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Etude sur les corrélations entre le standard penetration test et le pressiomètr

Etude sur les corrélations entre le standard penetration test et le pressiomètre Correlation study between standard penetration and pressuremeter tests H. GONIN Ingénieur E N PC * P. VANDANGEON Ingénieur E N SG * Marie-Pierre LAFEUILLADE Ingénieur IS T * Rev. Franç. Géotech. n° 58, pp. 67-78 (janvier 1992) R ésum é L es auteurs, se basant sur le m ém oire de fin d'études de l'un d'eux, présen tent une étude de corrélations entre valeurs des essais de pénétration au carot- tier (S P T N ) et essais pressiom étriques (pression lim ite P I et m odule E ). N euf form ations argileuses, sableuses, m arneuses et crayeuses de la région parisienne et du N ord de la France ont été étudiées. L'article comporte dans une prem ière partie une synthèse bibliographique, et dans une deuxièm e partie les résultats de l'étude statistique effectuée. E n conclusion, quelques réflexions sont présentées sur la représentativité des essais et l'utilisation de corrélations pour apprécier les tassements. Abstract A correlation study between SPT and pressuremeter test is evaluated by the authors. N ine different form ations, including clays, sands, m arls and chalk from the Paris and N orth of France sedim entary basin have been considered. The article outlines initially a litterature review on the subject and further conside râtes statistical relationships between both tests. A s a conclusion, a discussion on the representativity of the tests and the use of these correlations to predict settlements are presented. * SIM ECSOL, 8, avenue Newton. 92350 Le Plessis-Robinson. 68 N° 58 REVUE FRANÇAISE DE GÉOTECHNIQUE PRÉSENTATION Le « Standard Penetration Test » (SPT) est un essai de pénétration dynamique qui permet de tester la résistance du sol tout en prélevant des échantillons remaniés du terrain. Il est utilisé de manière exten sive dans le monde entier. En France, cependant, l’ essai pressiométrique M ENARD lui est souvent pré féré et notre réglementation (DTU, fascicule 62) se réfère de manière préférentielle aux valeurs pressio- métriques. Aussi, apparaît-il nécessaire de comparer les résultats obtenus entre ces deux types d’ essais dans les mêmes formations géologiques et d’ étudier la possibilité de corréler ces résultats. Cette démarche a été le but du mémoire présenté et soutenu le 19 octobre 1990 par M .-P. COVILLE- LAFEUILLADE en vue de l’ obtention du diplôme d’ ingénieur en géophysique et géotechnique de l'Ins titut des sciences et technologie de l’ Université Pierre et M arie Curie, Jussieu Paris V I. L’ auteur s’ est appuyé sur les très nombreux résultats d’ essais pressiométri- ques et d’ essais Standard Penetration Test effectués dans des formations géologiques caractéristiques de la région parisienne et du Nord de la France pour déter miner les graphiques donnant pour chaque formation étudiée la relation entre ces résultats. Son étude a impliqué le choix d’une méthode rigoureuse pour l’ exploitation statistique de l’ ensemble des données, permettant que les valeurs retenues le soient à partir de critères objectifs. On se propose ici de reprendre l’ essentiel des résul tats obtenus afin de valoriser chacun de ces essais par les corrélations les reliant l’ un à l’ autre ; elle porte sur neuf formations géologiques recouvrant la grande majorité de types de sols rencontrés dans la nature : sables, limons, argiles, marnes, craie. De nombreux auteurs s’étant antérieurement penchés sur les corrélations pouvant être trouvées entre le SPT et différents paramètres caractérisant les sols, il a sem blé intéressant, avant d’ aborder l’ étude se rapportant aux corrélations SPT / pressiomètre, de présenter une synthèse des publications concernant ces autres cor rélations, si bien que cet exposé se décomposera en deux parties : — une première partie se rapportant à la présenta tion générale du SPT et à la synthèse bibliographi que des résultats et corrélations obtenues ; — une deuxième partie se rapportant à la présenta tion de l’ étude comparative des résultats des essais SPT et des essais pressiométriques et aux corrélations qui s’en déduisent. 1. RAPPELS ET SYNTHÈSE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LE SPT L’ essai SPT (Standard Penetration Test) vient des Etats-Unis ; il a été largement développé par TER- ZAGHI qui a défini un mode opératoire pour ce qui n’ était, au début, qu’ une habitude de chantier. Il s’ agit en effet de compter le nombre de coups nécessaire pour enfoncer un carottier normalisé sur 0,30 m de profondeur avec une masse de 63,5 kg tombant en chute libre d’une hauteur de 0,76 m . Ce nombre de coups correspond à la valeur « SPT » , N suivant la Norme ASTM , le projet de Norme euro péenne publié dans les Proceedings du Congrès Inter national de mécanique des sols à Tokyo en 1981. Cet essai, qualifié parfois de rustique, donne cepen dant des résultats raisonnablement fidèles et présente deux avantages peu souvent mis en lumière : — fait à l’ avancement, il est moins sensible que le pressiomètre à la qualité du trou de forage ; — il est le seul essai qui associe, à une mesure in situ de la résistance du sol, un prélèvement permet tant une identification précise des terrains soumis à l’ essai. Les paramètres, données ou grandeurs physiques, qui ont été le plus souvent évalués à partir des valeurs de l’ essai SPT, sont les suivants : — densité relative du sable ; — angle de frottement interne d’ un sable ; — résistance à la compression simple d’une argile ; — contrainte admissible sur un sable ; — potentiel de liquéfaction d’un sol ; — pression de pointe mesurée au « pénétromètre statique » ; — pression lim ite et module pressiométrique mesuré au pressiomètre M ENARD. Nous nous contentons ici de récapituler les correspon dances proposées, sans porter de jugement sur leur validité. 1.1. Densité relative d’un sable La densité relative d’ un sable est définie par l’une des relations suivantes : où « e » est l’ indice des vides et « y » le poids volu mique sec du sable. TERZAGHI et PECK ont donné, (fig. 1 ) une corres pondance entre la densité relative d’un sable et sa résistance mesurée au SPT. Pour corréler ces deux valeurs, SCHULTZ et M EN ZENBACK, tenant compte de la contrainte effective du sol au niveau de l’ essai, préfèrent utiliser la rela tion suivante : Ln (D r) = 0,478 Ln (N ) - 0,262 Ln (σ’ ν ο ) + 2,84 Ln : logarithme népérien ; σ’ ν ο : contrainte effective au repos exprimée en 105 Pa (bar). ÉTUDE SUR LES CORRÉLATIONS ENTRE LE STANDARD PÉNÉTRATION TEST ET LE PRESSIOMÈTRE 69 F ig. 1 . — Correspondance entre N et la densité relative Dr d'un sable. F ig . 1 . — Relationship between N and relative density Dr for sand. 1.2. Angle de frottement interne d’un sable Plusieurs auteurs ont essayé de trouver une relation entre l’ angle de frottement et la résistance d’ un sable mesuré au SPT. M EYERHOF donne deux expressions approchées de l’angle de frottement interne d’un sable en fonction de sa densité relative, selon le pourcentage de sable fin et de silt. φ = 25 + 0,15 D r, (plus de 5 % de sable fin et de silt) ; φ = 35 + 0,15 D r, (moins de 5 % de sable et de silt) ; (φ en degrés) relations expérimentales et empiriques qui ont été mises sous forme d’un abaque permettant de relier directement l’angle de frottement φ à la valeur SPTN à partir des résultats d’ essais en laboratoire effectués sur les échantillons prélevés par le carottier SPT lui- même (fig. 2). Signalons deux autres formules existant pour expri mer la relation entre φ et N : φ = + 25 (DUN H AM ) φ = (O SA K I) Fig. 2. — Corrélation entre N et angle de frottement φ. F ig. 2. — Correlation between N and friction angle φ . Les valeurs de φ en degrés déterminées à partir de ces abaques et formules sont approximatives, mais conduisent à un ordre de grandeur raisonnable. 1.3. Résistance à la compression simple d’une argile Suivant la qualité d’une argile (m olle à dure), TER- ZAGHI et PECK ont donné des corrélations entre la valeur SPT, N , et la cohésion non drainée Cu, trans crites dans le tableau I. Tableau I. — Relation entre N et Cu pour les argiles (d'après TERZAGHI et PECK). Table I. — Relationship between N and Cu for clays (TERZAGHI et PECK). Consistance des argiles Valeur STPN Cohésion non drainée Cu (kPa) Très molle < 2 < 12,5 M olle 2 à 4 12,5 à 25 Plastique 4 à 8 25 à 50 Ferme 8 à 15 50 à 100 Très ferme 15 à 30 100 à 200 Dure > 30 > 200 Ces mêmes auteurs ont également donné les relations suivantes (Cu en kPa) : — argiles plastiques Cu = 12,5 N — argiles silteuses Cu = 10 N — argiles uploads/Geographie/ geotechnique 1 .pdf