Extrait_penetrometre

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LE PENETROMETRE STATIQUE Essais CPT & CPTU Mesures – Interprétations - Applications

Document rédigé par des ingénieurs géotechniciens de GINGER CEBTP sous la direction de :

Michel KHATIB Comité de relecture :

Claude-Jacques ANGLADA - Christophe KOPIBIDA - Dominique STOLTZ

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SOMMAIRE

SOMMAIRE CHAPITRE I : INTRODUCTION I.1.

Principe

I.2.

Historique

I.3.

Normalisation

I.4.

Avantages/inconvénients CPT/CPTU

I.5.

Domaines d’application

CHAPITRE II : PRESENTATION DU CPT / CPTU II.1.

Généralités

II.2. Les différents cônes CPT II.2.1. Les cônes CPTU (Ø 35.7 mm) II.2.2. Autres cônes II.3.

Les porteurs

II.4.

Mode opératoire

CHAPITRE III : INTERPRETATION DES DONNEES III.1.

Données du CPT et CPTU

III.2.

Comprendre les mesures

III.3.

Interprétation pour la stratigraphie

III.3.1. Méthode simplifiée III.3.2. Méthode de Robertson III.3.3. Exemple de résultats CPT interprétés avec la méthode de Robertson

CHAPITRE IV : FONDATIONS : GÉNÉRALITÉS IV.1.

Résistance de pointe équivalente au pénétromètre statique qce

IV.2.

Hauteur d’encastrement équivalente

IV.3.

Profondeur critique

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7 7 7 8 9 10 11 11 12 13 13 14 14 17 17 17 21 21 21 23 27 27 29 29

-3-

SOMMAIRE

CHAPITRE V : FONDATIONS SUPERFICIELLES V.1.

Introduction

V.2.

Calcul de la capacité portante selon le DTU 13.12

V.3.

Calcul de la capacité portante selon le Fascicule 62

V.4.

Estimation des tassements

V.4.1. Méthode Anglo-Saxonne V.5.

Exemples

V.5.1. Fondation superficielle dans bicouche V.5.2. Fondation superficielle avec couche molle

29 31 31 32 34 34 37 37 39

43 43 VI.1. Introduction 44 VI.2. Calcul de la capacité portante selon le DTU 13.2 44 VI.2.1. Relation entre charge limite de pointe Qpu et résistance de pointe qc VI.2.2. Relation entre charge limite en frottement latéral Qsu et résistance de pointe qc 46 47 VI.2.3. Charges limites en compression Qu et en traction Qtu VI.2.4. États ultimes de mobilisation globale du sol 47 VI.2.4.1.L’effet de groupe 47 47 VI.2.4.2.Coefficient d’efficacité Ce 49 VI.3. Calcul de la capacité portante selon le Fascicule 62 VI.3.1. Relation entre charge limite de pointe Qpu et résistance de pointe équivalente qce 49 VI.3.2. Relation entre charge limite en frottement latéral Qsu et résistance de pointe qce 50 52 VI.3.3. Charges de fluage en compression Qc et en traction Qtc VI.3.4. Etats limites de mobilisation locale du sol 52

CHAPITRE VI : FONDATIONS PROFONDES

CHAPITRE VII :ESSAIS DE DISSIPATION DE PRESSION INTERSTITIELLE VII.1. Introduction VII.2. Caractérisation de la nappe VII.3 Type et caractère dilatant ou contractant du sol à partir de U2 et de t50 VII.4 VII.5

Détermination du type de sol et de la perméabilité de t50 Exemples

CHAPITRE VIII : LIQUÉFACTION

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54 54 54 54 55 56 61

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SOMMAIRE

CHAPITRE IX : PARAMÈTRES GÉOTECHNIQUES - CORRÉLATIONS IX.1.

Sol cohérent (Argile) :

IX.1.1. Cohésion non drainée Cu : IX.1.2. Déformabilité (sol cohérent): IX.1.3. Détermination du rapport OCR IX.1.3.1. IX.1.3.2.

Pour les sols surconsolidés Pour des sols cimentés

IX.1.4. Détermination du coefficient Ko IX.2.

Sol pulvérulent (sables, graves) :

IX.2.1. Eurocode 7 : Définition de φ‘ et E’ à partir de qc IX.2.2. Densité relative Dr à partir de l'abaque de Baldi et al IX.2.3. Détermination de l’angle de frottement à partir de v’ (kPa), Dr (%) et de qc (MPa) IX.2.3.1. Abaque de Robertson et Campanella IX.2.3.2. IX.3.

Abaque de schmertmann (1978)

Corrélations

IX.3.1. Relation entre essai de pénétration statique et pressiomètre IX.3.1.1. Milieux purement cohérents IX.3.1.2.

Dans les sols pulvérulents

IX.3.2. Autres types de corrélations IX.3.3. Relation entre qc et compressibilité (d’après Sanglerat)

63 63 63 64 65 65 66 66 67 67 68 69 69 69 71 71 71 71 72 71

CHAPITRE X : FICHES PRATIQUES CPT / CTPU

75

BIBLIOGRAPHIE

81

ANNEXE : NORME NF P 94-119, ANNEXE E : DÉTERMINATION DU FACTEUR DE FORME (1-a)

83

Table des illustrations

85

Table des abaques

85

Table des tableaux

86

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PRESENTATION DU CPT & CPTU

Chapitre II : PRESENTATION DU CPT & CPTU II.1. Généralités L’essai au pénétromètre statique consiste à foncer verticalement dans le terrain, à vitesse lente et constante de 2cm/s, un train de tiges/tubes terminé à sa base par une pointe conique généralement de même diamètre que les tubes, permettant de mesurer la résistance des sols traversés.

Figure 3 : Schéma du CPT et de sa pointe mécanique statique GOUDA

Certains CPT sont en outre équipés d’un manchon de frottement. Le piézocône (CPTU) est un CPT dont la pointe est équipée d’un filtre permettant la mesure de la pression interstitielle dans le sol.

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PRESENTATION DU CPT & CPTU

Figure 4 : Schéma de principe et photographie d'un piézocône (Doc. GEOMIL)

II.2. Les différents cônes CPT La photo ci-dessous montre quelques modèles de pointes. Plusieurs sections sont possibles comportant une partie conique surmontée d’une partie cylindrique. Il y a plusieurs diamètres de cône : 15 mm, 35,7 mm, 55 mm, … mais seul le cône de Ø 35.7 mm (section droite de 10 cm²) est normalisé (cône Gouda).

Figure 5 : Photographie de cônes CPT (Doc. GEOMIL)

Il existe 3 types de pointes en fonction de leur géométrie :  Les pointes à cône simple (type M4 selon la norme NF EN ISO 22476-12) ;  Les pointes à cône à manchon (type M1) à ne pas confondre avec le manchon de frottement ;  Les pointes à cône à manchon et manchon de frottement (type M2).

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PRESENTATION DU CPT & CPTU

En ce qui concerne la pointe Andina, le diamètre est de 80 mm (section droite de 50 cm²) avec un angle au sommet de 90° (60° pour la pointe normalisée). Elle permet de mesurer le terme de pointe usuel mais aussi l’effort total et le frottement latéral sur un manchon situé au dessus de la pointe. Lors de la rencontre de terrains compacts, une goupille se rompt libérant une pointe intérieure de diamètre 39 mm (section droite de 12 cm²) qui, ainsi télescopée, permet de poursuivre l’essai. Le terme de pointe est alors obtenu par différence entre l’effort d’enfoncement et d’arrachement puisque le frottement latéral ne peut plus être mesuré. II.2.1. Les cônes CPTU (Ø 35.7 mm) Il existe deux types de pointes piézocône qui dépendent de la position du filtre. Si le filtre est sur la pointe du cône la position est dite u1. Si le filtre se trouve juste derrière la pointe du cône la position est dite u2 (la plus commune).

Figure 6 : Schéma des deux types de cônes CPTU et principe de l'extrémité d'une pointe

II.2.2. Autres cônes  Le cône de conductivité : mesure de la conductivité (résistivité) électrique des sols, c’est une donnée utile en reconnaissance environnementale.  Le cône thermique : mesure de la température dans le sol.  Le cône sismique (SCPT) : mesure de la vitesse des ondes de cisaillement Vs, il donne accès au module dynamique Gmax, il existe en version triaxial permettant de mesurer les ondes de compression Vp.  Le pressiocône : combinaison des avantages du CPT et d’un pressiomètre (différent de la norme française).  Le cône fluorescent : détermination de la présence et de la concentration d’hydrocarbures dans les sols.

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INTERPRETATION DES DONNEES

Chapitre III : INTERPRETATION DES DONNEES III.1. Données du CPT et CPTU Les paramètres mesurés par les CPT sont :  La profondeur z en m,  L’effort total de pénétration noté Qt en kN,  L’effort s’exerçant sur la pointe ou sur le cône Qc en kN,  L’effort du frottement latéral sur le manchon Fs (noté également Qs dans la norme NF P94-113) en kN,  La pression interstitielle u en kPa (paramètre spécifique au CPTU). Ce paramètre u est mesuré en cours de fonçage ou lors d’un essai de dissipation (u en fonction du temps),  L’inclinaison de la pointe (< 15%).

III.2. Comprendre les mesures Les paramètres déduits des mesures par les CPT sont : -

l’effort de frottement latéral total Qst en kN qui est égal à la différence entre l’effort total de pénétration Qt et l’effort de pointe Qc, soit :

Qst  Qt  Qc -

la résistance de pointe statique qc en kPa qui est égale au rapport entre l’effort de pointe Qc et la section droite Ac de la base du cône, soit :

qc 

-

Qc Ac

le frottement latéral unitaire fs en kPa qui est égal au rapport entre l’effort du frottement latéral sur le manchon Fs et la surface latérale du manchon As, soit :

fs 

Fs As

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INTERPRETATION DES DONNEES

-

le rapport de frottement Rf en % qui est égal au rapport entre le frottement latéral unitaire fs et la résistance de pointe statique qc, soit :

Rf 

fs qc

qc (MPa)

(m ètres)

0

2

4

6

8

10

12

fs(MPa) 0.0

14

0.2

0.4

Rf %

0.6

0

0

0

0

1

1

1

2

2

2

3

3

3

4

4

4

5

5

5

6

6

6

7

7

7

8

8

8

9

9

9

10

10

10

11

11

11

12

12

12

13

13

13

14

14

14

15

15

15

2

4

6

8

10

Figure 9 : Exemple de pénétrogramme

Les paramètres déduits des mesures spécifiques au CPTU sont : -

l’effort Qu en kN exercé sur la partie supérieure du cône par la pression interstitielle générée par le fonçage qui est égal au produit de la pression interstitielle u et de la différence entre la section du cône Ac et la section de la zone de mesure de la pression interstitielle Au, soit :

Qu  u  Ac  Au  -

l’effort total sur le cône QT en kN (à ne pas confondre avec l’effort total de pénétration Qt défini ci-avant) qui est égal à la somme de l’effort de pointe Qc et de l’effort exercé par la pression interstitielle Qu, soit :

QT  Qc  Qu

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INTERPRETATION DES DONNEES

-

la résistance de pointe totale à la base du cône qT en kPa qui est égale au rapport entre l’effort total sur le cône QT et la section du cône Ac, soit :

qT 

QT  q c  1  a u Ac

Le paramètre a est soit déterminé lors d’un étalonnage en laboratoire (pour les sols argileux avec qc < 1 MPa - cf. annexe E norme NF P94-119 en annexe), soit pris conventionnellement comme le rapport Au/Ac.

-

le coefficient de pression interstitielle Bq qui est le rapport de la différence entre la pression interstitielle u et la pression hydrostatique initiale u0, et la différence entre la résistance de pointe totale à la base du cône qT et la contrainte verticale totale initiale v0, soit :

Bq 

-

u  u0 qT   v 0

le temps t50 est la durée nécessaire à la dissipation de la moitié de la pression interstitielle (uh - u0) avec uh la pression interstitielle lors de l’arrêt du fonçage, soit :

ut 50   u 0  0.5u h  u 0   ut 50   0.5u h  u 0 

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