Hommage à Pierre Foray

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1 Hommage à Pierre Foray Interprétation des CPTs à faible profondeur dans des sables et corrélation avec des données géophysiques Elisabeth Palix 27 Janvier 2015 août 2014

2 Les essais en grande cuve Thèses Foray (1972) et Puech (1975) Deux zones principales Faible profondeur: croissance parabolique de q c ; remontée de cyclindre de sol (matériau incompressible) Grande profondeur: palier de q c rôle de la compressibilité 2 I EDF EN I Présentation Groupe I août 2014

3 Nouveau défis: comment prédire les efforts de charruage de câble sur des milliers de kilomètres? Fin des années 90: marché des routes de câbles de télécommunication en expansion fulgurante. Câbles ensouillés (0.5 à 1m) sur le plateau continental et jusqu à 800m de profondeur d eau: reconnaissances sur plusieurs millers de km pour prévoir conditions d ensouillage (type de machine, vitesse d avancement, etc.) 3 I EDF EN I Présentation Groupe I août 2014

4 Effet de la pression de confinement sur l évolution du schéma de rupture sous la pointe avec la profondeur Pénétrations en milieu homogène A faible profondeur, les contraintes sont faibles, on a un mécanisme de refoulement latéral (dilatance) Lorsque la profondeur augmente, le sol sous la pointe commence à se comprimer, d où un refoulement partiel A grande profondeur, mécanisme de poinçonnement ( expansion de cavité) Le passage au régime des grandes profondeurs peut être relié à la pression critique 4 I EDF EN I Présentation Groupe I août

5 Modèle conceptuel Modèle de capacité portante de Biarez & Grésillon (1972) Schéma de rupture avec remontée d un cylindre de sol Résistance de pointe q c (MPa) 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 0,1 0,2 Croissance initiale parabolique q c = γ.d.n q.(1+ksinφ.d/l) c 2 ( φ ) q = f,k,b,d Croissance parabolique Influence du diamètre du cône Profondeur (m) 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Phase quasi-stationaire q st = f(i d ) qc φ 5 I EDF EN I Présentation Groupe I août

6 Refined Model for Interpreting Shallow Penetration CPTs in Sands Alain PUECH & Pierre FORAY Cone resistance q c [MPa] Houston, May 2002 Penetration [m] AN 23 φ' f = 29 FN 52 φ' f = 39 XC 75 φ' f = 43 Quasi stationary cone resistance q st [MPa] D = In (q ) r st Fontainebleau sand (Piles B = 216 mm, Kerisel) Hostun sand - (CPTs) Loire sand - (CPTs) Relative density D r 6 I EDF EN I Présentation Groupe I août 2014

7 STATE OF THE ART Thèse de Mark Emerson: Corrélations entre données géotechniques et géophysiques à faible profondeur dans des sables Loose sand Loose sand Loose Sand Medium dense to dense sand Dense to very dense sand Dense to very dense sand qc (MPa) σ vo <30kPa? σ' v0 (kpa) Id= 20% 40% 60%70 % 80% 90 % Comment faire le lien entre le modèle hyperbolique de surface et le modèle Jamiolkowski à plus forte profondeur? Target depth of trench (-60 cm) Comment passer de mesure discrètes de CPTs à un model géotechnique continu le long d une route de câble ou de pipeline? Comment prédire l effort de charruage en fonction du qc? 7 I EDF EN I Présentation Groupe I août 2014

8 Dispositif experimental 8 I EDF EN I Présentation Groupe I août 2014

9 Modèle complet (Emerson et al 2008) Deux types de sables: Hostun et Fontainebleau Essais en milieux sec et saturé Densité relative entre 40 et 88% 14 campagnes d essais CPT q c (MPa) Profondeur (m) Profil CPT qst à faible profondeur qc (Modèle à faible profondeur) qst (Relation à grande profondeur) qc (Modèle complet) 9 I EDF EN I Présentation Groupe I août

10 Modèle complet (Emerson et al 2008) σ m (kpa) q c (MPa) Jamiolkowski et al. (2003) Global model q c Ksinϕ γ znq 1+ z, = min L F.q c ( Jamiolkowski et al. ) σ σ F 1 R 1 exp 11 ( ) m crit m = C ( + ) σ 1 2K z m crit = γ 3 crit 40 z C crit d.d C0 q = γ.dc0 st ln I d = 40 % 60 % 80 % 90 % 100 % ( ) ϕ = 4.26ln q st Calibré à la fois sur des essais en chambre de calibration et des essais offshore Mais formulation compliquée basée sur des relations empiriques 10 I EDF EN I Présentation Groupe I août 2014

11 Emerson (2008) vs Senders (2010) (modifié Jamiolkowski, 2001) Formulation proposée par Senders en 2010 qc (MPa) Mark E K=1.1 Dr=0.58 qc (MPa) Mark E K=1.2 Dr= Senders Modif Dr=0.55 Senders Modif Dr= Fontainbleau FE Dr=60% 0.5 FLAG depth (m) 1 depth (m) Essais sur sable sec 1.5 CPT Offshore Formulation plus simple proposée par Senders en 2010, mais le modèle de Mark Emerson rend mieux compte de la forme hyperbolique initiale 11 I EDF EN I Présentation Groupe I août 2014 Date

12 Mise à jour des corrélations entre qst Dr Phi (sables normalement consolidés) q st (MPa) New correlation Original correlation Recent laboratory data 70's test data I 0.238ln q d = st + ( st ) q st (MPa) ϕ = 4.26 ln q I d 0.1 Recent laboratory data 70's test data Offshore data ϕ ( ) Q = 9.4 Laboratory data Offshore data σ m (kpa) ϕ max ( ) ϕ = 20.4Id très bonne correspondance avec l équation de dilatation de Bolton (1986) pour σ'm= 13 kpa 30 ϕ crit = I d 12 I EDF EN I Présentation Groupe I août 2014

13 Corrélations entre qc et vitesses sismiques : Paradoxe scientifique? CPT engendre des grands déplacements versus ondes sismiques induisant une très faible déformation (ε < 10-5) le fait que Gmax et la résistance de pointe dépendent des mêmes paramètres essentiels, contrainte effective et densité, signifie que des corrélations sont possibles et, bien qu il s agisse de deux domaines de déformations opposés, un fondement scientifique existe pour justifier les corrélations. Cone resistance (MPa) une corrélation semble exister offshore entre résistance au cone qc et onde Vp obtenue par le système Gambas (sismique-réfraction) Sand + Clay P-wave velocity V (m/s) p 13 I EDF EN I Présentation Groupe I août 2014

14 Dispositif expérimental: mesure des ondes VP 12 Geophones à fréquence naturelle de 50 Hz on été placés dans le massif 14 I EDF EN I Présentation Groupe I août 2014

15 Correlation Vp qc sur sable sec Résultats difficiles à interpréter en milieu saturé: les vitesses d ondes de compression ne changent significativement par rapport à celles mesurées en milieu sec que lorsque le degré de saturation est très élevé Résultat inattendu en milieu sec: Différence d évolution de vitesses dans les deux types de sable à la même densité relative. => les paramètres imposés (compaction, état de contrainte) ne sont pas les seuls facteurs qui interviennent dans les vitesses de propagation d ondes sismiques dans un milieu pulvérulent à faible profondeur. 15 I EDF EN I Présentation Groupe I août 2014

16 Présent et futur qc (kpa) CPTX Juillet 2014 quelque part sur les côtes françaises profondeur (m) CPTX Phi=42 K=2 CPTY CPTY Phi=41 K=2 Vitesses Vp de m/s plutôt élevées pour un sable! Une faible cimentation susceptible d' être peu visible après récupération ( matériau écrasable à la main ) peut peut-être expliquer des vitesses de 1800 voir 1900 m/s et après Il reste encore beaucoup de pistes à explorer: Confirmer l application de la méthode au sols surconsolidés Qu en est-il des sables carbonatés? Quel incidence sur la détermination du potentiel de liquéfaction? 16 I EDF EN I Présentation Groupe I août 2014