FR3087800A1 - METHOD FOR MEASURING ELASTO-PLASTIC PROPERTIES OF A SOIL THANKS TO A STATIC PENETROMETER - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de mesure des propriétés élasto-plastiques d'un sol, utilisant un pénétromètre statique muni d'un tube creux entourant une tige centrale apte à coulisser à l'intérieur du tube creux et terminée à une première extrémité par une pointe de mesure, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) Enfoncer dans le sol le couple formé par le tube creux et la tige centrale pour amener la pointe de mesure à une profondeur souhaitée pour la mesure des propriétés élasto-plastiques du sol, ladite pointe de mesure étant en butée contre le tube creux ; b) Appliquer une première force constante à une deuxième extrémité de la tige, pendant une durée déterminée ; c) Mesurer un premier déplacement final, associé à l'enfoncement de la pointe de mesure dans le sol, au bout de la durée déterminée ; d) Réitérer les étapes b) et c) avec des forces croissantes successives, pour former une courbe représentant le déplacement final en fonction de la force, jusqu'à atteindre une énième force menant à un énième déplacement final, ledit énième déplacement final étant maximal et traduisant la contrainte à la rupture du sol ; e) Extraire un module de déformation du sol à partir de la pente de ladite courbe, dans un premier domaine élastique situé avant un point d'inflexion. The invention relates to a method for measuring the elasto-plastic properties of a soil, using a static penetrometer provided with a hollow tube surrounding a central rod able to slide inside the hollow tube and terminated at a first end by a hollow tube. measuring tip, the method comprising the following steps: a) Pushing the couple formed by the hollow tube and the central rod into the ground to bring the measuring tip to a desired depth for measuring the elastoplastic properties of the soil, said measuring tip being in abutment against the hollow tube; b) Apply a first constant force to a second end of the rod, for a determined period; c) Measure a first final displacement, associated with the sinking of the measuring tip into the ground, at the end of the determined period; d) Repeat steps b) and c) with successive increasing forces, to form a curve representing the final displacement as a function of the force, until an umpteenth force is reached leading to an umpteenth final displacement, said umpteenth final displacement being maximum and reflecting the stress at ground failure; e) Extracting a soil deformation modulus from the slope of said curve, in a first elastic domain located before an inflection point.
Description
PROCEDE DE MESURE DES PROPRIETES ELASTO-PLASTIQUES D'UN SOL GRACE A UN PENETROMETRE STATIQUE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine de la géotechnique et de la géologie.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the field of geotechnics and geology.
Elle concerne un procédé de mesure des propriétés élasto-plastiques d'un sol grâce à un pénétromètre statique.It relates to a method for measuring the elastoplastic properties of a soil using a static penetrometer.
Elle concerne également un pénétromètre statique pour la mise en oeuvre dudit procédé.It also relates to a static penetrometer for implementing said method.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION La construction d'ouvrages complexes nécessite la connaissance de la portance des sols vis-à-vis des futures fondations, mais aussi la connaissance de leur déformation sous charge, c'est-à-dire de l'intensité des tassements induits.TECHNOLOGICAL BACKGROUND OF THE INVENTION The construction of complex structures requires knowledge of the bearing capacity of the soils with respect to future foundations, but also knowledge of their deformation under load, that is to say of the intensity of induced settlements.
A ce jour, la détermination desdits tassements se fait soit à partir d'essais en laboratoire (essais oedométriques, essais triaxiaux...), soit à partir d'essais pressiométriques in situ.To date, said settlements are determined either from laboratory tests (oedometric tests, triaxial tests, etc.), or from pressuremeter tests in situ.
25 Dans la première approche, il faut pouvoir assurer une chaine qualitative continue comprenant a minima : le prélèvement par carottage, le conditionnement, le transport, la préparation de l'échantillon et l'essai.In the first approach, it is necessary to be able to ensure a continuous quality chain comprising at least: sampling by coring, packaging, transport, preparation of the sample and testing.
A ceci, il convient de préciser que 30 chaque échantillon ne mesure que quelques cm3 et que la représentativité de l'analyse passe donc par un nombre important de prélèvements et de mesures.To this, it should be specified that each sample measures only a few cm3 and that the representativeness of the analysis therefore requires a large number of samples and measurements.
Les inconvénients majeurs de cette première approche sont le coût, la fiabilité de l'essai et les délais pour obtenir un résultat.The major drawbacks of this first approach are the cost, the reliability of the test and the time taken to obtain a result.
20 Dans la deuxième approche utilisant un pressiomètre, les essais d'expansion in situ consistent à dilater dans le sol, dans un forage préalablement réalisé, une sonde aux parois 5 déformables et à déterminer la relation entre la pression appliquée sur le sol et le déplacement de la paroi de la sonde.In the second approach using a pressuremeter, the in situ expansion tests consist in expanding in the ground, in a borehole previously carried out, a probe with deformable walls and in determining the relation between the pressure applied to the ground and the displacement. of the probe wall.
Actuellement, il s'agit du seul essai in situ fournissant à la fois un paramètre de rupture et une relation contrainte/déformation complète donnant accès aux propriétés 10 élasto-plastiques du sol.Currently, this is the only in situ test providing both a failure parameter and a full stress / strain relationship giving access to the elastoplastic properties of the soil.
En effet, les essais in situ habituellement mis en oeuvre tels que les essais de pénétration statique (CPT pour « Cone Penetration Test », à partir d'un pénétromètre statique) ou les essais au carottier battu (SPT pour « Standard Penetration Test », à partir d'un pénétromètre 15 dynamique) permettent de mesurer la résistance à la rupture du sol et ne donne qu'une estimation des déformations par corrélations expérimentales (cf P.Indeed, the in situ tests usually carried out such as static penetration tests (CPT for "Cone Penetration Test", from a static penetrometer) or beaten corer tests (SPT for "Standard Penetration Test", using a dynamic penetrometer 15) make it possible to measure the breaking strength of the soil and only gives an estimate of the deformations by experimental correlations (see P.
Riegel et H.Riegel and H.
Hosseini Sadrabadi, « L'usage du pénétromètre statique dans l'approche des tassements sous ouvrage », Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l'ingénieur JNGG 2014).Hosseini Sadrabadi, “The use of the static penetrometer in the approach of settlements under structure”, National Days of Geotechnics and Geology of the engineer JNGG 2014).
L'approche pressiométrique souffre néanmoins de plusieurs défauts dont en particulier l'incidence de la qualité du forage sur la représentativité de l'essai, car le sol est justement mesuré au niveau des parois du forage.The pressuremeter approach nevertheless suffers from several shortcomings, in particular the impact of the quality of the borehole on the representativeness of the test, because the soil is precisely measured at the level of the walls of the borehole.
Un autre inconvénient réside dans la complexité du matériel mis en oeuvre et l'éclatement fréquent de la sonde dès que la pression d'essai et le volume de la sonde augmentent.Another drawback lies in the complexity of the equipment used and the frequent bursting of the probe as soon as the test pressure and the volume of the probe increase.
L'enjeu est donc de proposer un procédé de mesure des propriétés élasto-plastiques d'un sol, permettant des mesures relativement directes, évitant les corrélations empiriques, et relativement simples, évitant notamment la complexité de mise en oeuvre des essais en laboratoire ou pressiométriques.The challenge is therefore to propose a method for measuring the elastoplastic properties of a soil, allowing relatively direct measurements, avoiding empirical correlations, and relatively simple, notably avoiding the complexity of carrying out laboratory or pressuremeter tests. .
OBJET DE L'INVENTION Un objet de la présente invention est de proposer une 5 solution remédiant aux inconvénients de l'état de l'art, en particulier un procédé de mesure in situ des propriétés élastoplastiques d'un sol grâce à un pénétromètre statique.OBJECT OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a solution overcoming the drawbacks of the state of the art, in particular a method for measuring in situ the elastoplastic properties of a soil using a static penetrometer.
10 BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de mesure des propriétés élasto-plastiques d'un sol, utilisant un pénétromètre statique muni d'un tube creux entourant une tige centrale apte 15 à coulisser à l'intérieur du tube creux et terminée à une première extrémité par une pointe de mesure.BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for measuring the elastoplastic properties of a soil, using a static penetrometer provided with a hollow tube surrounding a central rod capable of sliding inside the hollow tube. and terminated at a first end by a measuring point.
Le procédé comprend les étapes suivantes : a) Enfoncer dans le sol le couple formé par le tube creux et la tige centrale pour amener la pointe de mesure à une 20 profondeur souhaitée pour la mesure des propriétés élastoplastiques du sol, ladite pointe de mesure étant en butée contre le tube creux ; b) Appliquer une première force constante à une deuxième extrémité de la tige, pendant une durée déterminée ; 25 c) Mesurer un premier déplacement final, associé à l'enfoncement de la pointe de mesure dans le sol, au bout de la durée déterminée ; d) Réitérer les étapes b) et c) avec des forces croissantes successives, pour former une courbe représentant le 30 déplacement final en fonction de la force, jusqu'à atteindre une énième force menant à un énième déplacement final, ledit énième déplacement final étant maximal et traduisant la contrainte à la rupture du sol ; e) Extraire un module de déformation du sol à partir de la pente de ladite courbe, dans un premier domaine élastique situé avant un point d'inflexion.The method comprises the following steps: a) Driving the couple formed by the hollow tube and the central rod into the soil to bring the measuring tip to a desired depth for measuring the elastoplastic properties of the soil, said measuring tip being in position. stop against the hollow tube; b) Apply a first constant force to a second end of the rod, for a determined period; C) Measure a first final displacement, associated with the sinking of the measuring tip into the ground, at the end of the determined period; d) Repeat steps b) and c) with successive increasing forces, to form a curve representing the final displacement as a function of the force, until an umpteenth force is reached leading to an umpteenth final displacement, said nth final displacement being maximum and reflecting the breaking stress of the ground; e) Extracting a soil deformation modulus from the slope of said curve, in a first elastic domain located before an inflection point.
5 Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : - la force correspondant au point d'inflexion de la courbe ramenée à la section de la pointe de mesure 10 correspond à la contrainte de fluage, limite élastique du sol ; - une valeur de contrainte admissible est définie à la moitié de la contrainte de fluage ; - la durée déterminée est 60 secondes ; 15 - le procédé comprend une étape c') pour mesurer un premier déplacement intermédiaire, associé à l'enfoncement de la pointe de mesure dans le sol, au bout d'une durée intermédiaire inférieure à la durée déterminée ; 20 - l'étape d) comprend la réitération de l'étape c') en parallèle de la réitération des étapes b) et c) ; - pour la force correspondant au point d'inflexion de la courbe, l'écart entre le déplacement intermédiaire mesuré au bout de 15 secondes et le déplacement final 25 mesuré au bout de la durée déterminée est représentatif du potentiel de liquéfaction du sol ; - le couple formé par le tube creux et la tige centrale du pénétromètre statique est introduit dans un trou préalablement foré, à l'étape a), pour amener la pointe 30 de mesure à la profondeur souhaitée pour la mesure des propriétés élasto-plastiques du sol.5 According to other advantageous and non-limiting characteristics of the invention, taken alone or in any technically feasible combination: the force corresponding to the inflection point of the curve brought back to the section of the measuring tip 10 corresponds to the stress creep, elastic limit of the soil; - an admissible stress value is defined at half of the creep stress; - the determined duration is 60 seconds; - the method comprises a step c ′) for measuring a first intermediate displacement, associated with the sinking of the measuring tip into the ground, at the end of an intermediate duration less than the determined duration; - step d) comprises the reiteration of step c ′) in parallel with the reiteration of steps b) and c); - for the force corresponding to the point of inflection of the curve, the difference between the intermediate displacement measured after 15 seconds and the final displacement measured at the end of the determined duration is representative of the liquefaction potential of the soil; - the couple formed by the hollow tube and the central rod of the static penetrometer is introduced into a previously drilled hole, in step a), to bring the measuring tip 30 to the desired depth for measuring the elastoplastic properties of the ground.
La présente invention concerne également un pénétromètre statique pour la mise en oeuvre du procédé précédemment décrit, comprenant : - Au moins une tige centrale terminée à une première 5 extrémité par une pointe de mesure ; - Au moins un tube creux entourant la tige centrale, cette dernière étant apte à coulisser à l'intérieur du tube creux ; - Un vérin comportant un corps externe solidaire du tube 10 creux et un corps mobile, ledit corps mobile étant configuré pour appliquer une force à une deuxième extrémité de la tige, menant à un enfoncement de la pointe de mesure dans le sol, et pour mesurer un déplacement associé à cet enfoncement, 15 - Un contrôleur électronique pour asservir le vérin, de manière à appliquer une force donnée, pendant une durée déterminée, et à enregistrer le déplacement du corps mobile en fonction du temps pendant la durée déterminée.The present invention also relates to a static penetrometer for implementing the method described above, comprising: at least one central rod terminated at a first end by a measuring tip; - At least one hollow tube surrounding the central rod, the latter being able to slide inside the hollow tube; - A jack comprising an external body integral with the hollow tube 10 and a movable body, said movable body being configured to apply a force to a second end of the rod, leading to a depression of the measuring tip in the ground, and to measure a displacement associated with this depression, an electronic controller for controlling the jack, so as to apply a given force, for a determined duration, and to record the displacement of the mobile body as a function of time during the determined duration.
20 Avantageusement, le vérin est un vérin électrique.Advantageously, the jack is an electric jack.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 25 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 présente un procédé conforme à l'invention ; 30 - la figure 2 présente une courbe traçant le déplacement final de la pointe de mesure en fonction de la force appliquée, établie selon un procédé conforme à l'invention, pour extraire des propriétés élastoplastiques du sol ; la figure 3 présente une courbe traçant le déplacement final de la pointe de mesure en fonction de la force appliquée et une courbe traçant un déplacement intermédiaire en fonction de la force appliquée, les 5 courbes étant établies selon un procédé conforme à l'invention, pour extraire des propriétés élastoplastiques du sol ; la figure 4 présente un pénétromètre statique pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the detailed description which will follow with reference to the appended figures in which: FIG. 1 presents a method in accordance with the invention; FIG. 2 presents a curve plotting the final displacement of the measuring tip as a function of the force applied, established according to a method according to the invention, to extract elastoplastic properties from the soil; FIG. 3 shows a curve plotting the final displacement of the measuring tip as a function of the force applied and a curve plotting an intermediate displacement as a function of the force applied, the curves being established according to a method according to the invention, for extract elastoplastic properties from the soil; FIG. 4 shows a static penetrometer for implementing a method in accordance with the invention.
10 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de mesure des propriétés 15 élasto-plastiques d'un sol, utilisant un pénétromètre statique 100.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention relates to a method for measuring the elastoplastic properties of a soil, using a static penetrometer 100.
Un pénétromètre comporte classiquement des tiges raccordées bout à bout pour former un train de tiges au bout 20 duquel est fixée une pointe de mesure, destinée à s'enfoncer dans le sol sur des profondeurs pouvant atteindre plusieurs dizaines de mètres.A penetrometer conventionally comprises rods connected end to end to form a string of rods at the end of which is fixed a measuring tip, intended to sink into the ground to depths which may reach several tens of meters.
En mode statique, le train de tiges est poussé par des vérins, provoquant l'enfoncement progressif de la pointe de mesure ; cette dernière mesure en particulier la 25 résistance de pointe, représentative de la contrainte à la rupture Qc du sol.In static mode, the drill string is pushed by jacks, causing the progressive insertion of the measuring tip; the latter measures in particular the point resistance, representative of the tensile strength Qc of the soil.
Les mesures sont enregistrées de manière continue ou discontinue selon un pas régulier.The measurements are recorded continuously or discontinuously in a regular step.
Le pénétromètre 100 utilisé dans le cadre de l'invention 30 est muni d'un tube creux 2 entourant une tige centrale 1 ; ladite tige centrale 1 est apte à coulisser à l'intérieur du tube creux 2 et est terminée à une première extrémité par une pointe de mesure 11.The penetrometer 100 used in the context of the invention 30 is provided with a hollow tube 2 surrounding a central rod 1; said central rod 1 is able to slide inside the hollow tube 2 and is terminated at a first end by a measuring tip 11.
A titre d'exemple, une pointe bien connue de type « Gouda » pourra être utilisée, présentant une surface au niveau de sa section plane de 10cm2.By way of example, a well-known point of the “Gouda” type could be used, having a surface at the level of its planar section of 10 cm2.
Le procédé de mesure selon l'invention, illustré sur la 5 figure 1, comprend tout d'abord une étape a) consistant à enfoncer dans le sol le couple formé par le tube creux 2 et la tige centrale 1 pour amener la pointe de mesure 11 à une profondeur souhaitée P pour la mesure des propriétés élastoplastiques du sol.The measuring method according to the invention, illustrated in FIG. 1, first of all comprises a step a) consisting in driving the couple formed by the hollow tube 2 and the central rod 1 into the ground in order to bring the measuring tip 11 to a desired depth P for measuring the elastoplastic properties of the soil.
Arrivée à ladite profondeur P, la pointe de 10 mesure 11 est effacée, c'est-à-dire placée en butée contre le tube creux 2.On reaching said depth P, the measuring tip 11 is erased, that is to say placed in abutment against the hollow tube 2.
Le procédé de mesure comprend ensuite une étape b) au 15 cours de laquelle une première force FI constante est appliquée à une deuxième extrémité de la tige 1, pendant une durée déterminée t.The measuring method then comprises a step b) during which a first constant force FI is applied to a second end of the rod 1, for a determined period t.
La force constante FI appliquée est transmise par la tige 1 à la pointe de mesure 11, qui va plus ou moins s'enfoncer dans le sol, selon les caractéristiques mécaniques de 20 celui-ci.The constant force FI applied is transmitted by the rod 1 to the measuring tip 11, which will sink more or less into the ground, depending on the mechanical characteristics of the latter.
La première force Fi appliquée pourra être comprise entre 100N et 500N ; en considérant une section de 10 cm2 de la pointe de mesure 11, cela correspond à une contrainte appliquée comprise entre 1 et 5 bars.The first force Fi applied may be between 100N and 500N; considering a section of 10 cm2 of the measuring tip 11, this corresponds to an applied stress of between 1 and 5 bars.
25 Dans une étape ultérieure c) du procédé, on mesure un premier déplacement final DI, associé à l'enfoncement de la pointe de mesure 11 dans le sol, au bout de la durée déterminée t.In a subsequent step c) of the method, a first final displacement DI is measured, associated with the sinking of the measuring tip 11 into the ground, at the end of the determined period t.
Dans la présente description, on qualifie de « final », un 30 déplacement correspondant au déplacement relevé à la fin de la durée déterminée t.In the present description, a displacement corresponding to the displacement recorded at the end of the determined period t is referred to as “final”.
L'étape d) du procédé selon l'invention consiste en la réitération des étapes b) et c), avec des forces appliquées croissantes, pour former une courbe représentant le déplacement final en fonction de la force appliquée.Step d) of the method according to the invention consists of repeating steps b) and c), with increasing applied forces, to form a curve representing the final displacement as a function of the applied force.
Ainsi, comme illustré sur la figure 1, une deuxième force F2 constante, supérieure à F1, est appliquée à la deuxième 5 extrémité de la tige 1, pendant la durée déterminée t.Thus, as illustrated in FIG. 1, a second constant force F2, greater than F1, is applied to the second end of the rod 1, for the determined duration t.
Une mesure est faite du deuxième déplacement final DL associé à l'enfoncement de la pointe de mesure 11 dans le sol, au bout de la durée déterminée t.A measurement is made of the second final displacement DL associated with the sinking of the measuring tip 11 into the ground, at the end of the determined period t.
A noter que ce deuxième déplacement final DZ correspond au cumul du premier déplacement final DI et du 10 déplacement additionnel provoqué par l'application de la deuxième force F2.Note that this second final displacement DZ corresponds to the cumulation of the first final displacement DI and the additional displacement caused by the application of the second force F2.
Une troisième force F3 constante, supérieure à F2, est ensuite appliquée, toujours pendant la durée déterminée t, puis une mesure du troisième déplacement final D3 est réalisée au 15 bout de ladite durée t, et ainsi de suite.A third constant force F3, greater than F2, is then applied, still for the determined duration t, then a measurement of the third final displacement D3 is carried out at the end of said duration t, and so on.
Avantageusement, l'incrément entre deux forces appliquées successives est compris entre 100 et 500N.Advantageously, the increment between two successive applied forces is between 100 and 500N.
20 La durée déterminée t pourra varier entre 15 et 600 secondes ; elle est préférentiellement définie à t = 60s car cette durée rejoint l'approche méthodologique de l'essai pressiométrique.The determined duration t may vary between 15 and 600 seconds; it is preferably defined at t = 60s because this duration is consistent with the methodological approach of the pressuremeter test.
25 La séquence d'application d'une force et de mesure du déplacement final est répétée n fois (application d'une énième force F. constante, supérieure à 7,1, et mesure d'un énième déplacement final Ditt) jusqu'à atteindre la contrainte à la rupture du sol Qc.25 The sequence of applying a force and measuring the final displacement is repeated n times (application of an umpteenth constant force F., greater than 7.1, and measurement of an umpteenth final displacement Ditt) until reach the tensile strength of the soil Qc.
La contrainte à la rupture du sol va 30 correspondre à une force Fa engendrant un déplacement final maximal dû à un important enfoncement de la pointe de mesure 11.The breaking stress of the ground will correspond to a force Fa generating a maximum final displacement due to a large depression of the measuring tip 11.
Rappelons que la force Fn est reliée à la contrainte par la relation : Qc = Fa / S, S étant la surface de la section plane de la pointe de mesure 11 (par exemple 10cM2).Recall that the force Fn is related to the stress by the relation: Qc = Fa / S, S being the surface of the plane section of the measuring tip 11 (for example 10cM2).
En pratique, le déplacement maximal représentatif de la rupture du sol est défini à environ 5 cm (amplitude de sortie de la pointe 11 par rapport à sa position effacée contre le tube creux 2).In practice, the maximum displacement representative of the ground breaking is defined at approximately 5 cm (output amplitude of the tip 11 with respect to its position retracted against the hollow tube 2).
5 A l'issue des étapes précédentes, on peut tracer une courbe CL représentant le déplacement final en fonction de la force appliquée (figure 2).5 At the end of the previous steps, a CL curve can be drawn representing the final displacement as a function of the force applied (FIG. 2).
La courbe Cc est formée d'un premier domaine E correspondant à des déformations élastiques du sol.The curve Cc is formed by a first domain E corresponding to elastic deformations of the ground.
10 Elle est formée, après un point d'inflexion I, d'un deuxième domaine P1 correspondant à des déformations plastiques du sol, jusqu'à atteindre le point de rupture (Qc).10 It is formed, after a point of inflection I, of a second domain P1 corresponding to plastic deformations of the soil, until reaching the point of failure (Qc).
L'étape e) suivante comprend l'extraction du module de 15 déformation M du sol à partir de la pente de la courbe Cc déplacement final / force, dans le premier domaine E de déformation élastique situé avant un point d'inflexion I.The following step e) comprises the extraction of the deformation modulus M of the soil from the slope of the final displacement / force curve Cc, in the first elastic deformation domain E located before an inflection point I.
La pente p de la courbe Ct dans le premier domaine élastique E s'exprime : (11),-DD 20 (notons que D3 et 73 sont donné ici à titre 073-F1) d'exemple, le principe étant d'utiliser un couple déplacement final / force dans le domaine élastique E, permettant de calculer de manière précise la pente dudit domaine) 25 Le module de déformation M, en MPa/m, est calculé à partir de l'expression : M=-Sxp avec p la pente du premier domaine élastique E et S la surface de la section plane de la pointe de mesure 11.The slope p of the curve Ct in the first elastic domain E is expressed as: (11), - DD 20 (note that D3 and 73 are given here as 073-F1) as an example, the principle being to use a torque final displacement / force in the elastic domain E, making it possible to calculate precisely the slope of said domain) 25 The deformation modulus M, in MPa / m, is calculated from the expression: M = -Sxp with p la slope of the first elastic domain E and S the surface of the plane section of the measuring tip 11.
30 Le module ainsi extrait permet la modélisation du tassement du sol sous charge.The module thus extracted makes it possible to model the settlement of the soil under load.
10 Le procédé selon l'invention permet également de déterminer la contrainte de fluage (Qf), limite élastique du sol.The method according to the invention also makes it possible to determine the creep stress (Qf), the elastic limit of the soil.
En effet, partant de la courbe G déplacement final / force, la force Ff correspondant au point d'inflexion I, traduit ladite 5 contrainte de fluage Qf.Indeed, starting from the final displacement / force curve G, the force Ff corresponding to the inflection point I, reflects said creep stress Qf.
La contrainte de fluage s'exprime : _Ff (2f-.7 avec Ft la force correspondant au point d'inflexion I et S la surface de la section plane de la pointe de mesure 11.The creep stress is expressed: _Ff (2f-.7 with Ft the force corresponding to the inflection point I and S the surface of the plane section of the measuring tip 11.
10 A partir de la contrainte de fluage Qf, on pourrait estimer, à titre sécuritaire, une valeur de contrainte admissible Qa à 4 Qf, qui placerait la contrainte admissible Qa en partie médiane du domaine élastique E.10 From the creep stress Qf, one could estimate, as a safety measure, an admissible stress value Qa at 4 Qf, which would place the admissible stress Qa in the middle part of the elastic domain E.
Rappelons que la 15 contrainte admissible Qa est utilisée pour le dimensionnement des fondations de l'ouvrage.Let us recall that the 15 admissible stress Qa is used for the dimensioning of the foundations of the structure.
Selon une autre approche, en fonction du tassement admissible du projet d'ouvrage, on pourrait attribuer à la 20 contrainte admissible Qa, une valeur, toujours inférieure à la contrainte de fluage Qf, située dans le premier domaine élastique E, et correspondant sur la courbe CL au déplacement égal au tassement admissible connu.According to another approach, depending on the permissible settlement of the construction project, the permissible stress Qa could be assigned a value, always less than the creep stress Qf, located in the first elastic domain E, and corresponding on the CL curve with displacement equal to the known admissible settlement.
25 Rappelons que traditionnellement, la contrainte admissible Qa est évaluée sur la base d'une fraction de la contrainte à la rupture Qc : Qa = Qc/10 ; le coefficient 10 étant établi semi-empiriquement et de manière extrêmement sécuritaire.Recall that traditionally, the admissible stress Qa is evaluated on the basis of a fraction of the tensile stress Qc: Qa = Qc / 10; the coefficient 10 being established semi-empirically and in an extremely safe manner.
30 Le procédé selon l'invention donne une valeur de la contrainte admissible Qa basée sur la gestion du tassement admissible vis-à-vis de l'ouvrage, ce qui la rend beaucoup plus pertinente.The method according to the invention gives a value of the admissible stress Qa based on the management of the admissible settlement with respect to the structure, which makes it much more relevant.
11 Selon une variante avantageuse, le procédé comprend une étape c') au cours de laquelle les déplacements intermédiaires sont mesurés en fonction du temps, lesdits déplacements 5 intermédiaires étant associés à l'enfoncement progressif de la pointe de mesure 11 au cours de la durée déterminée t.11 According to an advantageous variant, the method comprises a step c ′) during which the intermediate displacements are measured as a function of time, said intermediate displacements 5 being associated with the progressive depression of the measuring tip 11 during the period. determined t.
Comme illustré sur la figure 3, par exemple pour la première force F1 appliquée, un déplacement intermédiaire Dit pourra être mesuré à tl = 15s.As illustrated in FIG. 3, for example for the first applied force F1, an intermediate displacement Dit can be measured at t1 = 15s.
Des déplacements intermédiaires Df2, DP,... pourraient 10 également être mesurés à t2 = 30s, t3 = 45s... par exemple.Intermediate displacements Df2, DP, ... could also be measured at t2 = 30s, t3 = 45s ... for example.
On peut alors tracer une (ou plusieurs) autre(s) courbe(s) CI (CL2,...) représentant le déplacement intermédiaire en fonction de la force appliquée (figure 3).We can then plot one (or more) other curve (s) CI (CL2, ...) representing the intermediate displacement as a function of the applied force (figure 3).
La courbe Ctl présente, comme la courbe C , un premier domaine de déformation 15 élastique E du sol et, après un point d'inflexion, un deuxième domaine de déformation plastique Pl du sol, jusqu'à atteindre le point de rupture (Qc).The curve Ctl presents, like the curve C, a first elastic deformation domain E of the soil and, after an inflection point, a second plastic deformation domain Pl of the soil, until reaching the breaking point (Qc) .
Pour la force Ft correspondant au point d'inflexion I de 20 la courbe Ct, l'écart AD entre le déplacement intermédiaire Dil mesuré au bout de tl (par exemple 15 secondes) et le déplacement final De mesuré au bout de la durée déterminée (par exemple 60s) est représentatif du potentiel de liquéfaction du sol.For the force Ft corresponding to the inflection point I of the curve Ct, the difference AD between the intermediate displacement Dil measured at the end of tl (for example 15 seconds) and the final displacement De measured at the end of the determined duration ( for example 60s) is representative of the liquefaction potential of the soil.
Un écart AD supérieur à 20% pourrait traduire un sol potentiellement 25 liquéfiable.A deviation AD greater than 20% could reflect a potentially liquefiable sol.
Pour référence, le demandeur a développé une méthode de pré-identification de sols liquéfiables (cf.For reference, the applicant has developed a method for the pre-identification of liquefiable soils (cf.
H.H.
HosseiniSadrabadi et al, « Identification des sols liquéfiables par 30 pénétromètre statique : principe et modélisation numérique », Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l'Ingénieur, Nancy 2016) basée sur des essais de pénétration statique avec double mesure : une mesure de la résistance de 12 / pointe em sa une vitesse constante d'enfoncement de 2cm/s et une mesure de la résistance de pointe à l'arrêt rft.HosseiniSadrabadi et al, "Identification of liquefiable soils by 30 static penetrometer: principle and numerical modeling", National Days of Geotechnics and Engineering Geology, Nancy 2016) based on static penetration tests with double measurement: a measurement of the resistance of 12 / point with a constant driving speed of 2cm / s and a measurement of the point resistance at standstill rft.
L'écart / semble caractéristique de l'évolution des m e pressions interstitielles dans le sol.The difference / seems characteristic of the evolution of the same pore pressures in the soil.
Plus cet écart AQ, est 5 élevé, plus le risque de liquéfaction du sol en cas de séisme est élevé.The higher this deviation AQ, the greater the risk of liquefaction of the soil in the event of an earthquake.
En particulier, il existe une très forte probabilité de liquéfaction lorsque cet écart excède 40% de la résistance du sol mesurée en mode statique.In particular, there is a very high probability of liquefaction when this difference exceeds 40% of the resistance of the ground measured in static mode.
10 Le procédé selon l'invention, en donnant accès à l'écart AD, pourrait conforter la représentativité de l'écart AQ, vis-à-vis des pressions interstitielles et du potentiel de liquéfaction du sol considéré.The method according to the invention, by giving access to the difference AD, could reinforce the representativeness of the difference AQ, vis-à-vis the pore pressures and the liquefaction potential of the soil considered.
15 Notons que selon une première variante, à l'étape a) du procédé, le couple tube creux 2 / tige centrale 1 du penetrometre statique 100 pourra être enfoncé dans le sol selon un mode statique classique, permettant une mesure de la contrainte à la 20 rupture du sol en fonction de la profondeur, jusqu'à la profondeur P souhaitée pour la mesure élasto-plastique.Note that according to a first variant, in step a) of the method, the hollow tube 2 / central rod 1 pair of the static penetrometer 100 can be driven into the ground according to a conventional static mode, allowing measurement of the stress at the 20 breaking of the ground as a function of the depth, up to the desired depth P for the elastoplastic measurement.
Selon une deuxième variante, le couple tube creux 2 / tige centrale 1 pourra être introduit dans un trou préalablement 25 foré dans le sol jusqu'à la profondeur P souhaitée pour la mesure élasto-plastique.According to a second variant, the hollow tube 2 / central rod 1 pair can be introduced into a hole 25 previously drilled in the ground to the desired depth P for the elastoplastic measurement.
Dans les deux variantes, le sol à analyser, sous la pointe, n'a pas été modifié par l'étape d'amenée du couple tube 30 / tige, ce qui assure une bonne représentativité des mesures. 2cm/s arra AQc Qc -Qc 13 Le procédé de mesure selon l'invention, utilisant un pénétromètre statique 100, propose un moyen de mesure in situ pour reconstituer directement la relation d'action / réaction d'un ensemble fondations / sol en donnant accès au comportement 5 effectif sous charge du sol : portance, tassements, fluage dans le temps.In both variants, the soil to be analyzed, under the tip, was not modified by the step of bringing in the tube 30 / rod pair, which ensures good representativeness of the measurements. 2cm / s arra AQc Qc -Qc 13 The measurement method according to the invention, using a static penetrometer 100, provides in situ measurement means for directly reconstructing the action / reaction relationship of a foundation / soil assembly by giving access to effective behavior under soil load: lift, settlements, creep over time.
Contrairement à l'approche pressiométrique, le procédé de mesure n'est pas conditionné dans son résultat par la qualité 10 de l'exécution du forage, ni par l'hétérogénéité du sol, ni même par la sensibilité ou la complexité du matériel de mesure utilisé.Unlike the pressuremeter approach, the measurement method is not conditioned in its result by the quality of the execution of the drilling, nor by the heterogeneity of the soil, nor even by the sensitivity or the complexity of the measuring equipment. used.
15 La présente invention concerne également un pénétromètre statique 100 pour la mesure des propriétés élasto-plastiques d'un sol.The present invention also relates to a static penetrometer 100 for measuring the elastoplastic properties of a soil.
Le pénétromètre 100 (figure 4) comprend au moins une tige 20 centrale 1 terminée à une première extrémité par une pointe de mesure 11.The penetrometer 100 (FIG. 4) comprises at least one central rod 20 1 terminated at a first end by a measuring tip 11.
Il comprend également au moins un tube creux 2 entourant la tige centrale 1.It also comprises at least one hollow tube 2 surrounding the central rod 1.
Les diamètres respectifs du tube creux 2 et de la tige centrale 1 sont adaptés de sorte que cette dernière puisse coulisser librement à l'intérieur du tube creux 25 2.The respective diameters of the hollow tube 2 and of the central rod 1 are adapted so that the latter can slide freely inside the hollow tube 25 2.
Le couple formé par la tige centrale 1 et le tube creux 2 est destiné à s'enfoncer dans le sol, la pointe 11 en tête.The couple formed by the central rod 1 and the hollow tube 2 is intended to sink into the ground, the tip 11 at the head.
Comme cela est bien connu, pour atteindre une profondeur donnée, des tiges 1 et tubes 2 additionnels peuvent être raccordés bout 30 à bout, pour former un train de couples tige/tube, pouvant être enfoncé dans le sol sur plusieurs dizaines de mètres.As is well known, to reach a given depth, additional rods 1 and tubes 2 can be connected end to end, to form a train of rod / tube pairs, which can be driven into the ground for several tens of meters.
14 Le pénétromètre 100 comprend en outre un vérin 6 comportant un corps externe 61 solidaire du tube creux 2 et un corps mobile 62 apte à venir en contact avec la tige centrale 1.The penetrometer 100 further comprises a jack 6 comprising an external body 61 integral with the hollow tube 2 and a movable body 62 able to come into contact with the central rod 1.
Avantageusement, le corps mobile 62 est capable de 5 réaliser un déplacement maximal d'environ 7cm entre une position effacée (corps mobile 62 rétracté et pointe de mesure 11 en butée contre le tube creux 2) et une position déployée (corps mobile 62 étendu au maximum, sortie de pointe 11 maximale).Advantageously, the movable body 62 is able to achieve a maximum displacement of about 7cm between a retracted position (movable body 62 retracted and measuring tip 11 in abutment against the hollow tube 2) and a deployed position (movable body 62 extended to the left). maximum, peak output 11 maximum).
Le corps mobile 62 est configuré pour appliquer une force 10 à une deuxième extrémité 12 de la tige centrale 1, qui va mener à un enfoncement plus ou moins important de la pointe de mesure 11, selon les caractéristiques du sol.The movable body 62 is configured to apply a force 10 to a second end 12 of the central rod 1, which will lead to a greater or lesser depression of the measuring tip 11, depending on the characteristics of the ground.
Le déplacement du corps mobile 62, associé à cet enfoncement est mesuré.The displacement of the movable body 62, associated with this depression is measured.
La puissance du moteur du vérin est préférentiellement 15 choisie de sorte que le corps mobile 62 soit capable d'appliquer des forces comprises typiquement entre 100N et 20kN.The power of the actuator motor is preferably chosen so that the movable body 62 is capable of applying forces typically between 100N and 20kN.
Avantageusement, le vérin 6 est un vérin électrique.Advantageously, the jack 6 is an electric jack.
Le pénétromètre 100 comprend également un contrôleur 20 électronique 7 pour asservir le vérin 6, de manière à appliquer une force donnée, pendant une durée déterminée t, et à enregistrer le déplacement du corps mobile 62 en fonction du temps, et ce pendant la durée déterminée t.The penetrometer 100 also comprises an electronic controller 7 for controlling the jack 6, so as to apply a given force, for a determined duration t, and to record the displacement of the movable body 62 as a function of time, and this for the determined duration. t.
25 Le pénétromètre 100 selon l'invention comprend avantageusement des moyens d'appui solidaires du tube creux 2 par l'intermédiaire d'une mâchoire de bridage 3.The penetrometer 100 according to the invention advantageously comprises support means integral with the hollow tube 2 via a clamping jaw 3.
Les moyens d'appui permettent un enfoncement en mode statique dans le sol du couple formé par le tube creux 2 et la tige centrale 1 jusqu'à 30 la (ou les) profondeur(s) donnée(s) à investiguer.The support means allow the couple formed by the hollow tube 2 and the central rod 1 to be driven in static mode into the ground up to the given depth (s) to be investigated.
Les moyens d'appui pourront en particulier consister en un vérin hydraulique.The support means may in particular consist of a hydraulic cylinder.
La partie mobile du vérin hydraulique fixée au tube creux 2 lui applique la force d'appui nécessaire à l'enfoncement continu du couple tube/tige.The movable part of the hydraulic cylinder fixed to the hollow tube 2 applies to it the support force necessary for the continuous depression of the tube / rod pair.
La partie fixe du 15 vérin hydraulique doit être solidaire d'un massif de réaction.The fixed part of the hydraulic cylinder must be integral with a reaction block.
Les moyens d'appui pourront comprendre un groupe hydraulique automoteur, pour actionner le vérin hydraulique.The support means may comprise a self-propelled hydraulic unit, to actuate the hydraulic cylinder.
5 Avantageusement, les moyens d'appui sont maintenus par un châssis.Advantageously, the support means are held by a frame.
Le châssis est muni d'au moins un élément de liaison mécanique destiné à être connecté au massif de réaction.The frame is provided with at least one mechanical link element intended to be connected to the reaction mass.
Cet élément de liaison mécanique pourra par exemple consister en une pince hydraulique ou mécanique, ou encore un étau de même type.This mechanical connecting element could for example consist of a hydraulic or mechanical clamp, or else a vice of the same type.
10 Le fait que le châssis soit équipé d'un tel élément de liaison mécanique le rend connectable à tout genre de massif de réaction.The fact that the frame is equipped with such a mechanical connecting element makes it connectable to any type of reaction block.
15 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'inventionOf course, the invention is not limited to the embodiments described and it is possible to provide variant embodiments without departing from the scope of the invention.
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