S. A M A R I n g n i e u r

D p a r t e m e n t d e m c a n i q u e d e s sols Laboratoire central

et J . JZQUEL I n g n i e u r

Laboratoire r g i o n a l d e Sa in t -Br ieuc

r

Essais en place et en laboratoire sur sols cohrents Comparaisons des rsultats

v

LE S essais en place constituent une branche de plus en plus importante de la mcanique des sols. Leurs premiers dveloppements taient probable-ment dus leur simplicit apparente et donc leur cot relativement plus faible que celui des prlve-ments et essais en laboratoire.

L'exprience a montr que l'utilisation et l ' interpr-tation des essais en place ne vont pas sans poser des problmes trs complexes qui sont de trois ordres :

ralisation correcte de ces essais , comparaison directe entre ces essais et le com-portement des fondations, comparaison entre ces essais et les essais de laboratoire.

La ralisation correcte des essais en place est le premier problme que le G E E S E P * s'est attach rsoudre.

A cet effet, des recherches exprimentales et tech-nologiques ont t entreprises concernant le sc isso-mtre [1, 2, 3, 4], le pntromtre statique [5, 6], et le pressiomtre [7, 8].

C e s recherches ont permis de dgager les facteurs essentiels qui influent sur les rsultats bruts des essais. Elles ont conduit (ou elles conduiront) une uniformisation du matriel et une standardisation des mthodes d'utilisation de ces appareils par les laboratoires des Ponts et Chausses. En particulier, pour le pressiomtre, le G E E S E P a tabli un mode opratoire [9].

La comparaison directe entre les essais en place et le comportement des fondations a t dveloppe surtout en ce qui concerne le pntromtre et les

pieux d'une part (Ecole hollandaise) et le pressio-mtre et les fondations, en gnral, d'autre part (Louis Mnard).

C e s procds sont uniquement empiriques car ils constituent essentiel lement des talonnages. Ils don-nent cependant des rsultats intressants et valables dans de nombreuses conditions d'utilisation. L 'exa-men de ces problmes sort du cadre du prsent article.

La comparaison entre les essais en place et les essais de laboratoire a galement fait l'objet de nombreuses tudes, car les thories c lassiques de la mcanique des sols tant bases sur les param-tres de rsistance au cisail lement et de compressi -bilit dtermins en laboratoire, il est immdiatement apparu ncessaire de relier les rsultats des essais en place ces paramtres ; cela dans le double but de comprendre l'action des essais en place sur le sol et d'obtenir ces paramtres plus rapidement et au moindre cot.

C e type de recherche a t entrepris par exemple par Buismann, qui avait tent de relier la rsistance en pointe R p du pntromtre statique, l' indice de compression C c , suivant la formule :

C C = 1 , 5 . 5 P " o

Po tant la pression des terres au repos.

Plus rcemment, on doit citer les tudes de : Van Vanbeke [10], Mnard [11], Sanglerat [12], Cassan [13], et Higgins [14].

* GEESEP : Groupe d'tude des essais de sols en place, cr l'initiative du L C P C en 1967, et dont M M . Jzquel et Amar sont les animateurs (NDLR).

97

B u l l . L i a i s o n L a b o . P. e t C h . - 5 8 m a r s - a v r . 1 9 7 2 - R f . 1 1 4 0

De leur ct, les laboratoires des Ponts et Chaus-ses ont accumul un certain nombre de rsultats comparatifs d 'essais raliss par leur soin, sur des sols trs divers et en respectant les modes opra-toires et les techniques d 'essais prcdemment dfinis.

Bien que ces rsultats soient incomplets et parfois mme discutables, il a paru ncessaire de les expo-ser ici, car ils vont permettre d'orienter les recher-ches futures, dans ce domaine difficile.

Il apparat en effet i l lusoire de penser extraire des conclusions valables, d'aprs une compilat ion de rsultats d 'essais qui pourraient tre obtenus au cours d'tudes habituelles de fondations, mme si les modes opratoires ont t respectes, car la comparaison entre les essais de laboratoire et les essais en place ncessite de plus : le choix de sites homognes, la ralisation des divers essais dans une zone aussi concentre que possible, la connaissance parfaite du sol , ce qui impose la ralisation de toute la panoplie des essais de labo-ratoire, ceux-ci devant tre effectus avec le plus grand soin sur des chantil lons vritablement intacts.

C e s condit ions, trs svres, conduisent pour une telle recherche liminer sans hsitation toute mesure douteuse.

H a u t e u r d e c h u t e

M o u t o n d e b a t t a g e

T i g e

T u b e d e r e v t e m e n t

Fig. 2 - Schma de principe des pntromtres dynamique et statique.

Essais dplaant le sol

L'originalit de ces essais est que les apparei ls pn-trent dans la masse du sol en le dformant et en le refoulant. C e sont donc des essais qui testent la fois la rsistance au cisail lement des sols et leur compressibil i t .

On peut distinguer deux types d'apparei ls.

I. CLASS I F ICAT ION S C H E M A T I Q U E

D E S E S S A I S EN P L A C E

Essais ne dplaant pas le sol

C'es t l 'essai au scissomtre (fig. 1). La rotation de la pale cisail le le sol suivant une surface cyl indrique. Connaissant le couple de torsion ncessaire et cette surface, on en dduit la rsistance au cisail lement mobilise.

Pour des raisons technologiques (possibil it de mise en place de l'appareil et rsistance des tiges la torsion), et thoriques (connaissance de la surface de cisail lement), le domaine d'utilisation de cet appareil est limit aux sols fins, cohrents, peu consistants. Il donne donc une cohsion apparente C u (approxi-mativement pour des valeurs de C u infrieures 0,6 ou 0,8 bar).

Les pntromtres dynamique et statique Il existe de nombreux apparei ls qui diffrent par des dtails technologiques et gomtriques (fig. 2). Leur caractristique principale est qu'i ls testent le sol la limite .

Les essais au pntromtre dynamique tant diffi-ci les interprter, on ne parlera dans ce qui suit que des pntromtres statiques.

Le pressiomtre

L'intrt de cet apparei l , par rapport aux deux pr-cdents, est qu'il permet en principe de tester le sol depuis l'tat naturel (P 0 ) jusqu' l'tat limite (P/ ), donc, en particulier, dans la phase pseudo-lastique. C e qui permet de dfinir un module E, proportionnel l ' inverse de la pente de la partie approximative-ment linaire do la courbe type (fig. 3).

M o m e n t d e t o r s i o n R e s i s t a n c e a u c i s a i l l e m e n t

M o u l i n e t . R o t a t i o n d u m o u l i n e t en d e g r e s

98

II. C O M P A R A I S O N S ENTRE LE PRESSIO-

METRE ET LE P E N E T R O M E T R E STATIQUE

Il existe videmment des diffrences technologiques, gomtriques et de mise en uvre fondamentales entre ces deux types d'appareils, en particulier :

1. Le pressiomtre est gnralement ralis dans un forage non tub, alors que le train de tiges du pntromtre se comporte comme un tubage plac l'arrire de la pointe.

Dans le premier cas, on pourrait donc concevoir que le refoulement du sol se fasse vers le trou de forage et que l 'essai pressiomtrique, en dpit des cellules de garde, ne testerait pas la compressibil i t d'en-semble du milieu.

On a pu voir, dans certains ouvrages, des schmas de principe, montrant des bourrelets de sols dans le forage au-dessus et au-dessous de la sonde pres-siomtrique. Rcemment, Livneh et Uzan [15] ont prsent une thorie de la rupture au pressiomtre, utilisant les schmas classiques de lignes de glis-sements venant se refermer sur un tubage plac au-dessus de l 'appareil.

2. L'essai pressiomtrique sollicite le sol horizonta-lement, alors que dans l 'essai au pntromtre sta-tique, la sollicitation est verticale (comme elle le serait sous une fondation sur pieu).

Pourtant, si on enfonce un pntromtre dans le sol sur plusieurs mtres, il est vident que le refoule-ment se fait essentiel lement latralement, et que l'on ne comprime pas sous la pointe une colonne entire de sol .

3. Mais il existe une autre diffrence fondamentale entre les deux essais, bien moins apparente de prime abord.

Lorsque le sol entre en plasticit autour du pres-siomtre, (Pf ), celui-ci videmment reste en place et on peut continuer gonfler la sonde, jusqu' attein-dre une pression limite (P / ) . Au contraire, pour l 'essai au pntromtre statique, on pourrait enfoncer la pointe en maintenant la charge Pf constante, (sous rserve que les caractristiques du sol soient cons-tantes en profondeur). S i l'on augmente la charge en pointe, la seule consquence est d'augmenter la vi tesse de fonage.

Corrlativement, comme on impose en gnral la vi tesse de fonage, on comprend pourquoi la rsis-tance en pointe augmente avec cette vi tesse (pour certains sols : silts, sables lches, saturs, etc, d'au-tres phnomnes interviennent, qui infirment cette constatation).

En d'autres termes, seul l 'essai pressiomtrique per-met de montrer l 'existence d'une pression limite dans les sols.

Etant donn un si grand nombre de diffrences de gomtrie, de technologie, de principe, etc., y a-t-il une relation* entre les rsultats de ces deux essais ?

Pour le vrifier, il est ncessaire de tenir compte de l'htrognit des sols, en effet, il est vain de comparer les rsultats des deux sondages, mme trs vois ins.

La technique recommande est la suivante : faire l 'essai de pntration statique l'aide d'un appareil de petit diamtre (par exemple un pntro-mtre Gouda de 36 mm de diamtre muni de sa pointe habituelle ou de prfrence d'une pointe lec-trique [5]), ralser ensuite ce forage l'aide d'une tarire main (avec injection de bentonite si ncessaire) en diamtre de 60 mm, faire les essais au pressiomtre dans le forage ainsi obtenu mais avec un laps de temps le plus court possible entre les deux oprations, comparer les caractristiques pressiomtriques ainsi obtenues avec la moyenne de rsistance de pointe correspondant la hauteur de la cellule de mesure du pressiomtre.

Il s'agit en premier lieu de connatre l'influence de ce procd sur les rsultats des essais pressiom-triques.

Les graphiques de la figure 4 reprsentent des rsul-tats d'essais obtenus dans des forages voisins par divers procds. Le sol est une argile consistante (le > 0,8 [16]). Par dfinition, nous avons pris comme talon le forage 4 a o les essais pressiomtriques ont t effectus dans un forage ralis aux mches

* Nous prfrons le terme relation plutt que celui de ' corrlation , qui fait appel des notions statistiques peu applicables ici, tant donn le faible nombre de rsultats dont on dispose.

99

hlicodales continues sec. Les avant-trous ont t obtenus au pntromtre avec ou sans manchon ergots.

Prcisons que ce manchon est une tige spciale comportant des ergots, interpos entre la pointe et le train de t iges, et dont le rle est de diminuer le frottement latral, afin de permettre d'augmenter la profondeur de pntration de l 'appareil. Dans le cas prsent, les ergots dbordaient de 5 mm par rap-port la tige. On constate sur les graphiques 4 b et 4 d que l'effort total de fonage (donc le frot-tement latral), s 'est trouv rduit de 6,5 tonnes I tonne environ, 7 mtres de profondeur.

II s'agit de vrif ier galement l'influence de ce man-chon ergots sur les rsultats pressiomtriques.

Pour comparer entre elles les diffrentes valeurs mesures dans un sol homogne, il est prfrable d'exprimer les variations des divers paramtres (en bars) en fonction de la profondeur z (en mtres).

Par exemple, pour la rsistance en pointe et la pression limite, on peut crire :

R p = az + b et Pi = a'z + b' o Rp et Pi sont exprims en bars et z en mtres,

d'o

R? _ a

v I" 1 + b a ' a b ' 1 Pi ~ a X I + a (a' z + b')J

C e s rsultats (fig. 4) permettent de tirer les conclu-sions suivantes (que l'on se.gardera cependant d'ex-trapoler tous les cas sans vrif ication pralable) :

pour les trois mises en oeuvre, aucune diffrence significative n'apparat sur la valeur de la pression limite Pi , pour le module pressiomtrique E, il n'y a pas de diffrence signif icative entre les mthodes a et c. Par contre, pour le cas e, il semble que le module ne varie plus avec la profondeur z, le rapport E/Pi ne prsente pas de diffrence significative avec la profondeur. En moyenne on a, dans le cas prsent : E/P/ = 17, ce qui est une valeur leve par rapport ce que l'on obtient dans la plupart des terrains

(8 < 1 - < 1 2 ) , tudions le rapport R P /Pi :

pour les graphiques b et c on a

lp = 1 + TIT-5 soit par exemple, pour z = 5 m Rp/P/ = 3,76

z = 10 m Rp/P/ = 2,91

pour les graphiques d et e

R ' p ' - 2 [ ' + r f r ] soit par exemple, pour z = 5 m R P / P / = 3,72

z = 10 m Rp/P/ = 3,18

On constate que le rapport R P / P / diminue lgrement avec la profondeur, et qu'il est en moyenne, pour les profondeurs intresses ici, de l'ordre de 3,5.

Fig. 4 - Comparaisons entre le pressiomtr

m .

M o d u l e p r e s s i o m t r i q u e

s t a n d a r d

E e n b a r

P r e s s i o n l i m i t e

P p en b a r

n 5 0 100 5 0 0

1 1 1 1 1 1 1 0 2 0

1 i u

8 0 4 6 . 1 _ 2 - m ioo

1 2 0

1 6 , 2

- 4 - M 0 0

1 ^ # 2 7 0

t 8 , 1

f 8 , 6 - 6 - \r 180

1 3 0

T 9 , 1

1 9 , 6

- 8 -

w160 1 3 0

1 0

1 1 0 , 9 - 1 0 - L 1 9 0

I 4 6 0 W 13,5 1 2 . 1

- 1 2 - 1 5 0 J B | \ 1 7 , 7

9 0

1 f 1 5 , 9 . 1 4 _ 2 6 0 1 1 4 3 0

J M 3 .

1 \ l 9 , 5

- 1 6 -1 W 5 9 0

2 2 0

\ 2 * ' / - 1 8 -

1 T 500 3 2 0

17 , 9 ' ' 1 7 . 9

- 2 0 - \ P p = 0 . 6 6 j . . 4 , 9

E = 1 2 j 8 0

Fig. 4a - Rsultats pressiomtriques obtenus en fonction de la profondeur z dans un forage aux mches hlicodales continues

(forage sec).

Pour un sol similaire Romainvil le [17-18], on a Pi = 0,435 z + 7,45 R p = 0,57 z + 30

Les valeurs de P/ sont ramenes en pression totale (c'est--dire en rajoutant la hauteur d'eau dans les tubulures du pressiomtre). Les valeurs de R p ont t mesures au pntromtre P45 type Parez. On trouve encore que le rapport R P / P / diminue lgre-ment avec z : 4 pour z = 0, et 3,40 pour z = 5.

C e s valeurs sont tout fait comparables avec cel les obtenues par Mnard et d'autres auteurs dans des sols similaires. Rappelons que, d'une manire plus gnrale R p / P / varie avec la nature du sol et se situe entre 2,5 3 pour les argiles molles, et 7 8 pour les sables compacts.

La lgre influence de la profondeur mise part, on peut donc dire que le pressiomtre et le pntro-mtre sont des essais trs proches l'un de l'autre en dpit des diffrences technologiques fondamen-tales numres prcdemment.

100

!t le pntromtre statique. Rsultats exprimentaux obtenus dans une argile consistante.

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

10 50 100 150 j g " _ 2 5 ,

1 2 3 4 5 6 7 6 9 E f f o r t l i m i t e en t

Fig. 4b - Pntromtre Gouda pointe lectrique sans manchon ergots.

- o -

' 1

2

3

i

5

6

7

8

9

10

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

20 50 100 _ l I I

500 1000 I L

P r e s s i o n l i m i t e

P t en b a r

10 20

Pj = 0,7^* 5

E = 12 , * 46

. Fig. 4c - Rsultats pressiomtriques aprs ralsage du forage

pntromtrique 4b la tarire main injection.

Resistance en pointe (bar)

10 50 _ 100 150 _ 2 0 " _

1 2 3 4 5 6 7 8 9 Effort l im i te en t

Fig. 4d - Pntromtre Gouda pointe lectrique avec manchon ergots.

- 0

1

2

3 i 4

5 ~\

6

7

8

9

10

M o d u l e p r e s s i o m t r i q u e s t a n d a r d E en b a r

20 50 100 500 _ J I I l _

90

120

135

< M 10

( i n o

120

120

P r e s s i o n l im i te

f | en b a r

10 20

l

P p = 0 . 5 V (

E - 1 2 0

8.2

7.5

8,2

9,3

9,2

9,2

10

Fig. 4e - Rsultats pressiomtriques aprs ralsage du forage pntromtrique 4d la tarire main injection.

III. COMPARAISON ENTRE RP et P,

ET LA COHESION APPARENTE C u

Thoriquement, la rsistance en pointe R P au pn-tromtre statique est donne par la relation :

R P = C u . N c + Po

o P 0 est la pression totale verticale des terres au

repos (soit Y z) et N c un coefficient sans dimension, appel facteur de force portante. C 'est le mme N c qui est utilis pour le calcul des pieux (en gnral, on prend alors N c = 9 ou 10).

Donc, connaissant N c et P 0 , on peut thoriquement dduire C u de R p :

R p Po C u =

101

Pour l'utilisation de cette formule, certains auteurs ont propos des valeurs de N c suprieures 10. Begemann par exemple [26] propose N c = 13,6 pour un appareil muni d'une pointe fixe par rapport au tube.

Plus rcemment sont apparues des formules de la forme C u = R p / a , avec a pouvant aller jusqu' 15 ou 20.

D'autre part, on a montr [5, 19, 20] que dans cer-tains sols R P tait fonction de la conception de la pointe.

De mme, pour l 'essai pressiomtrique, Mnard pro-p p

pose une relation de la forme Ou ou

B varie en fonction du rapport E/P/ [11] et P 0 = la pression totale horizontale des terres au repos (sous rserve que P/ soit galement exprime en pression totale)

B = 5,5 pour E/P/ - 10 S = 6,4 pour E/P/ = 15

Essayons de vrif ier sur quelques sols types, les valeurs de ces coeff icients.

Les diffrents rsultats obtenus sont synthtiss dans le tableau (fig. 5).

Il nous semble cependant ncessaire avant d'inter-prter ces rsultats d 'exposer plus en dtail ceux se rapportant au site de la figure 4 [16].

Les chantil lons ont t prlevs avec le plus grand soin (carottier Crael ius Soi l Sampler), et la cohsion C u a t mesure en laboratoire l 'appareil triaxial. La variation de C u (en bars) avec la profondeur z (en mtres) s'crit :

C u = 0,08 z + 0,440

Comme d'autre part P 0 = 7 z = 0,190 z, il vient avec R p = z + 25 .

Po C u

z = 0 z = 5 m z = 10 m

= 10 p + Ne = 56 N c = 34 N e = 26

1,65 0,81 [0,08 z + 0,440]

Bien que, en toute rigueur, ce calcul ne soit valable qu' l' intrieur des bornes des profondeurs de mesure, il apparat que N c est toujours beaucoup plus lev que 10 et que sa valeur diminue quand z augmente.

Pour le pressiomtre, on a P/ = 0,5 z + 6.

1,16 1 B = ^ = ^ = 3,9

pour z = 0 B = 14,2

pour z = 10 m. B = 7,6

1 + 0,08 z + 0,44

SITE Nature du

sol Profon-

deur m Y

t/ra3 C u bar

P/ bar

Rp bar Rp If/ N e Relations f (z) Observations

V i l l e nouvelle de MARNE

[16]

Arg i le consistante

0

5

10

1,9

1,9

1,9

0,440

0,840

1,240

6

8,5

11

14,2

10

7,6

25

30

35

4

3,5

3,2

55

34

26

C u = 0,08 2 + 0,440

P/ = 0,5 z + 6

Rp = z + 25

essai t r i ax ia l et pntromtre Gouda pointe lectrique

ROMAINVILLE [171

Arg i le consistante

0

5

10

1.9

1,9

1,9

0,6

1,1

1,6

7,45

9,6

11,8

12,8

7,8

6,15

30

33

36

4

3,4

3

52

30

22

C u = 0,1 z + 0,6

P/ = 0,435 + 7,45

Rp = 0,57 z + 30

essai t r i ax ia l et pntromtre Parez P 4 5

Valle de la RISLE

[221

Arg i le sableuse trs compacte

15 1,3 23 15,5 55 2,4 40 essai t r i ax ia l et pntromtre Parez P 45

PALAVAS-LES-FL0TS

[23] Vase molle

4

10

1,6 0,156

0,240

1,34

2,44

4 , 4 5 *

3,5

C u = 0,014 z + 0,1

Rp = 0,183 z + 0,61

Scissomtre de chant ier LPC et pntromtre Gouda pointe lectr ique

CRAN [24] Arg i le molle

5

10

1,6

1,6

0,19

0,36

1,5

3

3,5

3,85

2,25

4,66

1,5

1,55

7

8,7

C u = 0,033 z + 0,032

Rp = 0,482 z + 0,16

Scissomtre LPC et pntromtre Gouda pointe lectrique

PLANC0ET [251 S i l t lche 2 1,8 0,250 2,35 8 3,75 1,6 13.5

C u = 0 z + 0,250

fj = 0,34 z + 1,67

Rp = 0 z + 3.75

Pntromtre Gouda pointe lectrique essai t r i ax ia l et scissomtre LPC

SAINT-ANDRE-DE-CUBZAC

[271 Arg i le molle

3

6

1,5 0,14 3.8

5 scissomtre LPC

REDON [281 Arg i le molle

4

8

1,7

1,7

0,21

0,26

1,7

3

5,5

7,5 scissomtre LPC

LANESTER [29] Vase molle

3

8

1,5 12,9

9.5

Pntromtre Gouda pointe lectrique et scissomtre LPC

* SI pour le s i te de Palavas on ne t ient pas compte de P 0 on trouve pour z = 4 m, N c = 8,25 et pour z = 10 m, N c = 10,5

Fig. 5 - Tableau synthtisant les rsultats obtenus.

102

IV. INTERPRETATION DES RESULTATS

L'expression des variations de R P et Pj en fonction de z [ R p = az + b et P ; = a'z + b'] permet de constater que :

pour tous les sols cohrents tudis, a et a' sont compris entre zro et 0,5 une exception prs. Valeur comparer la variation de P 0 qui est de l'ordre de 0,2 z puisque en fait c'est la diffrence Pi P 0 ou R p P 0 qui intervient.

pour les sols cohrents raides, les valeurs de b et b' sont toujours trs leves. Elles sont par contre trs faibles, voire ngatives, pour les sols mous.

Cependant, dans presque tous les cas, le rapport R p / P / est une fonction de z : ce rapport diminue avec la profondeur dans la plupart des sols, cette diminution tant plus sensible pour les sols raides que pour les sols mous.

Les valeurs moyennes retenir concordent bien avec cel les donnes par de nombreux auteurs.

Dans la figure 6, nous avons port en ordonnes les valeurs de la cohsion dtermine en laboratoire, l'appareil triaxial (ou au scissomtre pour les sols mous), et en absc isses les valeurs obtenues au pres-siomtre partir de la formule :

Pi P o

Pour un site donn, nous n'avons pas fait apparatre sur ce graphique l'influence de la profondeur. On constate :

' une grande dispersion des rsultats, qui peuvent varier du simple au double ; pour des valeurs faibles de la cohsion ( C u < 0,5 bar, c'est--dire P/ P 0 < 3 bars environ), il y a en moyenne une bonne concordance entre les deux mthodes ; pour les valeurs leves de la cohsion, ( C u > 0,5 bar), la dispersion devient trs importante, bien que la cohsion dtermine au pressiomtre soit toujours suprieure cel le obtenue en laboratoire.

Pour les essais au pntromtre statique, les rsul-tats vont dans le mme sens : si les argiles sont

103

peu consistantes, N c est de l'ordre de 10, (et par-fols mme beaucoup moins), par contre pour les sols raldes, la valeur de N c peut atteindre 40-50 et plus.

S i , pour un site donn, on fait apparatre l' influence de la profondeur, on constate frquemment, mme lorsque C u augmente, une diminution de N c avec la profondeur, et dans des proportions qui peuvent tre importantes. C e fut galement le cas de Higgins sur le site de Sorrente (Stations 13 + 14 [14]).

Peut-on proposer quelques explications ces diver-gences considrables ?

1. L ' h t rogn i t

C e facteur peut intervenir de plusieurs manires :

tout d'abord dans la dispersion des rsultats. On ne peut pas faire sur le mme chantillon de sol tous les essais . La dispersion en plan n'est que rarement ngligeable, surtout pour des petites valeurs des coefficients a et a', etc. Dans la grande masse des rsultats notre disposit ion, nous avons limin tou-tes les valeurs qui, de ce fait, nous paraissaient douteuses. Mais, pour les recherches venir, il appa-rat clairement que ce facteur important doit tre limin si l'on veut aboutir des rsultats accep-tables.

d'autre part, l 'htrognit de la carotte elle-mme intervient souvent, surtout pour les sols raides.

C'est une des explications avances par Higgins : dans de tels sols, on obtient souvent des intercala-tions de couches sableuses, voire graveleuses, qui sont limines lors de la ralisation d 'essais en labo-ratoires, alors qu'el les peuvent tre intgres par l 'essai pressiomtrique.

Cette explication peut intervenir dans certains cas, et son incidence peut tre plus importante dans une compression simple que dans l 'essai triaxial (fig. 7 et 8).

2. R e m a n i e m e n t du s o l au p r l v e m e n t

C e facteur peut avoir une importance sur la mesure de C u en laboratoire, d'autant que, si le sol est raide, l'utilisation des meil leures techniques de prl-vement (piston stationnaire) est impossible, et que l'on doit utiliser le battage ou la rotation.

Higgins donne un exemple qui lui parat typique de ce phnomne [14] figures 7 et 8 dans un profil, la divergence entre le Cu pressiomtre et le C u laboratoire est d'autant plus grande que la cote d'essai est plus profonde. En surface (4 12 pieds), les rsultats sont confondus. En profondeur, la diver-gence est de 50 %, par rapport la valeur de C u mesure en compression simple.

Pour les exemples que nous avons cits, nous pen-sons que ce phnomne a t important, surtout dans le cas de la Risle : un chantillon prlev

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25 mtres a donn une cohsion de 0,65 bar, alors que sur un chantillon de mme nature prlev 15 mtres, on avait C u = 1 , 3 bar. Ma is il faut remarquer qu'il s 'agissait d'une argile sableuse satu-re qui, comme les silts, est un matriau trs fra-gile.

Nous ne pensons pas que cette explication puisse tre avance pour la ville de Marne ou Romainvil le.

3. La sensibilit des sols

Il a t mis en vidence prcdemment que (P/ P 0 ) et ( R P P 0 ) n'taient peut-tre pas des fonctions simples de C u .

C'es t d'ail leurs ce qui apparat la lecture des tra-vaux de Bishop, Hill et Mott [30] et de l'ou-vrage de Hill [31]. C e s auteurs ont montr que le matriau entre en plasticit au bord de la cavit avant la pression limite.

De mme, il a t montr exprimentalement [32], que, au cours d'essais pressiomtriques, le dviateur maximal tait mobilis la pression de fluage Pf (dfinie d'aprs Mnard).

Donc, si le sol est sensible, c'est--dire si sa courbe de rsistance au cisail lement est celle de la figure 9, c'est la cohsion rsiduelle ( C u ) r qui rgne au bord de la sonde la pression limite.

R e s i s t a n c e a u c i s a 1 1 1 e m e n t

T> t

D p l a c e m e n t * /

Fig. 9 - Courbe de rsistance au cisaillement d'un sol sensible.

On peut, plus simplement, mettre en vidence cette proprit : si on gonfle une sonde dans une argile sensible jusqu' Pi , puis si on la dgonfle et regonfle nouveau, on trouvera encore le mme Pi , mais, bien sr pour des dformations plus importantes (fig. 10). Ce la veut dire que : On ne peut pas, avec le pressiomtre, mesurer la sensibilit des sols directement ; Pi , d'autres facteurs interviennent, autres que la rsistance au cisail lement.

Il en est probablement de mme pour R p , qui obit des lois similaires, car comme on le verra plus loin, le rapport R P / P / varie peu en gnral pour un site donn.

Volume en cm

i

Fig. 10 Essai pressiomtrique cyclique.

Pression de la sonde en bar

Schmatisons la courbe de rsistance en pointe d'un pieu en fonction de son enfoncement (fig. 11).

Dans une premire phase, A B , le pieu tient . La pointe tasse.

Au point B, il y a rupture du sol (dviateur maximal mobilis). Si les proprits du sol taient constantes en profondeur, on pourrait continuer enfoncer le pieu pour cette mme contrainte R p o .

S i le vrin qui charge le pieu le permet, il sera pos-sible d'augmenter la charge jusqu' une limite R p impose d'ail leurs par le dispositif opratoire, c'est--dire par la capacit des pompes huiles.

Or, au pntromtre statique, les vi tesses de fon-age sont trs leves et on doit se trouver toujours dans la zone des R P de la figure 11. On rejoint, l encore, le problme voqu dans l'introduction : le pressiomtre ne s'enfonce pas, il amne le sol la limite .

Re'sistance en pointeenbar C N C

Fig. 11 - Courbe de chargement d'un pieu en pointe.

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Donc, en premire approximation, la rsistance en pointe du pntromtre et du pieu se trouve comprise, suivant la vi tesse de fonage, entre Pf et Pi , (aux facteurs de formes et autres prs), c'est--dire que les anneaux du sol au bord des pointes sont remanis.

Cependant, l 'ensemble des sols que nous avons tes-ts sont de sensibil it peu leve (2 5) et ce fac-teur ne nous parat pas pouvoir seul expliquer les carts constats.

matisation lasto-plastique ne prend pas en compte la sensibilit des sols).

D'autres tentatives ont t entreprises pour relier R p la compressibil i t des sols. Buismann, Parez, puis plus rcemment Sanglerat [12]. Par compres-s ib i l i t, on entend cette fois-ci le terme C c , c'est--dire l'indice de compression mesur en laboratoire, lors de l 'essai cedomtrique. Sanglerat donne par exemple les rsultats de la figure 12.

4. La compressibi l i t * ou la dformabil i t

Lorsque l'on crase une carotte en laboratoire, une fois le dviateur maximum atteint, l'chantillon s'ef-fondre. Il n'en est pas de mme en place : une fois le dviateur maximum atteint, on peut encore aug-menter la pression par exemple, dans la sonde pres-siomtrique de Pf P/ .

Les anneaux plastif is au bord de la sonde sont maintenus en place par les anneaux intacts plus loigns et c'est la compressibil i t du milieu qui en-caisse la dformation. Cette compressibil i t n'est nullement prise en compte dans le terme C N C .

C e problme a dj t pris en considration par Bishop, Hill et Mott [30], Salenon [33], Mnard [34], pour l 'application au pressiomtre des thories pr-cdentes et pour l 'application des mmes thories aux fondations profondes, Meyerhof [35], etc.

Dans le cas d'une cavit sphrique, la formule de Bishop, Hill et Mott s'crit :

R P = 4 " C u [ 1 + L O G E 3 ~ c - u ] + P " o E est le module d'lasticit du sol (module d'Young).

Pour une cavit cyl indrique (pressiomtre), la for-mule devient :

P = C u J 1 + l og e g^-j + P

Remarquons que cela donne R P / P / = Cte = 4/3, ce qui n'est pas confirm par l'exprience.

Puisque le pressiomtre donne thoriquement E, on pourrait penser appl iquer cette seconde formule pour dduire C u de P/ . L'exprience montre galement que les rsultats ne sont gure meilleurs. Par exem-ple, pour la ville nouvelle de Marne, la formule pr-cdente donne 5 m de profondeur P/ P 0 = 3,94, alors qu'exprimentalement on a trouv P/ P 0 = 7,6.

C e s nouvel les divergences pourraient en partie s'ex-pliquer par les remarques suivantes : le module pressiomtrique tel que dfini par Mnard n'est pas le module d 'Young du sol , l'ap-pareil n'tant pas assez sensible pour mesurer ce module qui correspond de trs petites dformations relatives ; le module Mnard est fortement influenc par la mise en uvre de l'appareil (au moins pour les sols mous) ; les fondements mmes des thories rhologiques sont discutables pour les sols (en particulier la sch-

I ndice de compression C c

0,3

10 Rs is tance en pointe (bar)

Fig. 12 - Relation C c = f (R p ) d'aprs Sanglerat.

Cette faon de faire nous semble discutable pour plusieurs raisons : C e rend compte de l'aptitude des particules de sol se rapprocher sous un champ donn de dfor-mation, ce qui ne peut se faire que lorsque le fluide interstitiel peut s'chapper. C e n'est videmment pas ce qui peut se produire lors de la pntration de la pointe du pntromtre dans une argile ; la figure 12 montre d'ail leurs qu'il n'y a pas de relation entre les deux paramtres : si R p > 10 bars, le C e est pratiquement constant et de l'ordre de 0,1 0,2 ; si R p < 10 bars, C c peut avoir n'importe quelle valeur au-del de 0,3.

* Les essais considrs sont des essais non drains sur sol satur. Le volume lmentaire de sol est donc invariable. Sous l'Influence par exemple du pressiomtre, il se dforme et se dplace. Le volume total Inject dans la sonde est repris uniquement par la compressibilit lastique du milieu infini. Dans un sable dilatant (c'est--dire un sable dont le volume lmentaire augmente au cours de l'essai sous l'Influence du dviateur), c'est encore la compressibilit du milieu dans le domaine lastique qui encaisse la dformation d'ensemble (dformation propre du pressiomtre plus la dformation de dilatance).

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C O N C L U S I O N S

Cette tude, sans pouvoir rpondre tous les pro-blmes que posent les comparaisons entre les rsul-tats des essais en place et de laboratoire*, permet cependant de dgager les difficults auxquelles on se heurte et d'orienter les futures recherches entre-pr ises dans cette voie.

Un point important a t nanmoins mis en vidence, c'est qu'il n'existe pas une relation biunivoque entre d'une part la cohsion C u dtermine en laboratoire, et d'autre part la pression limite Pi , et la rsistance en pointe R p .

Nous pensons qu'il est trop simple d'expliquer les carts constats uniquement par la qualit des essais et l 'htrognit des sols. La sensibilit et la com-pressibll lt des terrains interviennent certainement pour une large part dans ce phnomne.

Nous avons ainsi constat dans plusieurs sites tu-dis que le terme N c dtermin partir de C u et de P p diminue avec la profondeur z, bien que la cohsion non draine C u augmente avec la profon-deur. De mme, le terme 3 du pressiomtre

j^Cu = ^ diminuait avec la profondeur

pour ces mmes sols.

Par contre, si l'on fait abstraction de la profondeur, et si l'on compare la cohsion C u d'une part, et R p et Pi d'autre part, on peut, en premire approxima-tion distinguer deux familles de rsultats :

1 - Pour les cohsions infrieures 0,5 bar, les for-

mules donnant C u = TJ et C u = n sont peu prs valables pour :

N c = 12 et B = 5,5

ce qui correspond aux limites approximatives : Pi Po = 3 bars et R P Po = 6 bars.

2 - Pour des cohsions suprieures 0,5 bar, la dispersion est trs grande et l'utilisation des for-mules prcdentes n'est pas recommande.

Afin d'obtenir un ordre de grandeur plus raisonnable en moyenne, nous proposons les deux formules sui-vantes :

C u = Pi Po

10 + 0,25 pour Pi P > 3 bars

C u = R P P o

30 + 0,3 pour R p P 0 > 6 bars

En corollaire, il ressort de ce qui prcde que, si l'on recherche la rsistance en pointe d'un pieu (voire la portance d'une fondation en gnral), il est prf-rable d'utiliser R p et Pi (frapps des coefficients habi-tuels), plutt que la formule R P = C . N c + P o .

Cette tude sera poursuivie en respectant videm-ment des plans d'exprience trs stricts dans des sites dj reconnus comme homognes. Mais il est probable qu'elle ne trouvera sa solution que dans l'tude thorique des essais en place, en essayant de prendre en compte tous les paramtres qui inter-viennent dans le comportement du sol .

* On n'a pas examin par exemple l'influence de la nature du champ de contrainte, les conditions de drainage des essais in situ et l'incidence -des vitesses de cisaillement dans les mmes conditions de drainage.

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