Conduite d essais laboratoire et in situ

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1 GINGER CEBTP à Villard-Bonnot DEBROIZE Jonathan Département Géotechnique Rapport de stage 2010/2011 Conduite d essais laboratoire et in situ Tome principal et annexes Année universitaire 2010/2011 Stage du 15 juillet au 19 août

2 Sommaire Introduction :... 3 I) Présentation de l entreprise :... 4 I.1) Le groupe Ginger :... 4 I.2) Le groupe Ginger CEBTP et l agence de Villard Bonnot :... 5 II) Essai de laboratoire :... 7 II.1) Essai de compression: NF P II.2) Essai de compression et traction sur chape : NF P II.3) Essai de classification de sols : NF P II.3.1) Granulométrie : NF P et NF P II.3.2) Valeur au bleu de méthylène : NF P II.3.3) Equivalent de sable : NF EN II.4) Essai Proctor : NF P II.5) Essai d indice portant immédiat : NF P II.6) Essai de retrait/gonflement sur argile : II.6.1) Essai de retrait : NF P II.6.2) Essai de gonflement : NF P II.7) Essai de cisaillement à la boîte : NF P II.8) Essai oedométrique : NF P III) Essai sur chantier : III.1) Essai de contrôle sur clou : III.2) Essai d adhérence par traction : III.3) Essai de carottage : III.4) Essai de réflexion sur inclusion rigide : NF P et NF P III.5) Essai à la plaque avec la poutre Benkelmann : NF P III.6) Essai de contrôle sur colonnes ballastées : III.7) Essai pressiométrique : III.8) Essai à la tarière : Conclusions : Bibliographie : Tables des annexes : Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

3 Introduction : Afin de mettre en pratique les cours dispensés par l école Polytech durant ma première année, j ai réalisé un stage ouvrier dans une entreprise de géotechnique. Les principaux objectifs de celui-ci sont avant tout de se confronter au cours théoriques vus et d obtenir par la même occasion une plus grande expérience professionnelle dans ce domaine. Mes recherches de stage se sont tout de suite positionnées dans l optique de travailler avec des entreprises du domaine des essais de laboratoire et in situ. En effet, j avais à cœur de mieux percevoir les finalités de ces essais grâce à une vision plus technique de ceux-ci. Ainsi, je voulais voir l exécution des essais du point de vue de la procédure, mais également me faire ma propre idée sur chaque type d essais et voir leurs incertitudes. En effet, je pense qu il est essentiel pour un ingénieur de savoir l utilité d un essai et d apprécier la cohérence d un résultat obtenu car ces résultats fournissent les différentes caractéristiques mécaniques des sols utilisées dans une étude d ingénierie. Ils sont donc primordiaux et nécessaires au bon déroulement d une mission géotechnique. Ainsi, j ai postulé dans différentes entreprises travaillant dans ce domaine dont l entreprise Ginger CEBTP. J ai donc effectué mon stage à l agence de Villard Bonnot de Ginger CEBTP, du 11 juillet au 19 août A ce sujet, je compte remercier l ensemble des ingénieurs et techniciens de l entreprise qui m ont permis de m intégrer très rapidement dans l organisation de l agence et ont répondus à toutes mes interrogations. Et, plus particulièrement à mon maître de stage M. Pierre Fiat, responsable du service essais-pathologie et Mme Audrey Ouvrard, responsable géotechnique qui a acceptée ma candidature pour ce stage. En effet, celui-ci m a permis de voir de nombreux essais en relation avec le domaine de la géotechnique et du génie civil, ce qui fût une expérience enrichissante. Je vous présenterai donc dans ce rapport, les principaux essais que j ai effectué durant ce stage. Ainsi, je commencerai par la présentation du groupe Ginger, puis par un développement des essais de laboratoire et de chantier auquel j ai participé. Enfin, je finirai par une conclusion sur le stage et ce qu il m a apporté. 3 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

4 I) Présentation de l entreprise : La société Ginger CEBTP dans lequel s est déroulé mon stage est une filiale du groupe Ginger, qui est un des leaders de l ingénierie en France. Par ailleurs, ce groupe s est rapproché en juin 2010 du groupe hollandais Grontmij pour devenir le quatrième acteur européen en ingénierie. En effet, ce groupe possède plus de 350 agences (300 en Europe) et inclut actuellement environ collaborateurs. Le domaine d action de ce groupe concerne plusieurs domaines d ingénierie tels que : l eau, l énergie, le transport, la conception et l aménagement urbain, ainsi que l expertise. Enfin, la société a réalisée en 2010, un chiffre d affaire de 1.1 milliard d euros. Je vais maintenant faire une présentation un peu plus détaillé du groupe Ginger, ainsi que de sa filiale : Ginger CEBTP. I.1) Le groupe Ginger : Ginger est un groupe d ingénierie français, dirigé par Jean-Luc Schnoebelen (cf. organigramme de la direction). L entreprise a connu un fort essor à partir de l année 1997, qui fût marquée par le rachat de la société CEBTP ( Centre d Expertise du Bâtiment et des Travaux Publics). Ceci a permis au groupe d être reconnu en France, dans le domaine de l expertise se rapportant au BTP. Puis en 2002, il réalise l acquisition d un expert reconnu dans le domaine de la géotechnique : la société SOLEN. Ainsi, Ginger est devenue à cette date, le plus important pôle de géotechnique en France. Figure 1: Organigramme du groupe Ginger Actuellement, le groupe Ginger est constitué d environ 3000 personnes (sur les du groupe Grontmij), dont la moitié d ingénieur et de technicien. 4 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

5 Ginger possède de nombreuses filiales en France, ce que l on peut voir clairement sur la figure cidessous. Ainsi, le groupe intervient dans différent secteur de l ingénierie que sont : - L expertise, qui concerne toute les étapes d intervention dans l acte de construire (étude de sol, étude des matériaux de construction), c est donc dans cette partie que se trouve Ginger CEBTP. - L ingénierie de conseil et maîtrise d œuvre aux maîtres d ouvrage du secteur des BTP. - Clé en main maintenance pour l accompagnement dans les divers projets. - Les télécoms pour le développement des réseaux de communication. - La certification des entreprises dans le domaine du développement durable. Figure 2: Filiales du groupe Ginger I.2) Le groupe Ginger CEBTP et l agence de Villard Bonnot : Comme je l ai dit juste au dessus, Ginger CEBTP est un des leaders de la géotechnique en France. En effet, l entreprise emploie plus de 900 personnes travaillant dans l expertise de secteur tels que : - Etudes géotechnique des sols, - Etude de pathologie des matériaux et des structures, - Ingénierie routière, - Certification des matériaux de construction. 5 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

6 L agence grenobloise dans lequel j ai réalisé mon stage est une des 34 agences de Ginger CEBTP en France. Elle intervient dans deux des domaines cités ci-dessus avec 24 salariés. L agence est composée de trois services distincts : le service études géotechniques, essais et pathologie des matériaux et le service du pôle sondage. L ensemble de ces services travaille en étroite collaboration. Enfin, il se trouve que les locaux sont partagés avec une autre filiale de Ginger, il s agit de Ginger Environnement et Infrastructures (GEI). Organigramme de l agence Ginger CEBTP: Figure 3: Organigramme de l'agence 6 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

7 II) Essai de laboratoire : L entreprise Ginger CEBTP possède un laboratoire à l agence ce qui lui donne la capacité d effectuer nombres d essais. Ainsi, j ai passé un certain temps dans celui-ci pour effectuer des essais sur les sols et les géomatériaux. Je présenterai donc dans cette partie, les principaux essais que j ai conduis au sein du laboratoire. II.1) Essai de compression: NF P J ai effectué durant mon stage, de nombreux essais d écrasement d éprouvette béton. Le but est de déterminer la résistance à la compression de l échantillon et de vérifier qu elle correspond bien à celle demandée pour la réalisation de l ouvrage. Pour cela, nous commencions d abord par enregistrer et référencer toutes les éprouvettes livrées à l agence. Puis, à les stocker en chambre humide. Le but de cette manipulation est d éviter le retrait du béton dû à une différence d humidité relative entre la pâte de ciment ( en cours de la phase de prise et de durcissement)et le milieu extérieur. Si ce phénomène n est pas annihilé, il peut se produire une perte de résistance du béton. Sur chantier, on résout ce problème en arrosant le béton fraîchement coulé par un produit de cure. Chaque éprouvette reçue possède un élancement réglementaire qui est de 2. Pour obtenir ce résultat, Ginger CEBTP est chargé de livrer aux entreprises du BTP (Bâtiment et Travaux Publics), des moules cartons adaptés. Ainsi, les dimensions des échantillons testés sont les suivants : - Béton, 16*32 (Diamètre de 16 cm pour une hauteur de 32 cm) ou 15*30 - Béton projeté, 5.4*10.8 ; (éprouvettes prélevées par carottage dans des caisses d échantillonnage) - Coulis de ciment, 3.9*7.8 L ensemble des essais de compression réalisés sont effectués généralement à 7 et 28 jours après le coulage du béton. Par ailleurs, on peut effectuer des essais à 2 jours pour voir si la résistance est suffisante en cas de décoffrage urgent. Juste avant l essai de compression, on mesure au réglet, la hauteur réelle de l éprouvette. Ainsi que son poids, ce qui permet de déterminer le poids volumique de chacune d elle. 7 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

8 photo 1: Surfaçage des éprouvettes bétons De plus, pour s assurer que l effort de compression s applique uniformément sur l échantillon. On doit réaliser le surfaçage au soufre des deux bases. Pour cela, on utilise un mélange constitué d environ 60% de fleur de soufre et de 30% de sable fin. Le mélange ainsi chauffé vers 140 ( sous hotte), permet d obtenir une solution fluide. On se sert alors pour surfacer les extrémités des éprouvettes, d un appareil de surfaçage constitué d une équerre en V (cf. photo1). Celui-ci permet de positionner les génératrices du cylindre et de glisser rapidement le cylindre jusqu au contact avec la platine contenant le soufre liquide. Une fois le soufre solidifié, on peut facilement enlever l éprouvette grâce à l huile de décoffrage placé préalablement sur la platine. On réitère l expérience pour la deuxième face. Une fois qu on a laissé le soufre bien refroidir (environ 30 mn). On peut procéder à l écrasement des éprouvettes sous presse. L essai est conduit jusqu'à la rupture avec une vitesse constante de 10 kn/s, soit 0.5 Mpa/s pour les éprouvettes 16*32 (cf. photo 2). On note ainsi, l effort maximal obtenu, ce qui permet d avoir la contrainte de rupture au jour j testé. On effectue l essai au jour j sur au moins 3 éprouvettes, ce qui donne une contrainte de rupture moyenne. f cm = Avec : - ; la contrainte - F ; l effort - S ; la surface photo 2: Rupture d'éprouvette sous presse On compare ensuite la valeur de résistance caractéristique f ck prenant en compte l effet d une répartition suivant la loi de Gauss (la résistance caractéristique n est pas la contrainte moyenne issu des essais de compression ; f ck = f cm 8 MPa) aux caractéristiques du béton demandées pour l ouvrage. Elles sont souvent désignées sous la forme suivante : C 30/35 XF3. Le premier chiffre représente la résistance à la compression ( en MPa) pour éprouvette cylindrique à 28 j. Le deuxième est aussi une contrainte, mais sur éprouvettes prismatiques. Enfin, le dernier symbole représente la classe d exposition environnementale du béton, figurant dans l EUROCODE : NF EN Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

9 II.2) Essai de compression et traction sur chape : NF P J ai également réalisé des essais sur des chapes de plancher chauffant. En effet, comme le matériau va subir deux principaux phénomènes : la dilatation et le retrait à cause des changements de température, on doit connaître en plus de la résistance à la compression, la résistance à la traction. Pour ce faire, on réalise les essais sur des éprouvettes prismatiques de 4*4*16. Cet essai est une rupture de l échantillon par flexion (cf. photo 3). Mais, il permet de déterminer la contrainte de rupture en traction, qui est maximum sur la face inférieure de l éprouvette. schéma 1: Principe de l'essai par flexion photo 3: Eprouvette prismatique rompue Avec : - M ; le moment fléchissant - ; distance entre le centre de gravité G et la fibre inférieure - I ; le moment quadratique - Q ; la charge - l ; la distance entre appuis - b = h ; les côtés de l éprouvette On obtient en entrant les données de b, h et de la longueur l figurant sur le schéma (cf. schéma 1) : la relation suivante donnant la contrainte de traction : 9 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

10 On réalise ensuite, un essai de compression sur les deux parties de l éprouvette rompue par flexion juste avant (cf. photo 4). Les valeurs de contrainte de rupture à 28 jours demandées sur cette chape étaient de 15 MPa pour la compression et de 2.5 MPa pour la traction. L ensemble des éprouvettes testées étaient correctes. schéma 2 : Essai de compression photo 4 : Esai de compression 10 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

11 II.3) Essai de classification de sols : NF P La classification du sol est effectuée suivant le GTR (Guide des Terrassements Routiers, réalisation des remblais et des couches de forme). Cette classification permet de les ranger, en fonction de diverses caractéristiques du sol, en différents sous-groupe : classe A, B, C, D, R et F. Pour ce faire, on analyse trois principaux critères que sont : - le paramètre de nature - le paramètre d état hydrique - le paramètre de comportement mécanique On classe donc premièrement le sol suivant sa nature, ce qui passe par des essais de granulométrie, de la détermination de la valeur au bleu (VBS). Ainsi que la valeur de l indice de plasticité (Ip) pour les argiles,ou de l équivalent de sable (ES)pour les sols pulvérulents fins. Pour ce qui est de l état hydrique, les essais pris en compte sont principalement l indice portant immédiat (IPI), pour le classement humide(h) ou très humide (th). Ainsi que, la comparaison entre la teneur en eau de l optimum Proctor normal w opn et la teneur en eau naturelle w nat, pour le classement sec (s), très sec (ts) ou moyen (m). Pour ce faire, on doit avoir au laboratoire, des échantillons de sols le plus représentatif par rapport à l état initial avant prélèvement. Ainsi, l ensemble des sols à tester, reçus par Ginger CEBTP étaient apportés dans des sacs étanches. Ceci permet donc de garder la teneur en eau naturelle ( w nat )de l échantillon. De plus, une quantité suffisante de matériau devra être amenée, pour permettre d effectuer correctement les essais. II.3.1) Granulométrie : NF P et NF P Avant la classification d une portion représentative du sol, on doit initialement connaître la teneur en eau naturelle ; w nat. Et effectuer ensuite, un lavage de l échantillon au tamis de 80 m. Cette étape a pour but de déterminer la proportion de fines sur la fraction testée. Mais aussi, de désagréger les grains d argile adhérents et d avoir des grains propres. Ensuite, après mise à l étuve à 105 du matériau lavé et d un délai d au moins 12 heures. On peutt commencer le passage du sol à travers les divers tamis de mailles décroissantes (cf. photo 5). Et de relever les différentes masses des refus pour chaque tamis. Cette opération permet alors d avoir connaissance du plus gros élément du sol, noté D max, et d apprécier la nature du sol grâce à la connaissance du tamisât à 80 m et de celui à 2 et 5 mm. Le premier permet d évaluer la proportion de fines d un sol, et donc sa sensibilité à l eau. Alors que, le tamisât à 2 mm, permet de différencier les sols plutôt sableux ou graveleux. Un des essais de granulométrie que j ai réalisé est reporté en annexe 1. photo 5: Tamis 11 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

12 II.3.2) Valeur au bleu de méthylène : NF P L essai de la détermination de la valeur au bleu de méthylène d un sol permet de déterminer l argilosité d un sol. En effet, une particule d argile a la capacité d absorber une quantité importante d eau. L essai permet donc d évaluer la surface spécifique du sol. L essai est réalisé sur la fraction 0/5 mm du sol à identifier. Ensuite, on met dans un bécher, 500 ml d eau distillée avec une masse de sol à tester. Le choix de la quantité à introduire se fait à l appréciation d une personne expérimentée capable d estimer si l argile y est majoritairement présente ou non. Si on le considère plus argileux, limoneux ou sableux. Cette évaluation permet de ne pas injecter un volume trop conséquent de bleu pendant l essai ou le contraire. Les ordres de grandeur de la quantité à introduire en fonction de la nature du sol sont résumés dans le tableau ci-dessous : Nature visuelle du sol Masse (g) Argileuse 30 Limoneuse 50 Sableuse 100 On met ensuite, la solution réalisée sous agitation à 700 tr/mn pendant 5 à 10 mn. Ceci permet de désagrégés les grains d argile adhérents et de bien homogénéiser la solution. Après, on diminue la vitesse de rotation à 400 tr/mn pour le début de l essai «à la tâche»(cf. photo 6). On ajoute 5 ml de bleu de méthylène à la solution, puis l on réalise un essai sur un papier filtre. Dès que la tâche se trouve entourée d une auréole bleu clair, on s assure que celle-ci reste présente pendant 5 mn sans ajout de bleu. Si c est le cas, le résultat est positif, et on note le volume de bleu introduit. Si ce n est pas le cas, on continue l essai par ajout de bleu mais avec un volume moins important, de l ordre de 2 ml entre chaque tâche. Ceci permet d affiner l estimation du volume absorbé par la portion argileuse de la fraction 0/5 mm. photo 6: Essai au bleu de méthylène Enfin, le VBS s exprime en grammes de bleu pour 100 g de sol. La formule ci-dessous est utilisée si le D max du sol est supérieure à 5 mm. De plus, on se rend compte que le VBS est toujours exprimé en pourcentage de la fraction 0/50 mm. Avec : - V : volume de bleu injecté - Ms : masse de matériau 0/5 mm injectée (g) 12 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

13 II.3.3) Equivalent de sable : NF EN L essai d équivalent de sable permet de déterminer la proportion d argile dans un sol. Cet essai demeure très peu utilisé actuellement pour la classification d un sol et c est l essai au bleu de méthylène qui le remplace. Ainsi, lors de mon stage, je n ai réalisé qu une fois cet essai comparé au nombre d essais VBS que j ai effectué. La manipulation consiste à prendre la fraction 0/2 mm du sol à tester, mais, celui-ci doit être à une teneur en eau w inférieure à 2 %. Or, pour cela, la norme indique de ne pas passer le matériau à l étuve. On doit donc laisser sécher librement le matériau pour arriver à une teneur en eau acceptable. De plus, on effectue l essai sur deux éprouvettes cylindriques pour avoir une moyenne de l équivalent de sable (cf. photo 7). Ensuite, la méthode est la même que celle réalisée en travaux pratiques à l école Polytech Grenoble et est énoncée ci-dessous : - Verser la solution floculante jusqu au repère inférieur, - Ajouter 120 g de matériau 0/2 mm ayant w < 2%, - Déloger les bulles d air et favoriser le mouillage en frappant avec la paume de la main, - Laisser reposer 10 mn pour l humidification, - Agiter horizontalement pendant 30 secondes : 90 aller-retours de 20 cm, - Laver le tube et le matériau grâce à la solution lavante jusqu au repère supérieur, - Laisser reposer 20 mn. Ensuite, on mesure les hauteurs suivantes, avec la méthode visuelle (ESV) et par le piston (ESP) (cf. schéma 3): - h1 ; la hauteur de sédiment + floculat, - h2 ; la hauteur de sédiment. schéma 3 : Hauteurs à prendre en compte photo 7 : Essai d'équivalent de sable 13 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

14 On a obtenu des équivalent de sable très similaire entre les deux méthodes employées et la valeur était : ES = 21. II.4) Essai Proctor : NF P J ai réalisé plusieurs essais de détermination de la teneur en eau de l optimum Proctor (w opn ou w opm ) et de la masse volumique sèche d correspondante. Les essais sont réalisés sur la fraction 0/20 mm du matériau et sur le moule Proctor. On a ensuite le choix de l énergie de compactage : - Proctor Normal - Proctor Modifié Le choix s effectue en fonction du type de chantier : le Normal est majoritairement utilisé alors que le Modifié sert pour des chantiers d aéroport par exemple. J ai donc effectué que des Proctor Normal ( 3 couches et 25 coups par couche pour le moule Proctor). Une fois le compactage effectué, on enlève la rehausse pour araser le moule avec la règle ( de l intérieure vers l extérieure). Puis, on relève le poids total du moule rempli avant de réaliser une détermination de la teneur en eau. On réalisait d abord un essai à teneur en eau naturelle. Puis en fonction de l état du sol, on humidifie ou on sèche le matériau pour obtenir le maximum recherché. On réalise 5 essais à des teneurs en eau différentes ce qui permet de tracer la courbe d essai Proctor. Enfin, lorsque le sol a une proportion de 20/D max comprise entre 0 et 30 %,on doit réaliser une correction sur les deux valeurs trouvées car l essai caractérise majoritairement les éléments les plus fins. Cette correction tend donc à diminuer la teneur en eau optimum Proctor car l eau se concentre sur les petites particules (tension capillaire), et à augmenter la masse volumique sèche. Une courbe d essai Proctor corrigé est présentée en annexe 2. Correction : Avec : - w : teneur en eau OPN cherchée du matériau 0/D (%) - w : teneur en eau OPN déterminée sur la fraction 0/20 mm (%) - m : proportion de la fraction 20/D du matériau prélevé (%) - d : masse volumique sèche OPN cherchée du matériau 0/D (t/m³) - d : masse volumique sèche OPN déterminée sur la fraction 0/20 mm (t/m³) - s : masse volumique des particules solides du sol (t/m³) 14 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

15 II.5) Essai d indice portant immédiat : NF P L essai d indice portant immédiat (IPI) permet d évaluer la capacité d une couche de sol (arase de terrassement) à supporter la circulation des engins en phase chantier. La mesure de la résistance du sol doit donc s effectuer sur la teneur en eau naturelle w nat de celui-ci, ou dans la plage de teneur en eau dans lequel il est susceptible d évoluer. Pour ce faire, on doit réaliser l essai sur la fraction 0/20 mm du matériau. Cet indice est toujours réalisé sur un moule CBR avec une énergie de compactage Proctor normal ou modifié. J ai exclusivement réalisé des IPI avec une énergie Proctor normal. Ainsi, il nous faut environ 5,2 kg de sol, et un compactage de 56 coups par couche ( 3 couches au total). On doit alors retourner le moule et enlever le disque d espacement ( placé à l intérieur du moule avant l introduction du sol à compacter). Ensuite, on dispose le moule sous la presse, et on ajuste le dispositif de sorte que le poinçon de 49.6 mm de diamètre soit en contact avec le sol (cf. photo 8). L essai consiste à mesurer les forces à appliquer sur le poinçon cylindrique pour avoir une pénétration à vitesse constante ( 1.27 mm/mn). On relève au moyen d un anneau dynamométrique, les valeurs d efforts pour un enfoncement de : 1.25 mm, 2 mm, 2.5 mm, 5 mm, 7.5 mm et 10 mm. photo 8 : Essai d'indice portant immédiat On obtient alors la valeur de l indice IPI par les formules suivantes qui découlent de la réalisation d essais d indice portant immédiat sur un sol de référence (la norme ne cite aucune de ses caractéristiques). Elles n utilisent que l effort de poinçonnement pour 2.5 et 5 mm d enfoncement. On prend en compte l indice le plus élevé des deux valeurs obtenues par les formules. Outre la détermination de la portance du sol, l IPI permet aussi de classer un sol avec la GTR, l indice permet de distinguer si le sol est humide ( h) ou très humide ( th). 15 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

16 Valeur de l indice : Dans le cas d un sol où l indice portant immédiat obtenu sur la teneur en naturelle w nat n est pas assez important pour les engins de chantier que l on prévoit pour le projet. On peut réaliser des IPI sur des sols traités à la chaux ou aux liants hydrauliques. J ai réalisé une fois cette manipulation avec de la chaux, le pourcentage de chaux ajouté doit être inférieur à 5 % pour être économiquement viable. J ai donc effectué des IPI sur un sol traité à 2 et 4 % (après réaction de la chaux : pic de chaleur). L essai a alors donné des indices plus élevés que sur le sol à teneur en eau initiale. En effet, la chaux permet de diminuer la teneur en eau du sol, elle augmente donc sa portance (IPI) et apporte un peu de cohésion au sol. II.6) Essai de retrait/gonflement sur argile : J ai effectué un essai de retrait et gonflement sur un sol argileux. Ces essais réalisés par Ginger CEBTP sont effectués suite à un désordre sur un ouvrage. Ainsi, les essais que j ai suivi font parti d une mission de diagnostic sur une terrasse. II.6.1) Essai de retrait : NF P L essai consiste à soumettre à un échantillon de sol non remanié, une dessiccation sous température constante. Et de relever à intervalle de temps périodique, la valeur de la hauteur de l éprouvette cylindrique, ainsi que sa masse. Le but de cette mesure est de connaître par la suite, la variation de hauteur en fonction de la teneur en eau du matériau. Pour ce faire, on utilise pour l essai, un échantillon respectant les dimensions suivantes : - Diamètre initial ; 35 mm D 0 50 mm - Hauteur initiale ; 0.4 * D 0 H *D 0 - D max 5 mm Ensuite, on dispose l éprouvette dans une coupelle et on la surmonte d une plaque transparente rigide qui est composée de 3 vis verticales disposées à 120. Celles-ci servent à placer la tige du comparateur toujours au même endroit lors de la mesure de la hauteur ( au centre de la plaque). De plus, un repère au marqueur sur la coupelle et la plaque permet de toujours garder l alignement initial de celle-ci en cas de mauvaise manipulation lors de la pesée (cf. photo 9). En effet, une fois la lecture de la hauteur réalisée, il faut délicatement enlever la coupelle du comparateur et la poser sur la balance( cf. photo 10). Les mesurages sont effectués très régulièrement en début d essai puis plus espacés lorsque la masse ce stabilise. En effet, ce moment marque la limite de retrait notée Wr qui est la limite de teneur en eau en dessous de laquelle il n y a plus de variation géométrique notable au cours de la dessiccation. Enfin, on remarque que l échantillon en fin d essai possède de nombreuses fissures de retrait. Elles sont dues à l apparition du phénomène de succion (pression négative). 16 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

17 photo 9 : Mesure de la déformation relative verticale photo 10 : Mesure de la masse de l'échantillon On obtient alors, sur le graphique de la déformation relative H/H 0 en fonction de la teneur en eau, qui est présenté sur l annexe 3, la courbe possédant deux pentes distinctes, et qui nous donne deux valeurs importantes que sont : - Wr ; la limite de retrait (teneur en eau du point d inflexion) - Rl ; le coefficient de retrait linéaire (pente de la droite du début de l essai ). Ainsi dans une étude, la connaissance du positionnement de la teneur en eau naturelle W nat par rapport à la teneur W r, ainsi que la teneur en eau finale W f pressenti après une dessiccation tel qu une sécheresse, permettra d en déduire les tassements dus au retrait de ce sol argileux. II.6.2) Essai de gonflement : NF P L essai réalisé sous oedomètre consiste à mesurer les variations de hauteur de trois échantillons soumis à des charges différentes, et mis en présence d eau. Il permet donc d évaluer le comportement d un sol argileux lors de son hydratation. L essai est composé de deux phases : - Chargement : On prépare trois échantillons cylindriques aux dimensions des cellules oedomètriques du laboratoire. Ceux-ci sont donc non remanié et à la teneur en eau naturelle W nat. Ensuite, on applique à chaque bâti, une contrainte différente et on relève la valeur du tassement après stabilisation. Les contraintes prises pour l essai sont : 5, 15 et 60 kpa (cf. photo 11). On peut par ailleurs exécuter un autre essai si ces contraintes sont trop faibles grâce à du matériau non remanié restant, dans le but d affiner la courbe finale. - Saturation : La deuxième phase consiste à saturer en eau les trois échantillons de sol et de relever alors les variations d hauteur dues au gonflement de l argile. C est la valeur de la hauteur finale Hf qui est importante, en comparaison de la hauteur initiale Hi. 17 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

18 photo 11 : Essai de gonflement Après la fin de l essai et le traçage de la droite de la déformation relative H f /H 0 en fonction du log de la contrainte, visible en annexe 4. On peut déterminer deux valeurs que sont : - g ; pression de gonflement, c est la contrainte qu il faut soumettre au matériau gonflant hydraté, pour que la déformation axiale soit nulle. - Rg ; rapport de gonflement, il s agit de la pente en valeur absolu de cette droite. Enfin, on peut faire remarquer que ces valeurs ne sont pas constantes pour un sol donné, ce ne sont pas des paramètres intrinsèques d un sol. En effet, si le sol est plus sec ( W nat plus faible), alors la pression de gonflement et l amplitude du gonflement seront plus importants. II.7) Essai de cisaillement à la boîte : NF P J ai réalisé plusieurs essais de cisaillement à la boite que ce soit pour déterminer la cohésion et l angle de frottement à court ou à long terme. L essai s est porté sur un échantillon de sol en provenance du port de Marseille. Je portais à chaque manipulation de ce sol ; gants et masque car il était probable vu sa provenance, qu il soit pollué aux métaux lourds. L essai a été réalisé sur un matériau remanié que j ai passé au tamis 0/5 mm, 150 g de sol dans chaque boîte (cf. photo 12). Je préparais donc quatre boîte de cisaillement que je saturais et consolidais à : 1, 2, 3 et 4 bars. Puis, à la fin de la consolidation (stabilisation du bras de levier par rapport à un repère rouge sur la photo), le technicien Nicolas Pommier et moi, lancions le cisaillement jusqu à un déplacement final de 5 mm. Un ordinateur enregistre directement l effort de cisaillement en fonction du déplacement. Les essais réalisés sont disponible en annexe 5. photo 12 : Essai de cisaillement à la boîte circulaire 18 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

19 II.8) Essai oedométrique : NF P J ai également effectué la réalisation de plusieurs essais oedométrique. J effectuais le relevé des tassements après chaque palier de 24h. Ainsi que le chargement ou déchargement de la charge pour le palier suivant (cf. photo 13). photo 13 : Bâtis oedomètriques de l'entreprise Ginger CEBTP J ai par ailleurs suivi avec le technicien, la mesure du coefficient de consolidation Cv. Pour cela, il faut relever les valeurs de tassement à différents instants (mesures effectuées du début à la fin d un palier). L ordre de grandeur de la contrainte du palier choisi pour la mesure est prise en fonction de la contrainte que subi le sol vo ou de celle qu il subira après le chantier. On déduit ensuite le coefficient avec la courbe du tassement en fonction du logarithme du temps et des tables de la théorie de la consolidation. 19 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

20 III) Essai sur chantier : Je résumerai dans cette partie, les différents essais in situ que j ai réalisé pour la détermination de certains paramètres de sol ou en qualité de contrôle de travaux exécutés par d autres entreprises de Génie Civil. III.1) Essai de contrôle sur clou : J ai effectué deux chantiers de contrôle de tirants par traction. Le but est de savoir si les clous exécutés par l entreprise de Génie Civil tiennent réellement la valeur de l effort théorique (Te). Ainsi, on doit lors de la traction, exercé un force de 1.2 * Te, et noter le déplacement correspondant. De plus, l effort soumis reste dans le domaine élastique de l acier du clou pour ne pas avoir de déformation résiduelle. Les photos ci-dessus proviennent d un chantier d une paroi projetée située à Serre-Norpel. Les dimensions de celle-ci sont d environ 4 m de hauteur pour 26 m de longueur. Elle est constituée de 50 clous répartis en deux rangées colinéaires. On a testés deux clous sur cette paroi. Pour ce faire, on boulonne sur le bout de tirant dépassant, grâce à un manchon, une rallonge pour effectuer l essai. On voit donc qu il est primordial de se renseigner ultérieurement sur le diamètre du clou, et sur le type de barre : GEWI ou DYVIDAG (dyvidag : vissage dans le sens horaire et gewi : vissage dans le sens contraire au sens horaire). Ensuite, on dispose en premier, des cales-biaises sur la plaque d ancrage. Leurs rôle est de positionner le vérin dans le même axe que le tirant. Enfin, on serre un boulon pour bloquer le vérin ( cf. photo 14). photo 14 : Dispositif pour essai de traction sur clou Une fois le dispositif mis en place, on place un comparateur dans l axe du tirant pour enregistrer les déplacements de celui-ci sous l effort. Le comparateur est maintenu en place sur un trépied mis en place à côté de la paroi. Par ailleurs, lorsque l utilisation du trépied n est plus possible comme par exemple dans le cas où le clou est situé à une hauteur importante. On utilise pour installer le comparateur de déplacement, un dispositif métallique fixé à la paroi. Cette manipulation montre certains inconvénients. En effet, la plaque d ancrage est sensée être désolidarisée de la paroi or, ce n est pas souvent les cas. Ainsi, lorsque qu on tire sur le clou, il y 20 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

21 aura un léger déplacement de la paroi sur laquelle est fixé le dispositif du comparateur. La lecture du déplacement sera donc sous-estimée. Ensuite, j actionne le vérin pour imposer la force sur le clou. Pendant ce temps, le technicien enregistre les déplacements du clou. Une fois la valeur maximale de 1.2 fois la valeur de l effort de traction obtenue, on maintient le palier pendant 15 minutes et on continue de noter les déplacements. Enfin, on peut procéder au déchargement du vérin. L essai de traction est considéré correct si le déplacement maximum est inférieur à 5 mm. III.2) Essai d adhérence par traction : J ai réalisé également des essais d adhérence par traction sur le parement du pont du grand Vallon près de Val Fréjus (cf. photo 15). Le pont était fortement dégradé au niveau du tablier et des appareils d appui à cause probablement des actions conjuguées du gel/dégel et des effets corrosifs du sel répandu sur les routes en hiver. Ainsi, beaucoup d armatures constituant le ferraillage du pont se trouvent à l air libre. Il y a donc un début d oxydation des aciers, or cette réaction se traduit par une augmentation du volume (les oxydes de fer issu de la réaction ont un volume supérieur au fer de l acier). Le parement éclate donc un peu plus et laisse apparaître d autres armatures. L ensemble de ces réactions diminuent donc la résistance de l ouvrage. photo 15 : Pont de Val Fréjus Ainsi, une entreprise de Génie Civil a eu le marché de réparation du pont dans le but d augmenter la durée de vie de ce dernier. Leur opération consiste à boucher les fissures et à refaire le parement dégradé, ainsi que d installer des protections pour éviter que le pont ne se dégrade d avantage dans le temps, après sa restauration. Ainsi, Ginger CEBTP était chargé de vérifier la résistance du coulis utilisé pour le remplissage des fissures et de tester également celle de la protection future. Les essais sur la membrane de protection se sont réalisés sur deux échantillons de matériaux différents : - un tissu carbone - un plat carbone 21 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

22 Ces matériaux sont collés par un coulis sur le parement béton, ce qui permet de ne pas avoir d interaction entre le milieu extérieur et le béton. Ainsi, le but de l essai est de savoir lequel à la meilleure adhérence avec la colle et donne une meilleure résistance. L ensemble des vingt essais réalisés sur le chantier lors de la première visite effectuée par un technicien et Hugo Pinard, ont montrés une faible résistance d arrachement des fissures comblées et des protections testées. La cause énoncée par l entreprise de génie civil est la présence du coulis sur le parement, or celui-ci a une mauvaise adhérence sur les zones de béton lisse de part et d autre des fissures. J ai donc réalisé quatre nouveaux essais d adhérence par traction des fissures sur des zones où le béton lisse a été débarrassé du coulis. L entreprise a par ailleurs testé deux techniques : celle par meulage et par sablage. La réalisation de l essai consiste à effectuer au niveau de la fissure à tester, un sciage à la meuleuse sur 5 mm de profondeur dans le béton. Le but est de délimiter la surface des plaques de 5 cm par 5 cm, collés ultérieurement. Cela permet d avoir un essai réalisé sur une surface bien définie (cf. photo 16). Une fois que la colle a fait prise, soit environ 3 heures, on peut commencer la traction des plaques. Pour ce faire, on visse sur la plaque, une petite goupille qui permet de suspendre le dynamomètre de traction de type dynatest (cf. photo 17). On ajuste alors les trois mollettes de l appareil pour que celui-ci soit stable et bien en contact. Un enregistreur relié au dynamomètre donne directement l effort de rupture. photo 16 : Plaque et goupille collé sur la fissure photo 17 : Positionnement du dynamomètre On distingue alors deux types de rupture du parement, soit cohésive ou adhésive. Une rupture cohésive correspond à une rupture sur un même matériau. Alors qu une rupture adhésive se réalise au niveau du contact entre deux matériaux différent (ici ; entre le coulis comblant la fissure et le béton). Tableaux des résultats des essais : Essai Support Effort (kn) Contrainte (Mpa) Type de rupture 1 sablage Cohésive sur béton du parement Adhésive sur fissure 2 sablage Cohésive sur béton du parement Adhésive sur fissure 3 meulage Cohésive sur béton du parement 22 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

23 Adhésive sur fissure 4 meulage Cohésive sur béton du parement Cohésive sur la réparation de fissure photo 18 : Rupture adhésive du coulis de fissure et cohésive du béton photo 19 : Rupture cohésive du coulis de fissure et cohésive du béton L ensemble des essais que j ai réalisé sont corrects sur les deux techniques utilisées pour enlever le coulis présent sur le béton lisse. L entreprise devra donc exécuter un sablage de l ouvrage (gain de temps par rapport au meulage), avant de poser le tissu ou plat carbone en protection du pont. III.3) Essai de carottage : J ai également effectué des essais pour un diagnostic sur un dallage industriel. La cause du problème est due à de forts orages tombés sur le béton fraîchement coulé. Par ailleurs, comme le dallage a été coulé en trois fois, seulement deux zones de celui-ci ont été touchées. Ainsi, l enjeu était de savoir sur quelle épaisseur le béton de la dalle était affecté par le lessivage. 23 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

24 Pour ce faire, on a réalisé 9 carottages sur les endroits où sont prévues les charges permanentes les plus importantes (cf. photo 20). 3 sur une zone non touchée, 3 sur une autre faiblement affectée et les 3 derniers sur la zone la plus lessivée. Cela permet de faire, par la suite des comparaisons et des moyennes par rapport aux essais de vitesses soniques et de résistances à la compression. Les carottes obtenues donnaient une dalle de 20 cm d épaisseur ne possédant pas de treillis soudés comme utilisé couramment dans le Génie Civil (cf. photo 21). Celui-ci étant remplacé par des tiges d aciers (5 cm de longueur et 2 mm de diamètre), qui ont surement été incorporées au béton lors de son malaxage en usine. Enfin, le béton avait été coulé sur un film géotextile permettant l étanchéité. Les essais de détermination de la vitesse sonique ont été réalisés de sorte que les sondes émettrices et réceptrices soient diamétralement opposées. Ceux-ci ont été conduis tout les centimètres pour pouvoir distinguer une possible variation de la vitesse. Les résultats ont montrés que la dalle n était pas affectée au-delà là de la zone désagrégée, et donc que sa résistance est correcte pour l usage industriel du bâtiment. Un simple ragréage de la surface devra être effectué pour obtenir un sol lisse. photo 17 : Carottage sur zone non affectée photo 18 : Carotte de la dalle III.4) Essai de réflexion sur inclusion rigide : NF P et NF P J ai suivi la réalisation d essais de contrôle sur 12 inclusions rigides réalisées par l entreprise KELLER. La méthode utilisée pour la vérification est celle par impédance/réflexion. Cette technique permet de voir la bonne réalisation des inclusions, ainsi que leurs longueurs réelles. Sur chantier, les dimensions des inclusions sont : un diamètre de 34 cm pour une longueur aux alentours de 13/14 m. on considère initialement une vitesse dans le mortier de 3800 m/s, donnée nécessaire pour l analyseur PIT. 24 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

25 Pour la réalisation de l essai, on doit préalablement meuler la tête de l inclusion pour obtenir une surface plane horizontale. Ceci permet d avoir un bon contact des sondes avec le béton sain. Ensuite, on dispose à mi-rayon, un accéléromètre collé au moyen d une gomme adhérente. Et on effectue alors plusieurs chocs sur l inclusion par le biais d un marteau (cf. photo 22). Ceux-ci sont également effectués à mi-rayon, mais diamétralement opposés à la sonde réceptrice. Les signaux reçus sont directement enregistrés par un analyseur PIT, ce qui permet d avoir aussitôt les courbes en temps ou fréquence. On réalise donc au moins 3 chocs par inclusion pour avoir des courbes correctes et la possibilité d exécuter par la suite des moyennes. photo 22 : Essai de réflexion L essai de réflexion n utilise que le matériel cité ci-dessus. Il mesure le temps de propagation de l onde réfléchi sur la base du pieu. On en déduit la longueur par la formule : L : longueur réelle V : vitesse sonique du mortier t : temps de propagation de l onde réfléchie L essai d impédance enregistre en plus du temps de propagation de l onde réfléchie, la force que l on a transmit au massif par le biais d un accéléromètre sur le marteau. Il permet de déduire la longueur sur la courbe en fréquentielle. Ainsi que la raideur exprimée en MN/mm, celle-ci traduit l ancrage de l inclusion dans le sol. F : écart de fréquence entre deux maxima ou minima Des essais de détermination de la vitesse sonique Vp ont été effectués sur des éprouvettes de mortier aux dimensions 11*22 (cf. photo 23). Le but est d avoir la vitesse, pour une meilleure précision sur la longueur réelle des inclusions. photo 23 : Essai de vitesse sonique 25 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

26 Pour l ensemble des essais, les longueurs étaient conformes aux théoriques, et les raideurs étaient normales pour les inclusions de ce diamètre. Les différentes causes de problèmes pouvant diminuer la longueur théorique sont : - cassure(s) en tête du à de possibles terrassements - éboulement de terrain lors du bétonnage - venue d eau importante qui lessive le béton Enfin, ces méthodes ne peuvent donner aucun résultat si l inclusion traverse un sol dont la vitesse est supérieure à celle dans le mortier. Alors, il y a plus de transmitivité et très peu de réflexion d onde. III.5) Essai à la plaque avec la poutre Benkelmann : NF P Durant mon stage, il m a été permis d assister à plusieurs chantiers d essai à la plaque dans le but de contrôler la bonne mise en place des plates-formes routières ou industrielles. L essai permet de déterminer la portance des sous couches testées et de vérifier si celles-ci correspondent aux portances demandées par le CCTP ( Cahier des Clauses Techniques Particulières). Les portances couramment exigées sont les suivantes : - Bâtiments : 50 MPa - Routes nationales : 50 ou 80 MPa - Autoroutes : 120 MPa Pour la réalisation de l essai, il est nécessaire de disposer d un camion chargé de 13 tonnes, servant de massif de réaction au vérin. Premièrement, une couche de sable est mise en œuvre sur la plate-forme sur laquelle est réalisé l essai. Son utilité est de garantir la planéité sous la plaque. Celle-ci a un diamètre de 60 cm et est rigidifiée pour éviter sa trop grande déformation sous contrainte de flexion lors des phases de chargements. Ensuite, on dispose la poutre de Benkelmann qui permet de mesurer les déflexions au moyen d un comparateur fixé à son extrémité (cf. photo 24). Le principe de l essai consiste à faire plusieurs cycles de chargement/déchargement : - Mise en contact du vérin avec le camion - Chargement à 2.5 bars pour obtenir EV1 - déchargement - Chargement à 2.0 bars pour obtenir EV2 - Déchargement photo 24 : Essai à la plaque 26 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

27 La formule notifiée sur l annexe 6, permet de calculer les modules à la plaque sous chargement statique. Le «2» de la formule vient de la position de l axe de rotation de la poutre, situé à 2/3 de la longueur en partant du côté vérin. La portance de la plate-forme est donnée par la valeur du module EV2. On peut également avoir une idée du compactage effectué sur cette couche. En effet, le rapport de compactage est défini comme : EV2 /EV1. Celui-ci doit être généralement inférieur à 2 pour un compactage correct. Enfin, on réalise des essais à la plaque tout les 30/40 m pour les plates formes routières,et un essai tout les 400 m² en ce qui concerne les plates formes de bâtiment. III.6) Essai de contrôle sur colonnes ballastées : J ai assisté à la réalisation d essai de contrôle sur des colonnes ballastées (cf. photo 25). Pour ce faire, on doit absolument utiliser un pénétromètre statique et non dynamique, car on a besoin d une valeur d effort de pointe (cf. photo 26). En effet, les buts de l essai sont de savoir si : - la colonne est à la profondeur dite par l entreprise exécutante ( profondeur indiquée sur le piquet) - La colonne est homogène sur toute sa hauteur - la résistance de pointe de la colonne doit toujours être supérieure à 10 Mpa. J ai pu voir sur ce chantier le fonctionnement de la grande sonde qui est couplée au manchon de frottement. Ainsi que le passage de la petite sonde si on a refus avec la première. Cela m a permis également de voir exactement quelles données sont prises en compte pendant l essai et ce qu elles donnent en effort de pointe et de frottements. photo 19 : Colonne ballastée photo 20 : pénétromètre stato-dynamique III.7) Essai pressiométrique : NF P J ai également pu suivre plusieurs chantiers d essai pressiométrique Ménard. Pour ce faire, on positionne la machine de forage sur l emplacement désigné par les ingénieurs. On règle ensuite la verticalité du mât de forage à l aide de quatre vérins et d un niveau à bulle pour le contrôle. 27 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique

28 On a exécuté un forage au tricône de diamètre 66 mm car les essais à la pelle effectués ultérieurement ont montré un sol graveleux et sableux. On réalise donc une passe de 5 m en roto-percussion du fait de la bonne tenue des parois. On ajuste également le débit d injection du fluide de forage constitué d eau et de polycol. Le but du fluide est de refroidir l outil de forage et de faciliter la remontée des cuttings. On doit ajuster ce débit en fonction du terrain et veiller à ce que la pression de l eau ne s oppose pas à la descente de l outil. Un enregistreur de paramètre relié à la machine permet d avoir en sauvegarde toutes les données du forage (cf. photo 27). Il indique si le sol traversé est plutôt mou (argile/limon) ou dur (sable/grave) en fonction de la profondeur. Ainsi que les paramètres suivants : - vitesse d avancement - pression de l outil - pression de rotation - pression d injection du fluide. photo 21 : Essai pressiométrique Une fois la passe réalisée, on peut conduire les essais pressiométrique en adaptant la profondeur voulue par l ingénieur avec l homogénéité des couches de sol vues sur l enregistreur. En effet, l essai pressiométrique ne doit pas se faire à cheval sur deux couches de résistances différentes. Par ailleurs, l opérateur sondeur a effectué avant l essai, un étalonnage de la sonde à l air libre et dans le tube lanterné de 1.20 m (utilisé sur ce chantier car sol graveleux et sableux). Une fois, la sonde positionnée à la bonne profondeur, j ai pu gérer le contrôleur pression volume et effectuer des essais pressiométrique (cf. photo 28). Pour ce faire, on adapte les valeurs des paliers de pression en fonction du sol sur lequel la sonde agit. Puis, on relève les valeurs de volume de la cellule centrale à 15, 30 et 60 secondes avant de changer de palier. On arrête l essai lorsqu on a clairement atteint le fluage du sol. photo 22 : Contrôleur pression volume De plus, on doit toujours avoir une pression dans les cellules de garde inférieure à celle de la cellule centrale. Il faut donc ajuster la valeur du différentiel en fonction de la profondeur où est réalisé l essai. 28 Debroize Jonathan Rapport de stage de 1 ère année en Géotechnique