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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. PHILIPPONNAT Directeur technique de SOPENA S.A. * Résumé L'article décrit un nouvel appareil: le phicomètre. Cet appareil permet de mesurer in situ les caractéristiques mécaniques cp 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 mm). Les coquilles présentent des indentations qui pénètrent dans le terrain sous la pression laté- rale. On 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 remblai 0/150 mm 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 ta measure the mechanical caracteristics of soils - cp and C - by in situ direct shear test. The apparatus includes an inf/atable probe equipped with metal/ic she/!s. The probe is inserted in a boring of sma/! diameter (60 ta 64 mm). The she/!s present indenta- tions which penetrate the sail under lateral pressure. The sail 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 ta the descrip- tion of the instrument and the way ta 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 fi/! 0/150 mm whose grain size distribution forbids any undisturbed sample are also described. The advantages of this apparatus are the possibility ta realize tests on soils where undisturbed samples can 't be taken and the very low cast of tests. * 5, rue Vincent-Chevard, B.P. 169, 28003 CHARTRES CEDEX. REVUE FRANÇAISE DE GÉOTECHNIQUE 3. PRINCIPE DU PHICOMÈTRE T/S S=1t.d.L cl L b) sur des essais sur des sols imprélevables. a) sur des essais comparatifs avec des essais de labora- toire, 5. Réaliser un grand nombre d'essais dans le cadre d'une recherche expérimentale portant : Fig. 1. - Principe de l'essai. 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. Parmi ces derniers, nous citerons notamment le Centre d'Études des Réseaux des Transports de l'E.D.F. et la S.N.C.F. L'appareil a été appelé phicomètre pour rappeler qu'il mesure l'angle de frottement interne cp et la cohésion des sols in situ. 4. PRINCIPE DE L'ESSAI Le principe de l'essai est représenté sur la figure 1. 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 cpi et ci. 50 - le Rhéotest du Professeur BIAREZ (J. COSTE et G. SANGLERAT, 1975), - le Pressioscissomètre MAZIER (G. MAZIER, 1971), - le Vane-test canadien (G. FILLIAT, 1981). Il convient de citer notamment : Différentes tentatives ont été faites dans le passé pour mesurer l'angle de frottement interne et la cohésion in situ. 2. Construire un appareil robuste et purement méca- nique. 1. INTRODUCTION L'angle de frottement interne et la cohésion des sols sont deux paramètres fondamentaux pour le géoméca- nicien. 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 limiter à une simple estimation de ces caractéristiques essentiel- les. Ces trois appareils sont basés sur le même principe ins- piré du scissomètre, à savoir: 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). 2. PRINCIPES GÉNÉRAUX 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. 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. - 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. 3. Effectuer les essais dans un forage de même diamè- tre que les essais pressiométriques. 4. Mettre au point un mode opératoire précis et facile- ment assimilable. LE PHICOMÈTRE. ESSAI DE CISAILLEMENT DIRECT IN SITU On commence par exercer sur des coquilles métalli- ques rigides munies d'indentations horizontales une pression normale Œ. Les coquilles sont conçues pour pouvoir se dilater afin que les dents pénètrent dans le sol environnant. La contrainte Œs'exerce donc sur la surface circonscrite S, telle que: S n.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 limite mobilisable T sous la contrainte Œ donne la contrainte de cisaillement correspondante : T = T/S On relève ainsi un certain nombre de couples: tri, Œi! par paliers de pressions croissantes successifs. G. MAZIER (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. DESCRIPTION DE L'APPAREIL (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 cm 2 . 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. 51 SCHEMA DU PHICOMETRE © App.areillage de surface c.PV UI train de ti es ® Or9~ de liaison ® Sonde Phicométri~~ 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 REVUE FRANÇAISE DE GÉOTECHNIQUE Fig. 3. - Phicomètre. Vue des coquilles dilatables. Fig. 4. - Phicomètre. Vue d'ensemble de l'appareillage de surface. LE PHICOMÈTRE. ESSAI DE CISAILLEMENT DIRECT IN SITU 6. MODE OPÉRATOIRE 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 du déroulement des essais. Phase 1 : étalonnage : Ayant disposé la sonde à l'air libre à côté du sondage, celle-ci est mise en pression en mesurant par paliers la pression nécessaire pour la dilater ainsi que le diamètre externe correspondant. On obtient donc deux courbes (figure 5). pe = f(v) et d = f(v) avec pe = pression d'étalonnage. La première courbe permet d'apporter les corrections nécessaires à la mesure de la pression normale pour tenir compte de la raideur de la sonde; la seconde courbe permet de connaître à chaque instant la surface S de contact. 53 Phase 2 : mise en uploads/Science et Technologie/le-phicometre-essai-de-cisaillement-direct-in-situ-the-phicometer-in-situ-direct-shear-test.pdf