Exploration des sols - But, planification, enquêtes et essais
Bien que les informations sur les sols exposés à la surface du sol soient très utiles, les ingénieurs géotechniciens doivent également évaluer les conditions du sous-sol en prélevant des échantillons par sondage ou en creusant des fosses exploratoires. Ces activités sont appelées exploration souterraine.
L'ampleur de l'exploration dépend de l'importance de la structure, de la complexité des conditions du sol et du budget disponible pour l'exploration. Un programme d'exploration détaillée des sols comprend des forages profonds, des essais sur le terrain et des essais en laboratoire pour déterminer les différentes propriétés des sols requises pour la conception de toute structure.
But et portée
L'exploration des sols a pour but:
(i) Déterminer les propriétés fondamentales du sol qui affectent la conception et la sécurité de la structure, à savoir la compressibilité, la résistance et les conditions hydrologiques.
(ii) Déterminer l'étendue et les propriétés du matériau à utiliser pour la construction.
(iii) Déterminer l'état des eaux souterraines.
(iv) Analyser les causes d'échec des travaux existants.
La nature et l'étendue de l'exploration des sols dépendent de l'utilisation ultime à laquelle les résultats de l'enquête seront appliqués. Par exemple, pour les structures qui transmettent une charge importante sur le sol, l’exploration du sol a pour objectif de fournir des données qui aideront à sélectionner les types de fondation appropriés, leur emplacement et la conception des fondations.
Planification de l’enquête souterraine:
Pour obtenir les informations les plus utiles à un coût et avec des efforts minimaux, une planification appropriée du programme d’investigation souterraine est essentielle.
Pour la planification du programme, l’ingénieur des sols en charge du programme doit inclure les étapes suivantes:
(i) Complètement familiarisé avec le type d'informations requis lors de l'enquête.
(ii) Connaissance du type, de la taille et de l'importance du projet.
(iii) Préparation du plan d'aménagement du projet,
(iv) Préparation du plan d'implantation des forages comprenant le nombre et l'espacement des forages, la profondeur et la fréquence d'échantillonnage.
(v) Sélection du matériel de forage et d'échantillonnage approprié.
vi) Sélection du personnel chargé de superviser l’enquête sur le terrain.
(vii) Indiquer sur le plan de configuration tout type d'enquête de sol supplémentaire.
(viii) Préparation de directives pour les tests en laboratoire des échantillons recueillis.
Étape de l'enquête sur le sous-sol:
Les différentes étapes d’investigation en sous-sol d’un grand projet de génie civil sont mentionnées ci-dessous:
i) Étude de reconnaissance:
a) Données géologiques
b) Photographies en série
(C) Données pédologiques
ii) Enquête détaillée:
(un ennui
b) Échantillonnage
c) Essais
(i) test de laboratoire
ii) Essai sur le terrain
d) Photographies aériennes
e) Méthodes géophysiques
(iii) Etude de performance
a) Essais complémentaires
b) Instrumentation
c) Évaluation de la performance
Étude de reconnaissance:
Il implique une étude de faisabilité préliminaire entreprise avant toute planification détaillée. L'objectif principal de cette phase d'exploration est d'obtenir une idée approximative du type de sol dans la région. Cette étude vise à obtenir un profil de sol approximatif et un échantillonnage représentatif des principales couches de sol et des conditions des eaux souterraines, ce qui sera utile pour décider du futur programme d’explorations. Cette étude doit être réalisée à un coût minimal et aucun travail exploratoire à grande échelle n'est généralement entrepris à ce stade.
Enquête détaillée sur les sols:
Dans le cadre d'une étude détaillée du sol, des forages, des échantillonnages et des tests sont effectués pour obtenir les propriétés techniques du sol.
Puits d'essai:
Les fosses d'essai peuvent être utilisées pour tous les types de sols. Il s’agit du moyen le moins cher d’exploration du site et ne nécessite aucun équipement spécialisé. Dans cette méthode, une fosse est excavée manuellement et le sol est inspecté dans des conditions naturelles. Des échantillons perturbés et non perturbés peuvent être prélevés facilement. Les fosses d'essai conviennent uniquement à l'exploration de faibles profondeurs.
Méthode ennuyeuse:
Les méthodes de forage sont des types suivants:
(i) Auger ennuyeux
(ii) laver ennuyeux
(iii) ennuyeux rotatif
(iv) percussion ennuyeuse
(i) Auger ennuyeux:
La tarière de sol est un dispositif qui aide à faire avancer un forage dans le sol. Ceux-ci sont utilisés sont cohésifs et autres sols meubles au-dessus de la nappe phréatique. Les tarières manuelles sont utilisées jusqu'à une profondeur maximale de 10 m et les tarières entraînées par moteur sont utilisées pour de plus grandes profondeurs.
Le forage s'effectue en enfonçant la tarière dans le sol et en la faisant tourner avec la poignée vers le haut. Dès que la tarière est remplie de terre, elle est retirée et les sols sont retirés des pales. Les échantillons obtenus sont des échantillons perturbés.
(ii) laver ennuyeux:
La figure 10.2 montre la disposition pour le lavage. C'est une méthode simple et rapide pour avancer des trous dans les sols. Dans le forage, le trou avance à une faible profondeur à l'aide de la tarière, puis un tube de tubage est enfoncé dans le sol pour empêcher les côtés du trou de percer. Le forage est poursuivi à l'aide d'un foret fixé à l'extrémité d'un foret creux. barre. L'eau est forcée sous pression à travers la tige de forage qui est alternativement levée et tombée et également tournée.
En raison de son action de jetting et de hachage, le sol est relâché. Le sol détaché est forcé jusqu'à la surface du sol sous forme de suspension épaisse à travers l'espace annulaire situé entre la tige de forage et le tubage. Le sol en suspension se dépose dans la cuve et l'eau coule dans le puisard qui est réutilisé pour la circulation. Le changement de la stratification du sol peut être deviné à partir du taux de progression et de la couleur de l'eau de lavage.
(iii) ennuyeux rotatif:
Le forage rotatif est utilisé pour des travaux d'exploration de sol uniquement lorsque des forages profonds sont nécessaires dans des formations difficiles avec des rochers et des roches fracturées ou du sable gorgé d'eau. Dans ce procédé, un outil de coupe ou un carottier avec un outil de carottage fixé à l'extrémité inférieure des tiges de forage est entraîné en rotation par un appareil de forage. Le foret coupe, déchiquette et broie le matériau en petits morceaux. Le matériau est ensuite retiré en pompant de l'eau ou de la boue de forage à travers la tige de forage creuse. Si de la boue de forage est utilisée, aucun tubage n'est requis pour le trou. La figure 10.3 montre la configuration de l'alésage rotatif.
(iv) percussion ennuyeuse:
Dans cette méthode, le sol est atténué par les coups répétés d'un trépan lourd. Le bit s'appelle le bit de baratte. Le trépan est fixé à l'extrémité d'une tige de forage et est soulevé et déposé alternativement dans le trou de forage. De l'eau est ajoutée pour faciliter la décomposition du sol. La boue formée au fond du trou est éliminée au moyen de pales ou de pompes à sable. Cette méthode convient au forage dans les roches et les sols durs.
Les échantillons pouvant être prélevés dans des puits d’essai ou des forages sont principalement de deux types:
i) Échantillon perturbé:
Un échantillon perturbé est un échantillon dans lequel la structure du sol est perturbée de manière significative ou complète et où la teneur en humidité peut également différer de la valeur in situ. La distribution granulométrique du sol in situ est préservée. Ces échantillons sont nécessaires pour les tests d’identification et de classification.
ii) échantillon non perturbé:
Un échantillon non perturbé est un échantillon qui conserve aussi fidèlement que possible la véritable structure in situ et la teneur en humidité du sol. Ces échantillons sont nécessaires pour les tests de résistance au cisaillement, de perméabilité et de consolidation.
Échantillonnage des puits d'essai:
Des échantillons de blocs sont obtenus à partir de puits d'essai. Les échantillons en bloc sont des échantillons coupés à la main et sont obtenus à partir d'un sol argileux. Un échantillon de bloc est soigneusement coupé et une boîte en bois est conservée autour de l'échantillon en saillie. L'échantillon est ensuite coupé en bas avec un couteau et retourné avec la boîte en bois. L'échantillon est ensuite recouvert d'un couvercle et scellé avec de la cire ou de la graisse.
Échantillonnage dans les forages :
Les échantillons non perturbés sont obtenus à partir de trous de forage en utilisant des échantillonneurs à paroi mince.
Les deux types d’échantillonneurs à paroi mince utilisés sont:
(a) Ouvrir les échantillonneurs
b) échantillonneurs à piston
(a) Ouvrir l’échantillonneur de lecteur:
Un échantillonneur à entraînement ouvert est constitué d’un tube à paroi mince doté d’un tranchant dur et connecté à une tête d’échantillonnage. La tête de l'échantillonneur se compose d'un robinet à tournant sphérique et d'orifices permettant l'évacuation facile de l'eau ou de l'air du tube à échantillon. Ces échantillons sont poussés ou enfoncés dans le sol jusqu'à la profondeur requise, puis cisaillés en tordant la tige de forage. L'échantillonneur et l'échantillon à l'intérieur sont retirés du trou et le tube est retiré de la tête de l'échantillonneur. Les deux extrémités du tube sont ensuite scellées avec de la graisse ou de la cire fondue.
b) échantillonneur à piston:
Les échantillonneurs à piston sont utilisés pour obtenir des échantillons de bonne qualité et sans perturbation à partir d’argiles molles, de limons et de sables limoneux avec une certaine cohésion. Il s'agit d'un tube à paroi mince muni d'un piston qui ferme l'extrémité du tube de prélèvement jusqu'à ce que l'appareil soit abaissé au fond du trou de forage. Le piston empêche le sol mou de se coincer rapidement dans le tube, éliminant ainsi la distorsion de l'échantillon.
Lors de la descente de l'échantillonneur dans le trou, le piston est maintenu plus près de l'extrémité inférieure de l'échantillonneur. Après avoir atteint la profondeur souhaitée, la tige du piston est serrée et le tube de l’échantillonneur est avancé dans le sol. L'échantillonneur est ensuite retiré du trou avec la tige de piston en position serrée. Pendant retirer Parmi les échantillonneurs, le piston empêche la pression de l’eau d’agir par le haut de l’échantillon, augmentant ainsi les chances de récupération.
(a) Dégagement intérieur
C i = D s -D e / D e
= 1-3%
Le diamètre intérieur du sabot de coupe doit être légèrement inférieur à celui du tube de prélèvement. Cela contribue à l'expansion élastique du sol lorsqu'il pénètre dans le tube d'échantillonnage et réduit la friction par frottement sur l'échantillon de la paroi du tube.
b) le dégagement extérieur,
C 0 = D W- D t / D t = 2-3%
Le diamètre extérieur du sabot de coupe doit être légèrement supérieur au diamètre extérieur du tube de prélèvement. Ce jeu est prévu pour réduire la force motrice. Cela facilite également le retrait de l'échantillonneur du sol
(c) Ratio d'aire
Ar = D 2 w - D 2 e / D 2 e 100%
Cela représente la quantité de sol déplacée lorsqu'un échantillonneur est forcé dans le sol. Le rapport de surface doit être maintenu aussi bas que possible.
Pour une formation raide, a> 20%
Pour les sols meubles, a r = 10% ou moins
où
D s = diamètre intérieur du tube de prélèvement
D t = Diamètre extérieur du tube de prélèvement
D e = Diamètre intérieur du sabot de coupe
D w = Diamètre extérieur du sabot de coupe
Ratio de récupération de l'échantillon:
C'est le rapport entre la longueur de l'échantillon retenu dans l'échantillonneur et la profondeur de pénétration de celui-ci. C'est une mesure importante de perturbation du sol lors de l'échantillonnage.
Ratio de récupération = longueur de l'échantillon retenu dans l'échantillon / profondeur de pénétration
Pour un échantillon parfait non perturbé, le taux de récupération doit être égal ou légèrement inférieur à 1, 0.
Conservation des échantillons:
Lors du retrait de l'échantillonneur des trous de forage, les tubes d'échantillonnage sont retirés et scellés aux deux extrémités par de la cire de paraffine ou de la vaseline. L'épaisseur du joint ne doit pas être inférieure à environ 25 mm.
Les tubes d'échantillonnage sont ensuite étiquetés avec les informations suivantes:
(i) Nom du projet
(ii) Nombre de forage
iii) Profondeur de l'échantillonnage
iv) Date de l'échantillonnage
Sur le site, les tubes d'échantillonnage sont protégés des rayons directs du soleil, des chocs, etc. Les tubes d'échantillonnage sont acheminés au laboratoire le plus tôt possible et sont conservés dans une pièce humide afin de préserver la teneur naturelle en eau des échantillons.
Influence de l'état du sol sur le programme exploratoire:
La connaissance de l'état du sous-sol du site du projet par un ingénieur géotechnique en charge est essentielle, car ceux-ci ont une grande influence sur la planification du programme d'exploration.
(i) Si les conditions du sol sont connues, le coût et le travail du programme exploratoire peuvent être réduits.
(ii) Si les strates du sous-sol sont uniformes, le nombre et la profondeur de forage peuvent être réduits, ce qui diminue le coût relatif des études de site.
(iii) En fonction du type de sol, la méthode d'exploration du sol est choisie.
Par exemple:
Dans les sols argileux, les fosses de test ouvertes conviennent à l'exploration peu profonde et le forage convient à l'exploration profonde. Dans les sols rocheux, on adopte un procédé de forage rotatif ou à percussion.
(iv) Si la nappe phréatique est haute, les fosses d'essai créent des difficultés pour prélever des échantillons de sol sableux et la nappe phréatique doit être abaissée pour permettre le prélèvement d'échantillons. La méthode de forage est adoptée pour prélever des échantillons sous la nappe phréatique en cas de sol sableux.
(v) Si le sol autour du forage n'est pas autoportant, le tube de forage doit alors être utilisé comme support de sol.
Possibilité d'erreur d'appréciation de l'état du sous-sol:
L'enquête souterraine est toujours une tâche difficile. Nous explorons les conditions de sous-surface à l’aide de sondages et d’autres méthodes et récupérons des échantillons à des fins de test et d’évaluation, mais même une enquête très détaillée couvre une petite fraction des sols et des roches situés en dessous du site.
Nous n'avons pas la moindre idée de l'état du sol entre les trous de forage et devons nous appuyer sur une interpolation combinée à une connaissance des processus de dépôt dans le sol. Même après une enquête sur le sol, nous ne sommes jamais sûrs des échantillons recueillis et ils ne sont pas vraiment représentatifs. Nous avons donc toutes les chances d’être mal jugés de l’état du sous-sol.
La figure 10.6 ralentit deux couches de sol. La couche supérieure est constituée d'argile dure et la couche inférieure d'argile molle. L'essai de charge est effectué près de la surface du sol et ne mesure que les propriétés de l'argile raide, mais n'indique pas la nature de l'argile molle.
L’effet de la charge réelle sur la construction du sol s’étend jusqu’au sol meuble qui est très compressible et il y aura une défaillance.
Parfois, dans les enquêtes sur les sols, un gros audacieux est mal évalué comme étant le lit d’un rocher et la conception d’une structure est faite pour s’appuyer sur un rocher. Cela peut mener au désastre. L'étude du sous-sol permet de déterminer l'épaisseur d'une couche d'argile recouvrant des couches sableuses et de concevoir la fondation en conséquence. Aucune considération n'est faite pour l'eau piégée sous la couche d'argile.
Cette erreur de jugement peut conduire à une défaillance de la fondation en raison du développement d'une pression d'eau excessive lorsque le sol est chargé. Si un ingénieur géotechnicien ne détecte pas la roche calcaire sous-jacente au sol cohérent, la construction est effectuée sur celle-ci. Avec la construction et l'écoulement des eaux souterraines, une cavité est formée dans la roche calcaire. Cette cavité continue à augmenter et entraîne finalement une défaillance de la structure (figure 10.7).
Influence de la taille du projet et du type de structure sur le programme exploratoire:
La taille du projet et le type de structure ont une grande influence sur le programme exploratoire. Dans le cas de petites structures, seule une exploration générale ou une exploration préliminaire est suffisante. L’exploration préliminaire a pour objectif principal de donner une idée approximative du sous-sol à faible coût. Peu de forages, de puits d’essais et de tests de pénétration sont effectués pour les travaux d’exploration en général. Les échantillons perturbés sont testés en laboratoire pour déterminer les propriétés physiques du sol.
Si la taille du projet est importante et la structure lourde, une exploration détaillée est effectuée. L'exploration détaillée coûte plus cher que l'exploration générale. Dans l'exploration détaillée, des nombres de trous de forage sont testés. La profondeur de forage est d’au moins 1, 5 à 2B, où B est la largeur de la fondation, des échantillons non perturbés sont testés en laboratoire afin de déterminer les propriétés techniques telles que la résistance au cisaillement, la perméabilité, la compressibilité, etc. Nombre d’essais sur le terrain tels que les essais de charge sur plaque, standard on effectue des tests de pénétration, des tests de cisaillement des palettes, etc.
Tableau 10.2: Lignes directrices générales sur la profondeur de forage pour les bâtiments dans des fondations peu profondes (Sowers, 1979)
(i) Pour les bâtiments:
Sur des sols uniformes, il convient de créer au moins trois sondages, pas en une ligne, pour les petits bâtiments et au moins cinq sondages, un à chaque coin et un au milieu, pour les grands bâtiments, comme indiqué à la figure 10.8. Dans la mesure du possible, les trous de forage doivent être forés à proximité des fondations proposées mais en dehors de leurs contours.
ii) Pour les routes:
Le forage devrait être généralement situé le long de l’axe de la route proposé, comme indiqué à la figure 10.9.
(iii) Pour les aéroports:
Les trous de forage doivent être situés le long de la ligne médiane proposée et à chaque bord de chaque piste.
(iv) Pour les barrages:
Le forage doit être situé le long de la face amont, sur l’un ou les deux piliers.
Profondeur:
L’exploration devrait s’étendre au-dessous de toutes les couches qui contribueraient à un tassement important ou à une résistance au cisaillement insuffisante pour soutenir la fondation.
Espacement:
L'espacement de l'exploration dépend de la nature et de l'état du sol, de la nature et de la taille du projet. Dans un sol uniforme, l'espacement d'exploration (forage) peut être espacé de 30 m à 100 m ou plus et dans des conditions de sol très erratiques, un espacement de 10 m ou moins peut être requis.
Le tableau 10.2 donne une idée approximative de l'espacement entre les forages requis pour différents types de projets:
Directives pour la profondeur de forage :
(i) Au moins un forage devrait s’étendre sur une profondeur de 1, 5 à 2 fois la plus grande taille de fondation prévue, comme le montre la figure 10.10.
(ii) Les trous de forage devraient être forés au minimum à une profondeur au-delà de laquelle l'augmentation de la contrainte due à la charge de la fondation n'est pas significative.
(iii) Dans la mesure du possible, au moins un forage doit être réalisé au niveau de la roche solide.
(iv) Lorsque les fondations sont démontées sur des roches solides, au moins un forage doit être foré sur 3 m dans la roche pour confirmer qu'il s'agit d'un substrat rocheux et non d'un gros rocher.
(v) La profondeur d'exploration est comprise entre 4 et 5 m pour la construction de chaussées aéroportuaires et autoroutières.
Test de pénétration standard (SPT):
Le test de pénétration standard (SPT) est le test in situ le plus couramment utilisé pour les enquêtes souterraines. Dans le SPT, un échantillonneur à cuillère fendue pénètre de 15 cm à l'aide de légers coups de marteau piqueur de 65 kg au sommet de la tige de forage. La tige de forage est connectée au sommet de l'échantillonneur à cuillère scindée.
Après une pénétration initiale de 15 cm de l’échantillonneur, on laisse tomber le marteau d’une hauteur de 75 cm et on enregistre le nombre de coups requis pour une pénétration de 30 cm de l’échantillonneur. Ce nombre de coups est appelé valeur N ou nombre de pénétration. Dans cette méthode, l'énergie motrice est fournie par l'échec du poids de la goutte. Il s’agit donc essentiellement d’une méthode de sondage dynamique.
La procédure détaillée du SPT est la suivante:
Appareil requis:
(i) échantillonneur à cuillère fendue:
Il a un diamètre extérieur de 50 mm, un diamètre intérieur de 35 mm et une longueur ouverte minimale (du tranchant à la ventilation) de 600 mm. La tête d’accouplement a quatre orifices de ventilation de 10 mm (diamètre minimum) ou une valeur de contrôle à bille.
(ii) Ensemble d'entraînement:
Il consiste en un trépied servant d’appareil de levage. L’un des pieds est muni d’une échelle, d’une masse d’entraînement (marteau) de 65 kg, d’un guide pour assurer une chute libre de 75 cm de la masse d’entraînement et d’une enclume (fixée au guide). pour transmettre le coup à la tige de l’échantillonneur.
En pratique générale, quatre méthodes de libération du marteau sont utilisées:
(a) Soulever et relâcher normalement la corde passant dans une poulie.
(b) Un marteau à déclenchement, comme les marteaux Pilcon ou Dando
(c) Un mécanisme de déclenchement, tel que le «Tombi» japonais.
(d) La méthode de la «corde fendue» pour relâcher rapidement la corde sur la tête de la tête.
(iii) Tiges d'extension:
Ces tiges servent à transmettre l’énergie d’entraînement de l’enclume à l’échantillonneur.
iv) Matériel de forage:
Le matériel de forage doit permettre de percer un trou raisonnablement libre de 60 à 75 mm de diamètre, de manière à garantir que l’essai soit effectué dans un sol non perturbé et non à l’automne. Il peut être nécessaire d’utiliser des boues de forage ou de forage là où les côtés ennuyeux s’intègrent.
En général, des foreuses à commande manuelle de 75 mm de diamètre sont utilisées pour le forage de trous de forage.
Procédure:
(1) Un trou de forage est foré à la profondeur requise et est nettoyé à fond.
(2) L'échantillonneur fixé aux rallonges est abaissé au fond du trou et est autorisé à reposer sous le poids propre.
(3) L'ensemble moteur est ensuite connecté à la tige et l'échantillonneur est entraîné par de légers coups de la masse d'entraînement jusqu'à une pénétration de l'assise de 15 cm.
(4) L'échantillonneur est ensuite entraîné jusqu'à une pénétration supplémentaire de 30 cm par des coups provenant d'une masse motrice de 65 kg tombant d'une hauteur de 75 cm. Le nombre de coups requis pour une pénétration de 30 cm est enregistré en tant que résistance à la pénétration standard, N.
(5) L'échantillonneur est ensuite soulevé du trou et ouvert. L'échantillon non perturbé est retiré de l'échantillonneur et scellé des deux côtés.
(6) L'essai est effectué dans chaque couche de sol identifiable ou à un intervalle de 1, 5 m, selon la plus petite des deux. Conformément à la norme IS 2131, pour les fondations de largeur B, le test de pénétration doit être effectué à un intervalle de 0, 75 m jusqu’à une profondeur B du fond de la semelle et à un intervalle de 1, 5 m pour la profondeur de repos jusqu’à profondeur de 1, 5 à 2 B.
(7) La valeur N mesurée peut indiquer plus que la valeur réelle dans certains cas et doit donc être corrigée.
La résistance standard à la pénétration, c.-à-d. La valeur N, a été corrélée à différentes propriétés du sol par différents chercheurs.
Une partie de la corrélation est donnée dans les tableaux suivants:
Pour un sol cohérent:
Corrections à la résistance à la pénétration mesurée standard (N)
Différents chercheurs (Tergaghi et Peck, 1948; Gibbs et Holtz, 1957; AW Skempton, 1986) ont observé que la valeur de N dépend de plusieurs facteurs, tels que la pression effective de surcharge, la submersion, les diamètres de forage, la longueur de la tige etc. Par conséquent, la valeur N observée doit être corrigée.
Les effets de chacun et les corrections sont brièvement discutés comme suit:
Effet de la surcharge
Gibbs et Holtz (1957) ont étudié expérimentalement l’effet de la pression des morts-terrains sur la valeur de N.
Leur modification pour le sable séché à l'air ou humide peut être représentée par la relation suivante:
N C = N 35 / σ +7
Où
N c = valeur N corrigée pour les morts-terrains
N = valeur SPT observée
σ = pression effective du mort-terrain, t / m 2 (ne doit pas dépasser 28 t / m 2 )
Effet de la submersion:
Terzaghi et Peck (1948) ont recommandé que, lorsque le sol est constitué de sable très fin ou limoneux sous la nappe phréatique, la valeur N mesurée, si elle est supérieure à 15, soit corrigée pour tenir compte de la résistance accrue due à la pression excessive de l'eau interstitielle créée pendant la conduite. et incapable de se dissiper immédiatement. La valeur corrigée de N, N c est donnée par
N c = 15 + I / 2 (N-15)
lorsque les corrections de surcharge et de submersion sont nécessaires, la correction de surcharge est appliquée en premier.
Effet de la longueur de la tige:
Les études sur l’équation des vagues (Schmertman et Palacios, 1979) indiquent que le rapport maximal théorique décroît avec la longueur de tige diminuant en dessous d’une longueur de tige de 10 m. Le poids ou la rigidité de la tige d'une longueur donnée semble avoir peu d'effet (Brown, 1977; Matsumo to et Matsubara, 1982).
Effet du diamètre du trou de forage:
Dans sa forme originale, le SPT a été réalisé à partir de trous de lavage de 62, 5 mm ou 100 mm de diamètre (Skempton, 1986). La meilleure pratique moderne adhère toujours à cette dimension. Dans de nombreux pays, les forages d'essai de 150 mm sont courants et même de 200 mm sont autorisés (Nixon, 1982). Les résultats d'essais effectués dans des sols cohésifs à partir de forages relativement grands sont probablement négligeables, mais dans les sables, il est possible que des valeurs de N plus faibles puissent apparaître (Lake, 1974; Sanglerat et Sanglerat, 1982). Les facteurs de correction minimaux permettant de tenir compte des résultats des tests effectués sur de grands forages sont suggérés (Skempton, 1986), comme indiqué dans le tableau 10.7.
Test de pénétration au cône statique (CPT):
Le test de pénétration au cône statique est normalement appelé test de pénétration au cône (CPT). Le test CPT est un test de sondage direct qui fournit un enregistrement continu de la variation de la résistance à la pénétration avec la profondeur. Aucun échantillon n'est obtenu à partir de ce test. On utilise un cône ayant un angle au sommet de 60 ° et un diamètre total de la base de 35, 7 mm, ce qui correspond à une section de 10 cm 2 .
Il est en acier et trempé. Le cône est fixé à l’extrémité inférieure d’une tige de sondage en acier de 15 mm de diamètre traversant un tube de protection en acier de diamètre uniforme ou non uniforme. Le diamètre extérieur du tube de protection est égal au diamètre du cône. Le cône est poussé dans le sol manuellement ou à l'aide d'un mécanisme d'entraînement à commande hydraulique. Pour obtenir la résistance au cône q c, le cône seul est poussé verticalement à une vitesse de 2 cm / s sur une profondeur de 4 cm à chaque fois.
La pression requise pour appuyer est enregistrée comme q c . Le tube du manteau externe est ensuite abaissé jusqu'au niveau du cône. La résistance due au frottement sur le tube du manteau est alors mesurée séparément. La variation de résistance du cône avec la profondeur est ensuite tracée pour identifier les différentes strates.
Au cours des dernières années, le pénétromètre à cône statique a été modifié pour intégrer le cône piézo. Le pénétromètre à piezoncone permet de mesurer simultanément la résistance du cône, le frottement latéral et la pression interstitielle à mesure que le cône avance dans le sol. Le pénétromètre piézoconique (CPTU) permet une détermination plus fiable de la stratification et du type de sol qu'un CPT standard.
Le CPT a trois applications principales:
1. Déterminer la stratification du sous-sol et identifier les matériaux présents.
2. Estimer les paramètres géotechniques.
3. Fournir des résultats pour la conception géotechnique directe.
Pour un sol à grain fin comme l'argile, la résistance au cisaillement préliminaire non exercée (C u ) peut être estimée à partir de:
Cu = q c / N k
où
q c = résistance au cône mesurée
N k = 17 à 18 pour les argiles à consolidation normale ou
20 pour les argiles trop consolidées.
Tableau 10.8: Corrélation entre le test de pénétration au cône et le SPT
Test de pénétration dynamique du cône (Dcpt):
DCPT est similaire à SPT, sauf qu’il n’ya pas de forage pour DCPT. Cet essai est effectué en enfonçant dans le sol un cône standard à 60 ° fixé à une série de tiges de forage par coups de marteau de 65 kg tombant d'une hauteur de 75 cm. Le nombre de coups pour chaque pénétration de 30 cm du cône est enregistré.
Le nombre de coups requis pour une pénétration de 30 cm du cône est appelé résistances du cône, N c
Le DCPT est exécuté de deux manières:
(i) Utilisation d'un cône de 50 mm sans suspension de benétonite (IS-4968, partie I)
(ii) Utilisation d'un cône de 62, 5 mm avec une suspension de bentonite (IS-4968, partie II)
Pour un cône de diamètre 50 mm sans suspension de bentonite, le cône est monté sur la tige d'entraînement (A-rod). La tête du marteau est reliée à l'autre extrémité de la tige A avec un couplage A-tige et une tige de guidage de 150 cm de long est reliée à la tête du marteau. Cet assemblage est maintenu verticalement avec le cône reposant verticalement sur le sol au point à tester. Le cône est alors entraîné par la chute du marteau et l'entraînement est poursuivi jusqu'à ce que le cône atteigne la profondeur requise.
Pour un cône de 62, 5 mm avec une suspension de bentonite, l'installation doit comporter des dispositions pour faire circuler la suspension afin que le frottement sur la tige d'entraînement soit éliminé.
La valeur Nc de DCPT et la valeur N de SPT peuvent être comparées et une corrélation approximative peut être établie pour le site. À l’aide de ces corrélations, on peut en déduire que les données de DCPT d’autres endroits ont une valeur de N. Ce type de travail convient aux petites structures et s’avère utile lors de l’exploration préliminaire de sites étendus.
Mesure du niveau des eaux souterraines:
La présence d'eau dans les pores du sol a un impact très important sur le comportement du sol en matière d'ingénierie. La détermination du niveau de la nappe phréatique et de ses fluctuations constitue donc un élément important de toute exploration du site. La mesure du niveau de la nappe phréatique est plus importante sur les sites où des exécrations en profondeur doivent être effectuées.
Importance de la mesure du niveau des eaux souterraines:
i) Le niveau des eaux souterraines indique le type de sol et sa perméabilité.
(ii) Dans les zones gorgées d'eau, la déshydratation est nécessaire pour l'exploration des sols. Ainsi, la mesure du niveau des eaux souterraines permet à l’ingénieur géotechnique en charge de décider du type d’unités de déshydratation requises pour le site.
(iii) Le niveau des eaux souterraines affecte de nombreuses phases importantes dans la conception et la construction des fondations. Il doit donc être mesuré avec précision dans chaque projet.
Facteurs influant sur le niveau des eaux souterraines:
Les facteurs qui affectent le niveau de la nappe phréatique sont les suivants:
i) Type de sol
ii) Conditions météorologiques
iii) Conditions de drainage dans les zones adjacentes
(iv) les saisons
Méthodes de mesure du niveau des eaux souterraines :
La méthode de mesure du niveau des eaux souterraines dans un forage dépend de la perméabilité du sol.
Pour les sols perméables (sables, graviers, etc.):
Comme la perméabilité des sols précédents tels que le sable, les graviers, etc., est plus importante; l'eau monte à son niveau final dans un forage en peu de temps. Le niveau final d'eau dans le trou de forage est indicatif de la nappe phréatique dans la région.
Le niveau d'eau dans un forage dans de tels sols est mesuré après quelques minutes de forage en abaissant une bande d'acier recouverte de craie. Dans les sables et les graviers, 30 à 45 minutes suffisent pour que le niveau d'eau se stabilise.
Pour les sols imperméables (limons, argiles, etc.):
Comme la perméabilité des sols imperméables est moindre, les eaux souterraines mettent plus de 2 heures, voire plusieurs jours, à atteindre leur niveau final dans un forage. Lorsque la mesure du niveau de la nappe phréatique doit être effectuée sur une longue période, une méthode de détermination précise consiste à installer une série de colonnes de support ou de piézomètres dans des trous de forage.
Un simple tuyau vertical consiste en un tube en PVC perforé à l'extrémité inférieure et entouré d'un filtre granulaire le long de la partie perforée, comme illustré à la figure 10.12. Le trou de forage est ensuite remblayé avec du sable ou du gravier sur lequel un joint d’argile en flaques est fourni. Lorsque les eaux souterraines sont irrégulières, un piézomètre hydraulique est installé pour mesurer le niveau des eaux souterraines.
Rapport d'enquête sur les sols:
Le rapport d'enquête sur le sol est le document final d'enquête sur le sous-sol qui contient des informations importantes pour le concepteur. Le rapport doit être préparé de manière à ce que le lecteur puisse obtenir une image complète de l'état du sous-sol du site.
Un bon rapport de sol devrait inclure les éléments suivants:
1. Introduction
2. Journal de forage
3. Méthode d'enquête
4. Résultats des tests de laboratoire
5. Analyse des résultats
6. Recommandations.
Les informations à inclure dans l'introduction du rapport sur les sols sont les suivantes:
i) Nature et portée de l'enquête sur le sous-sol
(ii) Un plan d'aménagement du site indiquant l'emplacement des trous de forage, l'emplacement des autres essais sur le terrain, etc.
(iii) Les différents tests effectués sur le terrain et en laboratoire.
Le journal de forage devrait contenir les informations suivantes:
(i) Nombre de forage et type de forage
(ii) Dates de début et d'achèvement du sondage
(iii) Diamètre de forage
Les autres données des journaux de forage sont présentées sous forme de tableau montrant:
(i) Profil du sol montrant l'épaisseur de différentes strates
(ii) Description des différentes couches de sol
(iii) niveau des eaux souterraines
iv) Profondeur et épaisseur des échantillons
La figure 10.13 montre un exemple typique de sondage ennuyeux (selon IS: 1892). Dans la méthode d’investigation, il faut mentionner la raison du choix d’une méthode particulière pour l’essai sur le terrain. Les détails des résultats des essais sur le terrain sont présentés dans cette section du rapport sur les sols.
Les résultats des tests de laboratoire sont présentés sous forme de tableaux et de graphiques. Les détails importants des procédures de test de laboratoire sont inclus. Toute procédure spéciale suivie pour cette enquête est expliquée en détail.
Les données obtenues à partir d’essais sur le terrain et d’essais en laboratoire sont analysées. Des corrélations entre différentes données de test sont établies. La plage des paramètres de conception et leurs valeurs moyennes doivent être identifiées.
Enfin, les recommandations du rapport concernent généralement les types de fondations et leur conception, si leur portée le permet.
