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le phicomètre : essai de cisaillement direct in situ the phicometer : in situ d

le phicomètre : essai de cisaillement direct in situ the phicometer : in situ direct shear test G . PH ILIPPO N N A T D irecteur technique de SO PEN A S.A . * R ésum é L ’article décrit un nouvel appareil : le phicomètre. Cet appareil permet de mesurer in situ les caractéristiques mécaniques φ et C des sols par cisaillement rectiligne. L'appareil comporte une sonde gonflable munie de coquilles métalliques. Cette sonde est introduite dans un forage de petit diamètre (60 à 64 m m ). Les coquilles présentent des indentations qui pénètrent dans le terrain sous la pression laté rale. O n mesure la résistance au cisaillement du sol en exerçant un effort d’arra chement vertical progressif. Des paliers successifs sont réalisés avec des pressions latérales croissantes. Actuellement, l’essai est du type non consolidé rapide. Outre la description de l’appareil et du mode opératoire, sont présentés les résultats comparatifs avec des essais de cisaillement rectiligne en laboratoire sur une argile, un sable argi leux et un sable pur. Les résultats obtenus sur un rem blai 0/150 m m dont la granulométrie interdit tout prélèvement intact sont également décrits. Les avantages de cet appareil sont d’une part la possibilité de réaliser des essais sur des sols non ou difficilement prélevables et d'autre part le faible coût de ces essais. Abstract This article describes a new apparatus : the phicometer. This apparatus permits to measure the mechanical caractérisées of soils — φ and C — by in situ direct shear test. The apparatus includes an inflatable probe equipped with metallic shells. The probe is inserted in a boring of small diameter (60 to 64 mm). The shells present indenta tions which penetrate the soil under lateral pressure. The soil shear strength is measured by application of a progressive vertical traction. Successive bearings are realized with increasing lateral pressures. At the moment the test is of the quick unconsolided type. In addition to the descrip tion of the instrument and the way to use it, the comparative results with direct shear test in laboratory on clay, clayey sand and pure sand are described. The results obtained on a fill 0/150 mm whose grain size distribution forbids any undisturbed sample are also described. The advantages of this apparatus are the possibility to realize tests on soils where undisturbed samples can't be taken and the very low cost of tests. • 5. rue Vincent-Chevard, B.P. 169, 28003 CHARTRES CEDEX. 50 N° 35 REVUE FRANÇAISE DE GÉOTECHNIQUE 1 . IN T R O D U C T IO N L’angle de frottement interne et la cohésion des sols sont deux paramètres fondamentaux pour le géoméca nicien. A l’exception de la cohésion non drainée des argiles molles, ces paramètres ne peuvent être actuellement mesurés directement et d’une façon courante qu’en laboratoire (C.P. WROTH 1984). On peut estimer que la majorité des sols et des roches altérées ne peut faire l’objet d'essais représentatifs en laboratoire du fait que le sol est imprélevable ou trop grossier ou encore trop sensible au remaniement pen dant les manipulations en laboratoire. C’ est dire com bien le géomécanicien est souvent obligé de se lim iter à une simple estimation de ces caractéristiques essentiel les. Différentes tentatives ont été faites dans le passé pour mesurer l’angle de frottement interne et la cohésion in situ. Il convient de citer notamment : — le Rhéotest du Professeur BIAREZ (J. COSTE et G. SANGLERAI, 1975), — le Pressioscissomètre M AZIER (G. M AZIER, 1971), — le Vane-test canadien (G. FILLIAT, 1981). Ces trois appareils sont basés sur le même principe ins piré du scissomètre, à savoir : — dilatation d'ailettes verticales dans le sol à l’aide d’une cellule gonflable sous pression contrôlée, pres sion qui correspond à la contrainte normale à la surface de cisaillement, — application de l’effort de cisaillement par rotation des ailettes autour d’un axe vertical. D’après les publications référencées ci-dessus et les dires de personnes ayant travaillé sur les deux premiers appareils cités, les résultats obtenus avec ces appareils étaient techniquement très intéressants. Malheureuse ment leur emploi est resté confidentiel. 2 . P R IN C IPE S G É N É R A U X Pour la mise au point de l’appareil, nous nous sommes attachés à respecter les principes suivants : 1. Réaliser un essai simple et peu coûteux. 2. Construire un appareil robuste et purement méca nique. 3. Effectuer les essais dans un forage de même diamè tre que les essais pressiométriques. 4. M ettre au point un mode opératoire précis et facile ment assimilable. 5. Réaliser un grand nombre d'essais dans le cadre d’une recherche expérimentale portant : a) sur des essais comparatifs avec des essais de labora toire, b) sur des essais sur des sols imprélevables. Cette recherche expérimentale est en cours grâce à l’ aide financière de l’A.N.V.A.R. et grâce également à des maîtres d’ouvrages qui ont bien voulu s’ intéresser à cet essai. Parm i ces derniers, nous citerons notamment le Centre d’Études des Réseaux des Transports de l’E.D.F. et la S.N.C.F. 3. P R IN C IP E D U P H IC O M È T R E L’appareil a été appelé phicomètre pour rappeler qu’il mesure l’angle de frottement interne φ et la cohésion des sols in situ. Actuellement les essais sont du type non-consolidé- rapide. Afin de bien identifier la façon dont les caracté ristiques de cisaillement sont mesurées on leur attribue les symboles φ i et ci. 4. P R IN C IP E D E L ’ E S S A I Le principe de l’essai est représenté sur la figure 1. Fig. 1 . — Principe de l'essai. L E PHICOMÈTRE. ESSAI DE CISAILLEMENT DIRECT IN SITU 51 On commence par exercer sur des coquilles métalli ques rigides munies d’indentations horizontales une pression normale σ. Les coquilles sont conçues pour pouvoir se dilater afin que les dents pénètrent dans le sol environnant. La contrainte σ s’exerce donc sur la surface circonscrite S, telle que : S = π.d.1 avec : d = diamètre extérieur des dents. 1 = longueur de la sonde de mesure. Ensuite un effort d’arrachement à vitesse contrôlée est appliqué à partir de la surface du sol. L’effort lim ite mobilisable T sous la contrainte σ donne la contrainte de cisaillement correspondante : τ = T/S On relève ainsi un certain nombre de couples : {τi, σ 1 } par paliers de pressions croissantes successifs. G. M AZIER (1971) a montré qu’avec une sonde dilata ble, on pouvait opérer par paliers successifs au même emplacement. Du fait de la dilatation on cisaille à cha que fois une nouvelle surface. Cette possibilité pré sente un avantage considérable tant pour la simplicité de l’ essai que pour l'homogénéité des résultats. 5. D E SC R IPT IO N D E L ’ A P P A R E IL (figure 2) L’appareil comprend 3 organes : — la sonde phicométrique, — un organe de liaison, — un appareillage de surface. La sonde phicométrique (figure 3) est constituée par des coquilles métalliques de 230 mm de longueur et 58 mm de diamètre extérieur initial. La surface de frot tement est variable pendant l’essai mais reste voisine de 500 cm2. Le système de rappel est constitué par des lames d’acier comme dans un tube lanterné. A l'intérieur des coquilles est située une sonde gonflable mono cellulaire. L’organe de liaison comprend : — des tiges type wagon-drill de 1 pouce 1/4, — une tubulure reliant la sonde gonflable à l'appareil lage de surface. L’appareillage de surface comprend : 1. Un contrôleur pression-volume permettant de connaître le volume de la sonde et la pression appli quée aux coquilles. 2. Une plaque d’ appui sur le sol. fig . 2 Fig. 2. — Schéma du phicomètre. 3. Un vérin creux permettant d’exercer l’ effort d’arra chement. 4. Une cale dynamométrique permettant de mesurer l’effort T d’arrachement. 5. Un système de blocage de l’ensemble. 6. Un cadencemètre constitué lui-même d’un compa rateur et d'un chronomètre gradué en 30 secondes pour un tour. Pendant la phase de cisaillement, le vérin est actionné de façon à conserver les deux aiguilles du chronomètre et du cadencemètre parallèles. De cette façon, la vitesse de cisaillement est constante et de 2 mm par minute. La figure 4 montre le dispositif de surface. La mise au point mécanique du phicomètre a été réali sée par la Société A.P.A.G.E.O.* * A.P.A.G.E.O, - 59, rue de Rambouillet. 78460 CHEVREUSE. 52 N° 35 REVUE FRANÇAISE DE GÉOTECHNIQUE Fig. 3. — Phicomètre. Vue des coquilles dilatables. Fig. 4. — Phicomètre. Vue d'ensemble de l'appareillage de surface. L E PHICOMÈTRE. ESSAI DE CISAILLEMENT DIRECT IN SITU 53 6 . M O D E O P É R A T O IR E Un mode opératoire extrêmement détaillé et précis a été établi afin d’assurer la bonne réalisation des essais et leur fidélité. Nous ne décrirons pas en détail ce mode opératoire mais nous allons présenter les phases suc cessives uploads/Science et Technologie/geotech-1986035pp497.pdf