ANALYSE DU RISQUE DE LIQUÉFACTION

GUIDE AFPS/CFMS «Procédés d amélioration et de renforcement de sols sous actions sismiques» ANALYSE DU RISQUE DE LIQUÉFACTION P. BERTHELOT F. DURAND

Dans le Guide Technique ce thème est traité : -Dans le texte - 4.3.3 Evaluation du potentiel de liquéfaction - 4.3.3. à partir du SPT - 4.3.3.2 à partir du CPT - 4.3.3.3 à partir du CPTU - 4.3.3.4 utilisation de Vs - 4.3.3.5 essais de laboratoire -Dans les Annexes - Annexe A - Essais de sols - A.2.7 Les essais au pénétromètre statique (CPT) - A.2.8 Les essais au piézocône (CPTU) - Annexe E - Liquéfaction - E. Sols sableux - E.2 Sols fins argileux - E.3 Méthode découplée 2

SOMMAIRE - ère partie - Explication théorique essentiellement à partir du CPT et CPTU -2 ième partie - Exemples d application - Avec CPT - Avec CPTU 3

EXPLICATION THÉORIQUE Essentiellement à partir des essais CPT et CPTU 4

Eurocode 8 Partie 5 4..4 ANALYSE DU RISQUE DE LIQUÉFACTION : Sols potentiellement liquéfiables CPT (très recommandé 4.2.); SPT ; courbes granulométriques On néglige le risque de liquéfaction lorsque : a g.s < 0,5.g et lorsque en même temps au moins des conditions est remplie o Sables + argile > 20% et IP > 0 o Sables + silts > 35% et N (60) > 20 [soit qcn > 30 ] soit qc > 3 MPa (avec qc à 0 m de profondeur) o Sables propres avec N (60) > 30 [soit qcn > 50 ] soit qc > 5 MPa (avec qc à 0 m de profondeur) Si risque de liquéfaction ne peut être négligé, utiliser les diagrammes empiriques de liquéfaction EC8-5 Annexe B normative : SPT ; CPT ; Vs 5

Diagrammes basés sur l indice SPT (EC8-5 Annexe B.2) Facteurs correctifs pour différentes Magnitudes pour Ms = 7,5 CM = [EC8-5 Annexe B] Y = e / vo = CRR 7.5 X = N (60) 6

ANALYSE DU RISQUE DE LIQUÉFACTION : Mesures au CPT [Avec un camion] D après Fugro 7

ANALYSE DU RISQUE DE LIQUÉFACTION : Les cônes du CPT Pointe 0 cm2 de section (35.7 mm diamètre) Frottement Latéral sur manchon Résistance de pointe 8

Dépouillement des essais au CPT Frottement sur manchon/section manchon Rapport RF= fs/qc Réaction sur la pointe/section ponte (mètres) qc (MPa) 0 2 4 6 8 0 2 4 0 2 3 4 5 6 7 8 9 0 2 3 4 5 fs(mpa) 0.0 0.2 0.4 0.6 0 2 3 4 5 6 7 8 9 0 2 3 4 5 0 2 3 4 5 6 7 8 9 0 2 3 4 5 Rf % 0 2 4 6 8 0 9

Identification ANALYSE DU RISQUE DE LIQUÉFACTION : qt (MPa) q t ou qc (MPa) 00.0 0.0.0 0. 0 2 8 9 7 6 5 4 3 2 0.0%.0% 2.0% 3.0% 4.0% 5.0% 6.0% 7.0% 8.0% RF % Fric t io n Rat io FR Abaque de ROBERTSON (986) q t ou q c fonction de RF S S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S0 S S2 Sol fin argile ou silt sensible Sols organiques et tourbes Argile Argile silteuse à argile Silt argileux à argile silteuse Silt sablonneux à silt argileux Sable silteux à silt sablonneux Sable silteux à sable Sable Sable graveleux à sable Sols fins intermédiaires très raides Sables cimentés ou dilattants 0

000 Abaque normalisé de ROBERTSON (2009) Q T fonction de FR Q T 7 8 Q T = (q T - vo )/ vo FR = fs/(q T - vo ) S Sol fin argile ou silt sensible Qt=(qt-sv0)/s'v0 00 0 5 6 4 Normalement consolidé OCR 9 S2 S3 S4 S5 S6 Sols organiques et tourbes Argiles : argile à argile silteuse Silts : silts argileux à argile silteuse Sables : Sables silteux à silts sableux Sables : Sables propres à sables silteux 0.% Fr (%).0% 0.0% FR 3 Increasing sensitivity 2 S7 S8 S9 Sables à sable graveleux Sols fins intermédiaires très raides Sables cimentés ou dilatants

Il faut toujours vérifier les caractéristiques et tolérances géométriques principales des pointes et des manchons : a) Pointes électriques et pointes électriques piézocône 36mm : Diamètre du cône dc = 35.75 mm 35.4 4 dc 4 36.0 mm Diamètre du manchon ds = 36. mm 35.5 4 ds 4 36. mm Tolérance à vérifier au pied à coulisse : Angle au sommet 5 = 60 +/- 5 dc ds dc + 0.35 mm b) Pointes électriques et pointes électriques piézocône 44mm : Diamètre du cône dc = 43.7 mm 43.2 4 dc 4 43.7 mm Diamètre du manchon ds = 43.9 mm 43.2 4 ds 4 43.9 mm Tolérance à vérifier au pied à coulisse : Angle au sommet 5 = 60 +/- 5 dc ds dc + 0.35 mm Attention : les manchons s usent plus vite que les pointes; donc mauvaises lectures de f s et donc mauvaises appréciations de RF et donc mauvais classement du sol. Par exemple: un sol sableux limono argileux peut apparaitre «que» sableux et ainsi être classé «potentiellement liquéfiable».

Diagramme basé sur la résistance CPT (EC8-5 annexe B; diagramme non fourni) CRR 7.5 liquéfiable Non liquéfiable Avec n : 0,5 sables propres 0,7 sols intermédiaires argiles D après NCEER, 200 3

pour c 3.64 c =.0 pour c >.64 c = -0.403 c4 + 5.58 c3 2.63 c2 + 33.75 c 7.88 Ic Fc % Kc,64 5% 2,05 2%,4 2,6 27% 3,32 2,7 35% - D après Lunne, 997 4

Diagramme basé sur la résistance CPT et sur % de fines 5

S6-2 S6- S5 Avec n= on retrouve la valeur de Q T habituelle 6

0 0 0 Ic =.64 Fc = 5% 8S9 Abaque Robertson Q T et FR, classification des sols et zones A B C et D 7S7 résistance de pointe équivalente normalisée Qt 0 0 0 S6-2 6S6- S5 5 A D B 4 C 3S3 Ic = 2.05 Fc = 2% S89 Ic = 2.6 Fc = 27% Ic = 2.7 Fc = 35% S S2 S3 S4 S5 Sol fin argile ou silt sensible Sols organiques et tourbes Argiles : argile à argile silteuse Silts : silts argileux à argile silteuse Sables : Sables silteux à silts sableux S S2 2 D 0.%.0 % 0.0 % friction ration normalisé F R (%) S6- Sables silteux (Fc > 5%) S6-2 Sables (Fc < 5%) S7 Sables à sable graveleux S8 Sols fins intermédiaires très raides S9 Sables cimentés ou dilatants 7

Classification ROBERTSON Zones Description du sol Utilisation du CPT électrique pointe + manchon Ic Fc Kc études complémentaires S6-2 S6- A Sables propres Sables silteux Ic <.64 < 5%.64 < Ic < 2.05 5% < Fc < 2% < Kc <.4 S5 B Sables silteux à silts sableux 2.05 < Ic < 2.6 2% < Fc < 27%.4 < Kc < 3.32 Utilisation du CPTU ou critère chinois S4 S3 C Silt argileux à argiles silteuses Argiles silteuses à argiles 2.6 < Ic < 2.8 27% < Fc < 35% Ic > 2.8 Fc > 35 % Utilisation du CPTU ou critère Chinois Utilisation du CPTU ou critère Chinois S et S2 D Sol fin sensible à Sols organiques Voir Abaque de Robertson étude spécifique en laboratoire de dégradation cyclique de leur résistance au cisaillement Correspondances entre Zones A, B, C, D, I c, F c, et K c et utilisation du CPTU 8

Les cônes pour CPTU (ou piézocône) Les différents types de cônes de à 20 cm 2 à tout moment mesure de la pression interstitielle générée par l enfoncement + essais de dissipation à l arrêt de pénétration manchon Capteur Pression u U2 (norme française) Pointe U 9

Bq = (u-u 0 /q T - v0 ) complète FR u =pression interstitielle mesurée u0 =pression d eau ambiante q T =résistance de pointe corrigée v0 =pression totale poids des terres 20

Abaque de ROBERTSON (janvier 2009) 2

Piézocône Essais de dissipation Type U courbe d un silt contractant à une argile contractante Type U2 courbe d un sable à un silt contractant Type U3 courbe d un sable à un silt sableux dilatant ;u>0 et t 50 >000 secondes Uu>0 et t 50 < 00 secondes Uu<0 et t 50 < 00 secondes t 50 = 00 s correspond approximativement à D5 = 5µm 22

Synthèse à partir du CPTU ( Bq et qt ) Zone A Bq<.42(qt-3.3)/4.7 analyse basée sur critères CPT Zones B et C.42(qt-3.3)/4.7<Bq<0.465(qt-0.5)/5 et si t50 >00 sec et critère Chinois => pas de risque de liquéfaction Zone C2 Bq>0.465(qt-0.5)/5 => risque de liquéfaction négligeable Zone D pas de risque de liquéfaction mais dégradation cyclique de la résistance au cisaillement du sol => étude spécifique en laboratoire 23

Dans Zones B et C : utilisation du critère Chinois Si des 3 conditions n est pas remplie, le risque de liquéfaction peut être écarté : -Particules 5 Wm < 5% et -Limite de liquidité WL < 35% et -Teneur en eau naturelle Wnat > 0,9.WL Essais triaxiaux cycliques de préférence 24

Diagramme basé sur la vitesse Vs (EC8-5 Annexe B.4; évoqué mais non fourni) Correction pourcentage de fines: 5% 20% 35% V s = V s. [Pa/ vo ] 0.25 25

A chaque profondeur on calcule : FS = [CRR 7.5 / CSR]. CM En fait la correction devrait être appliquée au CSR et non au CRR alors CSR = CSR 7.5 / CM Avec CM coefficient correcteur qui ne dépend que de la magnitude MS (EC8-5 Annexe B) : 26

Prise en compte de la magnitude du séisme FS = (CRR 7.5 /CSR). CM Mw FS coefficient de sécurité pour un séisme de magnitude MS Facteur CM ANALYSE DU RISQUE DE LIQUÉFACTION : 4,5 4 Fourchettes de valeurs 3,5 3 2,5 2,5 Seed et Idriss (982) Idriss Ambraseys Arango() Arango(2) Andrus et Stokoe Youd et Noble PL<20% Youd et Noble PL < 32% Youd et Noble PL<50% Anciennes valeurs 0,5 0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 Magnitude MS 27

EXEMPLES D APPLICATION Centre Commercial Sud-Ouest de la France 28

ANALYSE DU RISQUE DE LIQUÉFACTION Hypothèses Mg = 5.5 et a N = 2. m/s² Les PS 92 CM = 2.2 et F =.33 Les Eurocodes 8 CM = 2.86 et F =.25 Gain total pour cette magnitude de.22 29

Exemples CPTU 35 AFPS-REX Journée du 27 juin 20 30

AFPS-REX Journée du 27 juin 20 3

ANALYSE DU Présence RISQUE de lentilles DE LIQUÉFACTION sableuses à sablo: limoneuses Cote NGF 2 0 - -2-3 -4-5 -6-7 -8-9 -0 - -2-3 -4-5 -6-7 -8-9 -20-2 -22-23 -24-25 -26-27 -28-29 -30-3 -32-33 -34-35 -36-37 -38-39 -40-4 -42-43 -44-45 -46-47 -48 qt (MPa) 0 0.5.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 Passages sableux CPTu20 CPTu2 CPTu23 CPTu25 CPTu26 CPTu27 CPTu24 AFPS-REX Journée du 27 juin 20 32

CPT35 couche entre 2 et 0m de profondeur 000 7 8 Qt=(qt-sv0)/s'v0 00 5 6 9 S6- Zone A entre 5 % et 2 % de FC Normalement consolidé 0 4 Couche 3 2 0.% FR (%).0% 0.0% S6- Zone A entre 5 % et 2 % de FC 33

CPT35 couche 2 entre 0 et 9 m de profondeur S5 : Zone B entre 2 % et 25 % de FC 000 00 7 S5 : Zone B entre 8 2 % et 25 % de FC Couche 2 Qt=(qt-sv0)/s'v0 5 6 9 Normalement consolidé 0 4 3 2 0.% FR (%).0% 0.0% 34

(qcn)cs Résistance de pointe normalisée d un sable propre équivalent pour c 3.64 c =.0 pour c >.64 c = -0.403 c4 + 5.58 c3 2.63 c2 + 33.75 c 7.88 Kc (q cn ) CS = Kc. q cn,35 2,05 2,6 2,95 3,65 5 Sable graviers Sable Sable 4,5 silt 4 3,5 3 2,5 2,5,64 Silt sable 0 0,5,5 2 2,5 3 3,5 4 3,32 Argile Indice de classification Ic Sol organique AFPS-REX Journée du 27 juin 20 35

Mise en équation du CRR pour une ANALYSE DU RISQUE DE LIQUÉFACTION : Magnitude de 7.5 Si (q cn ) cs < 50 alors CRR 7.5 = 0.833[(q cn ) cs /000] + 0.05 Si 50 4 (q cn ) cs < 60 alors CRR 7.5 = 93[(q cn ) cs /000] 3 + 0.08 CRR 7.5 0,6 0.25 < D50 (mm)< 2.0 FC(%) < 5 M = 7.5 CRR 7.5 déduit de 0,5 liquéfiable CRR 7.5 0,4 0,3 0,2 Non liquéfiable CRR 7.5 (qcn)cs Résistance normalisée pour un sable propre (Clean Sand) 0, 0 0 50 00 50 200 250 300 (qcn)cs NCEER (200) AFPS-REX Journée du 27 juin 20 36

FS = [CRR 7.5 / CSR]. CM Eurocode 8 Comparaison Facteur de sécurité : Mg : 5.5 CM FS = MSF = 2.86 x CRR7.5/CSR F =.25 Depth [m] 0 2 3 4 5 6 7 8 9 0 2 3 4 5 6 7 8 9 20 2 22 0 2 3 4 5 6 Risque de liquéfaction Facteur de sécurité calculé Facteur de sécurité recherché : FS >.25 Facteur de sécurité : Mg : 5.5 CM FS = MSF 2.2x CRR7.5/CSR F =.33 Depth [m] 0 2 3 4 5 6 7 8 9 0 2 3 4 5 6 7 8 9 20 2 22 PS 92 0 2 3 4 5 6 Risque de liquéfaction Facteur de sécurité calculé Facteur de sécurité recherché : FS >.33 37

000 Qt=(qt-sv0)/s'v0 00 5 7 6 8 9 Couche Zone C entre 27% et 35% de fines (2,6<Ic < 2,8) Normalement consolidé 0 4 3 2 Couche Couche 2 0.% 000 F R(%).0% 0.0% Qt=(qt-sv0)/s'v0 00 0 5 7 6 000 4 Normalement consolidé fines 9 7 0.% FR (%).0% 0.0% 3 Couche 2 Zone B entre 2% et 27% de 8 (2,05 <Ic < 2,6 2 8 00 Couche 3 Couche 3 Zone C > 35% de fines Ic > 2,8 FR (%) Qt=(qt-sv0)/s'v0 0 5 6 4 Normalement consolidé 0.%.0% 0.0% 3 9 2 38

CPTU 23 bis entre 0 et 20 m de profondeur Couche Zone C (C2) Couche Couche 2 Zone B Couche 2 Couche 3 Couche 3 Zone C2 39

Zones B et C2 CPTU 23 bis entre 9 et 20 m de profondeur T50 = 5 sec Couche Couche 2 T50 > 00 sec Couche 3 40

Eurocode 8 Comparaison Mg : 5.5 CM = 2.86 F =.25 Depth [m] 0 2 3 4 5 6 7 8 9 0 2 3 4 5 6 7 8 9 20 2 22 Facteur de sécurité : FS = MSF x CRR7.5/CSR 0 2 3 4 5 6 Facteur de sécurité calculé Absence de risque de liquéfaction Facteur de sécurité recherché : FS >.25 Couche 2 : Zone B PS 92 Mg : 5.5 Facteur de CM sécurité : = FS = 2.2 MSF x CRR7.5/CSR F =.33 Depth [m] 0 2 3 4 5 6 7 8 9 0 2 3 4 5 6 7 8 9 20 2 22 0 2 3 4 5 6 Risque de liquéfaction Facteur de sécurité calculé Facteur de sécurité recherché : FS >.33 4

EXEMPLES D APPLICATION avec CPT (CPT 35) Zone A entre 2 et 0 m Zone B entre 0 et 20 m Avec Mg = 5,5 et FS =,25 (EC8-5) Seul Zone A est potentiellement liquéfiable avec CPTU (CPTU 23 bis) Grâce aux essais de dissipation Couches et 3 [Zone C] non liquéfiables Avec Mg = 5,5 et FS =,25 (EC8-5) Couche 2 [Zone B] non liquéfiable

GUIDE AFPS/CFMS «Procédés d amélioration et de renforcement de sols sous actions sismiques» Merci de votre attention 43