UE2 Travaux pratiques de géotechnique - MODULE G1 Page 1 / 7 ESSAI CBR ESSAI C.B.R. (California Bearing Ratiotest) Norme NF P 94-078 A. BUT DE L’ESSAI : chaussée L’essai CBR est un essai de portance (aptitude des matériaux à supporter les charges) des remblais et des couches de formes compactées des ouvrages routiers. Il s’agit de déterminer expérimentalement des indices portants (IPI, CBR) qui permettent - d’établir une classification des sols (GTR) - d’évaluer la traficabilité des engins de terrassement (IPI) - déterminer l’épaisseur des chaussées (CBR augmente ⇒ épaisseur diminue) du trafic et des charges par essieu prévus. remblai l'épaisseur d'une chaussée est fonction: du sol sous-jacent, et des conditions hydriques futures que subira cette route. B. PRINCIPE DE L’ESSAI : La charge apportée par le pneu sur la chaussée poinçonne le sol de fondation. Ce poinçonnement est d’autant plus petit que l’épaisseur de la chaussée est grande. P: pression appliquée par le pneumatique sur le sol de fondation. S: surcharge simulant l'action de la chaussée qui s'oppose au déplacement vertical du sol de fondation lors de l'action du pneu. On peut reproduire ce phénomène en compactant le matériau dans les conditions de l'essai Proctor dans un moule CBR puis en mesurant les forces à appliquer sur un poinçon cylindrique pour le faire pénétrer à vitesse constante dans une éprouvette de ce matériau. Nota : un essai Proctor sera effectué simultanément avec votre essai CBR Année universitaire 2006--2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE2 MODULE G1 Travaux pratiques de géotechnique - Page 2 / 7 ESSAI CBR On lui applique les conditions hydriques prévues pendant la vie de l’ouvrage: * immersion pendant 4 jours dans de l'eau. * pas d'immersion : essai immédiat. On applique ensuite une charge voisine de ce que sera la charge de service et on poinçonne le matériau dans des conditions déterminées (vitesse constante et déterminée ) tout en mesurant les efforts (F) et les déplacements (Δh) en résultant: On obtient la courbe d’essai. P =F/S S = surface du poinçon La norme NF P 94-078 donne l’indice IPI en fonction des charges appliquées et non des contraintes Une comparaison de ces résultats avec ceux obtenus sur un sol de référence (tout venant de concassage ) est ensuite effectuée. (Courbe ETALON) Année universitaire 2006--2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE2 Travaux pratiques de géotechnique - MODULE G1 Page 3 / 7 ESSAI CBR On mesure 3 types d'indices en fonction des buts fixés : l’indice Portant immédiat (IPI): Il caractérise l'aptitude du sol à permettre la circulation des engins de chantier directement sur sa surface lors des travaux (H = 0 ⇒ pas de surcharges S) l' indice C.B.R. immédiat:. Il caractérise l'évolution de la portance d'un sol support (ou constituant de chaussée) compacté à différentes teneurs en eau . l' indice C.B.R. après immersion: Il caractérise l'évolution de la portance d'un sol support (ou constituant de chaussée) compacté à différentes teneurs en eau et soumis à des variations de régime hydrique. Analyse de la norme NF P 94 078: 1 Pour quels types de sol s’applique cet essai ? 2 A quelles teneurs en eau et avec quelle énergie de compactage est fait l’essai CBR de dimensionnement d’une chaussée? 3 A quelles teneurs en eau et avec quelle énergie de compactage est fait l’essai l’indice portant immédiat (IPI) dans le cas d’un matériau d’assise de chaussée. 4 A quelle vitesse d’enfoncement du piston doit-on réaliser l’essai CBR ? Quelle est la section du poinçon ? 5 Pour quels essais doit-on interposer dans le volume libéré par le disque d'espacement une surcharge ? Dans quel but ? C. PREPARATION DU MOULE : Avant introduction du matériau dans le moule : a. b. c. d. Solidariser la plaque de base et le moule CBR. Placer une feuille de papier filtre au fond du moule Peser à vide l’ensemble « moule+ plaque de base». Déterminer le volume qui sera occupé par l’éprouvette de sol une fois compactée. e. Fixer la rehausse. Rappel : dans le cas d’un essai IPI, le disque d’espacement n’est pas utilisé. Année universitaire 2006--2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE2 MODULE G1 Travaux pratiques de géotechnique - Page 4 / 7 ESSAI CBR D. CONFECTION DES EPROUVETTES : Le matériau mis à votre disposition est un mélange Argile (15%) + Sable 0/5 (55%) + Gravier 8/12 (30%) séché à l’air ou dans une étuve. Homogénéiser le mélange. Analyse de la norme NF P 94 093 ( essai Proctor) : 6 Lorsque Dmax est ≤ 20 mm, l’essai est réalisé normalement. Que doit-on faire si l’on a des éléments de diamètre > 20mm ? Quelle est la valeur Dmax du matériau mis à votre disposition ? 7 Déterminer la masse totale de matériau sec nécessaire pour réaliser un essai Proctor si l’on recherche également l’Indice Portant Immédiat. Justifier le choix du moule CBR. Diviser votre mélange en parts égales de 7kg environ Etaler puis humidifier chacune des parts de votre échantillon à la teneur en eau à laquelle on veut réaliser l’essai puis malaxer à la main pour rendre le mélange le plus homogène possible. Les quantités approximatives de matériaux à introduire par couche sont les suivantes: Moule PROCTOR Essai P.M. ( 5 couches ) 400 g C.B.R. 1400 g Cette quantité de matériau est introduite dans le moule CBR et compactée selon les conditions de l'essai Proctor modifié (voir p 11-norme NF P 94 –O93). 8 Quel est le nombre de coup à appliquer par couche. Faire un schéma de leur répartition. Retirer le rehausse puis araser soigneusement l’éprouvette (du centre vers la périphérie) Peser au gramme près, l’ensemble « moule, plaque de base et éprouvette de sol ». Désolidariser la plaque de base, retourner le moule puis fixer à nouveau la plaque de base. Enlever la feuille de papier filtre. L’éprouvette est alors prête pour l’essai de poinçonnement. Année universitaire 2006--2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE2 Page 5 / 7 Travaux pratiques de géotechnique - MODULE G1 ESSAI CBR E. MODE OPERATOIRE DE L’ESSAI : Détermination de l’indice portant immédiat (IPI) : # Placer l'ensemble « plaque de base, moule CBR, éprouvette » sur la presse, en position centrée par rapport au piston. # Procéder au poinçonnement de la manière suivante : Approcher la face supérieure de l'éprouvette vers le piston jusqu'à ce qu'il vienne affleurer le matériau (stopper dés que l’aiguille de l’anneau accuse un léger déplacement) . Régler la mise à zéro du dispositif dynamométrique et celle du comparateur mesurant l'enfoncement du poinçon. Exécuter le poinçonnement à vitesse constante Noter les efforts de poinçonnement correspondant aux enfoncements de 0.625 -1,25 - 2 2,5 - 5 - 7,5 et 10 mm et arrêter le poinçonnement à cette valeur. t en mn Δh en mm F en kN σ en Mpa 0.5 0.625 1 1.25 1.5 2 2 2.5 4 5 6 7.5 8 10 # Faire une mesure de la teneur en eau au voisinage de la zone poinçonnée et immédiatement après l'essai (au moins 2 prélèvements à gauche et à droite). F. REALISATION DES ESSAIS : Réaliser au moins 4 essais IPI à w = 0 % puis 4 % puis 8 % et 12% G. EXPLOITATION DES MESURES: 1. Pour chaque essai : Reporter sur un graphe effort déformation les valeurs de poinçonnement mesurées pour les enfoncements prévus. NOTA : Si la courbe présente une concavité vers le haut au démarrage, il y a lieu de corriger l'origine de l'échelle des enfoncements. Déterminer l’indice IPI conformément à la norme Déterminer la teneur en eau de compactage et la masse volumique sèche ρd 3 (en t/m ) Année universitaire 2006--2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE2 Travaux pratiques de géotechnique - MODULE G1 Page 6 / 7 ESSAI CBR 2. Tracer les courbes (sur un même graphe) : PROCTOR : ρd = f(w%). Comparer les deux courbes. CALCULER SR% pour chaque essai. I.P.I. = f(w%) les courbes de saturation Sr = 100% et Sr = 80% conformément à la norme. Montrer l’intérêt de ces deux courbes pour vérifier vos résultats et votre procédure de compactage. CONTROLER VOS RESULTATS 3. Conclusion : Déterminer ωopt et ρd max (Proctor) et ωopt et IPI max (CBR). Commenter. Evaluer la sensibilité à l’eau du matériau. On souhaite utiliser ce matériau en remblai routier et évaluer son aptitude à supporter la circulation des engins de chantier. Classer ce sol selon la classification GTR, si il est compacté à sa teneur en eau naturelle w naturelle = 5 %. Conclure sur les conditions d’utilisation de ce matériau en remblai routier. NOTA : POUR LA FRACTION Année universitaire 2006--2007 0-5mm VBS = 50% Paillier C. (valeur au bleu de méthylène du sol) IUT St Pierre –Département Génie civil UE2 Page 7 / 7 Travaux pratiques de géotechnique - MODULE G1 ESSAI CBR H. COMPTE RENDU : Etablir un compte rendu complet comprenant en particulier : Un sommaire La présentation des objectifs Une description succincte du matériel et des essais réalisés. Le mode opératoire. Les problèmes rencontrés et vos observations. Les procès verbaux d’essais. L’exploitation des mesures (courbes avec échelle adaptée, détails de calculs, tableaux de résultats). L’utilisation d’un tableur est conseillé. Toutes les réponses, commentaires et conclusion. BAREME ESSAI CBR Note/ Barême QUESTIONS observations Essais réalisés w% = objectifs des essais description matériel et essais description du mode opératoire ESSAI remarques sur les problèmes rencontrés volume de l'éprouvette masse du moule vide masse d'eau à rajouter MASSE SOL Wh (g) ρd (t/m3) ; SR% MASSE SOL SEC Ws (g) essais IPI réalisation conformes tracé des courbes calcul IPI QUESTIONS EXPLOITATION SOUS TOTAL w nat% = courbe SR = 80% et 100% courbe proctor wopt ρdmax courbe IPI wopt (cbr) IPImax sensibilité à l'eau du sol IPI nat VBS Dmax Tamisat à 80 μm Tamisat à 2 mm CLASSIFICATION GTR conditions d'utilisation en remblai routier conclusion générale SOUS TOTAL 1 2 3 4 5 7 8 6 7 8 présentation générale (sommaire, pagination, orthographe, grammaire…) SOUS TOTAL NOTE = Année universitaire 2006--2007 Paillier C. 5 /20 rendu le IUT St Pierre –Département Génie civil UE3 Page 1 / 8 Travaux pratiques de géotechnique - MODULE G2 ESSAI DE CISAILLEMENT ESSAI DE CISAILLEMENT SUR UN SOL PULVERULENT Norme NF P 94-071-1 A. BUT DE L’ESSAI : Il s’agit de déterminer expérimentalement la courbe intrinsèque d’un sol pulvérulent puis d’en déduire les paramètres de cisaillement qui permettent d’estimer par exemple la contrainte de rupture sous une fondation superficielle. A.1- Le cisaillement d’un sol : - L’étude au laboratoire, des déplacements des grains d’un sol sous une fondation montre la formation d’un coin rigide sous la fondation. A l’intérieur de ce coin, les grains s’enfoncent verticalement sans mouvements des uns par rapport aux autres. - Le schéma mécanique adopté est donc le suivant : Coin rigide de sol Sol en mouvement Ligne de glissement SOL FIXE poids σdes terres τ grains par rapport au sol fixe. σrésultante t Ce plan est le plan de MOHR. n: normale à la surface dirigée vers l’intérieur. t: tangente à la surface (sens trigonométrique). Année universitaire 2006-2007 Paillier C. σ: due au poids des terres. τ: due au mouvement des glissement M σ β τ Sol en mouvement n IUT St Pierre –Département Génie civil UE3 Page 2 / 8 Travaux pratiques de géotechnique - MODULE G2 ESSAI DE CISAILLEMENT On définit la notion de facette: d z γ z M A B Facette: Petit élément de surface Par analogie au frottement solide-solide, nous pouvons pour une contrainte normale (σ) donnée, appliquer une contrainte tangentielle limiteτ lim: Au-delà de cette valeur ( τ >τ lim ), il y aura glissement. La valeur de l’angle limite ( β lim ) s ’appelle: ANGLE DE FROTTEMENT INTERNE DES GRAINS. Il est noté: φ. 1 Quelle relation existe-t-il alors entre la contrainte normale contrainte tangentielle (σ) en 1 point et la (τlim) en ce même point ? Cette relation s’appelle le critère de COULOMB: La courbe intrinsèque du sol représente ce critère dans le plan de MOHR L’essai de cisaillement rectiligne permet de mesurer la valeur de l’angle de frottement interne (σ) puis on cisaille le sol. La valeur de τlim est alors connue. La représentation dans le plan de Mohr permet de trouver la valeur de φ. d’un sol : on impose une contrainte normale A.2 - Estimation de la contrainte de rupture du sol sous une fondation superficielle: D γ2 Attention à la position de la nappe γ1 BxL Contrainte de rupture des sols PULVERULENTS : qu = 1 Sγ B Nγ . γ1 + Sq . γ2 .D Nq 2 - B : largeur de la fondation. - L : longueur de la fondation. - γ1: poids volumique apparent du sol sous la fondation (sec, humide ou déjaugé). - γ2: poids volumique apparent du sol au dessous du fond de fouille (sec, humide ou déjaugé). - D : profondeur d’encastrement de la fondation. - Sq = 1 et Sγ = (1 - 0,2 B/L) sont les facteurs de forme pour une fondation rectangulaire - Nγ, Nq sont des paramètres sans dimension, dépendant de la valeur de l’angle de frottement interne du sol. Année universitaire 2006-2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE3 MODULE G2 Page 3 / 8 Travaux pratiques de géotechnique ESSAI DE CISAILLEMENT CALCUL A LONG TERME POUR LES SOLS COHERENTS APPLICATION : Vous venez de déterminer l’angle de frottement interne du sol (pulvérulent) devant supporter une fondation superficielle : φ = 30° Les dimensions envisagées de la semelle sont 0,5m(B)x 1,00m(L) et la profondeur d’encastrement (D) est de 1m. Le poids volumique sec du sol est de 18 kN/m3 . 2 Calculer la contrainte de rupture q’u sous cette fondation dans les 2 cas suivants : - la nappe est située à grande profondeur - la nappe est située à 1m sous le terrain naturel (wsat = 15%) 3 Calculer aux ELU la contrainte admissible du sol : q’ELU = q'u−q'o γq +q'o avec γq = 2 et q’0 = contrainte naturelle à la profondeur D (avant travaux). En déduire l’effort maximal à appliquer sur la fondation (dans les 2 cas) Année universitaire 2006-2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE3 MODULE G2 Travaux pratiques de géotechnique - Page 4 / 8 ESSAI DE CISAILLEMENT B. PRINCIPE DE L’ESSAI : Dans l’essai de cisaillement à la boîte de Casagrande, on cherche à provoquer la rupture de l’échantillon suivant un plan imposé. L’échantillon est placé dans une boîte constituée de deux parties qui peuvent glisser horizontalement l’une sur l’autre. On applique à l’échantillon un effort normal de compression N, verticalement, par l’intermédiaire d’un piston et un effort tranchant T, horizontalement, en déplaçant la demi-boîte inférieure. Un comparateur mesure la variation de hauteur de l’échantillon. C. QUESTIONS : Etude de la norme NF P 94071-1: 1. Expliquer l’objectif et le principe général de l’essai de cisaillement 2. A quels types de sols s’applique cet essai ? Donner la dimension maximale des grains si on utilise une boîte carré de 100 mm de coté. 3. Définir les différents éléments constituant l’appareillage (schéma, désignation) 4. Décrire les opérations successives pour réaliser un essai de cisaillement sur un sol pulvérulent ? 5. A quel moment un essai est-il considéré comme terminé ? 6. Quelles sont les mesures effectuées pendant l’essai ? Avec quels appareils ? 7. Quelle est la vitesse d’essai pour un sol pulvérulent ? 8. Définir les contraintes appliquées au milieu du plan de cisaillement d’un sol pulvérulent avant, pendant puis à la fin du cisaillement ? Schémas ? Représenter l’évolution de ces contraintes dans le plan de Mohr. 9. Nous ne réaliserons que des essais sur des sables fins tamisés (sable 0- 0,4 mm) : - Quelle doit-être la hauteur (max et mini) de l’éprouvette de sable une fois confectionnée? 10. Nous utiliserons une boite de 100 mm x 100 mm : - Quel sera le volume occupé par le sol ? - Si ce sable, une fois mis sous charge a une valeur de poids volumique égale à 15 kN/m3 Quelle masse de sable prévoir pour l’échantillon? D. PREPARATION DE L’ESSAI : Avant de réaliser tout essai, demander le contrôle du professeur. a. Prendre connaissance du manuel d’utilisation de la machine de cisaillement et effectuer les réglages. 4 La vitesse de cisaillement a t’elle une influence sur les résultats de votre essai ? Justifiez votre réponse b. Peser à vide l’ensemble « boîtes, plaques et piston ». Relever les dimensions intérieures des boîtes. Année universitaire 2006-2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE3 MODULE G2 Travaux pratiques de géotechnique - Page 5 / 8 ESSAI DE CISAILLEMENT c. Expliquer par un schéma mécanique le fonctionnement du bâti d’application des forces. d. En déduire la relation entre la contrainte appliquée sur l ‘échantillon par le piston et le poids placé sur le plateau du bâti de chargement. 5 Il vous est demandé d’appliquer sur l’éprouvette les contraintes suivantes : 50 kPa, 100 kPa et 200 kPa. - A quels efforts ces contraintes correspondent-elles ? E. MISE EN PLACE D’UN ECHANTILLON DE SABLE FIN : a. Préparer environ 1 kg de sable sec tamisé à 0- 0,4 mm. b. Solidariser les 2 demi boîtes et vérifier que le piston coulisse bien dans la demi boîte (à chaque boîte correspond un piston repéré par un numéro) c. Mettre en place une plaque dans le fond de la demi- boîte inférieure d. Remplir la boîte avec du sable compacté ou non (voir mode opératoire §E). Le plan de cisaillement doit se trouver sensiblement à mi hauteur de l’éprouvette (Après mise en place le piston doit dépasser de 1cm). e. Araser avec soin la surface du matériau et placer la plaque supérieure et le piston. f. Déterminer la hauteur et la masse initiale de l’échantillon. En déduire son poids volumique. Nota : la hauteur de l’échantillon sera déterminée en mesurant la différence de cotes entre les niveaux de la boîte et du piston (faire les mesures au réglet dans chaque coin de la boîte) g. Ramener à sa position initiale l’embase, placer et immobiliser la boîte sur le bâti de cisaillement. h. Visser l’anneau dynamométrique à la demi-boîte supérieure. Annuler le jeu. Arrêter de tourner dés que l’aiguille de l’anneau accuse un léger déplacement. Resserrer le contre écrou. Régler le comparateur de l’anneau à zéro i. Placer l’étrier de chargement sur le piston. Régler l’horizontalité du bras de levier puis placer le comparateur et le mettre à zéro j. Charger le plateau et noter le tassement éventuel. Vérifier la vitesse de cisaillement. k. RETIRER LES 2 VIS DE SOLIDARISATION l. Serrer légèrement les 2 vis de « soulèvement ». puis les ramener dans leur position antérieure. Ceci a pour effet de soulever la partie supérieure de la boîte et de supprimer ainsi son frottement sur la partie inférieure m. L’échantillon est alors prêt pour l’essai. F. MODE OPERATOIRE D’UNE SERIE D’ESSAI: Préparer 3 boîtes de cisaillement identiques : les échantillons d’une même série doivent avoir sensiblement le même poids volumique (donc la même compacité) ¾ Pour obtenir une faible compacité, déverser rapidement le sable dans la boîte et aplanir sa surface sans tasser. ¾ Pour obtenir une compacité maximum, piquer le sable en procédant par couche successive. 6 La compacité initiale a-t-elle une influence sur la résistance au cisaillement d’u sol sableux ? Année universitaire 2006-2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE3 Travaux pratiques de géotechnique - MODULE G2 Page 6 / 8 ESSAI DE CISAILLEMENT Mettre en place la boîte n°1 sur le bâti (voir §D) et procéder à l’essai n°1 (50 kPa). Reporter les indications des comparateurs sur la fiche de relevé fournie. Arrêter l’essai lorsque l’effort de cisaillement a atteint un pallier. Ramener à zéro l’anneau dynamométrique en dévissant. Enlever la boîte. Procéder de même aux essais sur les boîtes n°2 (100 kPa) et n°3 (200 kPa) . G. ESSAIS A REALISER: Chaque groupe effectuera deux séries de 3 essais : 1ère série : sur du sable sec Réaliser les 3 essais suivant le mode opératoire du §E Vous préciserez la compacité choisie : FAIBLE ou FORTE 2ème série : sur du sable légèrement humide ou saturé (Préparer vos échantillons légèrement humide avec une teneur en eau de (15%), puis réaliser les 3 essais suivant le mode opératoire du §E Nota : déterminer la teneur en eau des échantillons à la fin de chaque essai H. EXPLOITATION DES MESURES: 1 Pour chaque essai : Tracer sur un même graphique les courbes : τ = f (Δl) avec τ contrainte de cisaillement et Δl déplacement en mm. En déduire τlim. Δh = f (Δl) avec Δh : variation de hauteur de l’échantillon en mm. Commentaire. . 2 Pour chaque série d’essai : Tracer la courbe intrinsèque du sol (de pallier et de pic éventuellement). Déterminer l’angle de frottement interne correspondant. Tracer le cercle de Mohr à la rupture pour la contrainte normale = 100 kPa Déterminer la direction des contraintes principales au début puis à la fin de l’essai. 3 Comparez et commentez les résultats obtenus lors des 2 séries d’essais. I. COMPTE RENDU : Etablir un compte rendu complet comprenant en particulier : Une description succincte du matériel et des essais réalisés Des remarques sur les problèmes rencontrés Les procès verbaux d’essais (voir modèle en annexe) L’exploitation des mesures (courbes avec échelle adaptée, détails de calculs, tableaux de résultats). L’utilisation d’un tableur est conseillé. Toutes réponses, commentaires et conclusion. Année universitaire 2006-2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE3 MODULE G2 Travaux pratiques de géotechnique - Page 7 / 8 ESSAI DE CISAILLEMENT Année universitaire 2006-2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE3 MODULE G2 Travaux pratiques de géotechnique - Page 8 / 8 ESSAI DE CISAILLEMENT Année universitaire 2006-2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE2 Travaux pratiques de géotechnique - MODULE G1 Page 1 / 6 ESSAI OEDOMETRIQUE ESSAI OEDOMETRIQUE Norme NF P 94-090-1 A. BUT DE L’ESSAI : La manipulation a pour but de déterminer les caractéristiques de compressibilité d’un sol qui permettent d’estimer le tassement d’un massif de sol, par exemple sous une fondation superficielle : F Sous l’effet des charges appliquées, le sol va se déformer : il va subir un tassement. Pour en évaluer l’ampleur, on reproduit le phénomène au laboratoire. On placera l’échantillon dans une enceinte cylindrique empêchant toutes déformations latérales lors d’un chargement par pallier Sol σv On suppose donc que dans le sol, les déformations horizontales sont nulles !!! σh . 1 La possibilité de déformations latérales qui existent in situ a t’elle une influence sur le tassement final ? Laquelle ? 2 Lorsque la surface chargée est de grande dimension par rapport à l’épaisseur de la couche compressible, les conditions de l’expérience oedométrique représententelles bien la réalité ? Donner des exemples concrets. B. LE SOL : Ce sont des mélanges de solide, d’eau et de gaz. Les sols présentant de forts tassements sont les sols saturés. On fera donc les essais en milieu saturé. Temps t=0 t = tf = t 100 F F F Les contraintes s’appliquent d’abord à l’eau puis après dissipation des surpressions, au squelette solide. C’est le phénomène de consolidation σ '= 0 u=0 σ '= 0 u = 20 σ '= 5 σ ' = 20 u = 15 u= 0 3 Pour notre essai, nous utiliserons du sable. Quel est l’intérêt de ce matériau par rapport à l’argile pour cette manipulation ? Quel est l’inconvénient ? Nota : En pratique dans le cas des sols fins (argiles, limons), l’échantillon est taillé dans des carottes soigneusement prélevées sur le site. Année universitaire 2006-2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE2 Travaux pratiques de géotechnique - MODULE G1 Page 2 / 6 ESSAI OEDOMETRIQUE C. PRINCIPE DE L’ESSAI : y x F σ y= F / S z Le sol est placé dans une enveloppe rigide, on exerce sur sa partie supérieure une pression variable à l’aide d’un piston et on mesure les affaissements observés après stabilisation. Δh εy = Δh / ho εx = 0 ho εz = 0 On détermine ainsi la relation entre les contraintes effectives et les déformations verticales. S Par analogie avec le module d’Young E (théorie de l’élasticité linéaire), on va définir le module oedométrique: Eoed exprimé en mPa ou kPa (voir définition p 20 annexe A de la norme NF P 94-110) 4 Ce module n’est pas une constante. De quoi dépend t’il ? On peut admettre en première approximation pour les sols la relation suivante entre E et Eoed : E = Eoed . [1- (2ν2 / (1 –ν)] avec ν = 0,33 (Coefficient de Poisson pour les sols) : 5 Compte tenu des conditions de l’expérience oedométrique, quelle est la différence entre le module d’Young et le module oedométrique ? 6 Calculer le rapport entre Eoed et E pour un sol ? Expliquez pourquoi le module E est plus faible que Eoed . D. PREPARATION DE L’ESSAI : a. Repérer sur un schéma les différentes pièces constituant la cellule oedomètrique : moule, piston, disques drainants inférieur et supérieur (pierres poreuses), orifices de drainage…. b. Déterminer (à l’aide d’une balance de précision) le poids : - du piston et du disque drainant supérieur (en N) - de l’ensemble « moule, disques drainants et piston » (en N). c. Mesurer le diamètre intérieur D0 du moule (en mm). d. Placer successivement les 2 disques drainants puis le piston dans le moule oedomètrique, puis déterminer au pied à coulisse la hauteur (en mm) du piston au dessus du moule (« hauteur avant remplissage »). e. Expliquer par un schéma mécanique le fonctionnement du bâti d’application des forces. Pourquoi le bras mobile doit-il être horizontal en début d’essai? f. En déduire la relation entre la contrainte appliquée sur l ‘échantillon par l’intermédiaire du piston et le poids placé sur le plateau du bâti de chargement. Toutes ces valeurs devront être précisées sur la feuille d’identification fournie. Année universitaire 2006-2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE2 Travaux pratiques de géotechnique - MODULE G1 Page 3 / 6 ESSAI OEDOMETRIQUE E. MISE EN PLACE D’UN ECHANTILLON DE SABLE FIN : Rappel : Reporter vos mesures dans le tableau d’identification fourni en annexe. AVANT SATURATION : a. Préparer environ 500g de sable sec tamisé à 0,4 mm b. Mettre en place le disque drainant inférieur au fond du moule c. Remplir le moule avec du sable sec (attention : ne pas dépasser les orifices de drainage) d. Araser avec soin la surface du matériau et placer le disque drainant supérieur. Vérifier son horizontalité par 3 mesures au pied à coulisse et mettre en place le piston. e. Déterminer au pied à coulisse la hauteur (en mm) du piston au dessus du moule (« hauteur après remplissage »). En déduire la hauteur initiale de l’échantillon sec (notée Hd). f. Déterminer le poids de l’ensemble « moule, disques drainants, sable sec et piston ». En déduire le poids du sol sec (notée Ws). SATURATION DE L’EPROUVETTE DE SABLE g. Mettre en place le moule sur le bâti de consolidation et placer l’étrier de chargement. h. Régler l’horizontalité du bras de levier puis placer le comparateur. i. Régler le comparateur à zéro puis saturer très lentement l’échantillon (le sable ne doit pas s’écouler par les orifices de drainage supérieurs). j. Après stabilisation, faire une lecture du comparateur ΔH et en déduire la hauteur initiale de l’échantillon saturé (notée Hi). Déterminer les caractéristiques après saturation (et avant chargement) de l’éprouvette de sable. (précisées dans le tableau d’identification fourni en annexe). k. Réinitialiser le comparateur. L’échantillon est alors prêt pour l’essai oedométrique. F. MODE OPERATOIRE DE L’ESSAI OEDOMETRIQUE: a. Commencer le cycle de chargement en plaçant successivement sur le plateau les poids fendus 1 ; 2 ; 3 ; 5 ; 10 ; 20 ; 40 kg. Noter après chaque application de charge, le tassement ΔH (en mm) en fonction du temps (voir tableau de mesure fourni) jusqu’à stabilisation du comparateur (on considère que le tassement est terminé lorsque les deux dernières mesurent différent de moins de 5/1000ème). b. Effectuer ensuite le cycle de déchargement suivant le même processus jusqu’à 5 kg. c. Puis effectuer à nouveau un cycle de chargement jusqu’à 80 kg d. Démonter puis peser immédiatement l’éprouvette de sol. Déterminer sa teneur en eau. e. Nettoyer le moule. G. REALISATION DES ESSAIS : 1. Préparer 2 moules suivant les indications du §E 2. 1er MOULE : réaliser l’essai suivant le mode opératoire du §F 3. 2ème MOULE : effectuer une pré-consolidation préalable, en chargeant progressivement jusqu'à une charge de 10 kg. Attendre la stabilisation du comparateur, décharger et noter le tassement résiduel ΔH. En déduire la hauteur Hi de l’échantillon saturé. Réinitialiser le comparateur puis réaliser alors l’essai suivant le mode opératoire du §F. Année universitaire 2006-2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE2 Travaux pratiques de géotechnique - MODULE G1 Page 4 / 6 ESSAI OEDOMETRIQUE H. EXPLOITATION DES MESURES: - 1er MOULE : Calculer les contraintes effectives σ' appliquées à l’échantillon Tracer la courbe : ΔH / Hi = f(σ') Le comportement du matériau est-il élastique ? et linéaire ? Eoed est-il constant ? La fondation superficielle d’une culée du pont applique sur un sable de même nature une contrainte verticale de 400 kPa. Estimer son tassement si l’épaisseur de la couche saturée de sable est de 10 mètres. 5. Quelle est la valeur de Eoed (module sécant) dans cette hypothèse ? Calculer alors le module d’élasticité E et comparer sa valeur à celles de matériaux connus. 6. Comment évolue le module Eoed avec la charge ? 7. On adopte en général la représentation : e = f(log σ') 1. 2. 3. 4. Rappel : e = Vv / Vs. donc Au cours de l’essai : Vs est CONST ANT. e = ( S ( Hi –ΔH – Hp)) / Hp . S = Hauteur avant chargement 7.1 - Montrer que Hp = Ws S. . γ s Tassement H -1 Hp Hauteur absolue des grains seuls (hauteur des pleins) puis calculer sa valeur (prendre γs = 26.5 kN/m3) 7.2 - Calculer alors l’indice des vides e pour chaque valeur de la charge. 7.3 - Tracer la courbe e = f (Log σ') - Comment caractériser géométriquement cette courbe ? - Calculer les indices Cc et Cg. - 2ème MOULE : 1. 2. 3. 4. - Tracer la courbe e = f (Log σ') Estimer à l’aide d’une méthode graphique, la contrainte de pré-consolidation σ'p du sol. Quel est son intérêt ? La comparer avec la pression de consolidation effectivement appliquée. Calculer les indices Cc et Cg. Comparer les courbes oedométriques des deux essais. Commenter. La fondation superficielle d’une culée d’un pont applique sur une couche saturée de sable d’épaisseur 10m une contrainte de 400 kPa. Déduire de l’essai, l’état de consolidation de la couche de sable en supposant que l’échantillon a été prélevé au milieu de la couche. Estimer son tassement final à partir de Cc et Cg. Commentaire. Année universitaire 2006-2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE2 Travaux pratiques de géotechnique - MODULE G1 Page 5 / 6 ESSAI OEDOMETRIQUE I. COMPTE RENDU ET BAREME : Etablir un compte rendu complet et paginé comprenant en particulier : Un sommaire La présentation des objectifs Une description succincte du matériel et des essais réalisés. Le mode opératoire. Les problèmes rencontrés et vos observations. Les procès verbaux d’essais (voir modèle en annexe) L’exploitation des mesures (courbes avec échelle adaptée, détails de calculs, tableaux de résultats). L’utilisation d’un tableur est conseillé. Toutes les réponses, commentaires et conclusion. barème : Essai oedométrique ESSAI QUESTIONS Essais réalisés objectifs des essais description matériel et essais description du mode opératoire remarques sur les problèmes rencontrés Schéma du moule oedométrique schéma de fonct du bâti fiche d'essais complète QUESTIONS EXPLOITATION Essais réalisations conformes Note/ Barême éprouvette 1 éprouvette 2 éprouvette 1 éprouvette 2 SOUS TOTAL masse du piston calcul des contraintes effectives courbe : Δh / hi = f( σ' ) MOULE 1 élastique ? Linéaire ? E'oed constant calcul du tassement d'une fondation calcul de E'oed calcul de E comparaison évolution de E'oed avec la charge calcul de hp courbe oedométrique indice Cc et Cg MOULE 2 courbe oedométrique Contrainte de préconsolidation et intérêt comparaison avec 200 Kpa (10 KG) indice Cc et Cg état de consolidation du sol tassement final comparaison entre les 2 essais conclusion générale SOUS TOTAL 1 2 3 4 5 6 présentation générale (sommaire, pagination, orthographe, grammaire…) SOUS TOTAL observation générale NOTE = Année universitaire 2006-2007 observations Paillier C. 6 10 4 /20 CR RENDU LE……. IUT St Pierre –Département Génie civil UE2 MODULE G1 Travaux pratiques de géotechnique - Page 6 / 6 ESSAI OEDOMETRIQUE Année universitaire 2006-2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE3 Travaux pratiques de géotechnique - MODULE G2 Page 1 / 6 ESSAI PENETROMETRIQUE ESSAI PENETROMETRIQUE Norme NF P 94-115 Norme NF P 94-114 A. OBJECTIF DE L’ESSAI : Le pénétromètre dynamique est un moyen simple, rapide et économique d’investigation des sols in situ. Il permet : - d’apprécier de façon qualitative la résistance des terrains traversés, et de prévoir la réaction du sol à l’enfoncement de pieux. - de déterminer l’épaisseur et la profondeur des différentes couches de sol. - d’effectuer des contrôles de compactage - d’estimer une caractéristique de portance, la « résistance dynamique de pointe » pour les essais PDA. B. PRINCIPE DE L’ESSAI : On enfonce dans le sol par battage, un train de tiges de faible diamètre muni à son extrémité d’une pointe, et on mesure le nombre de coups N nécessaires pour obtenir un enfoncement donné. 1 POURQUOI PROSCRIRE LES ESSAIS AUX PENETROMETRES DYNAMIQUES DANS LE CAS DES SOLS COHERENTS SOUS LA NAPPE ? Année universitaire 2006-2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE3 MODULE G2 Travaux pratiques de géotechnique - Page 2 / 6 ESSAI PENETROMETRIQUE C. QUESTIONS : ETUDE DES NORMES NF P 94 114 et 94 115 : 2 Quels sont les types de sols dans lesquels on réalise des essais aux pénétromètres dynamiques type A et B ? 3 Quelle est la limite de profondeur pour ces essais ? 4 Quelle sont les différences entre un essai PDA et un essai PDB ? Quel essai permet d’évaluer la capacité portante du sol ? 5 Définir la notion de « refus » pour un essai PDB et pour un essai PDA ? 6 Au bout de quel enfoncement imposé mesure t’on le nombre de coup pour un essai PDB ? Expliquer alors la différence avec le mode opératoire proposé au paragraphe D. 7 Quels sont les différences entre le matériel mis à votre disposition et le matériel décrit dans la norme NF P 94 115 ? 8 Donner les avantages et les inconvénients d’un essai PDB par rapport à un essai PDA. D. REALISATION D’UN ESSAI PENETROMETRIQUE IN SITU: MANIPULATION : essai type PDB (NF P 94 115) 1- Peser ou mesurer l’ensemble des éléments du pénétromètre : - Masse du mouton - Masse de l’enclume + pointe + tige guide - Masse d’une tige - Section de la pointe - Hauteur de chute du mouton 2- Réaliser 1 essai in situ dans l’enceinte de l’IUT: - Mettre en place la pointe au pied de la 1ere tige et assembler l’enclume + tige guide + mouton - Enfoncer la pointe dans le sol - Commencer l’essai (15 à 30 coups /mn) en comptant le nombre de coups nécessaires pour enfoncer VERTICALEMENT le train de tiges jusqu’à la première graduation (10 cm). - Renseignez la fiche de sondage fournie. - Poursuivre l’essai jusqu’au refus en ajoutant les tiges nécessaires. 3- Retirer l’ensemble du matériel du terrain ! En cas d’extraction difficile, un dispositif mécanique avec douille de serrage est disponible ... 4- Repérer sur un plan du site l’emplacement des sondages effectués Vous réaliserez une implantation sommaire à l’aide d’un décamètre. 5- Résultats Tracer la courbe Nd10 = f(z) sur la feuille d’exploitation fournie. Commenter les résultats obtenus. Année universitaire 2006-2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE3 Travaux pratiques de géotechnique - MODULE G2 Page 3 / 6 ESSAI PENETROMETRIQUE Reconnaissance de sol au PENETROMETRE DYNAMIQUE Opérateurs : FICHE DE SONDAGE Lieu du sondage : Dossier Date : N° du sondage : 1 Cote NGF : Masse mouton Masses frappées : pointe + enclume + tige de guidage Masses d’une tige Hauteur de chute Section de la pointe Profondeur (m) Nb de coups (nd10) Année universitaire 2006-2007 Nb de tiges Observations Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE3 Page 4 / 6 Travaux pratiques de géotechnique - MODULE G2 ESSAI PENETROMETRIQUE SONDAGE au pénétromètre DYNAMIQUE PDB Effectué conformément à la norme NF P 94-115 Masses mouton : Hauteur de chute : Masses frappées : Longueur d’une tige : Section de la pointe : Pointe : perdue - récupérable Sondage n°: 1 Date : Opérateurs : Nombre de coups : nd10 Profondeur en m 0,000 10 20 30 40 50 60 70 80 1,000 2,000 Année universitaire 2006-2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE3 MODULE G2 Travaux pratiques de géotechnique - Page 5 / 6 ESSAI PENETROMETRIQUE E. EXPLOITATION DES RESULTATS D’UN ESSAI PENETROMETRIQUE TYPE A (NF P 94 114) CAPACITE PORTANTE DU TERRAIN : La formule de battage dite des « Hollandais », propose pour la résistance dynamique de pointe : qd = M2gH/(M+M’)Se (voir norme NF P 94 115) ATTENTION ! Cette formule, réservée aux essais de type A, est à manier avec beaucoup de précaution dans le cas des sols cohérents. La valeur de qd peut servir néanmoins à l’estimation de la capacité portante des fondations superficielles ou profondes (voir DTU 13.12). Exploiter un dossier de pénétration (essai type PDA) fourni par la société SORES. Î Décrire la constitution du sol Î Après étude des résultats fournis, estimer à quelle profondeur vous semble-t-il intéressant de fonder le bâtiment projeté ? Règles d’or : ne jamais considérer comme porteuse une couche ou l’on a simplement constaté un accroissement brutal de la résistance de pointe si cette couche n’a pas été traversée sur plusieurs mètres. Î Estimer la capacité portante q’u et en déduire la contrainte de calcul q’ref Î En déduire la section d’une semelle isolée reprenant un poteau 200x300 soumis à une charge ultime : Qu = 800 kN. Année universitaire 2006-2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil UE3 MODULE G2 Travaux pratiques de géotechnique - Page 6 / 6 ESSAI PENETROMETRIQUE F. EXPLOITATION DES RESULTATS D’UN ESSAI S.P.T. (STANDART PENETRATION TEST ) L’utilisation du SPT doit être réservée aux sols pulvérulents. Cet essai permet de donner un profil de nombre de coups N pour enfoncer le carottier standard en fonction de la profondeur. Travail demandé : A partir des résultats fournis d’un essai SPT et du DTU 13.12, déterminer la capacité portante q’u (méthode c et φ) puis la contrainte admissible aux ELS d’une semelle filante de largeur B = 2 m encastrée ( D= 1m ) dans un massif de sable peu compact ( γd =18 kN/m3) et recevant un chargement non pondérée de 300 kN/ml. G. COMPTE RENDU : Etablir un compte rendu complet comprenant en particulier : Une description succincte du matériel et des essais réalisés Des remarques sur les problèmes rencontrés Les procès verbaux d’essais (voir modèle en annexe) L’exploitation des mesures (courbes avec échelle adaptée, détails de calculs, tableaux de résultats). L’utilisation d’un tableur est conseillée. Toutes réponses, commentaires et conclusion. Année universitaire 2006-2007 Paillier C. IUT St Pierre –Département Génie civil
