TP Terrain MXG4 2016-17 en Ligne
TP Terrain MXG4 2016-17 en Ligne
TP Terrain MXG4 2016-17 en Ligne
I. Introduction
Les caractéristiques d'un sol sont définies à partir d'essais in situ ou d'essais au laboratoire.
Ces derniers devant être réalisés, si possible, à partir d'échantillons de sol non remaniés.
Ce TP Terrain, introductif aux modules de géotechnique MXG4 et MXG5, a pour but
d'établir une reconnaissance du sol à partir d'essais au pénétromètre dynamique, au pressiomètre, et
d'un profil établi à la tarrière à main.
Une synthèse de l'ensemble des résultats recueillis sur le terrain vous permettra de préciser
la nature du sous sol ainsi que ces caractéristiques pour son utilisation en génie civil, comme sol de
fondation par exemple.
II.A) Questions
1. Tracer schématiquement une coupe du sol rencontré en indiquant, pour chaque couche, la
nature du sol et ses propriétés physiques dont vous avez connaissance. N'oubliez pas de
mentionner la position de la nappe phréatique. Par exemple:
T.N.
0,0
Sol 1, caractéristiques du sol 1 ...
0,6
Sol 2, caractéristiques du sol 2 ...
1,4
Sol 3, caractéristiques du sol 3 ...
1,9
2,2
Sol 4, caractéristiques du sol 4 ...
Profondeur
z (m)
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III. Essai pressiométrique
L'appareil pressiométrique fut mis au point en 1930 par Koegler et Scheidig mais son
développement est dû à un ingénieur français, Ménard, à partir de 1957. C'est un des essais in situ
les plus couramment utilisés en France pour les dimensionnement des fondations (il est
reconnu par l’Eurocode 7 Géotechnique). Le pressiomètre est assez polyvalent, il permet d'estimer
la résistance de sols argileux jusqu'aux sols graveleux. C’est un essai in situ avec ses qualités (sol
non prélevé, conditions de nappe naturelle…) et ses défauts (précision moyenne, champ de
contraintes imparfaitement défini …).
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• Ensemble Contrôleur Pression-Volume
(CPV)
• Tubulures
Elles assurent les connections entre le CPV et les cellules de la sonde. L'une sert au passage de
l’eau, l'autre sert au passage du gaz.
Cette courbe brute doit être corrigée en prenant en compte la résistance propre de la sonde, et la
pression hydrostatique dans les tubulures.
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• Résistance propre de la sonde: la sonde est constituée d'une membrane élastique reprenant
une certaine part de la pression d'eau qui n'est pas transmise au sol. La perte de pression due
à la membrane dépend du volume d'eau V injecté. Elle est déterminée lors d'un essai
d'étalonnage à vide qui permet de tracer la courbe V = f(pe) représentant la résistance propre
de la sonde.
• Pression hydrostatique: la sonde se situe en générale à une altitude plus basse que le
manomètre indiquant la pression d'eau pr. Entre les deux il y a dans les tubulures une
colonne d'eau créant une pression hydrostatique ph à prendre en compte pour connaître la
pression réelle régnant dans la cellule.
avec :
pA, VA : pression et volume correspondant au début de la phase pseudo-élastique
pB, VB : pression et volume correspondant à la fin de la plage pseudo-élastique
V AV B
VM : volume de référence de Ménard, V M =V S où VS est volume de la cellule
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centrale (550 cm3)
: coefficient de Poisson du sol (par défaut = 0,33)
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Calcul de la pression limite pl (à partir de la phase de grande déformation)
• La pression limite pl est par convention la pression qui entraîne le doublement du volume de
la cavité initiale :
- le volume de la sonde est initialement VS = 550 cm3 (sans que l'on ait injecté d'eau),
- le volume de la cavité est localement estimé à VS+VA (plaquage de la membrane sur
les parois du forage)
- le volume limite de la cavité est donc 2.(VS+VA) (doublement de son volume)
- donc la pression limite pl est la pression correspondant à un volume d'eau injecté:
• Pression limite nette pl* : Pour le dimensionnement des fondations on utilise la pression
limite nette pl* qui correspond à pl corrigée de la contrainte horizontale dans les sols (qui
augmente avec la profondeur):
pl* = pl – sh0
où sh0 est la contrainte horizontale totale à la profondeur de l'essai, donnée par la relation:
sh0 = K0 .(sv0 – u) + u
avec:
K0 : coefficient de pression des terres au repos (il permet d'estimer la contrainte
horizontale à partir de la contrainte verticale; par défaut K0 = 0,5),
sv0 : contrainte totale verticale à la profondeur de l'essai (par défaut on peut prendre
sv0 = g z avec g = 18 kN/m3 une approximation du poids volumique du sol en
place, et z la profondeur à laquelle se trouve le centre de la sonde),
u : pression interstitielle (due à la nappe) à la profondeur de l'essai (si absence de
nappe u = 0).
1. Faire une représentation schématique de la sonde en place dans le sol et du CPV, faire
figurer les pressions:
▪ pr la pression d’eau lue au CPV
▪ ph la pression hydrostatique due à l’eau dans la tubulure
▪ pg la pression de gaz appliquée par le CPV
▪ ps la pression dans la cellule de mesure
▪ pe la perte de pression due à la membrane de mesure
▪ p la pression appliquée au sol au niveau de la cellule de mesure
Donner les relations existantes entre pr, ph, ps, pe et p.
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2. Tracer sur le même graphique:
▪ la courbe pression-volume V = f(pe) de l’essai d’étalonnage à vide,
▪ la courbe pressiométrique brute V = f(pr) correspondant à l'essai dans le sol.
6. Discuter des valeurs de pl* et EM et de leur rapport (en comparant avec la nature du sol
identifiée lors du forage à la tarière à main)
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IV. Essai au pénétromètre dynamique léger
On relie ensuite Rd à la contrainte admissible dans un sol donné (calcul de fondations) à l'aide de
formules empiriques. Ces formules ne donnent qu'un ordre de grandeur dans le cas d'un
pénétromètre rudimentaire comme celui utilisé dans ce T.P.
IV.B) MANIPULATION
Pointe
• Réalisation de la manipulation
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IV.C) EXPLOITATION DES RESULTATS
La pointe, de forme conique et de section S, vissée à l'extrémité d'un train de tiges est enfoncée dans
le sol par battage. Un mouton de poids M tombant en chute libre d'une hauteur h agit sur une
enclume solidaire du train tiges.
On mesure le nombre de coups N nécessaires à l'enfoncement de la pointe sur une longueur
e = 10 cm.
Il est alors possible d'en déduire la résistance au poinçonnement dynamique Rd à partir de la formule
de battage dite des Hollandais:
M 2. h . N
Rd = (kPa)
S . e .(P+ M )
avec :
- M = poids du mouton (kN)
- P = poids mort battu (kN)
- h = hauteur de chute du mouton (m)
- S = section de la pointe (m2)
- e = enfoncement de la pointe (soit e = 0,10 m, N variant pour chacune des valeurs).
IV.D) QUESTIONS
1. Tracer sur un diagramme l'évolution du nombre de coups N en fonction de la profondeur.
2. Calculer la résistance dynamique Rd à l'aide du tableau sur la page suivante et tracer sur un
diagramme l'évolution de Rd en fonction de la profondeur.
3. Comparer le diagramme obtenu avec la coupe de terrain identifiée avec la tarière à main, et
les résultats obtenus à l'essai pressiométrique.
4. Conclure sur l'homogénéité du sous-sol et sur son utilisation comme sol de fondation.
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ESSAI DE PENETRATION DYNAMIQUE
Pénétromètre APAGEO
Groupe : Date :
Noms :
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V. Essai de perméabilité au perméamètre de Guelph
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Mesures à h2 = 10 cm (avec un pas de temps Dt = 3 min, à adapter)
t (min)
Hauteur d'eau dans le
réservoir hR (cm)
Incrément DhR (cm)
entre 2 mesures
Taux de chute
R2 = DhR / Dt (cm/min)
V.D) QUESTIONS
1. Indiquer si 1 seul ou 2 réservoirs on été utilisés pour les essais.
2. Identifier les mesures à utiliser pour déterminer les taux de chute moyens R1moy et R2moy , et
les calculer.
3. Déterminer la perméabilité k du sol et discuter de la valeur obtenue en fonction de la nature
du sol identifiée et des valeurs types données dans le tableau ci-dessous.
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ANNEXES
DETAIL DES MANIPULATIONS DU PRESSIOMETRE
Le détendeur (ou mano-détendeur) qui permet de régler la pression d'eau n’est pas un robinet. Plus on visse,
plus la pression (et non le débit) d'eau imposée est forte. Cependant si on dévisse le détendeur, la pression
ne chute pas car le circuit reste en pression. Il faut alors faire une purge.
Pour vous familiariser avec l’opération fréquente de purge (remise à zéro normale et en cas de problème),
mettre dans un premier temps les circuits du CPV sous pression. Pour cela:
1. S’assurer que la bouteille d'azote est reliée au CPV, la sonde n’est pas reliée au CPV pour l’instant.
2. Ouvrir le robinet de la bouteille d’azote (1/4 de tour suffit), visser le détendeur de la bouteille jusqu’à
une pression de 3 b à la bouteille (maximum pour cet essai).
3. Visser doucement le détendeur principal pour augmenter la pression du circuit de mesure jusqu’à
environ 1 b.
L'opération de purge à proprement parlé consiste à:
1. Dévisser le détendeur principal jusqu'à ce qu'il tourne librement (NE PAS FORCER), constatez que
la pression dans le CPV ne chute pas.
2. Mettre d’abord à la pression atmosphérique (doucement) les cellules de garde (air).
3. Mettre ensuite à la pression atmosphérique (doucement) la cellule de mesure (eau).
4. ATTENDRE que le niveau dans le réservoir revienne à 0 (cela peut prendre. plusieurs minutes).
La pression d'azote dans les cellules de garde doit être légèrement inférieure à la pression d'eau dans la
cellule centrale. Nous prendrons ici par simplification une différence de pression de 1 bar.
Cette différence de pression se règle à l'aide du clapet différentiel: lorsqu'il est entièrement vissé la pression
dans les cellules de garde est nulle; lorsqu'il est entièrement dévissé la pression dans les cellule de garde est
égale à la pression dans la cellule centrale.
1. S'ASSURER que le CPV (circuits d'eau et d'air) n'est pas sous pression, sinon effectuer une
opération de purge.
2. S’assurer que le clapet différentiel est vissé (SANS FORCER)
3. Visser doucement le détendeur principal pour augmenter la pression du circuit de mesure jusqu’à
environ 2 b.
4. En dévissant doucement (de plusieurs tours) le clapet différentiel, imposer une différence de pression
de 1 b entre le circuit des cellules de garde et celui de la cellule de mesure.
5. Faire une opération de purge.
Ne plus intervenir sur le clapet différentiel pendant la suite du TP pour conserver à tout moment une
différence de pression de 1 b.
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Essai d'étalonnage à vide (mesure de la résistance propre de la sonde)
La sonde est placée à l’horizontale au sol à proximité du CPV, à l'air libre. Elle est gonflée, dans les mêmes
conditions que celles de l'essai, par paliers de pressions.
Injecter au maximum un volume d'eau de 600 cm 3.
1. S'ASSURER que le CPV (circuits d'eau et d'air) n'est pas sous pression, sinon effectuer une
opération de purge.
2. S' ASSURER que le détendeur de la bouteille est réglé à une pression de 3 b.
3. Augmenter la pression d'eau (avec le détendeur principal) par palier de 0,25 b. A chaque palier,
relever après 60 secondes les valeurs V et pr (Observer les déformations de la sonde (cellules de
garde et cellule centrale).
4. Stopper l'opération lorsque le volume d'eau atteint 600 cm 3. En cas de dépassement important de
cette valeur effectuer immédiatement une opération de purge.
5. Effectuer une opération de purge.
Forage
1. Forer le trou à la tarière à main.
▪ ne pas bouger la tarière latéralement car le trou serait déformé et les valeurs
pressiométriques faussées.
▪ déposer le sol extrait dans le seau.
2. Dévisser le manche de la tarière et le visser sur la sonde pressiométrique.
3. Introduire la sonde dans le forage SANS FORCER et SANS TOURNER
▪ si la sonde coince dans le trou, enlever la sonde et repasser la tarière en la tournant bien.
Réalisation de l'essai
1. Régler le détendeur de la bouteille à une pression de 10 b.
2. Augmenter la pression d'eau (avec le détendeur principal) par palier de 0,5 b. A chaque palier,
relever après 60 secondes les valeurs V et pr .
3. Stopper l'opération lorsque le volume d'eau atteint 600 cm 3. En cas de dépassement important de
cette valeur effectuer immédiatement une opération de purge.
4. Effectuer une opération de purge et ATTENDRE plusieurs minutes que le volume d'eau injecté
revienne à une valeur nulle.
Repli du matériel
1. S'ASSURER que le CPV (circuits d'eau et d'air) n'est pas sous pression, sinon effectuer une
opération de purge.
2. FERMER le robinet de la bouteille d’azote.
3. Retirer la sonde du forage et REBOUCHER ce dernier avec le sol contenu dans le seau.
4. Nettoyer si nécessaire le matériel en amenant de l'eau dans le seau.
5. Ramener l'ensemble du matériel à l’intérieur du laboratoire.
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