Brevet FR2583876A1 — publié le 19861226

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de mesure des caractéristiques de cisaillement d'un sol, et plus particulièrement un procédé du type dans lequel on introduit dans le sol une sonde dilatable pour exercer une pression radiale sur ledit sol. On sait que si on applique à un échantillon de sol à la fois une contrainte de compression et une contrainte de cisaillement perpendiculaire à la contrainte de compression, la courbe représentant le cisaillement à la rupture en fonction de a compression est sensiblement une droite. Les caractéristiques essentielles de cisaillement que sont la cohésion et l'angle de frottement interne sont définies comme étant respectivement l'ordonnée à l'origine et la pente de cette droite. Ces caractéristiques sont largement utilisées pour le dimensionnement des ouvrages et notamment pour l'étude de la stabilité des talus, des murs de soutènement, parois moulées etc... pour le calcul des fondations superficielles au poinçonnement, le calcul des fondations à l'arrachement ou au renversement, ou encore le calcul des digues et barrages en terre. Toutefois, seuls les sols fins cohérents se prêtent aux prélèvements d'échantillons intacts et donc aux essais de laboratoire rappelés ci-dessus. Par contre, les sables pulvérulents, les graviers, les argiles à silex, la craie, le tuffeau et les roches altérées diverses ne sont pas prélevables ou ne peuvent faire l'objet de prélèvements réellement intacts de sorte que les essais de laboratoire ne peuvent être réalisés. On a tenté de résoudre ce problème en proposant de déterminer d'autres caractéristiques du sol par des essais pressiométriques ou pénétrométriques, puis d'établir des corrélations. Ces procédés présentent toutefois l'inconvénient qu'ils ne donnent aucune indication précise sur la cohésion et l'angle de frottement interne proprement dits. Des appareils ont également déjà été proposés pour mesurer ces caractéristiques in situ, mais ils ne peuvent être utilisés que dans des types de sols particuliers. C'est ainsi que l'utilisation du scissomètre est limitée à la mesure de la cohésion apparente dans les sols mous purement cohérents. D'autres appareils ont été proposés pour réaliser un cisaillement par rotation, mais la difficulté de mobiliser un couple suffisant limite la portée de ces appareils aux sols mous ou moyennement compacts. Ces appareils sont par ailleurs mécaniquement très complexes et par conséquent relativement fragiles, et ils sont en outre encombrants, nécessitant la réalisation de forages de grands diamètres. La présente invention vise à pallier ces inconvénients en fournissant un procédé et un dispositif relativement simple permettant d'obtenir la cohésion et l'angle de frottement interne d'un sol, le dispositif pouvant en outre être introduit dans un forage de faible diamètre tel par exemple que les forages pressiométriques standards de 60 mm. A cet effet, l'invention a tout d'abord pour objet un procédé de détermination des caractéristiques de cisaillement d'un sol du type dans lequel on introduit dans le sol une sonde dilatable pour exercer une pression radiale sur ledit sol, caractérisé par le fait qu'il comprend une pluralité d'étapes consistant chacune à exercer sur la sonde une traction axiale croissante pour une pression radiale prédéterminée et à relever la valeur de la traction axiale provoquant la rupture du sol par cisaillement, puis une étape consistant à déduire des couples (pression radiale, traction axiale à la rupture) la cohésion et l'angle de frottement interne du sol. Ce procédé a par conséquent pour effet de reproduire in situ des essais du type de ceux réalisés en laboratoire sur des éprouvettes. La contrainte de compression est obtenue par la dilatation radiale de la sonde et la contrainte de cisaillement est obtenue par la traction axiale répartie sur la surface latérale de la sonde. Les memes types d'essais qu'en laboratoire peuvent etre réalisés et notamment les essais non consolidés rapides, les essais consolidés rapides et les essais consolidés lents. La sonde peut être introduite dans le sol dans un forage préalablement réalisé ou encore directement par battage ou vibro-percussion, auquel cas elle est munie d'une pointe de battage ou encore mise en place par autoforage. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, chacune des étapes de la pluralité d'étapes est réalisée en mesurant le déplacement axial de la sonde en fonction de ladite traction axiale et en relevant la valeur de cette traction lorsque la courbe du déplacement en fonction de la traction marque un palier. De préférence, on augmente la pression radiale lorsque ledit palier est atteint et on réalise alors l'étape suivante de ladite pluralité d'étapes. On a en effet vérifié la validité de l'essai par paliers successifs. Cette validité est due au fait que les dilatations successives de la sonde après chaque palier mobilisent à chaque fois un nouveau plan de cisaillement. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus caractérisé par le fait qu'il comprend une sonde dilatable, des moyens pour introduire cette sonde dans le sol, des moyens pour contrôler la pression radiale exercée sur le sol par la dilatation de la sonde, des moyens pour exercer une traction axiale sur la sonde, et des moyens pour mesurer le déplacement axial de la sonde sous l'action desdits moyens de traction. Les moyens pour introduire la sonde dans le sol et les moyens de traction peuvent notamment comprendre un train de tiges à Ja partie inférieure duquel est montée la sonde. Les moyens de traction peuvent en outre comprendre un vérin creux traversé par le train de tiges, des moyens d'appui dudit vérin sur le sol, des des moyens de liaison entre le vérin et le train de tiges. Selon un mode de réalisation de 3'invention, la sonde est sensiblement cylindrique et peut comprendre une enveloppe élastique à l'extérieur de laquelle sont montées des coquilles de pression. Ces coquilles sont avantageusement munies de saillies dirigées vers l'extérieur. Ces saillies ont pour fonction de pénétrer dans le sol afin que le plan de cisaillement se développe en dehors de la zone superficielle remaniée par l'exécution du forage. Ces saillies peuvent par exemple être constituées de nervures annulaires. Les coquilles peuvent être réalisées par exemple en acier ou, si l'on souhaite réaliser-des essais du type drainé, en matériau poreux tel que du bronze fritté. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de l'invention en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un dispositif selon l'invention en cours d'utilisation, - la figure 2 est une vue en coupe à plus grande échelle selon la ligne II-II de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2, - la figure 4 représente la variation de la contrainte de cisaillement en fonction du déplacement axial de la sonde lors de la réalisation d'un essai et, - la figure 5 représente la détermination graphique de la cohésion et de l'angle de frottement interne à partir des données de la figure 4. La figure 1 représente une sonde dilatable 1 reliée par un conduit 2 à un appareillage 3 permettant de contrôler la pression régnant dans la sonde ainsi que son volume. La sonde 1, munie dans le cas présent d'une pointe de battage 4, est introduite dans un forage 5 à l'aide d'un train de tiges 6. Le train de tiges 6 traverse ci sa partie supérieure un vérin creux 7. Ce vérin 7 est en appui d'une part sur le sol par l'intermédiaire de cales 8, et d'autre part sur une bride 9 solidaire du train de tiges par l'intermédiaire d'un organe 10 de mesure de l'effort de traction F exercé par le vérin sur le train de tiges. Le vérin 7 est alimenté par une canalisation 11 sur laquelle peut être prévu un manomètre 12. Un trépied 13 posé sur le sol porte d'une part, une surface de référence 14 et d'autre part, une échelle graduée 15. Une potence 16 solidaire de la partie supérieure du train de tiges porte d'une part un index 17 susceptible de se déplacer devant l'échelle 15 et d'autre part un comparateur 18 en contact avec la surface de référence 14. La surface 14 et le comparateur 18 d'une part, l'échelle graduée 15 et l'index 17 d'antre part, permettent de mesurer le déplacement d 1 de la sonde 1 sous l'effet de la traction axiale exercée par le vérin 7 par l'intermédiaire du traie de tiges 6 La sonde 1 est composée essentiellement d'un axe central 19 plein ou creux et d'une membrane élastique périphérique 20 délimitant entre eux une cavité gonflable 21. La cavité 21 est reliée au conduit d'alimentation 2. Des coquilles 22 sont montées à l'extérieur de la meabrane 20 et sont munies à l'extérieur de rainures annulaires 23 présentant des surfaces supérieures 24 destinées à provoquer un plan de rupture intact lorsqu'unie traction est exercée sur la sonde. La sonde 1 étant introduite dans le forage et étant gonflée à l'aide du contrôleur de pression 3 sous une pression a exerce sur la paroi 25 du forage une contrainte de compression égale à a aux corrections d'étalonnage près. Si, à l'aide du vérin 7, une traction F est dirigée vers le haut, il en résulte dans la surface cylindrique 26 une contrainte de cisaillement T égale au quotient de la force F par l'aire de cette surface 26. La figure 4 représente la variation de cette contrainte de cisaillaient T en fonction du déplacement h 1 de la sonde sous l'action de la force F. Une contrainte de compression a 1 étant appliquée par la sonde, le tronçon 27 de la courbe de la figure 4 représente la variation de la contrainte de cisaillement en fonction de A 1 pour cette contrainte de compression a On constate qu'après une variation sensiblement linéaire, la courbe 27 marque un palier montrant que la rupture en cisaillement s'est produite pour la valeur T 1 de la contrainte. On augmente alors la contrainte de compression jusqu'à la valeurs2 puis on augmente progressivement la force F, ce qui conduit au tronçon de courbe 28. Tout d'abord rectiligne, ce tronCon de courbe marque lui-même un palier pour la valeur T2 du cisaillement représentant le cisaillement à la rupture pour une contrainte de compressiona2 Cette contrainte de compression est alors augmentée jusqu' à la valeur o3et l'essai est répété jusqu'à obtenir une nouvelle valeur de cisaillement à la rupture T3 Les couples de valeur ( ai, T i) sont alors portés dans le plan a,T comme représenté à la figure 5, ce qui conduit sensiblement à une droite dont l'ordonnée à l'origine est la cohésion C du sol et la pente est l'angle de frottement interne Diverses variantes et modifications peuvent bien entendu être apportées à la description qui précède sans sortir pour autant ni du cadre ni de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé de détermination des caractéristiques de cisaillement d'un sol, du type dans lequel on introduit dans le sol une sonde dilatable pour exercer une pression radiale sur ledit sol, caractérisé par le fait qu'il comprend une pluralité d'étapes consistant chacune à exercer sur la sonde une traction axiale croissante pour une pression radiale prédéterminée, et à relever la valeur de la traction axiale provoquant la rupture du sol par cisaillement, puis une étape consistant à déduire des couples de valeurs (pression radiale, traction axiale à la rupture) la cohésion et l'angle de frottement interne du sol. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la sonde est introduite dans le sol dans un forage préalablement réalisé. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la sonde est introduite dans le sol par battage ou vibro-percussion. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que chacune des étapes de ladite pluralité d'étapes est réalisée en mesurant le déplacement axial de la sonde en fonction de ladite traction axiale, et en relevant la valeur de cette traction lorsque la courbe du déplacement en fonction de la traction marque un palier. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lorsque ledit palier est atteint, on augmente la pression radiale et on réalise l'étape suivante de ladite pluralité d'étapes. 6 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comprend une sonde dilatable (1), des moyens (6) pour introduire cette sonde dans le sol, des moyens (3) pour contrôler la pression radiale exercée sur le sol par la dilatation de la sonde, des moyens (7) pour exercer une traction axiale sur la sonde, et des moyens (14, 15, 17, 18) pour mesurer le déplacement axial de la sonde sous l'action desdits moyens de traction. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour introduire la sonde dans le sol et lesdits moyens de traction comprennent un train de tiges à la partie inférieure duquel est montée la sonde. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que lesdits moyens de traction comprennent en outre un vérin creux traversé par ledit train de tiges, des moyens d'appui (8) dudit vérin sur le sol, et des moyens de liaison (9) entre le vérin et le train de tiges. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que ladite sonde est sensiblement cylindrique. 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé par le fait que ladite sonde comprend une enveloppe (20) élastique à l'extérieur de laquelle sont montées des coquilles de pression (22). 11 - Dispositif selon fa revendication 1O, caractérisé par le fait que lesdites coquilles sont munies de saillies (23-) dirigées vers l'extérieur. 12 - Dispositif selon la revendication il, caractérisé par le fait que lesdites saillies sont des nervures annulaires. 13 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé par le fait que lesdites coquilles sont réalisées en acier ou en bronze fritté.