FR2481453A1

FR2481453A1 - Procede de determination des caracteristiques de deformabilite des materiaux de construction et des sols

Info

Publication number: FR2481453A1
Application number: FR8009445A
Authority: FR
Inventors: Viktor Nikolaevich Morozov; Ilya Aronovich Gimpelson; Vladislav Mikhailovi Bogomolov
Original assignee: SEV I STROITE
Current assignee: SEV I STROITE
Priority date: 1980-04-25
Filing date: 1980-04-25
Publication date: 1981-10-30
Also published as: FR2481453B1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LE GENIE CIVIL. LE PROCEDE, OBJET DE L'INVENTION, EST DU TYPE DANS LEQUEL ON DISPOSE SUR LE MATERIAU A ESSAYER UN POINCON AUQUEL ON APPLIQUE UNE CHARGE QUI PROVOQUE SON DEPLACEMENT PAR SUITE DE LA DEFORMATION DU MATERIAU A ESSAYER, ET EST CARACTERISE EN CE QUE LE POINCON,D'UN DIAMETRE PREDETERMINE, EST SOUMIS A L'ACTION D'UNE CHARGE CROISSANTE JUSQU'A CE QUE SON DEPLACEMENT ATTEIGNE UNE VALEUR DE 0,03 A 10 FOIS SON DIAMETRE, PUIS ON DIMINUE PROGRESSIVEMENT LA CHARGE APPLIQUEE AU POINCON ET ON MESURE LES DEPLACEMENTS ELASTIQUES DU POINCON. L'INVENTION PEUT ETRE UTILISEE NOTAMMENT DANS LES TRAVAUX DE RECONNAISSANCE EN VUE DE LA CONSTRUCTION DE DIVERS OUVRAGES DE GENIE CIVIL: IMMEUBLES ET OUVRAGES INDUSTRIELS, PONTS, ETC.

Description

La présente invention concerne le domaine du génie civil et a notamment pour objet un procédé de détermination des caractéristiques de déformabilité des matériaux de construction et des sols.

L'invention peut être utilisée en géologie appliqué@ pour les travaux de reconnaissance en vue de la construction de divers ouvrages de génie civil : immeubles et ouvrages industriels, ponts, tunnels et métropolitains, aérodromes et routes; pour l'étude des propriétés des pierres et autres matériaux similaires; pour le contrôle de la propriété des matériaux; dans les éléments finis, les structures, les échantillons, pour le contrôle de la
compacité des remblais et des barrages.

On connaît un procédé de détermination des caractéristiques de déformabilité par application d'une charge uniaxiale sur un échantillon et par mesure de ses déformations. La charge est appliquée sur les faces en bout de l'échantillon soigneusement préparé. Au cours de l'essai on mesure la déformation de l'échantillon et on enregistre la charge correspondante. D'après les résultats des essais on détermine les caractéristiques de déformabilité : le module de déformation et le module d'élasticité.

Le procédé connu ne permet pas de déterminer les caractéristiques de déformabilité du matériau dans un@ structure, dans un ouvrage. Dans certains cas, il entache les résultats d'erreurs, par exemple, lors des essais du béton, par suite de la concerdance insiffisante des prepriétés du béton dans les échantillons et dans les ouvrages réels. Les conditions de mise en place, de tassement et de durcissement du béton dans les échantillons et dans les ouvrages sont toujours différentes.

Un procédé proche de celui venant d'être décrit est le procédé d'étude des propriétés de déformation des sols par compression en laboratoire. L'échantillon de sol, extrait d'un puits ou d'un forage, est placé dans un appareil de compression et soumis à l'action d'une charge,
D'après la valeur de la charge et le changement de la hauteur de l'échantillon, on juge de la déformabilité du sol essayé.

Au cours du transport de l'dchantillon, de son stockage et de sa mise en place dans l'appareil, les propriétés du sol peuvent changer,- ce qui baisse la valeur pratique du procédé connu. De plus, les sols ne se prêtent pas tous à l'extraction sous la forme d'échantillons conservant leurs propriétés naturelles , et certains sont même tout à fait impossibles à extraire.

C)est pourquoi, dans la pratique des travaux de reconnaissance de géologie appliquée, on recourt & la méthode d'essai des sols en place, dite méthode pressiométrique. On introduit dans un forage une vessie facilement déformable dans la direction horizontale. Connaissant les valeurs de l'augmentation de volume de la vessie et les valeurs des pressions qui l'ont provoquée, on détermine la déformabilité du sol dans la direction horizontale. La méthode est applicable aux sols isotropes, assurant, en outre, la tenue stable de la paroi non revêtue du forage.

Dans la pratique, les sols le plus fréquemment rencontrés sont anisotropes : leurs propriétés dans la direction vertIcale et dans la direction horizontale sont différentes.

Pour les sols anisotropes, la méthode pressflomdtrlque conduit, dans certains cas, à des erreurs notables.

La solution la plus proche de la présente invention est l'essai du sol en place, dans ces conditions de gisement naturel, dans un puits ou dans un forage, avec utilisation de poinçons (cf. Trofimenkov Ju. G., Vorobkov L.N.

"Méthodes pour l'étude en campagne des propriétés des sols concernant le génie civil", "StroJizdatn, Moscou, 1974 p.57).

Le procédé comprend la préparation de l'emplacement des essais par exécution d'un puits ou d'un forage, le nettoyage de la surface de contact, la mise en place du poinçon, 5'application d'une charge croissante au poinçon, la mesure du déplacement du poinçon et le calcul du module de déformation pour la portion rectiligne de la courbe de l'enfoncement du poinçon en fonction de la charge.

Le diamètre du poinçon d'essai utilisé dans la pratique actuelle de la reconnaissance des sols oscille entre 300 mm(dans les forages) et 800 mm(dans les puits).

Les résultats des essais sont notablement influencés par les conditions initiales, à savoir : le contact initial insiffisamment intime entre le sol et la semelle du poinçon, ainsi que le dérangement de la structure et la décontrainte du sol dans un certain volume, observés dans les ferages.

Le procédé est lourd de main-d'oeuvre, l'exécution d'un seul essai demande beaucoup de temps, aussi est-il utilisé de préférence dans les travaux de reconnaissance en uve de la construction d'ouvrages exceptionnels.

Le problème de l'obtention d'une information d'étendue voulue sur la déformabilité des matériaux et des sols est d'une grande actualité. Parmi toute la série de problèmes pratiques pouvant être résolus quand en disp@se d'une telle information, on peut citer, par exemple, le problème de l'abaissement du prix d'un ouvrage sans abaissement de sa fiabilité en exploitation.

L'analyse du comportement conjugué des structures à la surface du sol, des fondations et du sol de fondation permet à l'ingénieur d'obtenir une solution optimale.

Quand on dispose d'une information suffisante, l'influence des tassements irréguliers du sol de fendation peut être réduite à un minimum, ce qui permet de relâcher les prescriptions concernant les structures de pr@tection, d'assurer le pouvoir isolant thermique et phonique voulu de l'ouvrage et d'abaisser le niveau des états de contrainte dans les structures porteuses hyperstatiques.

Une information fiable sur les propriétés de déformation des sols de fondation des ouvrages permet, dans la majorité des cas, d'accroître les charges appliquées au sol de fondation des ouvrages en cours d'exploitation.

On s'est proposé d'élaborer un procédé de détermina- tion des caractéristiques de déformabilité des matériaux de construction et des sols avec emploi d'un poinçon, qui, gracie à l'utilisation de la portion de la courbe de déplacement du poinçon en fonction de la charge qui lui est appliquée, qui n'est pratiquement pas influencée par les conditions de contact et les conditions limites de l'essai, permettrait d'accrottre la cadence des essais au poinçon, la précision et l'étendue de l'information sur les caractéristiques de déformabilité du matériau utilises dans la pratique des travaux de reconnaissance des sols.

La solution consiste en un procédé de détermination des caractéristiques de déformabilité des matériaux de construction et des sols, suivant lequel on dispose sur le matériau à essayer un poinçon auquel on applique une charge qui provoque son déplacement a la suite de la déformation du matériau 9 essayer, on mesure le déplacement du poinçon et on part de ce déplacement, pour calculer le nodule de déformation du matériau, procédé dans lequel, d'après l'invention on soumet le poinçon, de diamètre pré- déterminé, à l'action d'une charge croissante jusqu'à ce que son déplacement atteigne une valeur égale à 0,03-10 fois son diamètre, puis on diminue progressivement la charge appliquée sur le peinçon et on mesure les déplacements élastiques du poinçon.

Pour l'essai d'un matériau de construction au poinçon, il est avantageux d'appliquer la charge sur le poinçon jusqu'à ce que son déplacement atteigne une valeur égale à 0,03-0,3 fois son diamètre.

Pour l'essai d'une couche homogène dans le demiespace du sol, la charge est appliquée sur le poinçon jusqu'à ce que son déplacement atteigne une valeur égale & 0,05-1,0 fois son diamètre.

Pour l'essai d'une couche verticalement hétérogène dans le demi-espace du sol, le plus avantageux est d'exercer la charge sur le poinçon jusqu'à ce que son déplacement atteigne une valeur égale à 0,2-1,0 fois son diamètre, puis de déplacer le poinçon à une vitesse de 0,001 à 1,0 m/s avec enregistrement continu de la résistance de la couche dans un intervalle de 1 à 10 fois son diamètre, et ensuite de supprimer la charge sur le poinçon et de mesurer ses déplacements élastiques.

Pour les essais au poinçon de couches homogènes et hétérogènes dans le demi-espace du sol, le diamètre du poinçon est choisi à l'aide de la formule :

d étant le diamètre du poinçon; k, un coefficient constant; d1, le diamètre moyen pondéré des particules du sol, étant
entendu que d1 # 0,02 m.

Pour la détermination des caractéristiques de déformabilité des milieux sableux, à bon @rainage, on fait déplacer le poinçon à une vitesse de 0,01 à 5 m/s sur une distance égale à 0,2-10 fois son diamètre.

Pour l'essai d'échantillons de matériaux et d'éléments de structures de petites dimensions transversales, on effectue un déplacement du poinçon d'une valeur de 0,03 à 1,0 fois son diamètre, avec limitation du développement de la zone de déformation active à une valeur se situant dans les limites suivantes :
0,15L # D # 1,0L ,
L étant la plus petite dimension de l'échantillon ou
l'épaisseur de l'élément de structure;
D, la plus grande dimension de la zone de déformation
active.

L'application de l'invention rend possible la suppression de l'influence de tassemenst irréguliers notables des sols de fondation sur l'état de contrainte des structures souterraines et de surface. L'abaissement du niveau de l'état de déformation sous contrainte dû à des tassements irréguliers permet d'utiliser des structures plus legères. L'obtention d'une information suffisamment étendue sur les propriétés de féformation du sol et des matériaux de construction ouvre des possibilités pour une étude plus rationnelle des fondations, avec abaissement de leur colt, de pair avec un accroissement de la fiabilité des structures protectrices et porteuses. Les délais et le cotit des travaux de reconnaissance du sol sont notablement réduits comparativement au procédé traditionnel de détermination du module de déformation des sols en campagne.

Le processus de détermination des caractéristiques de déformabilité des matériaux se trouve simplifié, tant sur échantillons que dans les structures.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux 9 la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références au dessin unique non limitatif annexé dans lequel
- la figure 1 représente la courbe de déplacement du poinçon en fonction de la charge, d'après l'invention;
- la figure 2 représente la courbe de déplacement du poinçon en fonction de la charge en rSgime d'essai et la courbe de la résistance du milieu en fonction de la profondeur , d'après l'invention.

Pour mettre en oeuvre le procédé, on prépare d'abord l'emplacement de l'essai. Quand l'essai porte sur des éléments de structures, des échantillons de matériaux ou de sols, la préparation de l'emplacement de l'essai consiste à choisir l'emplacement de l'essai et a nettoyer soigneusement,de diverses façons, la surface qui sera contactée par le poinçon.

Quand il s'agit d'essayer un matériau, par exemple un béton, un sol, à une certaine profondeur, on exécute un forage, puis on prépare le front de taille du forage à essai.

L'essai consiste à appliquer une charge sur le matériau constituant le milieu, par exemple le demi-espace, l'élément, la structure, l'échantillon, et & obtenir la courbe de déplacement S (figure 1) du poinçon en fonction de la charge P. Pour le traitement des donn6es on utilise sur la courbe de déplacement s du poinçon en fonction de la charge P la portion A limitée par les coordonnées S1 et Smax, où Smin est la valeur minimale du déplacement du poinçon utilisée pour déterminer les caractéristiques de déformabilité, et Smax, la valeur maximale du déplacement du poinçon lors de l'essai.

Tout point de cette courbe peut être utilisé pour déterminer les caractéristiques de déformabilité, c'està-dire le module de déformation d'après la branche 1 de chargement du poinçon, et le module d'élasticité d'après la branche 2 de déchargement du poinçon.

La précision de détermination des caractéristiques de déformabilité croît avec l'augmentation du niveau de la contrainte du milieu engendrée par le poinçon chargé.

La valeur du déplacement S du poinçon pouvant être prise en considération pour le traitement des résultats des essais est prédéterminée par la qualité de la préparation de la surface, par le genre de matériau ou de sol, par son état, et elle peut osciller dans une plage étendue, à savoir :
0,03d # S # 0,3d en cas d@ssai de matériaux de construction dans les structures, les échantillons; 0,05d # S # 1,0d en cas d'essai de couches homogènes dans le demi-espace du sol;
0,2d # S # 1,0d en cas d'essai de couches hétérogènes dans le demi-espace du sol; d étant le diamètre du poinçon d'essai.

Les valeurs venant d'être indiquées ont été déterminées d'après les résultats de recherches expérimentales.

On a aussi établi d'après des expériences le diamètre du poinçon pour les essais de couches du sol homogènes et hétérogènes Ce diamètre se détermine a l'aide de la formule

d étant le diamètre du poinçon, d1 , le diamètre moyen pondéré des particules du sol; k , un coefficient constant.

Pour établir la loi de variation du module de déformation d'une couche hétérogène suivant la profondeur dans le demi-espace du sol, on achève essai du toit de la couche par déplacement du poinçon à une vitesse de 0,001 à 0,1 m/s, avec enregistrement continu de la résistance de la couche, dans 1'intervalle de déplacement 3 (figure 2), égal à 1-10 fois le diamètre du poinçon.

La limitation du déplacement S du poinçon à 1-10 fois son diamètre s'explique par le fait que pour de telles valeurs de l'enfoncement du poinçon la paroi du trou formé par le poinçon reste stable.

En cas d'essai de sols sableux, à bonne filtration, la cadence des essais peut être notablement accrue. Le déplacement du poinçon s'effectue à une vitesse de 0,5 à 5,0 i/s, jusqu'à une valeur égale à 0,2-10 fois son diamètre.

Les limites venant d'être indiquées ont été établies d'après les résultats de recherches expérimentales.

En cas d'essai du matériau d'un milieu de dimensions limitées (structure, échantillon), on obtient un déplacement du poinçon de valeur égale à 0,03-1,0 fois son diamètre, avec limitation du développement de la zone D de déforeation active aux valeurs
0,15L * D # 1,OL,
D étant la plus grande dimension de la zone de déformation
active;
L, l'épaisseur de l'élément de structure ou la plus petite
dimension de l'échantillon; 0,15 1, la limite inférieure de développement de la zone
de déformation active (cas d'un essai pour obtenir
des données statiques);; 1,OL, la limite supérieure de développement do la zone
de déformation active Le respect de la limite supérieure as sure la conservation de l'intégrité de la structure, de l'échantillon.

Par zone de déformation active on entend la zone au-delà des limites de laquelle on peut négliger le développement des déformations.

Dans ce qui suit, l'invention est expliquée par des exemples de réalisation concrets mais non limitatifs qui confirment la possibilité de mise en oeuvre du procédé, avec indication des résultats d'essais de matériaux de construction et de sols.

Se rapportant aux matériaux de construction les matériaux naturels et artificiels utilisés dans les structures protectrices et porteuses de divers ouvrages, notamment le béton, la céramique, la brique, le calcaire, le marbre, le plâtre.

Exemple 1
Essai d'un béton dans une structure. Les résultats des essais avec un poinçon de 8 mm de diamètre sont donnés dans le tableau 1.

Tableau i

Charge <SEP> sur <SEP> le <SEP> poinçon, <SEP> Déplacement <SEP> du <SEP> poinçon <SEP> ,
<tb> <SEP> en <SEP> MN/m2 <SEP> en <SEP> mm
<tb> <SEP> 16 <SEP> 0,052
<tb> <SEP> 32 <SEP> 0,080
<tb> <SEP> 64 <SEP> 0,204
<tb> <SEP> 80 <SEP> 0,286
<tb> <SEP> 96 <SEP> 0,388
<tb> <SEP> 112 <SEP> 0,53
<tb> <SEP> 80 <SEP> 0,52
<tb> <SEP> 48 <SEP> 0,49
<tb> <SEP> 16 <SEP> 0,46
<tb> <SEP> 0 <SEP> 0,41
<tb>
Le traitement des résultats des essais permet de déterminer d'après la branche 1 (figure 1) de chargement du poinçon (de 16 à 116 MN/m2) (tableau 1) le module de déformation du béton, et d'après la branche 2 (figure 1) de déchargement du poinçon (de 112 à 0 MN/m2), ) , le module d'élasticité du béton.

Au cours de l'essai, le développement de la zone de déformation était contrôlé par calcul, afin de conserver l'intégrité de la structure.

ExesDle 2
Essai d'une brique avec un poinçon de 3,6 mi de diamètre. Les résultats de 1'essai sont donnés dans le tableau 2.

Tableau 2

<tb> Charge <SEP> sur <SEP> le <SEP> poinçon, <SEP> Déplacement <SEP> du <SEP> poinçon,
<tb> <SEP> en <SEP> MN/m2 <SEP> en <SEP> mm <SEP>
<tb> <SEP> 120 <SEP> 0,08
<tb> <SEP> 240 <SEP> 0,15
<tb> <SEP> 360 <SEP> 0,41
<tb> <SEP> 480 <SEP> 0,73
<tb> <SEP> 360 <SEP> 0,72
<tb> <SEP> 240 <SEP> 0,69
<tb> <SEP> 120 <SEP> 0,66
<tb> <SEP> 0 <SEP> 0,61
<tb>
Le traitement des résultats permet de déterminer d'après la branche 1 (figure 1) de chargement du poinçon (de O à 480 MN/m2) le module de déformation , et d'après la branche 2 (figure 1) de déchargement du poinçon (de 480 à O MN/m2), le module d'élasticité.

Exemple 3
Essai d'un plâtre avec un poinçon de 3,6 mm de diamètre. Les résultats de l'essai sont donnés dans le tableau 3.

Tableau 3

<tb> Charge <SEP> sur <SEP> le <SEP> poinçon, <SEP> Déplacement <SEP> du <SEP> poinçon,
<tb> <SEP> en <SEP> MN/m <SEP> <SEP> en <SEP> <SEP> n <SEP>
<tb> <SEP> 80 <SEP> 0,07
<tb> <SEP> 160 <SEP> 0,32
<tb> <SEP> 240 <SEP> 0,86
<tb> <SEP> 160 <SEP> 0,84
<tb> <SEP> 80 <SEP> 0,80
<tb> <SEP> 0 <SEP> 0,74
<tb>
Le traitement des résultats permet de déterminer d'après la branche 1 (figure 1) de chargement du poinçon (de 0 à 240 MN/m2) le module de déformation, et d'après la branche 2 (figure 1) de déchargement du poinçon (de 240 à 0 MN/m2), le module d'élas@cité du plâtre.

Exemple 4
Essai d'un grès poreux avec un poinçon de 3,6 mm de diamètre. Les résultats de l'essai sont donnés dans le
Tableau 4.

<tb>

Charge <SEP> sur <SEP> le <SEP> poinçon, <SEP> Déplacement <SEP> du <SEP> poinçon,
<tb> <SEP> en <SEP> MN/m2 <SEP> en <SEP> mm
<tb> <SEP> 90 <SEP> 0,21
<tb> <SEP> 180 <SEP> 0,38 <SEP>
<tb> <SEP> 270 <SEP> 0,55
<tb> <SEP> 360 <SEP> 0f68 <SEP>
<tb> <SEP> 270 <SEP> 0,66
<tb> <SEP> 180 <SEP> 0,63
<tb> <SEP> 90 <SEP> 0,59
<tb> <SEP> 0 <SEP> 0,54
<tb>
Le traitement des résultats permet de déterminer d'après la branche 1 (figure 1) de chargement du poinçon (de o à 360 MN/m2) le module de déformation, et d'après la branche 2 (figure 1) de déchargement du poinçon ( de 360 à O MN/m2 ), le module d'élasticité.

Exemple 5
Essai d'un marbre avec un poinçon de 3,6 mm de diamètre. Les résultats de l'essai sont donnés dans le tableau 5.

Tableau 5

<tb> Charge <SEP> sur <SEP> le <SEP> poinçon, <SEP> Déplacement <SEP> du <SEP> poinçon,
<tb> <SEP> en <SEP> MN/m2 <SEP> en <SEP> mm
<tb> <SEP> 150 <SEP> 0,07
<tb> <SEP> 300 <SEP> 0,11
<tb> <SEP> 450 <SEP> 0,21
<tb> <SEP> 600 <SEP> 0,380
<tb> <SEP> 450 <SEP> 0,37
<tb> <SEP> 300 <SEP> 0,37
<tb> <SEP> 150 <SEP> 0,36
<tb> <SEP> o <SEP> 0,340
<tb>
Le traitement des résultats permet de déterminer d'après la branche 1 (figure 1) de chargement du poinçon (de O à 600 MN/m2) le module de déformation, et d'après la branche 2 (figure 1) le déchargement du poinçon ( de 600 à O MN/m2), le module d'élasticité.

Exemple 6
Essai d'un calcaire avec un poinçon de 3,6 n de diamètre. Les résultats de l'essai sont donnés dans le tableau 6.

Tableau 6

<tb> Charge <SEP> sur <SEP> le <SEP> poinçon, <SEP> Déplacement <SEP> du <SEP> poinçon,
<tb> <SEP> en <SEP> MN/m2 <SEP> en <SEP> mm
<tb> <SEP> 200 <SEP> 0,08
<tb> <SEP> 400 <SEP> 0,13
<tb> <SEP> 600 <SEP> 0,18
<tb> <SEP> 800 <SEP> 0,29
<tb> <SEP> 600 <SEP> 0,29
<tb> <SEP> 400 <SEP> 0,27
<tb> <SEP> 200 <SEP> 0,26
<tb> <SEP> 0 <SEP> 0,24
<tb>
Le traitement des résultats permet de déterminer d'après la branche 1 (figure 1) de chargement du poinçon (de 0 à 800 MN/m2) le module de déformation, et d'après la branche 2 (figure 1) de déchargement du poinçon ( de 800 à 0 MN/m2), le module d'élasticité.

Exemple 7
Essai d'un verre organique avec un poinçon de 3,6 mm de diamètre. Les résultats de l'essai sont donnés dans le tableau 7.

Tableau 7

<tb> Charge <SEP> sur <SEP> le <SEP> poinçon, <SEP> Déplacement <SEP> du <SEP> poinçon,
<tb> <SEP> en <SEP> MN/m2 <SEP> en <SEP> mm
<tb> <SEP> 100 <SEP> 0,11
<tb> <SEP> 200 <SEP> 0,25
<tb> <SEP> 300 <SEP> 0,58
<tb> <SEP> 200 <SEP> 0,56 <SEP>
<tb> <SEP> 100 <SEP> 0,51
<tb> <SEP> 0 <SEP> 0,43
<tb>
Le traitement des résultats permet de déterminer d'après la branche 1 (figure 1) de chargement du poinçon (de O & 300 MN/m2) le module de déformation, et d'après la branche 2 (figure 1) de déchargement du poinçon ( de 300 à O MN/m2), le module d'élasticité.

Exemple 8
Essai d'un stratifié verre-résine avec un poinçon de 5 n de diamètre. Les résultats de l'essai sont donnés dans le tableau 8.

Tableau 8

<tb> Charge <SEP> sur <SEP> le <SEP> poinçon, <SEP> Déplacement <SEP> du <SEP> poinçon,
<tb> <SEP> en <SEP> MN/m2 <SEP> en <SEP> mm
<tb> <SEP> 30 <SEP> 0,05
<tb> <SEP> 50 <SEP> 0,158
<tb> <SEP> 70 <SEP> 0,388
<tb> <SEP> 90 <SEP> 1,105
<tb> <SEP> 110 <SEP> 2,15
<tb> <SEP> 90 <SEP> 2,15
<tb> <SEP> 70 <SEP> 2,14
<tb> <SEP> 50 <SEP> 2612
<tb> <SEP> 30 <SEP> 2,08
<tb> <SEP> 10 <SEP> 2,02
<tb> <SEP> 0 <SEP> 1,93
<tb>
Le traitement des résultats permet de déterminer d'après la branche 1 (figure 1) de chargement du poinçon (de 0 à 110 MN/E2) le module de déformatIon, et d'après la branche 2 (figure 1) de déchargement du poinçon ( de 110 à 0 MN/m2) , le module d'élasticité.

Résultats des essais de sols : sables, limons sableux, terres argileuses et argiles.

Les essais peuvent être exécutés sur les sols sable-argile de compacités et consistance quelconques.

Exemple 9
Essai d'une couche homogène de sable & une profondeur de 2 m, avec un poinçon de 0,057 n de diamètre. Les résultats de l'essai sont donnés dans le tableau 9.

Tbbleau 9

<tb> Charge <SEP> sur <SEP> le2poinçon, <SEP> Déplacement <SEP> du <SEP> poinçon,
<tb> <SEP> en <SEP> MN/m <SEP> en <SEP> mi
<tb> <SEP> 0,2 <SEP> 3,5 <SEP>
<tb> <SEP> 0,4 <SEP> 5,1
<tb> <SEP> 0,6 <SEP> 6,2
<tb> <SEP> 0,8 <SEP> 8,95
<tb> <SEP> 1,0 <SEP> 14,3 <SEP>
<tb> <SEP> 1,2 <SEP> 26,5
<tb> <SEP> 1,4 <SEP> 45
<tb> <SEP> 1,0 <SEP> 45
<tb> <SEP> 0,6 <SEP> 44,0
<tb> <SEP> O <SEP> 42,6 <SEP>
<tb>
Le traitement des résultats permet de déterminer d'après la branche 1 (figure 1) de chargement du poinçon (de 0 à 1,4 MN/m2) le module de déformation, et d'après la branche 2 (figure 1) de déchargement du poinçon ( de 1,4 à 0 MN/m2), le module d'élasticité.

Exemple 10
Essai d'une terre argileuse hétérogène suivant la profondeur, avec un poinçon de 0,057 m de diamètre. Les résultats des essais sont donnés dans les tableaux 10, 11, 12.

Tableau 10

<tb> Charge <SEP> sur <SEP> le <SEP> poinçon, <SEP> Déplacement <SEP> du <SEP> poinçon,
<tb> <SEP> en <SEP> MN/m2 <SEP> en <SEP> mm
<tb> <SEP> 0,2 <SEP> 9,5
<tb> <SEP> 0,4 <SEP> 15,0
<tb> <SEP> 0,6 <SEP> 18,1
<tb> <SEP> 0,8 <SEP> 21,2
<tb> <SEP> 1,0 <SEP> 26,5
<tb> <SEP> 1,2 <SEP> 40,6
<tb> <SEP> 0,8 <SEP> 40,7
<tb> <SEP> 0,4 <SEP> 40,2
<tb> <SEP> 0 <SEP> 37,5
<tb>
Une seconde étape de l'essai consistait à faire déplacer le poinçon à une vitesse de 0,02 m/s et à enregistrer la résistance de la terre argileuse pendant ce déplacement. Les résultats de la seconde étape sont donnés dans le tableau 11.

Tableau Il

<tb> Déplacement <SEP> du <SEP> poinçon, <SEP> Résistance <SEP> de <SEP> la <SEP> terre
<tb> <SEP> en <SEP> mm <SEP> argileuse <SEP> , <SEP> en <SEP> MPa
<tb> <SEP> 120 <SEP> 1,37
<tb> <SEP> 210 <SEP> 1,5
<tb> <SEP> 310 <SEP> 1,62
<tb> <SEP> 420 <SEP> 1,48
<tb> <SEP> 530 <SEP> 1,25
<tb> <SEP> 610 <SEP> - <SEP> 1,22
<tb>
Une troisième étape de l'essai consistait 9 décharger le poinçon et à mesurer ses déplacements élastiques. Les résultats sont donnés dans le tableau 12.

Tableau 12

<tb> Charge <SEP> sur <SEP> le <SEP> poinçon, <SEP> Déplacement <SEP> du <SEP> poinçon,
<tb> en <SEP> MPa <SEP> en <SEP> mm
<tb> <SEP> 1,22 <SEP> 610
<tb> <SEP> 1,0 <SEP> 612
<tb> <SEP> 0,8 <SEP> 612
<tb> <SEP> 0,6 <SEP> 611,8
<tb> <SEP> 0,4 <SEP> 611,3
<tb> <SEP> 0,2 <SEP> 610,7
<tb> 0 <SEP> 610
<tb>
Le traitement des résultats de l'essai a permis de déterminer d'après la branche 1 (figure 1) de chargement (de 0 à 1,2 MN/m2) (tableau 10) le module de déformation, d'après les données du tableau 1, la loi de variation du module de déformation dans les limites de la profondeur étudiée dans la couche de sol considérée, et d'après les branches 2 (figure 1) de déchargement (de 1,2 à MN/m2 tableau 10 - et de 1,22 à 0 MN/m2 -tableau 12) le module d'élasticuté.

Exemple 11
Essai d'une argile schisteuse sous la forme d'un échantillon prélevé à une profondeur de 900 m, avec un poinçon de 20 mm de diamètre. Les résultats de l'essai sont donnés dans le tableau 13.

Tableau 13

<tb> Charge <SEP> sur <SEP> le2poinçon, <SEP> Déplacement <SEP> du <SEP> poinçon,
<tb> <SEP> en <SEP> MN/m2 <SEP> en <SEP> mm
<tb> <SEP> 40 <SEP> 0,4
<tb> <SEP> 80 <SEP> 0,9
<tb> <SEP> 120 <SEP> 2,0
<tb> <SEP> 160 <SEP> 3,6
<tb> <SEP> 120 <SEP> 3,60
<tb> <SEP> 80 <SEP> 3,55
<tb> <SEP> 40 <SEP> 3,48
<tb> <SEP> 0 <SEP> 3,35
<tb>
Le traitement des résultats permet de déterminer d'après la branche 1 (figure 1) de chargement du poinçon (de O à 160 MN/m2) le module de déformation , et d'après la branche 2 (figure 1) de déchargement du poinçon ( de 160 & 0 MN/m2), le module d'élasticité.

Exemple 12
Essai rapide d'une couche de sable A une profondeur de 5 m avec un poinçon de 80 mm de diamètre, par application d'une charge percussive. Le tableau 14 donne la dépendance du déplacement du poinçon en fonction de la charge appliquée.

Tableau 14

<SEP> Charge <SEP> sur <SEP> le <SEP> poinçon, <SEP> Déplacement <SEP> du <SEP> poinçon,
<tb> <SEP> en <SEP> MN/m2 <SEP> en <SEP> mm
<tb> <SEP> 2 <SEP> 2
<tb> <SEP> 4 <SEP> 3,2
<tb> <SEP> 5 <SEP> 6
<tb> <SEP> 5,8 <SEP> 57
<tb> 0 <SEP> 53
<tb>
D'après les valeurs connues de l'énergie des chocs, de la masse de la partie frappante, de la masse du poinçon et des tiges, de la valeur résiduelle du déplacement du poinçon, on détermine le module de déformation du sable.

Les valeurs différentes de la limite inférieure du déplacement du poinçon, égale d 0,03 fois son diamètre pour les matériaux de construction, 0,05 fois son diamètre pour un sol homogène et 0,2 fois son diamètre pour un sol hétérogène sont dues aux raisons suivantes.

Dans le cas des matériaux de construction, la préparation d'une surface de contact de qualité pour le poinçon est plus facile que dans le cas des sols. En outre, dans le cas d'essai de sols, par exemple dans des forages, les résultats des essais sont influencés par le mode d'exécution de la cavité dans le sol.

Pour les couches hétérogènes, la limite inférieure du déplacement du poinçon, égale à 0,2 fois son diamètre, assure l'obtention de caractéristiques moyennes, grâce au développement d'une zone notable de déformation.

La limite supérieure du déplacement du poinçon, égale à 0,3 fois son diamètre pour les matériaux de construction, s'explique par le fait que l'interaction du poinçon et du matériau à essayer risque de passer du mode de durcissement par déformation au mode de rupture plastique, avec formation de surfaces de glissement communes.

La limite supérieure pour les sols homogènes, égale à 1,0 diamètre du poinçon, est fixée à cette valeur par suite du fait que l'obtention d'une information plus poussée ne présente pratiquement pas d'intérêt.

La limite supérieure pour les sols hétérogènes est fixée à la valeur indiquée par suite du fait que pour les déplacements au-delà de cette valeur l'interprétation analytique des résultats d'essais se heurte à des difficultés.

Les variations de la vitesse de déplacement du poinçon dans les sols sableux dans la plage de 0,01 à 5 m/s n'influencent pas les résultats définitifs des essais.

La plage de variation de la vitesse de déplacement du poinçon dans les sols cohérents de 0,001 à 0,1 m/s est dictée par la possibilité de réaliser le procédé avec utilisation des dispositifs techniques existants.

L'essai du sol en place sous une charge d'épreuve est, à l'heure actuelle, la méthode la plus fiable do détermination du module de déformation du sol.

Les poinçons de 300 à 800 mm de diamètre, recomman- dés pour l'essai des sols dans la pratique actuelle du génie civil, permettant d'obtenir des valeurs étalons de la déformabilité, freinent l'application de la méthode en campagne, par suite de la basse cadence opératoire, du prix élevé, du caractère encombrant des essais. C'est pourquoi, l'emploi de tels poinçons pour l'essai se limite aux sols de fondation des ouvrages de la plus haute importance. Dans les autres cas, l'information manquant pour les calculs est tirée des données fournies par les essais de compression, stabilométriques, pressiométriques, de pénétration, de sondage, et d'autres essais du sol.Il est évident que la précision de détermination de la caractéristique cherchée baisse notablement, ce qui conduit en définitive d l'augmentation du cotit de l'ouvrage.

Les résultats des recherches témoignent du fait que le rôle des propriétés de déformation des sols dans la prévision de l'interaction de l'ouvrage et du sol de fondation est bien plus grand que celui qui lui est attribué dans la pratique de l'étude. Ainsi, par exemple, il s'est avéré que, dans les sols sableux et certains autres sols, il est possible de prévoir les variations du déplacement de divers types de fondation en fonction de.la charge dans une plage étendue, si les variations du module de déformation du sol en fonction de la profondeur ont été établies.

Le procédé conforme d l'invention dressai du sol en campagne à l'aide de poinçons de petit diamètre, en vue de déterminer la déformabilité du milieu constitué par le sol, permet d'essayer les sables, les limons sableux, les terres argileuses et les argiles de toutes compacités et consistances.

La forte diminution du diamètre du poinçon, comparativement à celui employé dans la pratique de la reconnaissance des sols & l'heure actuelle, permet de passer à des forages de petit diamètre, réalisables avec un jeu de tubes de cuvelage légers et avec des sondeuses de petite puissance.

Le procédé faisant l'objet de l'invention permet d'élever la précision de détermination du module de déformation, grSce à l'abaissement de l'influence des accidents structuraux dans le cas d'exécution de forages, ainsi que de l'influence des conditions initiales des essais. Le procédé traditionnel se limite à l'utilisation d'enfoncements des poinçons de l'ordre de quelques millimètres.Le contact insuffisamment intime de la semelle du poinçon avec le front de taille du forage et les accidents de structure peuvent être des causes d'erreurs notables dans la détermination du module. L'influence des facteurs mentionnés est réduite à un minimum dans le procédé faisant l'objet de l'invention, grâce à l'utilisation de la portion non linéaire de la courbe du déplacement S (figure 9) d9un poinçon de petit diamètre on fonction do la charge P, et à l'exécution de l'essai jusqu'à des enfoncements de l'ordre de dizaines de millimètres.Pour le traitement des résultats, on utilise la portion de courbe caractérisant le durcissement du sol dû à la déformation.

La diminution du diamètre du poinçon d'essai et l'utilisation des résultats d'investigations spéciales permettent de porter la cadence opératoire de 2-5 essais par mois à 50-100. L'information obtenue permet, dans le second cas, d'élaborer une variante oprimale de transmission de la charge des ouvrages au sol de fondation.

La diminution du diamètre du poinçon d'essai se traduit par une simplification appréciable des essais eux-mêmes, grâce à l'abaissement de la valeur de la charge et à la réduction de la durée des essais. Le procédé peut être appliqué à grande échelle non seulement dans les conditions de la construction en grandes séries, mais aussi dans les sites difficilement accessibles, les territoires faiblement valorisés, en l'absence de routes.

L'application du procédé faisant l'objet de l'invention permet d'abaisser le prix des essais au poinçon, d'abaisser le coût des fondations et des structures au sol grâce à l'exploitation de l'information sur les particularités structurales et les propriétés du massif de sol.

La mise en oeuvre du procédé dans la détermination des caractéristiques de déformabilité des pierres et des matériaux similaires permet d'abaisser de dix fois et même plus la puissance du matériel de pressage, de simplifier le processus d'essai, de réaliser l'étude de l'état des structures et des ouvrages finis.

Une étude minutieuse des propriétés du sol de fondation des ouvrages et des structures au sol rend possible le choix d'une solution technique optimale, en assurant le niveau requis de la fiabilité en exploitation.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S --------------------------

1.- Procédé de détermination des caractéristiques de déformabilité des matériaux de construction et des sols, du type dans lequel on dispose sur le matériau à essayer un poinçon auquel on applique une charge qui provoque son déplacement par suite de la déformation du matériau à essayer, on mesure le déplacement du poinçon et, sur la base de ce déplacement, on calcule le module de déformation du matériau, caractérisé en ce que le poinçon, d'un diamètre prédéterminé, est soumis à l'action d'une charge croissante jusqu'à ce que son déplacement atteigne une valeur de 0,03 à 10 fois son diamètre, puis on diminue progressivement la charge appliquée au poinçon et on mesure les déplacements élastiques du poinçon.

2.- Procédé de détermination des caractéristiques de déformabilité selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour les matériaux de construction, on applique la charge au poinçon jusqu'à ce que son déplacement atteigne une valeur de 0,03 à 0,3 fois celle de son diamètre.

3.- Procédé de détermination des caractéristiques de déformabilité selon la révendication 1, caractérisé en ce que, pour une couche homogène dans le demi-espace du sol, la charge est appliquée au poinçon jusqu'à ce que son déplacement atteigne une valeur de 0,05 à 1,0 fois celle de son diamètre.

4.- Procédé de détermination des caractéristiques de déformabilité selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour une couche hétérogène dans le demi-espace du sol , la charge est appliquée au poinçon jusqu'à ce que son déplacement atteigne une valeur de 0,2 à 1,0 fois son diamètre, puis on fait déplacer le poinçon à une vitesse de 0,001 à 1,0 m/s, avec enregistrement continu de la résistance de la couche dans un intervalle de 1 à 10 fois son diamètre, après quoi on supprime la charge sur le poinçon et on mesure ses déplacement élastiques.

5.- Procédé de détermination des caractéristiques de déformabilité selon l'une des revendications 3, 4, caractérisé en ce que le diamètre du poinçon est choisi & l'aide de la formule

d étant le diamètre du poinçon; k, un coefficient constant; d1, le diamètre moyen pondéré des particules du sol, étant

entendu que d1 # 0,02 m.

6.- Procédé de détermination des caractéristiques de déformabilité selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans les milieux sableux, à bon drainage, on fait déplacer le poinçon à une vitesse de 0,01 à 5 m/s, sur une distance égale à 0,2 à 10 fois son diamètre.

7.- Procédé de détermination des caractéristiques de déformabilîté selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans les échantillons de matériaux et les éléments de structure de petites dimensions transversales, la charge est appliquée au poinçon jusqu'à ce que son déplacement atteigne une valeur de 0,03 à 1,0 fois son diamètre, avec limitation du développement de la zone de déformation active à une valeur se situant dans les limites suivantes

0,15L # D # 1,0L ,

L étant la plus petite dimension de l'échantillon ou

l'épaisseur de l'élément de structure;

D, la plus grande dimension de la zone de déformation

active.