'examiner sparment les cas les plus typiques que nous avons t amens tudier ce jour.

IV.2.1 Argiles molles moyennement compactes

Seule la tarire main avec injection de bentonite, permet de mesurer des modules corrects mais condition de respecter un mode opratoire strict.

oo

0 0,5 1,0 1,6 2,0 P r s s i o n ( n b a r )

Fig. 17 - Fonage de la sonde. Argi le molle. Valle de Trevello (I et V).

Dans les terrains les plus mdiocres, la courbe extrme est obtenue par enfoncement manuel du pressiomtre (sans avant-trou) (fig'. 17). On cons-tate que la pression limite n'est pas affecte par cette opration. Par contre l'allure de la courbe, trs loigne de la courbe classique, est caract-ristique d'un refoulement latral du terrain. Une telle courbe est bien sr inexploitable du point de vue module et il y aurait danger en confondre la partie linaire avec une phase pseudo-lastique. S'il n'y tait pris garde, ce sont des courbes de ce genre que l'on obtiendrait mme l'aide de la tarire main.

Les prcautions ncessaires pour obtenir un essai convenable sont les suivantes :

l 'oprateur manuvrant la tarire main doit bien distinguer le mouvement de dcoupe du mou-vement de poinonnement ;

l'outil doit tre bien afft. Si on utilise des sondes E qui sont pleines il nous parat souhaitable que la cuillre ait un diamtre lgre-ment suprieur celui de la sonde ( 0 64 mm pour une sonde de diamtre nominal 0 60 nous parat convenir le mieux). Si cette prcaution n'est pas prise, l ' introduction d'une sonde E dans le forage peut provoquer un effet piston qui surtout en partie basse du forage, du fait de la concentration des sdiments, peut refouler latralement le terrain. Cet ennui est supprim sur les sondes qui possdent une me creuse ;

dans les sols les plus mous, une fois l'essai termin en sonde E , les membranes tant nces-sairement de faible inertie et le terrain ne reve-nant pas immdiatement, la sonde ne se dgonfle pas compltement. Il reste parfois 200 300 cm 3 d'eau dans la cellule de mesure. Cette eau doit tre aspire avant la descente ou la remonte de la sonde pour l'essai suivant, faute de quoi on provoquera un nouveau refoulement des parois. Dans les sols de meilleure qualit, une lgre trans-lation suffit ramener le volume zro. Cet ennui est supprim pour les sondes G o l'action des cellules de garde dgonfle automatiquement la cel-lule centrale ;

dans les sols trs mauvais la tarire main peut avoir tendance descendre de son propre poids. L'oprateur doit la soulager, faute de quoi le volume des dblais sera infrieur celui du trou. De mme il ne faut jamais appuyer exagrment sur l'outil ;

il faut viter de forer plusieurs mtres la fois. Au-del de deux trois mtres, les tiges de tarire main peuvent venir frotter contre les parois et les perturber. De la sorte on vite galement de laisser s'couler un temps trop long entre le forage et l'essai.

Les sondes me creuse permettent une technique trs intressante : on dispose la cuillre de tarire main l'avant de la sonde. L'injection de ben-tonite se fait travers les tiges de tarire main et travers le corps de la sonde. On peut ainsi forer en continu, sans mouvement d'outil ou de

sonde dans le forage et en faisant les essais imm-diatement. Une sujtion cependant : une rotation continue est impossible en raison de la prsence des tubulures de Rilsan qui risquent de s'enrouler autour des tiges et de s'arracher. On doit donc forer par mouvement alternatif en avant et en arrire et non plus par rotation dans un seul sens. Nous ne pensons pas que ce procd entrane des perturbations spciales. Une autre mthode consiste monter la cuillre en bout de sonde sur un rou-lement avec cliquet. Le mouvement altern en tte se traduit donc par une rotation continue de la cuillre. C'est cependant cette technique que nous recom-mandons pour les essais dans les sols les plus mous.

IV.2.2 Argiles compactes raides

On ne doit utiliser les moyens mcaniques que lorsque la tarire main est devenue inoprante.

Les mches hlicodales continues ne conviennent pas en gnral car, aprs une pntration correcte sur quelques mtres, elles bourrent et refoulent le sol.

Le battage tout au moins l'aide de carottiers de mdiocre indice de surface gnralement utiliss (carottiers dits type Delmag ) semble le plus souvent remanier le forage en surface et entraner une chute de modules qui peut tre de l'ordre de 50 % (la pression limite tant le plus souvent inchange dans les argiles compactes raides).

Cette perturbation des parois est caractristique du battage des carottiers Delmag et cela dans presque tous les terrains (y compris les sables compacts).

Elle rsulte notre avis de trois phnomnes :

ces carottiers bourrent trs rapidement. Au bout de quelques mtres de pntration ils se com-portent comme un tube plein et refoulent le terrain qui vient donc * serrer fortement sur le tube ; la descente du tubage a dirig les lignes de dformation du sol vers le bas. La remonte du tubage peut provoquer un retournement de ces lignes de dformation et cet effet est sans doute aussi nocif que le prcdent (c'est un peu le mme problme qui se pose en prlvement d'chantillons o l'on doit imprativement extraire la carotte du carottier dans le mme sens que son introduction) ; enfin le retrait du tube provoque un dcompac-tage brutal du terrain.

La conjonction de ces trois phnomnes provoque quasi-systmatiquement une chute des modules.

Dans les argiles compactes raides, lorsque la tarire main ne peut plus pntrer, c'est la rota-tion mcanique avec injection de bentonite qui nous a sembl donner les meilleurs rsultats et en parti-culier, l 'util isation de carottiers cble. Ces der-niers prsentent l'avantage d'viter le ramonage des parois puisque le tube extrieur reste en place

pendant toute la dure du forage. La remonte de ce tube en fin de forage est moins nocive qu'avec la Delmag car le sol a t dcoup et ne serre donc pas sur le tube. D'autre part, le fluide d'injec-tion forme lubrifiant entre ce tube et la paroi. Cet avantage se retrouve d'ailleurs pour tous types de carottiers simples ou doubles lorsque le pourcen-tage de carottage est nul : on ne remonte alors l'outil qu'en fin de forage.

A la figure 18 on a group les profils pressiom-triques voisins raliss dans une argile compacte. Un sondage a t ralis la Delmag (carottier battu), l'autre la sondeuse XCH 60 (carottier cble avec injection de bentonite). Les pressions limites sont sensiblement conserves. Par contre les modules la Delmag ont chut de prs de 50 %.

IV.2.3 Limons ou sables lches moyennement compacts au-dessus de la nappe

La tarire main doit tre utilise systmatique-ment. Si on a respect certaines prcautions l-mentaires comme celles cites pour les argiles molles, les essais sont trs gnralement de bonne qualit. Bien que la tenue des parois soit souvent assure par une lgre cohsion, il nous parat recommandable d'util iser une injection de bentonite : on est alors plus assur d'viter un dcompactage en profondeur et des boulements localiss.

Dans certains sables, cependant, l'influence de la bentonite peut provoquer une chute du module. Nous avons not une chute de 20 % environ dans un sable argileux non satur.

Ce phnomne semble pourtant assez rare.

Le battage, ou une rotation mcanique brutale (mme avec injection) sont dconseiller, car ils conduisent des forages de trop forts diamtres dus des boulements incontrlables.

Les sondages mcaniques avec injection d'eau sont proscrire absolument, non seulement en raison des variations des proprits mcaniques que l'eau peut provoquer mais plus encore en raison des phnomnes d'rosion des parois que ce fluide entrane. Le sondeur n'est pas matre de ces pro-blmes et il se trouve alors dans l'incapacit de raliser un trou de qualit constante de haut en bas. A l'exploitation des rsultats on se trouve devant une dispersion importante et on ne sait plus si elle est inhrente au sol ou due la non-constance des qualits du trou.

Si la tarire main a des difficults de pntration et si on utilise le carottage, l'injection de bentonite est donc imprative.

Les mches hlicodales continues prsentent l'avantage de forer sec. La qualit du trou est presque toujours bonne dans des sols moyenne-ment compacts ( E de l'ordre de 100 bars) condition d'oprer une pntration assez lente (et de toujours tourner en manuvre descendante comme ascendante). Une avance trop rapide aurait

M o d u l e p r e s s l o m l r i q u e E : b a r

2 0 5 0 100 2 0 0 300 O T 1 1 1 | | m 1 1 1 r~ pour consquence de refouler le terrain. Dans les

sols plus mdiocres, la stabilit de l'engin de son-dage intervient grandement. L'utilisation de ce pro-cd par tarires lgres (moto-tarires par exem-ple), ou de tarires Highway conduit des modules t rop faibles (trous trop grands, vibrations, forages non cylindriques...). Par contre, les mmes mches montes sur la sondeuse XCH 60 peuvent donner encore des rsultats satisfaisants pour des terrains modules infrieurs 100 bars. Ces mches hli-codales conduisent cependant des rsultats mdiocres lorsque le sol contient des lments blo-cailleux (trou arrach ).

Lorsque ces matriaux peu compacts contiennent de gros lments, il est souvent ncessaire de battre le pressiomtre sans avant-trou. Nous revien-drons ce problme au chapitre suivant.

IV.2.4 Limons ou sables lches moyennement compacts sous la nappe Dans ce cas encore on doit tenter a priori syst-matiquement les forages la tarire main injec-tion en respectant toujours les mmes prcautions.

Si les matriaux ne prsentent pas de gros l-ments (graviers ou blocs) la tenue des parois est bonne et les rsultats corrects.

Si les matriaux prsentent de gros lments, la bentonite ne suffit pas les maintenir en gnral et deux possibil its se prsentent alors :

battre directement l'appareil (voir plus loin) ;

utiliser les sondes creuses avec cuillre l'avant. Au moment de la rdaction de cet article nous n'avons pas encore une grande exprience de ce procd dans les sables grossiers.

Lorsque des sols sableux fins sont soumis un gradient hydraulique (quelque soit l'origine du gra-dient), l'utilisation de la bentonite peut galement ne pas suffire la stabilit du sondage. L'utilisation du pressiomtre avec cuillre l'avant, est alors imprative.

IV.2.5 Sables compacts

Ces terrains ne posent que peu de problmes. Nous utilisons habituellement la rotation sec aux mches hlicodales (viter comme toujours l'avance trop rapide), et le carottage injection modre de bentonite.

IV.2.6 Rocher

Le diamtre du forage doit tre bien calibr, faute de quoi, en raison des hautes pressions pouvant tre atteintes par certains appareils, les clatements de sondes sont frquents.

Fig. 18 - Module pressiomtrique. Argi le raide (Loutehel sondage n 2).

I 14

Lorsque le sondage est sujet boulements (rocher fissur), on en est averti l'examen de la courbe qui prsente un V important. Le champ exerc par l'appareil n'est sans doute plus exactement cylin-drique mais nous ne pouvons assurer que le module s'en trouve affect dans des proportions impor-tantes.

V. INTRODUCTION A FORCE DU PRESSIOMETRE

Il arrive parfois que le fluide d'injection remplissant le forage ne suffise plus en maintenir les parois.

Tel est le cas des sables avec graviers, galets, blocs et de remblais grossiers surtout lorsque ces matriaux sont placs sous la nappe. Il devient alors ncessaire de battre le pressiomtre sans avant-trou et l'abri d'un tube lantern (voir para-graphe 11.5).

On pratique alors deux types d'essais la fois : un essai de pntration dynamique qui est le seul que l'on puisse faire par ailleurs dans la plupart de ces matriaux, des essais pressiomtriques tous les mtres mais aprs refoulement latral du terrain.

Quelle peut tre l'influence de ce refoulement sur les valeurs pressiomtriques. C'est un problme dif-ficile car les comparaisons entre le pressiomtre for et le pressiomtre battu ne sont pas pos-sibles, puisque le premier ne peut tre ralis dans les terrains o l'on pratique gnralement le second.

C'est donc dans les sols sableux que nous avons d procder ces comparaisons. On se mfiera des extrapolations trop htives aux terrains grave-leux qui dans l'tat actuel des choses doivent demeurer le seul domaine d'emploi du tube fendu utilis classiquement.

Le tube fendu le plus utilis a un diamtre de 60 mm. La sonde place l'intrieur est une sonde de 44. Les coefficients k sont inchangs car on fait l 'hypothse fondamentale que le tube fait partie intgrante du sol (c'est--dire que l'essai est qui-valent un essai en 0 44 dans un forage de mme diamtre). S'il n'en tait pas ainsi on devrait aug-menter k afin de tenir compte de la variation de volume de l'ensemble sur toute la longueur de la sonde de 44 (ou alors procder avec des sondes de longueur gale celle des sondes de 60 soit 21 cm).

Nous avons tent une vrif ication exprimentale de l'hypothse prcdente en comparant les rsultats d'essais de deux forages voisins : l'un la tarire main en 0 44, l'autre aprs introduction sans battage du tube fendu de 60 dans un forage la

tarire main de mme diamtre. Les modules sont comparables entre eux quoiqu'un peu plus faibles au tube fendu (10 20 % ) . Ce phnomne viendra par la suite temprer l'influence du battage. Ceci peut s'expliquer en partie : en cours d'essai les lames s'cartent et le vide qui les spare s'agran-dissant, I est possible que les lments les plus fins du sol y pntrent compensant ainsi partielle-ment l ' incompressibil it propre des lames (c'est parfois une gne car, en fin d'essai, elles ne repren-nent pas toujours leur position initiale au dia-mtre 60).

La technologie du tube fendu conduit une autre sujtion. En cours de battage, la sonde est place l'intrieur du tube. Si elle tait fixe rigidement dans le tube en partie haute et en partie basse, elle ne pourrait s'expanser lors de l'essai car cette expansion serait alors contrarie par les lames elles-mmes ncessairement fixes leurs deux extrmits la pointe et au tube suprieur. La sonde ne peut donc tre fixe qu' une extrmit (haute pour le type E et basse pour le G ), l'autre liaison tant souple (amortisseurs de caout-chouc ou de bois par exemple). De ce fait, la per-cussion (ou la vibration, ou l'effort de fonage) est transmise la pointe par l ' intermdiaire de ces lames. Ces lames ploient sous chaque percussion. Si le sol n'oppose qu'une faible bute au dplace-ment des lames, I subit donc des mouvements alternatifs de compression et de dcompression qui, s'ils ne sont pas toujours ncessairement nocifs, n'en sont pas moins perturbateurs et en tous les cas incontrlables.

Nous prfrons quant nous, battre le tube fendu l'aide d'un mandrin intrieur reposant sur la pointe (tube fendu et tube extrieur 63/49 et mandrin cons-titu par le tubage de 44). Une fois la cote atteinte, le mandrin est remont et la sonde descendue la cote voulue.

Cette mthode prsente l ' inconvnient de ncessiter plusieurs manuvres, de diminuer lgrement la puissance de pntration (puisque la masse frappe est augmente alors que l'nergie de battage est constante). En revanche, l'essai est plus satisfai-sant, en cas de crevaison en cours d'essai on ne remonte que la sonde (le tube reste en place), on peut galement pratiquer des essais diffrs sans immobiliser de sonde.

Comme la sonde n'est fixe qu' une seule extr-mit, lors du gonflage, les lames s'cartant, la pointe du tube remonte lgrement. Cette remonte est faible et d'ailleurs variable le long de la sonde et nulle au point suprieur. Nanmoins ce mouve-ment entrane peut-tre en cours d'essai des cisail-lement parasites dans des plans verticaux. Cette influence est sans doute faible mais elle mritait d'tre note.

L'influence du battage (y compris du battage des carottiers type Delmag) est diverse suivant la nature des sols et en particulier suivant leur structure.

Nous avons cru remarquer en gnral des ractions

trs diffrentes suivant que les terrains sont lches (et surtout s'ils sont en mme temps saturs) ou compacts. On peut, pour fixer les ides, proposer une frontire l'utilisation du battage direct, vers les dix bars de pression limite.

V.1. SABLES ET GRAVIERS LACHES SATURES

L'introduction par battage du tube fendu provoque gnralement une chute importante des proprits mcaniques. Les courbes ont souvent l'allure fan-taisiste il lustre par la figure T6 et sont donc en gnral inexploitables. Il est frquent que les pres-sions limites notes sur les courbes aient chut de plus de moiti : il est probable que sous l'influence de chocs rpts et violents (entranant autant de mouvements transversaux des lames), la structure ait t entirement dtruite.

Il est possible que la vibration, ou mieux le vrl-nage, provoque un remaniement moindre mais nous n'en avons pas grande exprience.

Lorsque les conditions de chantier peuvent s'y pr-ter, nous ralisons des essais diffrs : on ne pra-tique l'essai que quelques heures ou quelques jours aprs battage. Gnralement, on constate que l'on obtient des courbes ayant des allures plus rgu-lires et des augmentations du module et de la pression limite dues probablement une restructu-ration du terrain autour du tube.

Ce type de terrains n'en constitue pas moins notre avis le domaine d'util isation le plus dlicat du pressiomtre.

V.2 SABLES ET GRAVIERS COMPACTS

L'introduction force de l'appareil provoque vi-demment une modification de l'tat du sol en place, donc les rsultats de l'essai s'en trouvent affects.

Pour chiffrer cette modification nous avons dans les terrains o cela tait possible (sables) com-par les rsultats obtenus :

la tarire main sans injection,

au lantern battu directement (sans carottier en avant du tube et essais mtre par mtre en descen-dant),

au battage du carottier Delmag,

la vibration de ce mme carottier l'aide d'un marteau Cobra.

Certains exprimentateurs recommandent de prolon-ger le tube fendu par un carottier type Delmag (voir paragraphe IV.2.). Nous ne croyons pas pour les sols de notre zone d'action, l'efficacit d'une telle mthode, car aprs une faible pntration, les carottiers sont pleins et le phnomne nous parait quivalent celui du battage direct.

En cas de prsence de trs gros lments, ce carottier peut cependant permettre un meilleur gui-dage du tube en brisant certains blocs au passage. Inversement, on peut aussi de la sorte entraner un tel bloc sur plusieurs mtres, ce qui a un effet nocif sur la qualit de l'essai.

Ces rsultats appellent de nombreuses remarques (pour ce terrain on a considr que les essais ta-

Forage la tarire Highway quipe en mches hlico-dales. Forage inclin 45 pour essais dans un schiste.

Battage du tube carottier l'aide du mouton Delmag de 100 kg.

Ions taient obtenus dans des forages raliss la tarire main sans injection de bentonite, les forages tant effectus mtre par mtre et les essais immdiatement aprs) : Les carts sont de l'ordre de 20 30 % pour la pression limite et de 30 40 !% pour les modules entre les valeurs extrmes. En surface, les modules au tube fendu sont trop faibles, et les pressions limites trop fortes. Le ph-nomne est invers en profondeur.

Si on trace les rapports E/P| , on constate donc que, alors qu'ils sont relativement constants et voi-sins de 18 pour la tarire main, ils augmentent rgulirement de 10 22 au tube fendu (fig. ip).

La donne la plus importante du tableau IV est la variation de V 0 en fonction de la profondeur (V 0 tant le volume d'eau se trouvant dans la sonde lorsque seule la pression hydrostatique agit sur elle). Le trou est de dimension croissante avec la profondeur. Nous ne pensons pas que ceci puisse tre mis sur le compte de la pression hydro-statique mais plus sur le mouvement des lames not prcdemment.

En partie haute du sondage, la pression naturelle des terres tant faible et les vibrations du tube importantes, une partie du terrain refoul par les lames revient vers elles et se trouve dans un tat lche : modules faibles. La zone ncessairement compacte par l ' introduction d'un corps tranger se trouve donc au-del : P, plus forts que ceux nots la tarire main.

En partie basse, la pression naturelle tant plus

6 8 10 12 14 16 18 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8 3 0 3 2

A- \ 1 1 i 0 \

ft t ^

Fig. 19 - Variat ion de E/Ki en fonction de la profondeur pour diverses mthodes de mise en uvre du pressiomtre.

TABLEAU IV

Nous relatons ici l'exemple le plus typique car il a t ralis dans le terrain le moins htrogne que nous ayons rencontr : il s'agit d'un sable Pliocne (IP = 12) non satur (S r ~ 40 !%) (Commune de Saint-Malo-de-Phily - Ile-et-Vilaine).

Pro-fon-deur

en m

Tarire main

Carott ier battu

Lantern battu Cobra

V o E 4 / E 1 Ez/E* E 3/E, E 2/E 3 Pia/Pl, Pis/Pl i P I 2 / Pis PU/Pl i

Pro-fon-deur

en m E% Pli E* E, Pis E, PU

V o E 4 / E 1 Ez/E* E 3/E, E 2/E 3 Pia/Pl, Pis/Pl i P I 2 / Pis PU/Pl i

2 390 18,8 430 25 250 25 33 1.10 0,64 1,72

3 195 12,1 200 16,8 135 15,4 170 15,3 70 0,87 1,02 0,69 1,48 1,39 1,28 1,09 1,26

4 230 13,2 160 15,9 145 15,0 185 14,3 108 0,81 0,70 0,63 1,10 1,20 1,14 1,06 0,98 5 260 13,3 155 16,5 180 16,1 235 16,9 133 0,90 0,60 0,69 0,86 1,24 1,21 1,02 1,27

6 220 15,6 185 18,1 200 17,2 230 15,5 156 1,04 0,84 0,91 0,92 1,16 1,10 1,05 0,99

7 310 15,6 160 15,7 280 19,3 220 16,1 167 0,71 0,52 0,90 0,57 1,01 1,24 0,82 1,03

8 310 16,0 170 17,3 280 17,4 220 16,9 187 0,71 0,55 0,90 0,61 1,08 1,09 0,99 1,06

9 350 15,5 210 16,9 330 16,5 280 17,8 247 0,80 0,60 0,92 0,64 1,09 1,07 1,02 1,15

10 310 17,9 190 20,5 405 18,4 290 19,9 258 0,94 0,61 1,30 0,47 1,15 1,02 1,12 0,82

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forte, le mouvement des lames est moindre et la zone compacte est voisine du tube : E plus forts qu' la tarire main et P| identiques.

C'est ce critre de V 0 que l'on pourrait dans une certaine mesure, contrler l'essai :

Lorsque les V 0 sont importants et que la courbe part l inairement de ce point, il est probable que les modules seront exagrs et les pressions limites correctes.

Lorsque les V 0 sont faibles et que la courbe pr-sente au dpart une certaine courbure, il est pro-

bable que les modules seront faibles et les pres-sions limites exagres (fig. 20). Lorsque l'on ralise des essais diffrs dans de tels matriaux, on constate donc soit une augmen-tation du module dans le premier cas (reconstitution du terrain autour de la sonde), soit une diminution due probablement une relaxation des contraintes. Cette diminution est toutefois un fait plus rare et moins sensible que les augmentations. Si on revient au tableau prcdent, on constate que les rsultats au batteur Delmag sont assez loigns de ceux la tarire main et plus proches de ceux enregistrs au tube fendu.

7 0 0

600

5 0 0

2 0 0

100

, 5 1,0 1,5 P r e s s i o n ( e n b a r )

Fig. 20 - Courbes pressiomtriques obtenues pour diverses profondeurs aprs battage sans avant-trou.

2,0

118

VI. REMARQUES

Quelques techniques particulires peuvent tre uti-lises et spcialement celle du ralsage : on fore rapidement en diamtre 44 et on reprend ensuite le forage la tarire main en diamtre 60. Cette mthode donne toute satisfaction dans le cas de sables moyennement compacts compacts.

Il est recommand galement, dans certains cas, d'util iser des tubes tlescopiques : par exemple mches hlicodales creuses, puis forage en 60 travers le train de mche, puis ventuellement en 44 travers le train de tiges de 60. Les carottes obstruant les tubes peuvent tre extraites par uti-lisation de sondeuses lgres type Packsack par exemple (aprs avoir relev lgrement le tube dbourrer).

VII. QUELQUES COURBES CARACTERISTIQUES

Dans un but rcapitulatif, nous avons indiqu la figure 21 quelques courbes caractristiques. Ces courbes ne traduisent que des cas extrmes et on peut rencontrer tous les cas intermdiaires.

Il appartient cependant l'utilisateur du pressio-mtre d'avoir prsents l'esprit ces divers schmas afin de pouvoir dans chaque cas juger de la validit de son essai et de la nature du ph-nomne qu'il a provoqu dans le terrain. Eventuel-lement il sera amen pratiquer dans un mme site plusieurs types d'essais lorsque cela sera possible (avec ou sans tube fendu, en faisant varier le nom-bre ou la dure des paliers...).

( b ) a = C o u r b e n o r m a l e .

b : R e f o u l e m e n t l a t r a l ( m o d u l e s a n s s i g n i f i c a t i o n . P. g n r a l e m e n t c o r r e c t

d a n s l e s a r g i l e s .

c = R e f o u l e m e n t p a r t i e l .

Quelques courbes typiques.

CONCLUSIONS

Nous venons d'examiner quelques problmes poss par l ' influence de la technologie des sondes, de la ralisation du forage et de l'essai sur les valeurs pressiomtriques considres intrinsquement.

Les pourcentages, cits dans cet article, concer-nant l' influence de tel ou tel paramtre sur les caractristiques pressiomtriques, ne peuvent tre pris que comme des ordres de grandeur. Le but de l'article n'tait pas de rsoudre dfinitivement le problme de la mise en uvre mais simplement de mettre en lumire certains piges en les assor-tissent d'un facteur quantitatif.

La ralisation et l 'exploitation d'un essai pressiom-tr ique est un travail dlicat qui ne peut tre nglig. Ceci ncessite une trs bonne pratique de l'appa-reil, une bonne connaissance des techniques de forage et des sols. L'oprateur ralisant l'essai ne peut donc tre laiss l'abandon sur le chantier. L'Ingnieur responsable de l'tude doit suivre pas pas le droulement des oprations afin ven-tuellement de modifier radicalement le mode opratoire.

Les rgles d'or respecter sont claires : raliser systmatiquement des forages la tarire main. Ne procder d'une autre manire que lors-que cette mthode est devenue inoprante. proscrire absolument les mthodes de forage qui pourraient conduire des rsultats disperss (en particulier l'injection d'eau ou le battage de carot-tiers dans les terrains bouleux). substituer souvent la notion de qualit celle de rentabilit.

Si ces saines prcautions sont prises, l'essai pres-siomtrique sera ralisable dans presque tous les terrains avec une prcision et une fidlit compa-tibles avec les impratifs des constructions cou-rantes. Ralis sans discernement, l'essai pourrait par contre conduire des rsultats aberrants n'al-lant pas toujours dans le sens de la scurit.

Il n'en demeure pas moins que la mise en uvre idale > du pressiomtre reste trouver. Les son-des creuses munies d'un outil foreur avec retour des sdiments par l' intrieur semblent tre le domaine de recherche le plus prometteur.

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