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Département fédéral de l’environnement, des transports, de l'énergie et de la c

Département fédéral de l’environnement, des transports, de l'énergie et de la communication Office fédéral des routes CONTRÔLE DU COMPACTAGE DES FOUILLES EN TRANCHÉE PAR PÉNÉTROMÈTRE DYNAMIQUE LÉGER Verdichtungskontrolle von Grabenauffüllungen mit einem leichten dynamischen Penetrometer Rapport final M. Dysli Laboratoire de mécanique des sols de l’EPFL Ph. Bombeli Amsler & Bombeli S.A. Bureau d'ingénieurs civils et de géotechnique Chêne-Bougeries GE Mandat de recherche 30/96 sur la proposition de l’Union des professionnels suisses de la route (VSS) Mai 2001 i TABLE DES MATIÈRES RÉSUMÉ....................................................................................................................................... iii ZUSAMMENFASSUNG...............................................................................................................iv SUMMARY.....................................................................................................................................v 1. Mandat et objectifs.................................................................................................................1 1.1 Mandat ............................................................................................................................3 1.2 Objectifs de la recherche.................................................................................................3 1.3 Phases de la recherche.....................................................................................................4 2. Problématique.........................................................................................................................5 2.1 Introduction.....................................................................................................................7 2.2 Critères actuels de contrôle.............................................................................................7 2.2.1 Masse volumique .....................................................................................................8 2.2.2 Module ME ou Ev....................................................................................................8 2.2.3 Coefficient CBR.......................................................................................................8 2.2.4 Inconvénients de ces méthodes pour les fouilles en tranchée..................................9 3. Les pénétromètres dynamiques............................................................................................11 3.1 Contrôle par pénétromètres dynamiques légers............................................................13 3.2 Pénétromètre dynamique à énergie constante...............................................................13 3.3 Pénétromètre dynamique à énergie variable.................................................................15 3.4 Différence entre le pénétromètre dynamique à énergie constante et celui à énergie variable.............................................................................................................19 4. Enquête.................................................................................................................................21 4.1 Buts de l’enquête...........................................................................................................23 4.2 Organisation de l’enquête .............................................................................................23 4.3 Résultats de l’enquête ...................................................................................................24 4.4 Enseignements tirés de l’enquête..................................................................................24 5. Possibilités des pénétromètres dynamiques légers pour le contrôle du compactage des fouilles en tranchée...............................................................................................................29 5.1 Pénétromètre dynamique à énergie variable.......................................................................31 5.1.2 Examen de 43 essais au PDL.................................................................................31 5.1.3 Conclusion de l’examen des possibilités des pénétromètres dynamiques à énergie variable......................................................................................................31 5.2 Pénétromètre dynamique à énergie constante...............................................................33 ii TABLE DES MATIÈRES 6. Développements internationaux et corrélations correspondantes........................................35 6.1 Remarques préliminaires sur les corrélations ...............................................................37 6.2 France............................................................................................................................37 6.2.1 Historique...............................................................................................................37 6.2.2 Corrélations............................................................................................................37 6.2.3 Normalisation.........................................................................................................38 6.2.4 Exemple d’un étalonnage.......................................................................................40 6.3 Angleterre......................................................................................................................42 6.4 Etats Unis d’Amérique..................................................................................................42 6.5 Développement de l’usage du pénétromètre PANDA...................................................42 7. Corrélations de la littérature entre les résistances à la pénétration et des paramètres classiques de la mécanique des sols.....................................................................................43 7.1 Introduction...................................................................................................................45 7.2 Pénétromètre statique....................................................................................................45 7.3 Pénétromètre CBR ........................................................................................................46 7.4 SPT................................................................................................................................46 7.5 Cohésion et résistance à la compression simple ...........................................................46 7.6 Pressiomètre..................................................................................................................46 8. Essais réalisés dans le cadre de la recherche........................................................................47 8.1 Méthode ........................................................................................................................49 8.2 Masse volumique ..........................................................................................................54 8.3 Module ME....................................................................................................................56 8.4 Tentative de détermination d’un critère de qualification pour les graves.....................59 8.5 Application du critère provisoire à 3 pénétrogrammes caractéristiques.......................62 9. Bases pour une normalisation en Suisse...............................................................................65 9.1 Raison d’une normalisation ..........................................................................................67 9.2 Normes proposées.........................................................................................................67 9.3 Structure de la norme sur les valeurs de référence et l’étalonnage des matériaux .......67 10. Conclusions..........................................................................................................................69 Symboles et abréviations...............................................................................................................73 Bibliographie .................................................................................................................................75 Annexes A: Fiches d’essais « Possibilité »..................................................................................A-1 Annexes B :Fiches d’essais « Tentatives de corrélation »...........................................................B-1 CONTRÔLE COMPACTAGE DES FOUILLES EN TRANCHÉE iii PAR PÉNÉTROMÈTRE DYNAMIQUE LÉGER RÉSUMÉ Le contrôle du compactage des fouilles en tranchée a toujours été, pour les directions des travaux comme pour les entrepreneurs, un problème difficile. Le volume des matériaux mis en oeuvre est, en effet et en général, relativement faible et cette opération est ainsi très rapide. Des contrôles systématiques avec les moyens habituels (masse volumique, portance) sont ainsi diffi- ciles à réaliser, coûteux et gênants pour l'entrepreneur. Il existe nonobstant un autre moyen beaucoup plus intéressant. C'est le pénétromètre dynamique et notamment, depuis quelques années, un pénétromètre dynamique léger (PDL) facilement transportable et mis en oeuvre dans une fouille en tranchée. Ce pénétromètre permet un contrôle des remblais constitués de sols graveleux normalement compactés sur une épaisseur pouvant at- teindre 4 m. Le but de la recherche est de tenter de corréler la résistance de pointe dynamique obtenue au moyen d’un pénétromètre dynamique avec les paramètres standards du contrôle du compactage des fouilles en tranchée fixés dans les cahiers des charges, à savoir : la masse volumique et la portance. La résistance de pointe pourra ainsi être proposée comme nouveau paramètre du contrôle du compactage et faire alors l'objet d'une nouvelle norme ou d'une modification de normes existantes. Ce rapport : • discute de la problématique du contrôle du compactage des remblais de fouilles en tranchée ; • décrit les différents pénétromètres dynamiques pouvant être utilisés pour le contrôle du com- pactage ; • présente les résultats d’une enquête menée en Suisse sur les moyens actuels utilisés pour le contrôle du compactage des fouilles en tranchée ; • montre, par de nombreux résultats d’essais au PDL, que des profondeurs de plus de 3 mètres peuvent être atteintes avec le PDL dans des matériaux graveleux avec un diamètre maximal des grains de quelque 100 mm ; • donne quelques corrélations, tirées de la littérature, entre la résistance dynamique de pointe et d’autres paramètres de la géotechnique ; • décrit et analyse les résultats des essais systématiques réalisés dans des fouilles de la région genevoise, et propose un critère provisoire basé sur la résistance à la pénétration dynamique pour le contrôle du compactage de remblais constitués de graves I et II ; • montre que la résistance dynamique de pointe ne peut être corrélée qu’avec la masse volumique ; • donne les bases pour la rédaction d’une norme sur le contrôle du compactage réalisé avec un pénétromètre dynamique. Ce nouveau moyen de contrôle permettra un contrôle systématique et rigoureux du compactage des fouilles en tranchée et évitera ainsi tous les défauts actuels de ce compactage, cause notam- ment de la destruction progressive des chaussées construites au-dessus des fouilles pour canali- sations. iv CONTRÔLE COMPACTAGE DES FOUILLES EN TRANCHÉE PAR PÉNÉTROMÈTRE DYNAMIQUE LÉGER ZUSAMMENFASSUNG Die Verdichtungskontrolle von Grabenauffüllungen war und bleibt eine schwierige Aufgabe für Bauleitungen und Unternehmer, da das Schüttvolumen meistens klein und die Schüttkampagne kurz sind. Die systematischen Kontrollen nach den üblichen Methoden (Dichte, Tragfähigkeit) sind nur schwer durchführbar und kostspielig und behindern oft den Unternehmer. Seit einigen Jahren bietet der Markt eine viel interessantere Einrichtung um die Qualität der Schüttung zu prüfen. Es handelt um eine besonders leichte Rammsonde, die leicht transportiert und in den engen Leitungsgräben eingesetzt werden kann. Diese Sonde erlaubt, Auffüllungen mit normal verdichteten, kiesigen Materialien bis zu 4 Meter Schütthöhe zu prüfen. Das Ziel dieses Forschungsprojektes war es, den Zusammenhang zwischen dem mit der leichten Rammsonde ermittelten Spitzenwiderstand mit den vertraglichen, im Pflichtenheft festgelegten Qualitätswerten wie Dichte und Tragfähigkeit, zu ermitteln. Der Spitzenwiderstand kann somit als neuer Wert für die Verdichtungskontrolle festgelegt werden. Dadurch besteht die Möglich- keit, eine neue Norm einzuführen oder die bestehenden Normen zu revidieren. Dieser Bericht : • Untersucht die Problematik der Qualitätsprüfung von Grabenauffüllungen. • Beschreibt die verschiedenen Rammsonden, die für die Qualitätskontrollen eingesetzt werden können. • Gibt die Resultate einer Umfrage über die in der Schweiz für Grabenauffüllungskontrollen gebrauchten Methoden. • Zeigt an Hand vieler Versuchsresultate, dass die leichte, tragbare Rammsonde in Kiesmate- rial bis zu einem Korndurchmesser von 100 mm mit Erfolg eingesetzt werden kann. • Gibt einige Zusammenhänge zwischen dem Spitenwiderstand und den anderen Kennwerten der Geotechnik aus der Literatur an. • Beschreibt und analysiert die Resultate der in der Region von Genf durchgeführten syste- matischen Versuchen und schlägt ein provisorisches, auf dem Spitzenwiderstand basierten- des Kriterium für die Einbaukontrollen von Grabenauffüllungen mit Kiessand I und II vor. • Zeigt, dass der Spitzenwiderstand nur mit der Dichte korreliert werden kann. • Liefert die Grundzüge für die Redaktion einer neuen Norm über die Einbaukontrollen mit einer Rammsonde. Die neue Methode wird erlauben, eine systematische und strenge Verdichtungskontrolle von Grabenauffüllungen durchzuführen. Weiterhin wird die Methode erlauben, alle progressiven Strassenschäden zu vermeiden, die von einer mangelnden Verdichtung von Grabenauffüllungen herrühren. CONTRÔLE COMPACTAGE DES FOUILLES EN TRANCHÉE v PAR PÉNÉTROMÈTRE DYNAMIQUE LÉGER SUMMARY Compaction control for trenchworks has always been a difficult problem for those in charge of construction supervision, as well as for contractors. The volume of material placed is generally relatively limited and, so, this operation is very quick. Systematic checks using standard methods (density, bearing capacity) are, therefore, difficult to carry out, costly and annoying for the con- tractor. Nevertheless, another, much more interesting, method exists. This is the dynamic penetrometer and notably, over the last several years, an ultralight dynamic penetrometer (DPL), which is eas- ily transported and used in trenchworks. This penetrometer permits the control of fills made up of normally compacted gravely soils up to depths of 4 m. The aim of this research is to try to correlate the dynamic penetration resistance of the cone ob- tained using a dynamic penetrometer with standard trenchwork compaction control parameters given in work specifications, i.e.: density and the bearing capacity. The cone resistance can, therefore, be proposed as a new compaction control parameter and, thus, be the subject of a new standard or of a modification of existing standards. This report : • discusses the problems of compaction control for trenchwork fills ; • describes the different dynamic penetrometers, which may be used for compaction control ; • presents the results of a survey carried out in Switzerland of the methods currently used for compaction control of trenchworks ; • shows, using numerous DPL test results, that depths greater than 3m may be reached with DPL’s in gravely soils with a maximum grain diameter of several hundred millimetres ; • gives correlations, taken from the literature, between the dynamic penetration resistance of the cone and other geotechnical parameters ; • describes and analyses the uploads/Management/ 497-inhalt.pdf