LE PENETROMETRE STATIQUE Essais CPT & CPTU

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1 LE PENETROMETRE STATIQUE Essais CPT & CPTU Mesures Interprétations - Appliations Doument rédigé par des ingénieurs géotehniiens de GINGER CEBTP sous la diretion de : Mihel KHATIB Comité de releture : Claude-Jaques ANGLADA - Christophe KOPIBIDA - Dominique STOLTZ CATED LE PENETROMETRE STATIQUE - Copyright 05/13

2 SOMMAIRE SOMMAIRE CHAPITRE I : INTRODUCTION 7 I.1. Prinipe 7 I.2. Historique 7 I.3. Normalisation 8 I.4. Avantages/inonvénients CPT/CPTU 9 I.5. Domaines d appliation 10 CHAPITRE II : PRESENTATION DU CPT / CPTU 11 II.1. Généralités 11 II.2. Les différents ônes CPT 12 II.2.1. Les ônes CPTU (Ø 35.7 mm) 13 II.2.2. Autres ônes 13 II.3. Les porteurs 14 II.4. Mode opératoire 14 CHAPITRE III : INTERPRETATION DES DONNEES 17 III.1. Données du CPT et CPTU 17 III.2. Comprendre les mesures 17 III.3. Interprétation pour la stratigraphie 21 III.3.1. Méthode simplifiée 21 III.3.2. Méthode de Robertson 21 III.3.3. Exemple de résultats CPT interprétés ave la méthode de Robertson 23 CHAPITRE IV : FONDATIONS : GÉNÉRALITÉS 27 IV.1. Résistane de pointe équivalente au pénétromètre statique q e 27 IV.2. Hauteur d enastrement équivalente 29 IV.3. Profondeur ritique 29 CATED LE PENETROMETRE STATIQUE - Copyright 05/13-3 -

3 SOMMAIRE CHAPITRE V : FONDATIONS SUPERFICIELLES 29 V.1. Introdution 31 V.2. Calul de la apaité portante selon le DTU V.3. Calul de la apaité portante selon le Fasiule V.4. Estimation des tassements 34 V.4.1. Méthode Anglo-Saxonne 34 V.5. Exemples 37 V.5.1. Fondation superfiielle dans biouhe 37 V.5.2. Fondation superfiielle ave ouhe molle 39 CHAPITRE VI : FONDATIONS PROFONDES 43 VI.1. Introdution 43 VI.2. Calul de la apaité portante selon le DTU VI.2.1. Relation entre harge limite de pointe Q pu et résistane de pointe q 44 VI.2.2. Relation entre harge limite en frottement latéral Q su et résistane de pointe q 46 VI.2.3. Charges limites en ompression Q u et en tration Q tu 47 VI.2.4. États ultimes de mobilisation globale du sol 47 VI L effet de groupe 47 VI Coeffiient d effiaité Ce 47 VI.3. Calul de la apaité portante selon le Fasiule VI.3.1. Relation entre harge limite de pointe Q pu et résistane de pointe équivalente q e 49 VI.3.2. Relation entre harge limite en frottement latéral Q su et résistane de pointe q e 50 VI.3.3. Charges de fluage en ompression Q et en tration Q t 52 VI.3.4. Etats limites de mobilisation loale du sol 52 CHAPITRE VII :ESSAIS DE DISSIPATION DE PRESSION INTERSTITIELLE 54 VII.1. Introdution 54 VII.2. Caratérisation de la nappe 54 VII.3 Type et aratère dilatant ou ontratant du sol à partir de U2 et de t50 54 VII.4 Détermination du type de sol et de la perméabilité de t50 55 VII.5 Exemples 56 CHAPITRE VIII : LIQUÉFACTION 61 CATED LE PENETROMETRE STATIQUE - Copyright 05/13-4 -

4 SOMMAIRE CHAPITRE IX : PARAMÈTRES GÉOTECHNIQUES - CORRÉLATIONS 63 IX.1. Sol ohérent (Argile) : 63 IX.1.1. Cohésion non drainée Cu : 63 IX.1.2. Déformabilité (sol ohérent): 64 IX.1.3. Détermination du rapport OCR 65 IX Pour les sols suronsolidés 65 IX Pour des sols imentés 66 IX.1.4. Détermination du oeffiient Ko 66 IX.2. Sol pulvérulent (sables, graves) : 67 IX.2.1. Euroode 7 : Définition de φ et E à partir de q 67 IX.2.2. Densité relative Dr à partir de l'abaque de Baldi et al 68 IX.2.3. Détermination de l angle de frottement à partir de v (kpa), Dr (%) et de q (MPa) 69 IX Abaque de Robertson et Campanella 69 IX Abaque de shmertmann (1978) 69 IX.3. Corrélations 71 IX.3.1. Relation entre essai de pénétration statique et pressiomètre 71 IX Milieux purement ohérents 71 IX Dans les sols pulvérulents 71 IX.3.2. Autres types de orrélations 72 IX.3.3. Relation entre q et ompressibilité (d après Sanglerat) 71 CHAPITRE X : FICHES PRATIQUES CPT / CTPU 75 BIBLIOGRAPHIE 81 ANNEXE : NORME NF P , ANNEXE E : DÉTERMINATION DU FACTEUR DE FORME (1-a) 83 Table des illustrations 85 Table des abaques 85 Table des tableaux 86 CATED LE PENETROMETRE STATIQUE - Copyright 05/13-5 -

5 PRESENTATION DU CPT & CPTU Chapitre II : PRESENTATION DU CPT & CPTU II.1. Généralités L essai au pénétromètre statique onsiste à foner vertialement dans le terrain, à vitesse lente et onstante de 2m/s, un train de tiges/tubes terminé à sa base par une pointe onique généralement de même diamètre que les tubes, permettant de mesurer la résistane des sols traversés. Figure 3 : Shéma du CPT et de sa pointe méanique statique GOUDA Certains CPT sont en outre équipés d un manhon de frottement. Le piézoône (CPTU) est un CPT dont la pointe est équipée d un filtre permettant la mesure de la pression interstitielle dans le sol. CATED LE PENETROMETRE STATIQUE - Copyright 05/

6 PRESENTATION DU CPT & CPTU Figure 4 : Shéma de prinipe et photographie d'un piézoône (Do. GEOMIL) II.2. Les différents ônes CPT La photo i-dessous montre quelques modèles de pointes. Plusieurs setions sont possibles omportant une partie onique surmontée d une partie ylindrique. Il y a plusieurs diamètres de ône : 15 mm, 35,7 mm, 55 mm, mais seul le ône de Ø 35.7 mm (setion droite de 10 m²) est normalisé (ône Gouda). Figure 5 : Photographie de ônes CPT (Do. GEOMIL) Il existe 3 types de pointes en fontion de leur géométrie : Les pointes à ône simple (type M4 selon la norme NF EN ISO ) ; Les pointes à ône à manhon (type M1) à ne pas onfondre ave le manhon de frottement ; Les pointes à ône à manhon et manhon de frottement (type M2). CATED LE PENETROMETRE STATIQUE - Copyright 05/

7 PRESENTATION DU CPT & CPTU En e qui onerne la pointe Andina, le diamètre est de 80 mm (setion droite de 50 m²) ave un angle au sommet de 90 (60 pour la pointe normalisée). Elle permet de mesurer le terme de pointe usuel mais aussi l effort total et le frottement latéral sur un manhon situé au dessus de la pointe. Lors de la renontre de terrains ompats, une goupille se rompt libérant une pointe intérieure de diamètre 39 mm (setion droite de 12 m²) qui, ainsi télesopée, permet de poursuivre l essai. Le terme de pointe est alors obtenu par différene entre l effort d enfonement et d arrahement puisque le frottement latéral ne peut plus être mesuré. II.2.1. Les ônes CPTU (Ø 35.7 mm) Il existe deux types de pointes piézoône qui dépendent de la position du filtre. Si le filtre est sur la pointe du ône la position est dite u 1. Si le filtre se trouve juste derrière la pointe du ône la position est dite u 2 (la plus ommune). Figure 6 : Shéma des deux types de ônes CPTU et prinipe de l'extrémité d'une pointe II.2.2. Autres ônes Le ône de ondutivité : mesure de la ondutivité (résistivité) életrique des sols, est une donnée utile en reonnaissane environnementale. Le ône thermique : mesure de la température dans le sol. Le ône sismique (SCPT) : mesure de la vitesse des ondes de isaillement V s, il donne aès au module dynamique G max, il existe en version triaxial permettant de mesurer les ondes de ompression V p. Le pressioône : ombinaison des avantages du CPT et d un pressiomètre (différent de la norme française). Le ône fluoresent : détermination de la présene et de la onentration d hydroarbures dans les sols. CATED LE PENETROMETRE STATIQUE - Copyright 05/

8 INTERPRETATION DES DONNEES Chapitre III : INTERPRETATION DES DONNEES III.1. Données du CPT et CPTU Les paramètres mesurés par les CPT sont : La profondeur z en m, L effort total de pénétration noté Q t en kn, L effort s exerçant sur la pointe ou sur le ône Q en kn, L effort du frottement latéral sur le manhon F s (noté également Q s dans la norme NF P94-113) en kn, La pression interstitielle u en kpa (paramètre spéifique au CPTU). Ce paramètre u est mesuré en ours de fonçage ou lors d un essai de dissipation (u en fontion du temps), L inlinaison de la pointe (< 15%). III.2. Comprendre les mesures Les paramètres déduits des mesures par les CPT sont : - l effort de frottement latéral total Q st en kn qui est égal à la différene entre l effort total de pénétration Q t et l effort de pointe Q, soit : Q st Q t Q - la résistane de pointe statique q en kpa qui est égale au rapport entre l effort de pointe Q et la setion droite A de la base du ône, soit : q Q A - le frottement latéral unitaire fs en kpa qui est égal au rapport entre l effort du frottement latéral sur le manhon Fs et la surfae latérale du manhon As, soit : F f s A s s CATED LE PENETROMETRE STATIQUE - Copyright 05/

9 INTERPRETATION DES DONNEES - le rapport de frottement Rf en % qui est égal au rapport entre le frottement latéral unitaire fs et la résistane de pointe statique q, soit : R f f q s q (MPa) fs(mpa) Rf % (mètres) Figure 9 : Exemple de pénétrogramme Les paramètres déduits des mesures spéifiques au CPTU sont : - l effort Q u en kn exeré sur la partie supérieure du ône par la pression interstitielle générée par le fonçage qui est égal au produit de la pression interstitielle u et de la différene entre la setion du ône A et la setion de la zone de mesure de la pression interstitielle A u, soit : Q u u A A u - l effort total sur le ône QT en kn (à ne pas onfondre ave l effort total de pénétration Qt défini i-avant) qui est égal à la somme de l effort de pointe Q et de l effort exeré par la pression interstitielle Qu, soit : Q T Q Q u CATED LE PENETROMETRE STATIQUE - Copyright 05/

10 INTERPRETATION DES DONNEES - la résistane de pointe totale à la base du ône q T en kpa qui est égale au rapport entre l effort total sur le ône Q T et la setion du ône A, soit : q T QT q 1 a u A Le paramètre a est soit déterminé lors d un étalonnage en laboratoire (pour les sols argileux ave q < 1 MPa - f. annexe E norme NF P en annexe), soit pris onventionnellement omme le rapport A u /A. - le oeffiient de pression interstitielle B q qui est le rapport de la différene entre la pression interstitielle u et la pression hydrostatique initiale u 0, et la différene entre la résistane de pointe totale à la base du ône q T et la ontrainte vertiale totale initiale v0, soit : B q u u0 q T v0 - le temps t50 est la durée néessaire à la dissipation de la moitié de la pression interstitielle (uh - u0) ave uh la pression interstitielle lors de l arrêt du fonçage, soit : u t u 0.5 u u u t 0. u u 50 0 h h 0 CATED LE PENETROMETRE STATIQUE - Copyright 05/